(57)【要約】【解決手段】本発明は、電磁放射線(49)を検出するためのデバイスに関し、デバイスは、半導体層(32, 34, 36)の同一の積層体(30)に形成された有機ダイオード(D) 及び有機フォトダイオード(PH)を有する少なくとも１つの光検出器を備えており、有機フォトダイオードは電磁放射線を受け、光検出器は、電磁放射線を通さず、有機ダイオードに対応する積層体の部分を遮蔽する少なくとも１つの遮蔽体(44)を更に有している。
2020518132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線(49; 56)を検出するための検出デバイス(10)であって、
半導体層(32, 34, 36)の同一の積層体(30)に形成された、発光ダイオードとは異なる有機ダイオード(D) と有機フォトダイオード(PH)とを有する少なくとも１つの光検出器(Pix; Pix1) を備えており、
前記有機フォトダイオードは前記電磁放射線を受け、
前記光検出器は、前記電磁放射線を通さず、前記有機ダイオードに対応する前記積層体の部分を遮蔽する少なくとも１つの遮蔽体(44)を更に有していることを特徴とする検出デバイス。
【請求項２】
前記有機ダイオード(D) のアノードが前記有機フォトダイオード(PH)のアノードに接続されているか、又は前記有機ダイオードのカソードが前記有機フォトダイオードのカソードに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項３】
支持体(20)、前記支持体上に延びている第１の導電性部分(26)、及び前記支持体上に延びている第２の導電性部分(28)を更に備えており、
前記積層体(30)は、前記第１の導電性部分及び前記第２の導電性部分を少なくとも部分的に覆っており、
前記第１の導電性部分と前記第２の導電性部分との最小距離が10nmより大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出デバイス。
【請求項４】
不透明な前記遮蔽体(44)は、前記第１の導電性部分(26)及び前記第２の導電性部分(28)と反対の前記支持体(20)の側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項５】
前記第１の導電性部分(26)は前記電磁放射線を少なくとも部分的に通し、前記第２の導電性部分(28)は前記電磁放射線を通さないことを特徴とする請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項６】
前記積層体(30)を覆う絶縁層(38)を更に備えており、
不透明な前記遮蔽体(44)は、前記積層体と反対の前記絶縁層の側で前記絶縁層上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項７】
前記絶縁層(38)上に延び、更に前記絶縁層を通って延びている導電素子(40)を更に備えており、
前記導電素子(40)は、前記第１の導電性部分(26)又は前記第２の導電性部分(28)と接し、不透明な前記遮蔽体を更に形成していることを特徴とする請求項６に記載の検出デバイス。
【請求項８】
行及び列に分散している光検出器(Pix) のアレイを備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の検出デバイス。
【請求項９】
前記積層体(30)は、少なくとも第１の半導体層、第２の半導体層及び第３の半導体層を有しており、
前記第２の半導体層(34)は、前記第１の半導体層(32)と前記第３の半導体層(36)との間に配置されて、前記第１の半導体層及び前記第３の半導体層と接しており、前記有機フォトダイオード(PH)によって受ける電磁放射線の大部分を取り込む層であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の検出デバイス。
【請求項１０】
前記第１の半導体層(32)は、前記第１の導電性部分(26)及び前記第２の導電性部分(28)と接していることを特徴とする請求項３を引用する請求項９に記載の検出デバイス。
【請求項１１】
前記第１の半導体層(32)及び／又は前記第３の半導体層(36)は、
金属酸化物、特に酸化チタン又は酸化亜鉛、
分子ホスト／ドーパント系、特にNET-5/NDN-1 又はNET-8/MDN-26の商標名でNovaled によって商品化されている製品、
導電性ポリマー又はドープされた半導体ポリマー、例えばポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン及びトシレートの混合物であるPEDOT:トシレートポリマー、
炭酸塩、例えばCsCO3 、
高分子電解質、例えばポリ［9,9-bis（3'-（N,N-ジメチルアミノ）プロピル）-2,7-フルオレン-alt-2,7-（9,9-ジオクチルフルオレン）］(PFN) 、ポリ［3-（6-トリメチルアンモニウムヘキシル）チオフェン］(P3TMAHT) 、又はポリ［9,9-bis（2-エチルヘキシル）フルオレン］-b-ポリ［3-（6-トリメチルアンモニウムヘキシル）チオフェン］(PF2/6-b-P3TMAHT) 、
ポリエチレンイミン(PEI) ポリマー、又はエトキシ化ポリエチレンイミン(PEIE)ポリマー、プロポキシ化ポリエチレンイミンポリマー及び／若しくはブトキシ化ポリエチレンイミンポリマー、並びに
これらの材料の２以上の混合物
を含む群から選択された材料から形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の検出デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、有機フォトダイオードのアレイを備えた、電磁放射線、特に光を検出するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機の導体材料及び半導体材料に基づくトランジスタ及びフォトダイオードを備えた、電磁放射線を検出するためのデバイスの形成が既に提供されている。このような材料には、無機の導体材料及び半導体材料、例えばシリコンより堆積が容易であり、抵抗性がより高いという利点がある。
【０００３】
有機材料の使用には、あらゆるタイプの支持体、特にプラスチック、紙、ボール紙若しくは織物のような可撓性の支持体、大型の支持体、例えば看板、又は日用品の包装体のような使い捨ての支持体に検出デバイスを形成し得るという更なる利点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
検出デバイスは、行及び列に配置された光検出器のアレイを備えてもよい。各光検出器は、検出デバイスを制御する際に関連する有機フォトダイオードを選択し得る電子部品と直列に組み立てられた有機フォトダイオードを有してもよい。選択素子は有機薄膜トランジスタ(OTFT)であってもよい。
【０００５】
そのため、検出デバイスを製造する方法がかなりの数の工程、特に有機フォトダイオードを製造する工程及び有機トランジスタを製造する工程を有し得ることが不利である。
【０００６】
実施形態の目的は、有機フォトダイオードを備えた前述した電磁放射線検出デバイスの不利点の全て又は一部を克服することである。
【０００７】
実施形態の別の目的は、検出デバイスを製造する方法の工程の数を減らすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、実施形態は、電磁放射線を検出するための検出デバイスであって、半導体層の同一の積層体に形成された有機ダイオード及び有機フォトダイオードを有する少なくとも１つの光検出器を備えており、前記有機フォトダイオードは前記電磁放射線を受け、前記光検出器は、前記電磁放射線を通さず、前記有機ダイオードに対応する前記積層体の部分を遮蔽する少なくとも１つの遮蔽体を更に有していることを特徴とする検出デバイスを提供する。
【０００９】
実施形態によれば、前記有機ダイオードのアノードが前記有機フォトダイオードのアノードに接続されているか、又は前記有機ダイオードのカソードが前記有機フォトダイオードのカソードに接続されている。
【００１０】
実施形態によれば、前記検出デバイスは、支持体、前記支持体上に延びている第１の導電性部分、及び前記支持体上に延びている第２の導電性部分を更に備えており、前記積層体は、前記第１の導電性部分及び前記第２の導電性部分を少なくとも部分的に覆っており、前記第１の導電性部分と前記第２の導電性部分との最小距離が10nmより大きい。
【００１１】
実施形態によれば、不透明な前記遮蔽体は、前記第１の導電性部分及び前記第２の導電性部分と反対の前記支持体の側に配置されている。
【００１２】
実施形態によれば、前記第１の導電性部分は前記電磁放射線を少なくとも部分的に通し、前記第２の導電性部分は前記電磁放射線を通さない。
【００１３】
実施形態によれば、前記検出デバイスは、前記積層体を覆う絶縁層を更に備えており、不透明な前記遮蔽体は、前記積層体と反対の前記絶縁層の側で前記絶縁層上に配置されている。
【００１４】
実施形態によれば、前記検出デバイスは、前記絶縁層上に延び、更に前記絶縁層を通って延びている導電素子を更に備えており、前記導電素子は、前記第１の導電性部分又は前記第２の導電性部分と接し、不透明な前記遮蔽体を更に形成している。
【００１５】
実施形態によれば、前記検出デバイスは、行及び列に分散している光検出器のアレイを備えている。
【００１６】
実施形態によれば、前記積層体は、少なくとも第１の半導体層、第２の半導体層及び第３の半導体層を有しており、前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層と前記第３の半導体層との間に配置されて、前記第１の半導体層及び前記第３の半導体層と接しており、前記有機フォトダイオードによって受ける電磁放射線の大部分を取り込む層である。
【００１７】
実施形態によれば、前記第１の半導体層は、前記第１の導電性部分及び前記第２の導電性部分と接している。
【００１８】
実施形態によれば、前記第１の半導体層及び／又は前記第３の半導体層は、
金属酸化物、特に酸化チタン又は酸化亜鉛、
分子ホスト／ドーパント系、特にNET-5/NDN-1 又はNET-8/MDN-26の商標名でNovaled によって商品化されている製品、
導電性ポリマー又はドープされた半導体ポリマー、例えばポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン及びトシレートの混合物であるPEDOT:トシレートポリマー、
炭酸塩、例えばCsCO3 、
高分子電解質、例えばポリ［9,9-bis（3'-（N,N-ジメチルアミノ）プロピル）-2,7-フルオレン-alt-2,7-（9,9-ジオクチルフルオレン）］(PFN) 、ポリ［3-（6-トリメチルアンモニウムヘキシル）チオフェン］(P3TMAHT) 、又はポリ［9,9-bis（2-エチルヘキシル）フルオレン］-b-ポリ［3-（6-トリメチルアンモニウムヘキシル）チオフェン］(PF2/6-b-P3TMAHT) 、
ポリエチレンイミン(PEI) ポリマー、又はエトキシ化ポリエチレンイミン(PEIE)ポリマー、プロポキシ化ポリエチレンイミンポリマー及び／若しくはブトキシ化ポリエチレンイミンポリマー、並びに
これらの材料の２以上の混合物
を含む群から選択された材料から形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。
【００２０】
【図１】有機光検出器のアレイを備えた、電磁放射線を検出する検出デバイスを示す電気回路図である。
【図２】図１の検出デバイスの光検出器の実施形態を部分的に簡略化して示す平面図である。
【図３】図１の検出デバイスの光検出器の実施形態を部分的に簡略化して示す断面図である。
【図４】図１の検出デバイスの光検出器の別の実施形態を部分的に簡略化して示す平面図である。
【図５】図１の検出デバイスの光検出器の別の実施形態を部分的に簡略化して示す断面図である。
【図６】図１の検出デバイスの光検出器の別の実施形態を部分的に簡略化して示す断面図である。
【図７Ａ】図２及び図３に示されている光検出器を製造する方法の別の実施形態の連続的な工程で得られた構造を示す部分的な断面略図である。
【図７Ｂ】図２及び図３に示されている光検出器を製造する方法の別の実施形態の連続的な工程で得られた構造を示す部分的な断面略図である。
【図７Ｃ】図２及び図３に示されている光検出器を製造する方法の別の実施形態の連続的な工程で得られた構造を示す部分的な断面略図である。
【図７Ｄ】図２及び図３に示されている光検出器を製造する方法の別の実施形態の連続的な工程で得られた構造を示す部分的な断面略図である。
【図７Ｅ】図２及び図３に示されている光検出器を製造する方法の別の実施形態の連続的な工程で得られた構造を示す部分的な断面略図である。
【図８】図１の検出デバイスの光検出器の他の実施形態の図３と同様の図である。
【図９】図１の検出デバイスの光検出器の他の実施形態の図３と同様の図である。
【図１０】図１の検出デバイスの光検出器の他の実施形態の図３と同様の図である。
【図１１】図１の検出デバイスの光検出器の他の実施形態の図３と同様の図である。
【図１２】図１の検出デバイスの光検出器の他の実施形態の図３と同様の図である。
【図１３】図１の検出デバイスの光検出器の他の実施形態の図３と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
明瞭化のために、同一の要素は様々な図面において同一の参照番号で示されており、更に様々な図面は正しい縮尺で示されていない。更に、記載された実施形態の理解に有用な要素のみが示され記載されている。特に、以下に記載される検出デバイスによって与えられる信号を処理するための手段は、当業者の技能の範囲内であり、説明されていない。以下の記載では、「実質的に」、「約」及び「の程度」という用語は、該当する値のプラスマイナス10％の許容値を示すために本明細書に使用されている。以下の記載では、電子部品は、電子部品を形成する材料の少なくとも大部分が有機であるときに「有機」と称される。以下の記載では、フォトダイオードの「活性領域」は、フォトダイオードによって受ける電磁放射線の電気信号への変換の大部分が生じるフォトダイオードの層を表す。
【００２２】
実施形態では、有機フォトダイオードと発光ダイオードとは異なる有機ダイオードに相当する選択素子とを夫々有する有機光検出器のアレイを備えた、特に400 nmと1,000 nmとの間の波長領域の電磁放射線を検出するための検出デバイスが提供され、有機ダイオードのアノードが有機フォトダイオードのアノードに接続されているか、又は有機ダイオードのカソードが有機フォトダイオードのカソードに接続されている。有機フォトダイオード及び有機ダイオードは、有機ダイオード及び有機フォトダイオードに一般的な半導体有機層の積層体によって形成されている。不透明な遮蔽体が、光検出器によって受ける放射線が積層体の一部に達することを防ぐ。積層体の照射されない部分がダイオードとして動作し、積層体の照射される部分がフォトダイオードとして動作する。積層体は、積層体における電荷の循環の主方向を制限するために十分離隔して設けられている２つの導電性部分を覆っている。導電性部分と反対の積層体の端にある積層体の層は、ダイオードとフォトダイオードとの間の共通電極を形成している。
【００２３】
更に、検出デバイスの構造は、有機フォトダイオード及び選択トランジスタのアレイを備えた検出デバイスの構造より単純である。検出デバイスを製造する方法は更に簡略化される。実際、フォトダイオード及び選択ダイオードを形成する工程は同一化される。
【００２４】
図１は、行及び列に配置された光検出器Pix のアレイを備えた、電磁放射線、例えば光を検出するための検出デバイス10の実施形態を示す電気回路図である。図１は、例として３つの行及び２つの列を示している。各光検出器Pix は、直列に組み立てられたフォトダイオードPH及び選択ダイオードD を有している。本実施形態では、選択ダイオードD のアノードが関連するフォトダイオードPHのアノードに接続されている。選択ダイオードD のカソードは、光検出器Pix に関連付けられた行に沿って延びている導電性トラック12に接続されており、フォトダイオードPHのカソードは、光検出器Pix に関連付けられた列に沿って延びている導電性トラック14に接続されている。
【００２５】
各導電性トラック12は、1V〜10 Vの範囲内であってもよい高基準電位VDD の電位源にスイッチSW1 によって連結されてもよく、又は0V〜−10 Vの範囲内であってもよい低基準電位Vss の電位源、例えば接地にスイッチSW2 によって連結されてもよい。以下の記載では、低基準電位が0Vであり、高基準電位がVDD 、例えば実質的に5Vであるとみなされている。スイッチSW1 及びスイッチSW2 は、図示されていない制御部によって制御される。各導電性トラック14は読み出し回路16に連結されている。実施形態によれば、各読み出し回路16は、積分器として組み立てられた演算増幅器AOを有している。演算増幅器AOの反転入力(-) が導電性トラック14に連結されている。演算増幅器AOの非反転入力(+) が、高基準電位と低基準電位との間の中間電位、例えばVDD/2 に動作中維持されるノードI に連結されている。演算増幅器AOの出力OUT が、演算増幅器AOの反転入力(-) にコンデンサC によって連結されている。スイッチSW3 が、コンデンサC と並列に組み立てられており、スイッチSW3 がオンであるとき、コンデンサC の放電を可能にする。
【００２６】
検出デバイス10は以下のように作動する。フォトダイオードPHの選択を一行毎に行う。非選択行毎に、行の導電性トラック12を実質的にVDD に維持する。各比較器AOの反転入力(-) の電位がVDD/2 であるので、非選択行の各ダイオードD が逆方向にバイアスされる一方、非選択行の各フォトダイオードPHが順方向にバイアスされる。そのため、光検出器を通って流れる電流は、ダイオードD の非常に低い、例えば10-10Aより低い逆電流又は暗電流に相当する。行のフォトダイオードPHの選択は、選択行の導電性トラック12を接地GND に連結することにより行われる。そのため、選択行の各ダイオードD が順方向にバイアスされる一方、選択行の各フォトダイオードPHが逆方向にバイアスされる。光検出器を通って流れる電流は、フォトダイオードPHの逆電流に相当し、フォトダイオードPHによって受ける放射線によって決まる。各導電性トラック14に流れる電流は、選択行の光検出器Pix によって供給される電流と、他の非選択行のダイオードD の暗電流との合計に等しい。
【００２７】
図２は、検出デバイス10の光検出器Pix の内の１つに相当し得る光検出器Pix1の実施形態を示す部分的な平面略図である。図３は、図２の線III-III に沿った断面図である。図２は、平面視で別の導電性部分又は半導体部分で覆われた導電性部分又は半導体部分の周囲を点線で示す。
【００２８】
光検出器Pix1は、
２つの対向する表面22, 24を有する支持体20と、
表面22に延びている離れた第１の導電性部分26及び第２の導電性部分28（第１の導電性部分26は、フォトダイオードPHの電極を形成する部分27及び導電性トラック14を形成する部分29を有している）と、
第１の導電性部分26の一部、第２の導電性部分28の一部及び導電性部分26, 28間の支持体20の一部を覆う第１の界面層32、第１の界面層32を覆う活性層34、並びに活性層34を覆う第２の界面層36を含む半導体層の積層体30と、
支持体20と反対の表面39を有し、界面層36、積層体30で覆われていない導電性部分26, 28の部分、並びに積層体30及び導電性部分26, 28で覆われていない支持体20の部分を覆っている電気絶縁層38と、
絶縁層38の表面39に延びて導電性トラック12を形成し、絶縁層38を貫通する開口部42に更に延びて第２の導電性部分28と接する導電素子40と、
検出デバイス10によって検出される放射線を通さず、積層体30の一部に対向する支持体20の表面24を覆う領域44と
を有している。
【００２９】
図４は、検出デバイス10の光検出器Pix の内の１つに相当し得る光検出器Pix2の別の実施形態を示す部分的な平面略図である。図５は、図４の線V-V に沿った断面図であり、図６は、図４の線VI-VI に沿った断面図である。図４は、平面視で別の導電性部分又は半導体部分で覆われた導電性部分又は半導体部分の外形を点線で示す。
【００３０】
図４〜６に示されている光検出器Pix2は、導電素子40が設けられておらず、導電性トラック12が導電性部分28によって形成されている点を除いて、図２及び図３に示されている光検出器Pix1の全ての要素を有している。導電性部分26を分断して、導電性部分26の離れた２つの部分を連結して導電性部分28に跨る導電性ブリッジ46を設けることにより、導電性部分26は導電性部分28を横切る。導電性ブリッジ46は、絶縁領域48によって導電性部分28から電気的に絶縁されている。
【００３１】
光検出器Pix2の変形例によれば、界面層32及び活性層34は、光検出器Pix2の表面全体に亘って有利に延びてもよい。
【００３２】
支持体20は誘電体材料で形成されてもよい。支持体20は剛性支持体であってもよく、例えばガラスで形成されてもよい。支持体20は、可撓性支持体であってもよく、例えばポリマー又は金属材料で形成されてもよい。ポリマーの例として、ポリエチレンナフタレン(PEN) 、ポリエチレンテレフタレート(PET) 、カプトン及びポリエーテルエーテルケトン(PEEK)が挙げられる。支持体20の厚さは、例えば20μｍ〜１ｃｍの範囲内であり、例えば約125 μｍである。支持体20は、特に検出デバイス10が表面24の側で照明光を受けるように構成されている場合、透明又は半透明の材料、例えばガラス又はプラスチックで形成されてもよい。
【００３３】
導電性部分26, 28は、透明な導電性材料、例えば透明導電性酸化物、つまりTCO 、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性ポリマー、金属、又はこれらの化合物の少なくとも２つの混合物若しくは合金で形成されてもよい。導電性部分26, 28は多層構造を有してもよい。
【００３４】
導電性部分26, 28を形成し得るTCO の例として、酸化インジウムスズ(ITO) 、酸化アルミニウム亜鉛(AZO) 及び酸化ガリウム亜鉛(GZO) が挙げられる。導電性部分26, 28を形成し得る導電性ポリマーの例として、ポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン及びポリ（スチレンスルホン酸）ナトリウムの混合物であるPEDOT:PSS として周知のポリマーと、PAniとも称されるポリアニリンとが挙げられる。導電性部分26, 28を形成し得る金属の例として、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)及びクロム(Cr)が挙げられる。導電性部分26, 28を形成し得る多層構造の例として、AZO/Ag/AZOタイプのAZO 及び銀の多層構造が挙げられる。
【００３５】
導電性部分26, 28の厚さは、５ｎｍ〜30μｍの範囲内であってもよく、例えば150 ｎｍ程度であってもよい。導電性部分26, 28が金属製であり、少なくとも部分的に透明である必要がある場合、導電性部分26, 28の厚さは20nm以下であり、好ましくは10nm以下である。光検出器Pix1, Pix2の導電性部分26, 28間の最小間隔は、10nm以上であり、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは10μｍ〜500 μｍの範囲内である。
【００３６】
界面層32又は界面層36は、界面層がカソードの機能を果たすか又はアノードの機能を果たすかに応じて電子注入層又は正孔注入層に相当してもよい。界面層32又は界面層36の仕事関数は、界面層がカソードの機能を果たすか又はアノードの機能を果たすかに応じて正孔及び／又は電子を遮断、収集又は注入することができる。より具体的には、界面層32又は界面層36がアノードの機能を果たすとき、界面層32又は界面層36は正孔を注入して電子を遮断する層に相当する。そのため、界面層32又は界面層36の仕事関数は4.5 eV以上であり、好ましくは５eV以上である。界面層32又は界面層36がカソードの機能を果たすとき、界面層32又は界面層36は電子を注入して正孔を遮断する層に相当する。そのため、界面層32又は界面層36の仕事関数は５eV以下であり、好ましくは4.2 eV以下である。
【００３７】
界面層32又は界面層36が電子注入層の機能を果たす場合、界面層32又は界面層36を形成する材料は、
金属酸化物、特に酸化チタン又は酸化亜鉛、
分子ホスト／ドーパント系、特にNET-5/NDN-1 又はNET-8/MDN-26の商標名でNovaled によって商品化されている製品、
導電性ポリマー又はドープされた半導体ポリマー、例えばポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン及びトシレートの混合物であるPEDOT:トシレートポリマー、
炭酸塩、例えばCsCO3 、
高分子電解質、例えばポリ［9,9-bis（3'-（N,N-ジメチルアミノ）プロピル）-2,7-フルオレン-alt-2,7-（9,9-ジオクチルフルオレン）］(PFN) 、ポリ［3-（6-トリメチルアンモニウムヘキシル）チオフェン］(P3TMAHT) 、又はポリ［9,9-bis（2-エチルヘキシル）フルオレン］-b-ポリ［3-（6-トリメチルアンモニウムヘキシル）チオフェン］(PF2/6-b-P3TMAHT)、
ポリエチレンイミン(PEI) ポリマー、又はエトキシ化ポリエチレンイミン(PEIE)ポリマー、プロポキシ化ポリエチレンイミンポリマー及び／若しくはブトキシ化ポリエチレンイミンポリマー、並びに
これらの材料の２以上の混合物
を含む群から選択されている。
【００３８】
第１の界面層32は、電子注入層の機能を果たし、エトキシ化ポリエチレンイミンポリマーで形成されている。第１の界面層32の厚さは、好ましくは0.1 nm〜500 nmの範囲内である。好ましくは第１の界面層32の電気抵抗は、109 Ω／□より高く、好ましくは1012Ω／□以上である。第１の界面層32の高い電気抵抗により、導電性部分26, 28との短絡を回避することが可能になる。
【００３９】
界面層32又は界面層36が正孔注入層の機能を果たす場合、界面層32又は界面層36を形成する材料は、
導電性ポリマー又はドープされた半導体ポリマー、特にSigma-Aldrich によってPlexcore OC RG-1100 ，Plexcore OC RG-1200 の商標名で商品化されている材料、PEDOT:PSS ポリマー又はポリアニリン、
分子ホスト／ドーパント系、特にNHT-5/NDP-2 又はNHT-18/NDP-9の商標名でNovaled によって商品化されている製品、
高分子電解質、例えばナフィオン、
金属酸化物、例えば酸化モリブデン、酸化バナジウム、ITO 又は酸化ニッケル、及び
これらの材料の２以上の混合物
を含む群から選択されてもよい。
【００４０】
界面層32又は界面層36が正孔注入層の機能を果たす場合、界面層32又は界面層36を形成する材料は、導電性ポリマー又はドープされた半導体ポリマーであることが好ましい。
【００４１】
第２の界面層36は、正孔注入層の機能を果たし、PEDOT:PSS で形成されていることが好ましい。PEDOT:PSS の利点は、印刷技術、例えばインクジェット、ヘリオグラフィ、シルクスクリーン、スロットダイコーティング又はコーティングによって容易に堆積可能であるということである。界面層36は、ダイオードD とフォトダイオードPHとの間に導電性経路を与える。界面層36の厚さは、好ましくは１０ｎｍ〜５０μｍの範囲内である。好ましくは、界面層36の電気抵抗は、10ｋΩ／□未満であり、好ましくは１ｋΩ／□以下である。界面層36の低い電気抵抗により、応答時間を減少させてデバイスの線形性を向上させることが可能になる。
【００４２】
活性層34は、小分子、オリゴマー又はポリマーを含んでもよい。これらは有機材料であってもよく、又は無機材料であってもよい。活性層34は、両極性半導体材料を含んでもよく、又はＮ型半導体材料及びＰ型半導体材料の混合物を、例えば積み重ねられた層の形態、若しくはバルクヘテロ接合を形成すべくナノメートルスケールで均質な混合物の形態で含んでもよい。活性層34の厚さは、５０ｎｍ〜１μｍの範囲内であってもよく、例えば300 ｎｍ程度であってもよい。
【００４３】
活性層34を形成し得るＰ型半導体ポリマーの例として、ポリ（3-ヘキシルチオフェン）(P3HT)、ポリ［N-9'-ヘプタデカニル-2,7-カルバゾール-alt-5,5-（4,7-di-2-チエニル-2',1',3'-ベンゾチアジアゾール）］(PCDTBT)、ポリ［（4,8-bis-（2-エチルヘキシルオキシ）−ベンゾ［1,2-b;4, 5-b'］ジチオフェン）-2,6-ジイル-alt-（4-（2-エチルヘキサノイル）-チエノ［3,4-b］チオフェン）-2,6-ジイル］(PBDTTT-C)、ポリ［2-メトキシ-5-（2-エチル-ヘキシロキシ）-1,4-フェニレン−ビニレン］(MEH-PPV) 、又はポリ［2,6-（4,4-bis-（2-エチルヘキシル）-4H-シクロペンタ［2,1-b;3,4-b'］ジチオフェン）-alt-4,7（2,1,3-ベンゾチアジアゾール）］(PCPDTBT) が挙げられる。
【００４４】
活性層34を形成し得るＮ型半導体ポリマーの例として、フラーレン、特にC60 、[6,6]-フェニル-C61-メチルブタノエート([60]PCBM)、[6,6]-フェニル-C71-メチルブタノエート([70]PCBM)、ペリレンジイミド、酸化亜鉛(ZnO) 、又は量子ドットを形成し得るナノ結晶が挙げられる。
【００４５】
絶縁層38の厚さは、500 ｎｍ〜100 μｍの範囲内であってもよく、例えば約２μｍであってもよい。絶縁層38は単層構造を有してもよく、又は多層構造を有してもよい。絶縁層38は、フッ素化ポリマー、特にBellexによってCytop の商標名で商品化されているフッ素化ポリマー、ポリビニルピロリドン(PVP) 、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PS)、パリレン、ポリイミド(PI)、又はこれらの化合物の少なくとも２つの混合物で形成されてもよい。絶縁層38は、溶液の形態で堆積されてもよい。
【００４６】
不透明な領域44は、炭素に基づくインク、グラフェン、金属、又はこれらの化合物の少なくとも２つの混合物若しくは合金で形成されてもよい。不透明な領域44の厚さは、10ｎｍ〜100 μｍの範囲内であってもよく、例えば約１０μｍであってもよい。
【００４７】
導電性ブリッジ46は、導電性材料、例えばPEDOT:PSS 、銀インク又はカーボンインクで形成されてもよい。導電性ブリッジ46の厚さは10ｎｍ〜50μｍの範囲内であってもよい。
【００４８】
絶縁領域48は、溶液の形態で堆積された誘電体材料で形成されてもよい。絶縁領域48の厚さは100 ｎｍ〜100 μｍの範囲内であってもよい。
【００４９】
図２〜６に示されている実施形態の場合のように、光検出器Pix1, Pix2が表面24の側で照明光を受けるように構成されている場合、支持体20、導電性部分26及び第１の界面層32は、検出デバイスによって検出される電磁放射線を少なくとも部分的に通す。図３及び図５は、矢印49によって表面24の側で光検出器Pix に達する放射線を概略的に示す。そのため、第２の界面層36及び／又は絶縁層38は、表面39による活性層34の不要な照射の危険性を低下させるために、放射線を少なくとも部分的に通さなくてもよい。光検出器Pix1, Pix2が、以下に記載される実施形態のように、絶縁層38の表面39の側で照明光を受けるように構成されている場合、絶縁層38及び第２の界面層36は、少なくとも部分的に透明な材料で形成されている。そのため、支持体20、導電性部分26, 28及び／又は第１の界面層32は、表面24による活性層34の不要な照射の危険性を低下させるために、放射線を少なくとも部分的に通さなくてもよい。光検出器Pix1, Pix2が表面24の側又は表面39の側で照明光を区別なく受けるように構成されている場合、支持体20、導電性部分26, 28及び絶縁層38は、少なくとも部分的に透明な材料で形成されている。
【００５０】
更に、光検出器Pix1, Pix2が絶縁層38の表面39の側で照明光を受けるように構成されている場合、更に支持体20が光検出器によって受ける放射線を少なくとも部分的に通す場合、導電性部分26, 28は、放射線を少なくとも部分的に通さず、支持体20内の光がダイオードD まで伝播することを減少させ得る。
【００５１】
動作中、不透明な領域44は、放射線が積層体30の一部に達するのを防ぐため、ダイオードとして動作する一方、放射線を受ける積層体30の残り部分はフォトダイオードPHとして動作する。界面層36を形成する材料は、実質的に全ての電荷が、積層体30の活性層34を２回横切ることにより、つまり、一回は不透明な領域44によって遮蔽される積層体30の部分で横切り、一回は電磁放射線を受ける積層体30の部分で横切ることにより、導電性部分26, 28間を流れるように適合された抵抗率で選択されている。従って、共通のアノード又は共通のカソードを有するフォトダイオードPH及びダイオードD が有効に接続される。図３及び図５には、ダイオードD 及びフォトダイオードPHの電気記号が加えられている。
【００５２】
図７Ａ〜図７Ｅは、光検出器Pix1を製造する方法の実施形態の工程を示す。
【００５３】
図７Ａは、支持体20の表面22に導電性部分26, 28を形成して、支持体20の表面24に不透明な領域44を形成した後に得られた構造を示す。
【００５４】
使用される材料に応じて、導電性部分26, 28及び不透明な領域44を形成する方法は、例えば導電性部分26, 28又は不透明な領域44を形成する材料を所望の位置に直接堆積させることによる、いわゆるアディティブ法に相当してもよい。堆積を、インクジェット印刷、グラビア印刷、シルクスクリーン、フレキソ印刷、スプレーコーティング又はドロップキャストによって行ってもよい。導電性部分26, 28及び／又は不透明な領域44を形成する方法は、いわゆるサブトラクティブ処理に相当してもよく、サブトラクティブ処理では、導電性部分26, 28及び／又は不透明な領域44を形成する材料の層を構造全体に堆積させ、その後、未使用の部分を、例えばフォトリソグラフィ又はレーザアブレーションによって除去する。対象とする材料に応じて、構造全体の堆積を、例えば液相成長法、カソードスパッタリング法又は蒸着法によって行ってもよい。スピンコーティング、スプレーコーティング、ディッピング、ヘリオグラフィ、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、フレキソ印刷又はシルクスクリーンのような方法を特に使用してもよい。導電性部分26, 28及び／又は不透明な領域44が金属製であるとき、金属を、例えば支持体20全体に蒸着法又はカソードスパッタリング法によって堆積させ、導電性部分26, 28及び／又は不透明な領域44をエッチングによって画定する。導電性部分26, 28を形成する材料が異なるとき、特に導電性部分26が不透明なとき、導電性部分26, 28を異なる工程で形成してもよい。
【００５５】
図７Ｂは、支持体20全体に第１の界面層32、活性層34及び第２の界面層36を連続的に堆積させた後に得られた構造を示す。活性層34及び第２の界面層36をスロットダイコーティングによって形成してもよい。対象とする層を形成する材料の槽に構造体を浸し、次に構造体を槽から除去し、その後に構造体を乾燥させることによって、第１の界面層32を形成してもよい。第１の界面層32、活性層34及び第２の界面層36を夫々堆積させた後、又は第１の界面層32、活性層34及び第２の界面層36の一部、特に第１の界面層32を堆積させた後にアニール工程を行ってもよい。第１の界面層32、活性層34及び第２の界面層36を夫々堆積させた後、又は第１の界面層32、活性層34及び第２の界面層36の一部、特に活性層34を堆積させた後に表面処理を行って、次の構造の堆積を向上させてもよい。例として、表面処理は、プラズマ、例えば500 W であってもよい電力を有する無線周波数発電機を備えた誘導結合プラズマ源によって得られる酸素プラズマを用いて、133 Pa程度（約１トル）の圧力で１分間反応器内で清浄化する工程を有してもよい。
【００５６】
図７Ｃは、第１の界面層32、活性層34及び第２の界面層36をエッチングして積層体30を画定した後に得られた構造を示す。エッチングは反応性イオンエッチング（RIE ）であってもよい。変形例によれば、前述したアディティブ堆積法又は他のサブトラクティブ堆積法によって積層体30を形成してもよい。
【００５７】
図７Ｄは、構造全体に絶縁層38を堆積させる工程、及び光検出器Pix1毎に絶縁層38に開口部を形成する工程の後に得られた構造を示す。絶縁層38を前述したアディティブ堆積法に応じて堆積させてもよい。開口部42をRIE によって形成してもよい。
【００５８】
図７Ｅは、導電素子40を形成した後に得られた構造を示す。導電素子40を、前述したアディティブ堆積法又はサブトラクティブ堆積法に応じて堆積させてもよい。
【００５９】
製造方法の次の工程として特に、例えば図７Ｅに示されている構造の表面24及び表面39を保護層で覆うことにより光検出器Pix1を封止し、場合によっては支持体20を切り取って検出デバイス10を画定する。
【００６０】
有利には、検出デバイス10は印刷技術によって形成されてもよい。導電性部分26, 28、第１の界面層32、活性層34、第２の界面層36、導電素子40及び／又は不透明な領域44の材料を、液体の形態、例えば導電性の半導体インクの形態で堆積させてもよい。ここで、「液体の形態の材料」は、印刷技術によって堆積可能なゲル材料を更に表す。アニール工程を異なる層の堆積間に行ってもよいが、アニール温度は150 ℃を超えなくてもよく、堆積及び場合によってアニールを大気圧で行ってもよい。
【００６１】
前述した実施形態では、支持体20の表面24に不透明な領域44を形成することにより、ダイオードD を検出デバイスによって受ける放射線から遮蔽する。図８及び図９は、支持体20の表面24の側で光放射線を受けるように構成された光検出器に適合されたダイオードD の遮蔽の他の実施形態を示す。
【００６２】
図８は光検出器Pix3の別の実施形態を示す。光検出器Pix3は、不透明な領域44が支持体20の表面24に形成されず、表面24に接合された被覆体52の表面50に設けられている点を除いて光検出器Pix1の全ての要素を有している。被覆体52は、フォトダイオードPHによって検出される放射線を少なくとも部分的に通す層、例えば厚さが125 μｍのPET 層を含んでいる。被覆体52は支持体20に積層によって接合されてもよく、接着層54が被覆体52の層と表面24との間に設けられてもよい。
【００６３】
図９は光検出器Pix4の別の実施形態を示す。光検出器Pix4は、不透明な領域44が設けられていない点を除いて光検出器Pix1の全ての要素を有している。ダイオードD の遮蔽は、フォトダイオードPHによって検出される放射線を実質的に通さない導電性部分28によって行われる一方、導電性部分26は放射線を少なくとも部分的に通す。実施形態によれば、導電性部分28は導電性部分26とは異なる材料で形成されている。例として、不透明な導電性部分28は金属材料で形成されているか、又はグラフェン若しくは黒鉛のタイプの堆積物に相当し、透明な導電性部分26は、TCO 、Agナノワイヤ又はカーボンナノチューブで形成されている。本実施形態は、遮蔽体をダイオードD のより近くに設け得ることが有利である。
【００６４】
図１０〜図１３に示されている実施形態は、絶縁層38の表面39の側で光放射線を受けるように構成されている光検出器に適合されている。図１０〜図１３は、絶縁層38の表面39の側で光検出器に達する放射線を矢印56で概略的に示す。
【００６５】
図１０は、光検出器Pix5の別の実施形態を示す。光検出器Pix5は、不透明な領域44が支持体20の表面24に形成されず、絶縁層38の表面39に設けられている点を除いて光検出器Pix1の全ての要素を有している。
【００６６】
図１１は、光検出器Pix6の別の実施形態を示す。光検出器Pix6は、不透明な領域44が絶縁層38の表面39に形成されず、絶縁層38の表面39に接合されている被覆体58の表面57に設けられている点を除いて光検出器Pix5の全ての要素を有している。被覆体58は、フォトダイオードPHによって検出される放射線を少なくとも部分的に通す絶縁層、例えば厚さが125 μｍのPET 層を含んでいる。被覆体58は絶縁層38に積層によって接合されてもよく、接着層60が被覆体58と絶縁層38との間に設けられてもよい。
【００６７】
図１２は、光検出器Pix7の別の実施形態を示す。光検出器Pix7は、光検出器Pix5の不透明な領域44によって行われる遮蔽機能が、光検出器Pix7によって受ける放射線56がダイオードD に達することを防ぎ得る形状を有して、絶縁層38の表面39に延びている部分を有する導電素子40によって直接行われる点を除いて、光検出器Pix5の全ての要素を有している。光検出器Pix7を製造する方法は少ない工程を有することが有利である。
【００６８】
図１３は、光検出器Pix8の別の実施形態を示す。光検出器Pix8は、遮蔽機能が絶縁層38の表面39に設けられた導電性領域62によって行われる点を除いて光検出器Pix7の全ての要素を有しており、導電性領域62は、導電素子40の材料と同一の材料で導電素子40と同時的に形成されるが、導電素子40に電気的に接続されていない。この実施形態は、不透明な領域62が、検出デバイス10の動作中、特にノイズの注入によって導電素子40の導電性を低下させることを回避し得ることが有利である。
【００６９】
異なる変形例を有する様々な実施形態が上記に述べられている。当業者は、いかなる進歩性も示さずにこれらの様々な実施形態及び変形例を組み合わせてもよいことに注目すべきである。特に、図８〜１１に関連して前述した実施形態を図４〜図６に関連して前述した光検出器Pix2を用いて実施してもよい。更に、検出デバイスが支持体20の表面24の側及び絶縁層38の表面39の側の両方で放射線に曝され得る場合、各光検出器のダイオードD が放射線に曝されることを防ぐ第１の不透明な遮蔽体が、図２、図８又は図９に示されている前述した実施形態の内の１つに従って表面24の側に設けられてもよく、各光検出器のダイオードD が放射線に曝されることを防ぐ第２の不透明な遮蔽体が、図１０〜図１３に示されている前述した実施形態の内の１つに従って表面39の側に設けられてもよい。
【００７０】
本特許出願は、参照によって本明細書に組み込まれる仏国特許出願第17／53424 号明細書の優先権を主張している。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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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１３】
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【国際調査報告】
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