传感器、操作其的方法、照相机和电子设备与流程

传感器、操作其的方法、照相机和电子设备
1.对相关申请的交叉引用
2.本技术要求在韩国知识产权局于2020年5月11日提交的韩国专利申请no.10
‑
2020
‑
0056122的优先权和权益，将其全部内容通过引用引入本文中。
技术领域
3.公开了传感器和电子设备。


背景技术：

4.成像器件生成图像并且可将其作为电信号存储。成像器件包括图像传感器，所述图像传感器根据入射光波长将入射光分解为单独的分量并将各分量转换为电信号。


技术实现要素：

5.一些实例实施方式提供能够改善效率和灵敏度的一种或多种传感器。
6.一些实例实施方式提供包括所述一种或多种传感器的一种或多种电子设备。
7.根据一些实例实施方式，传感器可包括第一电极和第二电极、以及在第一电极和第二电极之间的光活性层，所述光活性层包括被配置为与第一电极形成肖特基结(schottky junction)的光吸收半导体。光活性层可具有载流子(载荷子)捕获位点(捕获位，捕获位置)，所述载流子捕获位点被配置为俘获基于吸收至少在邻近第一电极的位置处进入光活性层的入射光的光吸收半导体产生的光生载流子。传感器可被配置为具有基于在第一电极和第二电极之间施加的电压偏压(偏置电压)能调节的外量子效率(eqe)。
8.随着第一电极和第二电极之间的电压偏压变大，传感器的外量子效率(eqe)可变高，使得传感器的外量子效率(eqe)的大小可与在第一电极和第二电极之间的电压偏压的大小成比例。
9.在第一电极和第二电极之间施加的电场可大于约0mv/cm且小于或等于约0.5mv/cm。
10.传感器的外量子效率(eqe)可超过约100％。
11.光吸收半导体可包括p型非聚合(非聚合物)半导体或n型非聚合半导体之一。
12.光活性层可至少部分地限定包括p型非聚合半导体或n型非聚合半导体之一的单连续相(mono
‑
continuous phase)。
13.p型非聚合半导体可为具有小于或等于约5000道尔顿且大于0道尔顿的分子量的p型单体，以及n型非聚合半导体可为具有小于或等于约5000道尔顿且大于0道尔顿的分子量的n型单体。
14.p型单体可为包括给电子(供电子)部分、π共轭部分和受电子部分的有机半导体。
15.光吸收半导体可被配置为吸收蓝色波长谱、绿色波长谱、红色波长谱或红外波长谱的至少一种中的光。
16.基于光活性层的总体积，可以约90％至约100％包括光吸收半导体，使得光活性层
的总体积的约90％至约100％是光吸收半导体。
17.光活性层的厚度可等于或大于约100nm且小于或等于约3μm。
18.光活性层可具有靠近第一电极的第一表面和与第一表面相反并靠近第二电极的第二表面，使得第一表面和第二表面是光活性层的相反表面，其中光活性层的第一表面的表面粗糙度可在约0nm和约10nm之间。
19.在光活性层中的载流子捕获位点在垂直于光活性层的第一表面延伸的方向上可在从光活性层的第一表面起的光活性层的总厚度的约50％内。
20.光生载流子可被配置为用作引起肖特基结的界面能带弯曲(interfacial band bending)的开关(转换，switching)，载流子可通过电压偏压从第一电极转移到第二电极，并且从第一电极转移到第二电极的载流子的量可大于基于吸收至少在邻近第一电极的位置处进入光活性层的入射光的光吸收半导体产生的光生载流子的量。
21.传感器可进一步包括在光活性层和第二电极之间的缓冲层。
22.传感器可进一步包括半导体基板，并且半导体基板可包括电连接至第二电极的电荷存储器。
23.传感器可进一步包括滤色器层，所述滤色器层在半导体基板上并且在垂直于半导体基板的上表面延伸的方向上至少部分地与光活性层重叠。
24.半导体基板可进一步包括光电二极管。
25.光吸收半导体可被配置为吸收第一波长谱中的光，所述第一波长谱为蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱之一，光电二极管可包括第一光电二极管，所述第一光电二极管被配置为感测第二波长谱中的光，所述第二波长谱是蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱中的另一个，并且第一波长谱和第二波长谱可彼此不同。
26.光电二极管可进一步包括第二光电二极管，所述第二光电二极管在垂直于或平行于半导体基板的上表面延伸的方向上与第一光电二极管堆叠在半导体基板中，所述第二光电二极管可被配置为感测第三波长谱中的光，所述第三波长谱是蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱中的再一个，并且所述第三波长谱可分别与第一波长谱和第二波长谱两者不同。
27.根据一些实例实施方式，操作传感器的方法，所述传感器包括第一电极、第二电极、以及在第一电极和第二电极之间的光活性层，所述光活性层包括光吸收半导体，所述方法包括：基于吸收入射光的光活性层在光活性层处产生光生载流子，在光活性层中的载流子捕获位点处俘获光生载流子，使俘获的光生载流子引起第一电极和光活性层之间的肖特基结的界面能带弯曲，在第一电极和第二电极之间施加电压偏压导致传感器将载流子通过光活性层从第一电极转移至第二电极，和基于转移至第二电极的载流子产生从传感器输出的电信号。
28.光生载流子可用作引起肖特基结的界面能带弯曲的开关，并且转移至第二电极的载流子的量大于基于吸收入射光的光活性层而产生的光生载流子的量。
29.传输至第二电极的电信号可不包括由光生载流子的单独的电信号。
30.在第一电极和第二电极之间施加的电压偏压可大于约0mv/cm且小于或等于约0.5mv/cm。
31.传感器的外量子效率(eqe)可超过约100％。
32.根据一些实例实施方式，提供包括所述传感器的照相机。
33.根据一些实例实施方式，提供包括所述传感器或所述照相机的电子设备。
34.根据一些实例实施方式，传感器可包括第一电极和第二电极、以及在第一电极和第二电极之间的光活性层，所述光活性层包括被配置为与第一电极或第二电极的至少一个形成肖特基结的光吸收半导体。光活性层可具有载流子捕获位点，所述载流子捕获位点被配置为俘获基于吸收至少进入光活性层的入射光的光吸收半导体产生的光生载流子。传感器可被配置为具有基于在第一电极和第二电极之间施加的电压偏压能调节的外量子效率(eqe)。
35.载流子捕获位点可被配置为俘获基于吸收至少在与第二电极相比更接近第一电极的位置处进入光活性层的入射光的光吸收半导体产生的光生载流子。
36.传感器的外量子效率(eqe)可超过约100％。
37.光吸收半导体可包括p型非聚合半导体或n型非聚合半导体之一。
38.光活性层可具有靠近第一电极的第一表面和靠近第二电极的第二表面，第二表面与第一表面相反，使得第一表面和第二表面是光活性层的相反表面。光活性层的第一表面的表面粗糙度可在约0nm至约10nm之间。
39.在光活性层中的载流子捕获位点在垂直于光活性层的第一表面延伸的方向上可在从光活性层的第一表面起的光活性层的总厚度的约50％内。
40.光生载流子可被配置为用作引起肖特基结的界面能带弯曲的开关，载流子可通过电压偏压从第一电极转移至第二电极，并且从第一电极转移至第二电极的载流子的量可大于基于吸收至少在邻近第一电极的位置处进入光活性层的入射光的光吸收半导体产生的光生载流子的量。
41.传感器可进一步包括在光活性层和第二电极之间的缓冲层。
42.电子设备可包括所述传感器。
43.所述传感器的效率和灵敏度可改善。
附图说明
44.图1是示意性地示出根据一些实例实施方式的器件的一个实例的横截面图，
45.图2是按照根据一些实例实施方式的图1的器件的实例的能量图，
46.图3是示出根据一些实例实施方式的器件的另一实例的横截面图，
47.图4是示出根据一些实例实施方式的图像传感器的一个实例的横截面图，
48.图5是根据一些实例实施方式的图像传感器的一个实例的俯视图，
49.图6是示出图5的图像传感器的一个实例的横截面图，
50.图7是示出按照根据一些实例实施方式的图5的图像传感器的另一实例的横截面图，
51.图8是根据一些实例实施方式的图像传感器的另一实例的俯视图，
52.图9是示出根据一些实例实施方式的图8的图像传感器的一个实例的横截面图，
53.图10是根据一些实例实施方式的图像传感器的另一实例的俯视图，
54.图11是示出根据一些实例实施方式的图10的图像传感器的一个实例的横截面图，
55.图12是示出根据一些实例实施方式的图像传感器的一个实例的横截面图，
56.图13是示出根据一些实例实施方式的图像传感器的另一实例的横截面图，
57.图14是根据一些实例实施方式的电子设备的示意图，
58.图15是示出根据实施例1和参比例1的器件的根据电场的外量子效率(eqe)的变化的图，
59.图16是示出根据一些实例实施方式的根据实施例2和参比例2的器件的根据电场的外量子效率(eqe)的变化的图，
60.图17是示出根据一些实例实施方式的根据实施例1的器件的根据波长的外量子效率(eqe)的图，和
61.图18是说明根据一些实例实施方式的操作传感器的方法的流程图。
具体实施方式
62.在下文中，将详细描述一些实例实施方式，使得本领域技术人员可容易地实施它们。然而，实际应用的结构可以多种多种不同的形式实施，并且不限于本文中描述的实施。
63.在附图中，为了清楚起见，放大层、膜、面板、区域等的厚度。将理解，当一个元件诸如层、膜、区域或基板被称为“在”另外的元件“上”时，它可直接在所述另外的元件上，或者也可存在中间元件，使得所述一个元件和所述另外的元件通过一个或多个插入空间和/或结构体彼此隔开以免彼此直接接触。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件，使得所述一个元件和所述另外的元件彼此直接接触。如本文中所述，“在”另外的元件“上”的一个元件可在所述另外的元件之上、之下和/或水平地相邻。
64.将理解，元件和/或其性质可在本文中被陈述为与其他元件“相同”或“相等”，并且将进一步理解，在本文中被陈述为与其他元件“相同”或“相等”的元件和/或其性质可与其他元件和/或其性质“相同”或“相等”或“基本上相同”或“基本上相等”。与其他元件和/或其性质“基本上相同”或“基本上相等”的元件和/或其性质将理解为包括在制造公差和/或材料公差内与其他元件和/或其性质相同或相等的元件和/或其性质。与其他元件和/或其性质相同或基本上相同的元件和/或其性质可为在结构上相同或基本上相同、在功能上相同或基本上相同、和/或在组成上相同或基本上相同。
65.将理解，本文中被描述为“基本上”相同的元件和/或其性质涵盖具有等于或小于10％的在大小上的相对差异的元件和/或其性质。此外，不管元件和/或其性质是否被修饰为“基本上”，将理解，这些元件和/或其性质应解释为包括在陈述的元件和/或其性质附近的制造或操作公差(例如，
±
10％)。
66.当在本说明书中关于数值使用术语“约”或“基本上”时，意图是相关数值包括在所述数值附近的
±
10％的公差。当规定范围时，所述范围包括其间的所有值，例如0.1％的增量。
67.在附图中，为了实施方式的清楚起见，省略与描述没有关系的部分，并且在整个说明书中，相同或相似的构成元件由相同的附图标记表示。
68.在下文中，术语“下(下部)”和“上(上部)”是为了描述的方便且不限制位置关系。在下文中，术语“金属”包括金属和半金属。
69.在下文中，传感器的上部部分将被描述为光接收表面，但这是为了描述的方便且不限制位置关系。
70.如本文中使用的，当没有另外提供具体定义时，“取代(的)”是指化合物或基团的氢被以下代替：卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基，脒基、肼基、肼基、腙基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基团或其盐、磷酸基团或其盐、甲硅烷基、c1至c20烷基、c2至c20烯基、c2至c20炔基、c6至c30芳基、c7至c30芳基烷基、c1至c30烷氧基、c1至c20杂烷基、c3至c20杂芳基、c3至c20杂芳基烷基、c3至c30环烷基、c3至c15环烯基、c6至c15环炔基、c3至c30杂环烷基、或其组合。
71.如本文中使用的，当没有另外提供具体定义时，术语“杂”是指包括1至4个选自n、o、s、se、te、si和p的杂原子。
72.在下文中，“组合”是指两种或更多种的混合物和两种或更多种的堆叠结构。
73.在下文中，当没有另外提供定义时，能级是最高占据分子轨道(homo)能级和/或最低未占分子轨道(lumo)能级。
74.在下文中，当没有另外提供定义时，功函或能级作为距真空能级的绝对值表示。另外，当功函或能级被称为深的、高的或大的时，它可具有基于“0ev”的真空能级的大的绝对值，而当功函或能级被称为浅的、低的或小的时，它可具有基于“0ev”的真空能级的小的绝对值。
75.在下文中，描述根据一些实例实施方式的器件。
76.根据一些实例实施方式的器件可包括例如电极对和在电极对之间的光活性层，并且光活性层可包括例如光电子材料。光电子材料可包括例如被配置为吸收光并表现出电性质的材料，但不限于此。根据一些实例实施方式的器件可为例如光电转换器件、光电传感器或光电检测器，但不限于此。
77.根据一些实例实施方式的器件可为例如包括至少一种有机材料的有机器件，和可为例如包括至少一种有机材料作为光电子材料的有机二极管。
78.根据一些实例实施方式的器件可为例如被配置为在偏压下形成肖特基结的肖特基二极管。
79.图1是示意性地示出根据一些实例实施方式的器件的横截面图，和图2是按照根据一些实例实施方式的图1的器件的实例的能量图。根据任何实例实施方式的如本文中描述的器件可为传感器，并且如本文中描述的传感器能可互换地称为器件。
80.参照图1，根据一些实例实施方式的传感器100包括第一电极10和第二电极20、以及在第一电极10和第二电极20之间的光活性层30。在一些实例实施方式中，传感器100可为包括图像传感器、光传感器等的传感器。
81.第一电极10或第二电极20之一可为阳极，和另一个可为阴极。例如，第一电极10可为阳极和第二电极20可为阴极。例如，第一电极10可为阴极和第二电极20可为阳极。
82.第一电极10或第二电极20的至少一个可为透明电极。透明电极可具有大于或等于约80％、例如大于或等于约85％、大于或等于约88％、或大于或等于约90％的高的透射率。透射率可等于或小于约100％、例如等于或小于约99％。透明电极可包括例如氧化物导体、碳导体或金属薄膜的至少一种。氧化物导体可包括例如选自氧化铟锡ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锌锡(zto)、氧化铝锡(ato)和氧化铝锌(azo)的至少一种，碳导体可为选自石墨烯和碳纳米结构体的至少一种，且金属薄膜可为包括铝(al)、镁(mg)、银(ag)、金(au)、其合金、或其组合的超薄膜。光接收电极可为透明电极。
83.第一电极10或第二电极20之一可为反射性电极。反射性电极可具有例如小于约10％的透射率或者大于或等于约5％的高的反射率。反射性电极可包括反射性导体，例如金属，例如铝(al)、银(ag)、金(au)、或其合金。
84.例如，第一电极10和第二电极20可分别为透明电极。第一电极10或第二电极20之一可为光接收电极。
85.例如，第一电极10可为透明电极和第二电极20可为反射性电极。第一电极10可为光接收电极。
86.例如，第一电极10可为反射性电极和第二电极20可为透明电极。第二电极20可为光接收电极。
87.光活性层30可在第一电极10和第二电极20之间。
88.光活性层30可被配置为吸收光以产生光生载流子。所述光可为例如以下的至少一部分：在蓝色波长谱中的光(以下称为“蓝色光”)、在绿色波长谱中的光(以下称为“绿色光”)、在红色波长谱中的光(以下称为“红色光”)和/或在红外波长谱中的光(以下称为“红外光”)。
89.例如，光活性层30可被配置为选择性地吸收蓝色光、绿色光、红色光或红外光之一。在本文中，蓝色光、绿色光、红色光或红外光之一的选择性吸收意味着，在大于或等于约380nm且小于约500nm(蓝色光)、约500nm至约600nm(绿色光)、大于约600nm且小于或等于约700nm(红色光)、或者大于约700nm至小于约3000nm(红外光)的波长谱之一中存在吸收光谱的峰值吸收波长(λ
最大
)，并且在相应的波长谱中的吸收光谱(例如，由光活性层30吸收的入射辐射的分数)显著高于其他波长谱的吸收光谱。在本文中，“显著高于”可意味着为约70％或更高、约75％或更高、约80％或更高、约85％或更高、约90％或更高、或者约95％或更高，基于总的吸收光谱。
90.例如，光活性层30可被配置为吸收蓝色光、绿色光、红色光或红外光的至少两种，例如，吸收蓝色光、绿色光和红色光。
91.光活性层30可包括具有上述光吸收特性的光吸收半导体。光吸收半导体可为和/或包括具有上述吸收特性的p型半导体或n型半导体之一，并且p型半导体或n型半导体可被配置为与第一电极10形成肖特基结。因此，将理解，光活性层30可包括被配置为与第一电极10形成肖特基结的光吸收半导体。在一些实例实施方式中，代替与第一电极10形成肖特基结或除了与第一电极10形成肖特基结之外，光吸收半导体可被配置为与第二电极20形成肖特基结。因此，将理解，光活性层30可包括被配置为与第一电极10或第二电极20的至少一个形成肖特基结的光吸收半导体。由于肖特基结在电极与p型半导体之间或在电极与n型半导体之间形成，与pn结不同，不一起包括p型半导体与n型半导体。p型半导体可包括一种或多种类型，并且n型半导体可包括一种或多种类型。
92.光吸收半导体可为例如具有上述吸光特性的p型或n型非聚合半导体，并且p型或n型非聚合半导体可为例如p型或n型无机半导体、p型或n型有机
‑
无机半导体、p型或n型非聚合有机半导体(低分子量半导体)、或其组合。例如，p型或n型无机半导体、p型或n型有机
‑
无机半导体、或者p型或n型非聚合有机半导体(低分子量半导体)可包括波长选择性的吸收材料，其被配置为选择性地吸收蓝色光、绿色光、红色光或红外光之一。因此，光吸收半导体可被配置为吸收在蓝色波长谱、绿色波长谱、红色波长谱或红外波长谱的至少一种中的光(例
如，入射光900的至少一些)。
93.p型或n型非聚合半导体可形成(例如，限定)载流子捕获位点30a，其是通过分子本身的构型、例如分子的排列、对准和/或堆叠有意或无意地形成的。稍后将描述载流子捕获位点30a。
94.例如，光吸收半导体可包括p型无机半导体、p型有机
‑
无机半导体、p型低分子量半导体、或其组合。p型低分子量半导体可为例如p型单体，例如具有小于或等于约5000、小于或等于约4000、或者小于或等于约3000的分子量的p型单体。所述p型单体的分子量可等于或大于约0、0.01、0.1、1等。如本文中所述的分子量大小可以道尔顿为单位，也称为统一的原子质量单位(例如，p型低分子量半导体可为具有小于或等于约5000道尔顿且大于0道尔顿的分子量的p型单体)。
95.例如，光吸收半导体可包括n型无机半导体、n型有机
‑
无机半导体、n型低分子量半导体、或其组合。n型低分子量半导体可为例如n型单体，例如具有小于或等于约5000、小于或等于约4000、或者小于或等于约3000的分子量的n型单体。所述n型单体的分子量可等于或大于约0、0.01、0.1、1等。如本文中所述的分子量大小可以道尔顿为单位，也称为统一的原子质量单位(例如，n型低分子量半导体可为具有小于或等于约5000道尔顿且大于0道尔顿的分子量的n型单体)。
96.例如，p型单体可具有包括给电子部分、π共轭连接基团和受电子部分的核心结构。
97.例如，p型低分子量半导体可由化学式a表示，但不限于此。
98.[化学式a]
[0099]
edm
‑
lm
–
eam
[0100]
在化学式a中，
[0101]
lm是π共轭连接基团，并且可为具有o、s、se、te或si的至少一个的c2至c30杂环基团，
[0102]
edm可为给电子部分，以及
[0103]
eam可为受电子部分。
[0104]
例如，由化学式a表示的p型单体可被配置为选择性地吸收绿色光，并且可例如由化学式a
‑
1表示。
[0105]
[化学式a
‑
1]
[0106][0107]
在化学式a
‑
1中，
[0108]
x可为o、s、se、te、so、so2、或sir
a
r
b
，
[0109]
ar可为取代或未取代的c6至c30亚芳基、取代或未取代c3至c30杂环基、或前述两个或更多个的稠环，
[0110]
ar
1a
和ar
2a
可独立地为取代或未取代的c6至c30芳基或者取代或未取代的c3
‑
c30杂芳基，
[0111]
r
1a
至r
3a
、r
a
、和r
b
可独立地为氢、氘、取代或未取代的c1至c30烷基、取代或未取代的c1至c30烷氧基、取代或未取代的c6至c30芳基、取代或未取代的c3至c30杂芳基、卤素、氰基、或其组合，和
[0112]
r
1a
至r
3a
以及ar
1a
和ar
2a
可独立地存在，或者其两个相邻的基团可彼此组合以形成稠环。
[0113]
例如，在化学式a
‑
1中，ar
1a
和ar
2a
可独立地为以下之一：取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的哒嗪基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的吡嗪基、取代或未取代的喹啉基、取代或未取代的异喹啉基、取代或未取代的萘啶基、取代或未取代的噌啉基、取代或未取代的喹唑啉基、取代或未取代的酞嗪基、取代或未取代的苯并三嗪基、取代或未取代的吡啶并吡嗪基、取代或未取代的吡啶并嘧啶基、或者取代或未取代的吡啶并哒嗪基。
[0114]
例如，化学式a
‑
1的ar
1a
和ar
2a
可彼此连接以形成环，或者例如，ar
1a
和ar
2a
可通过以下之一彼此连接以形成环：单键、
‑
(cr
g
r
h
)
n2
‑
(n2为1或2)、
‑
o
‑
、
‑
s
‑
、
‑
se
‑
、
‑
n＝、
‑
nr
i
‑
、
‑
sir
j
r
k
‑
、或
‑
ger
l
r
m
‑
。这里，r
g
至r
m
可独立地为氢、取代或未取代的c1至c30烷基、取代或未取代的c6至c30芳基、取代或未取代的c3至c30杂芳基、取代或未取代的c1至c6烷氧基、卤素、或其组合。
[0115]
例如，化学式a
‑
1的r
1a
和ar
1a
可彼此连接以形成环，和例如可通过选自以下之一彼此连接以形成环：单键、
‑
(cr
g
r
h
)
n2
‑
(n2为1或2)、
‑
o
‑
、
‑
s
‑
、
‑
se
‑
、
‑
n＝、
‑
nr
i
‑
、
‑
sir
j
r
k
‑
、或
‑
ger
l
r
m
‑
。这里，r
g
至r
m
与上述的相同。
[0116]
例如，由化学式a
‑
1表示的p型单体可由化学式a
‑
2至a
‑
7之一表示。
[0117]
[0118][0119]
在化学式a
‑
2至a
‑
7中，
[0120]
x和r
1a
至r
3a
与上述的相同，
[0121]
ar3可为取代或未取代的c6至c30亚芳基、取代或未取代的c3至c30杂环基、或前述两个或更多个的稠合环，
[0122]
g可为以下之一：单键、
‑
(cr
g
r
h
)
n2
‑
(n2为1或2)、
‑
o
‑
、
‑
s
‑
、
‑
se
‑
、
‑
n＝、
‑
nr
i
‑
、
‑
sir
j
r
k
‑
、或
‑
ger
l
r
m
‑
，其中r
g
至r
m
可独立地为氢、取代或未取代的c1至c30烷基、取代或未取代的c1至c30烷氧基、取代或未取代的c6至c30芳基、取代或未取代的c3至c30杂芳基、卤素、氰基、或其组合，其中r
g
和r
h
、r
j
和r
k
、以及r
l
和r
m
可独立存在或可彼此连接以形成环，
[0123]
y2可为o、s、se、te、或c(r
q
)(cn)(其中r
q
为氢、氰基(
‑
cn)、或c1至c10烷基)，
[0124]
r
6a
至r
6e
、r
7a
至r
7e
、r
16
、r
17
、r
g
、和r
h
可独立地为氢、取代或未取代的c1至c30烷基、取代或未取代的c1至c30烷氧基、取代或未取代的c6至c30芳基、取代或未取代的c3至c30杂芳基、卤素、氰基、或其组合，和
[0125]
r
1a
至r
3a
、r
6a
至r
6e
、和r
7a
至r
7e
可独立地存在，或者其两个相邻的基团可彼此连接以形成稠环。
[0126]
例如，化学式a
‑
2、a
‑
4和/或a
‑
6的ar3可为苯环、萘环、蒽环、噻吩环、硒吩环、碲吩环、吡啶环、嘧啶环、或选自前述环的两个或更多个的稠环。
[0127]
光吸收半导体可占据光活性层30的大部分，例如，基于光活性层30的总体积，可以
约90％至约100％、约92％至约100％、约95％至约100％、约97％至约100％、约98％至约100％、或约99％至约100％包括光吸收半导体。例如，光活性层30的总体积的约90％至约100％可为光吸收半导体。
[0128]
例如，光活性层30可由上述p型非聚合半导体或n型非聚合半导体之一形成(例如，可部分地或完全地包括其)，并且可形成(例如，限定)单连续相，所述单连续相由p型非聚合半导体或n型非聚合半导体之一(其可与至少部分地或完全地构成光活性层30的p型非聚合半导体或n型非聚合半导体之一相同或不同)组成(例如，至少部分地或完全地包括其)。
[0129]
例如，除了光吸收半导体之外，光活性层30可任选地进一步包括能够改善吸收特性和/或电特性的添加剂。所述添加剂可为例如无机材料、有机材料和/或有机
‑
无机材料。例如，所述添加剂可为非光吸收材料或光吸收材料。所述添加剂可以少量包括在光活性层30中，例如以小于约10％、小于或等于约9％、小于或等于约5％、小于或等于约3％、小于或等于约2％、小于或等于约1％、或小于或等于约0.5％的量，基于光活性层30的总体积。
[0130]
光活性层30可与第一电极10形成肖特基结。例如，光活性层30具有接近(例如，靠近、邻近等)第一电极10的第一表面30
‑
1和与第一表面30
‑
1相反并接近(例如，靠近、邻近等)第二电极20的的第二表面30
‑
2，使得第一表面30
‑
1和第二表面30
‑
2可为光活性层30的相反表面。在一些实例实施方式中，第一表面30
‑
1可与第一电极10直接接触，或者可与第一电极10隔离以免直接接触。在一些实例实施方式中，第二表面30
‑
2可与第二电极20直接接触，或者可与第二电极20隔离以免直接接触。光活性层30可在第一电极10和光活性层30的第一表面30
‑
1之间和/或在第二电极20和光活性层30的第二表面30
‑
2之间形成肖特基结。传感器100可为肖特基二极管。
[0131]
传感器100可具有电流
‑
电压(i
‑
v)特性，其中电流可在特定的(或替代地预定的)电压或更高下流动，并且电流根据电压而改变。例如，当在第一电极10和第二电极20之间施加特定的(或替代地预定的)电压(例如，分别对第一电极10和第二电极20施加单独的电压以导致在第一和第二电极10和20之间施加电压偏压)时，电流可流过光活性层30，并且随着施加的电压(例如，电压偏压的大小)增加，流过光活性层30的电流的量(例如，大小)可线性地增加。
[0132]
光活性层30可具有可邻近第一电极10，即，接近光活性层30的第一表面30
‑
1(例如，与第二表面30
‑
2相比更接近第一表面30
‑
1)的载流子捕获位点30a。然而，将理解，如本文中所述的载流子捕获位点30a可位于在光活性层30内的任何位置处，使得载流子捕获位点30a可与第一表面30
‑
1相比更接近第二表面30
‑
2、或在第一和第二表面30
‑
1和30
‑
2之间等距的。载流子捕获位点30a可具有在光活性层30的homo能级和lumo能级之间的多个捕获态(陷阱态)，并且所述多个捕获态可通过分子的构型例如如上所述的p型或n型非聚合半导体分子的排列、对准和/或堆叠而有意或无意地形成。所述多个捕获态可为例如约10
11
至约10
15
(个)，和可为约10
12
至约10
14
，但不限于此。
[0133]
当光活性层30包括聚合(聚合物)半导体时，为了在与第一电极10接触的光活性层30的第一表面30
‑
1处形成具有多个捕获态的载流子捕获位点，需要单独的处理。然而，根据一些实例实施方式的传感器100可在光活性层30中包括p型非聚合半导体或n型非聚合半导体以形成具有多个捕获态的载流子捕获位点，而无需额外的处理。例如，包括聚合半导体的光活性层30需要形成大于或等于约10nm(例如，约10nm至约1000nm等)的高的表面粗糙度的
额外的处理以在表面上形成载流子捕获位点。然而，根据一些实例实施方式的传感器100的光活性层30可以小于约10nm(例如，约0nm至小于约10nm、约0.1nm至小于约10nm等)的低的表面粗糙度具有足够厚度的载流子捕获位点，而无需额外的处理。如本文中所述的对于表面的表面粗糙度的值(例如，小于约10nm的表面粗糙度)可指所述表面与平行于第一电极10和/或第二电极延伸的平均中心线的平均偏差(例如，小于约10nm的表面粗糙度)。
[0134]
例如，载流子捕获位点30a的位置和厚度30at可取决于光吸收半导体的类型而变化。例如，大部分可存在于从光活性层30的第一表面30
‑
1起的光活性层30的总厚度30t的约50％内。重申，在垂直于光活性层30的第一表面30
‑
1延伸的方向上的载流子捕获位点30a的厚度30at可为在所述方向上从光活性层30的第一表面30
‑
1起的光活性层30的总厚度30t的约50％或更小。将理解，如本文中所述的“厚度”可指在垂直于第一表面30
‑
1和/或第二表面30
‑
2之一或两者的方向上的厚度。
[0135]
参考图1，当光(例如入射光900)进入传感器100(例如，经由通过第一电极10和/或第二电极20之一或两者进入光活性层30)时，光生载流子可基于上述光吸收半导体的光吸收(例如，基于吸收至少进入光活性层30的所述入射光的至少一部分的光吸收半导体)在光活性层30中产生，并且载流子捕获位点30a中的多个捕获态可被配置为俘获这些光生载流子。重申，光活性层30的至少一个载流子捕获位点30a可被配置为俘获光生载流子，所述光生载流子是基于吸收入射光900的至少一部分的光活性层30的光吸收半导体产生的，入射光900至少在光活性层30内的如下位置处进入光活性层30，所述位置可为邻近第一电极10、邻近第二电极20、在第一电极10与第二电极20之间等距的位置等。
[0136]
在一些实例实施方式中，光活性层30可包括多个载流子捕获位点30a。载流子捕获位点30a的至少一个可邻近(例如，直接邻近或靠近或间接邻近)第一电极10。载流子捕获位点30a的至少另一个可邻近(例如，直接邻近或靠近和间接邻近)第二电极20。载流子捕获位点可在第一电极10和第二电极20之间延伸通过光活性层30的方向上堆叠。
[0137]
所述至少一个载流子捕获位点30a可位于直接邻近第一表面30
‑
1的位置处，与第二表面30
‑
2相比更靠近第一表面30
‑
1，在距第一表面30
‑
1的特定距离的位置处，所述特定距离等于或小于第一和第二电极10和20之间的距离的大小的约10％(载流子捕获位点30a可位于如下的位置处，所述位置位于距第一表面30
‑
1的一定距离，所述一定距离为在第一和第二表面30
‑
1和30
‑
2之间的距离的0％和约10％之间)。在一些实例实施方式中，所述至少一个载流子捕获位点30a可包括至少部分地由第一表面30
‑
1限定的光活性层30的一部分，使得所述至少一个载流子捕获位点30a可被理解为与第一表面30
‑
1直接接触。俘获的光生载流子可被配置为引起第一电极10和光活性层30之间的肖特基结的界面能带弯曲(例如，传感器100可被配置为使俘获的光生载流子引起第一电极10和光活性层30之间的肖特基结的界面能带弯曲)，从而第一电极10和光活性层30之间的能障(能量势垒)(δd1)可降低或消除，并且载流子可通过在第一电极10和第二电极20之间施加的外部电压(例如反向偏压)从第一电极10有效地注入到光活性层30。
[0138]
也就是说，通过光在光活性层30中产生的光生载流子可被配置为用作引起肖特基结的界面能带弯曲的开关，载流子通过施加外部电压从第一电极10有效地注入到光活性层30，并且注入到光活性层30中的载流子可被转移到第二电极20并且可被作为传感器100的电信号读取(例如，载流子可通过作为偏压的施加的外部电压从第一电极10经由光活性层
30转移到第二电极20，并且到达第二电极的转移的载流子可被作为传感器100的电信号读取)。这里，根据施加的电压的强度，可调节从第一电极10转移到第二电极20的电荷的量(电流的量)，并且随着施加的电压的强度变大，电流的量可变高。例如，在第一电极10和第二电极20之间施加的电场可为大于约0mv/cm且小于或等于约0.5mv/cm(例如，在约0.001mv/cm和约0.5mv/cm之间、在约0.01mv/cm和约0.5mv/cm之间等)，但不限于此。
[0139]
如上所述，在根据一些实例实施方式的传感器100中，由光产生的光生载流子可用作用于引起界面能带弯曲的开关功能，并且从第一电极10转移到第二电极20的电荷的量可通过外部偏压的强度调节。将理解，如本文中所述的外部偏压或偏压可被互换地称为在第一电极10和第二电极20之间施加的电压偏压，例如基于一个或多个电压施加至第一和第二电极10和20的一个或多个以导致第一和第二电极10和20之间的施加的电压或电压差。随着外部偏压变大，即，在第一电极10和第二电极20之间施加的电压变高，流过光活性层30的电流的量可线性地增加。重申，传感器100可被配置为具有能调节的外量子效率(eqe)，其具有与在第一电极和第二电极之间的偏压(例如，施加的电压差)的大小成比例(例如，成正比)的大小。因此，与其中电流的量根据吸收的光的量确定的pn结器件不同，根据一些实例实施方式的传感器100即使在弱光(低亮度)环境中也可通过调节外部偏压获得足够的电流的量，从而实施高效的器件。
[0140]
例如，在pn结器件的情况中，由光产生的光生载流子被转移到第一电极10和/或第二电极20并被作为pn结器件的电流值读取，使得外量子效率(eqe)可不超过100％。然而，在根据一些实例实施方式的传感器100的情况中，不管由光产生的光生载流子的量，可根据外部偏压的强度获得所需的电流值，使得可获得超过100％的外量子效率。重申，传感器100的外量子效率(eqe)可超过约100％。也就是说，根据外部偏压从第一电极10转移到第二电极20的载流子可比光生载流子多。例如，通过偏压(例如，施加的外部偏压，在第一和第二电极10和20之间施加的电压差等)从第一电极转移到第二电极的载流子的量可大于基于吸收在邻近第一电极10的位置处至少进入光活性层30的入射光900的光活性层30的光吸收半导体产生的光生载流子的量。例如，随着在第一电极10和第二电极20之间的偏压(例如，分别施加到第一和第二电极10和20的电压之间的差)增加，传感器100的外量子效率(eqe)可增加，并且传感器100的外量子效率(eqe)可大于约100％、大于约1000％、或大于约10000％。因此，将理解，传感器100可被配置为与基于在第一和第二电极10和20之间施加的偏压(例如，外部偏压、电压偏压等)能调节的外量子效率(eqe)相关(例如，具有其)(例如，外量子效率(eqe)的大小可为基于施加的偏压的大小能调节的)。例如，传感器100可被配置为基于和/或响应于施加至第一电极的第一电压和施加至第二电极20的第二电压之间的差调节传感器100的eqe。
[0141]
在一些实例实施方式中，由于根据一些实例实施方式的传感器100在无光(暗)环境中不产生光生载流子，因而不发生上述的肖特基结的界面能带弯曲，并且因此，上述机制并不运行以抑制暗电流的产生。
[0142]
光活性层30的总厚度30t可等于或大于约100nm且小于或等于约3μm(例如，可为约100nm至约3μm)，和在上述范围内，可为约200nm至约3μm、约300nm至约3μm、或约500nm至约3μm。
[0143]
传感器100可进一步包括在第一电极10上或在第二电极20下的抗反射层(未示
出)。抗反射层可在光入射的一侧上，并且可通过降低入射光的反射率进一步改善光吸收。例如，当光通过第一电极10入射时，抗反射层可设置在第一电极10上，而当光通过第二电极20入射时，抗反射层可设置在第二电极20下。
[0144]
抗反射层可包括例如具有约1.6至约2.5的折射率的材料，和可包括例如具有在所述范围内的折射率的金属氧化物、金属硫化物或有机材料的至少一种。抗反射层可包括，例如，金属氧化物，例如含铝的氧化物、含钼的氧化物、含钨的氧化物、含钒的氧化物、含铼的氧化物、含铌的氧化物、含钽的氧化物、含钛的氧化物、含镍的氧化物、含铜的氧化物、含钴的氧化物、含锰的氧化物、含铬的氧化物、含碲的氧化物、或其组合；金属硫化物，例如硫化锌；或有机材料，例如胺衍生物，但不限于此。
[0145]
前述传感器100可通过向光活性层30供应光并在第一电极10和第二电极20之间施加偏压来操作。具体地，前述传感器100可通过如下操作：在光活性层30中吸收光以产生光生载流子，将光生载流子俘获在光活性层30中的载流子捕获位点中的捕获态中，通过俘获的光生载流子引起第一电极10和光活性层30之间的肖特基结的界面能带弯曲，在第一电极10和第二电极20之间施加偏压和通过(反向)偏压使载流子从第一电极10通过光活性层30转移到第二电极20，并读取传输到第二电极20的电信号。
[0146]
与pn结器件不同，根据一些实例实施方式的传感器100起到开关功能的作用，其中光生载流子引起肖特基结的界面能带弯曲，使得可根据外部偏压的强度确定传输到第二电极20的电信号，并且通过光生载流子导致的电信号可不被读取。
[0147]
如上所述，由于根据一些实例实施方式的传感器100通过光生载流子开关(转换)，并且电流值可对于外部偏压的强度而调节，因此即使在弱光(低亮度)环境下也可通过调节外部偏压来获得足够的电流的量。因此，即使在低光(低亮度)环境下也可实施高效的器件。
[0148]
在下文中，描述了根据一些实例实施方式的器件的另一实例。
[0149]
图3是示出根据一些实例实施方式的器件的另一实例的横截面图。
[0150]
参考图3，根据一些实例实施方式的传感器100包括第一电极10、第二电极20和光活性层30，如在包括在至少图1中示出的实例实施方式的一些实例实施方式中那样。
[0151]
然而，与包括在至少图1中示出的实例实施方式的一些实例实施方式不同，根据包括在至少图3中示出的实例实施方式的一些实例实施方式的传感器100进一步包括在第二电极20和光活性层30之间(例如，直接或间接地在它们之间)的缓冲层40。缓冲层40可增加从光活性层30到第二电极20的载流子迁移率，同时阻挡从第二电极20到光活性层30的载流子的反向移动。
[0152]
缓冲层40可包括例如有机材料、无机材料和/或有机
‑
无机材料。
[0153]
缓冲层40可包括例如由化学式b
‑
1或b
‑
2表示的化合物。
[0154]
[化学式b
‑
1]
[0155]
[0156]
[化学式b
‑
2]
[0157][0158]
在化学式b
‑
1或b
‑
2中，
[0159]
m1和m2可独立地为cr
n
r
o
、sir
p
r
q
、nr
r
、o、s、se或te，
[0160]
化学式b
‑
1中的ar
1b
、ar
2b
、ar
3b
和ar
4b
可独立地为取代或未取代的c6至c30芳基或者取代或未取代的c3至c30杂芳基，和化学式b
‑
2中的ar
1b
、ar
2b
、ar
3b
和ar
4b
可独立地为取代或未取代的c6至c30亚芳基或者取代或未取代的c3至c30亚杂芳基，
[0161]
g2和g3可独立地为单键、
‑
(cr
s
r
t
)
n3
‑
、
‑
o
‑
、
‑
s
‑
、
‑
se
‑
、
‑
n＝、
‑
nr
u
‑
、
‑
sir
v
r
w
‑
或
‑
ger
x
r
y
‑
，其中n3为1或2，和
[0162]
r
30
至r
37
和r
n
至r
y
可独立地为氢、取代或未取代的c1至c30烷基、取代或未取代的c6至c30芳基、取代或未取代的c3至c30杂环基、取代或未取代的c1至c6烷氧基、卤素或氰基。
[0163]
由化学式b
‑
1或b
‑
2表示的化合物可为例如由化学式b
‑
3或b
‑
4表示的化合物。
[0164]
[化学式b
‑
3]
[0165][0166]
[化学式b
‑
4]
[0167][0168]
在化学式b
‑
3或b
‑
4中，
[0169]
m1、m2、g2、g3、r
30
至r
37
与上述的相同，并且
[0170]
r
38
至r
45
可独立地为氢、取代或未取代的c1至c30烷基、取代或未取代的c6至c30芳基、取代或未取代的c3至c30杂芳基、取代或未取代的c1至c6烷氧基、卤素或氰基。
[0171]
由化学式b
‑
3或b
‑
4表示的化合物可为例如由化学式b
‑
5或b
‑
6表示的化合物。
[0172]
[化学式b
‑
5]
[0173][0174]
[化学式b
‑
6]
[0175][0176]
在化学式b
‑
5或b
‑
6中，r
38
至r
45
以及r
o
和r
n
与上述的相同。
[0177]
前述传感器100可应用于例如传感器，并且传感器可为例如图像传感器。如上所述，应用前述传感器100的图像传感器可被配置为即使在弱光(低亮度)环境中也基于外部偏压(例如，在第一和第二电极10和20之间施加的偏压)来调节电特性诸如外量子效率(eqe)，使得它可有效地应用于在低亮度环境中使用的图像传感器和/或需要高效率的图像传感器。
[0178]
在下文中，参考附图描述应用上述器件的图像传感器的一些实例实施方式。下文中，作为图像传感器的实例描述有机cmos图像传感器。
[0179]
图4是示出根据一些实例实施方式的图像传感器的一个实例的横截面图。
[0180]
参考图4，根据一些实例实施方式的图像传感器300包括半导体基板110、绝缘层80、传感器100和滤色器层70。
[0181]
半导体基板110可为硅基板，并且传输晶体管(未示出)和电荷存储器155集成在其中。可对于各像素集成传输晶体管和/或电荷存储器155。电荷存储装置155电连接至传感器100(例如，电荷存储器155可被包括在半导体基板110中，并且可电连接至传感器100的第二电极20，例如基于电荷存储器155直接与沟槽85接触，沟槽85本身与传感器100的第二电极20直接接触)。
[0182]
金属线(未示出)和焊盘(垫)(未示出)形成在半导体基板110上。为了减少信号延迟，金属线和焊盘可由具有低的电阻率的金属、例如铝(al)、铜(cu)、银(ag)、和/或其合金制成，但不限于此。
[0183]
绝缘层80形成在金属线和焊盘上。绝缘层80可由无机绝缘材料例如氧化硅和/或氮化硅、或者低介电常数(低k)材料例如sic、sicoh、sico和siof制成。绝缘层80具有暴露电荷存储器155的沟槽85。沟槽85可填充有填料。
[0184]
前述传感器100形成在绝缘层80上。传感器100可具有图1或3中所示的结构，并且
详细描述与上述的相同。传感器100的第一电极10或第二电极20之一可为光接收电极，并且传感器100的第一电极10和第二电极20的另一个可连接(例如，电连接)至电荷存储器155。例如，传感器100的第一电极10可为光接收电极，并且传感器100的第二电极20可连接至电荷存储器155。例如，传感器100的第二电极20可为光接收电极，并且传感器100的第一电极10可经由位于沟槽85内的导电材料(例如，具有低的电阻率的金属，例如铝(al)、铜(cu)、银(ag)、和/或其合金)连接至电荷存储器155。
[0185]
滤色器层70形成在传感器100上并且因此在半导体基板110上。如在至少图4中所示(和如进一步在至少图6和13中所示)，滤色器层70可在垂直于半导体基板110的上表面110a延伸的方向上与传感器100的光活性层30重叠，至少部分地或完全地。滤色器层70可包括形成在蓝色像素中的蓝色滤光器70a、形成在红色像素中的红色滤光器70b和形成在绿色像素中的绿色滤光器70c。然而，本发明构思不限于此，并且可替代地或额外地包括青色滤光器、品红色滤光器和/或黄色滤光器。
[0186]
绝缘层180形成在传感器100和滤色器层70之间。可省略绝缘层180。
[0187]
可在滤色器层70上进一步形成聚焦透镜(未示出)。聚焦透镜可控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。聚焦透镜可具有例如圆柱或半球的形状，但不限于此。
[0188]
图5是根据一些实例实施方式的图像传感器的一个实例的俯视图，和图6是示出根据一些实例实施方式的图5的图像传感器的一个实例的横截面图。
[0189]
参照图5和6，根据一些实例实施方式的图像传感器400：包括其中集成光感测器件150a和150b、传输晶体管(未示出)和电荷存储器155的半导体基板110；下部绝缘层60；滤色器层70；上部绝缘层80；以及上述传感器100。
[0190]
半导体基板110可为硅基板，并且光感测器件150a和150b、传输晶体管(未示出)和电荷存储器155集成在其中。光感测器件150a和150b可为光电二极管，并且可被理解为在平行于半导体基板110的上表面110a延伸的方向上堆叠在半导体基板110中。将理解，根据包括在至少图6、7和13中示出的实例实施方式的一些实例实施方式的半导体基板110可包括至少一个光电二极管(例如，光感测器件150a和/或150b的至少一个)。
[0191]
可对于各像素集成光感测器件150a和150b、传输晶体管和/或电荷存储器155。例如，如图中所示，光感测器件150a和150b可包括在蓝色像素和红色像素各自中，并且电荷存储器155可包括在绿色像素中。
[0192]
光感测器件150a和150b可被配置为感测光并且感测的信息可由传输晶体管传输，电荷存储器155电连接至传感器100，并且电荷存储器155的信息可由传输晶体管传递。
[0193]
金属线(未示出)和焊盘(未示出)形成在半导体基板110上。为了减少信号延迟，金属线和焊盘可由具有低的电阻率的金属、例如铝(al)、铜(cu)、银(ag)、及其合金制成，但不限于此。然而，本公开内容不限于以上结构，并且金属线和焊盘可设置在光感测器件150a和150b下。
[0194]
下部绝缘层60形成在金属线和焊盘上。下部绝缘层60可由无机绝缘材料例如氧化硅和/或氮化硅、或低介电常数(低k)材料例如sic、sicoh、sico和siof制成。下部绝缘层60具有暴露电荷存储器155的沟槽。所述沟槽可填充有填料。
[0195]
滤色器层70形成在下部绝缘层60上。滤色器层70包括在蓝色像素中的蓝色滤光器70a和红色像素中的红色滤光器70b。然而，本公开内容不限于此，并且可替代地或额外地包
括青色滤光器、品红色滤光器和/或黄色滤光器。在包括在至少图5
‑
6中示出的实例实施方式的一些实例实施方式中，描述了其中不提供绿色滤光器的实例，但是在一些情况下，可提供绿色滤光器。
[0196]
上部绝缘层80形成在滤色器层70上。上部绝缘层80可移除由滤色器层70导致的台阶并且平坦化。上部绝缘层80和下部绝缘层60具有暴露焊盘的接触孔(未示出)和暴露绿色像素的电荷存储器155的沟槽85。
[0197]
前述传感器100形成在上部绝缘层80上。传感器100可具有图1或3中所示的结构，并且详细描述如上所述。传感器100的第一电极10或第二电极20之一可为光接收电极，以及传感器100的第一电极10和第二电极20的另一个可连接至电荷存储器155。例如，传感器100的第一电极10可为光接收电极，并且传感器100的第二电极20可连接至电荷存储器155。例如，传感器100的第二电极20可为光接收电极，并且传感器100的第一电极10可连接至电荷存储器155。传感器100可包括光活性层30，光活性层30包括被配置为吸收在第一波长谱中的光(例如，入射光900的至少一部分)的光吸收半导体，所述第一波长谱为蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱之一，并且第一光感测器件150a或第二光感测器件150b的至少一个可被配置为感测在第二波长谱中的光(例如，入射光900的至少一部分)，所述第二波长谱为蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱之一，其中第一波长谱和第二波长谱彼此不同。第一光感测器件150a或第二光感测器件150b的至少另一个可被配置为感测在第三波长谱中的光(例如，入射光900的至少一部分)，所述第三波长谱为蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱之一，其中第三波长谱与第一波长谱和第二波长谱两者不同。例如，传感器100可包括光活性层30，光活性层30包括被配置为吸收绿色光(例如，绿色波长谱)的光吸收半导体，第一光感测器件150a可被配置为吸收蓝色光(例如，蓝色波长谱)和第二光感测器件150b可被配置为吸收红色光(例如，红色波长谱)。在一些实例实施方式中，滤色器层70可不存在于传感器400中，并且光感测器件150a和150b可各自被配置为独立于滤色器层70吸收特定的波长谱(例如，在没有滤色器层70的情况下)。在一些实例实施方式中，光感测器件150a和150b可被配置成吸收通过特定滤色器70a或70b的光，特定滤色器70a或70b在垂直于半导体基板110的上表面110a延伸的方向上与光感测器件150a或150b重叠。
[0198]
聚焦透镜(未示出)可进一步形成在传感器100上。聚焦透镜可控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。聚焦透镜可具有例如圆柱或半球的形状，但不限于此。
[0199]
图7是示出根据一些实例实施方式的图5的图像传感器的另一实例的横截面图。
[0200]
参考图7，根据一些实例实施方式的图像传感器500包括其中集成光感测器件150a和150b、传输晶体管(未示出)和电荷存储器155的半导体基板110，绝缘层80，和传感器100，如在包括在至少图5
‑
6中所示的实例实施方式的一些实例实施方式中那样。传感器100可包括光活性层30，光活性层30包括被配置为吸收在第一波长谱中的光(例如，入射光900的至少一部分)的光吸收半导体，所述第一波长谱为蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱之一，并且第一光感测器件150a或第二光感测器件150b的至少一个可被配置为感测在第二波长谱中的光(例如，入射光900的至少一部分)，所述第二波长谱为蓝色波长谱、绿色波长谱或红色波长谱之一，其中第一波长谱和第二波长谱彼此不同。例如，传感器100可包括光活性层30，光活性层30包括被配置为吸收绿色光(例如，绿色波长谱)的光吸收半导体，第一光感测器件150a可被配置为吸收蓝色光(例如，蓝色波长谱)和第二光感测器件150b可被配置
为吸收红色光(例如，红色波长谱)。
[0201]
然而，与包括在至少图5
‑
6中所示的实例实施方式的一些实例实施方式不同，在根据包括在至少图7中所示的实例实施方式的一些实例实施方式的图像传感器500中，光感测器件150a和150b在垂直方向(例如，垂直于半导体基板110的上表面110a延伸的方向)上堆叠，并且省略滤色器层70。光感测器件150a和150b电连接至电荷存储器(未示出)，并且由光感测器件150a和150b感测的信息可由传输晶体管传输。光感测器件150a和150b可根据堆叠深度选择性地吸收在各波长谱中的光。
[0202]
传感器100可具有图1或3中所示的结构，并且详细描述如上所述。传感器100的第一电极10或第二电极20之一可为光接收电极，并且传感器100的第一电极10和第二电极20的另一个可连接至电荷存储器155。例如，传感器100的第一电极10可为光接收电极，并且传感器100的第二电极20可连接至电荷存储器155。例如，传感器100的第二电极20可为光接收电极，并且传感器100的第一电极10可连接至电荷存储器155。
[0203]
图8是根据一些实例实施方式的图像传感器的另一实例的俯视图，和图9是示出图8的图像传感器的一个实例的横截面图。
[0204]
根据一些实例实施方式的图像传感器600具有如下结构，其中被配置为选择性地吸收绿色波长谱中的光的绿色器件、被配置为选择性地吸收蓝色波长谱中的光的蓝色器件、和被配置为选择性地吸红色波长谱中的光的红色器件堆叠。
[0205]
根据一些实例实施方式的图像传感器600包括半导体基板110、下部绝缘层60、中间绝缘层65、上部绝缘层80、第一传感器100a和第二传感器100b以及第三传感器100c。
[0206]
半导体基板110可为硅基板，并且传输晶体管(未示出)和电荷存储器155a、155b和155c集成在其中。
[0207]
金属线(未示出)和焊盘(未示出)形成在半导体基板110上，并且下部绝缘层60形成在金属线和焊盘上。
[0208]
第一传感器100a、第二传感器100b和第三传感器100c顺序地形成在下部绝缘层60上。
[0209]
第一、第二和第三传感器100a、100b和100c可各自独立地具有图1或3中所示的结构，并且详细描述如上所述。第一、第二和第三传感器100a、100b和100c可具有其相同或不同的结构和/或材料组成。第一、第二和第三传感器100a、100b和100c的第一电极10或第二电极20之一可为光接收电极，以及第一、第二和第三传感器100a、100b和100c的第一传感器10和第二电极20的另一个可连接至电荷存储器155a、155b和155c。例如，第一、第二和第三传感器100a、100b和100c的第一电极10a、10b和10c可为光接收电极，并且第一、第二和第三传感器100a、100b和100c的第二电极20a、20b和20c可连接至电荷存储器155。例如，第一、第二和第三传感器100a、100b和100c的第二电极20a、20b和20c可为光接收电极，并且第一、第二和第三传感器100a、100b和100c的第一电极10a、10b和10c可连接至电荷存储器155。
[0210]
第一传感器100a的光活性层30a可选择性地吸收在红色、蓝色或绿色之一的波长谱中的光，从而引起肖特基结的界面能带弯曲，并且载流子可通过施加外部偏压(例如，在第一电极10a和第二电极20a之间施加的电压偏压)从第一电极10a转移至第二电极20a。例如，第一传感器100a可为被配置为吸收红色波长谱中的光的红色器件。中间绝缘层65形成在第一传感器100a上。
[0211]
第二传感器100b形成在中间绝缘层65上。
[0212]
第二传感器100b的光活性层30b可被配置成选择性地吸收在红色、蓝色或绿色之一的波长谱中的光，从而引起肖特基结的界面能带弯曲，并且载流子可通过施加外部偏压(例如，在第一电极10b和第二电极20b之间施加的电压偏压)从第一电极10b转移至第二电极20b。例如，第二传感器100b可被配置为吸收蓝色波长谱中的光的蓝色器件。
[0213]
上部绝缘层80形成在第二传感器100b上。下部绝缘层60、中间绝缘层65和上部绝缘层80具有暴露电荷存储器155a、155b和155c的多个沟槽85a、85b和85c。
[0214]
第三传感器100c形成在上部绝缘层80上。
[0215]
第三传感器100c的光活性层30c可被配置成选择性地吸收在红色、蓝色或绿色之一的波长谱中的光，从而引起肖特基结的界面能带弯曲，并且载流子可通过施加外部偏压(例如，在第一电极10c和第二电极20c之间施加的电压偏压)从第一电极10c转移至第二电极20c。例如，第三传感器100c可被配置为吸收绿色波长谱中的光的绿色器件。
[0216]
聚焦透镜(未示出)可进一步形成在第三传感器100c上。聚焦透镜可控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。聚焦透镜可具有例如圆柱或半球的形状，但不限于此。
[0217]
在图中，示出了其中第一传感器100a、第二传感器100b和第三传感器100c顺序地堆叠的结构，但不限于此，并且堆叠顺序可进行不同地改变。
[0218]
如上所述，被配置为吸收在不同波长谱中的光的第一传感器100a、第二传感器100b和第三传感器100c具有堆叠的结构，从而进一步减小图像传感器的尺寸并实施尺寸减小的图像传感器。
[0219]
图10是示出根据一些实例实施方式的图像传感器的另一实例的俯视图，和图11是示出图10的图像传感器的一个实例的横截面图。
[0220]
参照图10和11，图像传感器1100包括在半导体基板110上的器件90，并且器件90包括多个器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3。多个器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3可被配置为吸收不同波长谱的光(例如，蓝色光、绿色光或红色光)。参考图11，多个器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3在水平方向上并行地(平行地)布置在半导体基板110上，并且可在平行于半导体基板110的上表面110a的方向上彼此部分地或全部地重叠。各器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3通过沟槽85连接至集成在半导体基板110中的电荷存储器155。
[0221]
各器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3可为上述传感器100。例如，两个或更多个器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3可包括在器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3之间连续延伸的公用连续层的不同部分。例如，多个器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3可共享公用第一电极10和/或公用第二电极20。例如，两个或更多个器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3可具有被配置为吸收入射光的不同波长谱中的光的不同的光活性层30。图像传感器1100的其他结构可与参照图4至9描述的图像传感器的一个或多个相同。
[0222]
图12是示出根据一些实例实施方式的图像传感器的一个实例的横截面图。
[0223]
参考图12，图像传感器1200包括半导体基板110以及堆叠在半导体基板110上的器件90
‑
1和91。器件91包括多个器件90
‑
2和90
‑
3，并且多个器件90
‑
2和90
‑
3可被布置为在平行于半导体基板110的上表面110a延伸的方向上彼此重叠。多个器件90
‑
1、90
‑
2和90
‑
3可被配置为吸收不同波长谱的光(例如，蓝色光、绿色光或红色光)。
[0224]
作为实例，器件91可包括被配置为吸收在不同波长谱中的光的多个水平布置的器件。作为实例，器件90
‑
1可被配置为吸收选自蓝色光、绿色光和红色光的一个波长谱中的
光。作为实例，器件91可与器件90
‑
1完全地或部分地重叠。图像传感器1200的其他结构可与参考图4至9描述的图像传感器的一个或多个相同。
[0225]
图13是示出根据一些实例实施方式的图像传感器的另一实例的横截面图。
[0226]
参考图13，图像传感器1300包括：其中集成光感测器件150a和150b、传输晶体管(未示出)和电荷存储器155的半导体基板110；在半导体基板110上的上部绝缘层80和滤色器层70；在半导体基板110下的下部绝缘层60和器件90。器件90可为前述的传感器100。在图13中，器件90设置在半导体基板110下，使得器件90和滤色器层70与光感测器件150a和150b分离。图像传感器1300的其他结构可与参考图4至9描述的图像传感器的一个或多个相同。
[0227]
本文中描述的传感器，包括传感器100、300、400、500、600、1100、1200、1300的任一个、和/或其任何组合，包括根据任何实例实施方式的包括第一电极10和第二电极20以及光活性层30的传感器100的任何实例实施方式。
[0228]
前述器件和传感器可应用于多种电子设备，例如，但不限于，移动电话、照相机模块(在本文中也称为相机)、监控摄像机、生物识别设备、医疗设备和/或汽车电子组件。
[0229]
图14是根据一些实例实施方式的电子设备的示意图。
[0230]
参考图14，电子设备1700可包括通过总线1710彼此电连接的处理器1720、存储器1730和图像传感器1740。图像传感器1740可包括根据任何实例实施方式的传感器和/或器件的任一个(例如，根据任何实例实施方式的传感器100、300、400、500、600、1100、1200、1300的任一个和/或其任意组合)。在一些实例实施方式中，图像传感器1740可为包括根据任何实例实施方式的传感器和/或器件的任一个的照相机。作为非暂时性计算机可读介质的存储器1730可存储指令程序。处理器1720可执行存储的指令程序以实施一个或多个功能。作为实例，处理器1720可处理由图像传感器产生的电信号。处理器1720可基于这样的处理产生输出(例如，在显示界面上待显示的图像)。
[0231]
存储器1730可为非暂时性计算机可读介质，并且可存储指令程序。存储器1730可为非易失性存储器，例如闪存、相变随机存取存储器(pram)、磁阻ram(mram)、电阻ram(reram)或铁电ram(fram)，或易失性存储器，例如静态ram(sram)、动态ram(dram)或同步dram(sdram)。处理器1720可执行存储的指令程序以实施一个或多个功能。例如，处理器1720可被配置为处理由图像传感器1740产生的电信号。处理器1720可包括：处理电路，例如包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合，例如执行软件的处理器；或其组合。例如，处理电路更具体地可包括，但不限于，中央处理单元(cpu)、算术逻辑单元(alu)、数字信号处理器、微机、现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(asic)等。处理器1720可被配置为基于这样的处理产生输出(例如，电信号)和/或处理来自图像传感器1740的输出(例如，基于转移到图像传感器1740的第二电极的载流子传输的电信号)。
[0232]
图18是说明根据一些实例实施方式的操作传感器的方法的流程图。可关于根据任何实例实施方式的传感器来执行所述方法，包括包含第一电极10、第二电极20、以及在第一和第二电极10和20之间的光活性层30的传感器，光活性层30包括根据任何实例实施方式的光吸收半导体。
[0233]
在s1802，入射光(例如，入射光900)可进入传感器(例如，包括根据任何实例实施方式的传感器100的传感器)，并且可进入所述传感器的光活性层30，使得光活性层30可吸
收入射光的至少一部分以产生光生载流子，如根据任何实例实施方式的本文中所述的。
[0234]
在s1804，光活性层30可在光活性层30中的载流子捕获位点30a处捕获光生载流子(其在s1802产生)的至少一些或全部，其中载流子捕获位点30a可为根据任何实例实施方式的任何载流子捕获位点。
[0235]
在s1806，传感器可引起第一电极10和光活性层30之间的肖特基结的界面能带弯曲，其中所述界面能带弯曲是基于或通过俘获的光生载流子(其在s1804俘获)引起的。重申，在s1806，传感器可使俘获的光生载流子引起第一电极10和光活性层30之间的肖特基结的界面能带弯曲。可如根据任何实例实施方式的本文中所述地引起所述界面能带弯曲。在一些实例实施方式中，在s1802产生的光生载流子用作引发肖特基结的界面能带弯曲的开关。
[0236]
在s1808，根据任何实例实施方式，可在第一电极10和第二电极20之间施加偏压(在本文中也称为电压偏压、电压差等)以使传感器将载流子经由光活性层30从第一电极10转移至第二电极20。例如，可将第一电压(例如，0mv/cm、0.1mv/cm、0.2mv/cm、0.5mv/cm等)施加至第一电极10，并且可将第二电压(其可与第一电压不同)(例如0.1mv/cm、0.2mv/cm、0.5mv/cm等)施加至第二电极20，其中在第一电极10和第二电极20之间施加电压差(例如，偏压)，和其中根据任何实例实施方式，所述偏压导致载流子经由光活性层30从第一电极10转移至第二电极20。所述施加的偏压可大于约0mv/cm且小于或等于约0.5mv/cm。转移至第二电极的载流子的量可大于基于吸收入射光的光活性层在s1802产生的光生载流子的量。在一些实例实施方式中，传感器的外量子效率(eqe)可超过约100％。
[0237]
在s1810，根据任何实例实施方式读取传输至第二电极20的电信号。例如，转移至且到达第二电极20的转移的载流子可限定传输至第二电极20的电信号，并且可作为电信号从第二电极输出(例如，输出至根据任何实例实施方式的处理电路)，所述电信号被传输至第二电极并从传感器读取。传输至第二电极的电信号可不包括(例如，可排除)由光生载流子产生的电信号。例如，电信号可完全地包括转移至第二电极20的载流子。
[0238]
在下文中，参考实施例更详细地说明一些实例实施方式。但是，本发明构思的范围不限于以下实施例。
[0239]
器件的制造
[0240]
实施例1
[0241]
将ito(wf：4.7ev)溅射在玻璃基板上以形成约150nm厚的下部电极。随后，在下部电极上沉积由化学式1表示的化合物以形成5nm厚的缓冲层。然后，在缓冲层上沉积由化学式2表示的p型半导体(λ
最大
＝555nm)以形成400nm厚的光活性层。将ito溅射在光活性层上以形成28nm厚的上部电极，由此制造肖特基型器件。
[0242]
[化学式1]
[0243][0244]
[化学式2]
[0245][0246]
实施例2
[0247]
以与实施例1中相同的方式制造肖特基型器件，除了如下之外：将al沉积在光活性层上代替ito以形成80nm厚的上部电极。
[0248]
参比例1
[0249]
将ito(wf：4.7ev)溅射在玻璃基板上以形成约150nm厚的下部电极。随后，在下部电极上沉积由化学式1表示的化合物以形成5nm厚的缓冲层。然后，将由化学式2表示的p型半导体(λ
最大
＝555nm)和n型半导体富勒烯(c60)共沉积在缓冲层上以形成400nm厚的光活性层。将ito溅射在光活性层上以形成28nm厚的上部电极，由此制造pn结型器件。
[0250]
参比例2
[0251]
以与参比例1相同的方式制造pn结型器件，除了如下之外：将al沉积在光活性层上代替ito以形成80nm厚的上部电极。
[0252]
评价i
[0253]
评价根据实施例和参比例的器件的根据外部电场的外量子效率(eqe)。
[0254]
通过如下评价外量子效率(eqe)：通过在上部和下部电极之间施加电压的同时调制光的波长来从器件读取通过光产生的电流值。
[0255]
结果示于表1和2以及图15和16中。
[0256]
图15是示出根据一些实例实施方式的根据实施例1和参比例1的器件的根据电场的外量子效率(eqe)的变化的图，和图16是示出根据一些实例实施方式的根据实施例2和参比例2的器件的根据电场的外量子效率(eqe)的变化的图。
[0257]
表1
[0258] eqe(@540nm,0.5mv/cm)(％)实施例1125参比例170
[0259]
表2
[0260] eqe(@540nm,0.5mv/cm)(％)实施例22468参比例270
[0261]
参照表1和2以及图15和16，根据实施例的器件的外量子效率(eqe)随着电场增加而增加，并且在特定的(或替代地预定的)电场或更高(约0.3mv/cm或更高)下也显著高于根据参比例的器件的外量子效率(eqe)。特别地，根据实施例的器件可在特定的(或替代地预定的)电场或更高下实现大于100％的外量子效率(eqe)。
[0262]
评价ii
[0263]
评价根据实施例1的器件的根据波长的外量子效率(eqe)。
[0264]
图17是示出根据一些实例实施方式的根据实施例1的器件的根据波长的外量子效率(eqe)的图。
[0265]
参考图17，根据实施例1的器件显示根据施加的电压的外量子效率(eqe)的变化，和当施加约20v时，可在约500nm至600nm的绿色波长谱中实现大于100％的外量子效率(eqe)。
[0266]
评价iii
[0267]
评价根据实施例和参比例的器件的漏电流特性。
[0268]
通过如下评价漏电流：在暗条件下对器件施加反向偏压，在
‑
3v或
‑
20v下读取电流值，和将电流值单位转变为每平方的电子数。
[0269]
表3示出结果。
[0270]
表3
[0271] 暗电流(e/s,@3v)暗电流(e/s,@20v)实施例20.81.7x103参比例21.55.4x103[0272]
参考表3，与根据参比例的器件相比，根据实施例的器件具有低的漏电流。
[0273]
评价iv
[0274]
评价根据实施例和参比例的器件的可探测率。
[0275]
通过如下获得可探测率：将入射光的量除以光电流，然后将所得值除以暗电流(其为噪声)。
[0276]
结果示于表4和5中。
[0277]
表4
[0278][0279]
表5
[0280][0281]
参照表4和5，与根据参比例的器件相比，根据实施例的器件显示出改善的可探测率。
[0282]
评价v
[0283]
设计应用根据实施例1和参比例1的器件的图5和6的图像传感器(结构i，像素尺寸＝1.12μm)和应用根据实施例2和参比例2的器件的图4的图像传感器(结构ii，像素尺寸＝1.4μm)，并且评价图像传感器的ysnr10。
[0284]
图像传感器的ysnr10是其中信噪比(信号/噪声)为10的最小光量(单位：勒克斯(lux))，其中信号是通过色彩校正矩阵(ccm)用色彩校正步骤执行由fdtd(有限差分时域方
法)计算的rgb原始信号而获得的信号灵敏度，和噪声是在测量在图像传感器中的信号时产生的噪声。色彩校正步骤是通过对从图像传感器获得的rgb原始信号进行图像处理来减小与真实色彩的差异的步骤。随着ysnr10具有较低的值，在低光量下图像特性变得更好。
[0285]
结果示于表6和7中。
[0286]
表6
[0287] ysnr10(勒克斯)(结构i)实施例159参比例175
[0288]
表7
[0289] ysnr10(勒克斯)(结构ii)实施例247.2参比例275
[0290]
参照表6和7，与根据参比例的器件所应用的图像传感器相比，根据实施例的器件所应用的图像传感器具有较低的ysnr10，由其可改善根据实施例的图像传感器的灵敏度。
[0291]
尽管已经结合当前被认为是实践的实例实施方式描述了本公开内容，但是将理解，本发明的构思不限于公开的实例实施方式。相反，本发明的构思旨在覆盖所附权利要求的精神和范围内所包括的多种修改和等同布置。