JP5352133B2 - Photoelectric conversion material, photoelectric conversion element, and solid-state imaging element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric converting material, a photoelectric converting element, and a solid-state image sensor that sufficiently absorb light in the infrared range, have high sensitivity, and reduce a dark current. <P>SOLUTION: The photoelectric converting material contained in a photoelectric converting film generating electric charges corresponding to incident light contains a squarylium compound expressed by the formula SQ-1 and a naphthalocyanine compound expressed by the formula NP-1. Here, A and B are each independently a substituent which is bonded at sp<SP>2</SP>carbon, M is a metal atom, and R<SB>4</SB>to R<SB>27</SB>are each independently a hydrogen atom or substituent. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、有機光電変換材料、光電変換素子及び固体撮像素子に関し、特に、一対の電極と、該一対の電極間に設けられた光電変換膜とを備える光電変換素子と、該光電変換膜に含まれる光電変換材料と、該光電変換素子を備える固体撮像素子とに関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion material, a photoelectric conversion element, and a solid-state imaging element, and in particular, a photoelectric conversion element including a pair of electrodes and a photoelectric conversion film provided between the pair of electrodes, and the photoelectric conversion film It is related with the photoelectric conversion material contained and a solid-state image sensor provided with this photoelectric conversion element.

光電変換素子は、基本的な構成の一例としては、一対の電極と、該一対の電極間に設けられた有機材料の光電変換材料を含む光電変換膜とを備えている。固体撮像素子は、このような構成の光電変換素子を半導体基板に2次元状に多数配列し、各光電変換膜で光電変換によって電荷を生成し、光電変換膜内で発生した電荷が一対の電極のうちいずれかに移動し、いずれかの電極に移動した電荷に応じた信号が、半導体基板内に設けられたCCDやCMOS回路等で読み出される構成となっている。本明細書において、光電変換膜とは、そこに入射した特定の波長の光を吸収し、吸収した光量に応じた電荷(電子及び正孔)を発生する膜のことを言う。   As an example of the basic configuration, the photoelectric conversion element includes a pair of electrodes and a photoelectric conversion film including a photoelectric conversion material of an organic material provided between the pair of electrodes. In the solid-state imaging device, a large number of photoelectric conversion elements having such a configuration are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, charges are generated by photoelectric conversion in each photoelectric conversion film, and the charges generated in the photoelectric conversion film are a pair of electrodes. A signal corresponding to the electric charge moved to any one of the electrodes and moved to any one of the electrodes is read out by a CCD, a CMOS circuit or the like provided in the semiconductor substrate. In this specification, the photoelectric conversion film refers to a film that absorbs light having a specific wavelength incident thereon and generates charges (electrons and holes) corresponding to the absorbed light quantity.

近年、可視光と赤外光による画像を同時に得ることができる光電変換素子の開発が進められている。このような光電変換素子は、異なる光波長を検出できる光電変換部をそれぞれ積層する構成を備えている。無機材料を用いた場合には、単独で赤外光のみを吸収させることが困難であるが、有機材料を用いることで特定の波長域の光のみを吸収するように設計できるため、赤外光を検出する光電変換膜には、有機光電変換材料が用いられる。   In recent years, development of a photoelectric conversion element capable of simultaneously obtaining images by visible light and infrared light has been advanced. Such a photoelectric conversion element has a configuration in which photoelectric conversion units capable of detecting different light wavelengths are stacked. When an inorganic material is used, it is difficult to absorb only infrared light alone, but since it can be designed to absorb only light in a specific wavelength range by using an organic material, infrared light can be used. An organic photoelectric conversion material is used for the photoelectric conversion film for detecting the above.

特許文献1には、赤外光領域に吸収を有し、電子写真や有機薄膜太陽電池などで高い光電変換性能を有するフタロシアニン系色素が記載されている。   Patent Document 1 describes a phthalocyanine dye having absorption in the infrared light region and having high photoelectric conversion performance in electrophotography, organic thin film solar cells, and the like.

非特許文献1には、高い光電変換性能を示すスクアリリウム系の色素を含む有機太陽電池の構成が報告されている。   Non-Patent Document 1 reports the configuration of an organic solar cell containing a squarylium-based dye exhibiting high photoelectric conversion performance.

特開昭63−186251号公報JP-A-63-186251 Applied Physics Letters, Vol.29, No.7, 1 October 1976, American Institute of PhysicsApplied Physics Letters, Vol. 29, No. 7, 1 October 1976, American Institute of Physics

しかし、赤外領域の光を吸収でき、高感度な光電変換膜を作製しようとした場合には、単一の有機材料からなる層では、光電変換膜に生じる電界によって励起子の解離が起こるため、感度が低下してしまうことが避けられなかった。
励起子解離効率を向上する手段の一つとしては、有機材料を含む光電変換膜においてPN接合部を形成することである。n型有機半導体材料としては、一般にフラーレン60及びその誘導体が使用される。この場合には、赤外光を吸収するIR材料は一般にHOMO(最高占有分子起動)が浅く、IR材料とフラーレンC60との界面で、IR材料のHOMOからフラーレンC60のLUMO(最低非占有分子軌道)への暗時電荷湧き出しが発生するため、暗電流が高くなってしまう問題がある。
However, when an attempt is made to produce a highly sensitive photoelectric conversion film that can absorb light in the infrared region, the exciton dissociation occurs in the layer made of a single organic material due to the electric field generated in the photoelectric conversion film. It was inevitable that the sensitivity would decrease.
One means for improving the exciton dissociation efficiency is to form a PN junction in a photoelectric conversion film containing an organic material. As the n-type organic semiconductor material, fullerene 60 and its derivatives are generally used. In this case, an IR material that absorbs infrared light generally has a shallow HOMO (maximum occupied molecular activation), and the LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) from the HOMO of the IR material to the fullerene C60 at the interface between the IR material and fullerene C60. ) In the dark, the dark current increases.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、赤外領域の光を十分に吸収でき、感度が高く、かつ、暗電流を低減することができる光電変換材料、光電変換素子及び固体撮像素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is a photoelectric conversion material and a photoelectric conversion element that can sufficiently absorb light in the infrared region, have high sensitivity, and can reduce dark current. And providing a solid-state imaging device.

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
(1)入射した光に応じた電荷を生成する光電変換材料であって、前記光電変換材料が、下記の一般式(1)で示されるスクアリリウム化合物と、一般式(NP−1)で示されるナフタロシアニン化合物とを含む光電変換材料。
一般式(1)

Figure 0005352133


一般式(NP−1)
Figure 0005352133

(式中、Mは金属原子を表す。R 28 、R 29 は無くても良い。ある場合(=軸配位子型)は、それぞれ独立に水素原子または置換基を表す。R 4 〜R 27 はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。)
(2)(1)に記載の光電変換材料であって、前記ナフタロシアニン化合物が、下記の一般式(NP−2)で示す軸配位子型の構造を有する光電変換材料。
一般式(NP−2)
Figure 0005352133

(式中、MはSi、Ge、Snのいずれかであり、R 1 〜R 27 はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。)
(3)(1)又は(2)に記載の光電変換材料を含む光電変換膜と、前記光電変換膜を挟んで対向する一対の電極とからなる第1光電変換部を備え、前記光電変換膜が前記ナフタロシアニン化合物からなる層と前記スクアリリウム化合物からなる層との積層構造を有する光電変換素子。
(4)(3)に記載の光電変換素子であって、前記光電変換膜に、前記ナフタロシアニン化合物と前記スクアリリウムとのバルクへテロ構造膜が形成されている光電変換素子。
(5)(3)又は(4)に記載の光電変換素子であって、前記スクアリリウム化合物からなる層の厚さが20nm以下である光電変換素子。
(6)(3)から(5)のいずれかに記載の光電変換素子であって、前記第1光電変換部の吸収ピーク波長が650nm以上であり、かつ、波長域400nm〜600nmの可視光を50%以上透過する光電変換素子。
(7)(3)から(6)のいずれかに記載の光電変換素子であって、前記第1光電変換部が上方に積層された半導体基板を備え、可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する第2光電変換部を前記半導体基板と前記第1光電変換部の間に少なくとも1つ備える光電変換素子。
(8)(7)に記載の光電変換素子であって、前記半導体基板が、前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部の各々で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを備える光電変換素子。
(9)(3)から(6)のいずれかに記載の光電変換素子であって、前記第1光電変換部が上方に積層された半導体基板を備え、可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する第2光電変換部を前記半導体基板内に少なくとも1つ備える光電変換素子。
(10)(9)に記載の光電変換素子であって、前記半導体基板が、前記第1光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを備える光電変換素子。
(11)(7)又は(9)に記載の光電変換素子であって、前記第2光電変換部を複数備え、前記複数の第2光電変換部が、それぞれ異なる波長に吸収ピークを持つ光電変換素子。
(12)
(11)に記載の光電変換素子であって、前記複数の第2光電変換部が、前記第1光電変換部への光入射方向に積層されている光電変換素子。
(13)(3)から(10)に記載の光電変換素子であって、前記第2光電変換部を複数備え、前記複数の第2光電変換部が、それぞれ異なる波長に吸収ピークを持ち、且つ、前記第1光電変換部への光入射方向に対して垂直方向に配列されている光電変換素子。
(14)(12)又は(13)に記載の光電変換素子であって、前記第2光電変換部を3つ備え、前記3つの第2光電変換部が、赤色の波長域の光を吸収するR光電変換部と、緑色の波長域の光を吸収するG光電変換部と、青色の波長域の光を吸収するB光電変換部である光電変換素子。
(15)(3)から(14)に記載の光電変換素子であって、前記第1光電変換部を透過した光が前記第2光電変換部に入射するように、前記光電変換部と前記第2光電変換部が平面視において重なっている光電変換素子。
(16)(3)から(15)に記載の光電変換素子であって、前記光電変換膜の上層及び下層のうち少なくとも一方に、前記電極からの電荷の注入を阻止する電荷ブロッキング層が設けられる光電変換素子。
(17)(3)から(16)に記載の光電変換素子であって、前記第1光電変換部の吸収ピーク波長が650nm以上であり、該吸収ピーク波長における吸収率が50%以上である光電変換素子。
(18)(7),(9),(11)から(15)のいずれかに記載の光電変換素子であって、前記第2光電変換部が波長域400nm〜600nmの光の透過率が75%以上である光電変換素子。
(19)(3)から(18)に記載の光電変換素子であって、前記一対の電極のうち少なくとも一方が、波長域400nm〜900nmの光の透過率が95%以上の導電性薄膜である光電変換素子。
(20)(3)から(18)に記載の光電変換素子であって、前記一対の電極のうち少なくとも一方が、波長域400nm〜900nmの光の透過率が95%以上の透明導電性薄膜である光電変換素子。
(21)(3)から(20)に記載の光電変換素子がアレイ状に配置された固体撮像素子。 The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) A photoelectric conversion material that generates a charge according to incident light, wherein the photoelectric conversion material is represented by a squarylium compound represented by the following general formula (1) and a general formula (NP-1) A photoelectric conversion material containing a naphthalocyanine compound.
General formula (1)
Figure 0005352133


General formula (NP-1)
Figure 0005352133

(In the formula, M represents a metal atom. R 28 and R 29 may be absent. In some cases (= axial ligand type), each independently represents a hydrogen atom or a substituent. R 4 to R 27. Each independently represents a hydrogen atom or a substituent.)
(2) The photoelectric conversion material according to (1), wherein the naphthalocyanine compound has an axial ligand type structure represented by the following general formula (NP-2).
General formula (NP-2)
Figure 0005352133

(In the formula, M is any one of Si, Ge, and Sn, and R 1 to R 27 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.)
(3) A photoelectric conversion film including the photoelectric conversion material according to (1) or (2) and a first photoelectric conversion unit including a pair of electrodes facing each other with the photoelectric conversion film interposed therebetween, and the photoelectric conversion film A photoelectric conversion element having a laminated structure of a layer made of the naphthalocyanine compound and a layer made of the squarylium compound.
(4) The photoelectric conversion element according to (3), wherein a bulk heterostructure film of the naphthalocyanine compound and the squarylium is formed on the photoelectric conversion film.
(5) The photoelectric conversion element according to (3) or (4), wherein the layer made of the squarylium compound has a thickness of 20 nm or less.
(6) The photoelectric conversion device according to any one of (3) to (5), wherein the first photoelectric conversion unit has an absorption peak wavelength of 650 nm or more, and visible light having a wavelength range of 400 nm to 600 nm. A photoelectric conversion element that transmits 50% or more.
(7) The photoelectric conversion element according to any one of (3) to (6), wherein the first photoelectric conversion unit includes a semiconductor substrate stacked above, and the visible region and the infrared region are combined. A photoelectric conversion element comprising at least one second photoelectric conversion unit having an absorption peak of an absorption spectrum in a visible region and generating a charge corresponding to absorbed light between the semiconductor substrate and the first photoelectric conversion unit.
(8) The photoelectric conversion element according to (7), wherein the semiconductor substrate accumulates charges generated in each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and the accumulation unit A photoelectric conversion element comprising: a signal reading unit that reads a signal corresponding to the charge accumulated in the signal.
(9) The photoelectric conversion element according to any one of (3) to (6), wherein the first photoelectric conversion unit includes a semiconductor substrate stacked above, and the visible region and the infrared region are combined. A photoelectric conversion element comprising at least one second photoelectric conversion unit in the semiconductor substrate that has an absorption peak of an absorption spectrum in a visible region and generates a charge corresponding to absorbed light.
(10) The photoelectric conversion element according to (9), wherein the semiconductor substrate accumulates charges generated in the first photoelectric conversion unit, and a signal corresponding to the charges accumulated in the accumulation unit A photoelectric conversion element comprising a signal reading unit for reading out.
(11) The photoelectric conversion element according to (7) or (9), comprising a plurality of the second photoelectric conversion units, wherein the plurality of second photoelectric conversion units each have an absorption peak at a different wavelength. element.
(12)
The photoelectric conversion element according to (11), wherein the plurality of second photoelectric conversion units are stacked in a light incident direction to the first photoelectric conversion unit.
(13) The photoelectric conversion element according to (3) to (10), including a plurality of the second photoelectric conversion units, wherein the plurality of second photoelectric conversion units have absorption peaks at different wavelengths, and The photoelectric conversion elements arranged in a direction perpendicular to the light incident direction to the first photoelectric conversion unit.
(14) The photoelectric conversion element according to (12) or (13), wherein the photoelectric conversion element includes three second photoelectric conversion units, and the three second photoelectric conversion units absorb light in a red wavelength region. A photoelectric conversion element that is an R photoelectric conversion unit, a G photoelectric conversion unit that absorbs light in the green wavelength range, and a B photoelectric conversion unit that absorbs light in the blue wavelength range.
(15) The photoelectric conversion element according to (3) to (14), wherein the photoelectric conversion unit and the first photoelectric conversion unit are arranged such that light transmitted through the first photoelectric conversion unit is incident on the second photoelectric conversion unit. 2 A photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion units overlap in plan view.
(16) The photoelectric conversion element according to (3) to (15), wherein a charge blocking layer that prevents injection of charges from the electrode is provided in at least one of the upper layer and the lower layer of the photoelectric conversion film. Photoelectric conversion element.
(17) The photoelectric conversion device according to any one of (3) to (16), wherein the first photoelectric conversion unit has an absorption peak wavelength of 650 nm or more, and an absorptance at the absorption peak wavelength of 50% or more. Conversion element.
(18) The photoelectric conversion device according to any one of (7), (9), (11) to (15), wherein the second photoelectric conversion unit has a light transmittance of 75 to a wavelength region of 400 nm to 600 nm. % Photoelectric conversion element.
(19) The photoelectric conversion element according to (3) to (18), wherein at least one of the pair of electrodes is a conductive thin film having a light transmittance of 95% or more in a wavelength region of 400 nm to 900 nm. Photoelectric conversion element.
(20) The photoelectric conversion element according to (3) to (18), wherein at least one of the pair of electrodes is a transparent conductive thin film having a light transmittance of 95% or more in a wavelength region of 400 nm to 900 nm. A certain photoelectric conversion element.
(21) A solid-state imaging device in which the photoelectric conversion devices according to (3) to (20) are arranged in an array .

本発明によれば、赤外領域の光を十分に吸収でき、感度が高く、かつ、暗電流を低減することができる光電変換材料、光電変換素子及び固体撮像素子を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion element, and a solid-state imaging element that can sufficiently absorb light in the infrared region, have high sensitivity, and can reduce dark current.

発明者らは、鋭意検討を行った結果、光電変換膜に、ナフタロシアニン化合物からなる層とスクアリリウム化合物からなる層の接合状態を形成すると、ナフタロシアニン化合物の層の光感度が向上することを見出した。感度向上の原因としては、ナフタロシアニン化合物の層で発生した励起子の解離効率が向上していることが推定される。使用するナフタロシアニン、スクアリリウムのIp(イオン化エネルギー)、Ea(電子親和力)のエネルギー相関は、ナフタロシアニンの層からスクアリリウムの層に励起子が解離し、電荷輸送される現象を促進するpn接合的な効果がこの現象の要因であると説明するには十分ではないため、既存のpn接合的な励起子の解離機構のみからこの現象を説明することは難しい。しかし、具体的な作用については完全に明らかにはなっていないが、結果として、ナフタロシアニンとスクアリリウムとの界面で、ナフタロシアニン中で発生した励起子が解離する効率が促進され、スクアリリウム中に正孔が取り出され、光電変換性能が向上している。   As a result of intensive studies, the inventors have found that the photosensitivity of the naphthalocyanine compound layer is improved when a bonding state of a layer made of a naphthalocyanine compound and a layer made of a squarylium compound is formed on the photoelectric conversion film. It was. As a cause of the sensitivity improvement, it is presumed that the dissociation efficiency of excitons generated in the naphthalocyanine compound layer is improved. The energy correlation of Ip (ionization energy) and Ea (electron affinity) of naphthalocyanine and squarylium used is a pn junction that promotes the phenomenon of exciton dissociation from the naphthalocyanine layer to the squarylium layer and charge transport. Since it is not sufficient to explain that the effect is a factor of this phenomenon, it is difficult to explain this phenomenon only from the existing pn-junction exciton dissociation mechanism. However, although the specific action is not completely clarified, as a result, the efficiency of dissociation of excitons generated in naphthalocyanine is promoted at the interface between naphthalocyanine and squarylium, and the positive action in squarylium. The hole is taken out and the photoelectric conversion performance is improved.

光電変換材料がナフタロシアニン化合物とスクアリリウム化合物を含む構成とすると、n型有機半導体材料としてフラーレン60を用いた場合に多く起こる暗電流が増大する現象が生じにくい。すなわち、フラーレンC60を用いた場合に暗電流が増大するのは、IR材料HOMOからフラーレンC60LUMOへの暗時電荷湧き出しが原因であるが、スクアリリウムはEaが高く(Ea値として小さく)、ナフタロシアニンHOMOからスクアリリウムLUMOへの湧き出しキャリアが発生しにくい。加えて、スクアリリウムでも単体の湧き出し電荷量が少ない材料、薄膜構造、高い純度を選択することで、光電変換膜にスクアリリウムを導入しても暗電流を増大させないことが可能である。   When the photoelectric conversion material includes a naphthalocyanine compound and a squarylium compound, a phenomenon that dark current that frequently occurs when fullerene 60 is used as an n-type organic semiconductor material is less likely to occur. That is, when fullerene C60 is used, the dark current increases due to the discharge of dark charges from the IR material HOMO to fullerene C60LUMO, but squarylium has a high Ea (small Ea value), and naphthalocyanine. Spring carriers from HOMO to squarylium LUMO are unlikely to occur. In addition, even when squarylium is selected, a material, a thin film structure, and a high purity with a small amount of electric charge flowing out of a single substance can be selected, so that dark current can be prevented from increasing even if squarylium is introduced into the photoelectric conversion film.

ナフタロシアニン化合物は、下記の一般式で表される。
一般式(NP−1)
The naphthalocyanine compound is represented by the following general formula.
General formula (NP-1)

Figure 0005352133
Figure 0005352133

一般式(NP−1)のMは金属原子を表す。金属原子Mは、Si(シリコン)、Ge(ゲルマニウム)、Sn(スズ)が好ましい。R28、R29は無くても良い。ある場合(=軸配位子型)は、それぞれ独立に水素原子または置換基を表す。R4〜R27はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。置換基として、例えば、酸素原子、後述の置換基Wをあげることができ、−O−R(Rは置換基)、特に下記の一般式(NP−2)で示す構造が好ましい。 M in the general formula (NP-1) represents a metal atom. The metal atom M is preferably Si (silicon), Ge (germanium), or Sn (tin). R 28 and R 29 may be omitted. In some cases (= axial ligand type), each independently represents a hydrogen atom or a substituent. R 4 to R 27 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. Examples of the substituent include an oxygen atom and a substituent W described later, and —O—R (R is a substituent), particularly a structure represented by the following general formula (NP-2) is preferable.

また、不純物の混入を防止し、より平易に均一な積層膜を作製するために、蒸着法などにより真空中で成膜する場合、ナフタロシアニンなど結晶性が強い材料を蒸着しようとすると、分子同士の相互作用が強すぎるために、簡単な真空中加熱では揮発せず、成膜できない場合がある。この場合、ナフタロシアニンにおいて、軸配位子を有する構造にすると蒸着が容易になるため好ましく、分子平面に対し、上下に2つ以上の軸配位子を有することがさらに好ましい。さらに、軸配位子導入により、分子がJ会合体を形成しやすくなるため、より可視光に吸収がなく、赤外域に吸収を有する膜構造にすることが可能となる(溶液吸収に対し、形成後の膜でより長波な波長で極大吸収となる)ため、その点においても、軸配位子は好ましい。   In addition, in order to prevent impurities from being mixed and to make a more even and uniform laminated film, when depositing a material with strong crystallinity such as naphthalocyanine when depositing in vacuum by vapor deposition or the like, Since the interaction is too strong, it may not be vaporized by simple heating in a vacuum and film formation may not be possible. In this case, naphthalocyanine preferably has a structure having an axial ligand because vapor deposition is facilitated, and it is more preferable to have two or more axial ligands above and below the molecular plane. Furthermore, the introduction of the axial ligand makes it easier for the molecules to form a J-aggregate, so that it is possible to obtain a film structure that absorbs less visible light and has absorption in the infrared region (for solution absorption, The axial ligand is preferable also in this respect because the film after the formation has maximum absorption at a longer wavelength.

ナフタロシアニン化合物の軸配位子型の構造を、下記の一般式(NP−2)で示す。
一般式(NP−2)
The structure of the axial ligand type of the naphthalocyanine compound is represented by the following general formula (NP-2).
General formula (NP-2)

Figure 0005352133
Figure 0005352133

一般式(NP―2)において、金属原子MはSi(シリコン)、Ge(ゲルマニウム)、Sn(スズ)のいずれかであり、R1〜R27はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。ここで、金属原子MはSiであることが好ましい。また、R4〜R27は全て水素原子であることが好ましい。 In the general formula (NP-2), the metal atom M is any one of Si (silicon), Ge (germanium), and Sn (tin), and R 1 to R 27 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. Here, the metal atom M is preferably Si. R 4 to R 27 are preferably all hydrogen atoms.

1〜R27は水素原子または置換基を表す。これらの置換基はいかなるものでもよいが、例としては後述の置換基Wを挙げることができる。 R 1 to R 27 represent a hydrogen atom or a substituent. Any of these substituents may be used, and examples thereof include the substituent W described later.

本発明において、特定の部分を「基」と称した場合には、当該部分はそれ自体が置換されていなくても、一種以上の(可能な最多数までの)置換基で置換されていても良いことを意味する。例えば、「アルキル基」とは置換または無置換のアルキル基を意味する。また、本発明における化合物に使用できる置換基は、どのような置換基でも良い。   In the present invention, when a specific moiety is referred to as a “group”, the moiety may be unsubstituted or substituted with one or more (up to the maximum possible) substituents. Means good. For example, “alkyl group” means a substituted or unsubstituted alkyl group. In addition, the substituent that can be used in the compound in the present invention may be any substituent.

置換基Wとしてはハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といっても良い)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アリールアミノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルおよびアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルおよびアリールスルフィニル基、アルキルおよびアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールおよびヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH)2)、ホスファト基(−OPO(OH)2)、スルファト基(−OSO3H)、その他の公知の置換基が挙げられる。 As the substituent W, a halogen atom, an alkyl group (including a cycloalkyl group, a bicycloalkyl group, and a tricycloalkyl group), an alkenyl group (including a cycloalkenyl group and a bicycloalkenyl group), an alkynyl group, an aryl group, and a heterocyclic group (May be referred to as a heterocyclic group), cyano group, hydroxy group, nitro group, carboxy group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyloxy group, Aryloxycarbonyloxy group, amino group (including arylamino group), ammonio group, acylamino group, aminocarbonylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfamoylamino group, alkyl and arylsulfonyl Mino group, mercapto group, alkylthio group, arylthio group, heterocyclic thio group, sulfamoyl group, sulfo group, alkyl and arylsulfinyl group, alkyl and arylsulfonyl group, acyl group, aryloxycarbonyl group, alkoxycarbonyl group, carbamoyl group, Aryl and heterocyclic azo groups, imide groups, phosphino groups, phosphinyl groups, phosphinyloxy groups, phosphinylamino groups, phosphono groups, silyl groups, hydrazino groups, ureido groups, boronic acid groups (-B (OH) 2 ), A phosphato group (—OPO (OH) 2 ), a sulfato group (—OSO 3 H), and other known substituents.

さらに詳しくは、Wは、下記の(1)〜(48)などを表す。   More specifically, W represents the following (1) to (48).

(1)ハロゲン原子
例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子
(1) Halogen atom For example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom

(2)アルキル基
直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基を表す。それらは、(2−a)〜(2−e)なども包含するものである。
(2) Alkyl group represents a linear, branched or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group. They also include (2-a) to (2-e).

(2−a)アルキル基
好ましくは炭素数1から30のアルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2−エチルヘキシル)
(2-a) alkyl group Preferably an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl) )

(2−b)シクロアルキル基
好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基(例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)
(2-b) cycloalkyl group Preferably, the substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms (for example, cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl).

(2−c)ビシクロアルキル基
好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基(例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)
(2-c) Bicycloalkyl group Preferably, the substituted or unsubstituted bicycloalkyl group having 5 to 30 carbon atoms (for example, bicyclo [1,2,2] heptan-2-yl, bicyclo [2,2,2] Octane-3-yl)

(2−d)トリシクロアルキル基
好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のトリシクロアルキル基(例えば、1−アダマンチル)
(2-d) Tricycloalkyl group Preferably, it is a substituted or unsubstituted tricycloalkyl group having 7 to 30 carbon atoms (for example, 1-adamantyl).

(2−e)さらに環構造が多い多環シクロアルキル基
なお、以下に説明する置換基の中のアルキル基(例えばアルキルチオ基のアルキル基)はこのような概念のアルキル基を表すが、さらにアルケニル基、アルキニル基も含むこととする。
(2-e) A polycyclic cycloalkyl group having a larger ring structure In addition, an alkyl group (for example, an alkyl group of an alkylthio group) in a substituent described below represents an alkyl group of such a concept, Group and alkynyl group.

(3)アルケニル基
直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルケニル基を表す。それらは、(3−a)〜(3−c)を包含するものである。
(3) Alkenyl group represents a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkenyl group. They include (3-a) to (3-c).

(3−a)アルケニル基
好ましくは炭素数2から30の置換または無置換のアルケニル基(例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)
(3-a) Alkenyl group Preferably it is a C2-C30 substituted or unsubstituted alkenyl group (for example, vinyl, allyl, prenyl, geranyl, oleyl).

(3−b)シクロアルケニル基
好ましくは、炭素数3から30の置換もしくは無置換のシクロアルケニル基(例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル)
(3-b) Cycloalkenyl group Preferably, the substituted or unsubstituted cycloalkenyl group having 3 to 30 carbon atoms (for example, 2-cyclopenten-1-yl, 2-cyclohexen-1-yl)

(3−c)ビシクロアルケニル基
置換または無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基(例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)
(3-c) Bicycloalkenyl group A substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group, preferably a substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group having 5 to 30 carbon atoms (for example, bicyclo [2,2,1] hept-2-ene -1-yl, bicyclo [2,2,2] oct-2-en-4-yl)

(4)アルキニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のアルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基)
(4) Alkynyl group Preferably, the substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 30 carbon atoms (for example, ethynyl, propargyl, trimethylsilylethynyl group)

(5)アリール基
好ましくは、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリール基(例えばフェニル、p−トリル、ナフチル、m−クロロフェニル、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル、フェロセニル)
(5) Aryl group Preferably, it is a C6-C30 substituted or unsubstituted aryl group (for example, phenyl, p-tolyl, naphthyl, m-chlorophenyl, o-hexadecanoylaminophenyl, ferrocenyl).

(6)複素環基
好ましくは、5または6員の置換もしくは無置換の、芳香族もしくは非芳香族の複素環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、さらに好ましくは、炭素数2から50の5もしくは6員の芳香族の複素環基である。
(例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル。なお、1−メチル−2−ピリジニオ、1−メチル−2−キノリニオのようなカチオン性の複素環基でも良い)
(6) Heterocyclic group Preferably, it is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a 5- or 6-membered substituted or unsubstituted aromatic or non-aromatic heterocyclic compound, more preferably carbon. It is a 5- or 6-membered aromatic heterocyclic group of 2 to 50.
(For example, 2-furyl, 2-thienyl, 2-pyrimidinyl, 2-benzothiazolyl. In addition, a cationic heterocyclic group such as 1-methyl-2-pyridinio and 1-methyl-2-quinolinio may be used)

(7)シアノ基 (7) Cyano group

(8)ヒドロキシ基 (8) Hydroxy group

(9)ニトロ基 (9) Nitro group

(10)カルボキシ基 (10) Carboxy group

(11)アルコキシ基
好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシ)
(11) Alkoxy group Preferably, the substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms (for example, methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy)

(12)アリールオキシ基
好ましくは、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールオキシ基(例えば、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、4−t−ブチルフェノキシ、3−ニトロフェノキシ、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ)
(12) Aryloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms (for example, phenoxy, 2-methylphenoxy, 4-t-butylphenoxy, 3-nitrophenoxy, 2-tetradecanoyl) Aminophenoxy)

(13)シリルオキシ基
好ましくは、炭素数3から20のシリルオキシ基(例えば、トリメチルシリルオキシ、t−ブチルジメチルシリルオキシ)
(13) Silyloxy group Preferably, the silyloxy group having 3 to 20 carbon atoms (for example, trimethylsilyloxy, t-butyldimethylsilyloxy)

(14)ヘテロ環オキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のヘテロ環オキシ基(例えば、1−フェニルテトラゾールー5−オキシ、2−テトラヒドロピラニルオキシ)
(14) Heterocyclic oxy group Preferably, the substituted or unsubstituted heterocyclic oxy group having 2 to 30 carbon atoms (for example, 1-phenyltetrazol-5-oxy, 2-tetrahydropyranyloxy)

(15)アシルオキシ基
好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2から30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルオキシ基(例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ)
(15) Acyloxy group, preferably a formyloxy group, a substituted or unsubstituted alkylcarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylcarbonyloxy group having 6 to 30 carbon atoms (for example, formyloxy, acetyloxy , Pivaloyloxy, stearoyloxy, benzoyloxy, p-methoxyphenylcarbonyloxy)

(16)カルバモイルオキシ基
好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のカルバモイルオキシ基(例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ、N−n−オクチルカルバモイルオキシ)
(16) Carbamoyloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted carbamoyloxy group having 1 to 30 carbon atoms (for example, N, N-dimethylcarbamoyloxy, N, N-diethylcarbamoyloxy, morpholinocarbonyloxy, N, N- Di-n-octylaminocarbonyloxy, Nn-octylcarbamoyloxy)

(17)アルコキシカルボニルオキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基(例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t−ブトキシカルボニルオキシ、n−オクチルカルボニルオキシ)
(17) Alkoxycarbonyloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted alkoxycarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms (for example, methoxycarbonyloxy, ethoxycarbonyloxy, t-butoxycarbonyloxy, n-octylcarbonyloxy)

(18)アリールオキシカルボニルオキシ基
好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基(例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)
(18) Aryloxycarbonyloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted aryloxycarbonyloxy group having 7 to 30 carbon atoms (for example, phenoxycarbonyloxy, p-methoxyphenoxycarbonyloxy, pn-hexadecyloxyphenoxycarbonyl) Oxy)

(19)アミノ基
好ましくは、アミノ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールアミノ基(例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N-メチル−アニリノ、ジフェニルアミノ)
(19) Amino group Preferably, an amino group, a substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylamino group having 6 to 30 carbon atoms (for example, amino, methylamino, dimethylamino) Anilino, N-methyl-anilino, diphenylamino)

(20)アンモニオ基
好ましくは、アンモニオ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキル、アリール、複素環が置換したアンモニオ基(例えば、トリメチルアンモニオ、トリエチルアンモニオ、ジフェニルメチルアンモニオ)
(20) Ammonio group Preferably, an ammonio group, an ammonio group substituted with 1 to 30 carbon atoms or an unsubstituted alkyl, aryl, or heterocyclic ring (for example, trimethylammonio, triethylammonio, diphenylmethylammonio)

(21)アシルアミノ基
好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルアミノ基(例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)
(21) Acylamino group Preferably, a formylamino group, a substituted or unsubstituted alkylcarbonylamino group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylcarbonylamino group having 6 to 30 carbon atoms (for example, formylamino, acetyl) Amino, pivaloylamino, lauroylamino, benzoylamino, 3,4,5-tri-n-octyloxyphenylcarbonylamino)

(22)アミノカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアミノカルボニルアミノ(例えば、カルバモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)
(22) Aminocarbonylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted aminocarbonylamino having 1 to 30 carbon atoms (for example, carbamoylamino, N, N-dimethylaminocarbonylamino, N, N-diethylaminocarbonylamino, morpholinocarbonylamino) )

(23)アルコキシカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基(例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t−ブトキシカルボニルアミノ、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N−メチルーメトキシカルボニルアミノ)
(23) Alkoxycarbonylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted alkoxycarbonylamino group having 2 to 30 carbon atoms (for example, methoxycarbonylamino, ethoxycarbonylamino, t-butoxycarbonylamino, n-octadecyloxycarbonylamino, N- Methyl-methoxycarbonylamino)

(24)アリールオキシカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基(例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p-クロロフェノキシカ
ルボニルアミノ、m-n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ)
(24) Aryloxycarbonylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted aryloxycarbonylamino group having 7 to 30 carbon atoms (for example, phenoxycarbonylamino, p-chlorophenoxycarbonylamino, mn-octyloxyphenoxycarbonylamino) )

(25)スルファモイルアミノ基
好ましくは、炭素数0から30の置換もしくは無置換のスルファモイルアミノ基(例えば、スルファモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ)
(25) Sulfamoylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted sulfamoylamino group having 0 to 30 carbon atoms (for example, sulfamoylamino, N, N-dimethylaminosulfonylamino, Nn-octylamino) Sulfonylamino)

(26)アルキルもしくはアリールスルホニルアミノ基
好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルスルホニルアミノ、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールスルホニルアミノ(例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p−メチルフェニルスルホニルアミノ)
(26) Alkyl or arylsulfonylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted alkylsulfonylamino having 1 to 30 carbon atoms, or the substituted or unsubstituted arylsulfonylamino having 6 to 30 carbon atoms (for example, methylsulfonylamino, butylsulfonyl) Amino, phenylsulfonylamino, 2,3,5-trichlorophenylsulfonylamino, p-methylphenylsulfonylamino)

(27)メルカプト基 (27) Mercapto group

(28)アルキルチオ基
好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、n−ヘキサデシルチオ)
(28) Alkylthio group Preferably, it is a C1-C30 substituted or unsubstituted alkylthio group (for example, methylthio, ethylthio, n-hexadecylthio).

(29)アリールチオ基
好ましくは、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールチオ(例えば、フェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、m−メトキシフェニルチオ)
(29) Arylthio group Preferably, the substituted or unsubstituted arylthio having 6 to 30 carbon atoms (for example, phenylthio, p-chlorophenylthio, m-methoxyphenylthio)

(30)ヘテロ環チオ基
好ましくは、炭素数2から30の置換または無置換のヘテロ環チオ基(例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ)
(30) Heterocyclic thio group Preferably, the substituted or unsubstituted heterocyclic thio group having 2 to 30 carbon atoms (for example, 2-benzothiazolylthio, 1-phenyltetrazol-5-ylthio)

(31)スルファモイル基
好ましくは、炭素数0から30の置換もしくは無置換のスルファモイル基(例えば、N−エチルスルファモイル、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−アセチルスルファモイル、N−ベンゾイルスルファモイル、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル)
(31) Sulfamoyl group Preferably, the substituted or unsubstituted sulfamoyl group having 0 to 30 carbon atoms (for example, N-ethylsulfamoyl, N- (3-dodecyloxypropyl) sulfamoyl, N, N-dimethylsulfamoyl) N-acetylsulfamoyl, N-benzoylsulfamoyl, N- (N′-phenylcarbamoyl) sulfamoyl)

(32)スルホ基 (32) Sulfo group

(33)アルキルもしくはアリールスルフィニル基
好ましくは、炭素数1から30の置換または無置換のアルキルスルフィニル基、6から30の置換または無置換のアリールスルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p−メチルフェニルスルフィニル)
(33) an alkyl or arylsulfinyl group, preferably a substituted or unsubstituted alkylsulfinyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylsulfinyl group having 6 to 30 carbon atoms (for example, methylsulfinyl, ethylsulfinyl, phenylsulfinyl, p-methylphenylsulfinyl)

(34)アルキルもしくはアリールスルホニル基
好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルスルホニル基、6から30の置換もしくは無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p−メチルフェニルスルホニル)
(34) an alkyl or arylsulfonyl group, preferably a substituted or unsubstituted alkylsulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylsulfonyl group having 6 to 30 carbon atoms, such as methylsulfonyl, ethylsulfonyl, phenylsulfonyl, p-methylphenylsulfonyl)

(35)アシル基
好ましくは、ホルミル基、炭素数2から30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニル基、炭素数4から30の置換もしくは無置換の炭素原子でカルボニル基と結合しているヘテロ環カルボニル基(例えば、アセチル、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p−n−オクチルオキシフェニルカルボニル、2―ピリジルカルボニル、2―フリルカルボニル)
(35) Acyl group Preferably, it is a formyl group, a substituted or unsubstituted alkylcarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylcarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted group having 4 to 30 carbon atoms. Heterocyclic carbonyl groups bonded to carbonyl groups at substituted carbon atoms (eg, acetyl, pivaloyl, 2-chloroacetyl, stearoyl, benzoyl, pn-octyloxyphenylcarbonyl, 2-pyridylcarbonyl, 2-furylcarbonyl )

(36)アリールオキシカルボニル基
好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニル基(例えば、フェノキシカルボニル、o−クロロフェノキシカルボニル、m−ニトロフェノキシカルボニル、p−t−ブチルフェノキシカルボニル)
(36) Aryloxycarbonyl group Preferably, it is a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms (for example, phenoxycarbonyl, o-chlorophenoxycarbonyl, m-nitrophenoxycarbonyl, pt-butylphenoxycarbonyl). )

(37)アルコキシカルボニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、n−オクタデシルオキシカルボニル)
(37) Alkoxycarbonyl group Preferably, the substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms (for example, methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, t-butoxycarbonyl, n-octadecyloxycarbonyl)

(38)カルバモイル基
好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のカルバモイル(例えば、カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル、N−(メチルスルホニル)カルバモイル)
(38) Carbamoyl group Preferably, the substituted or unsubstituted carbamoyl having 1 to 30 carbon atoms (for example, carbamoyl, N-methylcarbamoyl, N, N-dimethylcarbamoyl, N, N-di-n-octylcarbamoyl, N- (Methylsulfonyl) carbamoyl)

(39)アリールおよびヘテロ環アゾ基
好ましくは、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3から30の置換もしくは無置換のヘテロ環アゾ基(例えば、フェニルアゾ、p−クロロフェニルアゾ、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ)
(39) Aryl and heterocyclic azo group Preferably, the substituted or unsubstituted arylazo group having 6 to 30 carbon atoms, or the substituted or unsubstituted heterocyclic azo group having 3 to 30 carbon atoms (for example, phenylazo, p-chlorophenylazo , 5-ethylthio-1,3,4-thiadiazol-2-ylazo)

(40)イミド基
好ましくは、N−スクシンイミド、N−フタルイミド
(40) Imido group, preferably N-succinimide, N-phthalimide

(41)ホスフィノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィノ基(例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)
(41) Phosphino group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphino group having 2 to 30 carbon atoms (for example, dimethylphosphino, diphenylphosphino, methylphenoxyphosphino)

(42)ホスフィニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニル基(例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)
(42) Phosphinyl group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphinyl group having 2 to 30 carbon atoms (for example, phosphinyl, dioctyloxyphosphinyl, diethoxyphosphinyl).

(43)ホスフィニルオキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニルオキシ基(例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)
(43) Phosphinyloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphinyloxy group having 2 to 30 carbon atoms (for example, diphenoxyphosphinyloxy, dioctyloxyphosphinyloxy)

(44)ホスフィニルアミノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニルアミノ基(例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)
(44) Phosphinylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphinylamino group having 2 to 30 carbon atoms (for example, dimethoxyphosphinylamino, dimethylaminophosphinylamino)

(45)ホスフォ基 (45) Phosphor group

(46)シリル基
好ましくは、炭素数3から30の置換もしくは無置換のシリル基(例えば、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリイソプロピルシリル、t−ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)
(46) Silyl group Preferably, the substituted or unsubstituted silyl group having 3 to 30 carbon atoms (for example, trimethylsilyl, triethylsilyl, triisopropylsilyl, t-butyldimethylsilyl, phenyldimethylsilyl)

(47)ヒドラジノ基
好ましくは炭素数0から30の置換もしくは無置換のヒドラジノ基(例えば、トリメチルヒドラジノ)
(47) Hydrazino group Preferably a substituted or unsubstituted hydrazino group having 0 to 30 carbon atoms (for example, trimethylhydrazino)

(48)ウレイド基
好ましくは炭素数0から30の置換もしくは無置換のウレイド基(例えばN,N−ジメチルウレイド)
(48) Ureido group Preferably, the substituted or unsubstituted ureido group having 0 to 30 carbon atoms (for example, N, N-dimethylureido)

また、2つのWが共同して環を形成することもできる。このような環としては芳香族、または非芳香族の炭化水素環、または複素環や、これらがさらに組み合わされて形成された多環縮合環が挙げられる。例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、およびフェナジン環が挙げられる。   Two Ws can also form a ring together. Examples of such a ring include an aromatic or non-aromatic hydrocarbon ring, a heterocyclic ring, and a polycyclic fused ring formed by further combining them. For example, benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring, biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, Pyrimidine ring, pyridazine ring, indolizine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, phenant Examples include lysine ring, acridine ring, phenanthroline ring, thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring, and phenazine ring.

上記の置換基Wの中で、水素原子を有するものは、これを取り去りさらに上記の基で置換されていても良い。そのような置換基の例としては、−CONHSO2−基(スルホニルカルバモイル基、カルボニルスルファモイル基)、−CONHCO−基(カルボニルカルバモイル基)、−SO2NHSO2−基(スルフォニルスルファモイル基)が挙げられる。より具体的には、アルキルカルボニルアミノスルホニル基(例えば、アセチルアミノスルホニル)、アリールカルボニルアミノスルホニル基(例えば、ベンゾイルアミノスルホニル基)、アルキルスルホニルアミノカルボニル基(例えば、メチルスルホニルアミノカルボニル)、アリールスルホニルアミノカルボニル基(例えば、p−メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル)が挙げられる。 Among the above-described substituents W, those having a hydrogen atom may be substituted with the above groups by removing this. Examples of such substituents, -CONHSO 2 - group (sulfonylcarbamoyl group, a carbonyl sulfamoyl group), - CONHCO- group (carbonylation carbamoyl group), - SO 2 NHSO 2 - group (sulfonylsulfamoyl group ). More specifically, alkylcarbonylaminosulfonyl group (for example, acetylaminosulfonyl), arylcarbonylaminosulfonyl group (for example, benzoylaminosulfonyl group), alkylsulfonylaminocarbonyl group (for example, methylsulfonylaminocarbonyl), arylsulfonylamino A carbonyl group (for example, p-methylphenylsulfonylaminocarbonyl) is mentioned.

4〜R27のうち、8個以上が水素原子である場合が好ましく、16個以上が水素原子である場合がより好ましく、全てが水素原子である場合が最も好ましい。R4〜R27の置換基としては炭素数1〜6の直鎖または分岐アルキル基から選ばれることが好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基のいずれかから選ばれることがより好ましい。二つ以上のR4〜R27が共同して環を形成してもよく、その中で特にR6およびR7、R12およびR13、R18およびR19、R24およびR25で共同してベンゼン環を形成している場合が好ましい。 Of R 4 to R 27 , 8 or more are preferably hydrogen atoms, more preferably 16 or more are hydrogen atoms, and most preferably all are hydrogen atoms. The substituent for R 4 to R 27 is preferably selected from a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and includes a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, More preferably, it is selected from any of t-butyl groups. Two or more R 4 to R 27 may jointly form a ring, in particular, R 6 and R 7 , R 12 and R 13 , R 18 and R 19 , R 24 and R 25 And forming a benzene ring.

1〜R3は、それぞれ独立に直鎖型のアルキル基でも良いが、この場合、長すぎると蒸着時に分解しやすくなるため、炭素数3〜6の直鎖アルキル基である事が好ましい。また、適度に分子間相互作用を弱め、蒸着性を改良するという観点からは、R1〜R3のうち少なくとも一つが、分岐アルキル基であることが好ましく、より好ましくは炭素数3〜6の分岐アルキル基であり、さらに好ましくはi−プロピル基、i−Bu基、s−Bu基、t−Bu基のいずれかである。また、R1〜R3のうち少なくとも一つが、アルコキシ基である場合も好ましく、より好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基であり、さらに好ましくはメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、t−ブトキシ基のいずれかである。また、R1〜R3のうち少なくとも一つが、芳香族炭化水素基または芳香族へテロ環基である場合も好ましく、より好ましくは炭素数2〜12の芳香族炭化水素基または芳香族へテロ環基であり、さらに好ましくはフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、キノリニル基、チオフェニル基のいずれかであり、特に好ましくは置換または無置換のフェニル基である。また、R1〜R3が異なる2種類以上の置換基から選ばれる場合も好ましく、この場合、異なる2種類以上の置換基はいかなるものでもよいが、少なくとも一つが直鎖または分岐のアルキル基(好ましくは炭素数1〜8のもの、より好ましくは炭素数1〜4のもの)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8のもの、より好ましくは炭素数1〜4のもの)、芳香族炭化水素基または芳香族へテロ環基(好ましくは炭素数2〜12のもの、より好ましくは炭素数2〜10のもの)のいずれかであることが好ましく、少なくとも二つがこれらの中から選ばれることがより好ましく、三つともがこれらの中から選ばれることが特に好ましい。 R 1 to R 3 may be each independently a linear alkyl group, but in this case, if it is too long, it is easy to decompose during vapor deposition, and therefore it is preferably a C 3-6 linear alkyl group. Further, from the viewpoint of moderately weakening the intermolecular interaction and improving the deposition property, at least one of R 1 to R 3 is preferably a branched alkyl group, more preferably 3 to 6 carbon atoms. It is a branched alkyl group, and more preferably an i-propyl group, i-Bu group, s-Bu group, or t-Bu group. Moreover, it is also preferable that at least one of R 1 to R 3 is an alkoxy group, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and still more preferably a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, i -A propoxy group, an n-butoxy group, or a t-butoxy group. It is also preferable that at least one of R 1 to R 3 is an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group, more preferably an aromatic hydrocarbon group having 2 to 12 carbon atoms or an aromatic hetero group. A cyclic group, more preferably a phenyl group, a naphthyl group, a pyridyl group, a quinolinyl group, or a thiophenyl group, and particularly preferably a substituted or unsubstituted phenyl group. It is also preferred that R 1 to R 3 are selected from two or more different substituents. In this case, any two or more different substituents may be used, but at least one of them is a linear or branched alkyl group ( Preferably those having 1 to 8 carbon atoms, more preferably those having 1 to 4 carbon atoms), alkoxy groups (preferably those having 1 to 8 carbon atoms, more preferably those having 1 to 4 carbon atoms), aromatic carbonization It is preferably either a hydrogen group or an aromatic heterocyclic group (preferably having 2 to 12 carbon atoms, more preferably having 2 to 10 carbon atoms), and at least two are selected from these groups Is more preferable, and it is particularly preferable that all three are selected from these.

中心金属Mとしては、Siである場合が特に好ましい。   The center metal M is particularly preferably Si.

以下に本発明の化合物の具体例を示すが、本発明は以下の例に限定されるものではない。   Specific examples of the compound of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to the following examples.

Figure 0005352133
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Figure 0005352133
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(合成法)
本発明の化合物のナフタロシアニン環形成反応は、白井汪芳、小林長夫編・著「フタロシアニン−化学と機能−」(アイピーシー社、1997年刊)の第1〜62頁、廣橋亮、坂本恵一、奥村映子編「機能性色素としてのフタロシアニン」(アイピーシー社、2004年刊)の第29〜77頁に準じて行うことができる。
(Synthesis method)
The naphthalocyanine ring formation reaction of the compound of the present invention is described in the following paragraphs. This can be carried out according to pages 29 to 77 of “Phthalocyanine as a functional dye” edited by Eiko Okumura (IPC, 2004).

ナフタロシアニン誘導体の代表的な合成方法としては、これらの文献に記載のワイラー法、フタロニトリル法、リチウム法、サブフタロシアニン法、および塩素化フタロシアニン法などが挙げられる。本発明のナフタロシアニン環形成反応において、いかなる反応条件を用いても良い。環形成反応においては、ナフタロシアニンの中心金属となる種々の金属を添加することが好ましいが、中心金属を持たないナフタロシアニン誘導体を合成後に、所望の金属を導入しても良い。反応溶媒としては、いかなる溶媒を用いても良いが、好ましくは高沸点の溶媒である。また、環形成反応促進のために、酸または塩基を用いることが好ましく、特に塩基を用いることが好ましい。最適な反応条件は、目的とするナフタロシアニン誘導体の構造により異なるが、上記の文献に記載された具体的な反応条件を参考に設定することができる。   Representative methods for synthesizing naphthalocyanine derivatives include the Weiler method, phthalonitrile method, lithium method, subphthalocyanine method, and chlorinated phthalocyanine method described in these documents. Any reaction conditions may be used in the naphthalocyanine ring formation reaction of the present invention. In the ring formation reaction, it is preferable to add various metals to be the central metal of naphthalocyanine, but a desired metal may be introduced after the synthesis of a naphthalocyanine derivative having no central metal. Any solvent may be used as the reaction solvent, but a solvent having a high boiling point is preferable. In order to promote the ring formation reaction, it is preferable to use an acid or a base, and it is particularly preferable to use a base. Optimum reaction conditions vary depending on the structure of the target naphthalocyanine derivative, but can be set with reference to specific reaction conditions described in the above-mentioned documents.

上記のナフタロシアニン誘導体の合成に使用する原料としては、無水ナフタル酸、ナフタルイミド、ナフタル酸およびその塩、ナフタル酸ジアミド、ナフタロニトリル、1,3−ジイミノベンゾイソインドリンなどの誘導体を用いることができる。これらの原料は公知のいかなる方法で合成しても良い。   As raw materials used for the synthesis of the above naphthalocyanine derivatives, derivatives such as naphthalic anhydride, naphthalimide, naphthalic acid and salts thereof, naphthalic acid diamide, naphthalonitrile, 1,3-diiminobenzoisoindoline should be used. Can do. These raw materials may be synthesized by any known method.

(合成例)
[化合物2の合成]
(Synthesis example)
[Synthesis of Compound 2]

Figure 0005352133
Figure 0005352133

シリコンジヒドロキシナフタロシアニン(1.0g、1.29mmol)、クロロトリイソブチルシラン(4.4mL)、トリブチルアミン(4.0mL)、およびβ−ピコリン(140mL)を混合し、窒素雰囲気下で2時間加熱還流した。反応溶液を室温まで冷却した後、水(100mL)/エタノール(100mL)混合溶媒に投入すると緑色粉末が析出した。エタノールでよく洗浄した後、カラムクロマトグラフィー(NHシリカ、展開溶媒トルエン)により原点成分を取り除き、トルエンから再結晶することで、金属光沢のある緑色結晶として化合物3(0.82g、収率54%)を得た。HPLC測定により、得られた化合物3の純度が99%以上であることを確認した。   Mix silicon dihydroxynaphthalocyanine (1.0 g, 1.29 mmol), chlorotriisobutylsilane (4.4 mL), tributylamine (4.0 mL), and β-picoline (140 mL) and heat under nitrogen atmosphere for 2 hours Refluxed. The reaction solution was cooled to room temperature, and then poured into a mixed solvent of water (100 mL) / ethanol (100 mL) to precipitate a green powder. After thoroughly washing with ethanol, the origin component was removed by column chromatography (NH silica, developing solvent toluene) and recrystallized from toluene to give Compound 3 (0.82 g, 54% yield) as a metallic glossy green crystal. ) It was confirmed by HPLC measurement that the obtained compound 3 had a purity of 99% or more.

1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.12(s,8H),8.68(dd,8H),7.93(dd,8H),−0.40(d,36H),−0.49〜−0.60(m,6H),−2.00ppm(d,12H)。 1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.12 (s, 8H), 8.68 (dd, 8H), 7.93 (dd, 8H), −0.40 (d, 36H), −0 .49 to -0.60 (m, 6H), -2.00 ppm (d, 12H).

[その他の化合物の合成]
化合物2の合成法に準じて化合物1、化合物3、化合物4、化合物5、化合物6、化合物8、化合物9、化合物10、化合物11、化合物12、化合物13、化合物14を合成した。1H NMR測定結果を以下に示す。
[Synthesis of other compounds]
According to the synthesis method of Compound 2, Compound 1, Compound 3, Compound 4, Compound 5, Compound 6, Compound 8, Compound 8, Compound 9, Compound 10, Compound 11, Compound 12, Compound 13, and Compound 14 were synthesized. 1 H NMR measurement results are shown below.

[化合物1]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.12(s,8H),8.68(dd,8H),7.94(dd,8H),−0.90(d,36H),−1.60〜−1.70ppm(q,6H)。
[Compound 1]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.12 (s, 8H), 8.68 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), −0.90 (d, 36H), −1 .60 to -1.70 ppm (q, 6H).

[化合物3]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=9.92(s,8H),8.68(dd,8H),7.96(dd,8H),6.59(dd,6H),6.24(dd,12H),5.13ppm(d,12H)。
[Compound 3]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 9.92 (s, 8H), 8.68 (dd, 8H), 7.96 (dd, 8H), 6.59 (dd, 6H), 6.24 (Dd, 12H), 5.13 ppm (d, 12H).

[化合物4]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.12(s,8H),8.67(dd,8H),7.94(dd,8H),1.60(q,12H),−0.19ppm(t,18H)。
[Compound 4]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.12 (s, 8H), 8.67 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), 1.60 (q, 12H), −0. 19 ppm (t, 18H).

[化合物5]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.12(s,8H),8.67(dd,8H),7.94(dd,8H),−0.22ppm(s,54H)。
[Compound 5]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.12 (s, 8H), 8.67 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), −0.22 ppm (s, 54H).

[化合物6]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.12(s,8H),8.67(dd,8H),7.94(dd,8H),1.72〜1.50(m,6H),0.60〜0.42(m,6H),0.20〜0.11(m,12H),0.11〜−0.08(m,36H),−0.38〜−0.49(m,18H)。
[Compound 6]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.12 (s, 8H), 8.67 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), 1.72 to 1.50 (m, 6H) , 0.60 to 0.42 (m, 6H), 0.20 to 0.11 (m, 12H), 0.11 to -0.08 (m, 36H), -0.38 to -0.49 (M, 18H).

[化合物8]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.12(s,8H),8.68(dd,8H),7.94(dd,8H),−0.91(s,18H),−1.82ppm(s,12H)。
[Compound 8]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.12 (s, 8H), 8.68 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), −0.91 (s, 18H), −1 .82 ppm (s, 12H).

[化合物9]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.14(s,8H),8.69(dd,8H),7.94(dd,8H),−0.59〜−0.69(q,2H),−0.84(d,12H),−1.22(s,12H),−2.58ppm(s,12H)。
[Compound 9]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.14 (s, 8H), 8.69 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), −0.59 to −0.69 (q, 2H), -0.84 (d, 12H), -1.22 (s, 12H), -2.58 ppm (s, 12H).

[化合物10]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.12(s,8H),8.67(dd,8H),7.93(dd,8H),1.10〜0.97(m,4H),0.86〜0.70(m,10H)。0.69〜0.57(m,4H),0.32〜0.09(m,8H),−0.64〜−0.79(m,4H),−0.95〜−1.11(m,24H),−1.59〜−1.74(m,4H),−2.09〜−2.21ppm(m,4H)。
[Compound 10]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.12 (s, 8H), 8.67 (dd, 8H), 7.93 (dd, 8H), 1.10 to 0.97 (m, 4H) , 0.86 to 0.70 (m, 10H). 0.69 to 0.57 (m, 4H), 0.32 to 0.09 (m, 8H), -0.64 to -0.79 (m, 4H), -0.95 to -1.11 (M, 24H), -1.59 to -1.74 (m, 4H), -2.09 to -2.21 ppm (m, 4H).

[化合物11]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.13(s,8H),8.68(dd,8H),7.94(dd,8H),0.90〜0.80(m,2H),0.60〜0.49(m,4H),0.10〜−0.12(m,8H),−0.53〜0.63(m,2H),−1.31〜−1.50(m,4H),−1.80〜−1.95(m,2H),−2.59ppm(s,12H)。
[Compound 11]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.13 (s, 8H), 8.68 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), 0.90 to 0.80 (m, 2H) , 0.60 to 0.49 (m, 4H), 0.10 to -0.12 (m, 8H), -0.53 to 0.63 (m, 2H), -1.31 to -1. 50 (m, 4H), -1.80 to -1.95 (m, 2H), -2.59 ppm (s, 12H).

[化合物12]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.07(s,8H),8.62(dd,8H),7.95(dd,8H),6.59(dd,6H),6.24(dd,12H),5.13(d,12H),−2.22ppm(s,12H)。
[Compound 12]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.07 (s, 8H), 8.62 (dd, 8H), 7.95 (dd, 8H), 6.59 (dd, 6H), 6.24 (Dd, 12H), 5.13 (d, 12H), -2.22 ppm (s, 12H).

[化合物13]
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ=10.07(s,8H),8.62(dd,8H),7.95(dd,8H),−2.00ppm(s,12H)。
[Compound 13]
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ = 10.07 (s, 8H), 8.62 (dd, 8H), 7.95 (dd, 8H), −2.00 ppm (s, 12H).

[化合物14]
δ=10.12(s,8H),8.68(dd,8H),7.94(dd,8H),0.92(t,4H),−0.58〜−0.72(m,4H),−1,68〜−1.80(m,4H),−2.47ppm(s,12H)。
[Compound 14]
δ = 10.12 (s, 8H), 8.68 (dd, 8H), 7.94 (dd, 8H), 0.92 (t, 4H), -0.58 to -0.72 (m, 4H), -1,68--1.80 (m, 4H), -2.47 ppm (s, 12H).

化合物8、化合物9、化合物10、化合物11などでは以下一般式(NP−3)に示すような二量体が副生し、この場合、1H NMR(CDCl3,400MHz)にてδ=9.4(s)、9.0(dd)、8.3(dd)に二量体に由来するシグナルが検出されるが、昇華精製などの方法で取り除くことができる。
一般式(NP−3)
In Compound 8, Compound 9, Compound 10, Compound 11, etc., a dimer as shown in the following general formula (NP-3) is by-produced. In this case, δ = 9 in 1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz). Signals derived from the dimer are detected at .4 (s), 9.0 (dd), and 8.3 (dd), but can be removed by a method such as sublimation purification.
General formula (NP-3)

Figure 0005352133
Figure 0005352133

上記一般式(NP−3)において、金属原子MはSi、Ge、Snのいずれかであり、R1〜R3は水素原子以外の置換基を表す。但し、R1〜R3の全てが同一の直鎖アルキル基になることはない。 In the general formula (NP-3), the metal atom M is any one of Si, Ge, and Sn, and R 1 to R 3 each represent a substituent other than a hydrogen atom. However, all of R 1 to R 3 do not become the same linear alkyl group.

次に、一般式(SQ−1)で表されるスクアリリウム化合物について説明する。
一般式(SQ−1)
Next, the squarylium compound represented by the general formula (SQ-1) will be described.
General formula (SQ-1)

Figure 0005352133
Figure 0005352133

一般式(SQ−1)のAおよびBで表される置換基としては、結合位がsp2炭素である置換基であればいかなるものでも良い。該置換基として、アリール基もしくは複素環基を含んでなる基を挙げることができる。該置換基の例は、アリール基、複素環基(ヘテロ環基と言っても良い)、またはアリール基もしくは複素環基が結合したメチン基が好ましく、該複素環基の複素環の炭素原子とメチン基が結合している場合が好ましい。前記アリール基として、好ましくは炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリール基であり、例えば、フェニル、p−トリル、ナフチル、m−クロロフェニル、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル、フェロセニルなどを挙げることができる。前記複素環基は、好ましくは5もしくは6員の、置換もしくは無置換の、芳香族もしくは非芳香族の複素環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、さらに好ましくは、炭素数2から30の5もしくは6員の芳香族の複素環基である。例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリルなどが挙げられる。なお、1−メチル−2−ピリジニオ、1−メチル−2−キノリニオのようなカチオン性の複素環基でも良い。また、アリール基又は複素環基が結合したメチン基の場合、アリール基又は複素環基としては前述のものが好ましく用いられ、該複素環基としては、2−シクロブテン−1,3−ジオン核も挙げられ、複素環基(例えば、インドレニン核)が結合したメチン基と結合した2−シクロブテン−1,3−ジオン核もその例である。メチン基としては、置換もしくは無置換のメチン基であり、メチン基の置換基としては上記の置換基Wが挙げられ、アルキル基(好ましくは炭素数1から5の置換または無置換のアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ベンジル、フェネチル)、アリール基(好ましくは、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリール基、例えば、フェニル、p−トリル、ナフチル)などが好ましい。複素環基が結合したメチン基の場合、該複素環中の炭素原子と結合したメチン基の場合が好ましい。
上記一般式(SQ−1)で表される化合物を赤外吸収に用いる場合には、A、Bの一方がインドレニン核(好ましくはインドレニン核の2位で結合)が結合したメチン基であり、他方がキノリン核(好ましくはキノリン核の2位または4位で、より好ましくは2位で結合)が結合したメチン基である化合物が好ましい。本明細書では、A,Bの少なくとも一方がインドレニン核が結合したメチン基である場合、その置換基をインドレニン型置換基と称する。
The substituent represented by A and B in the general formula (SQ-1) may be any substituent as long as the bonding position is sp 2 carbon. Examples of the substituent include a group comprising an aryl group or a heterocyclic group. Examples of the substituent are preferably an aryl group, a heterocyclic group (which may be referred to as a heterocyclic group), or a methine group to which an aryl group or a heterocyclic group is bonded, and the heterocyclic carbon atom of the heterocyclic group and The case where the methine group is couple | bonded is preferable. The aryl group is preferably a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and examples thereof include phenyl, p-tolyl, naphthyl, m-chlorophenyl, o-hexadecanoylaminophenyl, and ferrocenyl. Can do. The heterocyclic group is preferably a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a 5- or 6-membered, substituted or unsubstituted, aromatic or non-aromatic heterocyclic compound, and more preferably carbon. It is a 5- or 6-membered aromatic heterocyclic group of the number 2 to 30. For example, 2-furyl, 2-thienyl, 2-pyrimidinyl, 2-benzothiazolyl and the like can be mentioned. A cationic heterocyclic group such as 1-methyl-2-pyridinio and 1-methyl-2-quinolinio may also be used. In the case of a methine group to which an aryl group or a heterocyclic group is bonded, the above-mentioned ones are preferably used as the aryl group or the heterocyclic group, and the heterocyclic group includes a 2-cyclobutene-1,3-dione nucleus. An example thereof is a 2-cyclobutene-1,3-dione nucleus bonded to a methine group to which a heterocyclic group (for example, an indolenine nucleus) is bonded. The methine group is a substituted or unsubstituted methine group, and examples of the substituent of the methine group include the above-described substituent W, and an alkyl group (preferably a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, For example, methyl, ethyl, propyl, butyl, benzyl, phenethyl), an aryl group (preferably a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, such as phenyl, p-tolyl, naphthyl) and the like are preferable. In the case of a methine group bonded to a heterocyclic group, a methine group bonded to a carbon atom in the heterocyclic ring is preferred.
When the compound represented by the general formula (SQ-1) is used for infrared absorption, one of A and B is a methine group to which an indolenine nucleus (preferably bonded at the 2-position of the indolenine nucleus) is bound. A compound in which the other is a methine group to which a quinoline nucleus (preferably bonded at the 2-position or 4-position of the quinoline nucleus, more preferably at the 2-position) is bonded is preferable. In the present specification, when at least one of A and B is a methine group to which an indolenine nucleus is bonded, the substituent is referred to as an indolenine type substituent.

本発明において、一般式(SQ−1)で表される化合物は、一般式(SQ−2)から選ばれる化合物である場合が好ましい。
一般式(SQ−2)
In the present invention, the compound represented by General Formula (SQ-1) is preferably a compound selected from General Formula (SQ-2).
General formula (SQ-2)

Figure 0005352133
Figure 0005352133

一般式(SQ−2)のR1〜R8で表される置換基としては、いかなるものでも良いが、例えば、前述のWが挙げられる。R1は好ましくは水素原子、メチル基、またはフェニル基であり、より好ましくは水素原子またはメチル基である。R2は好ましくはアルキル基(メチル、エチルなど)またはフェニル基であり、より好ましくはメチル基である。R3およびR4は、それぞれ独立に、アルキル基(メチル、エチル、プロピル、ブチルなど)またはフェニル基である場合が好ましく、両方ともメチル基である場合がより好ましい。R5〜R8として、好ましくは全て水素原子、またはR5とR6、R6とR7、R7とR8のいずれかでベンゾ縮環しており、残りが水素原子の場合であり、より好ましくは全て水素原子の場合である。
Bは前記一般式SQ−1の場合と同義であるが、赤外吸収用には、キノリン核、ピリリウム核、チオピリリウム核、アズレン核、ジヒドロペリミジン核が結合した無置換メチン基であることが好ましく、より好ましくはキノリン核が結合した無置換メチン基であり、好ましい結合位置は一般式(SQ−1)の場合と同様である。
As a substituent represented by R < 1 > -R < 8 > of general formula (SQ-2), what kind of thing may be sufficient, but the above-mentioned W is mentioned, for example. R 1 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, or a phenyl group, more preferably a hydrogen atom or a methyl group. R 2 is preferably an alkyl group (methyl, ethyl, etc.) or a phenyl group, more preferably a methyl group. R 3 and R 4 are preferably each independently an alkyl group (methyl, ethyl, propyl, butyl, etc.) or a phenyl group, more preferably a methyl group. R 5 to R 8 are preferably all hydrogen atoms, or R 5 and R 6 , R 6 and R 7 , R 7 and R 8 are benzo-fused, and the remainder is a hydrogen atom. More preferably, all are hydrogen atoms.
B has the same meaning as in the general formula SQ-1, but for infrared absorption, it may be an unsubstituted methine group to which a quinoline nucleus, a pyrylium nucleus, a thiopyrylium nucleus, an azulene nucleus, and a dihydroperimidine nucleus are bonded. Preferably, it is an unsubstituted methine group to which a quinoline nucleus is bonded, and a preferable bonding position is the same as in the case of the general formula (SQ-1).

本発明において、一般式(SQ−2)で表される化合物は、一般式(SQ−3)から選ばれる化合物である場合が好ましい。
一般式(SQ−3)

Figure 0005352133
In the present invention, the compound represented by General Formula (SQ-2) is preferably a compound selected from General Formula (SQ-3).
General formula (SQ-3)
Figure 0005352133

一般式(SQ−3)中、Bは前記一般式SQ−1の場合と同義であり、好ましい範囲も同様である。
特に、一般式(SQ−3)におけるメチン基に結合したインドレニン核構造が重要であり、この構造が、光電変換効率を向上させ、蒸着温度を下げ、分解温度を上げる効果を有すると考えられる。蒸着性の観点からは、蒸着温度低減のために低分子量化し、また、分解性を上げる基を導入しない、一般式(SQ−3)のような、単純なインドレニン構造であることが好ましい。
赤外吸収用に吸収を長波長化するためには、置換基Bの構造が重要である。ただし、長波吸収を発現させるものであっても、分解性が高いと、蒸着性が低下するため不適切である。各置換基の分解しやすさについて、一般式(SQ−1)の両端を同じ置換基(A=B)としたときの分解温度は、200℃以上であることが好ましい。
以下に、本発明で使用される一般式(SQ−1)、(SQ−2)および(SQ−3)で表される化合物の例を示す。ただし本発明は以下の例に限定されるものではない。
In General Formula (SQ-3), B has the same meaning as in General Formula SQ-1, and the preferred range is also the same.
In particular, the indolenine nucleus structure bonded to the methine group in the general formula (SQ-3) is important, and this structure is considered to have the effect of improving the photoelectric conversion efficiency, lowering the deposition temperature, and raising the decomposition temperature. . From the viewpoint of vapor deposition properties, a simple indolenine structure such as the general formula (SQ-3) is preferred which has a low molecular weight for reducing the vapor deposition temperature and does not introduce a group for increasing the decomposability.
In order to increase the absorption wavelength for infrared absorption, the structure of the substituent B is important. However, even those that exhibit long-wave absorption are inappropriate because of high decomposability because the vapor deposition performance is reduced. About the ease of decomposition | disassembly of each substituent, when the both ends of general formula (SQ-1) are made into the same substituent (A = B), it is preferable that it is 200 degreeC or more.
Examples of the compounds represented by the general formulas (SQ-1), (SQ-2), and (SQ-3) used in the present invention are shown below. However, the present invention is not limited to the following examples.

Figure 0005352133
Figure 0005352133

上記一般式(SQ−1)、(SQ−2)および(SQ−3)で表される化合物及び具体例化合物は1つの化学式で表示されているが、この分野における化学式の表示は共鳴構造等をとり得るので、他の表示で表されるものも本願発明に含まれることは言うまでもない。   The compounds represented by the above general formulas (SQ-1), (SQ-2) and (SQ-3) and the specific example compounds are represented by one chemical formula. Therefore, it is needless to say that those represented by other indications are also included in the present invention.

以上の具体例で示した化合物は、公知の文献(Dyes and Pigments,21(1993),227−234等)を参考にして合成することができる。   The compounds shown in the above specific examples can be synthesized with reference to known literature (Dyes and Pigments, 21 (1993), 227-234, etc.).

上記一般式(SQ−1)、(SQ−2)および(SQ−3)で表される化合物を有機光電変換材料として含有する光電変換膜を含む光電変換部を備える光電変換素子について説明する。
以下、本発明の光電変換素子の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明において、赤色(R)の波長域の光(R光)とは、一般的に波長550〜650nmまでの範囲の光を示し、緑色(G)の波長域の光(G光)とは、一般的に波長450〜610nmまでの範囲の光を示し、青色(B)の波長域の光(B光)とは、一般的に波長400〜520nmの範囲の光を示し、赤外域の波長域の光(赤外光)とは、一般的に波長680〜10000nmの範囲の光を示し、可視域の波長域の光(可視光)とは、一般的に波長400〜650nmの範囲の光を示すものとする。
A photoelectric conversion element including a photoelectric conversion part including a photoelectric conversion film containing the compounds represented by the general formulas (SQ-1), (SQ-2), and (SQ-3) as an organic photoelectric conversion material will be described.
Hereinafter, embodiments of the photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, light in the red (R) wavelength region (R light) generally indicates light in the wavelength range of 550 to 650 nm, and light in the green (G) wavelength region (G light) Generally indicates light in the wavelength range of 450 to 610 nm, blue (B) wavelength light (B light) generally indicates light in the wavelength range of 400 to 520 nm, and in the infrared range Light in the wavelength range (infrared light) generally indicates light in the wavelength range of 680 to 10000 nm, and light in the visible wavelength range (visible light) generally has a wavelength in the range of 400 to 650 nm. Show light.

(光電変換素子の第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態である光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。
図1に示す光電変換素子は、下部電極11と、下部電極11に対向する上部電極13と、下部電極11と上部電極13との間に設けられた光電変換膜12とを含む光電変換部Aを少なくとも備える。図1に示す光電変換素子は、上部電極13上方から光を入射して用いる。下部電極11と上部電極13とが一対の電極を構成し、該一対の電極のうち少なくとも一方が、波長域400nm〜900nmの光の透過率が95%以上の導電性薄膜であることが好ましい。または、一対の電極のうち少なくとも一方が、波長域400nm〜900nmの光の透過率が95%以上の透明導電性薄膜であることが好ましい。
(First Embodiment of Photoelectric Conversion Element)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present invention.
1 includes a lower electrode 11, an upper electrode 13 facing the lower electrode 11, and a photoelectric conversion film 12 provided between the lower electrode 11 and the upper electrode 13. At least. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 is used with light incident from above the upper electrode 13. It is preferable that the lower electrode 11 and the upper electrode 13 constitute a pair of electrodes, and at least one of the pair of electrodes is a conductive thin film having a light transmittance of 95% or more in a wavelength region of 400 nm to 900 nm. Alternatively, at least one of the pair of electrodes is preferably a transparent conductive thin film having a light transmittance of 95% or more in a wavelength region of 400 nm to 900 nm.

本実施形態の上部電極13は、可視域と赤外域を併せた範囲(例えば、波長400nm以上の範囲)の光(可視光と赤外光)に対して透明な導電性材料で構成された透明電極である。本明細書において「ある波長の光に対して透明」とは、その波長の光を70%以上透過することをいう。上部電極13には図示しない配線によってバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は、光電変換膜12で発生した電荷のうち、電子が上部電極13に移動し、正孔が下部電極11に移動するように、その極性が決められている。もちろん、光電変換膜12で発生した電荷のうち、正孔が上部電極13に移動し、電子が下部電極11に移動するように、バイアス電圧を設定しても良い。又、バイアス電圧は、その値を下部電極11と上部電極13間の距離で割った値が、1.0×105V/cm〜1.0×107V/cmの間となるようにすることが好ましく、さらに好ましくは1.0×104V/cm〜1.0×106V/cmの間である。このバイアス電圧により、上部電極13に電荷を効率的に移動させ、この電荷に応じた信号を外部に取り出すことが可能となっている。 The upper electrode 13 of this embodiment is a transparent material made of a conductive material that is transparent to light (visible light and infrared light) in a range that combines the visible range and the infrared range (for example, a range of wavelengths of 400 nm or more). Electrode. In this specification, “transparent to light of a certain wavelength” means that 70% or more of light of that wavelength is transmitted. A bias voltage is applied to the upper electrode 13 by a wiring (not shown). The polarity of the bias voltage is determined so that, of the charges generated in the photoelectric conversion film 12, electrons move to the upper electrode 13 and holes move to the lower electrode 11. Of course, the bias voltage may be set so that, of the charges generated in the photoelectric conversion film 12, holes move to the upper electrode 13 and electrons move to the lower electrode 11. Further, the bias voltage is obtained by dividing the value by the distance between the lower electrode 11 and the upper electrode 13 so as to be between 1.0 × 10 5 V / cm and 1.0 × 10 7 V / cm. Preferably, it is between 1.0 × 10 4 V / cm and 1.0 × 10 6 V / cm. With this bias voltage, it is possible to efficiently move charges to the upper electrode 13 and to extract a signal corresponding to the charges to the outside.

下部電極11は、可視画像の撮影と赤外画像の撮影とを同時に行うことのできる固体撮像素子(以下、可視・赤外撮像素子という)に適用するために、その下方にも入射光のうちの可視光を透過させる必要があるため、上部電極13と同様に透明電極を用いることが望ましい。但し、下部電極11は、赤外域の光に対して透明である必要はなく、少なくとも可視域の光に対して透明であれば良い。   Since the lower electrode 11 is applied to a solid-state imaging device (hereinafter referred to as a visible / infrared imaging device) capable of simultaneously capturing a visible image and capturing an infrared image, the lower electrode 11 also includes a portion of incident light below it. Therefore, it is desirable to use a transparent electrode in the same manner as the upper electrode 13. However, the lower electrode 11 does not have to be transparent to light in the infrared region, and may be transparent to at least light in the visible region.

光電変換膜12は、可視域と赤外域を併せた範囲(波長400nm以上の光)における吸収スペクトルの吸収ピークを赤外域に持ち、吸収した赤外光に応じた電荷を発生する有機光電変換材料を含んで構成された膜である。   The photoelectric conversion film 12 has an absorption peak of an absorption spectrum in a range including a visible region and an infrared region (light having a wavelength of 400 nm or more) in the infrared region, and generates an electric charge corresponding to the absorbed infrared light. It is the film | membrane comprised including.

このような有機光電変換材料としては、上述したナフタロシアニン化合物とスクアリウ化合物を含むものが好ましく用いられる。ここで、光電変換材料は、軸配位子型の構造を有するナフタロシアニン化合物が好ましい。   As such an organic photoelectric conversion material, a material containing the above-described naphthalocyanine compound and squaryu compound is preferably used. Here, the photoelectric conversion material is preferably a naphthalocyanine compound having an axial ligand type structure.

光電変換膜12は、ナフタロシアニン化合物からなる層とスクアリリウム化合物からなる層との積層構造を有することが好ましい。また、光電変換膜12には、ナフタロシアニン化合物とスクアリリウムとのバルクへテロ構造膜が形成されていることが好ましい。さらに、スクアリリウム化合物からなる層の厚さが20nm以下であることが好ましい。   The photoelectric conversion film 12 preferably has a stacked structure of a layer made of a naphthalocyanine compound and a layer made of a squarylium compound. The photoelectric conversion film 12 is preferably formed with a bulk heterostructure film of a naphthalocyanine compound and squarylium. Furthermore, the thickness of the layer made of the squarylium compound is preferably 20 nm or less.

このように構成された光電変換部Aを含む光電変換素子を可視・赤外撮像素子に適用するには、光電変換部Aで人間の視感度以外の情報を得るために、光電変換膜12に含まれる有機光電変換材料の赤外域での吸収ピークの波長が650nm以上(好ましくは700nm以上)であることが好ましく、その波長での吸収率は50%以上が好ましく、さらに好ましくは80%以上である。又、光電変換部A下方で可視光の信号を十分に得るために、光電変換部Aは、全体として可視光を50%以上透過することが好ましく、75%以上透過することが更に好ましい。光電変換部Aの可視光透過率は、上部電極13、下部電極11、及び光電変換膜12の構成材料及びその厚みを適宜選択することで、調整することができる。
なお、本発明において、「ある波長域 α〜βnmでの吸収率、透過率」とは、「波長域 α〜βnmについて、吸収率、透過率が100%とした時の波長域 α〜βnmでの積分値をX、各波長の吸収率、透過率の波長域 α〜βnmでの積分値をYとした時、Y/X×100で表せるもの」とする。
In order to apply the photoelectric conversion element including the photoelectric conversion part A configured as described above to the visible / infrared imaging element, the photoelectric conversion part A has the photoelectric conversion film 12 to obtain information other than human visibility. The wavelength of the absorption peak in the infrared region of the organic photoelectric conversion material contained is preferably 650 nm or more (preferably 700 nm or more), and the absorptance at that wavelength is preferably 50% or more, more preferably 80% or more. is there. Further, in order to sufficiently obtain a visible light signal below the photoelectric conversion unit A, the photoelectric conversion unit A preferably transmits 50% or more of visible light as a whole, and more preferably 75% or more. The visible light transmittance of the photoelectric conversion part A can be adjusted by appropriately selecting the constituent materials and the thicknesses of the upper electrode 13, the lower electrode 11, and the photoelectric conversion film 12.
In the present invention, “absorptivity and transmittance in a certain wavelength region α to β nm” means “in the wavelength region α to β nm, when the absorptivity and transmittance are 100%”. The integral value of X can be expressed as Y / X × 100, where X is the absorptance of each wavelength, and Y is the integral value in the wavelength range α to β nm of the transmittance.

下部電極11と上部電極13の光透過性は、その下層の赤外光吸収率、可視光吸収率に大きく影響する。下部電極11と上部電極13で入射光が吸収及び反射されると、下層に到達する絶対光量が低下するため、感度の低下に直結する。そこで、下層により多くの光を透過して光電変換膜12での感度を上げるために、上部電極13の可視光と赤外光の透過率は90%以上であることが好ましく、さらに好ましくは95%以上である。又、下層により多くの可視光を透過して、光電変換素子下方に設ける可視光検出素子の感度を上げるために、下部電極11の可視光の透過率は90%以上であることが好ましく、さらに好ましくは95%以上である。   The light transmittance of the lower electrode 11 and the upper electrode 13 greatly influences the infrared light absorption rate and the visible light absorption rate of the lower layer. When incident light is absorbed and reflected by the lower electrode 11 and the upper electrode 13, the absolute amount of light reaching the lower layer is reduced, which directly leads to a reduction in sensitivity. Therefore, in order to transmit more light to the lower layer and increase the sensitivity in the photoelectric conversion film 12, the transmittance of visible light and infrared light of the upper electrode 13 is preferably 90% or more, more preferably 95. % Or more. Moreover, in order to transmit more visible light to the lower layer and increase the sensitivity of the visible light detection element provided below the photoelectric conversion element, the visible light transmittance of the lower electrode 11 is preferably 90% or more. Preferably it is 95% or more.

このような条件を満たす下部電極11と上部電極13の材料としては、可視光と赤外光に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物(TCO;Transparent Conducting Oxide)を好ましく用いることができる。Auなどの金属薄膜も用いることができるが、透過率を90%以上得ようとすると抵抗値が極端に増大するため、TCOの方が好ましい。TCOとして、特に、ITO、IZO、AZO、FTO、SnO2、TiO2、ZnO2等を好ましく用いることができる。 As a material of the lower electrode 11 and the upper electrode 13 satisfying such conditions, a transparent conductive oxide (TCO) having a high transmittance for visible light and infrared light and a small resistance value is preferably used. Can do. A metal thin film such as Au can also be used. However, if an attempt is made to obtain a transmittance of 90% or more, the resistance value increases drastically, so TCO is preferable. As TCO, in particular, can be ITO, IZO, AZO, FTO, it is preferably used SnO 2, TiO 2, ZnO 2 and the like.

TCOなどの透明導電性材料を光電変換膜12上に成膜して上部電極13を形成した場合、DCショート、あるいはリーク電流増大が生じる場合がある。この原因の一つは、光電変換膜12に導入される微細なクラックがTCOなどの緻密な膜によってカバレッジされ、反対側の透明導電性材料膜との間の導通が増すためと考えられる。そのため、Al(アルミニウム)など膜質が比較して劣る電極の場合、リーク電流の増大は生じにくい。透明導電性材料膜の膜厚を、光電変換膜12の厚み(すなわち、クラックの深さ)に対して制御する事により、リーク電流の増大を大きく抑制することができる。透明導電性材料膜の厚み、即ち上部電極13の厚みは、光電変換膜12の厚みの1/5以下、好ましくは1/10以下であるようにする事が望ましい。   When a transparent conductive material such as TCO is formed on the photoelectric conversion film 12 to form the upper electrode 13, a DC short circuit or an increase in leakage current may occur. One reason for this is considered to be that fine cracks introduced into the photoelectric conversion film 12 are covered by a dense film such as TCO, and conduction between the transparent conductive material film on the opposite side is increased. Therefore, in the case of an electrode having a poor film quality such as Al (aluminum), an increase in leakage current hardly occurs. By controlling the film thickness of the transparent conductive material film with respect to the thickness of the photoelectric conversion film 12 (that is, the depth of cracks), an increase in leakage current can be largely suppressed. The thickness of the transparent conductive material film, that is, the thickness of the upper electrode 13 is desirably 1/5 or less, preferably 1/10 or less of the thickness of the photoelectric conversion film 12.

通常、透明導電性材料膜をある範囲より薄くすると、急激な抵抗値の増加をもたらすが、本発明の光電変換素子においては、シート抵抗は、好ましくは100〜10000Ω/□でよく、薄膜化できる膜厚の範囲の自由度は大きい。また、透明導電性材料膜は厚みが薄いほど吸収する光の量は少なくなり、一般に光透過率が増す。光透過率の増加は、光電変換膜12での光吸収を増大させ、光電変換性能を増大させるため、非常に好ましい。透明導電性材料膜の薄膜化に伴う、リーク電流の抑制、薄膜の抵抗値の増大、透過率の増加を考慮すると、透明導電性材料膜の膜厚は、5〜100nmであることが好ましく、さらに好ましくは5〜20nmである事が望ましい。   Usually, when the transparent conductive material film is made thinner than a certain range, the resistance value is rapidly increased. However, in the photoelectric conversion element of the present invention, the sheet resistance is preferably 100 to 10,000 Ω / □ and can be thinned. The degree of freedom in the film thickness range is large. In addition, the thinner the transparent conductive material film is, the less light is absorbed, and the light transmittance is generally increased. The increase in light transmittance is very preferable because it increases the light absorption in the photoelectric conversion film 12 and increases the photoelectric conversion performance. In consideration of suppression of leakage current, increase in resistance value of thin film, and increase in transmittance accompanying thinning of the transparent conductive material film, the thickness of the transparent conductive material film is preferably 5 to 100 nm, More preferably, it is 5 to 20 nm.

下部電極11表面に凹凸がある場合、あるいは下部電極11表面にゴミが付着していた場合、その上に低分子有機光電変換材料を蒸着して光電変換膜12を形成すると、この凹凸部分で光電変換膜12に細かいクラックや光電変換膜12が薄くしか形成されない部分ができやすい。この時、さらにその上から上部電極13を形成すると、上記クラックが透明導電性材料膜にカバレッジされて光電変換膜12と上部電極13と部分的に近接するため、DCショートやリーク電流の増大が生じやすい。特に、上部電極13としてTCOを用いる場合、その傾向が顕著である。このようなリーク電流の増大を防止するための一つの方法として、下部電極11上に凹凸を緩和する下引き膜を形成する事が好ましい。下引き膜としては、ポリアニリン、ボリチオフェン、ポリピロール、ポリカルバゾール、PTPDES、PTPDEKなどの高分子系材料をスピンコート法で形成する方法を用いると効果が大きい。不純物の混入を防止し、より平易に均一な積層膜を作製するために、光電変換膜12を、蒸着法などにより真空中で形成しようとする場合は、下引き層としてアモルファス性の膜を用いることが好ましい。   When the surface of the lower electrode 11 has irregularities, or when dust adheres to the surface of the lower electrode 11, a low molecular organic photoelectric conversion material is deposited thereon to form the photoelectric conversion film 12. The conversion film 12 is likely to have a fine crack or a portion where the photoelectric conversion film 12 is only formed thin. At this time, if the upper electrode 13 is further formed thereon, the crack is covered by the transparent conductive material film, and the photoelectric conversion film 12 and the upper electrode 13 are partially close to each other. Prone to occur. In particular, when TCO is used as the upper electrode 13, the tendency is remarkable. As one method for preventing such an increase in leakage current, it is preferable to form an undercoat film on the lower electrode 11 to relieve unevenness. As the undercoat film, a method of forming a polymer material such as polyaniline, polythiophene, polypyrrole, polycarbazole, PTPDES, or PTPDK by a spin coating method is highly effective. When the photoelectric conversion film 12 is to be formed in a vacuum by vapor deposition or the like in order to prevent impurities from being mixed and to make a more evenly uniform laminated film, an amorphous film is used as the undercoat layer. It is preferable.

なお、光電変換部Aの可視光透過率を50%以上にすることが可能な下部電極11、有機光電変換材料、及び上部電極13の組み合わせとしては、後述する実施例にあるように、下部電極11及び上部電極13をそれぞれITOとし、有機光電変換材料を錫フタロシアニンとする組み合わせが考えられる。これ以外にも、下部電極11及び上部電極13をそれぞれIZO、AZO、FTO、SnO2、TiO2、又はZnO2とし、有機光電変換材料を上述した色素のいずれかとすることで、光電変換部Aの可視光透過率50%以上を実現することができる。 In addition, as a combination of the lower electrode 11, the organic photoelectric conversion material, and the upper electrode 13 capable of setting the visible light transmittance of the photoelectric conversion portion A to 50% or more, as shown in Examples described later, the lower electrode 11 and the upper electrode 13 may be ITO, and the organic photoelectric conversion material may be tin phthalocyanine. In addition to this, the lower electrode 11 and the upper electrode 13 are each made of IZO, AZO, FTO, SnO 2 , TiO 2 , or ZnO 2 , and the organic photoelectric conversion material is any one of the above-described dyes, whereby the photoelectric conversion unit A The visible light transmittance of 50% or more can be realized.

(光電変換素子の第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態である光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。
図2(a)に示す光電変換素子は、シリコン等の半導体基板Kと、半導体基板K上方に積層された可視光光電変換部Bと、可視光光電変換部B上方に積層された図1に示した光電変換部Aとを備える。
(Second Embodiment of Photoelectric Conversion Element)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present invention.
The photoelectric conversion element shown in FIG. 2A is a semiconductor substrate K such as silicon, a visible light photoelectric conversion unit B stacked above the semiconductor substrate K, and a layer stacked above the visible light photoelectric conversion unit B in FIG. The photoelectric conversion part A shown is provided.

可視光光電変換部Bは、光電変換部Aとほぼ同じ構成であり、光電変換部Aの光電変換膜12を構成する有機光電変換材料として、可視域と赤外域を併せた範囲(波長400nm以上の範囲)における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する材料を用いたものとしている。   The visible light photoelectric conversion unit B has substantially the same configuration as that of the photoelectric conversion unit A. As an organic photoelectric conversion material constituting the photoelectric conversion film 12 of the photoelectric conversion unit A, a range that combines the visible region and the infrared region (wavelength of 400 nm or more). The material having an absorption peak of the absorption spectrum in the visible range in the visible region and generating a charge according to the absorbed light is used.

半導体基板K内には、光電変換部Aの光電変換膜12で発生して上部電極13に移動した電荷を蓄積するための蓄積部3が形成され、この蓄積部3と上部電極13とが接続部6によって電気的に接続されている。又、半導体基板K内には、光電変換部Bの光電変換膜で発生して上部電極に移動した電荷を蓄積するための蓄積部4が形成され、この蓄積部4と上部電極とが接続部7によって電気的に接続されている。   In the semiconductor substrate K, there is formed a storage unit 3 for storing charges generated in the photoelectric conversion film 12 of the photoelectric conversion unit A and transferred to the upper electrode 13, and the storage unit 3 and the upper electrode 13 are connected to each other. The parts 6 are electrically connected. Further, in the semiconductor substrate K, there is formed a storage portion 4 for storing charges generated in the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion portion B and transferred to the upper electrode, and the storage portion 4 and the upper electrode are connected to each other. 7 is electrically connected.

図2(b)に示す光電変換素子は、シリコン等の半導体基板Kと、半導体基板K上方に積層された図1に示した光電変換部Aとを備える。光電変換部A下方の半導体基板K内には、可視域と赤外域を併せた範囲(波長400nm以上の範囲)における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する可視光光電変換部Cが形成されている。又、半導体基板K内には、光電変換部Aの光電変換膜12で発生して上部電極13に移動した電荷を蓄積するための蓄積部3’が形成され、この蓄積部3’と上部電極13とが接続部6’によって電気的に接続されている。可視光光電変換部Cは、例えば公知のpn接合フォトダイオードによって構成される。   The photoelectric conversion element illustrated in FIG. 2B includes a semiconductor substrate K such as silicon and the photoelectric conversion unit A illustrated in FIG. 1 stacked above the semiconductor substrate K. In the semiconductor substrate K below the photoelectric conversion part A, the absorption peak of the absorption spectrum in the range including the visible region and the infrared region (wavelength of 400 nm or more) is in the visible region, and a charge corresponding to the absorbed light is generated. A visible light photoelectric conversion unit C is formed. In addition, in the semiconductor substrate K, a storage unit 3 ′ for storing charges generated in the photoelectric conversion film 12 of the photoelectric conversion unit A and transferred to the upper electrode 13 is formed. The storage unit 3 ′ and the upper electrode are formed. 13 is electrically connected by a connecting portion 6 '. The visible light photoelectric conversion unit C is configured by, for example, a known pn junction photodiode.

図2(a),(b)に示したような構成により、上層に設置した光電変換部Aで発生した電荷によって赤外光に応じた信号を取得し、光電変換部Aの下方に設置した光電変換部Bや光電変換部Cで発生した電荷によって可視光に応じた信号を取得することが可能な光電変換素子を実現することができる。   2A and 2B, a signal corresponding to the infrared light is acquired by the electric charge generated in the photoelectric conversion unit A installed in the upper layer, and the signal is installed below the photoelectric conversion unit A. It is possible to realize a photoelectric conversion element that can acquire a signal corresponding to visible light by the electric charges generated in the photoelectric conversion unit B and the photoelectric conversion unit C.

図2(a)の構成の場合は、例えば光電変換部Bの光電変換膜をキナクリドン系有機材料(例えばキナクリドン)で構成することで、赤外光に応じた信号と、G光に応じた信号とを同時に得ることができる。このため、図2(a)の光電変換素子を同一平面上に二次元状に多数配列し、各光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を読み出すCCD又はCMOS回路等の信号読み出し回路を半導体基板Kに設けることで、赤外光に応じた赤外画像と、G光に応じた白黒画像とを同時に撮影することが可能な赤外・可視撮像素子を実現することができる。   In the case of the configuration of FIG. 2A, for example, a signal corresponding to infrared light and a signal corresponding to G light are configured by configuring the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion unit B with a quinacridone-based organic material (for example, quinacridone). Can be obtained at the same time. For this reason, a number of photoelectric conversion elements in FIG. 2A are two-dimensionally arranged on the same plane, and a signal readout circuit such as a CCD or CMOS circuit that reads out a signal corresponding to the charge generated in each photoelectric conversion element is used as a semiconductor. By providing the substrate K, it is possible to realize an infrared / visible imaging element capable of simultaneously capturing an infrared image corresponding to infrared light and a monochrome image corresponding to G light.

また、光電変換部Bの光電変換膜をキナクリドン系有機材料(例えばキナクリドン)にした光電変換素子と、光電変換部Bの光電変換膜をフタロシアニン系有機材料(例えば亜鉛フタロシアニン)にした光電変換素子と、光電変換部Bの光電変換膜をポルフィリン系有機化合物にした光電変換素子とを同一平面上に二次元状に多数配列し、各光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を読み出すCCD又はCMOS回路等の信号読み出し回路を半導体基板Kに設けることで、公知の信号処理により、赤外光に応じた赤外画像と、R,G,B光に応じたカラー画像を同時に撮影することが可能な赤外・可視撮像素子を実現することができる。   In addition, a photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion unit B is a quinacridone-based organic material (for example, quinacridone), and a photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion unit B is a phthalocyanine-based organic material (for example, zinc phthalocyanine) CCD or CMOS which reads a signal corresponding to the electric charge generated in each photoelectric conversion element by arranging a large number of photoelectric conversion elements in which the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion part B is a porphyrin organic compound two-dimensionally on the same plane By providing a signal readout circuit such as a circuit on the semiconductor substrate K, it is possible to simultaneously capture an infrared image corresponding to infrared light and a color image corresponding to R, G, B light by known signal processing. An infrared / visible imaging device can be realized.

また、図2(a)において、光電変換部Aと光電変換部Bとの間、若しくは、半導体基板Kと光電変換部Bとの間に、光電変換部Bを更に2つ設け、合計3つの光電変換部Bの光電変換膜の材料を、それぞれキナクリドン、亜鉛フタロシアニン、ポルフィリン系有機化合物にすることで、光電変換部Aからは赤外光に応じた信号を、3つの光電変換部BからはR,G,B光に応じた信号を得ることができる。このため、図2(a)の光電変換素子を同一平面上に二次元状に多数配列し、各光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を読み出すCCD又はCMOS回路等の信号読み出し回路を半導体基板Kに設けることで、赤外光に応じた赤外画像と、R,G,B光に応じたカラー画像とを同時に撮影することが可能な赤外・可視撮像素子を実現することができる。勿論、光電変換部Aと光電変換部Bとの間、若しくは、半導体基板Kと光電変換部Bとの間に、光電変換部Bを1つ又は3以上設けた構成も、使用用途によっては可能である。   In FIG. 2A, two more photoelectric conversion units B are provided between the photoelectric conversion unit A and the photoelectric conversion unit B, or between the semiconductor substrate K and the photoelectric conversion unit B. By making the material of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion part B into quinacridone, zinc phthalocyanine, and a porphyrin-based organic compound, the photoelectric conversion part A generates signals corresponding to infrared light from the three photoelectric conversion parts B. A signal corresponding to the R, G, B light can be obtained. For this reason, a number of photoelectric conversion elements in FIG. 2A are two-dimensionally arranged on the same plane, and a signal readout circuit such as a CCD or CMOS circuit that reads out a signal corresponding to the charge generated in each photoelectric conversion element is used as a semiconductor. By providing the substrate K, it is possible to realize an infrared / visible imaging element capable of simultaneously capturing an infrared image corresponding to infrared light and a color image corresponding to R, G, B light. . Of course, a configuration in which one or more photoelectric conversion units B are provided between the photoelectric conversion unit A and the photoelectric conversion unit B or between the semiconductor substrate K and the photoelectric conversion unit B is also possible depending on the use application. It is.

図2(b)の構成の場合は、光電変換部C自体が、pn接合フォトダイオードであり、基本的に1100nm以下の波長の光に対し感度を有するので、光電変換部Aが吸収した赤外光以外の光について感度を有する。光電変換部A以外、光を吸収するものがない場合、光電変換部Cに入射する光は、光電変換部Aを透過した波長の光全体になり、赤外光に応じた信号と、可視光に応じた信号とを同時に得ることができる。このため、図2(b)の光電変換素子を同一平面上に二次元状に多数配列し、各光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を読み出すCCD又はCMOS回路等の信号読み出し回路を半導体基板Kに設けることで、赤外光に応じた赤外画像と、可視光に応じた白黒画像とを同時に撮影することが可能な赤外・可視撮像素子を実現することができる。   In the case of the configuration of FIG. 2B, the photoelectric conversion unit C itself is a pn junction photodiode and basically has sensitivity to light having a wavelength of 1100 nm or less, and therefore the infrared light absorbed by the photoelectric conversion unit A is absorbed. It has sensitivity for light other than light. When there is nothing other than the photoelectric conversion unit A that absorbs light, the light incident on the photoelectric conversion unit C is the entire light having a wavelength transmitted through the photoelectric conversion unit A, and a signal corresponding to infrared light and visible light. Can be obtained simultaneously. For this reason, a large number of photoelectric conversion elements in FIG. 2B are two-dimensionally arranged on the same plane, and a signal readout circuit such as a CCD or CMOS circuit that reads out a signal corresponding to the charge generated in each photoelectric conversion element is used as a semiconductor. By providing the substrate K, it is possible to realize an infrared / visible imaging element capable of simultaneously capturing an infrared image corresponding to infrared light and a monochrome image corresponding to visible light.

光電変換部Cについて、米国特許5965875号明細書に記載のように、R光を吸収する深さ、G光を吸収する深さ、B光を吸収する深さにそれぞれpn接合面を形成し、シリコンの深さ方向で吸収する波長を分別して、それぞれの吸収波長に対応する信号を得るように光電変換部Cを深さ方向に3つ積層して作成すれば、光電変換部Aを透過した可視光から、カラー信号を取得することができ、赤外光に応じた信号と、R,G,B光に応じた信号とを同時に取得することができる。勿論、光電変換部A下方の半導体基板K内に、光電変換部Cを2つ又は4つ以上深さ方向に積層した構成も、使用用途によっては可能である。   For the photoelectric conversion part C, as described in US Pat. No. 5,965,875, pn junction surfaces are formed at a depth that absorbs R light, a depth that absorbs G light, and a depth that absorbs B light, respectively. By separating the wavelengths absorbed in the depth direction of silicon and forming three photoelectric conversion portions C in the depth direction so as to obtain signals corresponding to the respective absorption wavelengths, the photoelectric conversion portions A are transmitted. A color signal can be acquired from visible light, and a signal corresponding to infrared light and a signal corresponding to R, G, B light can be acquired simultaneously. Of course, a configuration in which two or four or more photoelectric conversion units C are stacked in the depth direction in the semiconductor substrate K below the photoelectric conversion unit A is also possible depending on the intended use.

又、光電変換部Aの上方に、特定の波長域の光を透過する分光フィルタを設置すると、光電変換部Cに入射させる光を分光することができる。分光フィルタは、通常のCCD、CMOSカラーイメージセンサで用いられている原色系や補色系のカラーフィルタを用いることが可能である。CCD、CMOSカラーイメージセンサで用いられているカラーフィルタは、一般に、赤外光の一部も透過する特性を持つため、光電変換部A上方に配置した場合でも、光電変換部Aに赤外光を入射させることが可能である。   If a spectral filter that transmits light in a specific wavelength region is installed above the photoelectric conversion unit A, the light incident on the photoelectric conversion unit C can be dispersed. As the spectral filter, it is possible to use a primary color system or a complementary color system color filter used in a normal CCD or CMOS color image sensor. A color filter used in a CCD or CMOS color image sensor generally has a characteristic of transmitting a part of infrared light. Therefore, even when the color filter is arranged above the photoelectric conversion unit A, infrared light is transmitted to the photoelectric conversion unit A. Can be incident.

例えば、図2(b)の光電変換部A上方にR光及び赤外光の一部を透過するRカラーフィルタを設けた光電変換素子と、図2(b)の光電変換部A上方にG光及び赤外光の一部を透過するGカラーフィルタを設けた光電変換素子と、図2(b)の光電変換部A上方にB光及び赤外光の一部を透過するBカラーフィルタを設けた光電変換素子とを、同一平面上に多数配置し、各光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を読み出すCCD又はCMOS回路等の信号読み出し回路を半導体基板Kに設けることで、公知の信号処理によって、赤外画像及びカラー画像を撮影することが可能な赤外・可視撮像素子を実現することができる。   For example, a photoelectric conversion element provided with an R color filter that transmits a part of R light and infrared light above the photoelectric conversion unit A in FIG. 2B, and a G conversion above the photoelectric conversion unit A in FIG. A photoelectric conversion element provided with a G color filter that transmits part of light and infrared light, and a B color filter that transmits part of B light and infrared light above the photoelectric conversion part A in FIG. A large number of the photoelectric conversion elements provided are arranged on the same plane, and a signal reading circuit such as a CCD or a CMOS circuit for reading a signal corresponding to the electric charge generated in each photoelectric conversion element is provided on the semiconductor substrate K. By the signal processing, an infrared / visible imaging element capable of capturing an infrared image and a color image can be realized.

図2(a),(b)に示した光電変換素子によれば、異なる光を検出する光電変換部を縦方向に積層しているため、通常のカラーフィルタ形式に対して、入射した光のほぼ全てを信号として取り出す事が可能であり、光量の損失がないため、高感度を実現することができる。さらに、通常のSi光電変換デバイスでは、赤外光による信号をカットするために赤外カットフィルタを設けているが、その役割を最上層の光電変換部Aが、一部もしくは全て果たす事ができるため、撮像素子に適用した場合、赤外カットフィルタを一部不要にする効果が得られる。   According to the photoelectric conversion elements shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the photoelectric conversion units for detecting different lights are stacked in the vertical direction. Almost all can be taken out as a signal, and since there is no loss of light quantity, high sensitivity can be realized. Furthermore, in a normal Si photoelectric conversion device, an infrared cut filter is provided to cut a signal due to infrared light, but the uppermost photoelectric conversion unit A can play a part or all of the role. Therefore, when applied to an image sensor, an effect of eliminating part of the infrared cut filter is obtained.

尚、図2(a),(b)では、光電変換部Aの下方に、光電変換素子B又は光電変換部Cを1つ以上積層するものとしたが、図2(c)に示すように、光電変換部Aの下方の半導体基板K内に、半導体基板Kに入射してくる光の入射方向に対して垂直方向(半導体基板K表面に平行な方向)に光電変換部Cを複数並べて形成した構成も考えられる。例えば、光電変換部A下方の半導体基板K内に光電変換部Cとして上記垂直方向にpn接合フォトダイオードを3つ並べ、これら3つのpn接合フォトダイオードの各々の上方にRカラーフィルタ、Gカラーフィルタ、Bカラーフィルタを配置した構成とする。そして、このような光電変換素子を同一平面上に多数配置して、各光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を読み出すCCD又はCMOS回路等の信号読み出し回路を半導体基板Kに設けることで、各光電変換素子と画素とが1対1に対応した赤外画像及びカラー画像を同時に撮影することが可能な赤外・可視撮像素子を実現することができる。
光電変換部Aと光電変換部B・Cの画素サイズをそれぞれ異なるサイズに割り当てることが可能である。
2 (a) and 2 (b), one or more photoelectric conversion elements B or photoelectric conversion units C are stacked below the photoelectric conversion unit A, but as shown in FIG. 2 (c). In the semiconductor substrate K below the photoelectric conversion unit A, a plurality of photoelectric conversion units C are arranged in a direction perpendicular to the incident direction of light incident on the semiconductor substrate K (a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate K). The structure which was made can also be considered. For example, three pn junction photodiodes are arranged in the vertical direction as the photoelectric conversion unit C in the semiconductor substrate K below the photoelectric conversion unit A, and an R color filter and a G color filter are disposed above each of the three pn junction photodiodes. , B color filter is arranged. Then, by arranging a large number of such photoelectric conversion elements on the same plane and providing a signal reading circuit such as a CCD or CMOS circuit on the semiconductor substrate K for reading a signal corresponding to the charge generated in each photoelectric conversion element, It is possible to realize an infrared / visible imaging element capable of simultaneously capturing an infrared image and a color image in which each photoelectric conversion element and pixel have a one-to-one correspondence.
The pixel sizes of the photoelectric conversion unit A and the photoelectric conversion units B and C can be assigned to different sizes.

又、図2(c)では、1つの光電変換部Aに対して複数の光電変換部Cが対応するものとしたが、入射側を複数の変換部にし基板側を1つの変換部とする態様や、その他に図2(d)に示すように、使用用途によっては、2つの光電変換部Aに対して1つの光電変換部Cが対応するような構成とすることも可能である。   In FIG. 2C, a plurality of photoelectric conversion units C correspond to one photoelectric conversion unit A. However, the incident side is a plurality of conversion units and the substrate side is a single conversion unit. In addition, as shown in FIG. 2D, a configuration in which one photoelectric conversion unit C corresponds to two photoelectric conversion units A can be used depending on usage.

尚、図2に示した構成例において、光電変換部Aと光電変換部Bは、光電変換部Aを透過した光が光電変換部Bに入射するように、光電変換部Aと光電変換部Bとが平面視において重なっていることは言うまでもない。同様に、光電変換部Aと光電変換部Cは、光電変換部Aを透過した光が光電変換部Cに入射するように、光電変換部Aと光電変換部Cとが平面視において重なっていることは言うまでもない。   In the configuration example illustrated in FIG. 2, the photoelectric conversion unit A and the photoelectric conversion unit B are configured such that light transmitted through the photoelectric conversion unit A enters the photoelectric conversion unit B. Needless to say, and are overlapped in plan view. Similarly, in the photoelectric conversion unit A and the photoelectric conversion unit C, the photoelectric conversion unit A and the photoelectric conversion unit C overlap in plan view so that light transmitted through the photoelectric conversion unit A enters the photoelectric conversion unit C. Needless to say.

次に、図1に示す光電変換部Aのより好ましい形態について説明する。以下に説明する光電変換部Aは、図3に示したような構成となっている。尚、図3において図1と同じ構成には同一符号を付してある。   Next, a more preferable form of the photoelectric conversion unit A shown in FIG. 1 will be described. The photoelectric conversion unit A described below has a configuration as shown in FIG. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

上記光電変換部Aにおいて、有機膜中の正孔と電子の輸送性が小さい方の信号電荷を、光入射側の上部電極13側から捕集するように電圧印加方法や素子材料構成を行った方が、光電変換効率が大きく、分光感度がシャープになるため好ましい。光電変換部Aの光電変換膜12では、光入射側において光吸収が主に起こることから、輸送性が低い電荷を光入射側に近い方の上部電極13から捕集することで、電荷輸送距離が短くなるため、輸送中の電荷失活が少なくなって効率が増大する。また、上記と逆向きに電荷を捕集する方向とすると、吸収率が大きい波長ほど、電荷発生部が、より上部電極13側に近い部分になるため輸送する距離が長くなるため、電荷が捕集されにくくなり、膜奥まで光が到達する吸収率が低い波長では、電荷発生する部位が膜奥になるため、輸送距離が短くなり、捕集効率があがることから、もともとの吸収スペクトルに対して、分光感度がブロードになる。有機膜においては、正孔の輸送能が大きい材料が多く、その場合には、上部電極13から電子を捕集するように電圧印加して、下部電極11から正孔を捕集して信号を蓄積、転送、読出しする形式が望ましい。   In the photoelectric conversion part A, the voltage application method and the element material configuration were performed so as to collect the signal charges having a smaller hole and electron transportability in the organic film from the upper electrode 13 side on the light incident side. This is preferable because the photoelectric conversion efficiency is large and the spectral sensitivity becomes sharp. In the photoelectric conversion film 12 of the photoelectric conversion part A, light absorption mainly occurs on the light incident side. Therefore, by collecting charges having low transportability from the upper electrode 13 closer to the light incident side, the charge transport distance. Therefore, charge deactivation during transportation is reduced and efficiency is increased. If the charge is collected in the direction opposite to the above, the longer the absorption rate, the longer the transport distance because the charge generation part is closer to the upper electrode 13 side. At wavelengths where the absorption rate of light reaching the back of the film is low and the absorption rate is low, the charge generation site is at the back of the film, which shortens the transport distance and increases the collection efficiency. Spectral sensitivity becomes broad. In an organic film, there are many materials having a large hole transport ability. In this case, a voltage is applied so as to collect electrons from the upper electrode 13, and holes are collected from the lower electrode 11 to generate a signal. A format for storing, transferring and reading is desirable.

以下では、上部電極13から電子を捕集する場合について記載する。上部電極13から正孔を捕集する場合は、下引き膜121と仕事関数調整膜126以外は、成膜順を逆にすればよく、下引き膜121については、輸送性を考慮して材料を選択、場合によっては変更する、仕事関数調整膜126については、仕事関数が大きいものを選択するように変更すればよい。   Hereinafter, a case where electrons are collected from the upper electrode 13 will be described. When collecting holes from the upper electrode 13, it is only necessary to reverse the order of film formation except for the undercoat film 121 and the work function adjusting film 126. The work function adjusting film 126 may be changed so as to select a work function having a large work function.

図3に示すように、光電変換部Aの光電変換膜12と下部電極11との間には、下引き膜121と電子ブロッキング膜122を設け、光電変換膜12と上部電極13との間には、正孔ブロッキング膜124と正孔ブロッキング兼バッファ膜125と仕事関数調整膜126とを設けることが好ましい。   As shown in FIG. 3, an undercoat film 121 and an electron blocking film 122 are provided between the photoelectric conversion film 12 and the lower electrode 11 of the photoelectric conversion unit A, and between the photoelectric conversion film 12 and the upper electrode 13. Is preferably provided with a hole blocking film 124, a hole blocking / buffer film 125, and a work function adjusting film 126.

光電変換膜12を構成する有機光電変換材料は、有機p型半導体及び有機n型半導体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。   The organic photoelectric conversion material constituting the photoelectric conversion film 12 preferably contains at least one of an organic p-type semiconductor and an organic n-type semiconductor.

有機p型半導体(化合物)は、ドナー性有機半導体(化合物)であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機化合物は、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これに限らず、上記したように、n型(アクセプター性)化合物として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用いてよい。   The organic p-type semiconductor (compound) is a donor-type organic semiconductor (compound), which is mainly represented by a hole-transporting organic compound and refers to an organic compound having a property of easily donating electrons. More specifically, an organic compound having a smaller ionization potential when two organic materials are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic compound as long as it is an electron-donating organic compound. For example, triarylamine compound, benzidine compound, pyrazoline compound, styrylamine compound, hydrazone compound, triphenylmethane compound, carbazole compound, polysilane compound, thiophene compound, phthalocyanine compound, cyanine compound, merocyanine compound, oxonol compound, polyamine compound, indole Compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), nitrogen-containing heterocyclic compounds The metal complex etc. which it has as can be used. Not limited to this, as described above, any organic compound having an ionization potential smaller than that of the organic compound used as the n-type (acceptor property) compound may be used as the donor organic semiconductor.

有機n型半導体(化合物)は、アクセプター性有機半導体(化合物)であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5ないし7員のヘテロ環化合物(例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、上記したように、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用いてよい。   Organic n-type semiconductors (compounds) are acceptor organic semiconductors (compounds), which are mainly represented by electron-transporting organic compounds and refer to organic compounds that easily accept electrons. More specifically, the organic compound having the higher electron affinity when two organic compounds are used in contact with each other. Therefore, as the acceptor organic compound, any organic compound can be used as long as it is an electron-accepting organic compound. For example, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), 5- to 7-membered heterocyclic compounds containing nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms (E.g. pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline, isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole, oxazole, indazole, benzimidazole, benzotriazole, Benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, triazolopyrimidine, tetrazaindene, o Metal complexes having ligands such as saziazole, imidazopyridine, pyralidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, and nitrogen-containing heterocyclic compounds. Etc. Note that the present invention is not limited thereto, and as described above, any organic compound having an electron affinity higher than that of the organic compound used as the donor organic compound may be used as the acceptor organic semiconductor.

次に金属錯体化合物について説明する。金属錯体化合物は金属に配位する少なくとも1つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体であり、金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、または錫イオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、または亜鉛イオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、または亜鉛イオンである。前記金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer-Verlag社 H.Yersin著1987年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社山本明夫著1982年発行等に記載の配位子が挙げられる。   Next, the metal complex compound will be described. The metal complex compound is a metal complex having a ligand having at least one nitrogen atom or oxygen atom or sulfur atom coordinated to the metal, and the metal ion in the metal complex is not particularly limited, but preferably beryllium ion, magnesium Ion, aluminum ion, gallium ion, zinc ion, indium ion, or tin ion, more preferably beryllium ion, aluminum ion, gallium ion, or zinc ion, and still more preferably aluminum ion or zinc ion. As the ligand contained in the metal complex, there are various known ligands. For example, “Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds” published by Springer-Verlag H. Yersin in 1987, “Organometallic Chemistry— Examples of the ligands described in “Basics and Applications—” published by Akio Yamamoto, 1982, etc.

前記配位子として、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数3〜15であり、単座配位子であっても2座以上の配位子であっても良い。好ましくは2座配位子である。例えばピリジン配位子、ビピリジル配位子、キノリノール配位子、ヒドロキシフェニルアゾール配位子(ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子)などが挙げられる)、アルコキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ配位子(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシ、2,4,6−トリメチルフェニルオキシ、4−ビフェニルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロアリールオキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、アルキルチオ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ配位子(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環置換チオ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、またはシロキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数3〜25、特に好ましくは炭素数6〜20であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、トリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる)であり、より好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、またはシロキシ配位子であり、更に好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、またはシロキシ配位子が挙げられる。   The ligand is preferably a nitrogen-containing heterocyclic ligand (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 3 to 15 carbon atoms, and a monodentate ligand. Or a bidentate or higher ligand, preferably a bidentate ligand such as a pyridine ligand, a bipyridyl ligand, a quinolinol ligand, a hydroxyphenylazole ligand (hydroxyphenyl) Benzimidazole, hydroxyphenylbenzoxazole ligand, hydroxyphenylimidazole ligand)), alkoxy ligand (preferably 1-30 carbon atoms, more preferably 1-20 carbon atoms, particularly preferably carbon 1-10, for example, methoxy, ethoxy, butoxy, 2-ethylhexyloxy, etc.), aryloxy ligands Preferably it has 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy, 2,4,6-trimethylphenyl Oxy, 4-biphenyloxy, etc.), heteroaryloxy ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridyl. Oxy, pyrazyloxy, pyrimidyloxy, quinolyloxy, etc.), alkylthio ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methylthio, Ethylthio, etc.), arylthio ligands (preferably having 6 to 30 carbon atoms, more preferred) Has 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenylthio, etc.), a heterocyclic substituted thio ligand (preferably 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to carbon atoms). 20, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridylthio, 2-benzimidazolylthio, 2-benzoxazolylthio, 2-benzthiazolylthio and the like, or siloxy ligand (preferably Has 1 to 30 carbon atoms, more preferably 3 to 25 carbon atoms, particularly preferably 6 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a triphenylsiloxy group, a triethoxysiloxy group, and a triisopropylsiloxy group. More preferably a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, a heteroaryloxy group, or a siloxy ligand, Preferably, a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, or a siloxy ligand is used.

光電変換膜12は、p型半導体層とn型半導体層とを有し、該p型半導体とn型半導体の少なくともいずれかが有機半導体であり、かつ、それらの半導体層の間に、該p型半導体およびn型半導体を含むバルクヘテロ接合構造層を中間層として有する場合が好ましい。このような場合、光電変換膜12にバルクへテロ接合構造を含有させることにより、光電変換膜12のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換効率を向上させることができる。なお、バルクへテロ接合構造については、特開2005−303266号において詳細に説明されている。   The photoelectric conversion film 12 includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is an organic semiconductor, and the p-type semiconductor layer is interposed between the semiconductor layers. It is preferable to have a bulk heterojunction structure layer including an n-type semiconductor and an n-type semiconductor as an intermediate layer. In such a case, by including a bulk heterojunction structure in the photoelectric conversion film 12, it is possible to compensate for the shortcoming of the short carrier diffusion length of the photoelectric conversion film 12 and to improve the photoelectric conversion efficiency. The bulk heterojunction structure is described in detail in JP-A-2005-303266.

また、光電変換膜12は、p型半導体の層とn型半導体の層で形成されるpn接合層の繰り返し構造(タンデム構造)の数を2以上有する構造を持つ場合が好ましく、さらに好ましくは、前記繰り返し構造の間に、導電材料の薄層を挿入する場合である。pn接合層の繰り返し構造(タンデム構造)の数はいかなる数でもよいが、光電変換効率を高くするために好ましくは2〜50であり、さらに好ましくは2〜30であり、特に好ましくは2または10である。導電材料としては銀または金が好ましく、銀が最も好ましい。なお、タンデム構造については、特開2006−086493号において詳細に説明されている。   Further, the photoelectric conversion film 12 preferably has a structure having two or more repeating structures (tandem structures) of a pn junction layer formed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, and more preferably, In this case, a thin layer of conductive material is inserted between the repeated structures. The number of repeating structures (tandem structures) of the pn junction layer may be any number, but is preferably 2 to 50, more preferably 2 to 30, particularly preferably 2 or 10 in order to increase the photoelectric conversion efficiency. It is. Silver or gold is preferable as the conductive material, and silver is most preferable. The tandem structure is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-086493.

また、光電変換膜12は、p型半導体の層、n型半導体の層、(好ましくは混合・分散(バルクヘテロ接合構造)層)を持ち、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含む場合が好ましく、さらに好ましくは、p型半導体及びn型半導体の両方に配向制御された(可能な)有機化合物を含む場合である。この有機化合物としては、π共役電子を持つものが好ましく用いられるが、このπ電子平面が、基板(電極基板)に対して垂直ではなく、平行に近い角度で配向しているほど好ましい。基板に対する角度として好ましくは0°以上80°以下であり、さらに好ましくは0°以上60°以下であり、さらに好ましくは0°以上40°以下であり、さらに好ましくは0°以上20°以下であり、特に好ましくは0°以上10°以下であり、最も好ましくは0°(すなわち基板に対して平行)である。上記のように、配向の制御された有機化合物の層は、光電変換膜12全体に対して一部でも含めば良いが、好ましくは、光電変換膜12全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。このような状態は、光電変換膜12に含まれる有機化合物の配向を制御することにより、光電変換膜12のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換効率を向上させるものである。   The photoelectric conversion film 12 has a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer (preferably a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer), and is formed on at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. The case where an organic compound whose orientation is controlled is preferable, and the case where an organic compound whose orientation is controlled (possible) is included in both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is more preferable. As this organic compound, those having π-conjugated electrons are preferably used, and it is more preferable that the π-electron plane is oriented at an angle close to parallel rather than perpendicular to the substrate (electrode substrate). The angle with respect to the substrate is preferably 0 ° or more and 80 ° or less, more preferably 0 ° or more and 60 ° or less, further preferably 0 ° or more and 40 ° or less, and further preferably 0 ° or more and 20 ° or less. Particularly preferably, it is 0 ° or more and 10 ° or less, and most preferably 0 ° (that is, parallel to the substrate). As described above, the organic compound layer whose orientation is controlled may be partially included in the entire photoelectric conversion film 12, but preferably, the ratio of the portion whose orientation is controlled with respect to the entire photoelectric conversion film 12 is 10% or more, more preferably 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 70% or more, particularly preferably 90% or more, and most preferably 100%. Such a state compensates for the short carrier diffusion length of the photoelectric conversion film 12 by controlling the orientation of the organic compound contained in the photoelectric conversion film 12, and improves the photoelectric conversion efficiency.

有機化合物の配向が制御されている場合において、さらに好ましくはヘテロ接合面(例えばpn接合面)が基板に対して平行ではない場合である。ヘテロ接合面が、基板(電極基板)に対して平行ではなく、垂直に近い角度で配向しているほど好ましい。基板に対する角度として好ましくは10°以上90°以下であり、さらに好ましくは30°以上90°以下であり、さらに好ましくは50°以上90°以下であり、さらに好ましくは70°以上90°以下であり、特に好ましくは80°以上90°以下であり、最も好ましくは90°(すなわち基板に対して垂直)である。上記のような、ヘテロ接合面の制御された有機化合物の層は、光電変換膜12全体に対して一部でも含めば良い。好ましくは、光電変換膜12全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。このような場合、光電変換膜12におけるヘテロ接合面の面積が増大し、界面で生成する電子、正孔、電子正孔ペア等のキャリア量が増大し、光電変換効率の向上が可能となる。以上の、有機化合物のヘテロ接合面とπ電子平面の両方の配向が制御された光電変換膜において、特に光電変換効率の向上が可能である。これらの状態については、特開2006−086493号において詳細に説明されている。光吸収の点では有機色素層の膜厚は大きいほど好ましいが、電荷分離に寄与しない割合を考慮すると、有機色素層の膜厚として好ましくは、30nm以上300nm以下、さらに好ましくは50nm以上250nm以下、特に好ましくは80nm以上200nm以下である。   In the case where the orientation of the organic compound is controlled, it is more preferable that the heterojunction plane (for example, the pn junction plane) is not parallel to the substrate. It is more preferable that the heterojunction plane is oriented not at a parallel to the substrate (electrode substrate) but at an angle close to the vertical. The angle with respect to the substrate is preferably 10 ° or more and 90 ° or less, more preferably 30 ° or more and 90 ° or less, further preferably 50 ° or more and 90 ° or less, and further preferably 70 ° or more and 90 ° or less. Particularly preferably, it is 80 ° or more and 90 ° or less, and most preferably 90 ° (that is, perpendicular to the substrate). The organic compound layer whose heterojunction surface is controlled as described above may be partially included in the entire photoelectric conversion film 12. Preferably, the ratio of the portion whose orientation is controlled with respect to the entire photoelectric conversion film 12 is 10% or more, more preferably 30% or more, more preferably 50% or more, still more preferably 70% or more, and particularly preferably. 90% or more, most preferably 100%. In such a case, the area of the heterojunction surface in the photoelectric conversion film 12 is increased, the amount of carriers such as electrons, holes, and electron-hole pairs generated at the interface is increased, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. In the above-described photoelectric conversion film in which the orientation of both the heterojunction plane and the π-electron plane of the organic compound is controlled, the photoelectric conversion efficiency can be particularly improved. These states are described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-086493. In terms of light absorption, the thickness of the organic dye layer is preferably as large as possible, but considering the ratio that does not contribute to charge separation, the thickness of the organic dye layer is preferably 30 nm to 300 nm, more preferably 50 nm to 250 nm, Especially preferably, it is 80 nm or more and 200 nm or less.

p型半導体(化合物)及びn型半導体(化合物)の少なくとも一つとして高分子化合物を用いる場合は、作成の容易な湿式成膜法により成膜することが好ましい。蒸着等の乾式成膜法を用いた場合、高分子を用いることは分解のおそれがあるため難しく、代わりとしてそのオリゴマーを好ましく用いることができる。一方、低分子を用いる場合は、乾式成膜法が好ましく用いられ、特に真空蒸着法が好ましく用いられる。真空蒸着法は抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法等の化合物の加熱の方法、るつぼ、ボ−ト等の蒸着源の形状、真空度、蒸着温度、基盤温度、蒸着速度等が基本的なパラメ−タ−である。均一な蒸着を可能とするために基盤を回転させて蒸着することは好ましい。真空度は高い方が好ましく10-4Torr以下、好ましくは10-6Torr以下、特に好ましくは10-8Torr以下で真空蒸着が行われる。蒸着時のすべての工程は真空中で行われることが好ましく、基本的には化合物が直接、外気の酸素、水分と接触しないようにする。真空蒸着の上述した条件は有機膜の結晶性、アモルファス性、密度、緻密度等に影響するので厳密に制御する必要がある。水晶振動子、干渉計等の膜厚モニタ−を用いて蒸着速度をPIもしくはPID制御することは好ましく用いられる。2種以上の化合物を同時に蒸着する場合には共蒸着法、フラッシュ蒸着法等を好ましく用いることができる。 In the case where a polymer compound is used as at least one of the p-type semiconductor (compound) and the n-type semiconductor (compound), it is preferable to form the film by a wet film forming method that is easy to prepare. When a dry film formation method such as vapor deposition is used, it is difficult to use a polymer because it may be decomposed, and an oligomer thereof can be preferably used instead. On the other hand, when a low molecule is used, a dry film forming method is preferably used, and a vacuum deposition method is particularly preferably used. The vacuum deposition method is basically based on the method of heating compounds such as resistance heating deposition method and electron beam heating deposition method, shape of deposition source such as crucible and boat, degree of vacuum, deposition temperature, base temperature, deposition rate, etc. It is a parameter. In order to make uniform deposition possible, it is preferable to perform deposition by rotating the substrate. The degree of vacuum is preferably higher, and vacuum deposition is performed at 10 −4 Torr or less, preferably 10 −6 Torr or less, particularly preferably 10 −8 Torr or less. It is preferable that all steps during the vapor deposition are performed in a vacuum, and basically the compound is not directly in contact with oxygen and moisture in the outside air. The above-described conditions for vacuum deposition need to be strictly controlled because they affect the crystallinity, amorphousness, density, density, etc. of the organic film. It is preferable to use PI or PID control of the deposition rate using a film thickness monitor such as a quartz crystal resonator or an interferometer. When two or more kinds of compounds are vapor-deposited simultaneously, a co-evaporation method, a flash vapor deposition method, or the like can be preferably used.

下引き膜121は、上述したように、下部電極11表面の凹凸に起因するDCショートやリーク電流の増大を抑制するためのものである。   As described above, the undercoat film 121 is for suppressing a DC short circuit and an increase in leakage current due to the unevenness of the surface of the lower electrode 11.

電子ブロッキング膜122は、下部電極11から電子が注入されることによる暗電流を低減するために設けられており、下部電極11からの電子が光電変換膜12に注入されるのを阻止する。電子ブロッキング膜122は、下引き膜121と兼用することもできる。   The electron blocking film 122 is provided in order to reduce dark current due to injection of electrons from the lower electrode 11, and blocks injection of electrons from the lower electrode 11 into the photoelectric conversion film 12. The electron blocking film 122 can also be used as the undercoat film 121.

正孔ブロッキング膜124は、上部電極13から正孔が注入されることによる暗電流を低減するために設けられており、上部電極13からの正孔が光電変換膜12に注入されるのを阻止する。電子ブロッキング膜122及び正孔ブロッキング膜124を総称して、電荷ブロッキング層ともいう。本実施形態の光電変換素子は、光電変換膜12の上層及び下層のうち少なくとも一方に、電極11,13からの電荷の注入を阻止する電荷ブロッキング層が設けられる。   The hole blocking film 124 is provided in order to reduce dark current due to injection of holes from the upper electrode 13, and prevents holes from the upper electrode 13 from being injected into the photoelectric conversion film 12. To do. The electron blocking film 122 and the hole blocking film 124 are collectively referred to as a charge blocking layer. In the photoelectric conversion element of this embodiment, a charge blocking layer that prevents injection of charges from the electrodes 11 and 13 is provided in at least one of the upper layer and the lower layer of the photoelectric conversion film 12.

正孔ブロッキング兼バッファ膜125は、正孔ブロッキング膜124の持つ機能と共に、上部電極13成膜時に光電変換膜12に与えられるダメージを軽減する機能を果たす。上部電極13を光電変換膜12の上層に成膜する場合、上部電極13の成膜に用いる装置中に存在する高エネルギー粒子、例えばスパッタ法ならば、スパッタ粒子や2次電子、Ar粒子、酸素負イオンなどが光電変換膜12に衝突する事で、光電変換膜12が変質し、リーク電流の増大や感度の低下など性能劣化が生じる場合がある。これを防止する一つの方法として、光電変換膜12の上層にバッファ膜125を設ける事が好ましい。   The hole blocking / buffer film 125 has the function of the hole blocking film 124 and the function of reducing damage to the photoelectric conversion film 12 when the upper electrode 13 is formed. When the upper electrode 13 is formed on the photoelectric conversion film 12, high energy particles existing in the apparatus used for forming the upper electrode 13, for example, sputtering, sputter particles, secondary electrons, Ar particles, oxygen When negative ions or the like collide with the photoelectric conversion film 12, the photoelectric conversion film 12 may be altered and performance degradation may occur, such as an increase in leakage current or a decrease in sensitivity. As one method for preventing this, it is preferable to provide the buffer film 125 on the photoelectric conversion film 12.

正孔ブロッキング兼バッファ膜125の材料は、銅フタロシアニン、PTCDA、アセチルアセトネート錯体、BCPなどの有機物、有機-金属化合物や、MgAg、MgOなどの無機物が好ましく用いられる。また、正孔ブロッキング兼バッファ膜125は、光電変換膜12の光吸収を妨げないために、可視光の透過率が高い事が好ましく、可視域に吸収をもたない材料を選択する事、あるいは極薄い膜厚で用いる事が好ましい。正孔ブロッキング兼バッファ膜125の膜厚は、光電変換膜12の構成、上部電極13の膜厚などにより適当な厚みが異なるが、特に、2〜50nmの膜厚で用いる事が好ましい。   The material of the hole blocking / buffer film 125 is preferably an organic substance such as copper phthalocyanine, PTCDA, acetylacetonate complex, or BCP, an organic-metal compound, or an inorganic substance such as MgAg or MgO. Further, the hole blocking and buffer film 125 preferably has a high visible light transmittance so as not to prevent light absorption of the photoelectric conversion film 12, and a material that does not absorb in the visible region is selected. It is preferable to use an extremely thin film thickness. The film thickness of the hole blocking / buffer film 125 varies depending on the structure of the photoelectric conversion film 12, the film thickness of the upper electrode 13, and the like, but it is particularly preferable to use a film thickness of 2 to 50 nm.

仕事関数調整膜126は、上部電極13の仕事関数を調整して、暗電流を抑制するためのものである。上部電極13が、仕事関数が比較的大きい(例えば4.5eV以上)もの(例えば、ITO、IZO、ZnO2、SnO2、TiO2、及びFTOのいずれか)で構成される場合、仕事関数調整膜126の材料としては、仕事関数が4.5eV以下の金属を含むもの(例えばIn)を用いることで、暗電流を効果的に抑制することができる。このような仕事関数調整膜126を設けたことによる利点等の説明は後述する。 The work function adjustment film 126 is for adjusting the work function of the upper electrode 13 and suppressing dark current. When the upper electrode 13 is made of a material having a relatively large work function (for example, 4.5 eV or more) (for example, any one of ITO, IZO, ZnO 2 , SnO 2 , TiO 2 , and FTO), the work function is adjusted. As a material of the film 126, a dark current can be effectively suppressed by using a material containing a metal having a work function of 4.5 eV or less (for example, In). The description of the advantages and the like by providing such a work function adjusting film 126 will be described later.

下部電極11は、光電変換膜12から正孔を取り出してこれを捕集するため、隣接する膜との密着性や電子親和力、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。上部電極13は、光電変換膜12から電子を取り出してこれを吐き出すため、隣接する膜との密着性や電子親和力、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。   The lower electrode 11 is selected in consideration of adhesion to an adjacent film, electron affinity, ionization potential, stability, and the like in order to take out holes from the photoelectric conversion film 12 and collect them. Since the upper electrode 13 takes out electrons from the photoelectric conversion film 12 and discharges the electrons, the upper electrode 13 is selected in consideration of adhesion to an adjacent film, electron affinity, ionization potential, stability, and the like.

電極の作製には材料によって種々の方法が用いられるが、例えばITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾルーゲル法など)、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で膜形成される。ITOの場合、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。   Various methods are used for producing the electrode depending on the material. For example, in the case of ITO, an electron beam method, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, a chemical reaction method (sol-gel method, etc.), a coating of a dispersion of indium tin oxide, etc. A film is formed by this method. In the case of ITO, UV-ozone treatment, plasma treatment, etc. can be performed.

透明な電極膜(透明電極膜)成膜時の条件について触れる。透明電極膜成膜時のシリコン基板温度は500℃以下が好ましく、より好ましくは、300℃以下で、さらに好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下である。また、透明電極膜成膜中にガスを導入しても良く、基本的にそのガス種は制限されないが、Ar、He、酸素、窒素などを用いることができる。また、これらのガスの混合ガスを用いても良い。特に酸化物の材料の場合は、酸素欠陥が入ることが多いので、酸素を用いることが好ましい。   The conditions for forming a transparent electrode film (transparent electrode film) will be described. The silicon substrate temperature at the time of forming the transparent electrode film is preferably 500 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower, further preferably 200 ° C. or lower, and further preferably 150 ° C. or lower. Further, a gas may be introduced during the formation of the transparent electrode film, and basically the gas species is not limited, but Ar, He, oxygen, nitrogen and the like can be used. Further, a mixed gas of these gases may be used. In particular, in the case of an oxide material, oxygen defects are often introduced, so that oxygen is preferably used.

また、透明電極膜の表面抵抗は、下部電極11であるか上部電極13であるか等により好ましい範囲は異なる。信号読出し部がCMOS構造である場合、透明導電膜の表面抵抗は、10000Ω/□(オーム・パー・スクウェア)以下が好ましく、より好ましくは、1000Ω/□以下である。信号読出し部が仮にCCD構造の場合、表面抵抗は1000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100Ω/□以下である。上部電極13に使用する場合には1000000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100000Ω/□以下である。   Further, the preferred range of the surface resistance of the transparent electrode film varies depending on whether it is the lower electrode 11 or the upper electrode 13. When the signal readout portion has a CMOS structure, the surface resistance of the transparent conductive film is preferably 10000Ω / □ (ohms per square) or less, more preferably 1000Ω / □ or less. If the signal reading unit has a CCD structure, the surface resistance is preferably 1000Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. When used for the upper electrode 13, it is preferably 1000000 Ω / □ or less, more preferably 100000 Ω / □ or less.

上部電極13はプラズマフリーで作製することが好ましい。プラズマフリーで上部電極13を作成することで、プラズマが基板に与える影響を少なくすることができ、光電変換特性を良好にすることができる。ここで、プラズマフリーとは、上部電極13の成膜中にプラズマが発生しないか、またはプラズマ発生源から基体までの距離が2cm以上、好ましくは10cm以上、更に好ましくは20cm以上であり、基体に到達するプラズマが減ずるような状態を意味する。   The upper electrode 13 is preferably made plasma-free. By creating the upper electrode 13 in a plasma-free manner, the influence of plasma on the substrate can be reduced, and the photoelectric conversion characteristics can be improved. Here, plasma free means that no plasma is generated during the deposition of the upper electrode 13 or that the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more. It means a state in which the plasma that reaches is reduced.

上部電極13の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線蒸着装置(EB蒸着装置)やパルスレーザー蒸着装置がある。EB蒸着装置またはパルスレーザー蒸着装置については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。以下では、EB蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をEB蒸着法と言い、パルスレーザー蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をパルスレーザー蒸着法と言う。   Examples of an apparatus that does not generate plasma during the formation of the upper electrode 13 include an electron beam vapor deposition apparatus (EB vapor deposition apparatus) and a pulse laser vapor deposition apparatus. Regarding EB deposition equipment or pulse laser deposition equipment, “Surveillance of Transparent Conductive Films” supervised by Yutaka Sawada (published by CMC, 1999); ), "Transparent conductive film technology" by the Japan Society for the Promotion of Science (Ohm Co., 1999), and the references attached thereto, etc. can be used. Hereinafter, a method of forming a transparent electrode film using an EB vapor deposition apparatus is referred to as an EB vapor deposition method, and a method of forming a transparent electrode film using a pulse laser vapor deposition apparatus is referred to as a pulse laser vapor deposition method.

プラズマ発生源から基体への距離が2cm以上であって基体へのプラズマの到達が減ずるような状態を実現できる装置(以下、プラズマフリーである成膜装置という)については、例えば、対向ターゲット式スパッタ装置やアークプラズマ蒸着法などが考えられ、それらについては沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。   For an apparatus that can realize a state in which the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more and the arrival of plasma to the substrate is reduced (hereinafter referred to as a plasma-free film forming apparatus), for example, an opposed target sputtering Equipment, arc plasma deposition, etc. are considered, and these are supervised by Yutaka Sawada "New development of transparent conductive film" (published by CMC, 1999), and supervised by Yutaka Sawada "New development of transparent conductive film II" (published by CMC) 2002), “Transparent conductive film technology” (Ohm Co., 1999) by the Japan Society for the Promotion of Science, and references and the like attached thereto can be used.

透明電極膜の材料は、プラズマフリーである成膜装置、EB蒸着装置、及びパルスレーザー蒸着装置により成膜できるものが好ましい。例えば、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、金属ホウ化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウムタングステン(IWO)等の導電性金属酸化物、窒化チタン等の金属窒化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性材料、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。また、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)等に詳細に記載されているものを用いても良い。   The material of the transparent electrode film is preferably one that can be formed by a plasma-free film forming apparatus, an EB vapor deposition apparatus, and a pulse laser vapor deposition apparatus. For example, a metal, an alloy, a metal oxide, a metal nitride, a metal boride, an organic conductive compound, a mixture thereof, and the like are preferable. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, and indium zinc oxide. (IZO), indium tin oxide (ITO), conductive metal oxides such as indium tungsten oxide (IWO), metal nitrides such as titanium nitride, metals such as gold, platinum, silver, chromium, nickel, aluminum, and these A mixture or laminate of a metal and a conductive metal oxide, an inorganic conductive material such as copper iodide or copper sulfide, an organic conductive material such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, a laminate of these and ITO, Etc. Also, supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film” (published by CMC, 1999), supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film II” (published by CMC, 2002), “Transparency by Japan Society for the Promotion of Science” Those described in detail in “Technology of Conductive Film” (Ohm Co., 1999) may be used.

次に、仕事関数調整膜126を設けたことによる利点について説明する。
上部電極13をITO、IZO、ZnO2、SnO2、TiO2、及びFTO等の仕事関数が高く、透明性の高い材料にした場合、上部電極13へのバイアス印加時の暗電流は、電圧1V印加時で10μA/cm2程度とかなり大きなものとなる。暗電流の原因の一つとして、バイアス印加時に上部電極13から光電変換膜12へと流入する電流が考えられる。ITO、IZO、ZnO2、SnO2、TiO2、及びFTO等の透明性の高い電極を上部電極13として用いた場合は、その仕事関数が比較的大きい(4.5eV以上)ことにより、正孔が光電変換膜12へと移動する際の障壁が低くなり、光電変換膜12への正孔注入が起こりやすくなるのではないかと考えられた。実際、ITO、IZO、SnO2、TiO2、及びFTO等の透明性の高い金属酸化物系透明電極の仕事関数を調べてみると、例えばITO電極の仕事関数は4.8eV程度であり、Al(アルミニウム)電極の仕事関数が約4.3eVであるのと比べてかなり高く、また、ITO以外の他の金属酸化物系の透明電極も、最も小さいAZO(Alがドープされた酸化亜鉛)の4.5eV程度を除くと、約4.6〜5.4とその仕事関数は比較的大きいものであることが知られている(例えば、J.Vac.Sci.Technol.A17(4),Jul/Aug 1999 p.1765−1772のFig.12参照。)。
Next, advantages of providing the work function adjusting film 126 will be described.
When the upper electrode 13 is made of a material having high work function such as ITO, IZO, ZnO 2 , SnO 2 , TiO 2 , and FTO and having high transparency, the dark current when the bias is applied to the upper electrode 13 is 1 V At the time of application, it becomes considerably large as about 10 μA / cm 2 . As one of the causes of the dark current, a current flowing from the upper electrode 13 to the photoelectric conversion film 12 when a bias is applied can be considered. When a highly transparent electrode such as ITO, IZO, ZnO 2 , SnO 2 , TiO 2 , and FTO is used as the upper electrode 13, the work function is relatively large (4.5 eV or more), so It was thought that the barrier when moving to the photoelectric conversion film 12 was lowered, and hole injection into the photoelectric conversion film 12 was likely to occur. Actually, when examining the work function of highly transparent metal oxide based transparent electrodes such as ITO, IZO, SnO 2 , TiO 2 , and FTO, for example, the work function of the ITO electrode is about 4.8 eV. The work function of the (aluminum) electrode is considerably higher than that of about 4.3 eV, and other metal oxide-based transparent electrodes other than ITO also have the smallest AZO (Al-doped zinc oxide). Except for about 4.5 eV, it is known that its work function is relatively large, about 4.6 to 5.4 (for example, J. Vac. Sci. Technol. A17 (4), Jul. / See Fig. 12 of Aug 1999 p. 1765-1772).

上部電極13の仕事関数が比較的大きい(4.8eV)と、バイアス印加時に正孔が光電変換膜12へと移動する際の障壁が低くなり、上部電極13から光電変換膜12への正孔注入が起こりやすく、その結果として暗電流が大きくなると考えられる。本実施形態では正孔ブロッキング膜124を設けているため暗電流が抑制されているが、上部電極13の仕事関数が大きいと、正孔ブロッキング膜124があっても、暗電流の抑制は難しくなる。   When the work function of the upper electrode 13 is relatively large (4.8 eV), the barrier when holes move to the photoelectric conversion film 12 when a bias is applied is lowered, and holes from the upper electrode 13 to the photoelectric conversion film 12 are reduced. Implantation is likely to occur, and as a result, the dark current is considered to increase. In this embodiment, since the hole blocking film 124 is provided, dark current is suppressed. However, if the work function of the upper electrode 13 is large, it is difficult to suppress dark current even if the hole blocking film 124 is present. .

そこで、本実施形態では、上部電極13と光電変換膜12との間に、仕事関数が4.5eV以下となる膜を設けている。   Therefore, in this embodiment, a film having a work function of 4.5 eV or less is provided between the upper electrode 13 and the photoelectric conversion film 12.

なお、以下に、仕事関数が4.5eV以下の金属をその特性とともに列挙する。   In the following, metals having a work function of 4.5 eV or less are listed together with their characteristics.

Figure 0005352133
Figure 0005352133

(光電変換素子の第3実施形態)
本実施形態では、図2(b)に示した構成の光電変換素子を用いて撮像素子を実現した構成について説明する。
図4は、本発明の実施形態を説明するための撮像素子の部分表面模式図である。図5は、図4に示す撮像素子のX−X線の断面模式図である。尚、図4では、マイクロレンズ14の図示を省略してある。又、図5において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
(Third Embodiment of Photoelectric Conversion Element)
In the present embodiment, a configuration in which an imaging element is realized using the photoelectric conversion element having the configuration illustrated in FIG.
FIG. 4 is a partial surface schematic diagram of an image sensor for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line XX of the image sensor shown in FIG. In FIG. 4, the microlens 14 is not shown. In FIG. 5, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG.

n型シリコン基板1上にはpウェル層2が形成されている。以下では、n型シリコン基板1とpウェル層2とを併せて半導体基板という。半導体基板上方の同一面上の行方向とこれに直交する列方向には、主としてR光を透過するカラーフィルタ13rと、主としてG光を透過するカラーフィルタ13gと、主としてB光を透過するカラーフィルタ13bとの3種類のカラーフィルタがそれぞれ多数配列されている。   A p-well layer 2 is formed on the n-type silicon substrate 1. Hereinafter, the n-type silicon substrate 1 and the p-well layer 2 are collectively referred to as a semiconductor substrate. A color filter 13r that mainly transmits R light, a color filter 13g that mainly transmits G light, and a color filter that mainly transmits B light in a row direction on the same plane above the semiconductor substrate and in a column direction perpendicular thereto. A number of three types of color filters 13b are arranged.

カラーフィルタ13rは、公知の材料を用いることができるが、このような材料は、R光の他に、赤外光の一部も透過する。カラーフィルタ13gは、公知の材料を用いることができるが、このような材料は、G光の他に、赤外光の一部も透過する。カラーフィルタ13bは、公知の材料を用いることができるが、このような材料は、B光の他に、赤外域の光の一部も透過する。   A known material can be used for the color filter 13r, but such a material transmits part of infrared light in addition to R light. A known material can be used for the color filter 13g, but such a material transmits part of infrared light in addition to G light. A known material can be used for the color filter 13b, but such a material transmits part of infrared light in addition to B light.

カラーフィルタ13r,13g,13bの配列は、公知の単板式固体撮像素子に用いられているカラーフィルタ配列(ベイヤー配列や縦ストライプ、横ストライプ等)を採用することができる。   As the arrangement of the color filters 13r, 13g, 13b, a color filter arrangement (Bayer arrangement, vertical stripe, horizontal stripe, etc.) used in a known single-plate solid-state imaging device can be adopted.

カラーフィルタ13r下方のpウェル層2内には、カラーフィルタ13rに対応させてn型不純物領域(以下、n領域という)3rが形成されており、n領域3rとpウェル層2とのpn接合によって、カラーフィルタ13rに対応するR光電変換素子(図2(b)の光電変換部Cに相当)が構成されている。   In the p well layer 2 below the color filter 13r, an n-type impurity region (hereinafter referred to as n region) 3r is formed corresponding to the color filter 13r, and a pn junction between the n region 3r and the p well layer 2 is formed. Thus, an R photoelectric conversion element (corresponding to the photoelectric conversion unit C in FIG. 2B) corresponding to the color filter 13r is configured.

カラーフィルタ13g下方のpウェル層2内には、カラーフィルタ13gに対応させてn領域3gが形成されており、n領域3gとpウェル層2とのpn接合によって、カラーフィルタ13gに対応するG光電変換素子(図2(b)の光電変換部Cに相当)が構成されている。   An n region 3g is formed in the p well layer 2 below the color filter 13g so as to correspond to the color filter 13g, and the G region corresponding to the color filter 13g is formed by a pn junction between the n region 3g and the p well layer 2. A photoelectric conversion element (corresponding to the photoelectric conversion unit C in FIG. 2B) is configured.

カラーフィルタ13b下方のpウェル層2内には、カラーフィルタ13bに対応させてn領域3bが形成されており、n領域3bとpウェル層2とのpn接合によって、カラーフィルタ13bに対応するB光電変換素子(図2(b)の光電変換部Cに相当)が構成されている。   An n region 3b is formed in the p well layer 2 below the color filter 13b so as to correspond to the color filter 13b, and B corresponding to the color filter 13b is formed by a pn junction between the n region 3b and the p well layer 2. A photoelectric conversion element (corresponding to the photoelectric conversion unit C in FIG. 2B) is configured.

n領域3r上方には透明電極11rが形成され、n領域3g上方には透明電極11gが形成され、n領域3b上方には透明電極11bが形成されている。透明電極11r,11g,11bは、それぞれカラーフィルタ13r,13g,13bの各々に対応して分割されている。透明電極11r,11g,11bは、それぞれ、図1の下部電極11と同じ機能を有する。   A transparent electrode 11r is formed above the n region 3r, a transparent electrode 11g is formed above the n region 3g, and a transparent electrode 11b is formed above the n region 3b. The transparent electrodes 11r, 11g, and 11b are divided corresponding to the color filters 13r, 13g, and 13b, respectively. The transparent electrodes 11r, 11g, and 11b have the same functions as the lower electrode 11 in FIG.

透明電極11r,11g,11bの各々の上には、カラーフィルタ13r,13g,13bの各々で共通の一枚構成である光電変換膜12が形成されている。   On each of the transparent electrodes 11r, 11g, and 11b, a photoelectric conversion film 12 having a single configuration common to each of the color filters 13r, 13g, and 13b is formed.

光電変換膜12上には、カラーフィルタ13r,13g,13bの各々で共通の一枚構成である上部電極13が形成されている。   On the photoelectric conversion film 12, an upper electrode 13 having a single configuration common to each of the color filters 13r, 13g, and 13b is formed.

透明電極11rと、それに対向する上部電極13と、これらに挟まれる光電変換膜12の一部とにより、カラーフィルタ13rに対応する光電変換素子(図2(b)の光電変換部Aに相当)が形成される。以下では、この光電変換素子を、半導体基板上に形成されたものであるため、R基板上光電変換素子という。   A photoelectric conversion element corresponding to the color filter 13r (corresponding to the photoelectric conversion portion A in FIG. 2B) is formed by the transparent electrode 11r, the upper electrode 13 opposed to the transparent electrode 11r, and a part of the photoelectric conversion film 12 sandwiched therebetween. Is formed. Hereinafter, since this photoelectric conversion element is formed on a semiconductor substrate, it is referred to as an R-substrate photoelectric conversion element.

透明電極11gと、それに対向する上部電極13と、これらに挟まれる光電変換膜12の一部とにより、カラーフィルタ13gに対応する光電変換素子(図2(b)の光電変換部Aに相当)が形成される。以下では、この光電変換素子をG基板上光電変換素子という。   A photoelectric conversion element corresponding to the color filter 13g (corresponding to the photoelectric conversion part A in FIG. 2B) is formed by the transparent electrode 11g, the upper electrode 13 opposed to the transparent electrode 11g, and a part of the photoelectric conversion film 12 sandwiched therebetween. Is formed. Hereinafter, this photoelectric conversion element is referred to as a G-substrate photoelectric conversion element.

透明電極11bと、それに対向する上部電極13と、これらに挟まれる光電変換膜12の一部とにより、カラーフィルタ13bに対応する光電変換素子(図2(b)の光電変換部Aに相当)が形成される。以下では、この光電変換素子をB基板上光電変換素子という。   A photoelectric conversion element corresponding to the color filter 13b (corresponding to the photoelectric conversion portion A in FIG. 2B) is formed by the transparent electrode 11b, the upper electrode 13 facing the transparent electrode 11b, and a part of the photoelectric conversion film 12 sandwiched therebetween. Is formed. Hereinafter, this photoelectric conversion element is referred to as a B-substrate photoelectric conversion element.

pウェル層2内のn領域3rの隣には、R基板上光電変換素子の光電変換膜12で発生した電荷を蓄積するための高濃度のn型不純物領域(以下、n+領域という)4rが形成されている。尚、n+領域4rに光が入るのを防ぐために、n+領域4r上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   Next to the n region 3r in the p-well layer 2 is a high-concentration n-type impurity region (hereinafter referred to as an n + region) 4r for accumulating charges generated in the photoelectric conversion film 12 of the photoelectric conversion element on the R substrate. Is formed. In order to prevent light from entering the n + region 4r, it is preferable to provide a light shielding film on the n + region 4r.

pウェル層2内のn領域3gの隣には、G基板上光電変換素子の光電変換膜12で発生した電荷を蓄積するためのn+領域4gが形成されている。尚、n+領域4gに光が入るのを防ぐために、n+領域4g上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   Next to the n region 3g in the p-well layer 2, an n + region 4g for accumulating charges generated in the photoelectric conversion film 12 of the photoelectric conversion element on the G substrate is formed. In order to prevent light from entering the n + region 4g, it is preferable to provide a light shielding film on the n + region 4g.

pウェル層2内のn領域3bの隣には、B基板上光電変換素子の光電変換膜12で発生した電荷を蓄積するためのn+領域4bが形成されている。尚、n+領域4bに光が入るのを防ぐために、n+領域4b上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   Next to the n region 3b in the p well layer 2, an n + region 4b for accumulating charges generated in the photoelectric conversion film 12 of the photoelectric conversion element on the B substrate is formed. In order to prevent light from entering the n + region 4b, it is preferable to provide a light shielding film on the n + region 4b.

n+領域4r上にはアルミニウム等の金属からなるコンタクト部6rが形成され、コンタクト部6r上に透明電極11rが形成されており、n+領域4rと透明電極11rはコンタクト部6rによって電気的に接続されている。コンタクト部6rは、可視光及び赤外光に対して透明な絶縁層5内に埋設されている。   A contact portion 6r made of a metal such as aluminum is formed on the n + region 4r, and a transparent electrode 11r is formed on the contact portion 6r. The n + region 4r and the transparent electrode 11r are electrically connected by the contact portion 6r. ing. The contact portion 6r is embedded in the insulating layer 5 that is transparent to visible light and infrared light.

n+領域4g上にはアルミニウム等の金属からなるコンタクト部6gが形成され、コンタクト部6g上に透明電極11gが形成されており、n+領域4gと透明電極11gはコンタクト部6gによって電気的に接続されている。コンタクト部6gは絶縁層5内に埋設されている。   A contact portion 6g made of a metal such as aluminum is formed on the n + region 4g, and a transparent electrode 11g is formed on the contact portion 6g. The n + region 4g and the transparent electrode 11g are electrically connected by the contact portion 6g. ing. The contact portion 6g is embedded in the insulating layer 5.

n+領域4b上にはアルミニウム等の金属からなるコンタクト部6bが形成され、コンタクト部6b上に透明電極11bが形成されており、n+領域4bと透明電極11bはコンタクト部6bによって電気的に接続されている。コンタクト部6bは絶縁層5内に埋設されている。   A contact portion 6b made of a metal such as aluminum is formed on the n + region 4b, and a transparent electrode 11b is formed on the contact portion 6b. The n + region 4b and the transparent electrode 11b are electrically connected by the contact portion 6b. ing. The contact portion 6 b is embedded in the insulating layer 5.

pウェル層2内のn領域3r,3g,3b、n+領域4r,4g,4bが形成されている以外の領域には、R光電変換素子で発生してn領域3rに蓄積された電荷に応じた信号及びn+領域4rに蓄積された電荷に応じた信号をそれぞれ読み出すための信号読み出し部5rと、G光電変換素子で発生してn領域3gに蓄積された電荷に応じた信号及びn+領域4gに蓄積された電荷に応じた信号をそれぞれ読み出すための信号読み出し部5gと、B光電変換素子で発生してn領域3bに蓄積された電荷に応じた信号及びn+領域4bに蓄積された電荷に応じた信号をそれぞれ読み出すための信号読み出し部5bとが形成されている。信号読み出し部5r,5g,5bは、それぞれ、CCDやMOS回路を用いた公知の構成を採用することができる。尚、信号読み出し部5r,5g,5bに光が入るのを防ぐために、信号読み出し部5r,5g,5b上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   In regions other than where the n regions 3r, 3g, 3b and n + regions 4r, 4g, 4b are formed in the p-well layer 2, depending on the charges generated in the R photoelectric conversion element and accumulated in the n region 3r. A signal reading unit 5r for reading out the corresponding signal and a signal corresponding to the charge accumulated in the n + region 4r, and a signal corresponding to the charge generated in the G photoelectric conversion element and accumulated in the n region 3g and the n + region 4g. A signal reading unit 5g for reading a signal corresponding to the charge accumulated in the signal, a signal corresponding to the charge generated in the B photoelectric conversion element and accumulated in the n region 3b, and a charge accumulated in the n + region 4b. A signal reading unit 5b for reading the corresponding signals is formed. Each of the signal reading units 5r, 5g, and 5b can adopt a known configuration using a CCD or a MOS circuit. In order to prevent light from entering the signal readout units 5r, 5g, 5b, it is preferable to provide a light shielding film on the signal readout units 5r, 5g, 5b.

図6は、図5に示す信号読み出し部5rの具体的な構成例を示す図である。図6において図4,5と同様の構成には同一符号を付してある。尚、信号読み出し部5r,5g,5bの各々の構成は同一であるため、信号読み出し部5g,5bの説明は省略する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a specific configuration example of the signal reading unit 5r illustrated in FIG. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. Note that the signal readout units 5r, 5g, and 5b have the same configuration, and thus the description of the signal readout units 5g and 5b is omitted.

信号読み出し部5rは、ドレインがn+領域4rに接続され、ソースが電源Vnに接続されたリセットトランジスタ43と、ゲートがリセットトランジスタ43のドレインに接続され、ソースが電源Vccに接続された出力トランジスタ42と、ソースが出力トランジスタ42のドレインに接続され、ドレインが信号出力線45に接続された行選択トランジスタ41と、ドレインがn領域3rに接続され、ソースが電源Vnに接続されたリセットトランジスタ46と、ゲートがリセットトランジスタ46のドレインに接続され、ソースが電源Vccに接続された出力トランジスタ47と、ソースが出力トランジスタ47のドレインに接続され、ドレインが信号出力線49に接続された行選択トランジスタ48とを備える。   The signal readout section 5r has a reset transistor 43 whose drain is connected to the n + region 4r, its source connected to the power supply Vn, and an output transistor 42 whose gate is connected to the drain of the reset transistor 43 and whose source is connected to the power supply Vcc. A row selection transistor 41 whose source is connected to the drain of the output transistor 42 and whose drain is connected to the signal output line 45; a reset transistor 46 whose drain is connected to the n region 3r and whose source is connected to the power supply Vn; The output transistor 47 whose gate is connected to the drain of the reset transistor 46, the source is connected to the power supply Vcc, and the row selection transistor 48 whose source is connected to the drain of the output transistor 47 and whose drain is connected to the signal output line 49. With.

透明電極11rと上部電極13間にバイアス電圧を印加することで、光電変換膜12に入射した光に応じて電荷が発生し、この電荷が透明電極11rを介してn+領域4rへと移動する。n+領域4rに蓄積された電荷は、出力トランジスタ42でその電荷量に応じた信号に変換される。そして、行選択トランジスタ41をONにすることで信号出力線45に信号が出力される。信号出力後は、リセットトランジスタ43によってn+領域4r内の電荷がリセットされる。   By applying a bias voltage between the transparent electrode 11r and the upper electrode 13, a charge is generated according to the light incident on the photoelectric conversion film 12, and the charge moves to the n + region 4r through the transparent electrode 11r. The charge accumulated in the n + region 4r is converted into a signal corresponding to the amount of charge by the output transistor. Then, a signal is output to the signal output line 45 by turning on the row selection transistor 41. After the signal is output, the charge in the n + region 4r is reset by the reset transistor 43.

R光電変換素子で発生してn領域3rに蓄積された電荷は、出力トランジスタ47でその電荷量に応じた信号に変換される。そして、行選択トランジスタ48をONにすることで信号出力線49に信号が出力される。信号出力後は、リセットトランジスタ46によってn領域3r内の電荷がリセットされる。   The charge generated in the R photoelectric conversion element and accumulated in the n region 3r is converted into a signal corresponding to the charge amount by the output transistor 47. Then, a signal is output to the signal output line 49 by turning on the row selection transistor 48. After the signal is output, the charge in the n region 3r is reset by the reset transistor 46.

このように、信号読み出し部5rは、3トランジスタからなる公知のMOS回路で構成することができる。   Thus, the signal reading unit 5r can be configured by a known MOS circuit including three transistors.

図5に戻り、光電変換膜12上には、基板上光電変換素子を保護するための2層構造の保護層15,16が形成され、保護層16上にカラーフィルタ13r,13g,13bが形成され、カラーフィルタ13r,13g,13bの各々の上には、各々に対応するn領域3r,3g,3bに光を集光するためのマイクロレンズ14が形成されている。   Returning to FIG. 5, two-layer protective layers 15 and 16 for protecting the photoelectric conversion element on the substrate are formed on the photoelectric conversion film 12, and color filters 13 r, 13 g, and 13 b are formed on the protective layer 16. On each of the color filters 13r, 13g, 13b, a microlens 14 for condensing light is formed on the corresponding n regions 3r, 3g, 3b.

この撮像素子100は、光電変換膜12を形成した後に、カラーフィルタ13r,13g,13bやマイクロレンズ14等を形成することで製造するが、カラーフィルタ13r,13g,13bやマイクロレンズ14は、フォトリソグラフィ工程やベーク工程を含むため、光電変換膜12として有機材料を用いる場合、光電変換膜12が露出した状態で、このフォトリソグラフィ工程やベーク工程が行われると、光電変換膜12の特性が劣化してしまう。撮像素子100では、このような製造工程に起因する光電変換膜12の特性劣化を防止するために、保護層15,16が設けられている。   The image pickup device 100 is manufactured by forming the color filters 13r, 13g, 13b, the microlens 14 and the like after forming the photoelectric conversion film 12, but the color filters 13r, 13g, 13b and the microlens 14 are formed by photo When an organic material is used as the photoelectric conversion film 12 because it includes a lithography process and a baking process, the characteristics of the photoelectric conversion film 12 are deteriorated when the photolithography process and the baking process are performed with the photoelectric conversion film 12 exposed. Resulting in. In the imaging device 100, protective layers 15 and 16 are provided in order to prevent the deterioration of the characteristics of the photoelectric conversion film 12 due to such a manufacturing process.

保護層15は、ALCVD法によって形成した無機材料からなる無機層であることが好ましい。ALCVD法は原子層CVD法であり緻密な無機層を形成することが可能で、光電変換層12の有効な保護層となり得る。ALCVD法はALE法もしくはALD法としても知られている。ALCVD法により形成した無機層は、好ましくはAl23、SiO2,TiO2,ZrO2,MgO,HfO2,Ta25からなり、より好ましくはAl23、SiO2からなり、最も好ましくはAl23からなる。 The protective layer 15 is preferably an inorganic layer made of an inorganic material formed by the ALCVD method. The ALCVD method is an atomic layer CVD method, can form a dense inorganic layer, and can be an effective protective layer for the photoelectric conversion layer 12. The ALCVD method is also known as the ALE method or ALD method. The inorganic layer formed by the ALCVD method is preferably made of Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , MgO, HfO 2 , Ta 2 O 5 , more preferably made of Al 2 O 3 , SiO 2 , Most preferably, it consists of Al 2 O 3 .

保護層16は、光電変換膜12の保護性能をより向上させるために保護層15上に形成されたものであり、有機ポリマーからなる有機層であることが好ましい。有機ポリマーとしてはパリレンが好ましく、パリレンCがより好ましい。尚、保護層16は省略しても良く、又、保護層15と保護層16の配置を逆にしても良い。光電変換膜12の保護効果が特に高いのは、図5に示した構成である。   The protective layer 16 is formed on the protective layer 15 in order to further improve the protective performance of the photoelectric conversion film 12, and is preferably an organic layer made of an organic polymer. Parylene is preferable as the organic polymer, and parylene C is more preferable. The protective layer 16 may be omitted, and the arrangement of the protective layer 15 and the protective layer 16 may be reversed. The protection effect of the photoelectric conversion film 12 is particularly high in the configuration shown in FIG.

以上のような構成の撮像素子100では、入射光のうちのカラーフィルタ13rを透過した光のうちの赤外域の光が光電変換膜12で吸収され、ここで赤外光に応じた電荷が発生する。同様に、入射光のうちのカラーフィルタ13gを透過した光のうちの赤外光が光電変換膜12で吸収され、ここで赤外光に応じた電荷が発生する。同様に、入射光のうちのカラーフィルタ13bを透過した光のうちの赤外光が光電変換膜12で吸収され、ここで赤外光に応じた電荷が発生する。   In the imaging device 100 having the above-described configuration, infrared light in the light transmitted through the color filter 13r out of incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 12, and charges corresponding to the infrared light are generated here. To do. Similarly, infrared light out of the light transmitted through the color filter 13g out of the incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 12, and charges corresponding to the infrared light are generated here. Similarly, infrared light out of the light transmitted through the color filter 13b out of the incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 12, and charges corresponding to the infrared light are generated here.

透明電極11rと上部電極13に所定のバイアス電圧を印加すると、R基板上光電変換素子を構成する光電変換膜12で発生した電荷が透明電極11rとコンタクト部6rを介してn+領域4rに移動し、ここに蓄積される。そして、n+領域4rに蓄積された電荷に応じた信号が、信号読み出し部5rによって読み出され、撮像素子100外部に出力される。   When a predetermined bias voltage is applied to the transparent electrode 11r and the upper electrode 13, charges generated in the photoelectric conversion film 12 constituting the photoelectric conversion element on the R substrate move to the n + region 4r via the transparent electrode 11r and the contact portion 6r. , Accumulated here. Then, a signal corresponding to the electric charge accumulated in the n + region 4r is read by the signal reading unit 5r and output to the outside of the image sensor 100.

同様に、透明電極11gと上部電極13に所定のバイアス電圧を印加すると、G基板上光電変換素子を構成する光電変換膜12で発生した電荷が透明電極11gとコンタクト部6gを介してn+領域4gに移動し、ここに蓄積される。そして、n+領域4gに蓄積された電荷に応じた信号が、信号読み出し部5gによって読み出され、撮像素子100外部に出力される。   Similarly, when a predetermined bias voltage is applied to the transparent electrode 11g and the upper electrode 13, charges generated in the photoelectric conversion film 12 constituting the photoelectric conversion element on the G substrate are transferred to the n + region 4g via the transparent electrode 11g and the contact portion 6g. Go to and accumulate here. Then, a signal corresponding to the electric charge accumulated in the n + region 4g is read out by the signal reading unit 5g and output to the outside of the image sensor 100.

同様に、透明電極11bと上部電極13に所定のバイアス電圧を印加すると、B基板上光電変換素子を構成する光電変換膜12で発生した電荷が透明電極11bとコンタクト部6bを介してn+領域4bに移動し、ここに蓄積される。そして、n+領域4bに蓄積された電荷に応じた信号が、信号読み出し部5bによって読み出され、撮像素子100外部に出力される。   Similarly, when a predetermined bias voltage is applied to the transparent electrode 11b and the upper electrode 13, charges generated in the photoelectric conversion film 12 constituting the photoelectric conversion element on the B substrate are transferred to the n + region 4b via the transparent electrode 11b and the contact portion 6b. Go to and accumulate here. Then, a signal corresponding to the electric charge accumulated in the n + region 4b is read by the signal reading unit 5b and output to the outside of the image sensor 100.

カラーフィルタ13rを透過して光電変換膜12を透過したR光は、R光電変換素子に入射し、入射光量に応じた電荷がn領域3rに蓄積される。同様に、カラーフィルタ13gを透過して光電変換膜12を透過したG光は、G光電変換素子に入射し、入射光量に応じた電荷がn領域3gに蓄積される。同様に、カラーフィルタ13bを透過して光電変換膜12を透過したB光は、B光電変換素子に入射し、入射光量に応じた電荷がn領域3bに蓄積される。n領域3r,3g,3bに蓄積された電荷は、信号読出し部5r,5g,5bによって読み出され、撮像素子100外部に出力される。   The R light transmitted through the color filter 13r and transmitted through the photoelectric conversion film 12 enters the R photoelectric conversion element, and charges corresponding to the amount of incident light are accumulated in the n region 3r. Similarly, the G light transmitted through the color filter 13g and transmitted through the photoelectric conversion film 12 enters the G photoelectric conversion element, and charges corresponding to the amount of incident light are accumulated in the n region 3g. Similarly, the B light transmitted through the color filter 13b and transmitted through the photoelectric conversion film 12 enters the B photoelectric conversion element, and charges corresponding to the amount of incident light are accumulated in the n region 3b. The charges accumulated in the n regions 3r, 3g, and 3b are read by the signal reading units 5r, 5g, and 5b, and are output to the outside of the image sensor 100.

n領域3r,3g,3bから読み出されて出力された信号の配列は、図4のようなカラーフィルタ配列の単板式カラー固体撮像素子から出力される信号の配列と同様となるため、単板式カラー固体撮像素子で用いられる信号処理を行うことで、1つの画素データにR,G,Bの3つの色成分のデータを持たせたカラー画像データを生成することができる。又、n+領域4r,4g,4bから読み出されて出力された信号により、1つの画素データに赤外の色成分のデータを持たせた赤外画像データを生成することができる。   The arrangement of signals read out and output from the n regions 3r, 3g, 3b is the same as the arrangement of signals output from the single-plate color solid-state image pickup device having the color filter arrangement as shown in FIG. By performing signal processing used in the color solid-state imaging device, color image data in which data of three color components of R, G, and B is given to one pixel data can be generated. Further, infrared image data in which one pixel data has infrared color component data can be generated by signals read out and output from the n + regions 4r, 4g, and 4b.

このように、撮像素子100は、R光電変換素子で発生した電荷に応じたR成分の信号と、G光電変換素子で発生した電荷に応じたG成分の信号と、B光電変換素子で発生した電荷に応じたB成分の信号と、R基板上光電変換素子で発生した電荷に応じたIR成分の信号と、G基板上光電変換素子で発生した電荷に応じたIR成分の信号と、B基板上光電変換素子で発生した電荷に応じたIR成分の信号とを外部に出力することができる。このため、撮像素子100を用いれば、1回の撮像で、カラー画像データと赤外画像データの2種類の画像データを得ることができる。したがって、この撮像素子100を、例えば、人体の検査対象となる部位の外観映像と、その部位の内部映像とが必要となる内視鏡装置の撮像素子として利用することができる。   As described above, the image sensor 100 generates the R component signal corresponding to the charge generated in the R photoelectric conversion element, the G component signal corresponding to the charge generated in the G photoelectric conversion element, and the B photoelectric conversion element. A B component signal corresponding to the charge, an IR component signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion element on the R substrate, an IR component signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion element on the G substrate, and the B substrate An IR component signal corresponding to the electric charge generated in the upper photoelectric conversion element can be output to the outside. For this reason, if the image sensor 100 is used, two types of image data, that is, color image data and infrared image data, can be obtained by one imaging. Therefore, this image sensor 100 can be used as, for example, an image sensor of an endoscope apparatus that requires an appearance image of a part to be inspected of a human body and an internal image of the part.

図3の形態と対応する構造として、アモルファス性ITO 30nmをスパッタ法により成膜後、画素電極11とし、その上に、化合物27を100nm、化合物21を50nm、化合物28を20nm、SiO膜を40nmの順にそれぞれ真空加熱蒸着により成膜して光電変換層12とし、さらに、上部電極としてスパッタ法によりアモルファス性ITOを5nm成膜して透明電極13とすることにより、光電変換素子を作製した。光電変換層12の真空蒸着は全て4×10-4Pa以下の真空度で行った。 As a structure corresponding to the form of FIG. 3, amorphous ITO 30 nm is formed by sputtering to form the pixel electrode 11, on which compound 27 is 100 nm, compound 21 is 50 nm, compound 28 is 20 nm, and SiO film is 40 nm. A photoelectric conversion element was prepared by forming a film by vacuum heating vapor deposition in this order to form a photoelectric conversion layer 12 and further forming an amorphous ITO film of 5 nm by sputtering as an upper electrode to form a transparent electrode 13. All the vacuum evaporation of the photoelectric converting layer 12 was performed by the vacuum degree of 4 * 10 <-4> Pa or less.

Figure 0005352133
Figure 0005352133

Figure 0005352133
Figure 0005352133

実施例1において、化合物21と化合物1の蒸着を、それぞれ単独膜換算で50nmずつの量(1:1の比率になるように)共蒸着法により形成する様変更した以外は同様にして、光電変換素子を作成した。   In the same manner as in Example 1, except that the deposition of the compound 21 and the compound 1 was changed so as to be formed by a co-evaporation method in an amount of 50 nm in terms of a single film (in a ratio of 1: 1), respectively. A conversion element was created.

比較例Comparative example

実施例1において、光電変換層12を、化合物27を100nm、化合物21を50nm、SiO膜を40nmの順にそれぞれ真空加熱蒸着により成膜し作成する様に変更する以外は同様にして光電変換素子を作製した。   In Example 1, the photoelectric conversion layer 12 was similarly changed except that the compound 27 was formed by vacuum heating vapor deposition in the order of 100 nm for the compound 27, 50 nm for the compound 21 and 40 nm for the SiO film. Produced.

素子性能の測定は、暗電流3nA/cm2時の化合物21の赤外域の吸収ピーク波長における光電変換効率を測定した。なお、図7は、化合物21の光波長(nm)に対する吸光度の相対値(図中の縦軸)を示している。 The device performance was measured by measuring the photoelectric conversion efficiency at the absorption peak wavelength in the infrared region of Compound 21 at a dark current of 3 nA / cm 2 . In addition, FIG. 7 shows the relative value (vertical axis in the figure) of the absorbance with respect to the light wavelength (nm) of compound 21.

測定の結果、比較例1の光電変換素子の光電変換効率を100とすると、実施例1の光電変換素子の光電変換効率が800であり、実施例2の光電変換素子の光電変換効率が900であった。このため、実施例1及び2は、暗電流を低く抑えたまま、感度を向上させることができることがわかった。   As a result of the measurement, assuming that the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of Comparative Example 1 is 100, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of Example 1 is 800, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of Example 2 is 900. there were. For this reason, it was found that Examples 1 and 2 can improve the sensitivity while keeping the dark current low.

本発明の第1実施形態である光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematic structure of the photoelectric conversion element which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態である光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematic structure of the photoelectric conversion element which is 2nd Embodiment of this invention. 図1に示す光電変換素部の別の形態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows another form of the photoelectric conversion element part shown in FIG. 本発明の撮像素子の部分表面模式図である。It is a partial surface schematic diagram of the image sensor of the present invention. 図4に示す撮像素子のA−A線の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the AA line of the image pick-up element shown in FIG. 図5に示す信号読み出し部の具体的な構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a specific configuration example of a signal reading unit illustrated in FIG. 5. 実施例で使用する化合物1の光波長に対する吸収ピークを示す図である。It is a figure which shows the absorption peak with respect to the light wavelength of the compound 1 used in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

11 下部電極
12 光電変換膜
13 上部電極
A 光電変換部
11 Lower electrode 12 Photoelectric conversion film 13 Upper electrode A Photoelectric conversion part

Claims (21)

入射した光に応じた電荷を生成する光電変換材料であって、
前記光電変換材料が、下記の一般式(1)で示されるスクアリリウム化合物と、一般式(NP−1)で示されるナフタロシアニン化合物とを含む光電変換材料。
一般式(1)
Figure 0005352133


一般式(NP−1)
Figure 0005352133

(式中、Mは金属原子を表す。R28、R29は無くても良い。ある場合(=軸配位子型)は、それぞれ独立に水素原子または置換基を表す。R4〜R27はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。)
A photoelectric conversion material that generates a charge according to incident light,
The photoelectric conversion material in which the said photoelectric conversion material contains the squarylium compound shown by following General formula (1) , and the naphthalocyanine compound shown by general formula (NP-1).
General formula (1)
Figure 0005352133


General formula (NP-1)
Figure 0005352133

(In the formula, M represents a metal atom. R 28 and R 29 may be absent. In some cases (= axial ligand type), each independently represents a hydrogen atom or a substituent. R 4 to R 27. Each independently represents a hydrogen atom or a substituent.)
上記請求項1に記載の光電変換材料であって、
前記ナフタロシアニン化合物が、下記の一般式(NP−2)で示す軸配位子型の構造を有する光電変換材料。
一般式(NP−2)
Figure 0005352133

(式中、MはSi、Ge、Snのいずれかであり、R1〜R27はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。)
The photoelectric conversion material according to claim 1,
A photoelectric conversion material in which the naphthalocyanine compound has an axial ligand structure represented by the following general formula (NP-2).
General formula (NP-2)
Figure 0005352133

(In the formula, M is any one of Si, Ge, and Sn, and R 1 to R 27 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.)
上記請求項1又は2に記載の光電変換材料を含む光電変換膜と、前記光電変換膜を挟んで対向する一対の電極とからなる第1光電変換部を備え、
前記光電変換膜が前記ナフタロシアニン化合物からなる層と前記スクアリリウム化合物からなる層との積層構造を有する光電変換素子。
Said provided a photoelectric conversion film including a photoelectric conversion material according to claim 1 or 2, the first photoelectric conversion unit comprising a pair of electrodes facing each other across the photoelectric conversion film,
The photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion film has a stacked structure of a layer made of the naphthalocyanine compound and a layer made of the squarylium compound.
上記請求項に記載の光電変換素子であって、
前記光電変換膜に、前記ナフタロシアニン化合物と前記スクアリリウムとのバルクへテロ構造膜が形成されている光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 3 , wherein
A photoelectric conversion element in which a bulk heterostructure film of the naphthalocyanine compound and the squarylium is formed on the photoelectric conversion film.
上記請求項又はに記載の光電変換素子であって、前記スクアリリウム化合物からなる層の厚さが20nm以下である光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 3 or 4 , wherein the layer made of the squarylium compound has a thickness of 20 nm or less. 上記請求項からのいずれかに記載の光電変換素子であって、前記第1光電変換部の吸収ピーク波長が650nm以上であり、かつ、波長域400nm〜600nmの可視光を50%以上透過する光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to any one of 5 the claim 3, wherein the absorption peak wavelength of the first photoelectric conversion unit is at 650nm or more and visible light in a wavelength region 400 nm to 600 nm 50% or more transmittance A photoelectric conversion element. 上記請求項からのいずれかに記載の光電変換素子であって、
前記第1光電変換部が上方に積層された半導体基板を備え、
可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する第2光電変換部を前記半導体基板と前記第1光電変換部の間に少なくとも1つ備える光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 3 to 6 ,
The first photoelectric conversion unit includes a semiconductor substrate stacked above,
A second photoelectric conversion unit that has an absorption peak of an absorption spectrum in a range including a visible region and an infrared region in the visible region and generates a charge corresponding to the absorbed light is interposed between the semiconductor substrate and the first photoelectric conversion unit. A photoelectric conversion element provided with at least one.
上記請求項に記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板が、前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部の各々で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを備える光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 7 ,
The semiconductor substrate includes an accumulation unit that accumulates charges generated in each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and a signal reading unit that reads a signal corresponding to the charges accumulated in the accumulation unit. A photoelectric conversion element provided.
上記請求項からのいずれかに記載の光電変換素子であって、
前記第1光電変換部が上方に積層された半導体基板を備え、
可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する第2光電変換部を前記半導体基板内に少なくとも1つ備える光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 3 to 6 ,
The first photoelectric conversion unit includes a semiconductor substrate stacked above,
A photoelectric conversion element comprising at least one second photoelectric conversion unit in the semiconductor substrate that has an absorption peak of an absorption spectrum in a range including a visible region and an infrared region in the visible region, and generates a charge corresponding to the absorbed light.
上記請求項に記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板が、前記第1光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを備える光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 9 , wherein
A photoelectric conversion element, wherein the semiconductor substrate includes an accumulation unit that accumulates electric charges generated in the first photoelectric conversion unit, and a signal reading unit that reads out a signal corresponding to the electric charges accumulated in the accumulation unit.
上記請求項又はに記載の光電変換素子であって、
前記第2光電変換部を複数備え、
前記複数の第2光電変換部が、それぞれ異なる波長に吸収ピークを持つ光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 7 or 9 , wherein
A plurality of the second photoelectric conversion units;
A photoelectric conversion element in which the plurality of second photoelectric conversion units have absorption peaks at different wavelengths.
上記請求項11に記載の光電変換素子であって、
前記複数の第2光電変換部が、前記第1光電変換部への光入射方向に積層されている光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 11 ,
The photoelectric conversion element in which the plurality of second photoelectric conversion units are stacked in a light incident direction to the first photoelectric conversion unit.
上記請求項から10に記載の光電変換素子であって、
前記第2光電変換部を複数備え、
前記複数の第2光電変換部が、それぞれ異なる波長に吸収ピークを持ち、且つ、前記第1光電変換部への光入射方向に対して垂直方向に配列されている光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to 10 above claim 3,
A plurality of the second photoelectric conversion units;
The photoelectric conversion elements in which the plurality of second photoelectric conversion units have absorption peaks at different wavelengths and are arranged in a direction perpendicular to a light incident direction to the first photoelectric conversion unit.
上記請求項12又は13に記載の光電変換素子であって、
前記第2光電変換部を3つ備え、
前記3つの第2光電変換部が、赤色の波長域の光を吸収するR光電変換部と、緑色の波長域の光を吸収するG光電変換部と、青色の波長域の光を吸収するB光電変換部である光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 12 or 13 , wherein
Three second photoelectric conversion units are provided,
The three second photoelectric conversion units absorb an R photoelectric conversion unit that absorbs light in the red wavelength range, a G photoelectric conversion unit that absorbs light in the green wavelength range, and B that absorbs light in the blue wavelength range. A photoelectric conversion element which is a photoelectric conversion unit.
上記請求項から14に記載の光電変換素子であって、
前記第1光電変換部を透過した光が前記第2光電変換部に入射するように、前記光電変換部と前記第2光電変換部が平面視において重なっている光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to 14 above claim 3,
The photoelectric conversion element with which the said photoelectric conversion part and the said 2nd photoelectric conversion part have overlapped in planar view so that the light which permeate | transmitted the said 1st photoelectric conversion part may inject into the said 2nd photoelectric conversion part.
上記請求項から15に記載の光電変換素子であって、
前記光電変換膜の上層及び下層のうち少なくとも一方に、前記電極からの電荷の注入を阻止する電荷ブロッキング層が設けられる光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to the claim 3 to 15,
A photoelectric conversion element, wherein a charge blocking layer for preventing charge injection from the electrode is provided on at least one of an upper layer and a lower layer of the photoelectric conversion film.
上記請求項から16に記載の光電変換素子であって、
前記第1光電変換部の吸収ピーク波長が650nm以上であり、該吸収ピーク波長における吸収率が50%以上である光電変換素子。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 3 to 16 , wherein
The photoelectric conversion element whose absorption peak wavelength of a said 1st photoelectric conversion part is 650 nm or more, and the absorptance in this absorption peak wavelength is 50% or more.
上記請求項,,11から15のいずれかに記載の光電変換素子であって、
前記第2光電変換部が波長域400nm〜600nmの光の透過率が75%以上である光電変換素子。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 7 , 9 , 11 to 15 ,
The photoelectric conversion element whose said 2nd photoelectric conversion part has the transmittance | permeability of light with a wavelength range of 400 nm-600 nm is 75% or more.
上記請求項から18に記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極のうち少なくとも一方が、波長域400nm〜900nmの光の透過率が95%以上の導電性薄膜である光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to the claim 3 to 18,
A photoelectric conversion element in which at least one of the pair of electrodes is a conductive thin film having a light transmittance of 95% or more in a wavelength region of 400 nm to 900 nm.
上記請求項から18に記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極のうち少なくとも一方が、波長域400nm〜900nmの光の透過率が95%以上の透明導電性薄膜である光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to the claim 3 to 18,
A photoelectric conversion element in which at least one of the pair of electrodes is a transparent conductive thin film having a light transmittance of 95% or more in a wavelength region of 400 nm to 900 nm.
上記請求項から20に記載の光電変換素子がアレイ状に配置された固体撮像素子。 A solid-state imaging device where the photoelectric conversion elements are arranged in an array according to the claim 3 to 20.
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