(57)【要約】【課題】より高い光吸収率を有する分散体、光電変換素子および撮像装置を提供する【解決手段】複数の半導体ナノ粒子と、所定波長の光を選択的に吸収するとともに、各々の前記半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを備え、前記吸着分子は、前記半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、前記吸着分子の面が非平行に配向している分散体。【選択図】図２
2015128096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体ナノ粒子と、
所定波長の光を選択的に吸収するとともに、各々の前記半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを備え、
前記吸着分子は、前記半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、前記吸着分子の面が非平行に配向している
分散体。
【請求項２】
前記吸着分子は平面状の分子構造を有する
請求項１に記載の分散体。
【請求項３】
前記吸着分子のＬＵＭＯは、前記半導体ナノ粒子の伝導帯のエネルギー位置から０．２ｅＶ以内の範囲にある
請求項１に記載の分散体。
【請求項４】
前記吸着分子のＨＯＭＯは、前記半導体ナノ粒子の価電子帯のエネルギー位置から０．２ｅＶ以内の範囲にある
請求項１に記載の分散体。
【請求項５】
前記半導体ナノ粒子はＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、ＮｉＯ、ＭｏＯ3、ＣｕＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＳｎＯ2、ＩｎＳｎＯx、Ｎｂ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ3、ＣｒＯ、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＡｇＩｎＳ2、Ｓｉ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｆｅ2Ｏ3、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、Ｉｎ2Ｓ3、Ｂｉ2Ｓ3、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅまたはＺｎＳのいずれかにより構成されている
請求項１に記載の分散体。
【請求項６】
前記半導体ナノ粒子の半径は、１ｎｍ以上である
請求項１に記載の分散体。
【請求項７】
前記吸着分子は、顔料または染料に用いられる有機分子または金属錯体分子である
請求項１に記載の分散体。
【請求項８】
前記吸着分子は重合可能な官能基を有する
請求項１に記載の分散体。
【請求項９】
前記吸着分子はエチレン性不飽和基または環状エーテル基を有する
請求項１に記載の分散体。
【請求項１０】
前記吸着分子は、炭素数が４以上のアルキル基を有する
請求項１に記載の分散体。
【請求項１１】
前記吸着分子は、ピレン系化合物、ペリレン系化合物、ペリノン系化合物、キナクリドン系化合物、キナクリドンキノン系化合物、アントラキノン系化合物、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、アントアントロン系化合物、ベンズイミダゾロン系化合物、ジスアゾ縮合系化合物、ジスアゾ系化合物、アゾ系化合物、インダントロン系化合物、トリアリールカルボニウム系化合物、ジオキサジン系化合物、アミノアントラキノン系化合物、ジケトピロロピロール系化合物、インジゴ類、チオインジゴ類、イソインドリン系化合物、イソインドリノン系化合物、ポルフィリン系化合物、ピラントロン系化合物、イソビオラントロン系化合物、キサンテン系化合物、トリアリールメタン系化合物、アズレン系化合物、スクアリリウム系化合物、シアニン系化合物、アセン系化合物、チオフェン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ルテニウム錯体系化合物、ニッケル錯体系化合物、シー・アイ・アシッドブルー８３、シー・アイ・アシッドブルー９０、シー・アイ・ソルベント・ブルー３８、シー・アイ・アシッド・バイオレット１７、シー・アイ・アシッド・バイオレット４９、シー・アイ・アシッド・グリーン３、メチン染料あるいはモノメチン染料である
請求項１に記載の分散体。
【請求項１２】
前記半導体ナノ粒子の光吸収端が５００ｎｍ以下であり、前記吸着分子の光吸収ピークが３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内にある
請求項１に記載の分散体。
【請求項１３】
前記半導体ナノ粒子の光吸収端が４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にあり、前記吸着分子の光吸収ピークが４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にある
請求項１に記載の分散体。
【請求項１４】
前記半導体ナノ粒子の光吸収端が５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にあり、前記吸着分子の光吸収ピークが５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にある
請求項１に記載の分散体。
【請求項１５】
前記半導体ナノ粒子の光吸収端が６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にあり、前記吸着分子の光吸収ピークが６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にある
請求項１に記載の分散体。
【請求項１６】
前記半導体ナノ粒子の光吸収端および前記吸着分子の光吸収ピークが、７００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内にある
請求項１に記載の分散体。
【請求項１７】
ナノ粒子層を含む光電変換部を備え、
前記ナノ粒子層は、
複数の半導体ナノ粒子と、
所定波長の光を選択的に吸収し、各々の前記半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを有し、
前記吸着分子は、前記半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、前記吸着分子の面が非平行に配向している
光電変換素子。
【請求項１８】
隣り合う前記半導体ナノ粒子間の距離は、１０ｎｍ以下である
請求項１７に記載の光電変換素子。
【請求項１９】
ナノ粒子層を含む光電変換素子を有し、
前記ナノ粒子層は、
複数の半導体ナノ粒子と、
所定波長の光を選択的に吸収し、各々の前記半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを備え、
前記吸着分子は、前記半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、前記吸着分子の面が非平行に配向している
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、半導体ナノ粒子を含む分散体、光電変換素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサおよびＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像装置（固体撮像装置）では、画素サイズを縮小するにつれて単位画素（光電変換素子）に入射するフォトン数が減少し、Ｓ／Ｎ比が低下する。
【０００３】
そこで、光電変換素子に半導体ナノ粒子を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。例えば、半導体ナノ粒子には、鉛セレン化合物（ＰｂＳｅ），鉛イオウ化合物（ＰｂＳ），鉛テルル化合物（ＰｂＴｅ），カドミウムセレン化合物（ＣｄＳｅ），カドミウムテルル化合物（ＣｄＴｅ）およびインジウムヒ素（ＩｎＡｓ）化合物等が用いられている。半導体ナノ粒子を含む分散体を基板上に塗布してナノ粒子層を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７７３９２号公報
【特許文献２】特開２００６−２４５２８５号公報
【特許文献３】特表２０１１−５２８８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、染料および顔料等の有機材料に比べて、半導体ナノ粒子は体積が大きく、かつ、粒子１個あたりの可視光に対する吸光係数が低い。また、有機材料と比較して、所定波長の光を選択的に吸収可能な半導体ナノ粒子の種類は少ない。そのため、半導体ナノ粒子を用いた光電変換部では、単位体積あたりの光吸収率を高めることが困難である。
【０００６】
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より高い光吸収率を有する分散体、光電変換素子および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術による分散体は、複数の半導体ナノ粒子と、所定波長の光を選択的に吸収し、各々の半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを備え、吸着分子は、半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、吸着分子の面が非平行に配向しているものである。
【０００８】
本技術による光電変換素子は、ナノ粒子層を含む光電変換部を備え、ナノ粒子層は、複数の半導体ナノ粒子と、所定波長の光を選択的に吸収し、各々の半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを有し、吸着分子は、半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、吸着分子の面が非平行に配向しているものである。
【０００９】
本技術による撮像装置は、上記本技術の光電変換素子を含むものである。
【００１０】
本技術の分散体、光電変換素子または撮像装置では、所定波長の光を選択的に吸収する分子が半導体ナノ粒子に吸着されているので（吸着分子）、所定波長の光に対する単位体積あたりの光吸収率が、半導体ナノ粒子単体のときに比べて高まる。
【発明の効果】
【００１１】
本技術の分散体、光電変換素子および撮像装置によれば、所定波長の光を選択的に吸収する吸着分子を設けるようにしたので、所定波長の光に対する単位体積あたりの光吸収率を向上させることができる。よって、光電変換効率を向上させることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本技術の一実施の形態に係る光電変換素子の概略構成を表す断面図である。
【図２】図１に示したナノ粒子層の詳細な構成を表す断面図である。
【図３】図２に示した吸着分子の例を表す模式図である。
【図４】図２に示した吸着分子の配向方向を表す模式図である。
【図５】図２に示した吸着分子の構造の一例を表す模式図である。
【図６】図２に示した吸着分子の構造の他の例を表す模式図である。
【図７】図２に示した半導体ナノ粒子および吸着分子のエネルギーバンドの一例を表す図である。
【図８】種々の半導体材料のエネルギー準位を表す図である。
【図９】図１に示したナノ粒子層における半導体ナノ粒子の粒子間距離を表す断面図である。
【図１０】図１に示した光電変換素子の動作について説明するための断面図である。
【図１１】図１に示した光電変換素子の動作について説明するための模式図である。
【図１２】比較例に係るナノ粒子層の構成を表す模式図である。
【図１３Ａ】所定の半径を有する半導体ナノ粒子を表す断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示した半導体ナノ粒子の半径よりも大きな半径を有する半導体ナノ粒子を表す断面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａに示した半導体ナノ粒子の半径よりも小さな半径を有する半導体ナノ粒子を表す断面図である。
【図１４】半導体ナノ粒子の半径と吸着可能な吸着分子の数との関係を表す図である。
【図１５】変形例１に係る光電変換素子の概略構成を表す断面図である。
【図１６】変形例３に係る光電変換素子の概略構成を表す断面図である。
【図１７】変形例４に係る光電変換素子の概略構成を表す断面図である。
【図１８】変形例５に係る光電変換素子の概略構成を表す断面図である。
【図１９】図１等に示した光電変換素子を有する撮像装置の概略構成を表す図である。
【図２０】図１９に示した撮像装置を適用した電子機器の概略構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明
は以下の順序で行う。
１．実施の形態（光電変換素子）
２．変形例１（赤外光電変換部および紫外光電変換部を有する例）
３．変形例２（ナノ粒子層が複数種類の吸着分子を有する例）
４．変形例３（シリコン層を含む光電変換部を有する例）
５．変形例４（有機層を含む光電変換部を有する例）
６．変形例５（ガラス基板を介して光電変換部に光を入射させる例）
７．適用例（撮像装置）
【００１４】
＜実施の形態＞
［光電変換素子１０の構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係る光電変換素子（光電変換素子１０）の断面構成を表したものである。光電変換素子１０は、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像装置（例えば、後述の図１９の撮像装置１）において１つの画素（例えば後述の図１９の画素Ｐ）を構成するものである。
【００１５】
光電変換素子１０はシリコン基板１１上に絶縁層１２を介して赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂをこの順に有するものである。シリコン基板１１を、ガラス等からなる支持基板（図示せず）上に設けるようにしてもよい。青色光電変換部２０Ｂ上には、保護層３１および平坦化層３２を介してオンチップレンズ３３が設けられている。シリコン基板１１内には、赤色蓄電層１１０Ｒ、緑色蓄電層１１０Ｇおよび青色蓄電層１１０Ｂが設けられている。オンチップレンズ３３に入射した光は、赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂで光電変換され、赤色光電変換部２０Ｒから赤色蓄電層１１０Ｒへ、緑色光電変換部２０Ｇから緑色蓄電層１１０Ｇへ、青色光電変換部２０Ｂから青色蓄電層１１０Ｂへそれぞれ信号電荷が送られるようになっている。信号電荷は、光電変換によって生じる電子およびホールのどちらであってもよいが、以下では、電子を信号電荷として読み出す場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
シリコン基板１１は、例えばｐ型シリコン基板により構成されている。このシリコン基板１１に設けられた赤色蓄電層１１０Ｒ、緑色蓄電層１１０Ｇおよび青色蓄電層１１０Ｂは、各々ｎ型半導体領域を含んでおり、このｎ型半導体領域に赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂから供給された電子（信号電荷）が蓄積されるようになっている。赤色蓄電層１１０Ｒ、緑色蓄電層１１０Ｇおよび青色蓄電層１１０Ｂのｎ型半導体領域は、例えば、シリコン基板１１に、リン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）等のｎ型不純物をドーピングすることにより形成される。
【００１７】
シリコン基板１１には、赤色蓄電層１１０Ｒ、緑色蓄電層１１０Ｇおよび青色蓄電層１１０Ｂそれぞれから電子を読み出し、例えば垂直信号線（後述の図１９の垂直信号線Ｌｓｉｇ）に転送するための画素トランジスタ（図示せず）が設けられている。この画素トランジスタのフローティングディフージョン（図示せず）がシリコン基板１１内に設けられており、このフローティングディフージョンが赤色蓄電層１１０Ｒ、緑色蓄電層１１０Ｇおよび青色蓄電層１１０Ｂに接続されている。フローティングディフージョンは、ｎ型半導体領域により構成されている。
【００１８】
シリコン基板１１上の絶縁層１２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2），窒化シリコン（ＳｉＮ），酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等により構成されている。複数種類の絶縁膜を積層させて絶縁層１２を構成するようにしてもよい。有機絶縁材料により絶縁層１２が構成されていてもよい。この絶縁層１２には、赤色蓄電層１１０Ｒと赤色光電変換部２０Ｒ、緑色蓄電層１１０Ｇと緑色光電変換部２０Ｇ、青色蓄電層１１０Ｂと青色光電変換部２０Ｂをそれぞれ接続するためのプラグおよび電極（いずれも図示せず）が設けられている。
【００１９】
赤色光電変換部２０Ｒは、シリコン基板１１に近い位置から、第１電極２１Ｒ、ナノ粒子層２２Ｒおよび第２電極２３Ｒをこの順に有するものである。緑色光電変換部２０Ｇは、赤色光電変換部２０Ｒに近い位置から、第１電極２１Ｇ、ナノ粒子層２２Ｇおよび第２電極２３Ｇをこの順に有するものである。青色光電変換部２０Ｂは、緑色光電変換部２０Ｇに近い位置から、第１電極２１Ｂ、ナノ粒子層２２Ｂおよび第２電極２３Ｂをこの順に有するものである。赤色光電変換部２０Ｒと緑色光電変換部２０Ｇの間には絶縁層２４が、緑色光電変換部２０Ｇと青色光電変換部２０Ｂとの間には絶縁層２５が設けられている。赤色光電変換部２０Ｒでは赤色（例えば、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍ）の光が、緑色光電変換部２０Ｇでは緑色（例えば、波長５００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光が、青色光電変換部２０Ｂでは青色（例えば、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍ）の光がそれぞれ選択的に吸収され、電子・正孔対が発生するようになっている。
【００２０】
第１電極２１Ｒはナノ粒子層２２Ｒで生じた信号電荷（キャリア）を、第１電極２１Ｇはナノ粒子層２２Ｇで生じた信号電荷を、第１電極２１Ｂはナノ粒子層２２Ｂで生じた信号電荷をそれぞれ取り出すものである。第１電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、例えば画素毎に設けられている。この第１電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、例えば光透過性の導電材料、具体的にはＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）により構成される。第１電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）系材料または酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料により構成するようにしてもよい。酸化スズ系材料とは酸化スズにドーパントを添加したものであり、酸化亜鉛系材料とは例えば、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ），酸化亜鉛にドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を添加したガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）および酸化亜鉛にドーパントとしてインジウム（Ｉｎ）を添加したインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等である。この他、ＩＧＺＯ，ＣｕＩ，ＩｎＳｂＯ4，ＺｎＭｇＯ，ＣｕＩｎＯ2，ＭｇＩｎ2Ｏ4，ＣｄＯおよびＺｎＳｎＯ3等を用いることも可能である。第１電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの厚み（積層方向の厚み、以下単に厚みという）は、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００２１】
第１電極２１Ｒとナノ粒子層２２Ｒとの間、第１電極２１Ｇとナノ粒子層２２Ｇとの間、および第１電極２１Ｂとナノ粒子層２２Ｂとの間には、それぞれ例えば電子輸送層（図示せず）が設けられている。この電子輸送層は、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂで生じた電子の第１電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂへの供給を促進するためのものであり、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）等により構成されている。酸化チタンと酸化亜鉛とを積層させて電子輸送層を構成するようにしてもよい。電子輸送層の厚みは、例えば０．１ｎｍ〜１０００ｎｍであり、０．５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００２２】
ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、選択的な波長域の光を吸収して光電変換し、他の波長域の光を透過させるものである。即ち、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは光電変換膜である。ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの厚みは例えば０．０５μｍ〜１０μｍである。ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、吸収光の波長域が異なることを除き、同様の構成を有している。
【００２３】
図２は、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの断面構成を表したものである。ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、それぞれ複数の半導体ナノ粒子２２１を含むものであり、この半導体ナノ粒子２２１各々に吸着分子２２２が吸着されている。本実施の形態では、この吸着分子２２２が、所定波長の光を選択的に吸収する。詳細は後述するが、これにより、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、所定波長の光に対する単位体積あたりの光吸収率が高まる。
【００２４】
ナノ粒子層２２Ｒの吸着分子２２２は赤色の光を、ナノ粒子層２２Ｇの吸着分子２２２は緑色の光を、ナノ粒子層２２Ｂの吸着分子２２２は青色の光をそれぞれ選択的に吸収する。ナノ粒子層２２Ｒの吸着分子２２２の光吸収ピークは、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にあり、ナノ粒子層２２Ｇの吸着分子の光吸収ピークは波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にあり、ナノ粒子層２２Ｂの吸着分子の光吸収ピークは波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。ナノ粒子層２２Ｒでは、赤色の光に対する吸着分子２２２の吸光係数が、赤色の光に対する半導体ナノ粒子２２１の吸光係数よりも大きいことが好ましい。ナノ粒子層２２Ｇでは、緑色の光に対する吸着分子２２２の吸光係数が、緑色の光に対する半導体ナノ粒子２２１の吸光係数よりも大きいことが好ましい。ナノ粒子層２２Ｂでは、青色の光に対する吸着分子２２２の吸光係数が、青色の光に対する半導体ナノ粒子２２１の吸光係数よりも大きいことが好ましい。このような吸着分子２２２は、例えば顔料または染料に用いられる有機分子または金属錯体分子である。吸着分子２２２は平面状の分子構造を有しており、吸着分子２２２として、具体的には、化１に示したフタロシアニン系の化合物が挙げられる。
【００２５】
【化１】
2015128096.tif 000003
（化１のＭは例えばＡｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、金属塩化物、金属酸化物あるいは金属水酸化物等である。金属塩化物としては、例えばＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ、ＦｅＣｌ、ＴｉＣｌ2、ＳｎＣｌ2、ＳｉＣｌ2およびＧｅＣｌ2等、金属酸化物としてはＴｉＯおよびＶＯ等、金属水酸化物としてはＳｉ（ＯＨ）2等が挙げられる。化１のＭは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＺｎあるいはＡｌであることが好ましい。フタロシアニン骨格を構成することが可能であれば、化１のＭはいかなる金属または金属化合物であってもよい。化１の、Ｚ１〜Ｚ１６は、各々独立に、水素原子または置換基を表す。置換基としては、例えば、ハロゲン原子（例えば、フッ素、塩素、臭素）、アルキル基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜１８の、直鎖、分岐鎖、または環状のアルキル基で、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、２−エチルヘキシル、ドデシル、ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、１−ノルボルニル、１−アダマンチル）、アルケニル基（好ましくは炭素数２〜４８、より好ましくは炭素数２〜１８のアルケニル基で、例えば、ビニル、アリル、３−ブテン−１−イル）、アリール基（好ましくは炭素数６〜４８、より好ましくは炭素数６〜２４のアリール基で、例えば、フェニル、ナフチル）、ヘテロ環基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜１８のヘテロ環基で、例えば、２−チエニル、４−ピリジル、２−フリル、２−ピリミジニル、１−ピリジル、２−ベンゾチアゾリル、１−イミダゾリル、１−ピラゾリル、ベンゾトリアゾール−１−イル）、シリル基（好ましくは炭素数３〜３８、より好ましくは炭素数３〜１８のシリル基で、例えば、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリブチルシリル、ｔ−ブチルジメチルシリル、ｔ−ヘキシルジメチルシリル）、ヒドロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜２４のアルコキシ基で、例えば、メトキシ、エトキシ、１−ブトキシ、２−ブトキシ、イソプロポキシ、ｔ−ブトキシ、ドデシルオキシ、シクロアルキルオキシ基で、例えば、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ）、アリールオキシ基（好ましくは炭素数６〜４８、より好ましくは炭素数６〜２４のアリールオキシ基で、例えば、フェノキシ、１−ナフトキシ）、ヘテロ環オキシ基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜１８のヘテロ環オキシ基で、例えば、１−フェニルテトラゾール−５−オキシ、２−テトラヒドロピラニルオキシ）、シリルオキシ基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜１８のシリルオキシ基で、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、ジフェニルメチルシリルオキシ）、アシルオキシ基（好ましくは炭素数２〜４８、より好ましくは炭素数２〜２４のアシルオキシ基で、例えば、アセトキシ、ピバロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、ドデカノイルオキシ）、アルコキシカルボニルオキシ基（好ましくは炭素数２〜���８、より好ましくは炭素数２〜２４のアルコキシカルボニルオキシ基で、例えば、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、シクロアルキルオキシカルボニルオキシ（例えば、シクロヘキシルオキシカルボニルオキシ））、アリールオキシカルボニルオキシ基（好ましくは炭素数７〜３２、より好ましくは炭素数７〜２４のアリールオキシカルボニルオキシ基で、例えば、フェノキシカルボニルオキシ）、カルバモイルオキシ基（好ましくは炭素数１〜４８、よりこの好ましくは炭素数１〜２４のカルバモイルオキシ基で、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルカルバモイルオキシ、Ｎ−ブチルカルバモイルオキシ、Ｎ−フェニルカルバモイルオキシ、Ｎ−エチル−Ｎ−フェニルカルバモイルオキシ）、スルファモイルオキシ基（好ましくは炭素数０〜３２、より好ましくは炭素数１〜２４のスルファモイルオキシ基で、例えば、Ｎ，Ｎ−ジエチルスルファモイルオキシ、Ｎ−プロピルスルファモイルオキシ）、アルキルスルホニルオキシ基（好ましくは炭素数１〜３８、より好ましくは炭素数１〜２４のアルキルスルホニルオキシ基で、例えば、メチルスルホニルオキシ、ヘキサデシルスルホニルオキシ、シクロヘキシルスルホニルオキシ）、アリールスルホニルオキシ基（好ましくは炭素数６〜３２、より好ましくは炭素数６〜２４のアリールスルホニルオキシ基で、例えば、フェニルスルホニルオキシ）、アシル基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜２４のアシル基で、例えば、ホルミル、アセチル、ピバロイル、ベンゾイル、テトラデカノイル、シクロヘキサノイル）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素数２〜４８、より好ましくは炭素数２〜２４のアルコキシカルボニル基で、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、オクタデシルオキシカルボニル、シクロヘキシルオキシカルボニル、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルシクロヘキシルオキシカルボニル）、アリールオキシカルボニル基（好ましくは炭素数７〜３２、より好ましくは炭素数７〜２４のアリールオキシカルボニル基で、例えば、フェノキシカルボニル）、カルバモイル基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜２４のカルバモイル基で、例えば、カルバモイル、Ｎ，Ｎ−ジエチルカルバモイル、Ｎ−エチル−Ｎ−オクチルカルバモイル、Ｎ，Ｎ−ジブチルカルバモイル、Ｎ−プロピルカルバモイル、Ｎ−フェニルカルバモイル、Ｎ−メチルＮ−フェニルカルバモイル、Ｎ，Ｎ−ジシクロへキシルカルバモイル）、アミノ基（好ましくは炭素数３２以下、より好ましくは炭素数２４以下のアミノ基で、例えば、アミノ、メチルアミノ、Ｎ，Ｎ−ジブチルアミノ、テトラデシルアミノ、２−エチルへキシルアミノ、シクロヘキシルアミノ）、アニリノ基（好ましくは炭素数６〜３２、より好ましくは炭素数６〜２４のアニリノ基で、例えば、アニリノ、Ｎ−メチルアニリノ）、ヘテロ環アミノ基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜１８のヘテロ環アミノ基で、例えば、４−ピリジルアミノ）、カルボンアミド基（好ましくは炭素数２〜４８、より好ましくは炭素数２〜２４のカルボンアミド基で、例えば、アセトアミド、ベンズアミド、テトラデカンアミド���ピバロイルアミド、シクロヘキサンアミド）、ウレイド基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜２４のウレイド基で、例えば、ウレイド、Ｎ，Ｎ−ジメチルウレイド、Ｎ−フェニルウレイド）、イミド基（好ましくは炭素数３６以下、より好ましくは炭素数２４以下のイミド基で、例えば、Ｎ−スクシンイミド、Ｎ−フタルイミド）、アルコキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数２〜４８、より好ましくは炭素数２〜２４のアルコキシカルボニルアミノ基で、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、オクタデシルオキシカルボニルアミノ、シクロヘキシルオキシカルボニルアミノ）、アリールオキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数７〜３２、より好ましくは炭素数７〜２４のアリールオキシカルボニルアミノ基で、例えば、フェノキシカルボニルアミノ）、スルホンアミド基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜２４のスルホンアミド基で、例えば、メタンスルホンアミド、ブタンスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、ヘキサデカンスルホンアミド、シクロヘキサンスルホンアミド）、スルファモイルアミノ基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜２４のスルファモイルアミノ基で、例えば、Ｎ、Ｎ−ジプロピルスルファモイルアミノ、Ｎ−エチル−Ｎ−ドデシルスルファモイルアミノ）、アゾ基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜２４のアゾ基で、例えば、フェニルアゾ、３−ピラゾリルアゾ）、アルキルチオ基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜２４のアルキルチオ基で、例えば、メチルチオ、エチルチオ、オクチルチオ、シクロヘキシルチオ）、アリールチオ基（好ましくは炭素数６〜４８、より好ましくは炭素数６〜２４のアリールチオ基で、例えば、フェニルチオ）、ヘテロ環チオ基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜１８のヘテロ環チオ基で、例えば、２−ベンゾチアゾリルチオ、２−ピリジルチオ、１−フェニルテトラゾリルチオ）、アルキルスルフィニル基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜２４のアルキルスルフィニル基で、例えば、ドデカンスルフィニル）、アリールスルフィニル基（好ましくは炭素数６〜３２、より好ましくは炭素数６〜２４のアリールスルフィニル基で、例えば、フェニルスルフィニル）、アルキルスルホニル基（好ましくは炭素数１〜４８、より好ましくは炭素数１〜２４のアルキルスルホニル基で、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、プロピルスルホニル、ブチルスルホニル、イソプロピルスルホニル、２−エチルヘキシルスルホニル、ヘキサデシルスルホニル、オクチルスルホニル、シクロヘキシルスルホニル）、アリールスルホニル基（好ましくは炭素数６〜４８、より好ましくは炭素数６〜２４のアリールスルホニル基で、例えば、フェニルスルホニル、１−ナフチルスルホニル）、スルファモイル基（好ましくは炭素数３２以下、より好ましくは炭素数２４以下のスルファモイル基で、例えば、スルファモイル、Ｎ，Ｎ−ジプロピルスルファモイル、Ｎ−エチル−Ｎ−ドデシルスルファモイル、Ｎ−エチル−Ｎ−フェニルスルファ���イル、Ｎ−シクロヘキシルスルファモイル）、スルホ基、ホスホニル基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜２４のホスホニル基で、例えば、フェノキシホスホニル、オクチルオキシホスホニル、フェニルホスホニル）およびホスフィノイルアミノ基（好ましくは炭素数１〜３２、より好ましくは炭素数１〜２４のホスフィノイルアミノ基で、例えば、ジエトキシホスフィノイルアミノ、ジオクチルオキシホスフィノイルアミノ）が挙げられる。）
【００２６】
図３は、フタロシアニン系化合物の分子構造を模式的に表したものである。フタロニアニン系化合物では、４つのフタル酸イミドが平面Ｈ（図３のＸＹ平面）上に配置されている。ここでは、平面Ｈを吸着分子２２２の面といい、平面Ｈに対して垂直方向に占める吸着分子２２２の距離（図３のＺ軸方向）を吸着分子２２２の厚みという。平面Ｈは、吸着分子２２２の分子構造を直方体に模式化した際に最も広い面積を有する面である。分子構造に平面を有する分子であれば、吸着分子２２２として用いることが可能である。
【００２７】
フタロシアニン系化合物のように、π電子共役系が分子全体に広がっている分子では、平面状の分子構造をとりやすい。吸着分子２２２としては、フタロシアニン系化合物に加えて、顔料または染料に用いられる有機分子または金属錯体分子が挙げられる。この顔料としては、例えばピレン系化合物、ペリレン系化合物、ペリノン系化合物、キナクリドン系化合物、キナクリドンキノン系化合物、アントラキノン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、アントアントロン系化合物、ベンズイミダゾロン系化合物、ジスアゾ縮合系化合物、ジスアゾ系化合物、アゾ系化合物、インダントロン系化合物、トリアリールカルボニウム系化合物、ジオキサジン系化合物、アミノアントラキノン系化合物、ジケトピロロピロール系化合物、ルテニウム錯体系化合物、ニッケル錯体系化合物、アセン系化合物、インジゴ類、チオインジゴ類、イソインドリン系化合物、イソインドリノン系化合物、ポルフィリン系化合物、ピラントロン系化合物もしくはイソビオラントロン系化合物等が挙げられる。染料としては、例えばアゾ系化合物（例えば、ソルベントイエロー１６２）、アントラキノン系化合物（例えば、特開２００１−１０８８１号公報参照）、フタロシアニン系化合物（例えば、米国特許２００８／００７６０４４Ａ１参照）、アズレン系化合物、スクアリリウム系化合物、シアニン系化合物、アセン系化合物、チオフェン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ルテニウム錯体系化合物、ニッケル錯体系化合物、キサンテン系化合物（例えば、シー・アイ・アシッド・レッド２８９（C.I.Acid.Red 289））、トリアリールメタン系化合物（例えば、シー・アイ・アシッドブルー７（C.I.Acid  Blue7）、シー・アイ・アシッドブルー８３（C.I.Acid Blue83）、シー・アイ・アシッドブルー９０（C.I.Acid Blue90）、シー・アイ・ソルベント・ブルー３８（C.I.Solvent Blue38）、シー・アイ・アシッド・バイオレット１７（C.I.Acid Violet17）、シー・アイ・アシッド・バイオレット４９（C.I.Acid Violet49）、シー・アイ・アシッド・グリーン３（C.I.Acid Green3）、メチン染料あるいはモノメチン染料（C.I.solvent/yellow93）等が挙げられる。吸着分子２２２には、着色画像の色相に影響を与えないものであれば、上記以外の分子を用いることも可能である。
【００２８】
図４は、吸着分子２２２が半導体ナノ粒子２２１に吸着している様子を模式的に表したものである。吸着分子２２２は吸着部（吸着部Ａ）で半導体ナノ粒子２２１に吸着している。吸着分子２２２は、その面（例えば図３の平面Ｈ）が半導体ナノ粒子２２１の中央部（中央部２２１Ｃ）から吸着部Ａに向かう方向に対して、非平行、好ましくは略垂直方向に配向している。換言すれば、吸着分子２２２の面が、半導体ナノ粒子２２１に対向し、半導体ナノ粒子２２１の接線に沿う方向に吸着分子２２２の面が配向していることが好ましい。吸着分子２２２の厚み方向は、半導体ナノ粒子２２２の直径方向に平行であることが好ましい。詳細は後述するが、これにより、隣り合う半導体ナノ粒子２２１間の距離（後述の図９の粒子間距離Ｄ）が短くなり、半導体ナノ粒子２２１が密に配置されたナノ粒子層２２Ｒが形成される。
【００２９】
吸着分子２２２は、耐熱性を有し、例えば、１００℃〜３００℃の温度下でも熱分解に起因した光吸収特性の変化を生じないことが好ましい。例えば、フタロシアニン系化合物は、耐熱性の化合物である。吸着分子２２２は耐光性も有していることが好ましい。
【００３０】
図５は、吸着分子２２２の構造を模式的に表したものである。吸着分子２２２は、例えば、平面状の分子構造を形成する主部２２２Ｍと、主部２２２Ｍに結合された側鎖２２２Ｓとを有している。この側鎖２２２Ｓにより、例えば、吸着分子２２２が有機溶媒に分散するようになっている。ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、例えば半導体ナノ粒子２２１および吸着分子２２２を溶媒に分散させ、これを塗布することにより形成する。側鎖２２２Ｓが有機溶媒に対して高い溶解性を有することにより、吸着分子２２２が溶媒中に分散されやすくなる。有機溶媒への溶解性が高い側鎖２２２Ｓとしては、例えば炭素数が４以上のアルキル基等が挙げられる。側鎖２２２Ｓは、例えば、化１のＺ１〜Ｚ１６である。有機溶媒と相互作用を示し、吸着分子２２２の有機溶媒への溶解性を高めることが可能な官能基であれば、側鎖２２２Ｓにどのような官能基を用いるようにしてもよい。側鎖２２２Ｓは、例えば、炭化水素基，アミン基，ホスホン基，ホスフィン基，カルボキシル基，ヒドロキシル基あるいはチオール基等を有している。ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを形成する際に水系の溶媒を用いる場合には、側鎖２２２Ｓに水溶性を示すものを用いるようにしてもよい。
【００３１】
側鎖２２２Ｓが、例えば、半導体ナノ粒子２２１の表面と相互作用する官能基または原子を有しており、この官能基または原子により吸着分子２２２が半導体ナノ粒子２２１に吸着されるようにしてもよい。このような官能基としては例えば、アミン基，ホスホン基，ホスフィン基，カルボキシル基，ヒドロキシル基およびチオール基等が挙げられ、このような原子としてはフッ素，塩素，臭素，酸素，硫黄，窒素，リンおよびシリコン等が挙げられる。例えば、ＰｂＳからなる半導体ナノ粒子２２１には、側鎖２２２Ｓに硫黄を含む吸着分子２２２が容易に吸着する。このような官能基または原子を側鎖２２２Ｓに有する吸着分子２２２は、側鎖２２２Ｓに対称性を有することが好ましい。対称に配置された官能基により、吸着分子２２２が半導体ナノ粒子２２１に吸着すると、構造が安定化され、吸着分子２２２が脱離しにくくなる。吸着分子２２２の主部２２２Ｍが半導体ナノ粒子２２１と結合しやすい原子または官能基を有し、主部２２２Ｍが半導体ナノ粒子２２１の表面に結合していてもよい。例えば、化１のＭに、半導体ナノ粒子２２１と結合し易い原子または化合物を用いるようにしてもよい。
【００３２】
側鎖２２２Ｓは、重合可能な官能基（後述の図６の重合基Ｐ）を有することが好ましい。図６は、側鎖２２２Ｓに重合基Ｐを有する吸着分子２２２を模式的に表したものである。重合基Ｐは、光照射または加熱等により重合反応を生じる官能基である。このような重合基Ｐを側鎖２２２Ｓに有する吸着分子２２２を用いて、重合反応を行うと、重合反応部２２Ｐで隣り合う吸着分子２２２の側鎖２２２Ｓ同士が結合し、複数の吸着分子２２２によるネットワークが形成される。このように、複数の吸着分子２２２が互いに結合した吸着分子２２２では、耐熱性が高まる。重合基Ｐとしては、例えばエチレン性不飽和基（例えば、メタクリル基，アクリル基およびスチリル基等）あるいは環状エーテル基（例えば、エポキシ基およびオキセタニル基等）等が挙げられる。耐熱性および耐溶剤性が高いので、エチレン性不飽和基を重合基Ｐに用いることが好ましい。
【００３３】
吸着分子２２２のＬＵＭＯのエネルギー位置は、半導体ナノ粒子２２１を構成する半導体材料の伝導帯のエネルギー位置の近傍、好ましくは０．２ｅＶ（±０．２ｅＶ）以内にあることが好ましい。図７に半導体ナノ粒子２２１を構成する半導体材料の伝導帯および価電子帯と、吸着分子２２２のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯとのエネルギー位置の関係を示す。図８は、種々の半導体材料の伝導帯および価電子帯のエネルギー位置を表したものである。半導体ナノ粒子２２１の伝導帯の近傍に吸着分子２２２のＬＵＭＯが存在することにより、半導体ナノ粒子２２１の光吸収により励起された電子が、半導体ナノ粒子２２１の伝導帯から吸着分子２２２のＬＵＭＯへと移動し易くなる。例えば、フタロシアニンのＬＵＭＯのエネルギー位置は、−３．２ｅＶである。半導体ナノ粒子２２１にＺｎＳｅ（伝導帯のエネルギー位置が−２．８ｅＶ）、吸着分子２２２にフタロシアニンをそれぞれ用いると、半導体ナノ粒子２２１から吸着分子２２２へ容易に電子が移動する。
【００３４】
また、吸着分子２２２のＨＯＭＯのエネルギー位置も、半導体ナノ粒子２２１を構成する半導体材料の価電子帯のエネルギー位置の近傍、好ましくは０．２ｅＶ（±０．２ｅＶ）以内にあることが好ましい（図７）。これにより、半導体ナノ粒子２２１の光吸収により生じた正孔が、半導体ナノ粒子２２１の価電子帯から吸着分子２２２のＨＯＭＯへと移動し易くなる。例えば、フタロシアニンのＨＯＭＯのエネルギー位置は、−４．９ｅＶである。半導体ナノ粒子２２１にＺｎＴｅ（価電子帯のエネルギー位置が−５．０ｅＶ）、吸着分子２２２にフタロシアニンをそれぞれ用いると、半導体ナノ粒子２２１から吸着分子２２２へ容易に正孔が移動する。
【００３５】
半導体ナノ粒子２２１は、例えばＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、ＮｉＯ、ＭｏＯ3、ＣｕＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＳｎＯ2、ＩｎＳｎＯx、Ｎｂ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ3、ＣｒＯ、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＡｇＩｎＳ2、Ｓｉ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｆｅ2Ｏ3、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、Ｉｎ2Ｓ3、Ｂｉ2Ｓ3、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅまたはＺｎＳ等により構成されている。ナノ粒子層２２Ｒの半導体ナノ粒子２２１は、赤色の光を選択的に吸収する半導体材料、ナノ粒子層２２Ｇの半導体ナノ粒子２２１は緑色の光を選択的に吸収する半導体材料、ナノ粒子層２２Ｂの半導体ナノ粒子２２１は青色の光を選択的に吸収する半導体材料によりそれぞれ構成されている。即ち、ナノ粒子層２２Ｒの半導体ナノ粒子２２１の吸収端は、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内、ナノ粒子層２２Ｇの半導体ナノ粒子２２１の吸収端は波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内、ナノ粒子層２２Ｂの半導体ナノ粒子２２１の吸収端は波長４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にある。例えば、ナノ粒子層２２Ｒの半導体ナノ粒子２２１にはＰｂＳｅ，ＣｄＴｅ，ＰｂＳ，Ｓｉ，ＰｂＴｅ，ＣｄＳｅ，ＣｕＩｎＳｅ2，ＣｕＩｎＳ2，ＡｇＩｎＳ2，ＭｎＯ2，Ｖ2Ｏ3，ＣｒＯ，ＧａＡｓ，Ｆｅ2Ｏ3，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，Ｇｅ，Ｂｉ2Ｓ3およびＣｕＯ、ナノ粒子層２２Ｇの半導体ナノ粒子２２１にはＣｄＳ，ＧａＰおよびＺｎＴｅ、ナノ粒子層２２Ｂの半導体ナノ粒子２２１にはＷＯ3，ＺｎＳｅおよびＩｎ2Ｓ3を用いることができる。半導体ナノ粒子２２１の平均一次粒子径は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。ここで一次粒子径とは、半導体ナノ粒子２２１の最小限の粒径であり、例えば粒子同士が凝集あるいは結合している場合には個々の粒子の粒径を表す。
【００３６】
半導体ナノ粒子２２１の半径は１ｎｍ以上であることが好ましい。半導体ナノ粒子２２１の半径は、半導体ナノ粒子２２１の一次粒子径の略１／２であり、半導体ナノ粒子２２１が球形以外の場合には粒子の長径の１／２を指す。半導体ナノ粒子２２１の半径を大きくすると、半導体ナノ粒子２２１の表面積が大きくなり、より多くの吸着分子２２２が半導体ナノ粒子２２１に吸着し易くなる。
【００３７】
図９は、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ内での、隣り合う半導体ナノ粒子２２１間の距離（粒子間距離Ｄ）を示したものである。粒子間距離Ｄは、一方の半導体ナノ粒子２２１の表面から、他方の半導体ナノ粒子２２１の表面までの距離である。ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、上述のように、吸着分子２２２の面が半導体ナノ粒子２２１の中央部から吸着部に向かう方向に対して非平行に配向しており、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは複数の半導体ナノ粒子２２１が密に配置されている。隣り合う半導体ナノ粒子２２１は、例えば２つの吸着分子２２２を介して配置される。このときの粒子間距離Ｄは、例えば、２つの吸着分子２２２の厚みの和となる。粒子間距離Ｄは例えば、１０ｎｍ以下である。半導体ナノ粒子２２１が密に配置されていることにより、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ内での半導体ナノ粒子２２１の分布が均一になり易くなる。これにより光吸収率が向上する。更に、半導体ナノ粒子２２１が密に配置されたナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、高いキャリア移動度を有する。
【００３８】
ナノ粒子層２２Ｒと第２電極２３Ｒとの間、ナノ粒子層２２Ｇと第２電極２３Ｇとの間、およびナノ粒子層２２Ｂと第２電極２３Ｂとの間には、それぞれ例えば正孔輸送層（図示せず）が設けられている。この正孔輸送層は、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂで生じた正孔の第２電極２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂへの供給を促進するためのものであり、例えば酸化モリブデン（ＭｏＯ3），酸化ニッケル（ＮｉＯ）あるいは酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）等により構成されている。ＰＥＤＯＴ（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)）およびＴＰＤ（N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidine）等の有機材料により正孔輸送層を構成するようにしてもよい。正孔輸送層の厚みは、例えば０．５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３９】
第２電極２３Ｒはナノ粒子層２２Ｒで発生した正孔を、第２電極２３Ｇはナノ粒子層２２Ｇで発生した正孔を、第２電極２３Ｂはナノ粒子層２２Ｇで発生した正孔をそれぞれ取りだすためのものである。第２電極２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂから取り出された正孔は各々の伝送経路（図示せず）を介して、例えばシリコン基板１１内のｐ型半導体領域（図示せず）に排出されるようになっている。第２電極２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、例えば、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）等の導電材料により構成されている。第１電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと同様に、透明導電材料により第２電極２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを構成するようにしてもよい。光電変換素子１０では、この第２電極２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂから取り出される正孔は排出されるため、複数の光電変換素子１０を配置した際に（例えば後述の図１９の撮像装置１）第２電極２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを各光電変換素子１０（図１９の画素Ｐ）に共通して設けるようにしてもよい。第２電極２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの厚みは例えば、０．５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００４０】
絶縁層２４は第２電極２３Ｒと第１電極２１Ｇとを絶縁するためのものであり、絶縁層２５は第２電極２３Ｇと第１電極２１Ｂとを絶縁するためのものである。絶縁層２４，２５は、例えば、金属酸化物，金属硫化物あるいは有機物により構成されている。金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2），酸化チタン（ＴｉＯ2），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化タングステン（ＷＯ3），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ3），酸化スズ（ＳｎＯ2）および酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）等が挙げられる。金属硫化物としては、硫化亜鉛（ＺｎＳ）および硫化マグネシウム（ＭｇＳ）等が挙げられる。絶縁層２４，２５の構成材料のバンドギャップは３．０ｅＶ以上であることが好ましい。絶縁層２４，２５の厚みは、例えば２ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００４１】
第２電極２３Ｂを覆う保護層３１は、赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂへの水分等の浸入を防ぐためのものである。保護層３１は光透過性を有する材料により構成されている。このような保護層３１には、例えば窒化シリコン，酸化シリコンおよび酸窒化シリコン等の単層膜あるいはこれらの積層膜が用いられる。
【００４２】
平坦化層３２を間にして保護層３１上にはオンチップレンズ３３が設けられている。平坦化層３２には、アクリル系樹脂材料，スチレン系樹脂材料またはエポキシ系樹脂材料等を用いることができる。平坦化層３２は、必要に応じて設けるようにすればよく、保護層３１が平坦化層３２を兼ねるようにしてもよい。オンチップレンズ３３は、その上方から入射した光を赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂそれぞれの受光面に集光させるものである。
【００４３】
[光電変換素子１０の製造方法]
このような光電変換素子１０は、例えば以下のようにして製造することができる。
【００４４】
まず、シリコン基板１１にイオン注入により赤色蓄電層１１０Ｒ，緑色蓄電層１１０Ｇおよび青色蓄電層１１０Ｂを形成する。このとき、シリコン基板１１には画素トランジスタも形成しておく。次いで、シリコン基板１１上に、赤色蓄電層１１０Ｒ，緑色蓄電層１１０Ｇ，青色蓄電層１１０Ｂと第１電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとを電気的に接続するための電極を形成した後、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により酸化シリコン膜を成膜して絶縁層１２を形成する。絶縁層１２には電極に達するプラグを形成しておく。
【００４５】
続いて、絶縁層１２上に赤色光電変換部２０Ｒ、絶縁層２４、緑色光電変換部２０Ｇ、絶縁層２５および青色光電変換部２０Ｂをこの順に形成する。具体的には、まず、第１電極２１Ｒを形成する。第１電極２１Ｒは、例えばスパッタ法によりＩＴＯ膜を成膜した後、これをフォトリソグラフィ技術によりパターニングしてドライエッチングまたはウェットエッチングを行うことにより形成する。次いで、第１電極２１Ｒ上に例えば酸化チタンからなる電子輸送層を設けた後、ナノ粒子層２２Ｒを形成する。ナノ粒子層２２Ｒは、例えば、半導体ナノ粒子２２１および吸着分子２２２を含むインクを電子輸送層上に湿式成膜法により塗布した後、熱処理を行うことにより形成する。湿式成膜法としては、例えば、スピンコート法，スプレーコート法およびディップコート法等があげられる。熱処理は、大気中，窒素（Ｎ2）雰囲気下またはアルゴン（Ａｒ）雰囲気下で例えば１００℃で３０分行う。インクは、溶媒中で半導体ナノ粒子２２１の構成材料および吸着分子２２２を例えば室温〜１００℃の温度下、３０分〜数日撹拌することにより形成する。このインクが本技術の分散体の一具体例に対応する。インクの溶媒には、比較的誘電率が小さい、即ち極性の小さいものを用いることが好ましい。例えば、ベンゼン環と極性基とを有する物質、具体的にはトルエン等を溶媒に用いることが好ましい。インクを電子輸送層上に塗布した後、吸着分子２２２の側鎖（図６の側鎖２２２Ｓ）を互いに重合させるための光照射、あるいは加熱を行い、重合反応を開始させるようにしてもよい。ナノ粒子層２２Ｒを設けた後、例えば酸化モリブデンまたは酸化ニッケルを成膜して正孔輸送層を形成する。続いて、この正孔輸送層上に、真空蒸着法により導電膜を成膜して第２電極２３Ｒを形成する。これにより赤色光電変換部２０Ｒが形成される。赤色光電変換部２０Ｒを設けた後、絶縁層２４を間にして、赤色光電変換部２０Ｒと同様にして、緑色光電変換部２０Ｇを形成する。青色光電変換部２０Ｂは、緑色光電変換部２０Ｇを設けた後、絶縁層２５を間にして、赤色光電変換部２０Ｒと同様に形成する。
【００４６】
青色光電変換部２０Ｂを設けた後、青色光電変換部２０Ｂの第２電極２３Ｂ上上に保護層３１を形成する。保護層３１は例えばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンまたは酸化シリコンを成膜した後、フォトリソグラフィ技術によるパターニング、ドライエッチングを行い、最後にアッシングおよび有機洗浄などの後処理により堆積物および残さ物を除去して形成する。
【００４７】
保護層３１を形成した後、保護層３１上に平坦化層３２およびオンチップレンズ３３をこの順に形成する。以上の工程により図１に示した光電変換素子１０が完成する。
【００４８】
[光電変換素子１０の動作]
このような光電変換素子１０では、例えば撮像装置の画素として、次のようにして信号電荷（電子）が取得される。光Ｌはオンチップレンズ３３に入射した後（図１０）、青色光電変換部２０Ｂ、緑色光電変換部２０Ｇおよび赤色光電変換部２０Ｒの順に通過し、その通過過程において青、緑、赤の色光毎に光電変換される。詳細には、図１１に示したように、光電変換素子１０へ入射した光Ｌのうち、まず、青色光ＬBが青色光電変換部２０Ｂで選択的に検出（吸収）され、光電変換される。青色光電変換部２０Ｂで発生した電子・ホール対のうちの電子ＥBが第１電極２１Ｂから取り出され、青色蓄電層１１０Ｂへ蓄積される。蓄積された電子ＥBは、読み出し動作の際に画素トランジスタのフローティングディフュージョンへ転送される。一方、ホールは第２電極２３Ｂから排出される。同様に、青色光電変換部２０Ｂを透過した光のうち、緑色光ＬGは緑色光電変換部２０Ｇで選択的に検出され、光電変換される。緑色光電変換部２０Ｇで発生した電子・ホール対のうちの電子ＥGが第１電極２１から取り出され、青色蓄電層１１０Ｂへ蓄積される。青色光電変換部２０Ｂおよび緑色光電変換部２０Ｇを透過した光のうち、赤色光ＬRは赤色光電変換部２０Ｒで選択的に検出され、光電変換される。赤色光電変換部２０Ｒで発生した電子・ホール対のうちの電子ＥRが第１電極２１Ｒから取り出され、赤色蓄電層１１０Ｒへ蓄積される。
【００４９】
[光電変換素子１０の作用・効果]
光電変換素子１０では、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの半導体ナノ粒子２２１に所定波長の光を選択的に吸収する吸着分子２２２が吸着されている。これにより、赤色光に対する赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光に対する緑色光電変換部２０Ｇ、青色光に対する青色光電変換部２０Ｂそれぞれの単位体積あたりの光吸収率を向上させることができる。以下、これについて説明する。
【００５０】
半導体ナノ粒子は染料および顔料等の有機材料等に比べて、可視光に対する吸光係数が低い。半導体ナノ粒子を最密充填で配置した場合、その体積はバルクでの体積の約７割であり、バルクでの体積の約３割に相当する体積が空洞となる。このため、半導体ナノ粒子で形成した光電変換部では、単位体積あたりの光吸収率を高めることができず、ナノ粒子層の厚みを薄くすることが困難である。
【００５１】
これに対し、光電変換素子１０では、半導体ナノ粒子２２１に加えて、所定波長の光を選択的に吸収する吸着分子２２２を用いてナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを構成している。吸着分子２２２は、半導体ナノ粒子２２１に比べて占有体積が小さく、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの体積に比べて吸着分子２２２の体積は十分に小さい。これにより、半導体ナノ粒子単体でナノ粒子層を構成する場合に比べて、単位体積あたりの光吸収率が高まる。
【００５２】
また、吸着分子２２２は、半導体ナノ粒子２２１の中央部２２１Ｃから吸着部Ａに向かう方向に対して非平行、好ましくは略垂直方向に配向している（図４）。このようなナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、吸着分子２２２が半導体ナノ粒子２２１の中央部２２１Ｃから吸着部Ａに向かう方向に対して平行方向に配向するナノ粒子層に比べて、隣り合う半導体ナノ粒子２２１間の距離（例えば、図９の粒子間距離Ｄ）が近くなる。従って、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、半導体ナノ粒子２２１が密に配置され、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ内での半導体ナノ粒子２２１の分布が均一になり易くなる。このように、半導体ナノ粒子２２１が均一に分布したナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、より光吸収率が向上する。
【００５３】
更に、平面状の分子構造を有する吸着分子２２２を上記のように配向させることにより、アルキル鎖等を有する長い分子を吸着分子に用いた場合（後述の図１２）と比較しても、光吸収率を向上させることが可能となる。以下、これについて説明する。
【００５４】
図１２は、比較例として、アルキル鎖１２２Ｂが吸着した半導体ナノ粒子１２２Ａの断面構成を表したものである。アルキル鎖１２２Ｂは、可視光をほぼ吸収しない分子である。このようなアルキル鎖１２２Ｂには、炭素数の多いものが用いられる。炭素数の多いアルキル鎖１２２Ｂは、有機溶媒に分散されやすく、ナノ粒子層を形成するためのインクを容易に調製できるためである。しかしながら、このような炭素数の多いアルキル鎖１２２Ｂを用いると、隣り合う半導体ナノ粒子間の距離（粒子間距離１００Ｄ）が長くなる。また、インクを塗布した後に、アルキル鎖１２２Ｂの置換処理を行うと、アルキル鎖１２２Ｂが半導体ナノ粒子１２２Ａから脱離する。このアルキル鎖１２２Ｂの置換処理は、形成した膜中の粒子間距離１００Ｄを小さくし、膜の移動度を向上させることを目的に行うものであり、アルキル鎖１２２Ｂから、より分子長の短い分子へと置換が行われる。これにより、半導体ナノ粒子が凝集し、ナノ粒子層に隙間やクラックが生じることになる。このように、半導体ナノ粒子の分布が不均一なナノ粒子層では、十分な光吸収率を得ることが困難となる。
【００５５】
更に、十分な光吸収率を得るために、ナノ粒子層の膜厚を、例えば、５００ｎｍ程度に形成する場合、一度の上記置換処理で全ての半導体ナノ粒子１２２Ａについてアルキル鎖１２２Ｂの置換を行うことは困難である。したがって、例えば、５０ｎｍずつ成膜と置換処理を繰り返し行って所望の膜厚のナノ粒子層を形成するため、行程数が増加してしまう。
【００５６】
これに対して、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、平面状の分子構造を有する分子からなる吸着分子２２２を用いることにより、半導体ナノ粒子２２１が密に配置される。従って、インク塗布後の吸着分子２２２の置換処理も不要である。よって、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ内での隙間の発生を防ぎ、光吸収率を向上させることができる。また、行程数が増加することもない。
【００５７】
更に、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、半導体ナノ粒子２２１の電子（信号電荷）の移動度よりも吸着分子２２２の電子の移動度の方が低い。このため、半導体ナノ粒子２２１を密に配置することにより、電子が吸着分子２２２中を移動する距離が短くなり、電子の移動度が向上する。これにより、導電性も高めることができる。
【００５８】
また、吸着分子２２２が耐熱性を有することにより、吸着分子２２２が半導体ナノ粒子２２１から脱離しにくくなる。吸着分子２２２が脱離すると、半導体ナノ粒子２２１の凝集が生じる虞がある。耐熱性の高い吸着分子２２２を用いることで、このような半導体ナノ粒子２２１の凝集に起因する隙間の発生を防ぎ、光吸収率を向上させることが可能となる。加えて、半導体ナノ粒子２２１から吸着分子２２２が脱離すると、この吸着分子２２２が電子の移動を妨げる虞がある。耐熱性の高い吸着分子２２２は、このような移動度の低下を防ぐこともできる。
【００５９】
更に、吸着分子２２２の側鎖２２２Ｓが重合基Ｐ（図６）を有することにより、吸着分子２２２の耐熱性が向上する。よって、上記で説明したのと同様に、光吸収率を向上させることができる。また、移動度の低下を防ぐこともできる。
【００６０】
また、吸着分子２２２では、そのＬＵＭＯのエネルギー位置が半導体ナノ粒子２２１を構成する半導体材料の伝導帯のエネルギー位置の０．２ｅＶ以内にあることが好ましい。吸着分子２２２のＬＵＭＯのエネルギー位置と、半導体ナノ粒子２２１を構成する半導体材料の伝導帯のエネルギー位置とが離れていると、半導体ナノ粒子２２１で励起された電子が、吸着分子２２２の軌道に移動しにくくなる。この場合、半導体ナノ粒子２２１で励起された電子は、バンドギャップに相当するエネルギーを有する光を発して失活する。半導体ナノ粒子２２１の伝導帯に近い位置に、ＬＵＭＯを有する吸着分子２２２に用いることにより、このようなエネルギーの損失を防ぎ、光電変換効率を向上させることが可能となる。同様の理由により、吸着分子２２２のＨＯＭＯのエネルギー位置が半導体ナノ粒子２２１を構成する半導体材料の価電子帯のエネルギー位置の０．２ｅＶ以内にあることが好ましい。
【００６１】
また、半径が１ｎｍ以上の半導体ナノ粒子２２１を用いることが好ましい。図１３Ａ，図１３Ｂおよび図１３Ｃは互いに半径の異なる半導体ナノ粒子２２１の断面構成を表したものである。図１３Ｂに示した半導体ナノ粒子２２１の半径（半径Ｒ２）は、図１３Ａに示した半導体ナノ粒子２２１の半径（半径Ｒ１）よりも大きく、図１３Ｃに示した半導体ナノ粒子２２１の半径（半径Ｒ３）は、図１３Ａに示した半導体ナノ粒子２２１の半径Ｒ１よりも小さい。このように、半導体ナノ粒子２２１の半径が大きくなるに連れて、半導体ナノ粒子２２１の表面積が大きくなり、吸着分子２２２が吸着可能な面積が増加する。
【００６２】
図１４は、半導体ナノ粒子２２１の半径と、半導体ナノ粒子２２１に吸着可能な吸着分子２２２の数との関係を表したものである。図１４から明らかであるように、半導体ナノ粒子２２１の半径が大きくなると、半導体ナノ粒子２２１に吸着可能な吸着分子２２１の数が増加する。吸着分子２２２としてその面の面積が１ｎｍ2の分子、例えばフタロシアニンを用いた場合には、半導体ナノ粒子２２１の半径が１ｎｍ以上のとき、１０個以上の吸着分子２２２が吸着可能となる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態では、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが、半導体ナノ粒子２２１と共に、所定波長の光を選択的に吸収する吸着分子２２２を含んでいるので、ナノ粒子層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの光吸収率を向上させることができる。よって、赤色光電変換部２０Ｒ，緑色光電変換部２０Ｇ，青色光電変換部２０Ｂの光電変換効率を向上させることが可能となる。
【００６４】
また、縦方向に青色光電変換部２０Ｂ，緑色光電変換部２０Ｇおよび赤色光電変換部２０Ｒを積み重ねることにより、カラーフィルタを設けることなく、赤，緑，青の色光を分離して検出し、各色の信号電荷を得ることができる。従って、カラーフィルタの色光吸収に起因する光損失（感度低下）や、画素補間処理に伴う偽色の発生を抑制することが可能となる。
【００６５】
以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
【００６６】
＜変形例１＞
図１５は変形例１に係る光電変換素子（光電変換素子１０Ａ）の断面構成を表したものである。この光電変換素子１０Ａは、青色光電変換部２０Ｂと保護層３１との間に紫外光電変換部２０Ｕ、赤色光電変換部２０Ｒと絶縁層１２との間に赤外光電変換部２０Ｉを有している。この点を除き、光電変換素子１０Ａは光電変換素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００６７】
紫外光電変換部２０Ｕは、紫外光（例えば、波長５００ｎｍ以下）を吸収して光電変換を行うものであり、青色光電変換部２０Ｂに近い位置から第１電極２１Ｕ、ナノ粒子層２２Ｕおよび第２電極２３Ｕを有している。赤外光電変換部２０Ｉは、赤外光（例えば、波長７００ｎｍ〜２０００ｎｍ）を吸収して光電変換を行うものであり、絶縁層１２に近い位置から第１電極２１Ｉ、ナノ粒子層２２Ｉおよび第２電極２３Ｉをこの順に有している。
【００６８】
紫外光電変換部２０Ｕのナノ粒子層２２Ｕは、複数の半導体ナノ粒子２２１を含むものであり、この半導体ナノ粒子２２１には紫外光を選択的に吸収する分子（吸着分子）が吸着している。ナノ粒子層２２Ｕの半導体ナノ粒子２２１は、紫外光を選択的に吸収する。ナノ粒子層２２Ｕでは、吸着分子２２２の光吸収ピークが波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内にあり、半導体ナノ粒子２２１の吸収端が波長５００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。紫外光電変換部２０Ｕでは、紫外光に対する吸着分子２２２の吸光係数が、紫外光に対する半導体ナノ粒子２２１の吸光係数よりも大きいことが好ましい。吸収する光の波長が異なることを除き、紫外光電変換部２０Ｕは赤色光電変換部２０Ｒ，緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂと同様の構成を有している。
【００６９】
赤外光電変換部２０Ｉのナノ粒子層２２Ｉは、複数の半導体ナノ粒子２２１を含むものであり、この半導体ナノ粒子２２１には赤外光を選択的に吸収する分子（吸着分子）が吸着している。ナノ粒子層２２Ｉの半導体ナノ粒子２２１は、赤外光を選択的に吸収する。ナノ粒子層２２Ｉでは、吸着分子２２２の光吸収ピークおよび半導体ナノ粒子２２１の吸収端が波長７００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。赤外光電変換部２０Ｉでは、赤外光に対する吸着分子２２２の吸光係数が、赤外光に対する半導体ナノ粒子２２１の吸光係数よりも大きいことが好ましい。吸収する光の波長が異なることを除き、赤外光電変換部２０Ｉは赤色光電変換部２０Ｒ，緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂと同様の構成を有している。
【００７０】
この光電変換素子１０Ａでは、オンチップレンズに入射した光のうち、まず、紫外光が紫外光電変換部２０Ｕで選択的に吸収され、光電変換される。紫外光電変換部２０Ｕを通過した光が、青色光電変換部２０Ｂ、緑色光電変換部２０Ｇおよび赤色光電変換部２０Ｒの順に通過し、その通過過程において青、緑、赤の色光毎に光電変換される。紫外光電変換部２０Ｕ、青色光電変換部２０Ｂ、緑色光電変換部２０Ｇおよび赤色光電変換部２０Ｒを通過した光のうち、赤外光が赤外光電変換部２０Ｉで吸収され、光電変換される。このように紫外光電変換部２０Ｕおよび赤外光電変換部２０Ｉを設けることにより、可視光領域以外の波長の光量を検出することが可能となる。紫外光電変換部２０Ｕおよび赤外光電変換部２０Ｉの、どちらか一方を設けるようにしてもよい。
【００７１】
＜変形例２＞
より後に光が通過する光電変換部のナノ粒子層には、より前に光が通過する光電変換部で選択的に吸収される光の波長と同じ波長の光を吸収する吸着分子が含まれていてもよい。以下、具体例を示す。青色光電変換部２０Ｂのナノ粒子層２２Ｂには、青色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、紫外光を選択的に吸収する吸着分子２２２とが含まれていてもよい。緑色光電変換部２０Ｇのナノ粒子層２２Ｇには、緑色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、青色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、紫外光を選択的に吸収する吸着分子２２２とが含まれていてもよい。赤色光電変換部２０Ｒのナノ粒子層２２Ｒには、赤色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、緑色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、青色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、紫外光を選択的に吸収する吸着分子２２２とが含まれていてもよい。赤外光電変換部２０Ｉのナノ粒子層２２Ｉには、赤外光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、赤色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、緑色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、青色の光を選択的に吸収する吸着分子２２２と、紫外光を選択的に吸収する吸着分子２２２とが含まれていてもよい。
【００７２】
＜変形例３＞
図１６は変形例３に係る光電変換素子（光電変換素子１０Ｃ）の断面構成を表したものである。この光電変換素子１０Ｃの赤色光電変換部（赤色光電変換部４０Ｒ）は、第１電極４１Ｒと第２電極４３Ｒとの間に、結晶シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン層４２Ｒを有するものである。シリコン層４２Ｒは、赤色の光を選択的に吸収する。この点を除き、光電変換素子１０Ａは光電変換素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００７３】
＜変形例４＞
図１７は変形例４に係る光電変換素子（光電変換素子１０Ｄ）の断面構成を表したものである。この光電変換素子１０Ｄの緑色光電変換部（緑色光電変換部５０Ｇ）は、第１電極５１Ｇと第２電極５３Ｇとの間に有機層５２Ｇを有するものである。この点を除き、光電変換素子１０Ａは光電変換素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００７４】
有機層５２Ｇは、緑色光を選択的に吸収する有機半導体材料により構成されている。有機層５２Ｇにはｎ型半導体材料およびｐ型半導体材料が共に含まれていることが好ましい。
【００７５】
ｎ型半導体材料およびｐ型半導体材料には、例えばキナクリドン誘導体，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，ペリレン誘導体およびフルオランテン誘導体のいずれかを用いることが好ましい。ｎ型半導体１６Ｎおよびｐ型半導体１６Ｐとしてフェニレンビニレン，フルオレン，カルバゾール，インドール，ピレン，ピロール，ピコリン，チオフェン，アセチレン，ジアセチレン等の重合体またはその誘導体等を用いることも可能である。金属錯体色素，シアニン系色素，スクアリリウム系色素，メロシアニン系色素，フェニルキサンテン系色素，トリフェニルメタン系色素，ロダシアニン系色素，キサンテン系色素，大環状アザアヌレン系色素，アズレン系色素，ナフトキノンまたはアントラキノン系色素を用いてもよい。金属錯体色素としては、ジチオール金属錯体系色素，金属フタロシアニン色素，金属ポルフィリン色素およびルテニウム錯体色素を用いることが好ましく、中でもルテニウム錯体色素が特に好ましい。ｎ型半導体材料およびｐ型半導体材料を、アントラセンまたはピレン等の縮合多環芳香族、あるいは芳香環または複素環化合物が縮合した鎖状化合物により構成することも可能である。スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基を結合鎖としてキノリン，ベンゾチアゾールまたはベンゾオキサゾール等の含窒素複素環を二以上結合させた化合物、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を用いるようにしてもよい。
【００７６】
光電変換素子１０Ｄの赤色光電変換部には、シリコン層４２Ｒを有する赤色光電変換部４０Ｒ（図１６）を用いるようにしてもよく、ナノ粒子層２２Ｒを有する赤色光電変換部２０Ｒ（図１）を用いるようにしてもよい。
【００７７】
＜変形例５＞
図１８は変形例５に係る光電変換素子（光電変換素子１０Ｅ）の断面構成を表したものである。この光電変換素子１０Ｅはガラス基板６１上に光電変換部７０を有するものであり、ガラス基板６１を介して光電変換部７０に光Ｌが入射するようになっている。この点を除き、光電変換素子１０Ｅは光電変換素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００７８】
光電変換部７０は、可視光を選択的に吸収して光電変換を行うものであり、ガラス基板６１に近い位置から、第１電極７１、ナノ粒子層７２および第２電極７３を有している。第１電極７１には、例えば光透過率の高い導電材料を用い、第２電極７３には光反射性の導電材料を用いる。光Ｌをカラーフィルタ（図示せず）により分光した後、光電変換部７０に入射させるようにしてもよい。
【００７９】
この光電変換素子１０Ｅでは、ガラス基板６１から光Ｌが入射する。その入射した光Ｌは、ガラス基板６１および第１電極７１を通過し、ナノ粒子層７２に到達する。ナノ粒子層７２では所定波長の光が吸収され、その光が光電変換される。ナノ粒子層７２において吸収されずに透過した光は、第２電極７３において反射され、ナノ粒子層７２へ向かう。ナノ粒子層７２において再び吸収されなかった光は、例えば、第１電極７１およびガラス基板６１を経て外部へ放出される。
【００８０】
＜適用例＞
図１９は上記実施の形態および変形例で説明し光電変換素子（光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）を各画素に用いた固体撮像装置（撮像装置１）の全体構成を表している。この撮像装置１はＣＭＯＳイメージセンサであり、半導体基板１１上の中央部に撮像エリアとしての画素部１ａを有している。画素部１ａの周辺領域には、例えば行走査部１３１、システム制御部１３２、水平選択部１３３および列走査部１３４を含む周辺回路部１３０が設けられている。
【００８１】
画素部１ａは、例えば行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐ（光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂに相当）を有している。この単位画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（具体的には行選択線およびリセット制御線）が、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものであり、その一端は行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
【００８２】
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１ａの各画素Ｐを例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通じて水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、例えば垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等により構成されている。
【００８３】
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通じて伝送される各画素Ｐの信号が順番に水平信号線１３５に出力され、当該水平信号線１３５を通じて半導体基板１１の外部へ伝送される。
【００８４】
行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４および水平信号線１３５からなる回路部分は、半導体基板１１上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。ケーブル等により接続された他の基板にこの回路部分を設けることも可能である。
【００８５】
システム制御部１３２は、半導体基板１１の外部から与えられるクロックや動作モードを指令するデータなどを受け取ると共に、撮像装置１の内部情報を出力するものである。システム制御部１３２は、これに加え、例えば各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの周辺回路の駆動制御を行う。
【００８６】
このような撮像装置１は、撮像機能を有するあらゆるタイプの電子機器に搭載でき、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話などに適用できる。図２０には、その一例として、カメラ（電子機器２）の概略構成を示す。電子機器２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、撮像装置１、光学系（光学レンズ）３１０、シャッタ装置３１１、信号処理部３１２および駆動部３１３を有している。
【００８７】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像装置１の画素部１ａへと導くものである。光学系３１０は複数の光学レンズを含んでいてもよい。シャッタ装置３１１は撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御し、駆動部３１３は、このシャッタ装置３１１のシャッタ動作および撮像装置１の転送動作を制御する。信号処理部３１２は、撮像装置１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、例えばメモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいはモニタ等に出力されるようになっている。
【実施例】
【００８８】
次に、本技術の実施例について詳細に説明する。
【００８９】
（実験例）
以下の手順により、光電変換部を作製した。
【００９０】
まず、インジウムドープ酸化スズからなる第１電極を形成した後、第１電極上に酸化チタンからなる電子輸送層を形成した。この後、ナノ粒子層を形成した。ナノ粒子層は、以下のようにして形成した。まず、半導体ナノ粒子としてＺｎＳｅ０．１ｇを秤量し、これに溶媒としてトルエン５０ｍＬを加えた。この半導体ナノ粒子を含む溶媒中に、吸着分子としてフタロシアニン０．０１ｇおよび半導体ナノ粒子分散補助剤のオクタデシルアミン０．０１ｇを加え、撹拌子を用いて５００ｒｐｍで１２時間撹拌した。フタロシアニンには、置換基（化１のＺ１〜Ｚ１５の少なくともいずれか１つ）として、少なくとも１つの硫黄原子（Ｓ）を含むアルキル基（Ｃ＝１０）を有するものを用いた。撹拌温度は、室温とした。この半導体ナノ粒子および吸着分子を含む分散液を第１電極上に塗布した後、熱処理を行うことによりナノ粒子層を形成した。熱処理は、窒素（Ｎ2）雰囲気下、１００℃で３０分行った。ナノ粒子層を設けた後、酸化モリブデンからなる正孔輸送層、インジウムドープ酸化スズからなる第２電極をこの順に形成した。
【００９１】
上記のようにして作製した光電変換部（実験例）に疑似太陽光（ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2）を照射してエネルギー変換効率を測定した。また、疑似太陽光光源をモノクロマティックに絞った光を用いて光子−電子変換効率（外部量子効率）を測定した。
【００９２】
（参考例）
吸着分子としてフタロシアニンを加えないことを除き、上記と同様にして光電変換部を作製した（参考例）。この光電変換部のエネルギー変換効率および光子−電子変換効率の測定も上記と同様にして行った。
【００９３】
実験例の光電変換部と参考例の光電変換部とを比較すると、実験例の光電変換部では、エネルギー変換効率、光子−電子変換効率共に、参考例に比べて向上した。このように、ナノ粒子層の光吸収率を高めることにより、エネルギー変換効率および光子−電子変換効率が向上することを確認している。
【００９４】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記変形例３（図１７）では緑色光電変換部５０Ｇが有機層５２Ｇを含む場合について説明したが、青色光電変換部が有機層を含むようにしてもよい。また、青色光電変換部がナノ粒子層を含み、緑色光電変換部および赤色光電変換部が各々有機層を含むようにしてもよい。
【００９５】
更に、上記実施の形態等では、赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂが積層された光電変換素子について説明したが、２つの光電変換部により光電変換素子を構成するようにしてもよく、あるいは単層の光電変換部により光電変換素子を構成するようにしてもよい。赤色光電変換部２０Ｒ、緑色光電変換部２０Ｇおよび青色光電変換部２０Ｂの積層順を変えるようにしてもよい。
【００９６】
加えて、上記実施の形態等で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また、他の構成要素を備えていてもよい。
【００９７】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【００９８】
なお、本技術は以下の様な構成をとることも可能である。
（１）複数の半導体ナノ粒子と、所定波長の光を選択的に吸収するとともに、各々の前記半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを備え、前記吸着分子は、前記半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、前記吸着分子の面が非平行に配向している分散体。
（２）前記吸着分子は平面状の分子構造を有する前記（１）に記載の分散体。
（３）前記吸着分子のＬＵＭＯは、前記半導体ナノ粒子の伝導帯のエネルギー位置から０．２ｅＶ以内の範囲にある前記（１）または（２）に記載の分散体。
（４）前記吸着分子のＨＯＭＯは、前記半導体ナノ粒子の価電子帯のエネルギー位置から０．２ｅＶ以内の範囲にある前記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（５）前記半導体ナノ粒子はＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、ＮｉＯ、ＭｏＯ3、ＣｕＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＳｎＯ2、ＩｎＳｎＯx、Ｎｂ2Ｏ3、ＣｉＯ2、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ3、ＣｒＯ、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＡｇＩｎＳ2、Ｓｉ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｆｅ2Ｏ3、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、Ｉｎ2Ｓ3、Ｂｉ2Ｓ3、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅまたはＺｎＳのいずれかにより構成されている前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（６）前記半導体ナノ粒子の半径は、１ｎｍ以上である前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（７）前記吸着分子は顔料または染料に用いられる有機分子または金属錯体分子である前記（１）乃至（６）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（８）前記吸着分子は重合可能な官能基を有する前記（１）乃至（７）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（９）前記吸着分子はエチレン性不飽和基または環状エーテル基を有する前記（１）乃至（７）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１０）前記吸着分子は炭素数が４以上のアルキル基を有する前記（１）乃至（７）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１１）前記吸着分子は、ピレン系化合物、ペリレン系化合物、ペリノン系化合物、キナクリドン系化合物、キナクリドンキノン系化合物、アントラキノン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、アントアントロン系化合物、ベンズイミダゾロン系化合物、ジスアゾ縮合系化合物、ジスアゾ系化合物、アゾ系化合物、インダントロン系化合物、トリアリールカルボニウム系化合物、ジオキサジン系化合物、アミノアントラキノン系化合物、ジケトピロロピロール系化合物、インジゴ類、チオインジゴ類、イソインドリン系化合物、イソインドリノン系化合物、ポルフィリン系化合物、ピラントロン系化合物、イソビオラントロン系化合物、キサンテン系化合物、トリアリールメタン系化合物、アズレン系化合物、スクアリリウム系化合物、シアニン系化合物、アセン系化合物、チオフェン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ルテニウム錯体系化合物、ニッケル錯体系化合物、シー・アイ・アシッドブルー８３、シー・アイ・アシッドブルー９０、シー・アイ・ソルベント・ブルー３８、シー・アイ・アシッド・バイオレット１７、シー・アイ・アシッド・バイオレット４９、シー・アイ・アシッド・グリーン３、メチン染料あるいはモノメチン染料である前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１２）前記半導体ナノ粒子の光吸収端が５００ｎｍ以下であり、前記吸着分子の光吸収ピークが、３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内にある前記（１）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１３）前記半導体ナノ粒子の光吸収端が４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にあり、前記吸着分子の光吸収ピークが４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にある前記（１）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１４）前記半導体ナノ粒子の光吸収端が５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にあり、前記吸着分子の光吸収ピークが５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にある前記（１）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１５）前記半導体ナノ粒子の光吸収端が６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にあり、前記吸着分子の光吸収ピークが６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にある前記（１）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１６）前記半導体ナノ粒子の光吸収端および前記吸着分子の光吸収ピークが、７００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内にある前記（１）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載の分散体。
（１７）ナノ粒子層を含む光電変換部を備え、前記ナノ粒子層は、複数の半導体ナノ粒子と、所定波長の光を選択的に吸収し、各々の前記半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを有し、前記吸着分子は、前記半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、前記吸着分子の面が非平行に配向している光電変換素子。
（１８）隣り合う前記半導体ナノ粒子間の距離は、１０ｎｍ以下である前記（１７）に記載の光電変換素子。
（１９）ナノ粒子層を含む光電変換素子を有し、前記ナノ粒子層は、複数の半導体ナノ粒子と、所定波長の光を選択的に吸収し、各々の前記半導体ナノ粒子に吸着された吸着分子とを備え、前記吸着分子は、前記半導体ナノ粒子の中心部から吸着部に向かう方向に対して、前記吸着分子の面が非平行に配向している撮像装置。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本開示の光電変換素子は、上記の撮像装置への適用に限定されるものではない。例えば、特定の波長域の光を吸収する性質を利用して、その特定波長域の光の有無を検出する光センサなどにも適用可能性を有する。
【符号の説明】
【０１００】
１…撮像装置、１０，１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…光電変換素子、１１…シリコン基板、１２，２４，２５…絶縁層，２０Ｒ，４０Ｒ…赤色光電変換部、２０Ｇ，５０Ｇ…緑色光電変換部、２０Ｂ…青色光電変換部、２０Ｕ…紫外光電変換部、２０Ｉ…赤外光電変換部、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ，２１Ｕ，２１Ｉ，４１Ｒ，５１Ｇ，７１…第１電極、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ，２２Ｕ，２２Ｉ，７２…ナノ粒子層、２２ＲＡ…半導体ナノ粒子、２２ＲＢ…吸着分子、２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ，２３Ｕ，２３Ｉ，４３Ｒ，５３Ｇ，７３…第２電極、３１…保護層、３２…平坦化層、３３…オンチップレンズ、７０…光電変換部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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