CN118251977A - 光电转换元件和成像装置 - Google Patents
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Abstract
根据本公开一个实施方案的光电转换元件(10)包括：第一电极(11)；与第一电极(11)相对设置的第二电极(16)；光电转换层(13)，其设置在第一电极(11)和第二电极(16)之间；和缓冲层(14)，其设置在第二电极(16)和所述光电转换层(13)之间，并且具有空穴输送性和电子输送性两者。
Description
技术领域
本公开涉及一种使用有机半导体的光电转换元件和包括该光电转换元件的成像装置。
背景技术
例如，专利文献1公开了一种成像元件，其中具有结晶性的有机光电转换层被设置为提高抵抗率，从而实现更高的光电转换效率和更高的分辨率。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开第2010-135496号
发明内容
顺便提及，希望成像装置具有改善的残像特性。
希望提供一种使得能够改善残像特性的光电转换元件和成像装置。
根据本公开实施方案的光电转换元件包括：第一电极；与第一电极相对配置的第二电极；光电转换层，其设置在第一电极和第二电极之间；和缓冲层，其设置在第二电极和所述光电转换层之间并且具有空穴输送性和电子输送性两者。
根据本公开实施方案的成像装置包括多个像素，每个像素包括设有一个或多个光电转换部的成像元件，所述一个或多个光电转换部包括根据本公开实施方案的光电转换元件。
在本公开的各实施方案的光电转换元件和成像装置中，在第二电极和光电转换层之间设置具有空穴输送性和电子输送性两者的缓冲层。这增强了第二电极侧的电荷的阻挡性。
附图说明
图1是根据本公开实施方案的光电转换元件的构成的示例的示意性截面图。
图2是示出图1所示的光电转换元件的各层的能级的示例的图。
图3是根据本公开实施方案的光电转换元件的构成的另一示例的示意性截面图。
图4是使用图1所示的光电转换元件的成像元件的构成的示例的示意性截面图。
图5是包括图4所示的成像元件的成像装置的像素的构成的示例的示意性平面图。
图6是图4所示的成像元件的等效电路图。
图7是构成图4所示的成像元件的控制部和下部电极的晶体管的配置的示意图。
图8是图4所示的成像元件的制造方法的说明性截面图。
图9是在图8之后的步骤的截面图。
图10是在图9之后的步骤的截面图。
图11是在图10之后的步骤的截面图。
图12是在图11之后的步骤的截面图。
图13是在图12之后的步骤的截面图。
图14是示出图4所示的成像元件的操作例的时序图。
图15是根据本公开变形例1的成像元件的构成的示例的示意性截面图。
图16是根据本公开变形例2的成像元件的构成的示例的示意性截面图。
图17A是根据本公开变形例3的成像元件的构成的示例的示意性截面图。
图17B是图17A所示的成像元件的平面构成的示意图。
图18A是根据本公开变形例4的成像元件的构成的示例的示意性截面图。
图18B是图18A所示的成像元件的平面构成的示意图。
图19是根据本公开另一变形例的变形例2的成像元件的构成的另一示例的示意性截面图。
图20A是根据本公开另一变形例的变形例3的成像元件的构成的另一示例的示意性截面图。
图20B是图20A所示的成像元件的平面构成的示意图。
图21A是根据本公开另一变形例的变形例4的成像元件的构成的另一示例的示意性截面图。
图21B是图21A所示的成像元件的平面构成的示意图。
图22是示出包括图4等所示的成像元件的成像装置的总体构成的框图。
图23是示出使用图22所示的成像装置的电子设备的构成的示例的框图。
图24A是使用图22所示的成像装置的光检测系统的总体构成的示例的示意图。
图24B是示出图24A所示的光检测系统的电路构成的示例的图。
图25是成像装置的适用例的说明图。
图26是示出内窥镜手术系统的示意性构成的示例的框图。
图27是示出摄像头和相机控制单元(CCU)的功能构成的示例的框图。
图28是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图29是辅助说明车外信息检测单元和成像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方案进行详细说明。以下的说明仅仅是本公开的具体例，并且本公开不限于以下方面。此外，本公开不限于附图中所示的各构成要素的配置、尺寸、尺寸比等。注意，按照以下顺序给出说明。
1.实施方案
(光电转换元件的示例，其在光电转换层和电子注入层之间包括具有空穴输送性和电子输送性两者的缓冲层)
1-1.光电转换元件的构成
1-2.成像元件的构成
1-3.成像元件的制造方法
1-4.成像元件的信号获取操作
1-5.作用和效果
2.变形例
2-1.变形例1(成像元件的构成的另一示例)
2-2.变形例2(成像元件的构成的另一示例)
2-3.变形例3(成像元件的构成的另一示例)
2-4.变形例4(成像元件的构成的另一示例)
2-5.变形例5(成像元件的另一变形例)
3.适用例
4.应用例
5.实施例
<1.实施方案>
图1示意性地示出了根据本公开实施方案的光电转换元件(光电转换元件10)的截面构成的示例。光电转换元件10被用作构成诸如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等成像装置(成像装置100，参照例如图22)中的一个像素(单位像素P)的成像元件(成像元件1A，参照例如图4)，该CMOS图像传感器例如用在诸如数字静态相机或摄像机等电子设备中。光电转换元件10具有其中下部电极11、电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14、电子注入层15和上部电极16顺次层叠的构成。本实施方案的缓冲层14具有空穴输送性和电子输送性两者。
(1-1.光电转换元件的构成)
光电转换元件10吸收与选择性波长带域(例如，400nm以上且小于1300nm的可见光区域和近红外光区域)的一部分或全部波长相对应的光，以产生激子(例如，电子-空穴对)。关于光电转换元件10，在后述的成像元件(例如，成像元件1A)中，例如，从下部电极11侧读出通过光电转换产生的电子-空穴对之中的电子作为信号电荷。在下文中，通过举例从下部电极11侧读出电子作为信号电荷的情况来给出各部件的构成、材料等的说明。
下部电极11(阴极)例如由具有透光性的导电膜构成。下部电极11具有在4.0eV以上且5.5eV以下的功函数。这种下部电极11的构成材料的示例包括掺杂有锡(Sn)作为掺杂剂的作为In2O3的氧化铟锡(ITO)。关于ITO薄膜的结晶性，结晶性可以更高，也可以更低(接近非晶)。除此之外，下部电极11的构成材料的其他示例包括掺杂有掺杂剂的氧化锡(SnO2)系材料，例如掺杂有Sb作为掺杂剂的ATO和掺杂有氟作为掺杂剂的FTO。此外，可以使用氧化锌(ZnO)或掺杂有掺杂剂的氧化锌系材料。ZnO系材料的示例包括掺杂有铝(Al)作为掺杂剂的铝锌氧化物(AZO)、掺杂有镓(Ga)的镓锌氧化物(GZO)、掺杂有硼(B)的硼锌氧化物和掺杂有铟(In)的铟锌氧化物(IZO)。此外，可以使用掺杂有铟和镓作为掺杂剂的氧化锌(IGZO、In-GaZnO4)。另外，作为下部电极11的构成材料，例如，可以使用CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3或TiO2，或者可以使用尖晶石型氧化物或具有YbFe2O4结构的氧化物。
此外，在下部电极11不需要透光性的情况下(例如，在光从上部电极16侧入射的情况下)，可以使用具有低功函数(例如，)的单质金属或合金。其具体示例包括碱金属(例如，锂(Li)、钠(Na)和钾(K))和其氟化物或氧化物以及碱土金属(例如，镁(Mg)和钙(Ca))和其氟化物或氧化物。其他示例包括铝(Al)、Al-Si-Cu合金、锌(Zn)、锡(Sn)、铊(Tl)、Na-K合金、Al-Li合金、Mg-Ag合金、In、诸如镱(Yb)等稀土金属及其合金。
此外，构成下部电极11的材料的其他示例包括导电物质，所述导电物质包括诸如铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、铁(Fe)、钴(Co)和钼(Mo)等金属、含有这种金属元素的合金、这种金属的导电颗粒、含有这种金属的合金的导电颗粒、含有杂质的多晶硅、碳系材料、氧化物半导体、碳纳米管和石墨烯。构成下部电极11的材料的其他示例包括有机材料(导电性高分子)，例如聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]。此外，通过将上述材料与粘合剂(高分子)混合而获得的糊状物或油墨可以固化用作电极。
下部电极11可以形成为包含上述材料的单层膜或层叠膜。下部电极11在层叠方向上的膜厚度(在下文中，简称为厚度)例如为20nm以上且200nm以下，优选为30nm以上且150nm以下。
电子传输层12选择性地将光电转换层13中产生的电荷之中的电子传输到下部电极11，并抑制来自下部电极11侧的空穴的注入。
电子传输层12具有例如1nm以上且60nm以下的厚度。
光电转换层13吸收至少包含在可见光区域至近红外区域内的预定波长的例如60％以上，以进行电荷分离。光电转换层13吸收与在例如400nm以上且小于1300nm的可见光区域和近红外光区域内的全部或一部分波长相对应的光。光电转换层13具有例如结晶性。光电转换层13包含两种以上的有机材料，例如，每种有机材料用作p型半导体或n型半导体，并且在层内具有p型半导体和n型半导体之间的接合面(p/n接合面)。此外，光电转换层13可以具有包括p型半导体的层(p型半导体层)和包括n型半导体的层(n型半导体层)的层叠结构(p-型半导体层/n型半导体层)、p型半导体层和p型半导体与n型半导体的混合层(本体异质层)的层叠结构(p型半导体/本体异质层)、或者n型半导体层和本体异质层的层叠结构(n型半导体层/本体异质层)。此外，光电转换层13可以仅由p型半导体和n型半导体的混合层(本体异质层)形成。
p型半导体是一种相对地起电子供体作用的空穴传输材料。n型半导体是一种相对地起到电子受体作用的电子传输材料。光电转换层13提供了在光吸收时产生的激子(电子-空穴对)被分离成电子和空穴的位置。具体地，电子-空穴对在电子供体和电子受体之间的界面(p/n接合面)处被分离成电子和空穴。
p型半导体的示例包括以萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩(BTBT)衍生物、二萘并噻吩并噻吩(DNTT)衍生物、二蒽并噻吩并噻吩(DATT)衍生物、苯并双苯并噻吩(BBBT)衍生物、噻吩并双苯并噻吩(TBBT)衍生物、二苯并噻吩并双苯并噻吩(DBTBT)衍生物、二噻吩并苯并二噻吩(DTBDT)衍生物、二苯并噻吩并二噻吩(DBTDT)衍生物、苯并二噻吩(BDT)衍生物、萘并二噻吩(NDT)衍生物、蒽并二噻吩(ADT)衍生物、并四苯并二噻吩(TDT)衍生物和并五苯并二噻吩(PDT)衍生物为代表的噻吩并苯系材料。此外，p型半导体的示例包括三苯胺衍生物、咔唑衍生物、苉衍生物、衍生物、荧蒽衍生物、酞菁衍生物、亚酞菁衍生物、亚卟啉衍生物、具有作为配体的杂环化合物的金属配合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物等。
n型半导体的示例包括以诸如富勒烯C60、富勒烯C70和富勒烯C74等高阶富勒烯和内包富勒烯等为代表的富勒烯和富勒烯衍生物。富勒烯衍生物中包括的取代基的示例包括卤素原子、直链、支链或环状的烷基或苯基、含有直链或稠合芳族化合物的基团、含有卤化物的基团、部分氟代烷基、全氟烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基甲硅烷基、芳基硫烷基、烷基硫烷基、芳基磺酰基、烷基磺酰基、芳基硫基、烷基硫基、氨基、烷基氨基、芳基氨基、羟基、烷氧基、酰基氨基、酰氧基、羰基、羧基、羧酰胺基、羰基烷氧基、酰基、磺酰基、氰基、硝基、含硫族化物的基团、膦基、膦酸酯基及其衍生物。富勒烯衍生物的具体示例包括氟化富勒烯、PCBM富勒烯化合物、富勒烯多聚体等。此外，n型半导体的示例包括最高占据分子轨道(HOMO)能级和最低未占据分子轨道(LUMO)能级比P型半导体更大(更深)的有机半导体以及具有透光性的无机金属氧化物等。
n型有机半导体的示例包括含有氮原子、氧原子或硫原子的杂环化合物。其具体示例包括有机分子作为分子骨架的一部分，包括吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、异喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲咯啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、噁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亚卟啉嗪衍生物、聚亚苯基亚乙烯基衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物、有机金属配合物、亚酞菁衍生物、喹吖啶酮衍生物、花青衍生物和部花青衍生物。
除了p型半导体和n型半导体之外，光电转换层13还可以包含有机材料，即，所谓的色素材料，其吸收预定波长带域的光，同时透过其他波长带域的光。色素材料的示例包括亚酞菁衍生物。色素材料的其他实例包括卟啉、酞菁、二吡咯甲烷、氮杂二吡咯甲烷、双吡啶、氮杂双吡啶、香豆素、苝、苝二亚胺、芘、萘二亚胺、喹吖啶酮、呫吨、呫吨并呫吨、吩噁嗪、靛蓝、偶氮、噁嗪、苯并二噻吩、萘并二噻吩、蒽并二噻吩、玉红省、蒽、并四苯、并五苯、蒽醌、四醌、五醌、二萘噻吩并噻吩、二酮吡咯并吡咯、低聚噻吩、花青、部花青、方酸鎓、克酮酸鎓和硼二吡咯并噻吩(BODIPY)或其衍生物。
在通过使用p型半导体、n型半导体和色素材料这三种类型的有机材料来形成光电转换层13的情况下，优选地，p型半导体和n型半导体中的每一个是在可见光区域中具有透光性的材料。这允许光电转换层13选择性地和光电地转换由色素材料吸收的波长带域中的光。
光电转换层13具有例如10nm以上且500nm以下的厚度，并且优选地具有100nm以上且400nm以下的厚度。
缓冲层14选择性地将光电转换层13中产生的电荷之中的空穴传输到上部电极16，并抑制来自上部电极16侧的电子的注入。缓冲层14具有空穴输送性和电子输送性两者。例如，缓冲层14具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移度和10-6cm2/Vs以上的电子迁移度。这使得缓冲层14和后述的电子注入层15之间的界面更容易带电，从而提高电荷的阻挡性。
图2示出了构成图1所示的光电转换元件10的光电转换层13、缓冲层14、电子注入层15和上部电极16的能级的示例。优选地，缓冲层14与相邻的各层进一步具有以下的关系。
例如，缓冲层14的HOMO能级与光电转换层13的HOMO能级之差优选为±0.4eV以下。例如，缓冲层14和电子注入层15之间的界面处的能垒优选很大；例如，缓冲层14的LUMO能级与电子注入层15的LUMO能级之差优选为1.0eV以上。例如，缓冲层14的电子迁移度与电子注入层15的电子迁移度之差优选为10-3cm2/Vs以上。这进一步提高了缓冲层14和电子注入层15之间的界面处的电荷的阻挡性，从而减少了暗电流的产生。此外，增强了缓冲层14和电子注入层15之间的界面处的电荷的复合率，从而改善了残像特性。
具有上述特性的缓冲层14可以使用具有空穴传输性和电子传输性两者的一种或两种类型以上的电荷传输材料形成。这种电荷传输材料的示例包括在分子内具有富π电子杂环和缺π电子杂环的有机半导体材料。富π-电子杂环的示例包括下式(1)表示的吡咯、下式(2)表示的呋喃、下式(3)表示的噻吩和下式(4)表示的吲哚。π-缺电子杂环的示例包括下式(5)表示的吡啶、下式(6)表示的嘧啶、下式(7)表示的喹啉、下式(8)表示的吡咯和下式(9)表示的异喹啉。
[化学式1]
[化学式2]
包括富π电子杂环和缺π电子杂环的有机半导体材料的具体示例包括后述实施例中使用的9-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-9'-苯基-3,3'-双[9H-咔唑](PCCzTzn，式(9))、3-[9,9-二甲基吖啶-10(9H)-基]-9H-呫吨-9-酮(ACRXTN，式(11))、双[4-(9,9-二甲基吖啶-10(9H)-基]苯基]硫砜(DMAC-DPS，式(12))。
缓冲层14可以形成为包含具有空穴输送性和电子输送性两者的上述一种类型的电荷传输材料的单层膜或者形成为包含具有空穴输送性和电子输送性两者的两种类型以上的电荷传输材料的混合膜。注意，缓冲层14可以包含上述电荷传输材料以外的材料。
缓冲层14具有例如5nm以上且100nm以下的厚度，并且优选地具有5nm以上且50nm以下的厚度。更优选地，缓冲层14具有5nm以上且20nm以下的厚度。
电子注入层15促进来自上部电极16的电子的注入。电子注入层15具有大于上部电极16的功函数的电子亲和力，从而改善缓冲层14和上部电极16之间的电气接合。构成电子注入层15的材料的示例包括二吡嗪并[2,3-f:2',3'v-h]喹喔啉-2,3,6,7,10,11-六腈(HAT-CN)。构成电子注入层15的材料的其他示例包括PEDOT/PSS、聚苯胺和诸如MoOx、RuOx、VOx和WOx等金属氧化物。
以与下部电极11相同的方式，上部电极16(阳极)例如由具有透光性的导电膜构成。上部电极16的构成材料的示例包括掺杂有锡(Sn)作为掺杂剂的作为In2O3的氧化铟锡(ITO)。关于ITO薄膜的结晶性，结晶性可以更高，也可以更低(接近非晶)。除此之外，上部电极16的构成材料的其他示例包括掺杂有掺杂剂的氧化锡(SnO2)系材料，例如掺杂有Sb作为掺杂剂的ATO和掺杂有氟作为掺杂剂的FTO。此外，可以使用氧化锌(ZnO)或掺杂有掺杂剂的氧化锌系材料。ZnO系材料的示例包括掺杂有铝(Al)作为掺杂剂的铝锌氧化物(AZO)、掺杂有镓(Ga)的镓锌氧化物(GZO)、掺杂有硼(B)的硼锌氧化物和掺杂有铟(In)的铟锌氧化物(IZO)。此外，可以使用掺杂有铟和镓作为掺杂剂的氧化锌(IGZO、In-GaZnO4)。另外，作为上部电极16的构成材料，例如，可以使用CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3或TiO2，或者可以使用尖晶石型氧化物或具有YbFe2O4结构的氧化物。
此外，在上部电极16不需要透光性的情况下，可以使用具有高功函数(例如，)的单质金属或合金。其具体示例包括Au、Ag、Cr、Ni、Pd、Pt、Fe、铱(Ir)、锗(Ge)、锇(Os)、铼(Re)、碲(Te)及其合金。
此外，构成上部电极16的材料的其他示例包括导电物质，所述导电物质包括诸如Pt、Au、Pd、Cr、Ni、Al、Ag、Ta、W、Cu、Ti、In、Sn、Fe、Co和Mo等金属、含有这种金属元素的合金、这种金属的导电颗粒、含有这种金属的合金的导电颗粒、含有杂质的多晶硅、碳系材料、氧化物半导体、碳纳米管和石墨烯。构成上部电极16的材料的其他示例包括有机材料(导电性高分子)，例如PEDOT/PSS。此外，通过将上述材料与粘合剂(高分子)混合而获得的糊状物或油墨可以固化用作电极。
上部电极16可以形成为包含上述材料的单层膜或层叠膜。上部电极16的厚度例如为20nm以上且200nm以下，优选为30nm以上且150nm以下。
注意，尽管在图1所示的光电转换元件10中例示了从下部电极11侧读出电子作为信号电荷，但这不是限制性的。例如，如图3所示，光电转换元件10可以具有其中缓冲层14、光电转换层13和电子传输层12从下部电极11侧起顺次层叠在下部电极11和上部电极16之间的构成。这样的构成使得能够从下部电极11侧读出空穴作为信号电荷。
此外，在这种情况下，缓冲层14优选具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移度和10-6cm2/Vs以上的电子迁移度。此外，例如，缓冲层14的能级与光电转换层13的能级之差优选为±0.4eV以下。例如，缓冲层14和相邻的下部电极11之间的界面处的能垒优选很大；例如，缓冲层14的LUMO能级与相邻的下部电极11的LUMO能级之差优选为1.0eV以上。例如，缓冲层14的电子迁移度与相邻下部电极11的电子迁移度之差优选为10-3cm2/Vs以上。这进一步提高了电荷的阻挡性，从而减少了暗电流的产生。此外，增强了缓冲层14和相邻的下部电极11之间的电荷的复合率，从而改善了残像特性。
此外，例如，在图1所示的光电转换元件10中，电子传输层12不必须设置，并且除了电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14和电子注入层15之外，可以在下部电极11和上部电极16之间进一步设置其他层。例如，除了电子传输层12之外，可以在下部电极11和光电转换层13之间设置下层，或者电子传输层可以设置在电子注入层15和上部电极16之间。
入射到光电转换元件10上的光被光电转换层13吸收。由此产生的激子(电子/空穴对)在构成光电转换层13的p型半导体和n型半导体之间的界面(p/n接合面)处经历激子分离，即，解离成电子和空穴。这里产生的载流子(电子和空穴)通过载流子之间的浓度差引起的扩散以及阳极和阴极之间的功函数差引起的内部电场被传输到各自不同的电极，并且被检测为明电流。具体地，经由电子传输层12从下部电极11取出在p/n接合面处分离的电子。经由缓冲层14和电子注入层15从上部电极16取出在p/n接合面处分离的空穴。注意，还可以通过在下部电极11和上部电极16之间施加电位来控制电子和空穴的传输方向。
(1-2.成像元件的构成)
图4示意性地示出了使用上述光电转换元件10的成像元件(成像元件1A)的截面构成的示例。图5示意性地示出了图4所示的成像元件1A的平面构成的示例，并且图4示出了沿着图5所示的线I-I截取的截面。成像元件1A构成例如在图22所示的成像装置100的像素部100A中以阵列状重复配置的一个像素(单位像素P)。在像素部100A中，例如，如图5所示，包括以两行×两列配置的四个像素的像素单元1a用作重复单位，并且以包括行方向和列方向的阵列状重复配置。
成像元件1A是所谓的纵向分光型成像元件，其中使用例如有机材料形成的一个光电转换部和包含例如无机材料的两个光电转换部(光电转换区域32B和32R)在纵向方向上层叠。一个光电转换部和两个光电转换部选择性地检测彼此不同的波长带域中的光以执行光电转换。上述光电转换元件10可以用作构成成像元件1A的光电转换部。在下文中，光电转换部具有与上述光电转换元件10的构成类似的构成，因此由相同的附图标记10表示以用于说明。
在成像元件1A中，光电转换部10设置在半导体基板30的背面(第一面30S1)侧。光电转换区域32B和32R形成为埋入在半导体基板30中，并且在半导体基板30的厚度方向上层叠。
光电转换部10以及光电转换区域32B和32R选择性地检测彼此不同的波长带域中的光以执行光电转换。例如，光电转换部10获取绿色(G)的颜色信号。光电转换区域32B和32R根据吸收系数的差异分别获取蓝色(B)和红色(R)的颜色信号。这使得成像元件1A能够在不使用滤色器的情况下在一个像素中获取多种类型的颜色信号。
注意，对于成像元件1A，说明了通过光电转换产生的电子/空穴对之中的电子被作为信号电荷读出的情况。此外，在图中，附着于“p”和“n”的“+(加号)”表示较高的p型或n型杂质浓度。
半导体基板30由例如n型硅(Si)基板构成，并且在预定区域中包括p阱31。p阱31的第二面(半导体基板30的前面)30S2设置有例如各种浮动扩散部(浮动扩散层)FD(例如，FD1、FD2和FD3)和各种晶体管Tr(例如，纵型晶体管(传输晶体管)Tr2、传输晶体管Tr3、放大晶体管(调制元件)AMP和复位晶体管RST)。半导体基板30的第二面30S2还隔着栅极绝缘层33设置有多层配线层40。多层配线层40具有其中例如配线层41、42和43层叠在绝缘层44内的构成。此外，半导体基板30的周边部设置有包括逻辑电路等的周边电路(未示出)。
在光电转换部10上方设置保护层51。在保护层51内，例如，在遮光膜53或像素部100A的周围设置将上部电极16和周边电路部彼此电气连接的配线。诸如片上透镜52L等光学构件或平坦化层(未示出)进一步设置在保护层51的上方。
注意，在图4中，半导体基板30的第一面30S1侧由光入射面S1表示，第二面30S2侧由配线层侧S2表示。
在下文中，对各个部分的构成、材料等进行详细说明。
光电转换部10包括在对向配置的下部电极11和上部电极16之间顺次层叠的电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14和电子注入层15。在成像元件1A中，下部电极11包括多个电极(例如，读出电极11A和累积电极11B这两个)。例如，绝缘层17和半导体层18按此顺序层叠在下部电极11和电子传输层12之间。下部电极11的读出电极11A经由设置在绝缘层17中的开口17H电气连接到半导体层18。
读出电极11A被设置为将在光电转换层13内产生的电荷传输到浮动扩散部FD1，并且经由例如上部第二接触件24B、焊盘部39B、上部第一接触件29A、焊盘部39A、贯通电极34、连接部41A和下部第二接触件46连接到浮动扩散部FD1。累积电极11B被设置为在半导体层18内累积在光电转换层13中产生的电荷之中的电子作为信号电荷。累积电极11B设置在与形成在半导体基板30内的光电转换区域32B和32R的光接收面相对并且覆盖这些光接收面的区域上。累积电极11B优选地大于读出电极11A；这使得能够累积大量的电荷。如图7所示，电压施加部54经由诸如上部第三接触件24C和焊盘部39C等配线连接到累积电极11B。例如，像素分离电极28设置在以阵列状重复排列的各像素单元1a的周围。预定的电位被施加到像素分离电极28，并且彼此相邻的像素单元1a彼此电气分离。
绝缘层17被设置为将累积电极11B和半导体层18彼此电气分离。绝缘层17设置在层间绝缘层23上，例如，以覆盖下部电极11。绝缘层17由例如包含氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)或氧氮化硅(SiOxNy)之中的一种的单层膜或包含其中的两种以上的层叠膜构成。绝缘层17的厚度例如为20nm以上且500nm以下。
半导体层18被设置为累积在光电转换层13中产生的信号电荷。半导体层18优选地使用电荷迁移度高于光电转换层13并且具有较大带隙的材料形成。例如，半导体层18的构成材料的带隙优选为3.0eV以上。这种材料的示例包括诸如IGZO等氧化物半导体和有机半导体。有机半导体的示例包括过渡金属二硫属化物、碳化硅、金刚石、石墨烯、碳纳米管、稠合多环烃化合物和稠合杂环化合物。半导体层18的厚度例如为10nm以上且300nm以下。在下部电极11和光电转换层13之间设置由上述材料构成的半导体层18防止了电荷累积期间电荷的复合，从而可以提高传输效率。
注意，图4示出了半导体层18、电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14、电子注入层15和上部电极16被设置为多个像素(单位像素P)共用的连续层的示例；然而，这不是限制性的。例如，半导体层18、电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14、电子注入层15和上部电极16可以针对每个单位像素P单独地形成。
例如，具有固定电荷的层(固定电荷层)21、具有绝缘性的介电层22和层间绝缘层23从半导体基板30的第一面30S1侧顺次设置在半导体基板30和下部电极11之间。
固定电荷层21可以是具有正的固定电荷的膜或者可以是具有负的固定电荷的薄膜。关于构成材料，固定电荷层21优选地使用导电材料或带隙比半导体基板30更宽的半导体形成。这使得可以抑制在半导体基板30的界面处产生暗电流。固定电荷层21的构成材料的示例包括氧化铪(HfOx)、氧化铝(AlOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化钽(TaOx)、氧化钛(TiOx)、氧化镧(LaOx)、氧化镨(PrOx)、氧化铈(CeOx)、氧化钕(NdOx)、氧化钷(PmOx)、氧化钐(SmOx)、氧化铕(EuOx)、氧化钆(GdOx)、氧化铽(TbOx)、氧化镝(DyOx)、氧化钬(HoOx)、氧化钍(TmOx)、氧化镱(YbOx)、氧化镥(LuOx)、氧化钇(YOx)、氮化铪(HfNx)、氮化铝(AlNx)、氧氮化铪(HfOxNy)和氧氮化铝(AlOxNy)。
介电层22被设置为防止由半导体基板30和层间绝缘层23之间的折射率差引起的光反射。作为介电层22的构成材料，优选地，采用折射率在半导体基板30的折射率和层间绝缘层23的折射率之间的材料。介电层22的构成材料的示例包括SiOx、TEOS、SiNx和SiOxNy。
层间绝缘层23由例如包含SiOx、SiNx和SiOxNy之中的一种的单层膜或包含其中的两种以上的层叠膜构成。
光电转换区域32B和32R由例如PIN(正-本征-负)型的光电二极管构成，并且各自在半导体基板30的预定区域中具有pn结。光电转换区域32B和32R通过利用取决于光在硅基板中的入射深度而被吸收的波长带域的差异，使得光能够在纵向方向上分光。
光电转换区域32B选择性地检测蓝光并累积对应于蓝光的信号电荷；光电转换区域32B形成在能够有效地对蓝光进行光电转换的深度处。光电转换区域32R选择性地检测红光并累积对应于红光的信号电荷；光电转换区域32R形成在能够有效地对红光进行光电转换的深度处。注意，例如，蓝色(B)是与400nm以上且小于495nm的波长带域相对应的颜色，红色(R)是与620nm以上且小于750nm的波长带域相对应的颜色。光电转换区域32B和32R中的每一个能够检测各波长带域的一部分或全部的光就足够了。
具体地，如图4所示，光电转换区域32B和光电转换区域32中的每一个包括用作例如空穴累积层的p+区域和用作电子累积层的n区域(具有p-n-p层叠结构)。光电转换区域32B的n区域连接到纵型晶体管Tr2。光电转换区域32B的p+区域沿着纵型晶体管Tr2弯曲，并且连接到光电转换区域32R的p+区域。
栅极绝缘层33由例如包含SiOx、SiNx和SiOxNy之中的一种的单层膜或包含其中的两种以上的层叠膜构成。
贯通电极34设置在半导体基板30的第一面30S1和第二面30S2之间。贯通电极34具有用作光电转换部10和放大晶体管AMP的栅极Gamp以及浮动扩散部FD1的连接器的功能，并且用作光电转换部10产生的电荷的传送路径。复位晶体管RST的复位栅极Grst配置在浮动扩散部FD1(复位晶体管RST的一个源极/漏极区域36B)旁边。这使得复位晶体管RST能够复位累积在浮动扩散部FD1中的电荷。
贯通电极34的上端经由例如设置在层间绝缘层23内的焊盘部39A、上部第一接触件24A、焊盘电极38B和上部第二接触件24B连接到读出电极11A。贯通电极34的下端连接到配线层41内的连接部41A，并且连接部41A和放大晶体管AMP的栅极Gamp经由下部第一接触件45彼此连接。连接部41A和浮动扩散部FD1(区域36B)例如经由下部第二接触件46彼此连接。
上部第一接触件24A、上部第二接触件24B、上部第三接触件24C、焊盘部39A、39B和39C、配线层41、42和43、下部第一接触件45、下部第二接触件46和栅极配线层47可以使用诸如PDAS(磷掺杂的非晶硅)等掺杂的硅材料或者诸如Al、W、Ti、Co、Hf和Ta等金属材料形成。
绝缘层44由例如包含SiOx、SiNx和SiOxNy之中的一种的单层膜或包含其中的两种以上的层叠膜构成。
保护层51和片上透镜52L由具有透光性的材料构成，并且由例如包含SiOx、SiNx和SiOxNy之中的一种的单层膜或包含其中的两种以上的层叠膜构成。保护层51的厚度例如为100nm以上且30000nm以下。
例如，遮光膜53被设置为覆盖读出电极21A的与半导体层18直接接触的区域，而不覆盖至少累积电极11B。遮光膜53可以使用例如W、Al、Al和Cu的合金等形成。
图6是图4所示的成像元件1A的等效电路图。图7示意性地示出了构成控制部和图4所示的成像元件1A的下部电极11的晶体管的配置。
复位晶体管RST(复位晶体管TR1rst)复位从光电转换部10传输到浮动扩散部FD1的电荷，并且例如由MOS晶体管构成。具体地，复位晶体管TR1rst由复位栅极Grst、沟道形成区域36A以及源极/漏极区域36B和36C构成。复位栅极Grst被连接到复位线RST1。复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域36B也用作浮动扩散部FD1。构成复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区域36C连接到电源线VDD。
放大晶体管AMP是将光电转换部10产生的电荷量调制为电压的调制元件，并且例如由MOS晶体管构成。具体地，放大晶体管AMP由栅极Gamp、沟道形成区域35A以及源极/漏极区域35B和35C构成。栅极Gamp经由下部第一接触件45、连接部41A、下部第二接触件46、贯通电极34等连接到读出电极11A和复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域36B(浮动扩散部FD1)。此外，一个源极/漏极区域35B与构成复位晶体管TR1rst的另一个源极区域36C共享区域，并且连接到电源线VDD。
选择晶体管SEL(选择晶体管TR1sel)由栅极Gsel、沟道形成区域34A以及源极/漏极区域34B和34C构成。栅极Gsel连接到选择线SEL1。一个源极/漏极区域34B与构成放大晶体管AMP的另一个源极/漏极区域35C共享区域，并且另一个源极/漏电极区域34C连接到信号线(数据输出线)VSL1。
传输晶体管TR2(传输晶体管TR2trs)被设置为将已经产生并累积在光电转换区域32B中的与蓝色相对应的信号电荷传输到浮动扩散部FD2。光电转换区域32B形成在离半导体基板30的第二面30S2较深的位置处，因此优选地，光电转换区域32的传输晶体管TR2trs由纵型晶体管构成。传输晶体管TR2trs连接到传输栅极线TG2。浮动扩散部FD2设置在传输晶体管TR2trs的栅极Gtrs2附近的区域37C中。累积在光电转换区域32B中的电荷经由沿着栅极Gtrs2形成的传输沟道被读出到浮动扩散部FD2。
传输晶体管TR3(传输晶体管TR3trs)被设置为将已经产生并累积在光电转换区域32R中的与红色相对应的信号电荷传输到浮动扩散部FD3。传输晶体管TR3(传输晶体管TR3trs)由例如MOS晶体管构成。传输晶体管TR3trs连接到传输栅极线TG3。浮动扩散部FD3设置在传输晶体管TR3trs的栅极Gtrs3附近的区域38C中。累积在光电转换区域32R中的电荷经由沿着栅极Gtrs3形成的传输沟道被读出到浮动扩散部FD3。
半导体基板30的第二面30S2侧还设置有构成光电转换区域32B的控制部的复位晶体管TR2rst、放大晶体管TR2amp和选择晶体管TR2sel。此外，设置有构成光电转换区域32R的控制部的复位晶体管TR3rst、放大晶体管TR3amp和选择晶体管TR3sel。
复位晶体管TR2rst由栅极、沟道形成区域和源极/漏极区域构成。复位晶体管TR2rst的栅极连接到复位线RST2，并且复位晶体管TR2rst的一个源极/漏极区域连接到电源线VDD。复位晶体管TR2rst的另一个源极/漏极区域也用作浮动扩散部FD2。
放大晶体管TR2amp由栅极、沟道形成区域和源极/漏极区域构成。栅极连接到复位晶体管TR2rst的另一个源极/漏极区域(浮动扩散部FD2)。构成放大晶体管TR2amp的一个源极/漏极区域与构成复位晶体管TR2rst的一个漏极/源极区域共享区域，并且连接到电源线VDD。
选择晶体管TR2sel由栅极、沟道形成区域和源极/漏极区域构成。栅极连接到选择线SEL2。构成选择晶体管TR2sel的一个源极/漏极区域与构成放大晶体管TR2amp的另一个源极区域/漏极区域共享区域。构成选择晶体管TR2sel的另一个源极/漏极区域连接到信号线(数据输出线)VSL2。
复位晶体管TR3rst由栅极、沟道形成区域和源极/漏极区域构成。复位晶体管TR3rst的栅极连接到复位线RST3，并且构成复位晶体管TR3 rst的一个源极/漏极区域连接到电源线VDD。构成复位晶体管TR3rst的另一个源极/漏极区域也用作浮动扩散部FD3。
放大晶体管TR3amp由栅极、沟道形成区域和源极/漏极区域构成。栅极连接到构成复位晶体管TR3rst的另一个源极/漏极区域(浮动扩散部FD3)。构成放大晶体管TR3amp的一个源极/漏极区域与构成复位晶体管TR3rst的一个漏极/源极区域共享区域，并且连接到电源线VDD。
选择晶体管TR3sel由栅极、沟道形成区域和源极/漏极区域构成。栅极连接到选择线SEL3。构成选择晶体管TR3sel的一个源极/漏极区域与构成放大晶体管TR3amp的另一个源极区域/漏极区域共享区域。构成选择晶体管TR3sel的另一个源极/漏极区域连接到信号线(数据输出线)VSL3。
复位线RST1、RST2和RST3、选择线SEL1、SEL2和SEL3以及传输栅极线TG2和TG3各自连接到构成驱动电路的垂直驱动电路。信号线(数据输出线)VSL1、VSL2和VSL3连接到构成驱动电路的列信号处理电路112。
(1-3.成像元件的制造方法)
例如，根据本实施方案的成像元件1A可以如下地制造。
图8～图13按照步骤的顺序示出了成像元件1A的制造方法。首先，如图9所示，例如，在半导体基板30内形成p阱31，并且在p阱31内形成例如n型的光电转换区域32B和32R。在半导体基板30的第一面30S1附近形成p+区域。
如图8所示，例如，在半导体基板30的第二面30S2形成用作浮动扩散部FD1～FD3的n+区域，然后形成栅极绝缘层33和栅极配线层47。栅极配线层47包括传输晶体管Tr2、传输晶体管Tr3、选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST的各栅极。这样形成了传输晶体管Tr2、传输晶体管Tr3、选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST。此外，在半导体基板30的第二面30S2上形成多层配线层40。多层配线层40包括配线层41～43和绝缘层44。配线层41～43包括下部第一接触件45、下部第二接触件46和连接部41A。
作为半导体基板30的基体，例如，使用其中半导体基板30、埋入的氧化膜(未示出)和保持基板(未图示)层叠的SOI(绝缘体上硅)基板。尽管在图8中未示出，但是埋入的氧化膜和保持基板接合到半导体基板30的第一面30S1。在离子注入之后，进行退火处理。
接下来，将支撑基板(未示出)或另一个半导体基体等接合到设置在半导体基板30的第二面30S2侧的多层配线层40上，并且将基板倒置。随后，将半导体基板30与SOI基板的埋入氧化膜和保持基板分离，以露出半导体基板30的第一面30S1。上述步骤可以用诸如离子注入和CVD(化学气相沉积)法等常规的CMOS工艺中使用的技术来执行。
接下来，如图9所示，例如，通过干法蚀刻从第一面30S1侧加工半导体基板30，以形成例如环形开口34H。关于深度，如图10所示，开口34H从半导体基板30的第一面30S1贯通到第二面30S2，并且例如到达连接部41A。
随后，例如，在半导体基板30的第一面30S1和开口34H的侧面上顺次形成负的固定电荷层21和介电层22。固定电荷层21可以通过例如使用原子层沉积法(ALD法)形成HfOx膜来形成。介电层22可以通过例如使用等离子体CVD法形成SiOx膜来形成。接下来，例如，在介电层22上的预定位置处形成焊盘部39A。在焊盘部39A中，层叠包含钛和氮化钛的层叠膜(Ti/TiN膜)的阻挡金属和W膜。其后，在介电层22和焊盘部39A上形成层间绝缘层23，并且使用CMP(化学机械抛光)法将层间绝缘膜23的表面平坦化。
随后，如图10所示，在焊盘部39A上形成开口23H1，然后将诸如Al等导电材料埋入在开口23H1中以形成上部第一接触件24A。接下来，如图10所示，以与焊盘部39A相同的方式，在焊盘部39B和39C之后，顺次形成层间绝缘层23、上部第二接触件24B和上部第三接触件24C。
随后，如图11所示，例如，通过溅射法在层间绝缘层23上形成导电膜11X，然后使用光刻技术将其图案化。具体地，在导电膜11X的预定位置处形成光致抗蚀剂PR，然后使用干法蚀刻或湿法蚀刻来加工导电膜11X。然后，去除光致抗蚀剂PR，如图12所示，从而形成读出电极11A和累积电极11B。
接下来，如图13所示，顺次形成绝缘层17、半导体层18、电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14、电子注入层15和上部电极16。关于绝缘层17，例如，使用ALD法形成SiOx膜，然后使用CMP法将绝缘层17的表面平坦化。其后，例如使用湿法蚀刻在读出电极11A上形成开口17H。半导体层18可以使用例如溅射法来形成。电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14和电子注入层15例如使用真空沉积法形成。上部电极16例如以与下部电极11相同的方式使用溅射法形成。最后，在上部电极16上配置保护层51、遮光膜53和片上透镜52L。如上所述，完成了图4所示的成像元件1A。
注意，关于电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14和电子注入层15，期望在真空步骤中连续地(通过真空一贯工艺)形成各层。此外，可以使用干式膜形成法或湿式膜形成法来形成诸如电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14和电子注入层15等有机层以及诸如下部电极11和上部电极16等导电膜。除了使用电阻加热或高频加热的真空沉积法之外，干式膜形成法的示例还包括电子束(EB)沉积法、各种溅射法(磁控溅射法、RF-DC结合形偏压溅射法、ECR溅射法、对向靶溅射法和高频溅射法)、离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法和激光转印法。干式膜形成法的其他示例包括诸如等离子体CVD法、热CVD法、MOCVD法和光CVD法等化学气相沉积法。湿式膜形成法的示例包括旋涂法、喷墨法、喷涂法、压印法、微接触印刷法、柔性版印刷法、胶印法、凹版印刷法和浸渍法。
对于图案化，除了光刻技术之外，还可以使用诸如荫罩掩模和激光转印等化学蚀刻以及使用紫外线、激光等的物理蚀刻。作为平坦化技术，除了CMP方法之外，还可以使用激光平坦化方法、回流法等。
(1-4.成像元件中的信号获取操作)
当光经由成像元件1A中的片上透镜52L进入光电转换部10时，光顺次通过光电转换部10以及光电转换区域32B和32R。在光通过光电转换部10以及光电转换区域32B和32R的同时，光对于绿色、蓝色和红色的每一种颜色光进行光电转换。以下说明获取各种颜色的信号的操作。
(通过光电转换部10获取绿色信号)
首先，通过光电转换部10选择性地检测(吸收)并光电转换已经进入成像元件1A的光之中的绿光(G)。
光电转换部10经由贯通电极34连接到放大晶体管AMP的栅极Gamp和浮动扩散部FD1。因此，由光电转换部10产生的激子之中的电子从下部电极11侧取出，经由贯通电极34传输到半导体基板30的第二面30S2侧，并且累积在浮动扩散部FD1中。同时，放大晶体管AMP将光电转换部10产生的电荷量调制为电压。
此外，复位晶体管RST的复位栅极Grst配置在浮动扩散部FD1旁边。这允许复位晶体管RST对累积在浮动扩散部FD1中的电荷进行复位。
光电转换部10不仅经由贯通电极34连接到放大晶体管AMP，而且连接到浮动扩散部FD1，从而使得复位晶体管RST能够容易地复位累积在浮动扩散部FD1中的电荷。
相对而言，在贯通电极34和浮动扩散部FD1不彼此连接的情况下，难以复位累积在浮动扩散部FD1中的电荷，从而导致施加大的电压以将电荷拉出到上部电极16侧。因此，光电转换层24可能被损坏。此外，使得能够在短时间内复位的结构导致暗时噪声的增加，从而导致折衷。因此，这种结构是困难的。
图14示出了成像元件1A的操作例。(A)示出了累积电极11B处的电位，(B)示出了浮动扩散部FD1(读出电极11A)处的电位，(C)示出了复位晶体管TR1rst的栅极(Gsel)处的电位。在成像元件1A中，电压被分别施加到读出电极11A和累积电极11B。
在成像元件1A中，在累积期间中，驱动电路将电位V1施加到读出电极11A并且将电位V2施加到累积电极11B。这里，假设电位V1和V2满足V2>V1。这允许通过光电转换产生的电荷(信号电荷：电子)被吸引到累积电极11B，并且累积在半导体层18的与累积电极11B相对的区域中(累积期间)。顺便提及，半导体层18的与累积电极11B相对的区域中的电位的值随着光电转换的时间经过而变得更负。注意，空穴从上部电极16被发送到驱动电路。
在成像元件1A中，在累积期间的后期执行复位操作。具体地，在时刻t1，扫描部将复位信号RST的电压从低电平改变为高电平。这使得单位像素P中的复位晶体管TR1rst进入导通状态。结果，浮动扩散部FD1的电压被设定为电源电压，并且浮动扩散部FD1的电压被复位(复位期间)。
在复位操作完成后，读出电荷。具体地，在时刻t2，驱动电路将电位V3施加到读出电极11A并且将电位V4施加到累积电极11B。这里，假设电位V3和V4满足V3<V4。这允许累积在与累积电极11B相对应的区域中的电荷从读出电极11A被读出到浮动扩散部FD1。即，累积在半导体层18中的电荷被读出到控制部(传输期间)。
在读出操作完成后，驱动电路再次将电位V1施加到读出电极11A并且将电位V2施加到累积电极11B。这允许通过光电转换产生的电荷被吸引到累积电极11B，并且累积在光电转换层24的与累积电极11B相对的区域中(累积期间)。
(通过光电转换区域32B和32R获取蓝色信号和红色信号)
随后，已经透过光电转换部10的光之中的蓝光(B)和红光(R)分别被光电转换区域32B和光电转换区域32顺次吸收和光电转换。在光电转换区域32B中，与入射的蓝光(B)相对应的电子累积在光电转换区32B的n区域中，并且累积的电子被传输晶体管Tr2传输到浮动扩散部FD2。同样，在光电转换区域32R中，与入射的红光(R)相对应的电子累积在光电转换区32R的n区域中，并且累积的电子被传输晶体管Tr3传输到浮动扩散部FD3。
(1-5.作用和效果)
在本实施方案的光电转换元件10中，在光电转换层13和电子注入层15之间设置具有空穴输送性和电子输送性两者的缓冲层14。这提高了在缓冲层14和电子注入层15之间的界面处的电子的阻挡性。下面将进行说明。
在用于成像装置的光电转换元件中，在光电转换层中产生的电子和空穴不仅被分别传输到相应的上层和下层，而且各层的成对电子和空穴的阻挡性也是重要的。
相对而言，在本实施方案中，在光电转换层13和电子注入层15之间设置具有空穴输送性和电子输送性两者的缓冲层14。这使得可以提高在缓冲层14和电子注入层15之间的界面处的电子的阻挡性，从而减少暗电流的产生。此外，提高了缓冲层14和电子注入层15之间的界面处的电荷的复合率。
如上所述，可以改善本实施方案的光电转换元件10的响应速度。
接下来，给出本公开变形例1～5的说明。注意，对应于上述实施方案的光电转换元件10和成像元件1A的构成要素由相同的附图标记表示，并且省略其说明。
<2.变形例>
(2-1.变形例1)
图15示意性地示出了根据本公开变形例1的成像元件1B的截面构成。以与上述实施方案的成像元件1A相同的方式，成像元件1B是例如用在诸如数字静态相机或摄像机等电子设备中的诸如CMOS图像传感器等成像元件。本变形例的成像元件1B与上述实施方案的不同之处在于，下部电极11包括针对每个单位像素P的一个电极。
以与上述成像元件1A相同的方式，在成像元件1B中，针对每个单位像素P，一个光电转换部10和两个光电转换区域32B和32R在纵向方向上层叠，并且设置在半导体基板30的背面(第一面30A)侧。光电转换区域32B和32R形成为埋入在半导体基板30内，并且在半导体基板30的厚度方向上层叠。
如上所述，除了光电转换部10的下部电极11包括一个电极并且绝缘层17和半导体层18未设置在下部电极11和电子传输层12之间以外，本变形例的成像元件1B具有与成像元件1A类似的构成。
如上所述，光电转换部10的构成不限于上述实施方案的成像元件1A中的构成；即使当将本变形例的成像元件1B用于光电转换部10的构成时，也可以实现与上述实施方案类似的效果。
(2-2.变形例2)
图16示意性地示出了根据本公开变形例2的成像元件1C的截面构成。以与上述实施方案的成像元件1A相同的方式，成像元件1C是例如用在诸如数字静态相机或摄像机等电子设备中的诸如CMOS图像传感器等成像元件。在本变形例的成像元件1C中，两个光电转换部10和80以及一个光电转换区域32在纵向方向上层叠。
光电转换部10和80以及光电转换区域32选择性地检测彼此不同的波长带域中的光以执行光电转换。例如，光电转换部10获取绿色(G)的颜色信号。例如，光电转换部80获取蓝色(B)的颜色信号。例如，光电转换区域32获取红色(R)的颜色信号。这使得成像元件1C能够在不使用滤色器的情况下在一个像素中获取多种类型的颜色信号。
光电转换部10和80具有与上述实施方案的成像元件1A类似的构成。具体地，在光电转换部10中，以与成像元件1A相同的方式，顺次层叠下部电极11、电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14、电子注入层15和上部电极16。下部电极11包括多个电极(例如，读出电极11A和累积电极11B)，并且绝缘层17和半导体层18按此顺序层叠在下部电极11和电子传输层12之间。下部电极11的读出电极11A经由设置在绝缘层17中的开口17H电气连接到半导体层18。同样，在光电转换部80中，以与光电转换部10相同的方式，顺次层叠下部电极81、电子传输层82、光电转换层83、缓冲层84、电子注入层85和上部电极86。下部电极81包括多个电极(例如，读出电极81A和累积电极81B)，并且绝缘层87和半导体层88按此顺序层叠在下部电极81和电子传输层82之间。下部电极81的读出电极81A经由设置在绝缘层87中的开口87H电气连接到半导体层88。注意，可以省略半导体层18和半导体层88中的一个或两个。
贯通电极91连接到读出电极81A。贯通电极91贯通层间绝缘层89和光电转换部10，并且电气连接到光电转换部10的读出电极11A。此外，读出电极81A经由贯通电极34和91电气连接到设置在半导体基板30中的浮动扩散部FD，从而使得能够临时累积在光电转换层83中产生的电荷。此外，读出电极81A经由贯通电极34和91电气连接到设置在半导体基板30中的放大晶体管AMP等。
(2-3.变形例3)
图17A示意性地示出了根据本公开变形例3的成像元件1D的截面构成。图17B示意性地示出了图17A所示的成像元件1D的平面构成的示例，并且图17A示出了沿着图17B所示的线II-II的截面。成像元件1D例如是层叠有光电转换区域32和光电转换部60的层叠型成像元件。在包括成像元件1D的成像装置(例如，成像装置100)的像素部100A中，例如，如图17B所示，包括以两行×两列配置的四个像素的像素单元1a是重复单元，并且像素单元1a在行方向和列方向上以阵列状重复配置。
本变形例的成像元件1D在光电转换部60的上方(光入射侧S1)针对每个单位像素P设置有滤色器55。各滤色器55选择性地透过红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)。具体地，在包括以两行×两列配置的四个像素的像素单元1a中，在对角线上配置选择性地透过绿光(G)的两个滤色器，并且在直交对角线上逐个地配置选择性地透过红光(R)和蓝光(B)的滤色器。设置有各滤色器的单位像素(Pr、Pg和Pb)中的每一个例如在光电转换部60中检测对应的色光。即，检测红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的各像素(Pr、Pg和Pb)在像素部100A中以拜耳排列配置。
光电转换部60吸收与例如400nm以上且小于750nm的可见光区域的波长的一部分或全部相对应的光，以产生激子(电子-空穴对)。在光电转换部60中，顺次层叠有下部电极61、绝缘层(层间绝缘层67)、半导体层68、电子传输层62、光电转换层63、缓冲层64、电子注入层65和上部电极66。下部电极61、层间绝缘层67、半导体层68、电子传输层62、光电转换层63、缓冲层64、电子注入层65和上部电极66分别具有与上述实施方案中的成像元件1A的下部电极11、绝缘层17、半导体层18、电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14、电子注入层15和上部电极16类似的构成。下部电极61包括例如彼此独立的读出电极61A和累积电极61B，并且读出电极61B例如由四个像素共享。注意，可以省略半导体层68。
光电转换区域32检测例如750nm以上且1300nm以下的红外光区域。
在成像元件1D中，透过滤色器55的光之中的可见光区域的光(红光(R)、绿光(G)和蓝光(B))被设置有各滤色器的单位像素(Pr、Pg和Pb)的各自光电转换部60吸收。其他光，例如红外光区域(例如，750nm以上且1000nm以下)的光(红外光(IR))，透过光电转换部60。透过光电转换部60的红外光(IR)由各单位像素Pr、Pg和Pb的光电转换区域32检测。各单位像素Pr、Pg和Pb产生与红外光(IR)相对应的信号电荷。即，包括成像元件1D的成像装置100能够生成可见光图像和红外光图像这两者。
此外，在设置有成像元件1D的成像装置100中，能够在X-Z面内方向上的相同位置处获取可见光图像和红外光图像。因此，可以在X-Z面内方向上实现更高的集成化。
(2-4.变形例4)
图18A示意性地示出了本公开变形例4的成像元件1E的截面构成。图18B示意性地示出了图18A所示的成像元件1E的平面构成的示例。图18A示出了沿着图18B所示的线III-III的截面。在上述变形例3中，已经说明了其中滤色器55被设置在光电转换部60的上方(光入射侧S1)的示例，但是滤色器55可以被设置在例如光电转换区域32和光电转换部60之间，如图18A所示。
例如，成像元件1E具有这样的构成，其中在像素单元1a内的各个对角线上配置有选择性地透过至少红光(R)的滤色器(滤色器55R)和选择性地透过至少蓝光(B)的滤色器(滤色器55B)。光电转换部60(光电转换层63)被构造为选择性地吸收具有例如与绿光(G)相对应的波长的光。光电转换区域32R选择性地吸收具有与红光(R)相对应的波长的光，并且光电转换区域32选择性地吸收具有与蓝光(B)相对应的波长的光。这使得光电转换部60和配置在滤色器55R和55B下方的各光电转换区域32(光电转换区域32R和32B)能够获取与红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)相对应的信号。根据本变形例的成像元件1E使得R、G和B的各自光电转换部具有比具有一般的拜耳排列的光电转换元件的面积更大的面积。这使得能够提高S/N比。
(2-5.变形例5)
图19示出了根据本公开另一变形例的变形例2的成像元件1C的截面构成的另一示例(成像元件1F)。图20A示意性地示出了根据本公开另一变形例的变形例3的成像元件1D的截面构成的另一示例(成像元件1G)。图20B示意性地示出了图20A所示的成像元件1G的平面构成的示例。图21A示意性地示出了根据本公开另一变形例的变形例4的成像元件1E的截面构成的另一示例(成像元件1H)。图21B示意性地示出了图21A所示的成像元件1H的平面构成的示例。
上述变形例2～4例示了构成光电转换部60和80的下部电极11、61和81分别包括多个电极(读出电极11A、61A和81A以及累积电极11B、61B和81B)的情况；然而，这不是限制性的。以与上述变形例1相同的方式，根据变形例2～4的成像元件1C、1D和1E也可适用于下部电极针对每个单位像素P包括一个电极的情况，从而使得可以实现与上述变形例2～4类似的效果。
<4.适用例>
(适用例1)
图22示出了包括图4等中所示的成像元件(例如，成像元件1A)的成像装置(成像装置100)的整体构成的示例。
成像装置100例如是CMOS图像传感器。成像装置100经由光学透镜系统(未示出)接收来自被摄体的入射光(图像光)，并将在成像面上形成为图像的入射光量以像素为单位转换为电气信号，以作为像素信号输出。成像装置100包括在半导体基板30上作为成像区域的像素部100A。此外，成像装置100包括在像素部100A的周边区域中的例如垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、输出电路114、控制电路115以及输入/输出端子116。
像素部100A包括例如以矩阵状二维排列的多个单位像素P。单位像素P例如设置有针对每个像素行的像素驱动线Lread(具体地，行选择线和复位控制线)，并且设置有针对每个像素列的垂直信号线Lsig。像素驱动线Lread传输用于读出来自像素的信号的驱动信号。像素驱动线Lread的一端连接到与垂直驱动电路111的各行相对应的输出端。
垂直驱动电路111是由移位寄存器、地址解码器等构成的像素驱动部，并且例如以行为单位驱动像素部100A的各单位像素P。从由垂直驱动电路111选择性扫描的像素行的各单位像素P输出的信号通过各垂直信号线Lsig供给到列信号处理电路112。列信号处理电路112由针对每个垂直信号线Lsig设置的放大器、水平选择开关等构成。
水平驱动电路113由移位寄存器、地址解码器等构成。水平驱动电路113在扫描列信号处理电路112的水平选择开关的同时顺次驱动水平选择开关。水平驱动电路113的选择性扫描使得通过各垂直信号线Lsig传输的各像素的信号顺次输出到水平信号线121，并且使得信号通过水平信号线122传输到半导体基板30的外部。
输出电路114对经由水平信号线121从各列信号处理电路112顺次供给的信号执行信号处理，并输出这些信号。输出电路114例如在一些情况下仅执行缓冲，而在其他情况下执行黑电平调整、列变化校正、各种数字信号处理等。
包括垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、水平信号线121和输出电路114的电路部分可以直接形成在半导体基板30上，或者可以设置在外部控制IC上。此外，电路部分可以形成在通过线缆等连接的另一基板中。
控制电路115接收从半导体基板30的外部供给的时钟、用于关于操作模式的指令的数据等，并且还输出诸如成像装置100的内部信息等数据。控制电路115还包括产生各种定时信号的定时发生器，并且基于由定时发生器生成的各种定时信号来控制包括垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113等的周边电路的驱动。
输入/输出端子116与外部交换信号。
(适用例2)
此外，例如，上述成像装置100可以适用于各种类型的电子设备，包括诸如数字静态相机和摄像机等成像系统、具有成像功能的移动电话或具有成像功能的其他装置。
图23是示出电子设备1000的构成的示例的框图。
如图23所示，电子设备1000包括光学系统1001、成像装置100和DSP(数字信号处理器)1002，并且具有其中DSP 1002、存储器1003、显示装置1004、记录装置1005、操作系统1006和电源系统1007经由总线1008连接在一起的构成，从而使得能够拍摄静止图像和运动图像。
光学系统1001包括一个或多个透镜，并吸收来自被摄体的入射光(图像光)以在成像装置100的成像面上形成图像。
上述成像装置100适用作为成像装置100。成像装置100将由光学系统1001在成像面上形成为图像的入射光量以像素为单位转换为电气信号，并作为像素信号供给到DSP1002。
DSP 1002对来自成像装置100的信号执行各种类型的信号处理以获取图像，并使存储器1003临时存储关于图像的数据。存储在存储器1003中的图像数据被记录在记录装置1005中，或者被供给到显示装置1004以显示图像。此外，操作系统1006接收用户的各种操作，并将操作信号供给到电子设备1000的各个块。电源系统1007供给驱动电子设备1000的各个块所需的电力。
(适用例3)
图24A示意性地示出包括成像装置100的光检测系统2000的总体构成的示例。图24B示出了光检测系统2000的电路构成的示例。光检测系统2000包括作为发射红外光L2的光源单元的发光装置2001和作为具有光电转换元件的光接收单元的光检测装置2002。上述成像装置100可以用作光检测装置2002。光检测系统2000还可以包括系统控制单元2003、光源驱动单元2004、传感器控制单元2005、光源侧光学系统2006和相机侧光学系统2007。
光检测装置2002能够检测光L1和光L2。光L1是来自外部的环境光由被摄体(测量对象物)2100反射的反射光(图24A)。光L2是由发光装置2001发出之后由被摄体2100反射的光。光L1例如是可见光，光L2例如是红外光。光L1在光检测装置2002中的光电转换部处是可检测的，并且光L2在光检测装置2002中的光电转换区域处是可检测的。可以从光L1获取关于被摄体2100的图像信息，并且可以从光L2获取关于被摄体2100和光检测系统2000之间的距离的信息。例如，光检测系统2000可以安装在诸如智能手机等电子设备上或者安装在诸如汽车等移动体上。发光装置2001可以由例如半导体激光器、表面发射半导体激光器或垂直谐振器表面发射激光器(VCSEL)来构成。iTOF方式可以用作光检测装置2002检测从发光装置2001发射的光L2的方法；然而，这不是限制性的。在iTOF方式中，光电转换部能够通过例如光的飞行时间(飞行时间；TOF)来测量到被摄体2100的距离。作为光检测装置2002检测从发光装置2001发射的光L2的方法，可以采用例如结构光方式或立体视觉方式。例如，在结构光方式中，具有预定图案的光被投影到被摄体2100，并且图案的失真被分析，从而使得可以测量光检测系统2000和被摄体2100之间的距离。此外，在立体视觉方式中，例如，使用两个以上的相机来获取从两个以上的不同视点观看的被摄体2100的两个以上的图像，从而使得可以测量光检测系统2000和被摄体之间的距离。注意，系统控制单元2003可以同步地控制发光装置2001和光检测装置2002。
图25示出了图22所示的成像装置100的另一适用例。例如，上述成像装置100可以用于如下的感测诸如可见光、红外光、紫外光和X射线等光的各种情况。
-用于拍摄用于鉴赏的图像的装置，该装置为数码相机、具有相机功能的便携式装置等。
-用于交通的装置，用于诸如自动停止等的安全驾驶、识别驾驶员的状况等，该装置为拍摄车辆的前方、后方、周围、内部等的车载传感器，监视行驶车辆和道路的监视相机，测量车辆等之间的距离的测距传感器等。
-用于家用电器的装置，例如，电视机、冰箱或空调，以便拍摄用户手势的图像并根据手势操作装置。
-用于医疗保健的装置，该装置为内窥镜或通过接收红外光执行血管造影的装置等。
-用于安保的装置，该装置为用于防止犯罪目的的监视相机或用于人物认证的相机等。
-用于美容的装置，该装置为用于拍摄皮肤的皮肤测量仪器或用于拍摄头皮的显微镜等。
-用于运动的装置，该装置为用于运动应用等的运动相机或可穿戴相机等。
-用于农业的装置，该装置为用于监视田地或农作物状况的相机等。
<4.应用例>
<内窥镜手术系统的应用例>
根据本公开的技术可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以适用于内窥镜手术系统。
图26是示出根据本公开的技术(本技术)可以适用的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
在图26中，示出了其中手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量器械11112等其他手术器械11110、在其上支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括具有被插入患者11132的体腔内的距其远端预定长度的区域的透镜筒11101和摄像头11102，该摄像头连接到透镜筒11101的近端。在附图所示的示例中，示出了包括具有硬性透镜筒11101的硬镜的内窥镜11100。然而，内窥镜11100还可以包括具有软性透镜筒11101的软镜。
透镜筒11101在其远端处就有物镜装配到其中的开口部部。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203生成的光通过在透镜筒11101内部延伸的光导引导到透镜筒的远端，并经由物镜将光朝向患者11132的体腔内的观察对象照射。注意，内窥镜11100可以是直视镜，或者可以是斜视镜或侧视镜。
在摄像头11102的内部设有光学系统和成像元件，使得来自观察对象的反射光(观察光)通过光学系统聚焦在成像元件上。观察光由成像元件执行光电转换，以生成与观察光相对应的电气信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为RAW数据被传输到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，例如，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且执行诸如对显像处理(去马赛克处理)等各种类型的图像处理以显示基于该图像信号的图像。
显示装置11202在CCU 11201的控制下在其上显示基于已经由CCU 11201对其进行了图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且将用于拍摄手术区域时的照射光供给到内窥镜11100。
输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以经由输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种类型的信息或指令。例如，使用者输入改变内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
处置器械控制装置11205控制能量处置器械11112的驱动，用于组织的烧灼或切开、血管的密封等。气腹装置11206经由气腹管11111向患者11132的体腔内注入气体以使体腔膨胀，以确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像、图形等各种形式打印与手术有关的各种类型的信息的装置。
注意，例如，当拍摄手术区域时的照射光供给到内窥镜11100的光源装置11203可以包括LED、激光光源或它们组合的白色光源。在白色光源包括红、绿和蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，由于可以高精度地控制各种颜色(各波长)的输出强度和输出时机，因此可以由光源装置11203执行所拍摄的图像的白平衡的调整。此外，在这种情况下，如果将来自各个RGB激光光源的激光按时间分割地发射到观察对象上并且与发射时机同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动。则可以按时间分割地拍摄对应于RGB色的图像。根据该方法，即使针对成像元件未设置滤色器，也可以获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203，使得在各预时机间改变要输出的光的强度。通过与光强度的改变的时机同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动以按时间分割地获取图像并合成图像，可以生成没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高亮的高动态范围的图像。
此外，光源装置11203可以供给与特殊光观察相对应的预定波长带域的光。在特殊光观察中，例如，通过使用身体组织中的光吸收的波长依赖性以发射与普通观察时的照射光(即，白光)相比具有窄带域的光，进行以高对比度对诸如粘膜表层的血管等预定组织进行拍摄的窄带域观察(窄带域成像)。此外，在特殊光观察中，进行由通过发射激发光产生的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，例如，能够向身体组织照射激发光来观察来自身体组织的荧光(自体荧光观察)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到身体组织中并发射与试剂的荧光波长相对应的激发光来获得荧光图像。光源装置11203可以供给适用于上述特殊光观察的窄带域光和/或激发光。
图27是示出图26所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构成的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、成像部11402、驱动部11403、通信部11404和摄像头控制部11405。CCU 11201包括通信部11411、图像处理部11412和控制部11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输线缆11400连接，用于彼此通信。
透镜单元11401是设置在与透镜筒11101的连接部处的光学系统。从透镜筒11101的远端接收的观察光被引导到摄像头11102，并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401包括具有变焦透镜和焦点透镜的多个透镜的组合。
成像部11402包括的成像元件的数量可以是一个(单板型)或者多个(多板型)。当成像部11402被构造为多板型时，例如，通过成像元件生成与各个RGB相对应的图像信号，并且可以通过对图像信号进行合成来获得彩色图像。可选择地，成像部11402还可以被构造为具有一对成像元件，用于获取用于三维(3D)显示的右眼和左眼用的图像信号。如果进行3D显示，则手术者11131可以更加准确地把握手术部位中的身体组织的深度。注意，当成像部11402被构造为多板型的情况下，与各个成像元件相对应地设置多个透镜单元11401。
此外，成像部11402不必须被设置在摄像头11102上。例如，成像部11402可以被设置在透镜筒11101内部的物镜的正后方。
驱动部11403包括致动器，并且在摄像头控制部11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和焦点透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适宜地调整由成像部11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信部11404包括用于向和从CCU 11201传输和接收各种类型的信息的通信装置。通信部11404将从成像部11402获取的图像信号作为RAW数据经由传输线缆11400传输到CCU11201。
另外，通信部11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号供给到摄像头控制部11405。控制信号包括与成像条件有关的信息，例如，指定所拍摄的图像的帧速率的信息、指定在成像时的曝光值的信息和/或指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息等。
注意，诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等成像条件可以由使用者适宜地指定，或者可以由CCU 11201的控制部11413基于获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能被接合在内窥镜11100中。
摄像头控制部11405基于经由通信部11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信部11411包括用于向和从摄像头11102传输和接收各种类型的信息的通信装置。通信部11411经由传输线缆11400接收从摄像头11102传输的图像信号。
此外，通信部11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号可以通过电气通信、光通信等来传输。
图像处理部11412对从摄像头11102传输的RAW数据形式的图像信号进行各种类型的图像处理。
控制部11413进行与通过内窥镜11100进行的手术区域等的成像以及通过对手术区域等的成像获得的所拍摄的图像的显示有关的各种类型的控制。例如，控制部11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制部11413基于已经由图像处理部11412进行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202显示手术区域等的所拍摄的图像。在这种情况下，控制部11413可以通过使用各种图像识别技术来识别所拍摄的图像内的各种物体。例如，控制部11413检测包含在所拍摄的图像中的物体的边缘形状和/或颜色等来识别诸如钳子等手术器械、特定活体部位、出血、当使用能量处置器械11112时的雾等等。当控制显示装置11202显示所拍摄的图像时，控制部11413可以通过使用识别结果使显示装置11202以重叠的方式显示具有手术区域的图像的各种类型的手术支持信息。当手术支持信息被重叠显示，并被呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担，并且手术者11131可以可靠地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输线缆11400是用于电气信号的通信的电气信号线缆、用于光通信的光纤或用于电气信号和光通信两者的复合线缆。
这里，在附图所示的示例中，通过使用传输线缆11400的有线通信来执行通信，但是可以通过无线通信执行摄像头11102和CCU 11201之间的通信。
上面已经说明了根据本公开的技术可以适用的内窥镜手术系统的示例。例如，根据本公开的技术可以适用于上述构成之中的成像部11402。通过将根据本公开的技术适用于成像部11402，可以改善检测精度。
注意，虽然这里以内窥镜手术系统为例进行说明，但是根据本公开的技术可以适用于诸如显微镜手术系统等。
<移动体的应用例>
根据本公开的技术可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术被实现为待安装在诸如汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人飞行器、船舶或机器人等任何类型的移动体上的装置。
图28是作为根据本公开实施方案的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的概略构成例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图28所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作诸如用于产生如内燃机、驱动电机等车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调整车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
主体系统控制单元12020根据各种程序来控制设置于车体的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向信号灯、雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，用于代替按键的从便携式装置传递的无线电波或各种开关的信号可以被输入到主体系统控制单元12020。主体系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆的外部有关的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031拍摄车辆外部的图像，并接收所拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行检测诸如人、汽车、障碍物、标志、道路上的文字等物体的处理或检测距其距离的处理。
成像部12031是接收光并输出对应于受光量的电气信号的光学传感器。成像部12031可以输出电气信号作为图像，或者可以输出电气信号作为与测量距离有关的信息。另外，由成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部有关的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的图像的相机。基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或集中度，或者可以判断驾驶员是否在坐姿中入睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部有关的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以进行协调控制，以实现包括车辆的碰撞避免或碰撞缓和、基于跟随距离的跟随行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告、车辆的车道偏离警告等的高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能。
另外，微型计算机12051可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等来进行协调控制，以实现其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部有关的信息将控制指令输出到主体系统控制单元12020。例如，微型计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来控制头灯，以进行协调控制，以实现诸如将远光灯切换为近光灯等防止眩光。
声音/图像输出单元12052将声音和图像输出信号中的至少一种传递到能够在视觉上或听觉上通知车辆乘员或车辆外部的信息的输出装置。在图28的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。
图29是成像部12031的安装位置的示例的图。
在图29中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
成像部12101、12102、12103、12104和12105设置在例如车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠和后门的位置以及车内的挡风玻璃的上侧的位置处。设置在车头中的成像部12101和设置在车内的挡风玻璃上侧的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜中的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置在后保险杠或后门中的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。车内的挡风玻璃的上侧的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图29示出了成像部12101～12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示设置在车头的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过将由成像部12101～12104拍摄的图像数据被彼此叠加，获得车辆12100的从上方看到的鸟瞰图像。
成像部12101～12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像部12101～12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用像素的成像元件。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以确定距成像范围12111～12114内的各立体物的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取位于车辆12100的行驶路线上的特别是最靠近的立体物且在与车辆12100的大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以设定在前方车辆的跟前预先确保的车辆之间的距离，并且可以进行自动制动控制(包括追踪行驶停止控制)、自动加速控制(包括追踪行驶开始控制)等。因此，能够进行旨在车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协调控制。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将立体物的立体物数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取分类的立体物数据，并使用提取的立体物数据自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断指示与各障碍物碰撞的危险度的碰撞风险。当碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞的可能性的情况下，微型计算机12051通过经由音频扬声器12061和显示单元12062向驾驶者输出警告或者经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向。微型计算机12051可以辅助驾驶以避免碰撞。
成像部12101～12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否存在于成像部12101～12104的拍摄图像中来识别行人。例如，通过提取作为红外相机的成像部12101～12104的拍摄图像中的特征点的过程以及通过对指示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以判断该物体是否为行人的过程来进行行人的识别。当微型计算机12051判断行人存在于成像部12101～12104的拍摄图像中并由此识别出行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，从而以叠加在所识别的行人的方式来显示用于强调的四边形轮廓线。声音/图像输出单元12052还可以控制显示单元12062，使得在期望的位置显示指示行人的图标等。
上面已经说明了根据本公开的技术可以适用的移动体控制系统的示例。根据本公开的技术可以适用于上述构成之中的成像部12031。具体地，根据上述实施方案及其变形例中的任何一个的成像元件(例如，成像元件1A)可以适用于成像部12031。通过将根据本公开的技术适用于成像部12031，允许拍摄具有较少噪声的高清晰度的图像，从而使得可以在移动体控制系统中利用拍摄图像来执行高精度的控制。
<5.实施例>
接下来，对本公开的实施例进行详细说明。
(实验例1)
首先，使用溅射装置在硅基板上形成厚度为100nm的ITO膜。通过光刻和蚀刻对该膜进行加工以形成下部电极11。接下来，在硅基板和下部电极11上形成绝缘膜，并且通过光刻和蚀刻形成下部电极11将要露出的1平方毫米的开口。随后，通过UV/臭氧处理对硅基板进行洗涤，然后将硅基板移动到真空沉积装置中。当在沉积槽减压到1×10-5Pa以下的状态下旋转基板支架时，在下部电极11上顺次形成电子传输层12、光电转换层13、缓冲层14和电子注入层15。此时，使用由下式(9)表示的化合物(PCCzTzn)形成缓冲层14。使用由下式(10)表示的化合物(HATCN)形成电子注入层15。最后，将硅基板移动到溅射装置，并在电子注入层15上沉积厚度为50nm的ITO膜，以获得作为上部电极16的膜。此后，在氮气气氛中，在150℃下对硅基板进行210分钟的退火处理，并将经过退火处理的硅基板设定为评价用元件。
[化学式3]
(实验例2)
除了使用由下式(11)表示的化合物(ACRXTN)形成缓冲层14之外，使用与上述实验例1类似的方法来制作评价用元件。
[化学式4]
(实验例3)
除了使用由下式(12)表示的化合物(DMAC-DPS)和由下式(13)表示的具有空穴输送性的化合物(N,N'-二-1-萘基-N,N'-二苯基联苯胺(NPD)这两种类型的有机半导体形成缓冲层14之外，使用与上述实验例1类似的方法来制作评价用元件。
[化学式5]
(实验例4)
除了使用由下式(14)表示的具有电子传输性的化合物(COHON)形成电子注入层15之外，使用与上述实验例1类似的方法来制作评价用元件。
[化学式6]
(实验例5)
除了使用由上式(13)表示的化合物(NPD)形成缓冲层14之外，使用与上述实验例1类似的方法来制作评价用元件。
对于在上述实验例1～5中制作的各评价用元件，使用下述评价方法来评价缓冲层14的空穴迁移度和电子迁移度、光电转换层13和缓冲层14之间的能量差、缓冲层14和电子注入层15之间的LUMO能级的差异、光电转换层13的结晶性的存在与否、缓冲层14和电子注入层15之间的电子迁移度的差异、暗电流和响应性。表1总结了上述内容。
(流动性的评价)
制作空穴迁移评价元件以根据其测量结果计算空穴迁移度。使用以下方法制作空穴迁移评价元件。首先，对设有厚度为50nm的电极的基板进行清洗，然后在基板上沉积厚度为0.8nm的氧化钼(MoO3)。随后，在0℃的基板温度和的沉积速率下沉积缓冲层14以具有150nm的厚度。接下来，将氧化钼(MoO3)沉积在缓冲层14上以具有3nm的厚度，然后将金(Au)作为电极沉积在氧化钼(MoO3)上以具有100nm的厚度。这提供了空穴迁移评价元件。关于空穴迁移度，获得电流-电压曲线，其中使用半导体参数分析仪在电极之间施加的偏置电压从0V扫过到10V，然后根据空间电荷限制电流模型拟合该曲线，以获得迁移度和电压之间的关系式。注意，这里获得的空穴迁移度的值是在1V处的值。
使用阻抗谱法(Impedance Spectroscopy：IS法)测量电子迁移度。首先，在基板上设置厚度为50nm的电极，并在电极上沉积厚度为1nm的8-羟基喹啉酸锂(Liq)。随后，以1∶1(重量比)沉积包含Liq和构成实验例1～5中的缓冲层14的各化合物的共沉积膜以具有200nm的厚度。接下来，将Liq沉积为具有1nm的厚度，然后在Liq上设置电极以提供电子迁移评价元件。
在IS法中，向各电子迁移评价元件提供微小的正弦波电压信号(V＝V0[exp(jωt)])，以根据其响应电流信号的电流振幅与输入信号之间的相位差来确定各电子迁移评价元件的阻抗(Z＝V/I)。通过从高频电压变化到低频电压来施加到各评价用元件，使得能够分离和测量具有对阻抗有贡献的各种缓和时间的成分。
这里，作为阻抗的倒数的导纳Y(＝1/Z)可以由电导G和电纳B表示，如同下式(1)那样。
[数式1]
此外，单一电荷注入(单注入)模型可以用于计算下式(2)和(3)中的每一个。这里，g(数式(4))是微分电导。使用电流式、泊松式和电流连续性式进行分析，以忽略陷阱能级和扩散电流的存在。
[数式2]
(C：静电容量(电容)，θ：渡越角，ω：角频率，t：行程时间)
根据静电容量的频率特性计算迁移度的方法是-ΔB法。此外，根据电导的频率特性计算迁移度的方法是ωΔG法。
在表1中，A表示空穴迁移度(cm2/Vs)和电子迁移度(cm2/Vs)均大于5.0×10-3的情况；B表示2.0×10-3～5.0×10-3的情况；C表示1.0×10-3～2.0×10-3的情况；D表示小于1.0×10-6的情况。关于缓冲层14和电子注入层15之间的电子迁移度的差异(cm2/Vs)，A表示大于5.0×10-3的情况；B表示2.0×10-3～5.0×10-3的情况；C表示1.0×10-3～2.0×10-3的情况；D表示小于1.0×10-6的情况。
(有机半导体膜的物理特性值的评价)
构成光电转换层13和缓冲层14的化合物(有机半导体)的各HOMO能级(电离电位)通过将各个有机半导体沉积在Si基板上以具有20nm的膜厚度并通过紫外线光电子能谱(UPS)测量其薄膜的表面来确定。从各个有机半导体的薄膜的吸收光谱的吸收端计算光学的能隙，以从HOMO和能隙之间的差异计算LUMO能级(LUMO＝-1*|HOMO-能隙|)。
在表1中，A表示光电转换层13和缓冲层14之间的能量差(eV)小于0.1的情况；B表示0.1～0.3的情况；C表示0.3～0.4的情况；D表示大于0.4的情况。关于缓冲层14和电子注入层15之间的LUMO能级的差异(eV)，A表示大于1.5的情况；B表示1.2～1.5的情况；C表示1.0～1.2的情况；D表示小于1.0的情况。
(结晶性的评价)
使用在玻璃基板上在基板温度为0℃、沉积速率为下以35nm的厚度沉积的缓冲层14的各单层膜来评价结晶性。具体地，使用X射线衍射仪(由Rigaku Corporation(日本理工株式会社)制造，型号RINT-TTR2装置)来测量当用铜的Kα射线照射各单层膜时的衍射图案，并且通过其结晶性的峰的存在与否来确定各单层膜是具有结晶构成还是非晶构成。
X射线衍射测量条件
仪器：日本理工株式会社制造的RINT-TTR2
X射线：Cu(1.54×10-4μm)
X射线工作条件：15kV 300mA
光学系统：Bragg Brentano光学系统
测量样品的形态：在研钵中研磨，然后填充在无反射样品架中。
狭缝条件
DS，SS：1/2°
RS：0.3mm
扫描条件：2θ＝2°～45°(0.04°步长)，扫描速度：1°/min
(暗电流的评价)
将评价用元件放置在温度控制在60℃的探针台上。当在下部电极11和上部电极16之间施加2.6V的电压时，在560nm的波长和2μW/cm2的条件下照射光以测量光电流。此后，停止光照射以测量暗电流。
(响应性的评价)
将波长为560nm、162μW/cm2的光从绿色发光二极管(LED)光源经由带通滤波器照射到光电转换元件。通过函数发生器控制将要施加到LED驱动器的电压，并且从评价用元件的上部电极16侧照射脉冲光。在这样的状态下照射脉冲光，即，施加将要施加在评价用元件的电极之间的偏置电压，相对于上部电极16向下部电极11施加2.6V的电压，并且使用示波器观察电流的衰减波形。测量紧接在光脉冲照射后的1ms～110ms之后的电流衰减过程中的库仑量，该库仑量被用作残像量的指标。
注意，表1中的实验例2～5中的每一个的暗电流和响应性的值是使用实验例1的值作为标准值(1.0)来标准化的值；较小的值表示更有利的结果。
[表1]
从表1可以看出，与仅使用由式(13)表示的仅具有空穴传输性的化合物(NPD)形成缓冲层14的实验例5相比，在使用具有空穴输送性和电子输送性的量的式(9)和(11)～(13)形成缓冲层的实验例1～4中获得了有利的暗电流特性和响应性(残像特性)。
以上已经通过参考实施方案、变形例1～5和实施例以及适用例和应用例对本技术进行了说明；然而，本公开的内容不限于上述实施方案等，并且可以以多种方式进行变形。例如，上述实施方案等例示了从下部电极11侧读出电子或空穴作为信号电荷，但这不是限制性的。例如，可以从上部电极16侧读出信号电荷。
此外，在上述实施方案中，成像元件1A具有其中使用有机材料并检测绿光(G)的光电转换部10以及分别检测蓝光(B)和红光(R)的光电转换区域32B和光电转换器区32R被层叠的构成。然而，本公开的内容不限于这样的结构。即，可以在使用有机材料的光电转换部中检测红光(R)或蓝光(B)，或者可以在包含无机材料的光电转换区域中检测绿光(G)。
此外，使用有机材料的光电转换部和包含无机材料的光电转换区域的数量以及它们之间的比率不是限制性的。此外，使用有机材料的光电转换部和包含无机材料的光电转换区域在纵向方向上层叠的构成不是限制性的；它们可以沿着基板面并排配置。
此外，尽管上述实施方案等例示了背照式成像元件的构成，但是本公开的内容也适用于前照式成像元件。
此外，本公开的光电转换元件10、成像元件1A等以及成像装置100不必须包括上述实施方案中说明的所有构成要素，相反，可以包括任何其他构成要素。例如，成像装置100可以设置有快门以控制光在成像元件1A上的入射，或者可以根据成像装置100的目的设置有光学截止滤波器。此外，检测红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的像素(Pr、Pg和Pb)的排列除了拜耳排列之外，还可以是中间排列、G条纹RB方格排列、G条纹RB完全方格排列、方格补色排列、条纹排列、对角线条纹排列、原色色差排列、场色差顺次排列、帧色差顺次排列、MOS型排列、改进的MOS型排列、帧交错排列和场交错排列。
此外，尽管上述实施方案等例示了使用光电转换元件10作为成像元件，但是本公开的光电转换元件10可以适用于太阳能电池。在适用于太阳能电池的情况下，光电转换层优选被设计为宽广地吸收例如400nm～800nm的波长。
注意，本说明书中记载的效果仅为示例性的，而非限制性的，并且可以进一步包括其他效果。
注意，本技术还可以具有以下构成。根据以下构成的本技术，在第二电极和光电转换层之间设置具有空穴输送性和电子输送性两者的缓冲层。这增强了第二电极侧的电荷的阻挡性，减少了暗电流的产生，并且增强了电荷的复合率。因此，可以改善残像特性。
(1)一种光电转换元件，包括：
第一电极；
与第一电极相对配置的第二电极；
光电转换层，其设置在第一电极和第二电极之间；和
缓冲层，其设置在第二电极和所述光电转换层之间并且具有空穴输送性和电子输送性两者。
(2)根据(1)所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移度和10-6cm2/Vs以上的电子迁移度。
(3)根据(1)或(2)所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层的HOMO能级与所述光电转换层的HOMO能级之差为±0.4eV以下。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的光电转换元件，还包括在第二电极和所述缓冲层之间的电荷注入层，所述电荷注入层促进来自第二电极的电荷的注入，其中，
所述缓冲层的LUMO能级与所述电荷注入层的LUMO能级之差为1.0eV以上。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层具有结晶性。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的光电转换元件，还包括在第二电极和所述缓冲层之间的电荷注入层，所述电荷注入层促进来自第二电极的电荷的注入，其中
所述缓冲层的电荷迁移度与所述电荷注入层的电荷迁移度之差为10-3cm2/Vs以上。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层包括具有一种类型的电荷传输材料的单层膜。
(8)根据(1)～(6)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层包括具有两种类型以上的电荷传输材料的混合膜。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层吸收至少包含在可见光区域至近红外区域内的预定波长以进行电荷分离。
(10)根据(1)～(9)中任一项所述的光电转换元件，其中，从第一电极侧读出通过所述光电转换层中的电荷分离产生的电子或空穴。
(11)根据(1)～(10)中任一项所述的光电转换元件，其中，第一电极包括彼此独立的多个电极。
(12)根据(11)所述的光电转换元件，其中，所述多个电极各自被单独地施加电压。
(13)根据(11)或(12)所述的光电转换元件，还包括在第一电极和所述光电转换层之间的包含氧化物半导体的半导体层。
(14)根据(13)所述的光电转换元件，还包括在第一电极和所述半导体层之间的覆盖第一电极的绝缘层，其中，
所述绝缘层在构成第一电极的所述多个电极之中的一个电极的上方具有开口，和
所述一个电极经由所述开口电气连接到所述半导体层。
(15)一种包括多个像素的成像装置，每个像素包括设有一个或多个光电转换部的成像元件，
所述一个或多个光电转换部包括
第一电极，
与第一电极相对配置的第二电极，
光电转换层，其设置在第一电极和第二电极之间，和
缓冲层，其设置在第二电极和所述光电转换层之间并且具有空穴输送性和电子输送性两者。
(16)根据(15)所述的成像装置，其中，所述成像元件还包括执行与所述一个或多个光电转换部不同的波长带域的光电转换的一个或多个光电转换区域。
(17)根据(16)所述的成像装置，其中，
所述一个或多个光电转换区域被形成为埋入在半导体基板中，和
所述一个或多个光电转换部配置在所述半导体基板的光入射面侧。
(18)根据(17)所述的成像装置，其中，在所述半导体基板的与所述光入射面相对侧的面上形成多层配线层。
本申请要求于2021年12月17日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2021-205014的权益，其全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更。
Claims (18)
1.一种光电转换元件，包括：
第一电极；
与第一电极相对配置的第二电极；
光电转换层，其设置在第一电极和第二电极之间；和
缓冲层，其设置在第二电极和所述光电转换层之间并且具有空穴输送性和电子输送性两者。
2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移度和10-6cm2/Vs以上的电子迁移度。
3.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层的HOMO能级与所述光电转换层的HOMO能级之差为±0.4eV以下。
4.根据权利要求1所述的光电转换元件，还包括在第二电极和所述缓冲层之间的电荷注入层，所述电荷注入层促进来自第二电极的电荷的注入，其中，
所述缓冲层的LUMO能级与所述电荷注入层的LUMO能级之差为1.0eV以上。
5.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层具有结晶性。
6.根据权利要求1所述的光电转换元件，还包括在第二电极和所述缓冲层之间的电荷注入层，所述电荷注入层促进来自第二电极的电荷的注入，其中
所述缓冲层的电荷迁移度与所述电荷注入层的电荷迁移度之差为10-3cm2/Vs以上。
7.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层包括具有一种类型的电荷传输材料的单层膜。
8.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层包括具有两种类型以上的电荷传输材料的混合膜。
9.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层吸收至少包含在可见光区域至近红外区域内的预定波长以进行电荷分离。
10.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，从第一电极侧读出通过所述光电转换层中的电荷分离产生的电子或空穴。
11.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，第一电极包括彼此独立的多个电极。
12.根据权利要求11所述的光电转换元件，其中，所述多个电极各自被单独地施加电压。
13.根据权利要求11所述的光电转换元件，还包括在第一电极和所述光电转换层之间的包含氧化物半导体的半导体层。
14.根据权利要求13所述的光电转换元件，还包括在第一电极和所述半导体层之间的覆盖第一电极的绝缘层，其中，
所述绝缘层在构成第一电极的所述多个电极之中的一个电极的上方具有开口，和
所述一个电极经由所述开口电气连接到所述半导体层。
15.一种包括多个像素的成像装置，每个像素包括设有一个或多个光电转换部的成像元件，
所述一个或多个光电转换部包括
第一电极，
与第一电极相对配置的第二电极，
光电转换层，其设置在第一电极和第二电极之间，和
缓冲层，其设置在第二电极和所述光电转换层之间并且具有空穴输送性和电子输送性两者。
16.根据权利要求15所述的成像装置，其中，所述成像元件还包括执行与所述一个或多个光电转换部不同的波长带域的光电转换的一个或多个光电转换区域。
17.根据权利要求16所述的成像装置，其中，
所述一个或多个光电转换区域被形成为埋入在半导体基板中，和
所述一个或多个光电转换部配置在所述半导体基板的光入射面侧。
18.根据权利要求17所述的成像装置，其中，在所述半导体基板的与所述光入射面相对侧的面上形成多层配线层。
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