阅读说明：本技术 光电转换元件和摄像装置 (Photoelectric conversion element and imaging device ) 是由 塩见治典 森胁俊贵 于 2019-01-18 设计创作，主要内容包括：根据本发明实施方式的光电转换元件包括：第一电极,其包括相互独立的多个电极；第二电极,其与第一电极相对；光电转换层,其包括量子点并且被布置在第一电极与第二电极之间；以及半导体层,其包括氧化物半导体材料并且被布置在第一电极与光电转换层之间。光电转换层的传导带的能级等于或低于半导体层的传导带的能级。(The photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention includes: a first electrode including a plurality of electrodes independent of each other; a second electrode opposite to the first electrode; a photoelectric conversion layer including quantum dots and disposed between the first electrode and the second electrode; and a semiconductor layer including an oxide semiconductor material and disposed between the first electrode and the photoelectric conversion layer. An energy level of a conduction band of the photoelectric conversion layer is equal to or lower than an energy level of a conduction band of the semiconductor layer.)

光电转换元件和摄像装置

技术领域

本发明涉及例如具有包括半导体纳米粒子的光电转换层的光电转换元件和包括该光电转换元件的摄像装置。

背景技术

诸如电荷耦合器件(CCD：Charge Coupled Device)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器等的摄像装置的像素尺寸一直在减小。通常，在半导体基板外部具有光电转换部的摄像装置将由光电转换产生的电荷累积在形成于半导体基板内部的浮动扩散层(floating diffusion；FD)中。

顺便提及，在半导体基板内部设置有光电转换部的摄像装置将由光电转换产生的电荷暂时累积在半导体基板内部的光电转换部中，然后将电荷传输到FD。这使得可以完全耗尽光电转换部。相比之下，如上所述，由设置在半导体基板外部的光电转换部产生的电荷被直接累积在FD中，因此难以完全耗尽光电转换部。这会增加kTC噪声，并导致更不利的随机噪声，从而导致摄像质量下降。

为了解决这个问题，例如，专利文献1公开了一种设置有用于电荷累积的电极的摄像元件。用于电荷累积的电极被布置在第一电极和与第一电极间隔开的第二电极的第一电极侧，并且隔着绝缘层与光电转换层相对。第一电极和第二电极隔着光电转换层被布置为彼此相对。第一电极被布置在光入射侧的相反侧。该摄像元件能够将由光电转换产生的电荷累积在光电转换层中，并且可以在开始曝光时完全耗尽电荷累积部。因此，可以减少摄像质量下降。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请公开第2017-157816号

专利文献2：日本未经审查的专利申请公开第2010-177392号

发明内容

顺便提及，例如，作为最近研发的对近红外光敏感的光电转换元件，专利文献2公开了一种将窄隙半导体的量子点(半导体纳米粒子)用于光电转换层的光电转换元件。需要具有通过使用半导体纳米粒子而形成在光电转换元件中的光电转换层的光电转换元件，以减少暗电流的发生。

期望提供一种可以减少暗电流的发生的光电转换元件和摄像装置。

根据本发明的实施方式的光电转换元件包括：第一电极，其包括彼此独立的多个电极；第二电极，其被布置成与第一电极相对；光电转换层，其包括量子点；以及半导体层，其包括氧化物半导体材料。光电转换层被设置在第一电极与第二电极之间。半导体层被设置在第一电极与光电转换层之间。光电转换层的传导带的能级等于或高于半导体层的传导带的能级。

根据本发明的实施方式的摄像装置包括多个像素，多个像素分别设置有一个或多个光电转换元件，并且该摄像装置包括根据上述实施方式的光电转换元件作为光电转换元件。

在根据本发明的各个实施方式的光电转换元件和摄像装置中，光电转换层的能级等于或高于半导体层的传导带的能级。光电转换层在第一电极和第二电极之间与半导体层堆叠。光电转换层包括半导体纳米粒子。半导体层包括氧化物半导体材料。这提高了将在光电转换层中产生的电荷传输到半导体层的效率。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的摄像元件的示意性截面图。

图2是图1中所示的光电转换元件的示意性截面图。

图3是图1中所示的摄像元件的等效电路图。

图4是图示了包括在图1中所示的摄像元件的控制部中的下部电极和晶体管的布置的示意图。

图5是图示了半导体纳米粒子的粒径与传导带和价带之间的关系的特性图。

图6是图示了配体型半导体纳米粒子的传导带和价带的能量变化的特性图。

图7A是描述图1中所示的光电转换元件的操作原理的图。

图7B是描述图1中所示的光电转换元件的操作原理的图。

图7C是描述图1中所示的光电转换元件的操作原理的图。

图8A是用于描述图1中所示的摄像元件的制造方法的示意性截面图。

图8B是图示了图8A之后的步骤的示意性截面图。

图8C是图示了图8B之后的步骤的示意性截面图。

图8D是图示了图8C之后的步骤的示意性截面图。

图8E是图示了图8D之后的步骤的示意性截面图。

图9是图示了图1中所示的光电转换元件的操作示例的时序图。

图10是图示了包括作为像素的图1中所示的摄像元件的摄像装置的构造的框图。

图11是图示了包括图10中所示的摄像装置的电子设备(相机)的示例的功能框图。

图12是示出了体内信息获取系统的示意性构造的示例的框图。

图13是示出了内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

图14是示出了摄像头和相机控制单元(CCU：camera control unit)的功能构造的示例的框图。

图15是示出了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

图16是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。

图17A是图示了实验例1至4中的EQE的结果的图。

图17B是图示了实验例1至4中的暗电流的结果的图。

图18A是图示了实验例5至7中的EQE的结果的图。

图18B是图示了实验例5至7中的暗电流的结果的图。

具体实施方式

以下参照附图详细描述本发明的实施方式。以下描述是本发明的具体示例，但是本发明不限于以下模式。此外，本发明不限制在相应附图中图示的相应部件的布置、尺寸和尺寸比例等。需要注意，按照以下顺序给出描述。

1.实施方式(以E_CS≥E_CCQD作为半导体层(S)和光电转换层(CQD)的传导带能级的光电转换元件的示例)

1-1.摄像元件的构造

1-2.摄像元件的制造方法

1-3.摄像元件的控制方法

1-4.作用和效果

2.应用示例

3.实施例

<1.实施方式>

图1示意性地图示了根据本发明的实施方式的摄像元件(摄像元件1)的截面构造。图2是图1中所示的摄像元件1的主要部分(光电转换元件10)的截面构造的示意性放大图。图3是图1中所示的摄像元件1的等效电路图。图4示意性地图示了包括在图1中所示的摄像元件1的控制部中的下部电极11和晶体管的布置。在诸如CMOS图像传感器等的摄像装置(摄像装置100；参照图10)中，例如，该摄像元件1被包括在一个像素(单位像素P)中。

(1-1.摄像元件的构造)

摄像元件1例如在半导体基板30的第一表面(背面)30A侧设置有光电转换元件10。光电转换元件10在彼此相对布置的下部电极11(第一电极)和上部电极15(第二电极)之间包括含有半导体纳米粒子的光电转换层(光电转换层14)。在下部电极11和光电转换层14之间隔着绝缘层12设置有半导体层13。在本实施方式中，光电转换层14被构造成能级等于或高于半导体层13的传导带的能级。下部电极11包括作为彼此独立的多个电极的读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。传输电极11C例如被布置在读出电极11A与累积电极11B之间。累积电极11B和传输电极11C被绝缘层12覆盖。读出电极11A经由设置在绝缘层12上的开口12H而与半导体层13电连接。

需要注意，在本实施方式中，描述了将由光电转换产生的电子和空穴对(电子-空穴对)中的电子作为信号电荷读出的情况。此外，在附图中，附加到“p”或“n”的“+(加号)”表示p型或n型杂质的浓度高，而“++”表示p型或n型杂质的浓度比“+”还高。

光电转换元件10是吸收与选择波长范围(例如，700nm以上且2500nm以下)的一部分或全部相对应的光以产生电子-空穴对的光电转换元件。光电转换元件10具有如下的构造：其中，如图2所示，下部电极11、绝缘层12、半导体层13、光电转换层14和上部电极15依次堆叠在例如半导体基板30的第一表面30A侧。需要注意，图2省略了固定电荷层16A、介电层16B和层间绝缘层17等。下部电极11例如针对每个单位像素P分别形成。下部电极11还包括通过如下详细描述的绝缘层12而彼此分离的读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。图1图示了针对每个摄像元件1分别形成半导体层13、光电转换层14和上部电极15的示例。然而，半导体层13、光电转换层14和上部电极15可以被设置为例如多个摄像元件1共有的连续层。

如上所述，下部电极11包括例如彼此独立的读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。例如，可以通过使用具有透光性的导电材料(透明导电材料)来形成下部电极11。例如，透明导电材料优选具有2.5eV以上的带隙能量，并且期望具有3.1eV以上的带隙能量。透明导电材料包括金属氧化物。其具体示例包括氧化铟、铟锡氧化物(ITO(Indium TinOxide)：包括Sn掺杂的In₂O₃、晶体ITO和无定形ITO)、通过向氧化锌中添加铟作为掺杂剂而获得的铟锌氧化物(IZO：Indium Zinc Oxide)、通过向氧化镓中添加铟作为掺杂剂而获得的铟镓氧化物(IGO：indium gallium oxide)、通过向氧化锌中添加铟和镓作为掺杂剂而获得的铟镓锌氧化物(IGZO(indium gallium zinc oxide)：In-GaZnO₄)、通过向氧化锌中添加铟和锡作为掺杂剂而获得的铟锡锌氧化物(ITZO：indium tin zinc oxide)、IFO(F掺杂的In₂O₃)、氧化锡(SnO₂)、ATO(Sb掺杂的SnO₂)、FTO(F掺杂的SnO₂)、氧化锌(包括掺杂有另一种元素的ZnO)、通过向氧化锌中添加铝作为掺杂剂而获得的铝锌氧化物(AZO：aluminumzinc oxide)、通过向氧化锌中添加稼作为掺杂剂而获得的镓锌氧化物(GZO:gallium zincoxide)、氧化钛(TiO₂)、通过向氧化钛中添加铌作为掺杂剂而获得的铌钛氧化物(TNO:niobium titanium oxide)、氧化锑、尖晶石氧化物和具有YbFe₂O₄结构的氧化物。此外，可以例示包括氧化镓、氧化钛、氧化铌或氧化镍等作为基层的透明电极。下部电极11在Y轴方向上的膜厚度(下面将其简称为厚度)例如为2×10^-8m以上且2×10^-7m以下，并且优选为3×10^-8m以上且1×10^-7m以下。

需要注意，例如，可以通过使用金属材料来形成下部电极11。例如，在近红外区域中进行光电转换的情况下，优选使用比上部电极15的功函数更小并且对近红外区域中的光的反射率更高的金属材料。这种材料的示例包括钛(Ti)、银(Ag)、铝(Al)、镁(Mg)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)和铜(Cu)等。表1列出了用作上部电极15的ITO和上述金属材料的功函数及其在近红外区域中的反射率。优选地，下部电极11通过使用上述金属材料之中的银、铝和铜中的任何一者来形成。

[表1]

读出电极11A将在光电转换层14中产生的信号电荷传输到浮动扩散部FD1。读出电极11A例如经由上部第一触点17A、焊盘部39A、贯通电极34、连接部41A和下部第二触点46而与设置在半导体基板20的第二表面(正面)30B侧的浮动扩散部FD1连接。

累积电极11B将在光电转换层14中产生的电荷的信号电荷(电子)累积在半导体层13中。期望累积电极11B大于读出电极11A，从而允许累积电极11B累积许多电荷。

传输电极11C提高了将累积在累积电极11B上的电荷传输到读出电极11A的效率，并且被设置在读出电极11A与累积电极11B之间。该传输电极11C例如经由上部第三触点17C和焊盘部39C而被连接至像素驱动电路。像素驱动电路被包括在驱动电路中。可以独立地将相应的电压施加到读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。

绝缘层12将半导体层13与累积电极11B和传输电极11C电隔离。绝缘层12例如被设置在层间绝缘层17上以覆盖下部电极11。此外，绝缘层12设置有开口12H，该开口位于下部电极11的读出电极11A上。读出电极11A和半导体层13经由该开口12H而电连接。例如，如图2所示，优选使开口12H的侧表面倾斜以使开口12H的侧表面朝向光入射侧S1扩展。这有助于电荷从半导体层13向读出电极11A移动。

绝缘层12的材料包括无机绝缘材料，诸如包括基于氧化硅的材料、氮化硅(SiN_x)和氧化铝(Al₂O₃)等的金属氧化物高介电常数绝缘材料等。此外，绝缘层12的材料的示例还可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA：polymethyl methacrylate)、聚乙烯基苯酚(PVP：polyvinyl phenol)、聚乙烯醇(PVA：polyvinyl alcohol)、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC：聚碳酸酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET：polyethylene terephthalate)、聚苯乙烯、诸如N-2(氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS)、3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)或十八烷基三氯硅烷(OTS：octadecyltrichlorosilane)等的硅烷醇衍生物(硅烷偶联剂)、酚醛清漆型酚醛树脂、氟基树脂和有机绝缘材料(有机聚合物)，该有机绝缘材料例如是在其一端具有能够与控制电极结合的官能团的诸如十八烷硫醇或十二烷基异氰酸酯等的直链烃，并且可以使用上述材料的组合。需要注意，基于氧化硅的材料的示例包括氧化硅(SiO_x)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氧氮化硅(SiON)、旋涂玻璃(SOG：spin-on-glass)和低介电常数材料(例如，聚芳醚、环全氟化碳聚合物和苯并环丁烯、环氟树脂、聚四氟乙烯、芳基醚氟化物、聚酰亚胺氟化物、无定形碳和有机SOG)。

半导体层13累积在光电转换层14中产生的信号电荷，并且将信号电荷传输到读出电极11A。半导体层13的载流子密度例如优选为1e+16/cm^-3以下，更优选为1e+15/cm^-3以下。优选地，通过使用电荷迁移率比光电转换层14的电荷迁移率高并且带隙大的材料来形成半导体层13。这使得例如可以以更高的速度传输电荷并且可以抑制从读出电极到半导体层的空穴注入。

半导体层13包括例如氧化物半导体材料。氧化物半导体材料的示例包括IGZO(In-Ga-Zn-O基氧化物半导体)、ZTO(Zn-Sn-O基氧化物半导体；Zn₂SnO₄)、IGZTO(In-Ga-Zn-Sn-O基氧化物半导体；InGaZnSnO)、GTO(Ga-Sn-O基氧化物半导体；Ga₂O₃：SnO₂)和IGO(In-Ga-O基氧化物半导体)。优选将上述氧化物半导体材料中的至少一种用于半导体层13，IGZO尤其是有利的使用。半导体层13的厚度例如为30nm以上且200nm以下，优选为60nm以上且150nm以下。

光电转换层14将光能转换为电能。例如，光电转换层14提供用于将在吸收700nm以上且2500nm以下的波长范围内的光时产生的激子分离为电子和空穴的场。光电转换层14包括半导体纳米粒子，并且具有例如其中多个半导体纳米粒子分散在导电聚合物中的构造。半导体纳米粒子是通常具有几nm至几十nm的粒径的粒子，并且包括例如核、设置在核周围的壳以及结合至壳表面的配体。需要注意，壳不是必需的，并且半导体纳米粒子可以具有直接结合至核表面的配体。如上所述，根据本实施方式的光电转换层14被构造其能级等于或高于半导体层13的传导带的能级，并且光电转换层14例如被构造成满足以下表达式(1)。

[表达式1]

E_CS≥E_CCQD..... (1)

(E_CS表示半导体层的传导带最低端处的能级，并且E_CCQD表示光电转换层的传导带最低端处的能级)

需要注意，在满足表达式(1)的情况下，由于半导体层13的传导带最低端处的能级和光电转换层14的价带最高端处的能级之间的差(有效带隙)变小，因此可能会出现更多的暗电流。因此，期望更大的有效带隙。光电转换层14的带隙是根据光谱分离所需的波长来确定的。如上所述，优选地，E_CS和E_CCQD彼此相等，以在保持高的外部量子效率(EQE：ExternalQuantum Efficiency)的同时减少暗电流。需要注意，下面将价带最高端处的能级和传导带最低端处的能级简称为价带和传导带。

包括在半导体纳米粒子中的材料的示例包括以下材料。包括在核中的材料的示例包括作为例如化合物半导体的PbS、PbSe、PbTe、CuInSe₂、ZnCuInSe、CuInS₂、ZnCuInS、CuInTe₂、ZnCuInTe、AgInSe₂、ZnAgInSe、AgInTe₂、ZnAgInTe、ZnCuSnSSe、HgTe、InAs、InSb、Ag₂S、Ag₂Se和Ag₂Te等，并且包括作为钙钛矿化合物的诸如CH₃NH₃SnPbI₃、CsSnPbI₃、CH₃NH₃SnI₃和CsSnI₃等的半导体粒子。包括在壳中的材料的示例包括PbO、PbO₂、Pb₃O₄、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaS和GaSe等。表2和表3分别列出了包括在上述半导体纳米粒子中的核材料的粒径(nm)、带隙(eV)和吸收端波长(nm)以及包括在上述半导体纳米粒子中的核材料的传导带(E_C)和价带(E_V)的能级。

[表2]

[表3]

在本实施方式中，描述了对940nm的光进行光电转换的构造。光电转换层14的传导带(E_CCQD)和半导体层13的传导带(E_CS)优选具有0eV以上且0.2eV以下的差，并且更优选具有相同的值。此外，用于光电转换层14的半导体纳米粒子优选具有0.6eV以上且1.3eV以下的带隙。半导体纳米粒子根据粒径而改变半导体带隙。带隙随着粒径的减小而变大。在此，假设半导体纳米粒子的粒径是核的粒径，或在核被壳覆盖的情况下，是包括壳的核的粒径。可以根据要供应的原料的量及其合成的反应条件来调节核的尺寸和包括壳的核的尺寸。图5图示了半导体纳米粒子的粒径与光电转换层的传导带和价带的能级之间的关系。在图5中，PbS用作半导体纳米粒子。此外，作为指标，图示了作为半导体层13的材料的IGZO的传导带的能级(E_C＝4.6eV)。

可以根据配体类型来控制半导体纳米粒子的传导带(E_CCQD)和价带(E_VCQD)。配体包括例如与覆盖核的壳的表面相互作用的吸收基团以及与其结合的烷基链。烷基链包括例如2至50个碳原子，并且吸收基团的示例包括胺基、膦羧基(phosphone group)、膦基、羧基、羟基和硫醇基。此外，包括诸如氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)等的卤素原子。此外，可以包括硫原子。图6图示了配体型半导体纳米粒子的传导带和价带的能量变化。图6图示了包括IGZO作为半导体层的示例。表4列出了例如在将氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、3-巯基丙酸(MPA)、1，2-乙二硫醇(EDT)和1，4-丁二硫醇(BDT)用作平均粒径为5.5nm的作为半导体粒子的PbS所用的配体的情况下的传导带(E_C)和价带(E_V)的能级以及二者之间的带隙(Eg)。在使用IGZO形成半导体层13并且将PbS用作包括在光电转换层14的半导体纳米粒子中的半导体粒子的情况下，使用诸如氯(C1)或碘(I)等的卤素原子作为配体使得光电转换层14的传导带(E_CCQD)与半导体层13的传导带大致相等。

[表4]

	Br	T	Cl	BDT	EDT	MPA
							Ec	4.7	4.6	4.6	4.5	4.1	4
Ev	5.8	5.7	5.7	5.6	5.2	5.1
							Eg	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1

如上所述，用于光电转换层14的半导体纳米粒子优选具有3nm以上且6nm以下的平均粒径。半导体纳米粒子优选包括例如PbS作为半导体粒子，并且包括诸如氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)等的卤素原子作为配体。

光电转换层14具有例如100nm以上且1000nm以下的厚度，并且优选具有300nm以上且800nm以下的厚度。

上部电极15包括具有透光性的导电材料。上部电极15可以针对每个单位像素P分离，或者可以被形成为各个单位像素P共有的电极。上部电极15优选包括功函数比下部电极11的功函数高的电极材料，并且该电极材料的示例包括Ti、Ag和Al。此外，上部电极15可以被形成为其中堆叠有Ti和A1的堆叠膜。上部电极15具有例如10nm至200nm的厚度。

需要注意，可以在半导体层13和光电转换层14之间以及在光电转换层14和上部电极15之间设置其他层。例如，在如本实施方式的将电子作为信号电荷读出的情况下，在光电转换层14和上部电极15之间可以添加包括诸如MoO₃、WO₃或V₂O₅等的功函数大的材料的层。因此，这使得可以增强在下部电极11与上部电极15之间产生的内部电场。

在光电转换元件10中，从上部电极15侧入射到光电转换元件10的近红外光L被光电转换层14吸收。例如，如图7A所示，由此产生的激子被分离并解离为电子和空穴。例如，如图7B所示，在此产生的各个电荷(电子和空穴)由于载流子浓度的差异而通过扩散被传输到不同的电极，或者由于阳极(在此为上部电极15)和阴极(在此为下部电极11)之间的功函数的差异而通过内部电场被传输到不同的电极。通过在下部电极11与上部电极15之间施加电位来控制电子和空穴的传输方向。在此，电子作为信号电荷被运送到下部电极11侧。运送到下部电极11侧的电子在累积电极11B上方的半导体层13中累积，然后如图7C所示，向读出电极11A传输。传输的电子被检测为光电流。

半导体基板30的第二表面30B例如设置有浮动扩散部(浮动扩散层)FD1(半导体基板30中的区域36B)、放大晶体管(调制元件)AMP、复位晶体管RST、选择晶体管SEL和多层布线40。多层布线40具有其中布线层41、42和43例如堆叠在绝缘层44中的构造。

需要注意，该图图示了半导体基板30的第一表面30A侧作为光入射侧S1，并且其第二表面30B侧作为布线层侧S2。

例如，具有固定电荷的层16A(固定电荷层)、具有绝缘性的介电层16B以及层间绝缘层17被设置在半导体基板30的第一表面30A与下部电极11之间。保护层18被设置在上部电极15上。遮光膜21被设置在保护层18中，并且例如被设置在读出电极11A上方。只要将该遮光膜21A设置成在至少不与累积电极11B重叠的情况下覆盖读出电极11A的至少与光电转换层14直接接触的区域就足够了。例如，遮光膜21优选比形成在与累积电极11B相同的层中的读出电极11A略大。此外，例如，滤色器22被设置在例如累积电极11B上方。滤色器22防止例如可见光入射到光电转换层14，并且只要将滤色器22设置成至少覆盖累积电极11B的区域就足够了。需要注意，虽然图1图示了在保护层18的膜厚度方向上将遮光膜21和滤色器22设置在不同位置处的示例，但是也可以将遮光膜21和滤色器22设置在相同的位置处。诸如平坦化层(未图示)和芯片上透镜23等的光学构件被布置在保护层18上方。

固定电荷层16A可以是具有正的固定电荷的膜或具有负的固定电荷的膜。具有负的固定电荷的膜的材料包括氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钽和氧化钛等。此外，作为上述材料以外的材料，可以使用氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝膜等。

固定电荷层16A也可以具有其中堆叠有两种或更多种类型的膜的构造。例如，在具有负的固定电荷的膜的情况下，这使得可以进一步改善空穴累积层的功能。

虽然介电层16B的材料不受特别限制，但是介电层16B包括例如氧化硅膜、TEOS、氮化硅膜或氮氧化硅膜等。

层间绝缘层17包括例如含有氧化硅、氮化硅和氮氧化硅(SiON)等中的一种的单层膜，或者包括含有上述材料中的两种或更多种的堆叠膜。

保护层18包括具有透光性的材料，并且包括例如含有氧化硅、氮化硅和氮氧化硅等中的任一种的单层膜，或者包括含有上述材料中的两种或更多种的堆叠膜。保护层18具有例如100nm至30000nm的厚度。

贯通电极34被设置在半导体基板30的第一表面30A与第二表面30B之间。光电转换元件10经由该贯通电极34而被连接至放大晶体管AMP的栅极Gamp和复位晶体管RST(复位晶体管Tr1rst)的一个源极/漏极区域36B，源极/漏极区域36B也用作浮动扩散部FD1。这使得在摄像元件1中可以将在半导体基板30的第一表面30A侧的光电转换元件10中产生的信号电荷经由贯通电极34有利地传输到半导体基板30的第二表面30B侧，并且可以改善特性。

贯通电极34的下端被连接至布线层41中的连接部41A，并且连接部41A和放大晶体管AMP的栅极Gamp经由下部第一触点45而连接。连接部41A和浮动扩散部FD1(区域36B)例如经由下部第二触点46而连接。贯通电极34的上端例如经由焊盘部39A和上部第一触点17A而被连接至读出电极11A。

贯通电极34具有光电转换元件10和放大晶体管AMP的栅极Gamp以及浮动扩散部FD1的连接器的功能，并且用作在光电转换元件10中产生的电荷(在此为电子)的传输路径。

复位晶体管RST的复位栅极Grst紧邻浮动扩散部FD1(复位晶体管RST的一个源极/漏极区域36B)布置。这使得可以使复位晶体管RST对累积在浮动扩散部FD1中的电荷进行复位。

半导体基板30包括例如n型硅(Si)基板，并且在预定区域中具有p阱31。p阱31的第二表面30B设置有上述的放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL等。此外，半导体基板30的***部分设置有包括逻辑电路等的***电路(未图示)。

复位晶体管RST(复位晶体管Tr1rst)将从光电转换元件10传输到浮动扩散部FD1的电荷复位，并且包括例如MOS晶体管。具体地，复位晶体管Tr1rst包括复位栅极Grst、沟道形成区域36A以及源极/漏极区域36B和36C。复位栅极Grst被连接至复位线RST1。复位晶体管Tr1rst的一个源极/漏极区域36B也用作浮动扩散部FD1。包括在复位晶体管Tr1rst中的另一个源极/漏极区域36C被连接至电源VDD。

放大晶体管AMP是将在光电转换元件10中产生的电荷量调制为电压的调制元件，并且例如包括MOS晶体管。具体地，放大晶体管AMP包括栅极Gamp、沟道形成区域35A以及源极/漏极区域35B和35C。栅极Gamp经由下部第一触点45、连接部41A、下部第二触点46和贯通电极34等被连接至读出电极11A和复位晶体管Tr1rst的一个源极/漏极区域36B(浮动扩散部FD1)。此外，一个源极/漏极区域35B与包括在复位晶体管Tr1rst中的另一源极/漏极区域36C共用区域，并且一个源极/漏极区域35B被连接至电源VDD。

选择晶体管SEL(选择晶体管TR1sel)包括栅极Gsel、沟道形成区域34A以及源极/漏极区域34B和34C。栅极Gsel被连接至选择线SEL1。此外，一个源极/漏极区域34B与包括在放大晶体管AMP中的另一源极/漏极区域35C共用区域，并且另一源极/漏极区域34C被连接至信号线(数据输出线)VSL1。

复位线RST1和选择线SEL1均被连接至包括在驱动电路中的垂直驱动电路112。信号线(数据输出线)VSL1被连接至包括在驱动电路中的列信号处理电路113。

下部第一触点45、上部第一触点17A、上部第二触点17B和上部第三触点17C例如均包括诸如磷掺杂的无定形硅(PDAS：Phosphorus Doped Amorphous Silicon)等的掺杂的硅材料或诸如铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钴(Co)、铪(Hf)或钽(Ta)等的金属材料。

(1-2.摄像元件的制造方法)

例如，可如下地制造根据本实施方式的摄像元件1。

图8A至图8E分别按步骤的顺序图示了摄像元件1的制造方法。首先，如图8A所示，例如，在半导体基板30中形成p阱31作为第一导电阱。在半导体基板30的第一表面30A附近形成p+区域。

同样如图8A所示，在半导体基板30的第二表面30B上形成用作浮动扩散部FD1的n+区域，然后形成栅极绝缘层32和栅极布线层47。栅极布线层47包括选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST的各个栅极。这形成了选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST。此外，在半导体基板30的第二表面30B上形成多层布线40。多层布线40包括布线层41至43和绝缘层44。布线层41至43包括下部第一触点45、下部第二触点46和连接部41A。

作为半导体基板30的基体，例如，使用如下的绝缘体上硅(SOI：Silicon onInsulator)基板：其中，半导体基板30、嵌入氧化膜(未图示)和保持基板(未图示)被堆叠。虽然在图8A中未图示嵌入氧化膜和保持基板，但是嵌入氧化膜和保持基板被接合至半导体基板30的第一表面30A。在离子注入之后，进行退火处理。

然后，将支撑基板(未图示)或另一半导体基体等接合至半导体基板30的第二表面30B侧(多层布线40侧)，并且垂直地翻转。随后，将半导体基板30与SOI基板的嵌入氧化膜和保持基板分离，以露出半导体基板30的第一表面30A。可以利用在常规CMOS工艺中使用的诸如离子注入和化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)等的技术来执行这些步骤。

例如，如图8B所示，然后例如通过干法蚀刻从第一表面30A侧对半导体基板30进行处理，并且形成环形开口34H。如图8B所示，开口34H的深度从半导体基板30的第一表面30A延伸到第二表面30B，并且例如到达连接部41A。

随后，例如，在半导体基板30的第一表面30A和开口34H的侧表面上形成负固定电荷层16A。可以堆叠两种或更多种类型的膜作为负固定电荷层16A。这使得可以进一步改善空穴累积层的功能。在形成负固定电荷层16A之后形成介电层16B。接下来，在介电层16B上的预定位置处形成焊盘部39A、39B和39C，然后在介电层16B以及焊盘部39A、39B和39C上形成层间绝缘层17。随后，形成层间绝缘层17，然后例如通过使用化学机械抛光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)使层间绝缘层17的表面平坦化。

随后，如图8C所示，在焊盘部39A、39B和39C上的层间绝缘层17中分别形成开口18H1、18H2和18H3，然后例如用诸如Al等的导电材料填充这些开口18H1、18H2和18H3，以形成上部第一触点18A、上部第二触点18B和上部第三触点18C。

随后，如图8D所示，在层间绝缘层17上形成导电膜21x，然后在导电膜21x上的预定位置处(例如，在焊盘部39A、焊盘部39B和焊盘部39C上)形成光刻胶PR。之后，通过蚀刻和去除光刻胶PR来对图8E中所示的读出电极A、累积电极11B和传输电极11C进行图案化。

随后，然后在层间绝缘层17和读出电极11A、累积电极11B和上部第三触点18C上方形成绝缘层12。之后，在读出电极11A上设置开口12H。之后，在层间绝缘层17上方形成半导体层13、光电转换层14、上部电极15、保护层18、遮光膜21和滤色器22。最后，布置诸如平坦化层和芯片上透镜23等的光学构件。如上所述，完成图1中所示的摄像元件1。

(1-3.摄像元件的控制方法)

(光电转换元件10的信号采集)

在根据本实施方式的摄像元件1中，入射到摄像元件1的光中的近红外区域中的光被光电转换元件10选择性地检测(吸收)并进行光电转换。

光电转换元件10经由贯通电极34而被连接至放大晶体管AMP的栅极Gamp和浮动扩散部FD1。因此，在光电转换元件10中产生的电子-空穴对中的电子(信号电荷)从下部电极11侧被引出，经由贯通电极34被传输到半导体基板30的第二表面30B侧，并累积在浮动扩散部FD1中。与此同时，放大晶体管AMP将在光电转换元件10中产生的电荷量调制为电压。

此外，复位晶体管RST的复位栅极Grst布置在浮动扩散部FD1旁边。这使得复位晶体管RST将在浮动扩散部FD1中累积的电荷复位。

在本实施方式中，光电转换元件10不仅经由贯通电极34被连接至放大晶体管AMP，而且还被连接至浮动扩散部FD1，从而能够有助于复位晶体管RST将浮动扩散部FD1中累积的电荷复位。

相比之下，在贯通电极34和浮动扩散部FD1没有连接的情况下，难以将在浮动扩散部FD1中累积的电荷复位，导致向上部电极15侧施加用以拉出电荷的大电压。光电转换层14可能因此被损坏。此外，能够在短时间内进行复位的结构会导致暗时噪声增加，并且这种结构会导致折衷。因此，这种结构是困难的。

图9图示了光电转换元件10的操作示例。(A)表示在累积电极11B处的电位，(B)表示在浮动扩散部FD1(读出电极11A)处的电位，并且(C)表示在复位晶体管TR1rst的栅极(Gsel)处的电位。在光电转换元件10中，将相应的电压分别施加到读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。

在光电转换元件10中，在累积时段中，将电位V1从驱动电路施加到读出电极11A，并且将电位V2施加到累积电极11B。在此，假设电位V1和V2满足V1＞V2。这使得由光电转换产生的信号电荷(在此为电子)被吸引到累积电极11B并累积在半导体层13的与累积电极11B相对的区域中(累积时段)。顺便提及，半导体层13的与累积电极11B相对的区域的电位具有随着光电转换的时间经过而更加正的值。需要注意，空穴从上部电极15被发送到驱动电路。

在光电转换元件10中，在累积时段的后半段中进行复位操作。具体地，在时刻t1，扫描部将复位信号RST的电压从低电平改变为高电平。这将单位像素P中的复位晶体管TR1rst导通。结果，浮动扩散部FD1的电压被设定为电源电压VDD，并且浮动扩散部FD1的电压被复位(复位时段)。

在复位操作完成之后，读出电荷。具体地，在时刻t2，将电位V3从驱动电路施加到读出电极11A，将电位V4施加到累积电极11B，并且将电位V5施加到传输电极11C。在此，假设电位V3、V4和V5满足V4＞V5＞V3。这使得累积在与累积电极11B对应的区域中的信号电荷顺序地从累积电极11B移动到传输电极11C和读出电极11A，并且从读出电极11A读出到浮动扩散部FD1。也就是说，将累积在半导体层13中的电荷读出到控制部(传输时段)。

在读出操作完成之后，再次将电位V1从驱动电路施加到读出电极11A，并且将电位V2施加到累积电极11B。这使得由光电转换产生的信号电荷被吸引到累积电极11B并累积在半导体层13的与累积电极11B相对的区域中(累积时段)。

(1-4.作用和效果)

如上所述，近来已经研发出其中量子点用于光电转换层的光电转换元件作为对近红外光敏感的光电转换元件。从复位噪声的角度来看，其中量子点用于光电转换层的光电转换元件在下部电极与光电转换层之间设置有半导体层，这例如类似于图8中所示的光电转换元件1000。半导体层将在光电转换层中产生的电荷累积在下部电极中所包括的电荷累积电极上，并将累积的电荷传输到电荷收集电极。例如，半导体层是通过使用具有高电荷迁移率的诸如IGZO等的氧化物半导体材料形成的。然而，其中堆叠有半导体层和包括量子点的光电转换层的光电转换元件存在对暗电流增加和量子效率降低的担忧。

为了解决这个问题，在根据本实施方式的光电转换元件(光电转换元件10)中，在下部电极11的上方隔着绝缘层12和半导体层13而设置的光电转换层14的能级等于或高于半导体层13的传导带的能级。这使得可以提高将由光电转换层14进行的光电转换产生的信号电荷(电子)从光电转换层14传输到半导体层13的效率。

如上所述，在本实施方式中，能级等于或高于半导体层13的传导带的能级的光电转换层14被堆叠在设置于下部电极11上方的半导体层13上，下部电极11包括彼此独立的多个电极，并且在电极之间***有绝缘层12。这使得可以提高将由光电转换层14进行的光电转换产生的信号电荷(电子)从光电转换层14传输到半导体层13的效率，并且可以提高量子效率。

需要注意，在半导体层13与光电转换层14之间设置有另一层的情况下，光电转换层14的传导带的能级优选等于或高于该另一层的传导带的能级。也就是说，光电转换层14的传导带的能级优选等于或高于与包括彼此独立的多个电极的电极(在本实施方式中为下部电极11)侧相邻的层的能级。这提高了将在光电转换层14中产生的信号电荷传输到相邻的另一层的效率，从而使得量子效率得以提高。

<2.应用示例>

(应用示例1)

图10图示了针对每个像素包括上述实施方式中描述的摄像元件1的摄像装置(摄像装置100)的总体构造。该摄像装置100是CMOS图像传感器，并且在半导体基板30上包括作为摄像区域的像素部1a和在该像素部1a的***区域中的***电路部130。***电路部130包括例如行扫描器131、水平选择器133、列扫描器134和系统控制器132。

像素部1a例如包括以矩阵形式二维地布置的多个单位像素P。在这些单位像素P中，例如，在每个像素行中布置像素驱动线Lread(具体地，行选择线和复位控制线)，并且在每个像素列中布置垂直信号线Lsig。像素驱动线Lread分别用于传输从像素读出信号的驱动信号。每条像素驱动线Lread的一端分别被连接至行扫描器131的与每一行对应的输出端。

行扫描器131是包括移位寄存器和地址解码器等的像素驱动器，并且例如以行为单位驱动像素部1a的每个单位像素P。从行扫描器131选择性地扫描的像素行的每个单位像素P输出的信号通过每条垂直信号线Lsig被供应给水平选择器133。水平选择器133包括针对每条垂直信号线Lsig设置的放大器和水平选择开关等。

列扫描器134包括移位寄存器和地址解码器等，并且在扫描水平选择开关的同时顺序地驱动水平选择器133的每个水平选择开关。该列扫描器134的选择性扫描使得通过各条垂直信号线Lsig传输的各个像素的信号顺序地输出到水平信号线135，并通过水平信号线135被传输到半导体基板30的外部。

包括行扫描器131、水平选择器133、列扫描器134和水平信号线135的电路部件可以直接形成在半导体基板30上或布置在外部控制IC中。此外，这些电路部件可以形成在通过电缆等连接的另一基板上。

系统控制器132接收从半导体基板30的外部供应的时钟和关于操作模式的指令的数据等，并且输出诸如摄像装置100的内部信息等的数据。系统控制器132还包括用于产生各种时序信号的时序发生器，并且基于由时序发生器产生的各种时序信号来控制诸如行扫描器131、水平选择器133和列扫描器134等的***电路的驱动。

(应用示例2)

上述的摄像装置100等可应用于例如均具有诸如相机系统等的摄像功能的包括数码相机或摄像机等在内的任何类型的电子设备，以及具有摄像功能的移动电话。图11图示了作为示例的电子设备200(相机)的示意性构造。该电子设备200例如是能够拍摄静止图像或运动图像的摄像机。电子设备200包括摄像装置100、光学系统(光学透镜)210、快门装置211、用于驱动摄像装置100和快门装置211的驱动部213以及信号处理部212。

光学系统210将来自被摄体的图像光(入射光)引导至摄像装置100的像素部1a。该光学系统210可以包括多个光学透镜。快门装置211控制向摄像装置100照射光并且将摄像装置100遮光的时段。驱动部213控制摄像装置100的传输操作和快门装置211的快门操作。信号处理部212对从摄像装置100输出的信号进行各种信号处理。经过信号处理的图像信号Dout被存储在诸如存储器等的存储介质中，或者被输出到监视器等。

(应用示例3)

<体内信息获取系统的应用示例>

此外，根据本发明的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，可以将根据本发明的技术应用于内窥镜手术系统。

图12是示出了可以应用根据本发明实施方式的技术(本技术)的使用胶囊式内窥镜的患者体内信息获取系统的示意性构造的示例的框图。

体内信息获取系统10001包括胶囊式内窥镜10100和外部控制装置10200。

检查时，患者吞下胶囊式内窥镜10100。胶囊式内窥镜10100具有摄像功能和无线通信功能，并且在被患者自然排出之前的一段时间内，胶囊式内窥镜10100在通过蠕动运动在诸如胃和肠等的器官的内部移动的同时，以预定间隔顺序地拍摄该器官的内部图像(在下文中被称为体内图像)。然后，胶囊式内窥镜10100通过无线传输将体内图像的信息顺序地传输到体外的外部控制装置10200。

外部控制装置10200整体地控制体内信息获取系统10001的操作。此外，外部控制装置10200还接收从胶囊式内窥镜10100传输过来的体内图像的信息，并且基于接收到的体内图像信息产生用于在在显示装置(未示出)上显示体内图像的图像数据。

在体内信息获取系统10001中，在吞下胶囊式内窥镜10100之后直至将其排出为止的一段时间内，能够以这种方式随时获取对患者体内的状态进行摄像的体内图像。

下面，将更详细地描述胶囊式内窥镜10100和外部控制装置10200的构造和功能。

胶囊式内窥镜10100包括胶囊状外壳10101，并且在外壳10101中容纳着光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114、馈电单元10115、电源单元10116和控制单元10117。

光源单元10111包括诸如发光二极管(LED)等的光源，并且将光照射在摄像单元10112的摄像视场上。

摄像单元10112包括摄像元件和设置在摄像元件前级处的包括多个透镜的光学系统。照射在作为观察目标的身体组织上的光的反射光(在下文中被称为观察光)由光学系统会聚，且被引入到摄像元件中。在摄像单元10112中，入射的观察光通过摄像元件被光电转换，由此产生与观察光对应的图像信号。摄像单元10112产生的图像信号被提供给图像处理单元10113。

图像处理单元10113包括诸如中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)等的处理器，并且对摄像单元10112产生的图像信号进行各种信号处理。因此，图像处理单元10113将已经进行了信号处理的图像信号作为RAW数据提供给无线通信单元10114。

无线通信单元10114对已经由图像处理单元10113进行了信号处理的图像信号进行诸如调制处理等的预定处理，并且通过天线10114A将所得的图像信号传输到外部控制装置10200。此外，无线通信单元10114还通过天线10114A从外部控制装置10200接收与胶囊式内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信单元10114将从外部控制装置10200接收的控制信号提供给控制单元10117。

馈电单元10115包括用于电力接收的天线线圈、用于根据在天线线圈中产生的电流再生电力的电力再生电路和升压电路等。馈电单元10115使用非接触充电原理来产生电力。

电源单元10116包括二次电池，并且存储由馈电单元10115产生的电力。在图12中，为了避免复杂的图示，省略了指示电源单元10116的电力供应目的地的箭头等。然而，存储在电源单元10116中的电力被供应给光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117，并且可以用于驱动这些部件。

控制单元10117包括诸如CPU等的处理器，并且根据从外部控制装置10200传输过来的控制信号适当地控制光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和馈电单元10115的驱动。

外部控制装置10200包括诸如CPU或GPU等的处理器、或将处理器和诸如存储器等的存储元件混合并入的微型计算机或控制板等。外部控制装置10200通过天线10200A向胶囊式内窥镜10100的控制单元10117传输控制信号以控制胶囊式内窥镜10100的操作。在胶囊式内窥镜10100中，例如，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变光源单元10111向观察目标发射光的条件。此外，还可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变摄像条件(例如，摄像单元10112的帧频或曝光值等)。此外，还可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变图像处理单元10113的处理的内容和用于从无线通信单元10114传输图像信号的条件(例如，传输间隔或传输的图像数量等)。

此外，外部控制装置10200还对从胶囊式内窥镜10100传输过来的图像信号进行各种图像处理，以产生用于在显示装置上显示所拍摄的体内图像的图像数据。作为图像处理，可以进行各种信号处理，诸如显影处理(去马赛克处理)、图像质量改善处理(带宽增强处理、超分辨率处理、降噪(NR：Noise reduction)处理和/或图像稳定处理等)和/或放大处理(电子变焦处理)等。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以使显示装置基于产生的图像数据来显示所拍摄的体内图像。可替代地，外部控制装置10200也可以控制记录装置(未示出)以记录产生的图像数据，或控制打印装置(未示出)以通过打印来输出产生的图像数据。

上面已经描述了可以应用根据本发明的技术的体内信息获取系统的示例。可以将根据本发明的技术应用于例如上述部件之中的摄像单元10112。这使得可以提高检测精度。

(应用示例4)

<内窥镜手术系统的应用示例>

根据本发明的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，可以将根据本发明的技术应用于内窥镜手术系统。

图13是示出了可以应用根据本发明实施方式的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

在图13中，图示了外科医生(医师)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的情况。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量装置11112等的其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120、以及安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。

内窥镜11100包括：镜筒11101，其具有要***到患者11132的体腔中的从远端起预定长度的区域；以及摄像头11102，其被连接至镜筒11101的近端。在图中所示的示例中，将内窥镜11100示出为包括具有硬性镜筒11101的刚性内窥镜。然而，内窥镜11100可以另外地包括具有柔性镜筒11101的柔性内窥镜。

镜筒11101在其远端处具有开口，在该开口中安装有物镜。光源装置11203被连接至内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导件被引入到镜筒11101的远端，并且该光通过物镜朝向患者11132的体腔中的观察目标照射。需要注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。

光学系统和摄像元件被设置在摄像头11102内部，使得来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统被会聚在摄像元件上。观察光被摄像元件光电转换，以产生与观察光对应的电信号，即，与观察图像对应的图像信号。该图像信号作为RAW数据被传输到CCU11201。

CCU 11201包括中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201从摄像头11102接收图像信号，并且对该图像信号进行诸如显影处理(去马赛克处理)等的各种图像处理以显示基于图像信号的图像。

在CCU 11201的控制下，显示装置11202在其上显示基于已经由CCU 11201进行了图像处理的图像信号的图像。

光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等的光源，并且在对手术区域进行摄像时向内窥镜11100供应照射光。

输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户能够通过输入装置11204进行输入到内窥镜手术系统11000的各种信息或指令的输入。例如，用户可以输入指令等以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大倍率或焦距等)。

治疗工具控制装置11205控制用于组织烧灼、组织切割或血管封闭等的能量装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体馈送到患者11132的体腔中以使体腔膨胀，以便保证内窥镜11100的视野和外科医生的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像或图形等的各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。

需要注意，在对手术区域进行摄像时向内窥镜11100供应照射光的光源装置11203可以包括白色光源，白色光源包括例如LED、激光光源或二者的组合。在白色光源包括红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合的情况下，由于能够针对各种颜色(各种波长)高精度地控制输出强度和输出时序，因此光源装置11203能够进行拍摄图像的白平衡的调节。此外，在这种情况下，如果来自各个RGB激光光源的激光束以时分的方式照射在观察目标上并且以与照射时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够以时分的方式对分别与R、G和B颜色对应的图像进行拍摄。根据该方法，即使针对摄像元件没有设置滤色器，也能够获得彩色图像。

此外，可以控制光源装置11203，使得针对每个预定时间改变待输出的光的强度。通过以与光强度的变化的时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动以便以时分的方式获取图像并且合成图像，能够创建没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光的高动态范围图像。

此外，光源装置11203可以被构造为供应为特殊光观察准备的预定波段的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织中光吸收的波长依赖性来发射与普通观察时的照射光(即白光)相比的窄带光，能够进行以高对比度对诸如粘膜的表层部分的血管等的预定组织进行摄像的窄带观察(窄带摄像)。可替代地，在特殊光观察中，可以进行荧光观察，以根据通过激发光的照射而产生的荧光来获得图像。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来进行来自身体组织的荧光的观察(自发荧光观察)，或者可以通过将诸如吲哚菁绿(ICG)等的试剂局部地注入到身体组织中并将与该试剂的荧光波长对应的激发光照射到该身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造为供应适合于如上所述的特殊光观察的这种窄带光和/或激发光。

图14是示出了图13中所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。

摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400连接以彼此通信。

透镜单元11401是光学系统，其被设置在与镜筒11101的连接位置处。从镜筒11101的远端获取的观察光被引导到摄像头11102，并引入透镜单元11401。透镜单元11401包括多个透镜的组合，该多个透镜包括变焦透镜和聚焦透镜。

摄像单元11402包括的摄像元件的数量可以是一个(所谓的单板型)或多个(所谓的多板型)。在摄像单元11402被构造为多板型摄像单元的情况下，例如，摄像元件产生与相应的R、G和B对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402还可以被构造成具有一对摄像元件，以分别获取为三维(3D)显示准备的右眼用图像信号和左眼用图像信号。如果进行3D显示，则外科医生11131能够更准确地理解手术区域中活体组织的深度。需要注意，在摄像单元11402被构造为立体式摄像单元的情况下，以与各个摄像元件对应的方式设置多个系统的透镜单元11401。

此外，摄像单元11402不必须设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以在镜筒11101内部紧接在物镜后方设置。

驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，能够适当地调节摄像单元11402的拍摄图像的放大倍率和焦点。

通信单元11404包括通信装置，以将各种信息传输到CCU 11201并从CCU 11201接收各种信息。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获得的图像信号作为RAW数据传输到CCU 11201。

此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并且将该控制信号供应给摄像头控制单元11405。控制信号包括与摄像条件有关的信息，诸如指定拍摄图像的帧频的信息、指定摄像时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大倍率和焦点的信息等。

需要注意，诸如帧频、曝光值、放大倍率或焦点等的摄像条件可以由用户指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，可以将自动曝光(AE：Auto Exposure)功能、自动聚焦(AF：Auto Focus)功能和自动白平衡(AWB：Auto White Balance)功能并入内窥镜11100中。

摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。

通信单元11411包括通信装置，以将各种信息传输到摄像头11102并从摄像头11102接收各种信息。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102传输过来的图像信号。

此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号能够通过电通信或光通信等被传输。

图像处理单元11412对从摄像头11102传输过来的RAW数据形式的图像信号进行各种图像处理。

控制单元11413进行与内窥镜11100对手术区域等的摄像和通过手术区域等的摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。

此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202，以显示对手术区域等进行摄像的拍摄图像。于是，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413能够通过检测拍摄图像中所包括的物体的边缘的形状和颜色等来识别诸如钳子等的手术工具、特定的活体区域、出血和使用能量装置11112时的薄雾等。当控制显示装置11202以显示拍摄图像时，控制单元11413可以利用识别结果使各种手术支持信息以重叠方式与手术区域的图像一起显示。在以重叠方式显示手术支持信息并将其呈现给外科医生11131的情况下，可以减轻外科医生11131的负担，并且外科医生11131能够确定无疑地进行手术。

将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆11400是为电信号通信准备的电信号电缆、为光通信准备的光纤或为电通信和光通信两者准备的复合电缆。

在此，虽然在图中所示的示例中，通过使用传输电缆11400的有线通信来进行通信，但是可以通过无线通信进行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。

上面已经描述了可以应用根据本发明的技术的内窥镜手术系统的示例。可以将根据本发明的技术应用于上述部件之中的摄像单元11402。将根据本发明的技术应用于摄像单元11402可以提高检测精度。

需要注意，虽然在此已经以内窥镜手术系统为例进行了描述，但是还可以将根据本发明的技术应用于例如显微手术系统等。

(应用示例5)

<移动体的应用示例>

根据本发明的技术可应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在任何类型的移动体上的装置，所述移动体诸如是汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)等。

图15是示出了作为可以应用根据本发明实施方式的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图15所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，将微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053图示为集成控制单元12050的功能构造。

驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010充当以下装置的控制装置：用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置，诸如内燃机或驱动电机等；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆转向角的转向机构；和用于产生车辆制动力的制动装置等。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车体上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020充当无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置、或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从替代钥匙的移动装置传输的无线电波或各种开关的信号能够输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置或灯等。

车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行摄像并且接收摄像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以进行诸如人、车辆、障碍物、标志或路面上的文字等的物体的检测处理，或可以进行与上述物体之间的距离的检测处理。

摄像部12031是光学传感器，其接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。摄像部12031能够将电信号作为图像输出，或者能够将电信号作为有关测距的信息输出。此外，摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。

车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括用于对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。

基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆外部或内部的信息，微型计算机12051能够计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够进行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：Advanced Driver Assistance System)的功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞规避或冲击缓和、基于车间距离的跟车驾驶、车辆速度保持驾驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。

此外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆外部或内部的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等来进行旨在自动驾驶等的协同控制，自动驾驶使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作。

此外，基于由车外信息检测单元12030获得的有关车辆外部的信息，微型计算机12051能够将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，通过例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前行车辆或对向车辆的位置来控制车头灯以从远光变为近光，微型计算机12051能够进行旨在防止眩光的协同控制。

声音/图像输出部12052将声音和图像中至少一者的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够将信息以视觉或听觉的方式通知车辆的乘员或车辆的外部。在图15的示例中，将音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063图示为输出装置。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

图16是示出了摄像部12031的安装位置的示例的图。

在图16中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。

摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如被布置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置处以及车内挡风玻璃的上部位置处。设置在前鼻上的摄像部12101和设置在车内挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在侧视镜上的摄像部12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像部12104主要获得车辆12100后方的图像。设置在车内挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要用于检测前行车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。

顺便提及，图16示出了摄像部12101至12104的摄影范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的摄像部12104的摄像范围。例如，通过将摄像部12101至12104摄像的图像数据叠加，获得了从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。

摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。

例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够确定与摄像范围12111至12114内的各个三维物体之间的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此能够特别地提取如下的最近三维物体作为前行车辆：该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上，并且该三维物体以预定速度(例如，等于或大于0km/h)在与车辆12100大致相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051能够预先设定与前行车辆的前方要保持的车间距离，并且能够进行自动制动控制(包括跟随停止控制)或自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以进行旨在使车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。

例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够将三维物体上的三维物体数据分类为两轮车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并且使用提取的三维物体数据以自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与各个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或规避转向。由此，微型计算机12051能够辅助驾驶以规避碰撞。

摄像部12101至12104中的至少一者可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判断摄像部12101至12104的摄像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过如下的过程进行这种行人识别：在作为红外相机的摄像部12101至12104的摄像图像中提取特征点的过程；以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判断是否是行人的过程。当微型计算机12051判断摄像部12101至12104的摄像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示单元12062，使得以叠加在识别出的行人上的方式显示用于强调的矩形轮廓线。声音/图像输出部12052还可以控制显示单元12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。

<3.实施例>

接下来，详细描述本发明的实施例。在实验例1至4的各者中，制造其中将PbS用作包括在半导体纳米粒子中的核的光电转换元件，并且评估其电特性。在实验例5至7中，使用CuInSe₂(实验例5)、CuInSe₂/ZnS(实验例6)和CH₃NH₃SnPbI₃(实验例7)来代替PbS作为包括在半导体纳米粒子中的核，由此制造各个光电转换元件，并评估其电特性。需要注意，在省略了上述光电转换元件10的绝缘层12的结构中，评估根据本实施例的光电转换元件的电特性。通过紫外光谱法测量在实验中使用的材料的价带，并且通过使用由该材料的吸收光谱特性提供的光学带隙和价带来获得其传导带。

通过使用以下方法来制造用于评估电特性的样品，并且评估其暗电流特性和外部量子效率。需要注意，外部量子效率是通过以1.0×10^-5W·cm^-2的强度照射波长为940nm的光来测量的。

(实验例1)

首先，作为实验例1，膜厚度为100nm的玻璃基板设置有Al电极，并且通过溅射在玻璃基板上的Al电极上形成包括IGZO且厚度为100nm的半导体层。随后，在大气中，将该基板在350℃下热处理1小时以耗尽IGZO。接下来，通过以2500rpm的旋转速度的旋涂将油墨作为光电转换层涂布到半导体层上。油墨是通过将PbS纳米粒子以50mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中而获得的。油酸在纳米粒子表面上与每个PbS纳米粒子配位。之后，滴加通过将MPA(巯基丙酸)以1体积％的浓度分散在甲醇溶剂中而获得的溶液，并且进行从油酸向MPA的配体交换。在配体交换之后，滴加甲醇以洗去诸如油酸等的多余的有机物质。重复该操作十次，以形成具有约300nm的厚度的光电转换层。随后，在惰性气体环境下，在120℃下进行5分钟热处理，以去除残留的溶剂。接下来，通过真空沉积在光电转换层上形成厚度为10nm的MoO₃膜，然后通过溅射堆叠50nm的ITO膜以形成上部电极。如上所述，制造出包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件。

(实验例2)

在如实验例1一样形成半导体层之后，通过以2500rpm的旋转速度的旋涂将油墨作为光电转换层涂布到半导体层上。油墨是通过将PbS纳米粒子以50mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中而获得的。油酸在纳米粒子表面上与每个PbS纳米粒子配位。之后，滴加通过将BDT(1,4-苯二硫醇)以0.02mol/L的浓度分散在甲醇溶剂中而获得的溶液，并且进行从油酸向BDT的配体交换。在配体交换之后，滴加甲醇以洗去诸如油酸等多余的有机物质。重复该操作十次，以形成具有约300nm的厚度的光电转换层。之后，如实验例1一样，依次堆叠MoO₃膜和ITO膜。如上所述，制作出包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件。

(实验例3)

在如实验例1一样形成半导体层之后，通过以2500rpm的旋转速度的旋涂将油墨作为光电转换层涂布到半导体层上。油墨是通过将PbS纳米粒子以50mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中而获得的。油酸在纳米粒子表面上与每个PbS纳米粒子配位。之后，滴加通过将TBAI(四丁基碘化铵)以0.03mol/L的浓度分散在甲醇溶剂中而获得的溶液，并且进行从油酸向碘原子的配体交换。在配体交换之后，滴加甲醇以洗去诸如油酸等多余的有机物质。重复该操作十次，以形成具有约300nm的厚度的光电转换层。之后，如实验例1一样，依次堆叠MoO₃膜和ITO膜。如上所述，制作出包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件。

(实验例4)

在如实验例1一样形成半导体层之后，通过以2500rpm的旋转速度的旋涂将油墨作为光电转换层涂布到半导体层上。油墨是通过将PbS纳米粒子以50mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中而获得的。油酸在纳米粒子表面上与每个PbS纳米粒子配位。之后，滴加通过将TBABr(四丁基溴化铵)以0.03mol/L的浓度分散在甲醇溶剂中而获得的溶液，并且进行从油酸向溴原子的配体交换。在配体交换之后，滴加甲醇以洗去诸如油酸等多余的有机物质。重复该操作十次，以形成具有约300nm的厚度的光电转换层。之后，如实验例1一样，依次堆叠MoO₃膜和ITO膜。如上所述，制作出包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件。

图17A图示了实验例1至4中的EQE的结果。图17B图示了实验例1至4中的暗电流的结果。两个图分别图示了将作为配体的MPA用作指标的相对值。EQE的结果表明，在满足E_CS≥E_CCQD的情况下，EQE会随着E_CS和E_CCQD彼此接近而增加。已经表明，在将满足E_CS＜E_CCQD的Br用作配体的情况下，相对于MPA，EQE降低。暗电流的结果表明，暗电流随着E_CS-E_VCQD的减小而减少。上述结果证明，优选满足E_CS≥E_CCQD，并且更优选使E_CS和E_CCQD彼此基本相等，以制造具有优异的EQE并且减少了暗电流的发生的光电转换元件。

(实验例5)

如实验例1一样，膜厚度为100nm的玻璃基板设置有Al电极，并且通过溅射在玻璃基板上的Al电极上形成包括IGZO且厚度为100nm的半导体层。随后，在大气中，将该基板在350℃下热处理1小时以耗尽IGZO。接下来，通过以2000rpm的旋转速度的旋涂将油墨作为光电转换层涂布到半导体层上。油墨是通过将CuInSe₂纳米粒子以40mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中而获得的。油胺在纳米粒子表面上与每个CuInSe₂纳米粒子配位。之后，滴加通过将BDT(1,4-苯二硫醇)以0.2体积％的浓度分散在乙腈溶剂中而获得的溶液，并且进行从油胺向BDT的配体交换。在配体交换之后，滴加乙腈以洗去诸如油胺等多余的有机物质。重复该操作十次，以形成具有约300nm的厚度的光电转换层。随后，在惰性气体环境下，在120℃下进行5分钟热处理，以去除残留的溶剂。接下来，通过真空沉积在光电转换层上形成厚度为10nm的MoO₃膜，然后通过溅射堆叠50nm的ITO膜以形成上部电极。如上所述，制造出包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件。

(实验例6)

在如实验例1一样形成半导体层之后，通过以2000rpm的旋转速度的旋涂将油墨作为光电转换层涂布到半导体层上。油墨是通过将CuInSe₂/ZnS纳米粒子以40mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中而获得的。油胺在纳米粒子表面上与每个CuInSe₂/ZnS纳米粒子配位。之后，滴加通过将BDT(1,4-苯二硫醇)以0.2体积％的浓度分散在乙腈溶剂中而获得的溶液，并且进行从油胺向BDT的配体交换。在配体交换之后，滴加乙腈以洗去诸如油胺等多余的有机物质。重复该操作十次，以形成具有约300nm的厚度的光电转换层。随后，在惰性气体环境下，在120℃下进行5分钟热处理，以去除残留的溶剂。接下来，通过真空沉积在光电转换层上形成厚度为10nm的MoO₃膜，然后通过溅射堆叠50nm的ITO膜以形成上部电极。如上所述，制造出包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件。

(实验例7)

在如实验例1一样形成半导体层之后，通过以2000rpm的旋转速度的旋涂将油墨作为光电转换层涂布到半导体层上。油墨是通过将CH₃NH₃SnPbI₃纳米粒子以40mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中而获得的。油酸和油胺在纳米粒子表面上与每个CH₃NH₃SnPbI₃纳米粒子配位。Sn与Pb的比例是1：1。之后，滴加通过将Pb(NO₃)₂(硝酸铅)以1mg/ml的浓度分散在乙酸甲酯中而获得的溶液，并且去除油酸和油胺。重复该操作十次，以形成具有约300nm的厚度的光电转换层。随后，滴加通过将CsI(碘化铯)以1mg/ml的浓度分散在乙酸乙酯中而获得的溶液，并对纳米粒子表面的缺陷进行终端处理。在滴加乙酸甲酯以去除多余的物质之后，在惰性气体环境下，在120℃下进行5分钟热处理以去除残留的溶剂。接下来，通过真空沉积在光电转换层上形成厚度为10nm的MoO₃膜，然后通过溅射堆叠50nm的ITO膜以形成上部电极。如上所述，制造出包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件。

图18A图示了实验例5至7中的EQE的结果。图18B图示了实验例5至7中的暗电流的结果。图18A和图18B分别图示了作为其中MPA配体用于PbS纳米粒子的实验例1的结果的相对值的结果。虽然图18A和图18B分别图示了包括在光电转换层中的半导体纳米粒子不限于PbS，但是即使在使用CuInSe₂、CuInSe₂/ZnS或CH₃NH₃SnPbI₃等的情况下，也可以获得与PbS基本相同的EQE特性和暗电流特性。

以上已经参考实施方式、应用示例和实施例给出了描述，但是本发明的内容不限于上述实施方式等，并且各种修改是可能的。例如，在上述实施方式中，已经描述了其中在摄像元件1中单独使用光电转换元件10的示例。光电转换元件10对具有近红外区域的波长的光进行光电转换。然而，例如，可以组合并使用另一光电转换元件，该另一光电转换元件对诸如可见光等的具有近红外区域以外的区域的波长的光进行光电转换。其他光电转换元件的示例包括：埋入并形成在半导体基板30中的所谓的无机光电转换元件；以及通过使用有机半导体材料形成有光电转换层的所谓的有机光电转换元件。

此外，在上述实施方式等中，以背照式摄像元件1的构造为例进行了描述。然而，也可以将实施方式等应用于前照式摄像元件。此外，在如上所述组合并使用另一光电转换元件的情况下，摄像元件1可以被构造为所谓的垂直光谱型摄像元件，或者可以是包括对另一波长范围内的光进行光电转换的光电转换元件被二维地布置(例如，拜耳布置)的半导体基板的摄像元件。此外，例如，可以在多层布线侧堆叠设置有诸如存储元件等的另一功能器件的基板。

此外，根据本发明的光电转换元件10、摄像元件1和摄像装置100均不必包括上述实施方式等中描述的所有相应部件，而是相反，可以包括其他层。

此外，除了摄像装置之外，例如还可以将根据本发明的技术应用于光伏电池。

需要注意，本文中描述的效果仅仅是示例，而不是限制性的。此外，可能还有其他效果。

需要注意，本发明可以具有以下构造。根据具有以下构造的本技术，在半导体层上设置传导带的能级等于或高于半导体层的传导带的能级的光电转换层，从而提高了将在光电转换层中产生的电荷传输到半导体层的效率。这使得可以在不降低外部量子效率(EQE：External Quantum Efficiency)的情况下抑制在光电转换层的界面处发生暗电流。

(1)一种光电转换元件，其包括：

第一电极，所述第一电极包括彼此独立的多个电极；

第二电极，所述第二电极被布置成与所述第一电极相对；

光电转换层，所述光电转换层包括半导体纳米粒子，并且所述光电转换层被设置在所述第一电极与所述第二电极之间；以及

半导体层，所述半导体层包括氧化物半导体材料，并且所述半导体层被设置在所述第一电极与所述光电转换层之间，其中

所述光电转换层的传导带的能级等于或高于所述半导体层的传导带的能级。

(2)根据(1)所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层的所述传导带的所述能级和所述半导体层的所述传导带的所述能级具有0eV以上且0.2eV以下的差。

(3)根据(1)或(2)所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层的所述传导带的所述能级等于所述半导体层的所述传导带的所述能级。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述半导体纳米粒子具有0.6eV以上且1.3eV以下的带隙。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的光电转换元件，其中

所述半导体纳米粒子包括核和配体，所述配体被结合至所述核的表面，并且

所述核被构成为包括PbS、PbSe、PbTe、CuInSe₂、ZnCuInSe、CuInS₂、ZnCuInS、CuInTe₂、ZnCuInTe、AgInSe₂、ZnAgInSe、AgInTe₂、ZnAgInTe、ZnCuSnSSe、HgTe、InAs、InSb、Ag₂S、Ag₂Se、Ag₂Te、CH₃NH₃SnI₃、CH₃NH₃SnPbI₃、CsSnI₃和CsSnPbI₃中的任何一者的半导体粒子。

(6)根据(1)至(5)中任一项所述的光电转换元件，其中

所述半导体纳米粒子包括核和配体，所述配体被结合至所述核的表面，并且

所述配体包括氯原子、溴原子、碘原子和硫原子中的任何一者。

(7)根据(5)或(6)所述的光电转换元件，其中

所述半导体纳米粒子还包括设置在所述核周围的壳，并且

所述壳被构成为包括PbO、PbO₂、Pb₃O₄、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaS和GaSe中的至少一者。

(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述半导体层被构成为包括IGZO、ZTO、Zn₂SnO₄、InGaZnSnO、GTO、Ga₂O₃:SnO₂和IGO中的至少一者。

(9)根据(1)至(8)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述第一电极包括功函数比所述第二电极的功函数小的电极材料。

(10)根据(1)至(9)中任一项所述的光电转换元件，其中

所述第一电极是通过使用钛(Ti)、银(Ag)、铝(Al)、镁(Mg)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)和铜(Cu)中的任何一者形成的，并且

所述第二电极是通过使用铟锡氧化物(ITO)形成的。

(11)根据(1)至(10)中任一项所述的光电转换元件，其包括：

绝缘层，所述绝缘层位于所述第一电极与所述半导体层之间，其中

所述第一电极包括电荷读出电极和电荷累积电极，所述电荷读出电极经由设置到所述绝缘层的开口而被电连接至所述光电转换层，所述电荷累积电极被布置成隔着所述绝缘层而与所述光电转换层相对。

(12)根据(11)所述的光电转换元件，其中，所述第一电极包括位于所述电荷读出电极与所述电荷累积电极之间的电荷传输电极。

(13)根据(1)至(12)中任一项所述的光电转换元件，其中，包括在所述第一电极中的所述多个电极分别施加有相应的电压。

(14)根据(1)至(13)中任一项所述的光电转换元件，其还包括：

半导体基板，其中

所述第一电极、所述半导体层、所述光电转换层和所述第二电极依次被设置在所述半导体基板的第一表面侧。

(15)根据(14)所述的光电转换元件，其中，所述半导体基板包括驱动电路，并且包括在所述第一电极中的所述多个电极分别被连接至所述驱动电路。

(16)根据(14)或(15)所述的光电转换元件，其中，在所述半导体基板的与所述第一表面相对的第二表面侧形成有多层布线层。

(17)一种摄像装置，其包括多个像素，所述多个像素分别设置有一个或多个光电转换元件，

所述一个或多个光电转换元件分别包括：

第一电极，所述第一电极包括彼此独立的多个电极，

第二电极，所述第二电极被布置成与所述第一电极相对，

光电转换层，所述光电转换层包括半导体纳米粒子，并且所述光电转换层被设置在所述第一电极与所述第二电极之间，以及

半导体层，所述半导体层包括氧化物半导体材料，并且所述半导体层被设置在所述第一电极与所述光电转换层之间，其中

所述光电转换层的传导带的能级等于或高于所述半导体层的传导带的能级。

本申请基于2018年1月31日在日本专利局提交的日本专利申请第2018-015390号和2018年10月22日在日本专利局提交的日本专利申请第2018-198410号要求优先权，因此将这两个专利申请的全部内容通过引用并入在本申请中。

本领域技术人员应该理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要这些修改、组合、子组合和变更在所附权利要求或其等同物的范围内即可。