(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光デバイスであって、
第１のコンタクトおよび第２のコンタクトであって、各々が仕事関数を有する、前記第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、
前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間の感光物質であって、ｐ型半導体を含み、仕事関数を有する、前記感光物質と、
前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と
を備え、
前記感光物質の仕事関数の大きさが、前記第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、かつ前記第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、
バイアスが前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間に印加されたとき、前記感光物質が、前記第１のコンタクトから前記第２のコンタクトまでの電子走行時間より長い電子寿命を有し、
前記第１のコンタクトが電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止し、
前記第１のコンタクトと前記感光物質との間の界面が１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する、感光デバイス。
【請求項２】
前記第１のコンタクト及び前記第２のコンタクトのそれぞれの浅い仕事関数が、４．５ｅＶよりも小さい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記バイアスが−０．１ボルトから−２．８ボルトの範囲にある、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記感光物質が複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子の各々がそれぞれのナノ粒子の表面上に酸化物を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記感光物質が、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
感光層が、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ、ＰｂＳｅＯ４、ＰｂＴｅＯ４、ＳｉＯｘＮｙ、Ｉｎ２Ｏ３、硫黄、硫酸塩、スルホキシド、炭素、および炭酸塩から成る群から選択される物質をさらに含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記感光物質が複数の相互接続されたナノ粒子を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１のコンタクト及び前記第２のコンタクトがそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＮｙ、ＩＴＯ、Ｒｕ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ２、ＢをドープしたＴｉＯｘ、ＣをドープしたＴｉＯｘ、ＣｏをドープしたＴｉＯｘ、ＦｅをドープしたＴｉＯｘ、ＮｄをドープしたＴｉＯｘ、ＮをドープしたＴｉＯｘから成る群から選択される物質を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとが２００ｎｍから２μｍの範囲の距離によって隔てられ、前記感光物質内の電子移動度が少なくとも１Ｅ−５ｃｍ２／Ｖｓである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記バイアスが前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間に印加されたとき、前記感光物質が少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度を提供するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
感光デバイスであって、
第１のコンタクトと、
ｎ型半導体と、
ｐ型半導体を含む感光物質と、
第２のコンタクトと
を備え、
前記感光物質の仕事関数の大きさが、前記第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、かつ前記第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、
バイアスが前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間に印加されたとき、前記感光物質が、前記第１のコンタクトから前記第２のコンタクトまでの電子走行時間より長い電子寿命を有し、
前記ｎ型半導体が電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止し、
前記ｎ型半導体と前記感光物質間との間の界面が、１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する、感光デバイス。
【請求項１２】
前記ｎ型半導体が、ＴｉＯ２、化学的に還元されたＴｉＯ２、酸化されたＴｉＯ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｓｉ、または、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子、から成る群から選択される物質を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記バイアスが−０．１ボルトから−２．８ボルトの範囲にある、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記感光物質が複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子の各々がそれぞれのナノ粒子の表面上に酸化物を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記感光物質が、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記感光物質が複数の相互接続されたナノ粒子を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとが、２００ｎｍから２μｍの範囲の距離によって隔てられる、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１のコンタクト及び前記第２のコンタクトがそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＮｙ、ＩＴＯ、Ｒｕ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ２、ＢをドープしたＴｉＯｘ、ＣをドープしたＴｉＯｘ、ＣｏをドープしたＴｉＯｘ、ＦｅをドープしたＴｉＯｘ、ＮｄをドープしたＴｉＯｘ、ＮをドープしたＴｉＯｘから成る群から選択される物質を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１９】
光検出器であって、
第１のコンタクトおよび第２のコンタクトであって、各々が仕事関数を有する、前記第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、
前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間の感光物質であって、ｐ型半導体を含み、仕事関数を有する前記感光物質と、
前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と
を備え、
前記感光物質の仕事関数の大きさが、前記第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、前記第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、
回路は、前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成され、
バイアスが前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間に印加されたとき、前記感光物質が少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度を提供するように構成されている、光検出器。
【請求項２０】
前記第１のコンタクト及び前記第２のコンタクトのそれぞれの浅い仕事関数が、４．５ｅＶよりも小さい、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記バイアスが−０．１ボルトから−２．８ボルトの範囲にある、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記感光物質が、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を含む、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２３】
感光層が、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ、ＰｂＳｅＯ４、ＰｂＴｅＯ４、ＳｉＯｘＮｙ、Ｉｎ２Ｏ３、硫黄、硫酸塩、スルホキシド、炭素、および炭酸塩から成る群から選択される物質をさらに含む、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記第１のコンタクト及び前記第２のコンタクトがそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＮｙ、ＩＴＯ、Ｒｕ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ２、ＢをドープしたＴｉＯｘ、ＣをドープしたＴｉＯｘ、ＣｏをドープしたＴｉＯｘ、ＦｅをドープしたＴｉＯｘ、ＮｄをドープしたＴｉＯｘ、ＮをドープしたＴｉＯｘから成る群から選択される物質を含む、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとが２００ｎｍから２μｍの範囲の距離によって隔てられ、前記感光物質内の電子移動度が少なくとも１Ｅ−５ｃｍ２／Ｖｓである、請求項１９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ結晶などの感光物質またはその他の感光物質を含む光学および電子デバイス、システム、および方法、ならびに該デバイスおよびシステムを製造および使用する方法に概して関する。
（関連出願）
本願は、２００８年４月１８日に提出された米国特許出願第１２／１０６，２５６号の一部継続出願である。
【０００２】
本願は、２００８年７月２１日に提出された米国特許出願第６１／０８２，４７３号の権利を主張する。
本願は、２００９年２月２３日に提出された米国特許出願第６１／１５４，７５１号の権利を主張する。
【背景技術】
【０００３】
画像センサや光起電デバイスなどの光電子デバイスは感光物質を含むことができる。画像センサはたとえば、感知機能と、読出し電子要素および多重化機能の両方のためにシリコンを用いるデバイスを含む。画像センサによっては、感光シリコンフォトダイオードおよび電子要素は単独のシリコンウェハ上に形成することができる。その他の画像センサの例では、感知（光子の電子への変換）機能のためにＩｎＧａＡｓ（短波ＩＲ感知用）または非晶質セレン（Ｘ線感知用）などの別個の物質を採用することができる。光起電デバイスはたとえば、光子の電子への変換のために結晶シリコンウェハを使用する太陽電池である。その他の光起電デバイスの例では、非晶質シリコンや多結晶シリコンなどの物質、または光子の電子への変換用の別個の物質から成る別の層を使用することができる。しかしながら、これらの画像センサおよび光起電デバイスには、多数の制限があることが知られている。
（参照による組み込み）
本明細書で言及する各特許、特許出願、および／または公開は、個々の特許、特許出願、および／または公開が参照により明確に個別に組み込まれたかのように、参照により全文を本明細書に組み込む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】一実施形態に係る物質積層体を示す図である。
【図２】一実施形態に係る、画素の一部上の物質積層体の断面を示す図である。
【図３】一実施形態に係る、画素の上の物質積層体の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
感光デバイスを以下説明する。該デバイスは、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質とを備える。感光物質はｐ型半導体を備え、感光物質は仕事関数を有する。該デバイスは、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加する回路を備える。感光物質の仕事関数の大きさは第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、また第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きい。バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質は第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの電子走行時間より長い電子寿命を有する。第１のコンタクトは電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止する。第１のコンタクトと感光物質間の界面は、１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する。
【０００６】
感光デバイスを以下に説明する。該デバイスは、第１のコンタクトと、Ｎ型半導体と、ｐ型半導体を備える感光物質と、第２のコンタクトとを備える。感光物質および第２のコンタクトはそれぞれ４．５ｅＶよりも浅い仕事関数を有する。該デバイスは、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加する回路を備える。バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質は第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの電子走行時間より長い電子寿命を有する。第１のコンタクトは電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止する。第１のコンタクトと感光物質間の界面は１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する。
【０００７】
光検出器を以下説明する。光検出器は、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトを備える。光検出器は、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に感光物質を備え、感光物質はｐ型半導体と、仕事関数を有する感光物質とを備える。光検出器は、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加する回路を備える。感光物質の仕事関数の大きさは第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、また第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きい。光検出器は、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加する回路を備える。バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質は少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ）を提供する。
【０００８】
以下の説明では、システムおよび方法の実施形態を十分に理解してもらい、実施形態に関する説明を可能にするために、多数の具体的な詳細を紹介している。しかしながら、当業者であれば、１つまたはそれ以上の具体的な詳細なしで、その他の構成要素やシステムなどで、これらの実施形態が実施可能であると認識するであろう。別の例では、開示される実施形態の側面が不明瞭になるのを避けるために、十分に既知な構造や動作は図示しておらず、詳細に説明もしてない。
【０００９】
画像センサは、光検出器のアレイを組み込む。これらの光検出器は光を感知して、それを光信号から電子信号へ変換する。以下、多くの特徴を説明するが、一実施形態による光検出器では、１つの特徴または特徴の組み合わせを見出すことができる。しかしながら、本明細書の実施形態は、これらの特徴のみに限定されない。
【００１０】
一実施形態による光検出器は、電荷を蓄積する回路、信号レベルをアレイの周縁に中継する回路、これらの信号レベルをアナログ領域で操作する回路、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路、画像関連データをデジタル領域で処理する回路など、画像感知機能に関連するその他の回路と容易に統合可能である。
【００１１】
一実施形態による光検出器は、低い暗電流とともに、当該波長帯内の光に最大感度を提供する。感度は、所与の照明レベルでの信号対雑音比（ＳＮＲ）の測定を用いて数量化されることが多い。信号は、デバイスの応答度、量子効率、またはゲインが最大化される際に最大化される。雑音は、所与の温度での電流および電圧の自然な変動によって予め定められる制限を受け、電子信号のランダムな変動が最小化される際に最小化される。関連して、雑音およびその他の制御不能または予測困難な背景信号の変動は、暗電流の大きさが最小化される際に通常最小化される。
【００１２】
一実施形態による光検出器は、従来の処理方法を用いて形成される従来の光検出器よりも相対的に速い応答時間を提供する。映像撮影やシャッターなしの静止画像収集などの用途は通常、１００ミリ秒（１秒当たり１０フレーム）未満、または３３ミリ秒（１秒当たり３０フレーム）未満、またはさらには１ミリ秒（静止画像の１／１０００秒の露出）内の過渡に十分に応答して信号レベルが変動する光検出器を必要とする。
【００１３】
一実施形態による光検出器は、従来の電子回路によって簡便に処理できる方法で広範囲の光度を検出する。この特徴は、高動的範囲を提供するものとして知られている。高動的範囲を提供する１つの方法は、測定された電子的反応を入射する光刺激の関数として圧縮することである。このような圧縮は、勾配が減少していく、電子信号の入射強度に対する劣線形、すなわち非線形依存と称することができる。高動的範囲は、特定ゲインを生成するように知られている電圧バイアスの選択などを通じてゲインが制御可能な光検出器を採用することによって容易化することができる。
【００１４】
一実施形態による光検出器は、様々なスペクトル帯の電磁放射間の区別を可能とする。特に、Ｘ線、紫外線、可視線（青、緑、赤など）、近赤外線、および短波長赤外線帯に関係する。
【００１５】
以下、上面光検出器または光検出器アレイを作製し、（たとえば、回路と）統合し、幅広い用途で利用する方法および工程を説明する。
本明細書に記載の光検出器および光検出器アレイは、スピン塗布、スプレー塗布、液滴塗布、スパッタリング、物理的蒸着、化学的蒸着、および自己集合などの方法によって画像センサ回路やシステムの他の部分と容易に統合することができる。実施形態は、ナノ粒子表面を不活性化するリガンドと、いったん膜が形成されれば適切な電荷キャリア移動度を提供する、より短いリガンドとの交換を含む。実施形態は、容認可能な一定の暗電流とアレイ全体の光反応とを有する画像センサの実現に必要な平滑な形態の膜の実現を可能とする液相交換を含む。
【００１６】
本明細書に記載の光検出器は、相対的に最大感度を提供する。該光検出器は光導電ゲインを提供することによって信号を最大化する。１〜５０の光導電ゲインの範囲の値は結果的に、０．４Ａ／Ｗ〜２０Ａ／Ｗの可視波長範囲における応答度を生じる。実施形態では、本明細書に記載の光検出器は、たとえば、電流が流れる感光層を構成する粒子間の非雑音劣化電気通信を実質上確保するため、ナノ結晶コアを融合することによって雑音を最小化する。実施形態では、本明細書に記載の光検出器は、活性層のネットドーピングを最小化することによって暗電流を最小化して、これらの感光物質の暗キャリア密度、ひいては暗コンダクタンスが最小化されるように確保する。実施形態では、本明細書に記載の光検出器は、たとえば、平衡状態でほぼ大半のキャリアを含む可能性のある、ある種類のキャリアを阻止する電極−ナノ結晶層の電気接続を提供することによって、暗電流を最小化する。実施形態では、ｐ型ドーピングの原因である酸化物、硫酸塩、および／または水酸化物を除去する化学的機能を利用する架橋分子が採用される。よって、実施形態では、より真性の、またはｎ型感光層を提供して、暗電流の低下を導くことができる。実施形態では、量子ドット合成および／または処理および／または素子実装における多くのステップを、シュレンクラインやグローブボックスなどの制御された環境で実行することができ、酸素などの反応性ガスや水が感光層に有意に浸透するのを防ぐために、酸化物、オキシ窒化物、またはポリキシリレンまたはエポキシなどのポリマーなどの略不浸透性層を用いて感光層を封入することができる。このようにして、ゲイン、暗電流、または遅延などの特性の組み合わせを、画像センサの有効寿命の間ずっと保持させることができる。
【００１７】
本明細書に記載の光検出器は、約１００ミリ秒未満、３０ミリ秒未満、および１ミリ秒未満の高速な時間領域反応を提供する。実施形態では、これは、１００ミリ秒、３０ミリ秒、または１ミリ秒未満などの限られた時間でのみ少なくとも１種類のキャリアを捕捉する感光層と関連づけられるゲイン提供（および持続提供）捕捉状態を提供することによって達成される。実施形態では、ＰｂＳナノ粒子は、約２０〜３０ミリ秒の近傍の捕捉状態寿命を有することが証明されているＰｂＳの酸化物であるＰｂＳＯ３で装飾されて、多数の映像撮像用途に適した過渡反応を提供する。実施形態では、その代わりに、認識可能に異なる仕事関数を有する２つの電気コンタクトが活性層と接触するのに採用されるコロイド状量子ドット層に基づき、フォトダイオードが提供される。実施形態では、暗電流は、認識可能な外部電圧バイアスの印加なしに、このようなデバイスの動作を通じて最小化することができる。実施形態では、ベンゼンジチオール、二座リンカーなどの架橋成分が、上記物質内に存在し得る、あるいは発現しうる特定の捕捉状態を除去および／または不活性化するために採用することができる。
【００１８】
本明細書に記載の光検出器は、電気信号（光電流など）の劣線形依存を生成することによって動的範囲を高める。低〜中強度の領域全体で、捕捉状態が満たされるように利用でき、３０ミリ秒などの幾分中程度の持続または捕捉状態や寿命の後に脱出が生じる。たとえば、より高い強度では、これらの捕捉状態がほぼ満たされるため、電荷キャリアはより低い差動ゲインに応じて、より短い寿命または持続時間を有する。その結果、これらのデバイスは、低〜中強度の範囲全体で略一定のゲインを呈し、その後により高い強度でゲインの緩やかな減衰が続く。別の言い方をすれば、低〜中強度では、光電流はほぼ線形に強度に依存するが、高強度では、光電流は強度への劣線形依存を呈示する。実施形態では、光導電ゲインがデバイスに印加されるバイアスに依存する光検出器が提供される。これが生じる原因は、ゲインが、キャリア走行時間で割るキャリア寿命に比例し、走行時間が印加される電界と逆比例して変動するためである。実施形態では、動的範囲を増加させるために、ゲインのバイアスへの依存を利用する回路が開発される。
【００１９】
実施形態では、本明細書に記載の光検出器は、様々なスペクトル帯に合わせた感度を提供するため、容易に変更、つまり「調整」することができる。本明細書では、調整は量子サイズ効果を通じて実行され、それによって、総合的制御の場合、結果として生じる量子ドットの有効なバンドギャップを高めるためにナノ粒子径が低下される。調整のもう１つの方法は、材料の配合の選択を通じて行われ、大きいバルクバンドギャップを有する物質を使用すると、比較的高い光子エネルギーで応答を発現する光検出器の実現が概して容易化される。実施形態では、様々な吸収発現を有する光検出器を重畳して、垂直画素を形成することができ、そこでは光信号のソースに近い方の画素が電磁放射の高エネルギー帯を吸収および感知して、光信号のソースから遠い方の画素が低エネルギー帯を吸収および感知する。
【００２０】
図１は一実施形態に係る物質積層体を示す。物質積層体は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）シリコン回路と統合されるが、そのようには限定されない。上面光検出器やＰｂＳなどのコロイド状量子ドットに基づく検出器を含む光導電性光検出器によって変換される信号を読み込むためのＣＭＯＳシリコン回路の使用は、上面光導電物質とシリコンＣＭＯＳ電気要素との統合を含む。光導電性光検出器の構造および構成を以下詳述する。
【００２１】
図２は、一実施形態に係る、画素の１部上の物質積層体の断面を示す。同図は、左手および右手側または領域に、図１で参照したのと同じ物質積層体を示す。デバイスの側方中央には、物質金属「１」の不連続な部分が組み込まれており、そこは物質「７」と置き換えられる。物質「７」は概して、ＳｉＯ２やＳｉＯｘＮｙなどの絶縁体とすることができる。図２の実施形態は側方画素の１部と称することができる。実施形態では、電流はほぼ、金属「１」と物質「２」（界面）、物質「３」（接着）、および物質「４」（感光層）の間を流れる。本明細書に記載する物質積層体の様々な部分や領域は「物質」または「層」として言及しているが、それらに限定されない。
【００２２】
図３は、一実施形態に係る、画素上の物質積層体の断面を示す。図３の実施形態は、垂直画素の１部と称することができる。同図は、物質「１」、「２」、「３」、「４」、「５」、「６」で、図１を参照して上述したものと概して同じ物質積層体を示す。さらに界面物質または層「８」が、デバイスの上部または上領域に組み込まれ、あるいは統合される。物質「８」は、物質「２」として本明細書に記載される物質の部材または部材セットを備える。さらに金属またはコンタクト層または物質「９」が、デバイスの上部または上領域に組み込まれ、あるいは統合される。金属またはコンタクト層「９」は、物質「１」として本明細書に記載される物質の部材または部材セットを備える。実施形態では、物質「９」は、インジウムスズ酸化物、スズ酸化物、または薄い（可視光をほぼ吸収しない）ＴｉＮ、Ａｌ、ＴａＮなどの金属、または物質「１」で後述するその他の金属などの透明導電物質を備える。
【００２３】
物質「１」は、基板（図示せず）上に位置する金属であり、シリコンＣＭＯＳ集積回路であってもよい。処理中、２００ｍｍまたは３００ｍｍウェハ、すなわち、成形ダイにまだ単一化されていないウェハであってもよい。物質「１」はＣＭＯＳ集積回路ウェハの上面に存在する金属を指し、該面はその後の層との物理的、化学的、および電気的接続のために存在し、利用可能である。該金属は、ＴｉＮ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＮｙ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＩＴＯ、Ｃｕ、Ｒｕ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ２、およびその組み合わせを含むことができる。物質「１」はコンタクトまたは電極として称されるが、このコンタクトの挙動が、金属と物質「４」つまり光導電性量子ドット層との間に位置し得る薄層によって影響を受けることを本明細書で論じるべきである。
【００２４】
該金属は特定の仕事関数を達成するように選択することができ、オーミックまたは非オーミック（たとえば、ショットキー）接触のいずれが隣接する層に対して形成されるかに影響を及ぼすことができる。たとえば、通常−２．０ｅＶ〜−４．５ｅＶの範囲の値、たとえば、−２．０ｅＶ〜−４．２ｅＶの範囲の値などの浅い仕事関数を提供するように金属を選択することができる。
【００２５】
該金属は、５ｎｍ二乗平均平方根よりも小さな表面粗さを得ることができる。
該金属は、０．１８マイクロメートル以下の臨界寸法でパターン成形することができる。該金属は、画素対画素の電極（たとえば、画素中心電極とグリッド間）の間隔が１％の標準偏差を超えて変動しないようにパターン成形することができる。
【００２６】
該金属は、ＴｉＮの場合、ＴｉＯｘＮｙなどの天然酸化物などの酸化物で成端させることができる。概して、この酸化物または、有機残渣やポリマーなどの無機残渣といったその上の別の物質は、一貫した既知の組成厚を有する。
【００２７】
該金属は導電物質であってもよく、金属を構成する物質の大部分は、１００マイクロオーム・ｃｍ（ｍｉｃｒｏＯｈｍ＊ｃｍ）未満の抵抗を有することができる。
該金属は、ウェハ全体にわたり、感光画素が形成されるすべての領域において、追加の酸化物または有機物または汚染物で覆われないように処理することができる。
【００２８】
ウェハの上面は、界面層の形成前または後に、この面の形状のピークと谷間の距離が５０ｎｍ未満となるように金属と絶縁物（絶縁酸化物など）の領域を備えることができる。
感光半導体層の導入前に、１．１×１．１μｍまたは１．４×１．４μｍ平方グリッド電極の中心の画素電極間を流れる漏れ電流を、３Ｖバイアスで０．１ｆＡ未満とすべきである。
【００２９】
物質「１」の上の層または物質は界面または界面層を形成する。界面を形成する各層を以下詳細に説明する。
物質「２」は界面層の第１の部分であり、金属の上に位置する物質を備える。物質「２」は、金属の純粋で清浄な表面を備えることができる。この層の材料は、通常、露出金属の存在の結果として水、酸素、またはその他の酸化種に暴露されて形成される酸化物、あるいは制御された酸化環境および急速加熱処理などの高温に暴露するなどして意図的に形成され得る酸化物などの酸化物を含むことができる。天然酸化物は、たとえば、ＴｉＮ上のＴｉＯ２およびＴｉＯｘＮｙ、Ａｌ上のＡｌ２Ｏ３、Ａｕ上のＡｕ２Ｏ３、Ｐｔ上のＰｔＯまたはＰｔＯ２、Ｎｉ上のＮｉ２Ｏ３、Ｗ上のＷＯ３、Ｐｄ上のＰｄＯ、およびＩＴＯ上の酸素を多く含有するＩＴＯを含むことができる。このような天然酸化物はエッチングによって除去し、別の層と置き換えることができる。たとえば、ＴｉＯｘＮｙなどの天然酸化物は（アルゴンスパッタリングなどの工程を用いて）エッチングした後、その上にＴｉＯ２、ＴｉＯｘ、またはＴｉＯｘＮｙなどの制御酸化物として層を蒸着させることができる。天然酸化物と意図的に蒸着された酸化物の厚さの合計は、２〜２０ｎｍにすることができる。
【００３０】
物質「２」の１部は、可視光の大部分またはすべての波長に対してほぼ透明な物質とすることができる。それは、２ｅＶ、２．５ｅＶ、または３ｅＶよりも大きいバンドギャップを有することができる。大バンドギャップのドープされた半導体であってもよい。ネットドーピングを達成するためにｘが物質２の下または上で変動するＴｉＯｘの場合のように、化学量論を通じてドーピングを達成することができる。化学当量のＴｉＯ２のＴｉの超過を達成するためには、ｘの値は典型的には１．９にすることができる。化学当量のＴｉＯ２のＯの超過を達成するためには、ｘの値は典型的には２．１にすることができる。ｘ＜〜２の場合のＴｉＯｘは、化学当量のＴｉＯ２を還元環境に暴露することによって達成することができる。自由電子の密度は、最初に化学当量のＴｉＯ２を低減する、すなわち、値２よりも大きくＴｉＯｘのｘを低減する程度を増大させることによって増大するｎ型ドーピングに応じて高めることができる。自由キャリア濃度、仕事関数、および電子親和度を変更するために、ＴｉＯ２に窒素をドープすることができる。ＴｉＯ２またはＴｉＯｘはＢ、Ｃ、Ｃｏ、Ｆｅでドープすることもできる。１０１０ｃｍ−３の平衡キャリア密度を有する低ドープＴｉＯｘなどの弱ｎ型物質であってもよい。１０１６ｃｍ−３の平衡キャリア密度を有するＴｉＯｘなどの適度にドープされたｎ型物質であってもよい。１０Λ１８または１０１９ｃｍ−３の平衡キャリア密度を有するＴｉＯｘなどのより強くドープされたｎ型物質であってもよい。その電子親和度は、金属の仕事関数とエネルギー的にほぼ密接に対応させることができる。その仕事関数は、金属の仕事関数とほぼ密接に対応させることができる。そのイオン化ポテンシャルは、光吸収層（本明細書に記載される物質「４」）のイオン化ポテンシャルよりもずっと深いエネルギーにあることができる。光吸収層（後述の「４」）などの隣接半導体層と接触する際に正孔に対する低表面再結合速度を達成するため、アニール処理、気相処理、または有機分子への暴露などの化学処理を通じて成端させることができる。
【００３１】
物質「３」は界面層にも存在し、界面層の第１の部分の上に配置される、または存在する物質を備えることができる。物質「３」は、意図的にまたは偶然にまたはその組み合わせで導入され、金属と直接接触し、あるいは金属酸化物と直接接触して金属上に存在する、有機分子などの吸収された有機物を含む。これらの分子について、本明細書で詳細に説明する。
【００３２】
実施形態は物質「２」を含み、物質「３」は存在しない。このような実施形態は、物質「３」によって提供されるような接着層が必要でない物質の選択を含む。１例として、物質「２」がチタンなどの金属を組み込む、たとえば、物質「２」がＴｉＯｘを組み込む場合、および物質「４」が、メルカプト安息香酸上の１つの官能基がＴｉＯｘを結合するメルカプト安息香酸などの架橋材を組み込む場合、物質「４」と物質「２」間の接着は、物質「３」を明確に包入しなくとも提供することができる。
【００３３】
実施形態では、物質「１」、物質「２」、および物質「３」のすべてが存在し得る。実施形態は、ヘテロ接合の意図的な導入なしにショットキー接触が金属「１」を介して物質「４」に対して行われる場合を示す。実施形態は、ＴｉＮまたはＴｉＯｘＮｙが金属「１」を形成し、層「２」が金属「１」の清浄な終端であり、天然酸化物が有意に形成されず、ヘキサメチルジシラザンなどの接着層が物質「３」内に提供され得るデバイスを含む。
【００３４】
実施形態では、物質「１」、物質「２」、および物質「３」のすべてが存在し得る。実施形態は、ヘテロ接合が物質「２」の大バンドギャップ酸化物から感光層「４」までを介して形成される場合を含む。実施形態は、ＴｉＮまたはＴｉＯｘＮｙが金属「１」を形成し、層「２」がＴｉＯｘ（構造的にドープされ、不純物をドープされる、その両方である、または、そのいずれでもない）などの大バンドギャップ半導体を含み、ヘキサメチルジシラザンなどの接着層が物質「３」内に提供され得るデバイスを含む。
【００３５】
実施形態では、物質「１」はアルミニウム金属とすることができ、物質「２」はアルミニウムの天然酸化物を含み、ドープＡｌ２Ｏ３などのドープ導電性酸化物を含むことができ、および／またはＴｉＯｘ（構造的にドープされ、不純物をドープされる、その両方である、または、そのいずれでもない）などの大バンドギャップ半導体を含むことができ、物質「３」は物質「３」内に提供され得るヘキサメチルジシラザンなどの接着層を含むことができる。
【００３６】
実施形態では、物質「１」は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、モリブデン、チタン、バナジウム、ランタン、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオビウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウム、プラチナ、金を含むことができる。実施形態では、アルミニウム、タングステン、タンタル、チタン、銅などの標準的なＣＭＯＳで使用される金属が好適である。
【００３７】
実施形態では、物質「２」は金属表面を含むことができ、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、モリブデン、チタン、バナジウム、ランタン、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオビウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウム、プラチナ、金の酸化物、窒化物、またはオキシ窒化物を含むことができる。実施形態では、アルミニウム、タングステン、タンタル、チタン、銅など、標準的なＣＭＯＳで使用される金属の酸化物、窒化物、またはオキシ窒化物を含むことが好適である。
【００３８】
実施形態では、物質「２」は複数の副層を備えることができる。実施形態では、物質「２」は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、モリブデン、チタン、バナジウム、ランタン、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオビウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウム、プラチナ、金などの金属から成る副層を備えることができる。実施形態では、好ましくは、この副層は、アルミニウム、タングステン、タンタル、チタン、銅など、標準的なＣＭＯＳで使用される金属を備えることができる。実施形態では、物質「２」は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、モリブデン、チタン、バナジウム、ランタン、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオビウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウム、プラチナ、金の酸化物、窒化物、またはオキシ窒化物から成る追加の副層を備えることができる。実施形態では、この追加の副層は、アルミニウム、タングステン、タンタル、チタン、銅など、標準的なＣＭＯＳで使用される金属の酸化物、窒化物、またはオキシ窒化物を含むことが好適である。
【００３９】
物質「４」と称される層は、ナノ結晶または量子ドットを含む光吸収層を指す。図１に「１２２０」で示される量子ドット（ＱＤ）は、３つすべての空間方向に伝導帯電子、価電子帯正孔、またはエキシトン（伝導帯電子と価電子帯正孔の結合対）を制限するナノ構造、たとえば、半導体ナノ構造であってもよい。その制限は、（たとえば、外部電極、ドーピング、歪み、不純物によって生成される）静電ポテンシャル、異なる半導体物質間（たとえば、図１の「１２２１」に組み込まれるコアシェルナノ結晶システム内）、または半導体と別の物質間（たとえば、有機リガンド、あるいはＰｂＯなどの酸化物、ＰｂＳＯ３などの亜硫酸塩、ＰｂＳＯ４などの硫酸塩、または図１の「１２２１」に組み込まれるＳｉＯ２、といった誘電体によって装飾される半導体）の界面の存在、図１の「１２２１」に組み込まれる半導体表面の存在を原因とし得る、あるいは、これらの量子ドットのうち１つまたはそれ以上の組み合わせを原因とし得る。量子ドットは吸収スペクトルにおいて、理想的なゼロ次元システムの離散量子化エネルギースペクトルの効果を発現する。離散エネルギースペクトルに対応する波動関数は、空間的にほぼ量子ドット内に集中するが、多くの周期の材料の結晶格子にわたって広がる。例示の１実施形態では、ＱＤは半導体またはＰｂＳなどの化合物半導体材料のコアを有することができる。リガンドは外表面の１部または全部に付着する、あるいはいくつかの実施形態では、取り除くことができる。いくつかの実施形態では、隣接するＱＤのコアを共に溶融させて、ナノスケール特徴を有するナノ結晶材料の連続膜を形成することができる。他の実施形態では、コアをリンカー分子によって互いに結合させることができる。いくつかの実施形態では、捕捉状態をナノ結晶材料の外表面に形成することができる。いくつかの例示の実施形態では、コアはＰｂＳであってもよく、捕捉状態はコアの外表面に形成されるＰｂＳＯ３などの酸化物によって形成することができる。
【００４０】
ＱＤ層は、たとえば、ＰｂＳＯ３などの酸化コア材料、または別の種類の半導体などのコア内部とは異なる組成の外表面を有する溶融ＱＤコアの連続ネットワークを含むことができる。膜内の個々のＱＤコアは密に接触しているが、個々の量子ドットの多くの特性を発揮し続ける。たとえば、孤立（未溶融）量子ドットは、サイズ、たとえば、１〜１０ｎｍに関連する量子効果から生じる十分に特徴づけられた励起子吸収波長ピークを有する。膜内の溶融ＱＤの励起子吸収波長ピークは、溶融前に存在した中央吸収波長から有意にシフトしない。たとえば、中央吸収波長は、溶融されたときに約１０％またはそれ以下変動し得る。よって、膜内のＱＤは、巨視的構造の必須部分となり得るという事実にもかかわらず量子効果を保持する。いくつかの実施形態では、ＱＤコアは後述するリンカー分子によって連結される。これにより、電流は未連結かつ未溶融のＱＤを介するよりもより容易に流れることができる。しかしながら、コアを溶融する代わりにリンカー分子を使用してＱＤ連続膜を形成することで、一部の光導電体および画像センサの実施形態の場合、暗電流を低減する可能性がある。
【００４１】
いくつかの実施形態では、ＱＤ層は例外的に放射線を感受する。この感度は低放射撮像用途にとって非常に有用である。同時に、ＱＤＰＣが飽和する、すなわち、追加の光子が読出し電子回路によって識別可能な追加の有用情報を提供し続けるように、デバイスのゲインを動的に調節することができる。ゲインの調節は、所与のデバイス、たとえば、画素全体を通じて、電圧バイアス、ひいては結果的に生じる電界を変更することによって簡便に達成することができる。ＱＤデバイスのいくつかの実施形態は、ＱＤ層と、特注の予め作製された電子読出し集積回路とを含む。その後、ＱＤ層は特注の予め作製された電子読出し集積回路上に直接形成される。ＱＤ層は、個々の島を形成するように追加でパターン成形することができる。いくつかの実施形態では、ＱＤ層が回路に重なる場合は常に、ＱＤ層は回路の機能の少なくともいくつかと継続的に重なり合い、接触する。いくつかの実施形態では、ＱＤ層が回路の３次元特徴に重なる場合、ＱＤ層はこれらの特徴に沿うことができる。すなわち、ＱＤ層とその下の電子読出し集積回路との間にほぼ連続的な界面が存在する。回路内の１つまたはそれ以上の電極はＱＤ層に接触し、ＱＤ層に関する情報、たとえば、ＱＤ層の放射線量に関連する電子信号を読出し回路に中継することができる。ＱＤ層は、読出し回路などの下にある回路全体を覆うように連続的に設ける、あるいはパターン成形することができる。ＱＤ層が連続的に設けられる場合、充填因数は約１００％に近づけることができる。パターン成形では、充填因数は低減するが、それでもシリコンフォトダイオードを使用するＣＭＯＳセンサのいくつかの例で典型的な３５％よりもずっと大きくすることができる。多くの実施形態では、ＱＤ光学デバイスは、従来のＣＭＯＳデバイスを作製するために通常使用される設備において利用可能な技術を用いて容易に作製することができる。たとえば、ＱＤ層は、たとえば、スピン塗布などの標準的なＣＭＯＳ工程を用いて、予め作製された電子読出し回路上に溶液塗布することができ、任意でその他のＣＭＯＳと両立可能な技術を用いてさらに処理して、デバイスで使用する最終のＱＤ層を提供することができる。ＱＤ層は製造に特殊な、または困難な技術を必要とせず、その代わりに標準的なＣＭＯＳ工程を用いて作製できるため、現行のＣＭＯＳ工程ステップに対して（他の材料よりも）資本コストの大幅な増大なく大量にＱＤ光学デバイスを作製することができる。
【００４２】
ＱＤ材料は、たとえば約６５０ｎｍの可視の縁辺りに吸収カットオフを有することができる。ＱＤ材料は、たとえば吸収カットオフが７００〜９００ｎｍの範囲にあるとき、可視全体で高い吸光度を確保するため、より長い波長で吸収カットオフを有することができる。
【００４３】
ＱＤ膜は、従来のスピンオン工程、インクジェット印刷工程、ラングミュア・ブロジェット膜蒸着、動電学的スプレー、またはナノインプリンティングを用いて蒸着させることができる。ＱＤ膜は、ＱＤ溶液をウェハに３０ＲＰＭで投与し、その後の３ステップのスピン工程で蒸着させることができる。
【００４４】
ＱＤ溶液吸収におけるピークのスペクトル位置は、７４０ｎｍ、＋／−１０ｎｍで定めることができる。７４０ｎｍ近傍のＱＤ吸収ピークでの吸光度と、若干このピークの青方の谷の吸光度との比は１．２に定めることができる。
【００４５】
量子ドット層の厚さは３００ｎｍ＋／−５０ｎｍに定めることができる。量子ドット層の厚さは、４００〜６４０ｎｍのスペクトル範囲全体で、膜に入射するすべての光の９０％超が確実に吸収されるように選択することができる。量子ドット膜の粗さ（二乗平均平方根）は５ｎｍ未満に定めることができる。
【００４６】
１．１×１．１μｍ画素内の暗電流は、３Ｖバイアスなどの適切なバイアス下で０．５ｆＡ未満とすることができる。ゲインは１．１×１．１μｍ画素で１０超とすることができる。
【００４７】
アルカリ金属不純物は、量子ドット膜内に５Ｅ１７ｃｍ３未満の濃度で存在することができる。サイズが０．１６ミクロンを超える欠陥は、２００ｍｍウェハ全体で２０未満とすることができる。浮遊キャリアの移動度はＩＥ−５ｃｍ２／Ｖｓを超えることができる。膜内のナノ結晶の装填部分は、３０容量パーセントを超えることができる。
【００４８】
物質「４」に組み込まれるのは、ＰｂＯ、ＰｂＳＯ４、ＰｂＳＯ３、ポリ硫酸塩などの化学種であってもよく、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、およびＨ２Ｓなどの物理的に吸収される種を含むこともできる。
【００４９】
物質「４」に組み込まれるのは、少なくとも１つのナノ粒子、ナノ結晶、または量子ドットの表面に接合される分子であってもよい。それらは、ベンゼンチオール、エタンチオールなどのチオール末端リガンド、オレイン酸やギ酸などのカルボン酸塩末端分子、ピリジン、ブチルアミン、オクチルアミンなどのアミン末端リガンドを含むことができる。ベンゼンジチオール、エタンジチオール、およびブタンジチオールなどの二座架橋剤を含むこともできる。さらに、（１）主鎖、（２）チオール、アミン、カルボン酸などの、ナノ粒子表面と接合する特定の側基および／または末端基、および（３）極性、非極性、部分的に極性の溶剤への溶解性を与えるようなその他の官能基、を含む多座配位分子を含むことができる。
【００５０】
物質「５」は、「４」の上に、物質積層体の層「１」〜「４」と物質積層体の外部との間での種の移動範囲を最小化することを含む、下の物質の不活性化を提供することができる層を含むことができる。この層は、封入層などの下の層との良好な物理的接着を促進することができる。
【００５１】
物質「６」は、物質積層体の上に含むことができ、物質積層体の層「１」〜「４」と物質積層体の外部との間での種の移動範囲を最小化する役割を果たすことができる層を指す。平板型セル構造では、量子ドット膜層は、ＣＦＡとのさらなる統合に適した光学的に透明な膜を提供する低温（１００℃未満）ＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２、ＳｉＮ、またはＳｉＯＣＮ工程を用いて、酸素および水分の拡散に対して封じ込めることができる。膜は、２００ｎｍ＋／−１０ｎｍの厚さを有するように定めることができる。また、５ｎｍ  ｒｍｓ未満の表面粗さを有するように定めることができる。光透過率は９９％を超えることができる。下の層に対して接着することができる。一実施形態は、２００ｍｍのウェハ全体で２０μｍ未満で０．１μｍ超の粒子欠陥を有することができる。一実施形態は、２００ｍｍのウェハ全体で２０μｍ未満で０．１μｍ超のピンホールを有することができる。
【００５２】
電気コンタクトと感光半導体との間の界面の性質は、デバイスの安定性と性能の重要な決定因子である。たとえば、接触がオームかショットキーか否か、コンタクトと半導体が、半導体とコンタクトのうち少なくとも１つを不活性化する薄い界面層によって分離されているか否かは、安定性と性能にとって重要である。
【００５３】
光導電層の組成、たとえば、光導体を構成する半導体物質上の表面捕捉状態の存在、はデバイスの性能と安定性にとって重要な決定因子である。特に、光導電物質は、ナノ粒子表面に元々はおそらく気体（Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２など）として存在していた、物理吸着または化学吸着された種の存在を感知することが多い。よって、これらの種は、処理中に入念に制御しなければならず、長期にわたり一貫した光導電特徴を保持するために、光導電層の上および／または下に封入および／または不活性化層を使用することができる。一実施形態による金属および半導体間の界面、ならびに一実施形態による封入について以下さらに説明する。
【００５４】
層「４」は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、および水素化非晶質シリコンを含む非晶質シリコンなどのシリコンから作成することができる。
層「４」は、ほぼ量子閉じ込めされないが、その代わりにバルク半導体のバンドギャップをほぼ保持する物質を含むことができる。実施形態は、結晶または部分結晶サブユニットの特徴的なサイズが典型的には、採用される半導体物質内のボーアエキシトン半径（電子保持対の特徴的な空間範囲）より小さくない、シリコン、ガリウムヒ化物、炭素、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｂｉ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓ３、銅−インジウム−ガリウム−セレン化物（または硫化物）、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅなどの結晶または多結晶またはナノ結晶または非結晶の実施形態を含む。
【００５５】
一実施形態による界面形成は、物質「１」の清掃および成端を備える。
一実施形態による界面は、物質「２」の１部として天然酸化物などの、物質「１」上に形成される酸化物を備えることができる。この酸化物の厚さはデバイス性能の重要な決定因子である。余分な酸化物厚（たとえば、１０〜２０ｎｍを超える厚さ）は、光導電膜と直列な余分な接触抵抗を提供し、バイアス回路に不所望に増大したバイアスｃ／ｏを印加する必要を招く。実施形態では、この天然酸化物の厚さは、５ｎｍ未満の範囲に保持される。
【００５６】
一実施形態による界面は、物質「２」の１部としてＴｉＯ２などの薄層をさらに備えることができ、それは通常、半導体が上に配置される界面の仕事関数を変更するために含まれる。実施形態では、この層はある種類の電荷キャリアを支持するような選択性を提供することができ、たとえば、ＴｉＯ２は、動作バイアスで、光導電半導体層の伝導帯に電子を効率よく注入する一方で、同じバイアスで、ずっと低い有効性で光導電半導体層の価電子帯から正孔を求引するように構成することができる。ＴｉＯ２は、動作バイアスで、光導電半導体層の伝導帯から電子を効率よく抽出する一方で、同じバイアスで、ずっと低い有効性で光導電半導体層の価電子帯に正孔を注入するように構成することができる。
【００５７】
一実施形態による界面は、物質「２」の１部としてＭＥＨ−ＰＰＶなどの薄層をさらに備えることができ、それは通常、正孔などのある種類の電荷キャリアを流れさせ、電子などの別の種類の電荷キャリアの流れを阻止させるために含まれる。
【００５８】
一実施形態による界面は、物質「３」の１部として薄層を備えることができ、その層はおそらく自己組織化分子単層で、分子の片側で下の層を固定し、分子の他の終端でその上に配置される半導体を固定するように設計され、制御された電子通信を確保し、機械的安定性、たとえば、多層デバイスを構成する物質間の良好な接着を確保することを目的とする。
【００５９】
一実施形態による層構造は、界面を介した効率的な電荷キャリア伝送を提供する。実施形態では、層構造は、光導電半導体層との略オーミック接触を形成し、界面近傍の半導体にほとんどか全く空乏をもたらさず、少なくとも１種類の電荷キャリア（たとえば電子、正孔）の効率的な注入または抽出を提供することができる。実施形態では、層構造は、光導電半導体層とのショットキー接触を形成し、注入および／または求引されるべき電荷キャリアにとって克服しなければならないエネルギー障壁を提供することができる。実施形態では、層構造は選択接触を形成し、ある種類の電荷キャリア（たとえば、電子）の注入を、別の種類（たとえば、正孔）の抽出よりもずっと効率的に行う、および／または、ある種類の電荷キャリア（たとえば、電子）の求引を、他の種類（たとえば、正孔）の注入よりもずっと効率的に行うことができる。
【００６０】
一実施形態による層構造は、有効な仕事関数が電極材料、界面層材料、およびその厚さによって決定されるコンタクト面の仕事関数を提供する。
一実施形態による層構造は、ｐ−半導体光検出器デバイスの場合、たとえば、金属電極の表面に電子捕捉状態を提供する層として、不所望のキャリア伝送を抑止する阻止能力を提供する
一実施形態による層構造は、感光半導体物質と金属電極との強力な接合を提供する。
【００６１】
一実施形態による層構造は、金属電極と半導体物質との界面の高温安定性を提供する。
設計された界面層を有する一実施形態による電子デバイスの構造および構成は、半導体製造で使用される従来物質を備える金属電極を含むが、それに限定されず、その製造は、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｇなどの選択された化学当量の組み合わせにおいて容易に酸化、窒素化、またはその両方が行われる、あるいは、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、グラファイト、無定形炭素、グラフェン、またはカーボンナノチューブなどの酸化または窒素化に対して抵抗性がある。これらの金属電極は、合金、導電ガラス、および各種導電金属間物から形成することができる。結果として生じる電極の仕事関数は、特定温度および特定時間での、酸素、窒素、またはその組み合わせの暴露を通じて調整することができる。
【００６２】
一実施形態による電子デバイスの構造および構成は、金属コンタクトの表面に界面層を含む。一実施形態による界面層は、コンタクトのオーミック特性を保持するのに十分な最大厚だが、電子捕捉状態を生成するのに十分な最小厚で電極素子の酸化物または金属間物を含む。この構造は、ＰＶＤ（物理蒸着）、ＡＬＤ（原子層蒸着）、ＣＶＤ（化学蒸着）、イオンクラスタ、イオンビーム蒸着、イオン注入、アニール、またはその他のこの膜蒸着方法を用いて作製または生成することができる。さらに、このような膜は、水様または非水様液配合物から形成することができ、電気化学技術を含め、水酸化物、酸化物、フッ化物、硫化物、硫酸塩、亜硫酸、スルフォン酸塩、リン酸塩、ホスホネート、リン化物、硝酸塩、亜硝酸、窒化物、炭酸塩、炭化物、および上記金属のその他の種類の塩または合成物を形成することができる。界面層の平均厚は、最終界面層の伝導率と金属電極自体の仕事関数とに応じて、０．１ｎｍ〜０．２ｎｍから１０ｎｍ〜５０ｎｍの間で変動させることができる。
【００６３】
一実施形態による界面層は、電極表面上に蒸着された別の酸化物を含み、該酸化物はＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎｘＡＩｙＯ、ＺｎｘＧａｙＯ、ＺｎＩｎｘＳｎｙＯ、および類似のｐ導電物質をドープされている。また、これらの物質は、上述の方法を用いて蒸着させることができる。
【００６４】
界面層の追加特性は、半導体感光層の構成要素との比較的強力な化学結合、好ましくは共有結合の必要性によって決定される。感光層の構成要素のいずれもが界面層と化学結合しない場合、界面層の表面は有機二官能分子によって変更され、第１の種類の官能基が界面層表面との選択結合を提供し、第２の種類の官能基がリガンドまたは直接半導体ナノ結晶との結合を提供する。これらの結合分子は、非導電性アルカンまたはアリル主鎖上に形成することができる、あるいはアニリン、アセチレン、または他の種類のｓｐ２混成炭素を含む導電性主鎖上に形成することができる。電極の酸化表面または界面層の表面との結合を提供する官能基は、シラン、シロキサン、シリザン、一級、二級、または三級アミン、イミド、リン酸塩、オキシム、カルボン酸塩を含むがそれらに限定されない。界面層を形成する有機分子の平均長は典型的には、２〜１６炭素原子間を変動することができる。
【００６５】
電極の金属（たとえば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ）が不活性である場合、界面層は、一方では金属表面との直接結合を提供し、他方ではナノ結晶との結合を提供する２つの類似の官能基を含む分子から形成することができる。その１例がＡｕ−Ｓ−Ｒ−Ｓ−ＮＣ結合の形成である。再度、有機界面層の厚さと伝導率が、必須の電子デバイス特性によって定義される。
【００６６】
界面層の伝導率が（平面電極素子用）電子デバイスパラメータの要求する容認可能な限界を超える場合、従来のパターン成形技術を用いて連続膜をパターン成形することができる。
【００６７】
少なくとも２つの電極を有する各電子デバイスでは、１つの電極を１つの仕事関数を有する金属で作製し、別の電極を異なる仕事関数および／または伝導率の種類（電子または正孔）を有する金属で作製することができる。
【００６８】
縦型構造の電子デバイスに関して、上述したものと同じアプローチがボトム電極にも使用され、その上の界面層が有機分子または半導体物質の薄透明層の蒸着によって形成される。
【００６９】
上述の分子は、約１〜約１０，０００の重合度のポリマーである。
本明細書に記載のデバイスを形成する際、通常、該デバイスはまず物質「１」および物質「２」の安定した信頼性の高い組み合わせを有するように形成し、その後、物質「３」および光吸収層「４」を制御して形成することができる。たとえば、一実施形態は、物質「１」を通じて、１００マイクロオーム・ｃｍ未満の抵抗と、−２ｅＶ〜−４．５Ｖおよび−２ｅＶ〜−４．２ｅＶの仕事関数とを有する高導電性コンタクトを提供することができる。一実施形態は、物質「２」を通じて、感光半導体層に電子を注入させるが、この層からの正孔の抽出を阻止する大バンドギャップ層を提供することができる。一実施形態は、物質「２」の第１の部分の１部として、ｎ型ＴｉＯｘなどのドープされた略透明酸化物の制御厚を達成することができる。たとえば、一実施形態は、１〜５ｎｍ内で制御される２〜２０の範囲のＴｉＯｘの厚みを達成することができ、その場合、ＴｉＯｘはキャリア密度において、＋／−１０％などの厳密な帯域管理で、特別に選択された１×１０１８ｃｍ３のキャリア密度を有する。
【００７０】
本明細書に記載のデバイスの積層体または層構造の製造は、以下を備えることができる。（１）窒素雰囲気下でのチタンのスパッタリングなどを介してＴｉＮを形成する金属の形成。（２）ＴｉＯｘＮｙまたはＴｉＯｘなどの天然酸化物などの界面層の形成を生じさせる次の処理（この次処理は、可能な酸化物厚、ドーピング、およびキャリア濃度を結果的に決定すると言える）。３）硫酸−過酸化水素−脱イオン水エッチング、または過酸化アンモニウムエッチング、またはアルゴンスパッタリングなどの物理的エッチング、またはアルゴンや水素などの反応性スパッタエッチング、などのエッチングによる天然酸化物層の除去。一実施形態では、このエッチングは酸化物を完全に除去する。完全な除去を確保する適度なオーバーエッチングを実行することもできる。（４）一実施形態は、ＴｉＯｘ、ＴｉＯｘＮｙなどの酸化物の、制御された厚さ、制御されたドーピング、および制御された表面の成端層、またはその他の界面層を蒸着する。これらの層を蒸着するため、物理的蒸着（Ｏ２、Ｎ２、またはその組み合わせの存在下での、ＴｉＯｘソース、ＴｉＮソース、またはＴｉソースのＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリングなど）などの方法を採用することができる。その方法には、前駆体がまずウェハの表面上に蒸着され、制御温度下で反応が進行するＣＶＤおよびＡＬＤも含まれる。ＴｉＯｘが形成される場合には、前駆体を採用することができる。
【００７１】
本明細書に記載のデバイスの積層体または層構造の製造は、（１）窒素雰囲気下でのチタンのスパッタリングなどを介してＴｉＮを形成する金属の形成。（２）界面層上のこの金属上の蒸着への現位置遷移。これにはＴｉＯｘまたはＴｉＯｘＮｙを含むことができる。この層は、ＴｉＯｘ、ＴｉＯｘＮｙなどの酸化物の、制御された厚さ、制御されたドーピング、および制御された表面の成端層、またはその他の界面層を有することができる。これらの層を蒸着するため、物理的蒸着（Ｏ２、Ｎ２、またはその組み合わせの存在下での、ＴｉＯｘソース、ＴｉＮソース、またはＴｉソースのＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリングなど）などの方法を採用することができる。その方法には、前駆体がまずウェハの表面上に蒸着され、制御温度下で反応が進行するＣＶＤおよびＡＬＤも含まれる。ＴｉＯｘが形成される場合には、化学的前駆体を採用することができる。
【００７２】
上述したように、封入および／または不活性層は、長期にわたり一貫した光導電特徴を保持するため、光導電層の上および／または下で使用することができる。本明細書に記載する実施形態は、光導電層内に一貫した気体環境（または気体の有意な存在の欠如）を確保する。たとえば、真空、アルゴン、窒素、酸素、水素、二酸化炭素を様々な割合で、様々な程度に含める、あるいは除外することができる。実施形態は酸素、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２を除外し、気体分子を除く、あるいはアルゴンおよび／または窒素などの非反応性物質のみを含むことができる。長期にわたり一貫した光導電特徴を保持するため、光導電膜と同膜の外部領域との間の気体交換を回避することを目的とした封入層を含めることができる。この目的で一実施形態で採用される物質は、ポリキシリレン、Ａｓ２Ｓ３またはＡｓ２Ｓｅ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびその混合物、すなわち、ＳｉＯｘＮｙ、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎｘＡｌｙＯ、ＺｎｘＧａｙＯなどの酸化物、ＺｎｌｎｘＳｎｙ、を含むがそれらに限定されない。
【００７３】
封入物質は、場合によっては実質上単独分子の単層の形で、不活性化層を先行させることができる。この第１の層は、封入材の蒸着中に被封入構造を保護する役割を果たす。たとえば、ポリキシリレンなどの物質の層を、その後に続く封入工程の間に光導電層の光電挙動を有害に変更させることのない手順を用いて蒸着させることができる。この層は、たとえば、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙなどの酸素を含む封入材の蒸着の際に採用される特定の工程中に存在する酸素およびそのラジカルの反応結果から膜を保護する。
【００７４】
実施形態では、封入積層体（複数層を備え得る）の標準的な合計厚は、単独の単層（通常、〜ｎｍまたはわずかにｎｍ未満、たとえば、５Ａ）から通常１マイクロメートルまでの範囲を取ることができる。実施形態では、封入積層体の標準的な合計厚は、アレイの光学的特性の変動を最小限にするため、１−２マイクロメートル未満であるのが望ましい。
【００７５】
実施形態では、反応した場合、デバイスの光電特性を変更する可能性のある物質を含め、デバイス内の物質と反応することのできる分子を吸着する役割を果たす物質が、層「１」、「２」、「３」、「４」、「５」のうち少なくとも１つに含まれる。デバイスに入る可能性のある反応性分子はたとえば、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、およびＯ３である。このような反応によって変更される光電特性を有する可能性のあるデバイス内の物質の例は、物質「４」ＮＣ、物質「３」接着、物質「２」界面、および「１」金属である。ゲッタ成分はたとえば、ボラゾン、テトラヒドロボレートなどのホウ水酸化物、カテコールボラン、Ｌ−セレクトルド、水素化ホウ素リチウム、ヒドリドホウ酸トリエチルリチウム、水素化ホウ素ナトリウム、および水素化ホウ素ウラニウムである。ゲッタ成分の例は、加水分解性シロキサンである。
【００７６】
一実施形態によるデバイスは、半導体感光層の構成要素との強力な化学結合（たとえば、共有結合）を含むことができる。感光層の構成要素のいずれもが界面層と化学結合しない場合、界面層の表面は有機二官能分子を用いて変更することができ、第１の種類の官能基が界面層表面との選択結合を提供し、第２の種類の官能基がリガンドまたは直接半導体ナノ結晶との結合を提供する。これらの結合分子は、非導電性アルカンまたはアリル主鎖上に形成することができる、あるいはアニリン、アセチレン、または他の種類のｓｐ２混成炭素を含む導電性主鎖上に形成することができる。酸化物への結合を提供する官能基は、シラン、シロキサン、シリザン、一級、二級、または三級アミン、イミド、リン酸塩、オキシム、カルボン酸塩を含むことができる。
【００７７】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、清浄な乾燥空気雰囲気中で、３０秒間、２０℃のＳＣＩを用いてウェハを予め清掃することを含む。一実施形態によるデバイスの製造方法は、清浄な乾燥空気雰囲気中で、３０秒間、２０℃の脱イオン水内で洗浄することを含む。一実施形態によるデバイスの製造方法は、所定環境（たとえば、清浄な乾燥空気、真空、窒素、アルゴン、または水素などの還元雰囲気、またはＮ２やＡｒなどの不活性ガスおよびＯ２などの酸化ガスを含む制御された酸化雰囲気）で所定時間（たとえば３０秒〜２４時間）、所定温度（たとえば２０、７０、１５０、または２００℃）での焼成を含む、ウェハの乾燥を含むことができる。
【００７８】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、他の工程間との、最小および最大および平均待ち行列時間を定めることを含むことができる。
一実施形態によるデバイスの製造方法は、２５℃などの所定温度で、２０秒などの所定時間、Ｎ２などの所定の雰囲気下で、アセトニトリル内のエタンジチオールへ暴露するなど、基板および量子ドット膜の処理を含むことができる。一実施形態によるデバイスの製造方法は、２５℃などの所定温度で、２０秒などの所定時間、Ｎ２などの所定の雰囲気下で、アセトニトリル内のヘキサンジチオールへ暴露するなど、基板および量子ドット膜の処理を含むことができる。
【００７９】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、ＳｉＯ２などの誘電キャッピング層を、１００℃などの特定温度より小さい温度で、１００℃などの誘電キャッピング層の所定厚みまで蒸着することを含む。
【００８０】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、エッチングされる領域のリソグラフィ画定と、その後に続くＳｉＯ２などの物質のエッチングを含むことができる。
一実施形態によるデバイスの製造方法は、ＳｉＮなどの誘電キャッピング層を、１００℃などの特定温度より小さい温度で、１００℃などの誘電キャッピング層の所定厚みまで蒸着することを含む。
【００８１】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、エッチングされる領域のリソグラフィ画定と、その後に続くＳｉＮなどの物質のエッチングを含むことができる。
一実施形態によるデバイスの製造方法は、２００ｍｍのＳｉウェハ上の処理と、量子ドット層蒸着前の０．１１ミクロンノードでの標準的なＡｌ／ＳｉＯ２物質技術を含むシリコンＣＭＯＳ製造を含むことができる。ＣＭＯＳ製造フローは、ＴｉＮなどのパターン成形された金属コンタクトで完了させることができる。
【００８２】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、ビア層上に１つのＣｕ／ＴＥＯＳ／ＳｉＮ  ＨＭシングルダマシン層を統合し、その後でＮｉ／Ａｕ積層体の選択無電解蒸着を行うことを含むことができる。
【００８３】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、基板の前処理を含む。層間の電気接触または接着を向上させるために、金属電極および／または絶縁面の改良が必要となるかもしれない。湿式の前洗浄の代わりに、ウェハをプラズマあるいは液相または気相工程によって処理して、表面状態の障壁高さと密度を制御した接着単層が形成されるかもしれない。
【００８４】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、酸素および水分が膜性能に及ぼす影響を最小化する、および／または制御するために、周囲の雰囲気を厳密に制御する感光膜の蒸着を含むことができる。Ｏ２およびＨ２Ｏ工程モニタを装備した製造ツールの使用を含むこともできる。標準的な作業手順が、化学的貯蔵、および貯蔵容器から工程ツールタンクへの液体の移送中を含め、物質（量子ドットおよびその層など）の空気への暴露を最小限、または制御して一定に確保するために提供され得る。製造工程はクロロフォルムやその他の溶剤とも両立可能である。
【００８５】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、量子ドットの層の安定化を含むことができる。これには、アセトニトリルのジチオール希釈液を使用する化学的後処理を含むことができる。
【００８６】
雰囲気中での酸素および水分に対するＱＦの高感度のため、ＱＦ蒸着と後処理間の待ち行列時間は最小化され、Ｎ２ブランケット下で行われるべきである。同じ条件が、後処理Ｂと誘電キャップ蒸着間の待ち行列時間にも適用される。
【００８７】
一実施形態によるデバイスの製造方法は、デバイスの寿命中に、ＱＦ膜を酸素および水分の拡散から封止することを含むことができる。ＳｉＯ２／ＳｉＮ積層体の低温蒸着を採用することができる。このような工程は、１００℃未満の基板温度、および大気圧またはできるだけ高い圧力の下で実行されるべきである。その他の工程オプションには、低温スピンオンガラス工程や、キャッピング層の透光性に影響を及ぼさない極薄金属膜などを含むことができる。
【００８８】
一実施形態によるデバイスの工程制御は、量子ドット膜蒸着前に、到来するウェハの検査を含むことができる。一実施形態による検査ステップは、ａ）明視野検査等を用いる欠陥密度の検査、ｂ）紫外光電子分光（ＵＰＳ）を用いる金属電極の仕事関数の検査（ＵＰＳ法の工程制御手順は、ブランケット工程監視ウェハ上で実行することができる）、ｃ）ＴＬＭ（テスト画素アレイ）構造上で実行される漏れ電流および絶縁電圧破壊、を含む。デバイスの光電反応および膜特性は、工程制御の１部として採用することができる。
【００８９】
実施形態では、物質「４」は、バンドギャップを有し、当該波長範囲内の光を吸収する物質を含むことができる。実施形態では、感光層は、Ｓｉ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＰｂＴｅ、ＣｄＴｅ、Ｇｅ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｓ３、およびその組み合わせなどの物質を含むことができる。実施形態では、感光層はポルフィリンなどの強力な光吸収物質を含むことができる。実施形態では、感光層は、エタンチオール、エタンジチオール、ベンゼンチオール、ベンゼンジチオール、ジベンゼンジチオール、ピリジン、ブチルアミンなどの不活性化有機リガンドを含むことができる。
【００９０】
実施形態では、一実施形態による光検出器は、少なくとも１種類の電荷キャリアの流れを制御する感光エネルギー障壁を採用する感光デバイスを含む。
実施形態では、光検出器はゲインを発現することができ、その場合、秒毎に流れる追加電荷ユニット数と、秒毎にデバイス衝突する光子の数との比が、１を超える、たとえば、約２〜６０の範囲にある値となる。
【００９１】
実施形態では、光検出器は、高正規化反応、すなわち、低光レベルでも暗電流に対する光電流の高い比を示すことができる。たとえば、１５０ｎＷ／ｃｍ２の可視光が光検出器に衝突する際、光電流と明電流の比は２０を超える場合がある。（遅延および暗電流の均一性、および光反応の均一性などに関するその他の仕様を満たしつつ）概して、この値はできる限り高くすべきである。１５０ｎＷ／ｃｍ２での正規化反応に関しては、１００以上の値が可能である。
【００９２】
実施形態では、光検出器は、１秒未満内に暗電流に近い値（たとえば、暗電流からの１つの最下位ビット）に安定する、光電流の迅速な一次的反応（画素への１μＷ／ｃｍ２以上の強力な照明後を含む）を呈することができる。理想的には、光電流は、１／１５ｓ、１／３０ｓ、１／２００ｓ、１／１０００ｓなどの１露光期間内にこの値に安定する。
【００９３】
実施形態では、暗闇での電流−電圧特性は、ゼロ電圧と飽和電圧として知られる第１の電圧との間で、単調増加関数関係を呈示することができる。この範囲はターンオン相と称することができる。電流−電圧は、第１の電圧とリーチスルー電圧として知られる第２のより大きな電圧との間で、ゼロ〜第１の電圧範囲におけるよりも低い平均勾配を有する単調増加関係を呈示することができる。この第１〜第２の電圧範囲は飽和範囲と称することができる。第２の電圧、つまりリーチスルー電圧よりも大きい電圧では、電流−電圧関係は、第１〜第２の電圧範囲に対する勾配の増加を呈示することができる。この最も高い電圧範囲は、ポストリーチスルー範囲と称することができる。
【００９４】
実施形態では、バイアス下で、浮遊電荷キャリア（たとえば、電子）がデバイスを移動する時間（すなわち、２つのコンタクト間を移動する時間、たとえば図２では左側の物質「１」と右側の物質「１」の間、図３では物質「１」と物質「９」の間を移動する時間）が電荷キャリアの平均寿命を超えたとき、浮遊電荷キャリア（たとえば、電子）を注入するコンタクトが阻止されるキャリア（たとえば、正孔）と称することのできる別種類の電荷キャリアの抽出を阻止するとき、および浮遊電荷キャリア（たとえば、電子）を提供するコンタクトと半導体膜間の界面が阻止されるキャリア（たとえば、正孔）の低表面再結合速度を提供するときに、ゲインを達成することができる。この界面は、図１では物質「２」および物質「３」、図２では物質「２」および物質「３」、図２では物質「７」および物質「３」、図３では物質「２」および物質「３」と物質「５」および物質「８」において具体化することができる。
【００９５】
より具体的には、バイアス下で、浮遊電荷キャリア（たとえば、電子）がデバイスを移動する時間が電荷キャリアの平均寿命を超えるときに、ゲインを達成することができる。量的には、ベース輸送因数α＿ｔは１未満だが１に近いと言うことができる。これは、浮遊キャリアにとって少数キャリア拡散長が界面層間の分離を超える場合に達成することができる。
【００９６】
さらに、バイアス下で、浮遊電荷キャリア（たとえば、電子）を注入するコンタクトが、阻止されるキャリア（たとえば、正孔）と称することのできる別種類の電荷キャリアの抽出を阻止するときに、ゲインを達成することができる。量的には、エミッタ注入効率γは１未満だが１に近いと言うことができる。これは、別種類の電荷キャリアの抽出を阻止する浮動キャリア注入コンタクト近傍の界面層を使用することによって達成することができる。これは、大バンドギャップ物質から界面層を作製することによって達成でき、大バンドギャップ物質では、ある帯（伝導帯など）が、それと近接する金属コンタクトの仕事関数とエネルギー的にほぼ密に整合し、電荷キャリアの抽出を阻止する半導体内の帯とエネルギー的にほぼ整合していない。
【００９７】
さらに、バイアス下で、浮遊電荷キャリア（たとえば、電子）を提供するコンタクトと半導体膜間の界面が、阻止されるキャリア（たとえば、正孔）の低表面再結合速度を提供する際に、ゲインを達成することができる。量的には、再結合因子は１未満だが、１に近いと言うことができる。これは、浮遊キャリア（たとえば、電子）の少数キャリアの寿命内で、阻止されるキャリア（たとえば、正孔）のごく１部のみが浮遊電荷キャリア（たとえば、電子）を提供するコンタクトと半導体膜との間の界面近傍で再結合する場合に達成され得る。このためには、阻止されるキャリアの表面再結合速度は０．１ｃｍ／ｓ未満、たとえば、０．０１ｃｍ／ｓ以下でなければならない。
【００９８】
図２を参照すると、実施形態は、最も左の物質「１」と最も右の物質「１」との間を流れる暗電流を低減するために取られる方法および構造を含むことができる。実施形態は、最も左の物質「１」と最も右の物質「１」のコンタクト間に存在する、物質「３」の部分の導電成分の除去を含むことができる。実施形態は、最も左の物質「１」と最も右の物質「１」のコンタクト間に存在する金属酸化物、金属水酸化物、有機汚染物、ポリマー、導電性酸化物などの導電成分の除去を含むことができる。図２を参照すると、実施形態は、物質「７」と物質「４」間の界面を、最結合速度、捕捉された電荷、接着、またはこの界面における複数の上記特性を制御するため、修正することを含むことができる。
【００９９】
図１を参照すると、実施形態は、界面層「２」および「３」に存在する表面状態などの表面状態の制御を含む。実施形態は、表面上の最結合速度を制御または変更するために、物質「１」内のＴｉＮなどの金属または物質「２」内のＴｉＯｘなどの金属水酸化物をキセノンまたはその他の種でストライクメッキすること、あるいはアルゴンスパッタリングを採用することを含む。実施形態は、１種類の電荷キャリアの表面再結合速度をこの界面で０．１ｃｍ／ｓ未満、あるいは０．０１ｃｍ／２未満に低減することを含むことができる。
【０１００】
実施形態は、それぞれの横方向寸法で０．９μｍの画素ピッチを有する小さな画素の実現を含む。実施形態は０．１５μｍなどの狭いビアの使用を含む。実施形態は０．１４μｍの金属間間隔の使用を含む。
【０１０１】
本明細書に記載する実施形態は、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質であって、Ｐ型半導体を備え、仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、感光物質の仕事関数の大きさが第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、また第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質は第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの電子走行時間よりも長い電子寿命を有し、第１のコンタクトは電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止して、第１のコンタクトと感光物質間の界面は１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する感光デバイスを含む。
【０１０２】
本明細書に記載する実施形態は、第１のコンタクトと、ｎ型半導体と、ｐ型半導体を備える感光物質と、第２のコンタクトと、を備える感光デバイスであって、感光物質と第２のコンタクトはそれぞれ４．５ｅＶよりも浅い仕事関数を有し、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路をさらに備え、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質は第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの電子走行時間より長い電子寿命を有し、第１のコンタクトは電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止して、第１のコンタクトと感光物質間の界面は１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する感光デバイスを含む。
【０１０３】
本明細書に記載する実施形態は、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質であって、ｐ型半導体を備え、仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、を備える光検出器であって、感光物質の仕事関数の大きさが第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、また第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路をさらに備え、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度を提供するように構成される光検出器を含む。
【０１０４】
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトは注入コンタクトであり、第２のコンタクトは求引コンタクトである。
一実施形態による光検出器の注入コンタクトは、注入コンタクトが、捕捉されたキャリアを感光物質から求引するよりも高い効率で、浮遊キャリアを感光物質に注入するように構成される。
【０１０５】
一実施形態による光検出器の注入コンタクトは、求引キャリアが、捕捉されたキャリアを感光物質に注入するよりも高い効率で、浮遊キャリアを感光物質から求引するように構成される。
【０１０６】
一実施形態による光検出器の感光物質はｐ型半導体物質である。
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトは金属を備え、第２のコンタクトは金属を備える。
【０１０７】
一実施形態による光検出器のバイアスは約−０．１ボルト〜−２．８ボルトの範囲であり、浮遊キャリアは電子である。
一実施形態による光検出器の感光物質は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を備える。
【０１０８】
一実施形態による光検出器の各ナノ粒子は、ナノ粒子の表面に酸化物を有する。
一実施形態による光検出器の感光層は、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ、ＰｂＳｅＯ４、ＰｂＴｅＯ４、ＳｉＯｘＮｙ、Ｉｎ２Ｏ３、硫黄、硫酸塩、スルホキシド、炭素、および炭酸塩から成る群から選択される物質を備える。
【０１０９】
一実施形態による光検出器のナノ粒子は相互に接続されている。
一実施形態による光検出器の注入コンタクトおよび求引コンタクトはそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、またはＴａＮから成る群から選択される物質を備える。
【０１１０】
一実施形態による光検出器の感光層は、１００〜３０００ｎｍの範囲で入射光の方向に垂直な寸法を有する。
一実施形態による光検出器の第１のキャリア型の大半は暗い中にあり、第２のキャリア型の大半は照明下にある。
【０１１１】
一実施形態による光検出器の第１のキャリア型は正孔であり、第２のキャリア型は電子である。
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトは、仕事関数の浅い金属を備える。
【０１１２】
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、４．５ｅＶよりも浅い仕事関数を有する。
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の距離は２００ｎｍ〜２μｍの範囲である。
【０１１３】
一実施形態による光検出器の浮遊キャリアは、少なくとも１Ｅ−５ｃｍ２／Ｖｓの移動度を有する。
一実施形態による光検出器のｐ型半導体物質は、ドープされたｐ型物質である。
【０１１４】
一実施形態による光検出器のバイアスは約＋０．１ボルト〜＋２．８ボルトの範囲であり、浮遊キャリアは正孔である。
一実施形態による光検出器の注入コンタクトおよび求引コンタクトはそれぞれ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮおよびＴａＮから成る群から選択される物質を備える。
【０１１５】
一実施形態による光検出器の第１のキャリア型の大半は暗い中にあり、一実施形態による光検出器の第２のキャリア型の大半は照明下にある。
一実施形態による光検出器の第１のキャリア型は電子であり、第２のキャリア型は正孔である。
【０１１６】
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトは、仕事関数の深い金属を備える。
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、４．５ｅＶより深い仕事関数を有する。
【０１１７】
一実施形態による光検出器のｎ型半導体物質はドープされたｎ型物質である。
一実施形態による光検出器の感光物質は、第１のコンタクトと第２のコンタクトの仕事関数よりも少なくとも０．３ｅＶ深い仕事関数を有する。
【０１１８】
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ｎ型多結晶シリコン、およびｎ型非晶質シリコンから成る群から選択される物質を備える。
【０１１９】
本明細書に記載する実施形態は、第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間であって、ｎ型半導体を備える感光物質と、を備える光検出器であって、第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、４．５ｅＶよりも深い仕事関数を有し、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路をさらに備え、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質は、光導電ゲインと少なくとも０．４Ａ／Ｗの応答度とを提供するように構成される光検出器を含む。
【０１２０】
一実施形態による光検出器の感光物質は、第１のコンタクトと第２のコンタクトの仕事関数よりも少なくとも０．３ｅＶ浅い仕事関数を有する。
一実施形態による光検出器は第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ｐ型多結晶シリコン、およびｐ型非晶質シリコンから成る群から選択される物質を備える。
【０１２１】
本明細書に記載する実施形態は、第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間であって、ｎ型半導体を備える感光物質と、を備えるフォトトランジスタであって、第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、ショットキー接触または４．５ｅＶよりも深い仕事関数を有し、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路をさらに備え、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質は第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの正孔走行時間より長い正孔寿命を有するフォトトランジスタを含む。
【０１２２】
一実施形態による光検出器の浮遊キャリアは正孔であり、捕捉されたキャリアは電子である。
本明細書に記載する実施形態は、第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質で、ｐ型半導体を備え、第１のコンタクトと第２のコンタクトがそれぞれショットキー接触または４．５ｅＶよりも浅い仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、を備えるフォトトランジスタであって、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が電子寿命を有し、感光物質の電子移動度、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の距離、およびバイアス電圧が、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの電子走行時間が電子寿命よりも小さくなるように選択されるフォトトランジスタを含む。
【０１２３】
一実施形態による光検出器の浮遊キャリアは電子であり、捕捉されたキャリアは正孔である。
本明細書に記載の実施形態は、第１のコンタクトと、第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質で、ｎ型半導体を備え、第１のコンタクトと第２のコンタクトがそれぞれショットキー接触または４．５ｅＶよりも深い仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、を備えるフォトトランジスタであって、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が正孔寿命を有し、感光物質の正孔移動度、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の距離、およびバイアス電圧が、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの正孔走行時間が正孔寿命よりも小さくなるように選択されるフォトトランジスタを含む。
【０１２４】
一実施形態による光検出器の浮遊キャリアは正孔であり、捕捉されたキャリアは電子である。
一実施形態による光検出器は、ｐドープシリコンを含むｐ型半導体を備える。
【０１２５】
一実施形態による光検出器は、ＧａＡｓを含むｐ型半導体を備える。
一実施形態による光検出器は、量子ドット／ナノ結晶を含むｐ型半導体を備える。
一実施形態による光検出器は、相互接続されたナノ結晶網を含むｐ型半導体を備える。
【０１２６】
一実施形態による光検出器は、ナノ結晶およびリンカー分子を含むｐ型半導体を備える。
一実施形態による光検出器は、化合物半導体を含むｐ型半導体を備える。
【０１２７】
一実施形態による光検出器は、ＰｂＳ、ＰｂＳＯ３を有するＰｂＳを含むｐ型半導体を備える。
本明細書に記載する実施形態は、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質であって、ｐ型半導体を備え、仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、を備える感光デバイスであって、感光物質の仕事関数の大きさが、第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、また第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの電子走行時間より長い電子寿命を有し、第１のコンタクトが電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止して、第１のコンタクトと感光物質間の界面が１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する感光デバイスを含む。
【０１２８】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトの仕事関数はそれぞれ４．５ｅＶよりも浅い。
一実施形態によるデバイスのバイアスは、約−０．１ボルト〜−２．８ボルトの範囲である。
【０１２９】
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数のナノ粒子を備え、各ナノ粒子はナノ粒子の表面に酸化物を有する。
一実施形態によるデバイスの感光物質は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を備える。
【０１３０】
一実施形態によるデバイスの感光層は、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ、ＰｂＳｅＯ４、ＰｂＴｅＯ４、ＳｉＯｘＮｙ、Ｉｎ２Ｏ３、硫黄、硫酸塩、スルホキシド、炭素、および炭酸塩から成る群から選択される物質を備える。
【０１３１】
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数の相互接続されたナノ粒子を備える。
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、またはＴａＮ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＮｙ、ＩＴＯ、Ｒｕ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ２、ＢをドープしたＴｉＯｘ、ＣをドープしたＴｉＯｘ、ＣｏをドープしたＴｉＯｘ、ＦｅをドープしたＴｉＯｘ、ＮｄをドープしたＴｉＯｘ、ＮをドープしたＴｉＯｘから成る群から選択される物質を備える。
【０１３２】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトは２００ｎｍ〜２μｍの範囲の距離によって隔てられ、感光物質内の電子移動度は少なくとも１Ｅ−５ｃｍ２／Ｖｓである。
【０１３３】
一実施形態によるデバイスの感光物質は、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度を提供するように構成される。
【０１３４】
本明細書に記載する実施形態は、第１のコンタクトと、ｎ型半導体と、ｐ型半導体を備える感光物質と、第２のコンタクトと、を備える感光デバイスであって、感光物質の仕事関数の大きさが第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの電子走行時間より長い電子寿命を有し、ｎ型半導体が電子の注入を提供し、正孔の抽出を阻止して、ｎ型半導体と感光物質間の界面が１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する感光デバイスを含む。
【０１３５】
一実施形態によるデバイスのｎ型半導体は、ＴｉＯ２、化学的に還元されたＴｉＯ２、酸化されたＴｉＯ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｓｉ、またはＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子、から成る群から選択される物質を備える。
【０１３６】
一実施形態によるデバイスのバイアスは約−０．１ボルト〜−２．８ボルトの範囲である。
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数のナノ粒子を備え、各ナノ粒子はナノ粒子の表面に酸化物を有する。
【０１３７】
一実施形態によるデバイスの感光物質は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を備える。
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数の相互接続されたナノ粒子を備える。
【０１３８】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトは、２００ｎｍ〜２μｍの範囲の距離によって隔てられる。
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＮｙ、ＩＴＯ、Ｒｕ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ２、ＢをドープしたＴｉＯｘ、ＣをドープしたＴｉＯｘ、ＣｏをドープしたＴｉＯｘ、ＦｅをドープしたＴｉＯｘ、ＮｄをドープしたＴｉＯｘ、ＮをドープしたＴｉＯｘから成る群から選択される物質を備える。
【０１３９】
本明細書に記載する実施形態は、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質であって、ｐ型半導体を備え、仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、を備える光検出器であって、感光物質の仕事関数の大きさが第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、また第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ大きく、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度を提供するように構成される光検出器を含む。
【０１４０】
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトの仕事関数はそれぞれ４．５ｅＶより浅い。
一実施形態による光検出器のバイアスは約−０．１ボルト〜−２．８ボルトの範囲である。
【０１４１】
一実施形態による光検出器の感光物質は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を備える。
一実施形態による光検出器の感光層は、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ、ＰｂＳｅＯ４、ＰｂＴｅＯ４、ＳｉＯｘＮｙ、Ｉｎ２Ｏ３、硫黄、硫酸塩、スルホキシド、炭素、および炭酸塩から成る群から選択される物質を備える。
【０１４２】
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＮｙ、ＩＴＯ、Ｒｕ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ２、ＢをドープしたＴｉＯｘ、ＣをドープしたＴｉＯｘ、ＣｏをドープしたＴｉＯｘ、ＦｅをドープしたＴｉＯｘ、ＮｄをドープしたＴｉＯｘ、ＮをドープしたＴｉＯｘから成る群から選択される物質を備える。
【０１４３】
一実施形態による光検出器の第１のコンタクトと第２のコンタクトは２００ｎｍ〜２μｍの範囲の距離によって隔てられ、感光物質内の電子移動度は少なくとも１Ｅ−５ｃｍ２／Ｖｓである。
【０１４４】
本明細書に記載する実施形態は、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質であって、Ｎ型半導体を備え、仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、を備える感光デバイスであって、感光物質の仕事関数の大きさが第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ小さく、また第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ小さく、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの正孔走行時間より長い正孔寿命を有し、第１のコンタクトが正孔の注入を提供し、電子の抽出を阻止して、第１のコンタクトと感光物質間の界面が１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する感光デバイスを含む。
【０１４５】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトの仕事関数はそれぞれ４．５ｅＶより深い。
一実施形態によるデバイスのバイアスは約０．１ボルト〜２．８ボルトの範囲である。
【０１４６】
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数のナノ粒子を備え、各ナノ粒子はナノ粒子の表面に酸化物を有する。
一実施形態によるデバイスの感光物質は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を備える。
【０１４７】
一実施形態によるデバイスの感光層は、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ、ＰｂＳｅＯ４、ＰｂＴｅＯ４、ＳｉＯｘＮｙ、Ｉｎ２Ｏ３、硫黄、硫酸塩、スルホキシド、炭素、および炭酸塩から成る群から選択される物質を備える。
【０１４８】
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数の相互接続されたナノ粒子を備える。
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉ、ＴｉＮ、またはＴａＮから成る群から選択される物質を備える。
【０１４９】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトは２００ｎｍ〜２μｍの範囲の距離によって隔てられ、感光物質内の正孔移動度は少なくとも１Ｅ−５ｃｍ２／Ｖｓである。
【０１５０】
一実施形態によるデバイスの感光物質は、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度を提供する。
本明細書に記載する実施形態は、第１のコンタクトと、ｐ型半導体と、ｎ型半導体を備える感光物質と、第２のコンタクトとを備える感光デバイスであって、感光物質の仕事関数の大きさが第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ小さく、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が第１のコンタクトから第２のコンタクトまでの正孔走行時間より長い正孔寿命を有し、ｐ型半導体が正孔の注入を提供し、電子の抽出を阻止して、ｐ型半導体と感光物質間の界面が、１ｃｍ／ｓ未満の表面再結合速度を提供する感光デバイスを含む。
【０１５１】
一実施形態によるデバイスのｐ型半導体は、ＴｉＯ２、化学的に還元されたＴｉＯ２、酸化されたＴｉＯ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｓｉ、またはＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子、から成る群から選択される物質を備える。
【０１５２】
一実施形態によるデバイスのバイアスは約０．１ボルト〜２．８ボルトの範囲である。
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数のナノ粒子を備え、各ナノ粒子はナノ粒子の表面に酸化物を有する。
【０１５３】
一実施形態によるデバイスの感光物質は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を備える。
一実施形態によるデバイスの感光物質は複数の相互接続されたナノ粒子を備える。
【０１５４】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトは、２００ｎｍ〜２μｍの範囲の距離によって隔てられる。
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉ、ＴｉＮ、またはＴａＮから成る群から選択される物質を備える。
【０１５５】
本明細書に記載する実施形態は、それぞれが仕事関数を有する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間の感光物質であって、ｎ型半導体を備え、仕事関数を有する感光物質と、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、を備える光検出器であって、感光物質の仕事関数の大きさが、第１のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ小さく、第２のコンタクトの仕事関数の大きさよりも少なくとも０．４ｅＶ小さく、第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間にバイアス電圧を印加するように構成された回路と、バイアスが第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に印加されたとき、感光物質が少なくとも０．８Ａ／Ｗの応答度を提供するように構成される光検出器を含む。
【０１５６】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトの仕事関数はそれぞれ４．５ｅＶより深い。
一実施形態によるデバイスのバイアスは、約０．１ボルト〜２．８ボルトの範囲である。
【０１５７】
一実施形態によるデバイスの感光物質は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＣから成る群から選択されるナノ粒子を備える。
一実施形態によるデバイスの感光層は、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ、ＰｂＳｅＯ４、ＰｂＴｅＯ４、ＳｉＯｘＮｙ、Ｉｎ２Ｏ３、硫黄、硫酸塩、スルホキシド、炭素、および炭酸塩から成る群から選択される物質を備える。
【０１５８】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトはそれぞれ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＮｉＳ、ＮｉＳｉ、ＰｔＳｉ、ＴｉＮ、またはＴａＮから成る群から選択される物質を備える。
【０１５９】
一実施形態によるデバイスの第１のコンタクトと第２のコンタクトは２００ｎｍ〜２μｍの範囲の距離によって隔てられ、感光物質内の正孔移動度は少なくとも１Ｅ−５ｃｍ２／Ｖｓである。
【０１６０】
文脈で明瞭に要求されない限り、明細書および請求項全体を通じて、「備える」などの文言は、排他的または網羅的な意味とは反対の包括的な意味、すなわち、「含むがそれらに限定されない」という意味で解釈されるものとする。単数または複数の文言は、複数または単数をそれぞれ含む。また、「本明細書に」、「本明細書で」、「上」、「下」などの文言、および同様の文言は、本願で使用される際、本願の特定の部分ではなく、本願全体を指す。「または」という文言が２つまたはそれ以上の項目のリストを参照して使用される際、その文言は、文言の以下の解釈：リスト内の項目のいずれか、リスト内の項目のすべて、およびリスト内の項目の組み合わせのいずれか、をすべてカバーする。
【０１６１】
実施形態の上記説明は、網羅的である、あるいは開示される通りの形式にシステムおよび方法を限定することを意図しない。具体的な実施形態および実施形態の例が本明細書では例示目的で説明されているが、システムおよび方法の範囲内において、当業者が理解可能な様々な同等の変形が可能である。本明細書で提示される実施形態の教示は、上記のシステムおよび方法だけでなく、他のシステムおよび方法にも適用することができる。
【０１６２】
上述の各種実施形態の構成要素および動作は、他の実施形態を提供するために組み合わせることができる。上記詳細な説明に鑑み、これらおよびその他の変更を実施形態に加えることができる。
【図１】
0005631877.tif 000002
【図２】
0005631877.tif 000003
【図３】
0005631877.tif 000004