(57)【要約】  量子ドットを適正化した赤外線センサを提供することを目的とする。本発明は、赤外線を吸収する光吸収層（５）を具備した赤外線センサ（１）であって、前記光吸収層は、複数の球状の量子ドット（２０）を含む、ことを特徴とする。或いは、本発明は、赤外線を吸収する光吸収層を具備した赤外線センサであって、前記光吸収層は、複数の量子ドットを含み、前記量子ドットは、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＴｅ２、ＩｎＡｓのうち、少なくともいずれか１種を含む、ことを特徴とする。
2020054764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を吸収する光吸収層を具備した赤外線センサであって、
前記光吸収層は、複数の量子ドットを含み、
前記量子ドットは、球状である、
ことを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
赤外線を吸収する光吸収層を具備した赤外線センサであって、
前記光吸収層は、複数の量子ドットを含み、
前記量子ドットは、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＴｅ２、ＩｎＡｓのうち、少なくともいずれか１種を含む、
ことを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
赤外線を吸収する光吸収層を具備した赤外線センサであって、
前記光吸収層は、複数の量子ドットを含み、
前記量子ドットは、液相合成により形成されたものであることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項４】
前記量子ドットは、球状であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記量子ドットを含む量子ドット層を、塗布して形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記光吸収層に含まれる前記量子ドットの配位子は、前記液相合成で形成された際の前記量子ドットの前記配位子よりも短いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項７】
前記赤外線センサは、光電素子或いは、熱電素子を含むことを特徴とする請求項１から請求項６に記載の赤外線センサ。
【請求項８】
赤外線を吸収する光吸収層を具備した赤外線センサの製造方法であって、
量子ドットを、液相合成法により形成する工程、
複数の前記量子ドットを含む組成物を塗布して、前記光吸収層を形成する工程、を有することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項９】
前記液相合成法により量子ドットを合成した後、前記量子ドットの配位子を、短い配位子に置き換えることを特徴とする請求項８に記載の赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を検知することが可能な赤外線センサ及びその製造方法
に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、量子ドット型赤外線検知器に関する発明が開示されている。特許文献１に記載の赤外線検知器は、複数の量子ドットからなる量子ドット層と、量子ドット層を挟む中間層と、を有する積層構造を備える。【０００３】
特許文献１によれば、複数の量子ドットは、島状に微細加工される。量子ドットは、ＩｎＡｓで形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６２４７８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、特許文献１のように、複数の量子ドットを島状に微細加工した赤外線センサでは、微細加工調整及び製造工程の煩雑化、更には、製造コストの上昇が問題となりやすい。【０００６】
また、島状に微細加工される量子ドットの成長度合等によって、感度の低下やばらつきが懸念された。【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、量子ドットを適正化した赤外線センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、赤外線を吸収する光吸収層を具備した赤外線センサであって、前記光吸収層は、複数の量子ドットを含み、前記量子ドットは、球状である、ことを特徴とする。【０００９】
また、本発明は、赤外線を吸収する光吸収層を具備した赤外線センサの製造方法であって、量子ドットを、液相合成法により形成する工程、複数の前記量子ドットを含む組成物を塗布して、前記光吸収層を形成する工程、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の赤外線センサによれば、量子ドットを含む光吸収層の構造を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の赤外線センサを具備する赤外線撮像装置の斜視図である。
【図２】本実施形態の赤外線センサの部分断面図である。
【図３】図２とは一部で異なる、本実施形態の赤外線センサの部分断面図である。
【図４】本実施形態における量子ドットの模式図である。
【図５】図２とは一部で異なる、本実施形態の赤外線センサの部分断面図である。
【図６】本実施形態の赤外線センサを具備する赤外線撮像装置の部分拡大断面図である。
【図７】本実施形態の光電変換素子の一例を示す部分断面図である。
【図８】本実施形態の光電変換素子の一例を示す部分断面図である。
【図９】コアシェル構造の量子ドットを用いた場合のエネルギー準位図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１３】
従来では、量子ドットを有する光吸収層を備えた赤外線センサにおいて、量子ドットをエピタキシャル成長させるなど、微細加工技術により、島状に微細加工して光吸収層を形成していたが、かかる構成では、光吸収層のラフネスが大きくなりやすく、感度ばらつきや感度の低下が問題となっていた。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、光吸収層に含まれる量子ドットを、上記した微細加工技術によることなく、例えば、液相合成法により形成して球状とすることで、感度のばらつきを抑制でき、且つ感度を向上させることが可能な赤外線センサを開発するに至った。以下、本実施形態の赤外線センサの構造について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の赤外線センサを具備する赤外線撮像装置の斜視図である。図１に示すように、赤外線撮像装置１００は、赤外線センサ１０１と、回路基板１０２と、を具備して構成される。
【００１５】
図１に示すように、赤外線センサ１０１は、回路基板１０２に複数のバンプ１０４を介してフリップチップボンディングされている。
【００１６】
例えば、赤外線センサ１０１は、複数の画素が配列されたＱＤＩＰ（Quantum Dot Infrared Photo-detector）アレイを備える。バンプ１０４は、画素ごとに設けられる。なお、本実施形態では、画素の数を特定するものではない。
【００１７】
図１に示す赤外線センサ１０１の表面１０１ａは、受光面であり、矢印の方向から赤外線が照射されると、赤外線センサ１０１内の量子ドットに閉じ込められたキャリアが励起し、赤外線が、回路基板１０２側で、光電流として検知される。
【００１８】
本実施形態では、赤外線を検知可能な画像センサを実現することができる。本実施形態の赤外線撮像装置１００の用途を限定するものではないが、例えば、暗視装置、熱源探知装置、セキュリティ装置、及び、医療機器等に適用することができる。
【００１９】
図２は、本実施形態の赤外線センサの部分断面図である。図２に示すように、赤外線センサ１は、例えば、下から順に、半絶縁基板２と、第１電極形成層３と、第１スペーサ層４と、光吸収層５と、第２スペーサ層６と、第２電極形成層７と、を有する積層構造である。
【００２０】
図２に示すように、光吸収層５は、中間層８と、量子ドット層９とが交互に積層された構造とされている。図２では、量子ドット層９が複数層形成されているが、図３に示すように、１層であってもよい。
【００２１】
中間層８は、量子ドット層９に含まれる量子ドット２０よりもバンドギャップが広い。量子ドット層９の上下は、中間層８により挟まれている。限定するものではないが、例えば、中間層８としては、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜１）を用いることができる。また、スペーサ層４、６としては、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｙ＜１）を用いることができる。中間層８とスペーサ層４、６とが同じ材質である場合、２層構造とせずに、隣接する中間層８とスペーサ層４、６とを単層で形成してもよい。また、半絶縁基板２としては、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板を使用することができる。そして、半絶縁性ＧａＡｓ基板の表面に、例えば、Ｓｉをドープするなどして、ｎ型ＧａＡｓの第１電極形成層３を形成することができる。
【００２２】
図２に示すように、例えば、第１電極形成層３の表面には、エミッタ電極１１が設けられ、第２電極形成層７の表面には、コレクタ電極１２が設けられる。
【００２３】
赤外線を検知する際には、エミッタ電極１１及びコレクタ電極１２を介して電源（図示せず）により光吸収層５に電圧が印加される。
【００２４】
電圧が印加されることで、エミッタ電極１１は、コレクタ電極１２よりもエネルギー的に高い状態になる。これにより、光吸収層５には、傾斜電界が形成される。赤外線が、光吸収層５に入射されると、量子ドットの伝導帯側の量子準位に束縛されていた電子が励起されて脱出する。脱出した電子は、電界によってコレクタ電極１２へ移動し、光電流を形成する。
【００２５】
図２に示すように、量子ドット層９内には、複数の球状の量子ドット２０が分散して配置されている。ここで、「球状」とは、真球状に限定されるものでなく、真球度が、０．７以上、好ましくは、０．８以上、より好ましくは、０．９以上の条件を満たすことを指す。真球度の測定方法は、例えば、電子顕微鏡で画像処理を行い、観察された量子ドットの面積及び周囲長から、４π×（面積）÷（周囲長）２で真球度を算出することができる。あるいは、観察された量子ドットの長径／短径で示されるアスペクト比が、１．５以下、好ましくは、１．２以下、より好ましくは、１．３以下であれば、「球状」と定義される。
【００２６】
本実施形態では、量子ドット２０を、液相合成により形成することができる。本実施形態の量子ドット２０は、上記した球状であることが好ましいが、これに限定するものではない。液相合成法で合成された量子ドット２０は、上記した球状であり、或いは球状以外の形状で形成されることもある。球状以外の形状としては、例えば、棒状や樹枝状を例示することができる。
【００２７】
例えば、本実施形態では、複数の球状の量子ドット２０を樹脂に分散した樹脂組成物を、中間層８と交互に塗布して形成することができる。ここで、量子ドット２０に対する分散樹脂を特に限定するものでないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン樹脂、環状ポリオレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｏｌｅｆｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：  ＣＯＰ）、環状ポリオレフィンコポリマー（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｏｌｅｆｉｎ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：  ＣＯＣ）、エチレンビニルアルコール、ポリメチルペンテン、ポリフッ化ビニリデン等を例示することができる。
【００２８】
或いは、本実施形態では、複数の球状の量子ドット２０を溶剤に溶かした状態で、インクジェット法を用いて塗布することもできる。係る場合、乾燥後の量子ドット層９は、ほぼ球状の量子ドット２０で構成されるが、量子ドット層９中に、多少、溶剤成分が残されていてもよい。
【００２９】
量子ドット２０は、約８００ｎｍ〜１６００ｎｍの発光波長を有する。このような発光波長を有する量子ドット２０としては、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＴｅ２、ＩｎＡｓのうち、少なくともいずれか１種を含むことが好ましい。このうち、Ａｇ２Ｓは、ＲｏＨＳ指令に該当しない。なお、ＰｂＳについては、2003  WILEY-VCH  Verlag  GmbH  &  Co.  KGaA.  Weinheim.  ADVANCED  MATERIALS  2003,  15.NO.21  November  4.で論文発表されている。また、Ａｇ２Ｓについては、ACS  NANO  VOL.6  NO.5  P3695-3702  (2012)で論文発表されている。
【００３０】
本実施形態では、量子ドット２０には、ＰｂＳ或いは、Ａｇ２Ｓを用いることが好適である。また、量子ドット２０には、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ、ＡｇＩｎＳｅ２、或いは、ＡｇＩｎＴｅ２を用いることで、近赤外領域における蛍光半値幅を狭くでき、高輝度の近赤外蛍光を示すことができる。
【００３１】
本実施形態では、複数の量子ドット２０を１種としてもよいし、２種以上としてもよい。すなわち、複数の量子ドット２０として、全て同じ種類のものを使用してもよいし、異なる種類のものを使用してもよい。
【００３２】
本実施形態における量子ドット２０は、例えば、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の粒径を有するナノ粒子である。
【００３３】
図４Ａに示すように、量子ドット２０の表面には、多数の有機配位子２１が配位していることが好ましい。これにより、量子ドット２０同士の凝集を抑制でき、目的とする光学特性が発現する。反応に用いることのできる配位子は特に限定されないが、例えば、以下の配位子が、代表的なものとして挙げられる。
【００３４】
（１）脂肪族１級アミン系
オレイルアミン：Ｃ１８Ｈ３５ＮＨ２、ステアリル（オクタデシル）アミン：Ｃ１８Ｈ３７ＮＨ２、ドデシル（ラウリル）アミン：Ｃ１２Ｈ２５ＮＨ２、デシルアミン：Ｃ１０Ｈ２１ＮＨ２、オクチルアミン：Ｃ８Ｈ１７ＮＨ２
（２）脂肪酸系
オレイン酸：Ｃ１７Ｈ３３ＣＯＯＨ、ステアリン酸：Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ、パルミチン酸：Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ、ミリスチン酸：Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ、ラウリル酸：Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ、デカン酸：Ｃ９Ｈ１９ＣＯＯＨ、オクタン酸：Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯＨ
（３）チオール系
オクタデカンチオール：Ｃ１８Ｈ３７ＳＨ、ヘキサンデカンチオール：Ｃ１６Ｈ３３ＳＨ、テトラデカンチオール：Ｃ１４Ｈ２９ＳＨ、ドデカンチオール：Ｃ１２Ｈ２５ＳＨ、デカンチオール：Ｃ１０Ｈ２１ＳＨ、オクタンチオール：Ｃ８Ｈ１７ＳＨ
（４）ホスフィン系
トリオクチルホスフィン：（Ｃ８Ｈ１７）３Ｐ、トリフェニルホスフィン：（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ、トリブチルホスフィン：（Ｃ４Ｈ９）３Ｐ
（５）ホスフィンオキシド系
トリオクチルホスフィンオキシド：（Ｃ８Ｈ１７）３Ｐ＝Ｏ、トリフェニルホスフィンオキシド：（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ＝Ｏ、トリブチルホスフィンオキシド：（Ｃ４Ｈ９）３Ｐ＝Ｏ
【００３５】
また、本実施形態では、有機配位子２１には、短い配位子（リガンド）を用いることが好ましい。限定するものではないが、有機配位子２１には、３−メルカプトプロピオン酸（ＭＰＡ）を用いることができる。
【００３６】
量子ドット層９に含まれる量子ドット２０の配位子は、量子ドット２０を液相合成法で形成する際の配位子より短いことが好ましい。
【００３７】
このように、量子ドット層９に含まれる量子ドット２０の配位子に短いものを使用することで、量子ドット層９のラフネスを小さくでき、電子、ホールの取り出し効率を向上させることができる。一方、量子ドット２０を液相合成法で形成する際の配位子には長いものを用いることで、分散成膜性を向上させることができる。
【００３８】
或いは、液相合成法により配位子の長い量子ドット２０で合成した後、量子ドット２０を含む組成物を、塗布する前、或いは、塗布した後に、短いリガンド（例えば、３−メルカプトプロピオン酸）に置き換えてもよい。
【００３９】
また、図４Ｂに示すように、量子ドット２０は、コア２０ａと、コア２０ａの表面に被覆されたシェル２０ｂと、を有するコアシェル構造であってもよい。図４Ｂに示すように、量子ドット２０の表面には多数の有機配位子２１が配位していることが好ましい。有機配位子２１については、上記で説明した通りである。図４Ｂに示す量子ドット２０のコア２０ａは、図３Ａに示すナノ粒子である。したがって、コア２０ａは、例えば、上記に挙げた量子ドット２０の材質により形成される。
【００４０】
なお、シェル２０ｂは、コア２０ａの表面に固溶化した状態であってもよい。図４Ｂでは、コア２０ａとシェル２０ｂとの境界を点線で示したが、これは、コア２０ａとシェル２０ｂとの境界を分析により確認できてもできなくてもどちらでもよいことを指す。
【００４１】
図２に示す赤外線センサ１を、反転させて、半絶縁基板２側を上向きにした赤外線センサ（ＱＤＩＰアレイ）１０１とし、この赤外線センサ１０１を、図１に示すバンプ１０４を介して回路基板１０２上に電気的に接続する。
【００４２】
図５は、図２とは一部で異なる、本実施形態の赤外線センサの部分断面図である。図５に示す赤外線センサは、下から順に、半絶縁基板２と、第１電極形成層３と、光吸収層１５と、第２電極形成層７と、を有する積層構造である。
【００４３】
図５では、光吸収層１５が、中間層１８／障壁層３０／量子ドット層１９／障壁層３０／中間層１８の積層構造で形成されている。
【００４４】
ここで、障壁層３０のキャリアに対するポテンシャルは、中間層１８のキャリアに対するポテンシャルより高い。また、量子ドット層１９に含まれる量子ドット２０のキャリアに対するポテンシャルは、中間層１８のキャリアに対するポテンシャルよりも低い。また、量子ドット２０のキャリアに対するポテンシャルは、障壁層３０のキャリアに対するポテンシャルよりも低い。また、障壁層３０のバンドギャップは、中間層１８のバンドギャップよりも大きい。また、量子ドット２０のバンドギャップは、中間層１８及び障壁層３０の各バンドギャップよりも小さい。
【００４５】
図２と同様に、図５に示す赤外線センサの光吸収層１５に含まれる量子ドット２０は、球状である。また、量子ドット２０は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＴｅ２、ＩｎＡｓのうち、少なくともいずれか１種を含むことが好ましい。
【００４６】
図２と同様に、図５に示す赤外線センサを、反転させて、半絶縁基板２側を上向きにした赤外線センサ（ＱＤＩＰアレイ）１０１とし、この赤外線センサ１０１を、図１に示すバンプ１０４を介して回路基板１０２上に電気的に接続する。
図２及び図５に示す積層構造は、画素ごとに分割して形成されていてもよい。
【００４７】
図２及び図５に示すように、複数の量子ドット層９、１９を配置する構成では、例えば、遠赤外線を検知する遠赤外域、中赤外線を検知する中赤外域、及び近赤外線を検知する近赤外域のうち、２以上の領域に分割することができる。このとき、長波長域を、受光面側である、半絶縁基板２側に配置する。例えば、中赤外域の量子ドット層には、中赤外域の発光波長を有する量子ドットを含む量子ドット層を形成し、近赤外域の量子ドット層には、近赤外域の発光波長を有する量子ドットを含む量子ドット層を形成する。
【００４８】
図６は、本実施形態の赤外線センサを具備する赤外線撮像装置の部分拡大断面図である。
【００４９】
図６では、赤外線センサ１０１は、赤外線を検知する赤外線検知層１２０と、可視光を検知する可視光検知層１２１と、を有している。
【００５０】
図６に示す赤外線検知層１２０の構成は、図２及び図５に示す積層構造であり、使用される量子ドットは、球状であり、また、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＴｅ２、ＩｎＡｓのうち、少なくともいずれか１種を含むことが好ましい。
【００５１】
一方、可視光検知層１２１に適用される量子ドットには、可視光域の発光波長を有する量子ドットが適用される。
【００５２】
量子ドットの構成及び材質を限定するものではないが、例えば、本実施形態における量子ドットは、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の粒径を有するナノ粒子である。
【００５３】
可視光域に適用される量子ドットは、例えば、ＣｄＳ系、ＣｄＳｅ系、ＺｎＳ系、ＺｎＳｅ系、ＺｎＳｅＳ系、ＺｎＴｅ系、ＺｎＴｅＳ系、ＩｎＰ系、カルコパイライト系(ＣｕＩｎＳ系、ＡｇＩｎＳ系）等で形成される。
【００５４】
なお、可視光検知層１２１で使用される量子ドットの構造は、図４Ａで示したコア単体構造であってもよいし、図４Ｂで示したコアシェル構造であってもよい。
【００５５】
図６の赤外線センサ１０１を用いることで、赤外線のみならず可視光も検知することができる。
【００５６】
量子ドットを冷却することで、熱雑音を低減でき感度を向上させることができる。したがって、図６に示すように冷却装置１３０を設置することが好ましい。なお量子ドット層を適度に冷却できる場所であれば、冷却装置１３０の設置場所を限定するものではない。
【００５７】
本実施形態の量子ドットを有する赤外線センサは、強くキャリアを閉じ込めることができ、また、垂直入射光に対し優れた感度を有しており、高感度かつ低暗電流な赤外線検出器として期待されている。
【００５８】
ところで、従来においては、量子ドット層を島状に微細加工している。このため、微細加工の調整が必要になり、製造工程が煩雑化しやすい。また製造コストも上昇しやすい。
【００５９】
これに対し、本実施形態では、球状の量子ドットを塗布した構成であり、従来のように微細加工の必要がなく、従来の問題は生じない。また、例えば、液相合成法により形成した量子ドット（特に、球状の量子ドット）を用いるため、全方位に優れた感度を有しており、従来の微細加工した量子ドットに比べて、感度のばらつきを小さくすることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、量子ドットとして、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＴｅ２、ＩｎＡｓのうち、少なくともいずれか１種を含むことが好ましい。これらは、８００ｎｍ〜１６００ｎｍの発光波長を有しており、赤外線センサに好ましく適用することができる。
【００６１】
また、本実施の形態の赤外線センサは、例えば、下記に説明する光電素子や熱電素子に適用することができる。
【００６２】
図７及び、図８は、本実施形態の光電変換素子の一例を示す部分断面図である。図７に示す光電変換素子４０は、陰極である第１導電層４１および陽極である第２導電層４２を備え、第１導電層４１と第２導電層４２の間に、電子輸送層４３、光吸収層４４、及び、ホール輸送層４５を備えている。例えば、第１導電層４１は、ガラス基板４６上に形成される。
【００６３】
電子輸送層４３には、ｎ−ｃｈになりやすいＺｎＯを用いることが好ましい。光吸収層４４は、光電変換素子４０に入射した光を吸収し、電子およびホールを発生させる層であり、上記した球状の量子ドットを含む。
【００６４】
図８に示す光電変換素子（ＰＮ型フォトダイオード）５０は、第１電極５１と、第２電極５２との間に、Ｐ型半導体層５３とＮ型半導体層５４を有する。このように構造は、ＰＮ接合した半導体に電極５１、５２を配置した構造であり、太陽電池と同じである。ｎ型半導体には動きやすい電子が多く、一部がｐ型半導体に移動してホールと結合し電荷を打ち消して空乏層と呼ばれる領域を形成する。また、空乏層のｎ型半導体では電子がなくなりプラスに、ｐ型半導体ではホールがなくなるためマイナスに、夫々帯電し、内部電界が生じる。そして、空乏層に光が照射されると電子とホールが発生し、内部電界により電子はｎ型半導体側の電極へ、ホールは、p型半導体側の電極へ移動し、電流が流れる。限定するものではないが、Ｐ型半導体層５３には、ｐ−ｃｈになりやすいＩｎＡｓからなる球状の量子ドットを用い、Ｎ型半導体層５４には、ｎ−ｃｈになりやすいＡｇ２Ｔｅからなる球状の量子ドットを用いてＰＮ接合させたデバイスとすることができる。
【００６５】
本実施の形態では、赤外線センサを撮像装置や、医療分野、通信分野、太陽電池等にも適用することができる。
【００６６】
本実施の形態に適用される量子ドットが、コアシェル構造である場合、図９Ａ〜図９Ｄのいずれかのエネルギー準位図となる。このうち、発光素子の場合、コアシェル構造のシェルが、量子閉じ込め効果を向上させる意味で重要になる。特に、図９Ａに示すｔｙｐｅ  Ｉ構造（コアのＬＵＭＯより、シェルのＬＵＭＯの方がエネルギーが高く、コアのＨＯＭＯよりシェルのＨＯＭＯの方がエネルギーが低い）が好ましい。
【００６７】
一方、光電変換素子に用いる場合、キャリア（電子、ホール）を取り出しやすい様に、ｔｙｐｅ  ＩＩ構造が好ましく、通常、電子移動度に比べてホール移動度の方が低いため、ｔｙｐｅ  ＩＩ（１）或いは、（３）を選択することが好ましい。なお、光電変換素子に用いる場合、コアシェル構造でなく、配位子を有するコア構造の量子ドットを用いることもできる。ｔｙｐｅ  ＩＩ（１）は、コアのＬＵＭＯより、シェルのＬＵＭＯの方がエネルギーが低く、コアのＨＯＭＯよりシェルのＨＯＭＯの方がエネルギーが高い。ｔｙｐｅ  ＩＩ（３）は、コアのＬＵＭＯより、シェルのＬＵＭＯの方がエネルギーが高く、コアのＨＯＭＯよりシェルのＨＯＭＯの方がエネルギーが高い。
【００６８】
本実施の形態の赤外線センサの製造方法では、球状の量子ドットを、液相合成法により形成する工程と、複数の量子ドットを含む樹脂組成物を塗布により、光吸収層を形成する工程とを、含む。
【００６９】
本実施の形態では、液相合成法として、量子ドットを構成する各元素源を溶媒中に溶解させ、各元素を有する前駆体溶液を、例えばマイクロリアクターを用いて反応させ、所定の元素を備えた量子ドット粒子を合成することができる。これにより、球状の量子ドットを得ることができる。
【００７０】
量子ドットの分散性を向上させるために、長鎖の配位子を用いることが好ましい。このため、塗布の際には、長鎖の配位子を有する量子ドットであることが好ましいが、デバイス作製には、キャリア（電子、ホール）の取り出し効率を上げる為に短鎖の配位子であることが好ましい。限定するものではないが、短鎖の配位子の炭素数は、２〜５（好ましくは２〜３）である、短鎖の配位子としては、例えば、３−メルカプトプロピオン酸を用いることができる。
【００７１】
本実施の形態では、量子ドットを液相合成法で合成した後、量子ドットの配位子を、短い配位子に置き換えることができる。一例であるが、例えば、スピンコーターを用いて量子ドットを含む組成物（量子ドットと溶剤を含む）を塗布する。長鎖の配位子の方が分散性が良いため、ラフネスの良い膜が形成できるが、長鎖の配位子では、キャリアの取り出しが不利になるため、例えば、塗布後に、短鎖の配位子を塗膜の上から垂らす。これにより、自然に長鎖の配位子が短鎖の配位子に置き換わり、その後、洗浄して、長鎖の配位子を洗い流す。あるいは、量子ドットを液相合成法で合成した後、塗布前に、長鎖の配位子を短鎖の配位子に置き換え、その後、量子ドットを含む組成物（樹脂組成物であってもよい）を塗布することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、赤外線の検知が可能である。本発明の赤外線センサを、暗視装置、熱源探知装置、セキュリティ装置、医療機器等に適用することができる。【００７３】
本出願は、２０１８年９月１２日出願の特願２０１８−１７０４９１号に基づく。この内容は全てここに含めておく。
【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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【国際調査報告】
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