CN114041210A - 电磁波检测器 - Google Patents

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Abstract

检测灵敏度高并且能够进行关断动作的使用二维材料层的电磁波检测器具备受光元件(4)、绝缘膜(3)、二维材料层(1)、第1电极部(2a)以及第2电极部(2b)。受光元件(4)包括第1导电类型的第1半导体部分(4a)和第2半导体部分(4b)。第2半导体部分(4b)与第1半导体部分(4a)接合。第2半导体部分(4b)是第2导电类型。绝缘膜(3)配置于受光元件(4)上。在绝缘膜(3)形成有开口部(3a)。二维材料层(1)在开口部(3a)与第1半导体部分(4a)电连接。二维材料层(1)从开口部(3a)上延伸至绝缘膜(3)上。第1电极部(2a)配置于绝缘膜(3)上。第1电极部(2a)与二维材料层(1)电连接。第2电极部(2b)与第2半导体部分(4b)电连接。

Description

电磁波检测器
技术领域
本公开涉及电磁波检测器。
背景技术
以往，作为在下一代的电磁波检测器中使用的电磁波检测层的材料，已知作为二维材料层的一个例子的迁移率极高的石墨烯。石墨烯的吸收率低到2.3％。因此，提出了使用石墨烯的电磁波检测器中的高灵敏度化手法。例如，在美国专利申请公开2015/0243826A1中，提出了如下述的构造的检测器。即，在美国专利申请公开2015/0243826A1中，在n型半导体层上设置有2个以上的电介质层。在2个电介质层上以及位于该2个电介质层之间的n型半导体层的表面部分上形成有石墨烯层。与石墨烯层的两端连接的源极/漏极电极配置于电介质层上。栅极电极与n型半导体层连接。
在上述检测器中，对作为沟道的石墨烯层经由源极/漏极电极施加电压。其结果，通过放大在n型半导体层中产生的光载流子来进行检测器的高灵敏度化。另外，在对栅极电极和源极电极或者漏极电极施加电压的情况下，能够通过石墨烯和n型半导体层的肖特基连接进行关断动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开2015/0243826A1
发明内容
然而，在上述检测器中，在对石墨烯施加源极/漏极电压的高灵敏度化动作时进行晶体管动作，所以检测器的关断动作困难。另外，在对栅极电极和源极电极或者漏极电极施加电压的肖特基动作时，检测器的灵敏度依赖于半导体层的量子效率。因此，无法充分地放大光载流子，检测器的高灵敏度化困难。这样，在以往的使用石墨烯等二维材料层的检测器中，无法同时实现高灵敏度化和关断动作。
本公开是为了解决如上述的课题而完成的，本公开的目的在于提供检测灵敏度高并且能够进行关断动作的使用二维材料层的电磁波检测器。
本公开所涉及的电磁波检测器具备受光元件、绝缘膜、二维材料层、第1电极部以及第2电极部。受光元件包括第1导电类型的第1半导体部分和第2半导体部分。第2半导体部分与第1半导体部分接合。第2半导体部分是第2导电类型。绝缘膜配置于受光元件上。在绝缘膜形成有开口部。二维材料层在开口部与第1半导体部分电连接。二维材料层从开口部上延伸至绝缘膜上。第1电极部配置于绝缘膜上。第1电极部与二维材料层电连接。第2电极部与第2半导体部分电连接。
根据上述，二维材料层从位于受光元件上且形成有开口部的绝缘膜上延伸至该开口部内，所以能够提供检测灵敏度高并且能够进行关断动作的电磁波检测器。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。
图2是沿图1的线段II-II的剖面示意图。
图3是用于说明实施方式1所涉及的电磁波检测器的制造方法的流程图。
图4是实施方式2所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图5是示出实施方式2所涉及的电磁波检测器的第1变形例的剖面示意图。
图6是示出实施方式2所涉及的电磁波检测器的第2变形例的剖面示意图。
图7是实施方式3所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图8是示出实施方式3所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。
图9是实施方式4所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图10是实施方式5所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。
图11是沿图10的线段XI-XI的剖面示意图。
图12是示出实施方式5所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。
图13是实施方式6所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。
图14是沿图13的线段XIV-XIV的剖面示意图。
图15是示出实施方式6所涉及的电磁波检测器的第1变形例的剖面示意图。
图16是示出实施方式6所涉及的电磁波检测器的第2变形例的俯视示意图。
图17是沿图16的线段XVII-XVII的剖面示意图。
图18是实施方式7所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。
图19是沿图18的线段XIX-XIX的剖面示意图。
图20是沿图18的线段XX-XX的剖面示意图。
图21是示出实施方式7所涉及的电磁波检测器的第1变形例的俯视示意图。
图22是示出实施方式7所涉及的电磁波检测器的第2变形例的俯视示意图。
图23是沿图22的线段XXIII-XXIII的剖面示意图。
图24是示出实施方式7所涉及的电磁波检测器的第3变形例的俯视示意图。
图25是沿图24的线段XXV-XXV的剖面示意图。
图26是实施方式8所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图27是实施方式9所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图28是实施方式10所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图29是示出实施方式10所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。
图30是实施方式11所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图31是示出实施方式11所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。
图32是实施方式12所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图33是实施方式13所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。
图34是沿图33的线段XXXIV-XXXIV的剖面示意图。
图35是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第1变形例的俯视示意图。
图36是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第2变形例的俯视示意图。
图37是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第3变形例的俯视示意图。
图38是沿图37的线段XXXVIII-XXXVIII的剖面示意图。
图39是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第4变形例的俯视示意图。
图40是沿图39的线段XL-XL的剖面示意图。
图41是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第5变形例的俯视示意图。
图42是沿图41的线段XLII-XLII的剖面示意图。
图43是示出实施方式14所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。
图44是实施方式15所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。
图45是示出实施方式15所涉及的电磁波检测器的变形例的俯视示意图。
(符号说明)
1：二维材料层；1a、1b、1c：区域；1d：乱层构造部分；2a：第1电极部；2aa：第1电极；2ab：第2电极；2b：第2电极部；2c：电极部；2d：连接导电体；3：绝缘膜；3a、3c：开口部；3aa：第1开口；3ab：第2开口；3b：锥形部；3E：第1区域；3F：第2区域；4：受光元件；4a：第1半导体部分；4aa、4ca：接合部；4ab：表面；4b：第2半导体部分；4c：第3半导体部分；4d：第4半导体部分；4e：第5半导体部分；4f：半导体部分；5：电流切断机构；6：缓冲层；7：导电体；8：接触层；9：空隙；100、200、201、202、203：电磁波检测器。
具体实施方式
以下，说明本公开的实施方式。此外，对同一结构附加同一参照编号，不反复其说明。
在以下说明的实施方式中，图是示意性的附图，概念性地说明功能或者构造。另外，本公开不限定于以下说明的实施方式。除了特别记载的情况以外，电磁波检测器的基本结构在所有实施方式中共通。另外，附加同一符号的部分如上所述相同或者与其相当。这在说明书的全文中共通。
在以下说明的实施方式中，使用检测可见光或者红外光的情况下的结构，说明电磁波检测器，但本公开不限定于这些。以下说明的实施方式作为除了可见光或者红外光以外，例如作为检测X射线、紫外光、近红外光、太赫兹(THz)波或者微波等电波的检测器也有效。此外，在本公开的实施方式中，将这些光以及电波总称而记载为电磁波。
另外，在本公开的实施方式中，有时作为石墨烯使用p型石墨烯或者n型石墨烯的用语。在以下的实施方式中，将空穴比本征状态的石墨烯多的例子称为p型石墨烯，将电子比本征状态的石墨烯多的例子称为n型石墨烯。
另外，在本公开的实施方式中，关于与作为二维材料层的一个例子的石墨烯接触的部件的材料，有时使用n型或者p型的用语。在此，例如，n型材料是指具有电子给予性的材料，p型材料是指具有电子吸引性的材料。另外，还有时将在分子整体中在电荷中观察到偏倚而电子成为支配的材料称为n型，将空穴成为支配的材料称为p型。作为这些材料，能够使用有机物以及无机物中的任意一方或者它们的混合物。
另外，关于作为金属表面和光的相互作用的表面等离子体共振现象等等离子体共振现象、被称为可见光域/近红外光域以外的与金属表面相关的共振这样的意义下的准表面等离子体共振的现象或者被称为通过波长以下的尺寸的构造操作特定的波长这样的意义下的超材料或者等离子超材料的现象，不特别通过名称将它们区分，从现象所起到的效果方面同等地处置。在此，将这些共振称为表面等离子体共振、等离子体共振或者简称为共振。
另外，在以下说明的实施方式中，作为二维材料层的材料，以石墨烯为例子进行说明，但构成二维材料层的材料不限于石墨烯。例如，作为二维材料层的材料，能够应用过渡金属二硫属化物(TMD：Transition Metal Dichalcogenide)、黑磷(Black Phosphorus)、硅烯(基于硅原子的二维蜂巢构造)、锗烯(基于锗原子的二维蜂巢构造)等材料。作为过渡金属二硫属化物，例如可以举出MoS2、WS2、WSe2等过渡金属二硫属化物。
这些材料是具有与石墨烯类似的构造、能够在二维面内以单层排列原子的材料。因此，在将这些材料应用于二维材料层的情况下，也能够得到与在二维材料层中应用石墨烯的情况同样的作用效果。
实施方式1.
<电磁波检测器的结构>
图1是实施方式1所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。图2是沿图1的线段II-II的剖面示意图。图1以及图2所示的电磁波检测器主要具备受光元件4、绝缘膜3、二维材料层1、第1电极部2a、以及第2电极部2b。受光元件4包括第1半导体部分4a和第2半导体部分4b。受光元件4是对作为电磁波检测器的检测对象的电磁波的波长具有灵敏度、在被照射具有作为检测对象的波长的电磁波时，在第1半导体部分4a和第2半导体部分4b的结内进行光电变换的元件。第1半导体部分4a具有第1导电类型。第2半导体部分4b与第1半导体部分4a在接合部4aa接合。第2半导体部分4b具有与第1导电类型不同的第2导电类型。第1半导体部分4a例如被掺杂第1导电类型的载流子。第2半导体部分4b例如被掺杂第2导电类型的载流子。在第2半导体部分4b中位于与接合部4aa相反的一侧的背面连接第2电极部2b。
如图2所示，对形成于第2半导体部分4b的背面的第2电极部2b和形成于绝缘膜3上的第1电极部2a，电连接用于施加偏置电压V的电源电路。具体而言，与成为电极的第1电极部2a以及第2电极部2b连接的电源电路是用于对二维材料层1施加电压V的电路。另外，对与电极连接的电源电路，连接用于检测第1电极部2a与第2电极部2b之间的二维材料层1中的电流I的未图示的电流计。
绝缘膜3配置于受光元件4上。具体而言，在第1半导体部分4a中位于与接合部4aa相反的一侧的表面4ab上，形成有绝缘膜3。在绝缘膜3形成有开口部3a。二维材料层1从开口部3a的内部延伸至绝缘膜3上。第1电极部2a配置于绝缘膜3上。第1电极部2a配置于离开开口部3a的位置。在第1电极部2a的表面的一部分上，连接有二维材料层1的端部的区域1a。另外，在开口部3a的内部，二维材料层1的端部的区域1a与受光元件4的第1半导体部分4a的表面4ab直接连接。配置于绝缘膜3的表面上，位于二维材料层1的两端部的区域1a之间的区域1b是隔着绝缘膜3与受光元件4对置的部分。
第2半导体部分4b例如包括硅(Si)等半导体材料。具体而言，作为第2半导体部分4b，使用被掺杂杂质的硅基板等。第1半导体部分4a包括被掺杂与第2半导体部分4b相反的载流子的硅等半导体材料。具体而言，第1半导体部分4a能够对硅基板等注入杂质来制作。或者，第1半导体部分4a也可以通过在第2半导体部分4b的表面上对半导体材料进行成膜来形成。
此时，作为第1半导体部分4a和第2半导体部分4b的界面的接合部4aa具有pn结。具有该接合部4aa的第1半导体部分4a和第2半导体部分4b成为通过被照射光等电磁波而产生光电流的受光元件4。另外，第1半导体部分4a无需设置于第2半导体部分4b的上部整面。例如，二维材料层1和第2半导体部分4b以不接触的方式形成、并且能够经由绝缘膜3在二维材料层1中产生电场变化即可。
在此，关于由第1半导体部分4a和第2半导体部分4b形成的受光元件4，以一般的pn结光电二极管为例子进行说明，但也可以作为该受光元件4，使用pin光电二极管、肖特基光电二极管、雪崩光电二极管。另外，作为受光元件4，也可以使用光电晶体管。
作为构成受光元件4的半导体材料，如上所述以硅基板为例子进行了说明，但作为构成该受光元件4的材料，也可以使用其他材料。例如，作为构成受光元件4的材料，也可以使用包含锗(Ge)、III-V族或者II-V族半导体等化合物半导体、汞镉碲(HgCdTe)、锑化铟(InSb)、硒化铅(PbSe)、硫化铅(PbS)、硫化镉(CdS)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、铟镓砷化物(InGaAs)、砷化铟(InAs)或者量子阱或者量子点的基板、TypeII超晶格等材料的单体或者将它们组合而成的材料。
另外，本实施方式中的电磁波检测器的检测波长由构成受光元件4的材料决定。例如，作为该材料使用磷化镓的情况下的检测波长的范围是0.1μm以上且0.6μm以下。作为该材料使用硅的情况下的检测波长的范围是0.2μm以上且1.1μm以下。作为该材料使用锗的情况下的检测波长的范围是0.8μm以上且1.8μm以下。作为该材料使用铟镓砷化物的情况下的检测波长的范围是0.7μm以上且2.55μm以下。作为该材料使用砷化铟的情况下的检测波长的范围是1μm以上且3.1μm以下。作为该材料使用锑化铟的情况下的检测波长的范围是1μm以上且5.5μm以下。作为该材料使用汞镉碲的情况下的检测波长的范围是2μm以上且16μm以下。另外，作为构成受光元件4的材料也可以组合使用这些材料。例如，也可以在构成受光元件4的第1半导体部分4a和第2半导体部分4b中分别使用具有不同的检测波长的材料。在该情况下，能够在电磁波检测器中进行多波长的探测。
在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，优选以使第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b的电阻率成为100Ω·cm以下的方式，对第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b掺杂杂质。通过高浓度地掺杂第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b，在pn结界面产生的光载流子的第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b中的移动速度(读出速度)变快。其结果，电磁波检测器的响应速度提高。
另外，第1半导体部分4a的厚度T1优选设为10μm以下。通过使第1半导体部分4a的厚度T1变薄，作为pn结界面的接合部4aa接近二维材料层1，在pn结界面产生的光载流子的失活变少。另外，在绝缘膜3的附近存在作为pn结界面的接合部4aa，所以对二维材料层1提供的光闸效应的影响变大。其结果，能够使电磁波检测器高灵敏度化。此外，关于光闸效应后述。
绝缘膜3设置于第1半导体部分4a的表面4ab上。作为绝缘膜3，能够使用例如包括氧化硅的绝缘膜。此外，构成绝缘膜3的材料不限定于上述氧化硅，也可以使用其他绝缘材料。例如，作为构成绝缘膜3的材料，也可以使用原硅酸四乙酯、氮化硅、氧化铪、氧化铝、氧化镍、氮化硼或者硅氧烷系的聚合物材料等。例如，氮化硼由于原子排列与石墨烯相似，所以即使与包括石墨烯的二维材料层1接触，也不会对电荷的迁移率造成恶劣影响。因此，优选成为不阻碍电子迁移率等二维材料层1的性能，配置于二维材料层1之下的基底膜即绝缘膜3。
另外，关于绝缘膜3的厚度T2，只要二维材料层1的位于绝缘膜3上的区域以及第1电极部2a与第1半导体部分4a绝缘，不产生隧道电流，则没有特别限定。此外，绝缘膜3的厚度T2越薄，通过光闸效应在二维材料层1中产生的电场变化的程度变得越大。因此，绝缘膜3的厚度T2优选尽可能薄。
二维材料层1如图2所示，以从绝缘膜3的上部表面上延伸至第1半导体部分4a的表面4ab的一部分上的方式设置。即，二维材料层1在绝缘膜3的开口部3a的内部与第1半导体部分4a的表面4ab接触。二维材料层1从开口部3a的内部经由开口部3a的内周面延伸至绝缘膜3的上部表面上。在此，在图2中二维材料层1的右端延伸至开口部3a的右端，但与第1半导体部分4a的表面4ab的一部分接触即可，并且也可以从开口部3a延伸到另一端的绝缘膜3。二维材料层1例如能够使用单层的石墨烯。单层的石墨烯是二维碳晶体的单原子层。另外，单层的石墨烯在六边形形状地配置的各链具有碳原子。
二维材料层1被分成沟道区域以及作为源极/漏极层发挥功能的区域。在二维材料层1中作为源极/漏极区域发挥功能的区域1a与第1电极部2a以及第1半导体部分4a分别电连接。另外，在二维材料层1中作为沟道区域发挥功能的区域1b形成于在受光元件4上形成的绝缘膜3上。
在此，作为二维材料层1，也可以使用将单层石墨烯层叠2层以上的多层石墨烯。另外，二维材料层1既可以使用无掺杂的石墨烯，也可以使用掺杂p型或者n型的杂质的石墨烯。
在二维材料层1中使用多层石墨烯的情况下，二维材料层1的光电变换效率增加，电磁波检测器的灵敏度变高。关于被用作二维材料层1的多层石墨烯，任意的2层的石墨烯中的六方晶格的晶格矢量的朝向既可以不一致也可以一致。例如，通过层叠2层以上的石墨烯，在二维材料层1中形成带隙。其结果，能够提供光电变换的电磁波的波长选择效果。此外，在构成二维材料层1的多层石墨烯中的层数增加时，沟道区域中的载流子的迁移率降低。另一方面，在该情况下，二维材料层1难以受到来自基板等的基底构造的载流子散射的影响，其结果，噪声等级降低。因此，关于作为二维材料层1使用多层石墨烯的电磁波检测器，光吸收增加，能够提高电磁波的检测灵敏度。
另外，在二维材料层1与第1电极部2a接触的情况下，从第1电极部2a向二维材料层1掺杂载流子。例如，在作为第1电极部2a的材料使用金(Au)的情况下，根据二维材料层1和Au的功函数的差，对第1电极部2a附近的二维材料层1掺杂空穴。在该状态下使电磁波检测器以电子传导状态驱动时，由于从第1电极部2a掺杂到二维材料层1的空穴的影响，在二维材料层1的沟道区域内流过的电子的迁移率降低，二维材料层1和第1电极部2a的接触电阻增加。由于该接触电阻的增加，电磁波检测器中的利用电场效应的电子(载流子)的迁移率降低，可能产生电磁波检测器的性能降低。特别是，在作为二维材料层1使用单层石墨烯的情况下，从第1电极部2a注入的载流子的掺杂量大。因此，电磁波检测器中的上述电子的迁移率降低在作为二维材料层1使用单层石墨烯的情况下特别显著。因此，在由单层石墨烯形成全部二维材料层1的情况下，存在电磁波检测器的性能降低的可能性。
因此，也可以在来自第1电极部2a的载流子易于掺杂的二维材料层1的与第1电极部2a电连接的区域1a形成多层石墨烯。多层石墨烯相比于单层石墨烯，来自第1电极部2a的载流子掺杂更小。因此，能够抑制二维材料层1与第1电极部2a之间的接触电阻的增加。其结果，能够抑制电磁波检测器中的上述电子的迁移率降低，能够提高电磁波检测器的性能。
另外，也可以在作为源极/漏极区域发挥功能的区域1a使用多层石墨烯，在作为沟道区域发挥功能的区域1b使用单层石墨烯。通过设为这样的结构，能够得到沟道区域中的电子的高的迁移率。其结果，能够抑制上述接触电阻的增加，并且维持电子的高的迁移率，能够提高电磁波检测器的性能。
另外，作为二维材料层1还能够使用纳米带状的石墨烯(以下还称为石墨烯纳米带)。在该情况下，作为二维材料层1，例如能够使用石墨烯纳米带单体、层叠有多个石墨烯纳米带的复合体或者在平面上周期性地排列有石墨烯纳米带的构造体中的任意构造。例如，在作为二维材料层1，使用周期性地配置石墨烯纳米带的构造体的情况下，能够在石墨烯纳米带中发生等离子体共振。其结果，能够提高电磁波检测器的灵敏度。在此，周期性地排列有石墨烯纳米带的构造还有时被称为石墨烯超材料。因此，在作为二维材料层1使用石墨烯超材料的电磁波检测器中，也能够得到上述效果。
第1电极部2a形成于绝缘膜3上。第2电极部2b形成于第2半导体部分4b的背面上。作为构成第1电极部2a以及第2电极部2b的材料，只要是导电体则能够使用任意的材料。例如，作为该材料，能够使用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)或者钯(Pd)等金属材料。另外，也可以在第1电极部2a与绝缘膜3之间或者第2电极部2b与第2半导体部分4b之间，形成未图示的密接层。密接层提高第1电极部2a和绝缘膜3的密接性或者第2电极部2b和第2半导体部分4b的密接性。作为构成密接层的材料，能够使用任意的材料，例如也可以使用铬(Cr)或者钛(Ti)等金属材料。另外，在图2中，第1电极部2a形成于二维材料层1的下部，但也可以在二维材料层1的上部形成第1电极部2a。另外，在图2中，第2电极部2b设置于第2半导体部分4b的下层整面，但第2电极部2b与第2半导体部分4b的一部分接触即可。例如，也可以在第2半导体部分4b的侧面、底面的一部分、绝缘膜3设置其他开口部而在该开口部内使第2半导体部分4b露出的面等设置第2电极部2b。由此，能够从电磁波检测器的背面入射电磁波而探测。另外，在从电磁波检测器的表面侧照射电磁波的情况下，通过如图2所示在背面整面设置第2电极部2b，利用第2电极部2b反射未被受光元件4吸收而透射的电磁波，从而能够提高受光元件4中的电磁波的吸收率。
另外，也可以在二维材料层1上形成未图示的保护膜。保护膜也可以在绝缘膜3上以覆盖二维材料层1、第1半导体部分4a、第1电极部2a的周围的方式设置。作为构成保护膜的材料能够使用任意的材料，例如作为保护膜能够使用包括氧化硅的绝缘膜。作为构成保护膜的材料，也可以使用氧化物或者氮化物等绝缘体、例如氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化铝、氮化硼等。
根据以上，构成本实施方式所涉及的电磁波检测器。
<电磁波检测器的制造方法>
图3是用于说明实施方式1所涉及的电磁波检测器的制造方法的流程图。参照图3，说明图1以及图2所示的电磁波检测器的制造方法。
首先，实施图3所示的准备工序(S1)。在该工序(S1)中，例如准备包括硅等的平坦的基板即第2半导体部分4b。
接下来，实施电极形成工序(S2)。在该工序(S2)中，在第2半导体部分4b的背面形成第2电极部2b。具体而言，首先在第2半导体部分4b的表面形成保护膜。作为保护膜，例如使用抗蚀剂。在该状态下，在第2半导体部分4b的背面对第2电极部2b进行成膜。作为构成第2电极部2b的材料，能够使用例如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)等金属。此时，也可以为了提高第2半导体部分4b和第2电极部2b的密接性，在第2半导体部分4b的背面，比第2电极部2b先形成密接层。作为密接层的材料，例如能够使用铜(Cr)或者钛(Ti)。
接下来，实施半导体层形成工序(S3)。在该工序(S3)中，首先去除在第2半导体部分4b的表面形成为保护膜的抗蚀剂。之后，在第2半导体部分4b的表面上，对第1半导体部分4a进行成膜。此外，也可以针对第2半导体部分4b通过离子注入等掺杂杂质，形成第1半导体部分4a。
接下来，实施绝缘膜形成工序(S4)。在该工序(S4)中，在第1半导体部分4a的表面4ab上，形成绝缘膜3。绝缘膜3例如在第1半导体部分4a为硅的情况下，也可以是对在第1半导体部分4a中与面对第2半导体部分4b的表面相反的一侧的表面部分性地进行热氧化而形成的氧化硅(SiO2)。或者，也可以通过CVD(Chemical vapor deposition，化学气相沉积)法、溅射法，在第1半导体部分4a的表面上形成绝缘层。
接下来，实施电极形成工序(S5)。在该工序(S5)中，在绝缘膜3上形成第1电极部2a。构成第1电极部2a的材料使用例如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)等金属。此时，也可以为了提高第1电极部2a和绝缘膜3的密接性，在绝缘膜3与第1电极部2a之间形成密接层。作为构成密接层的材料，能够使用例如铬(Cr)或者钛(Ti)等。
作为第1电极部2a的形成方法，能够使用例如以下那样的工艺。首先，在绝缘膜3的表面上使用照相制版或者EB描绘等形成抗蚀剂掩模。在抗蚀剂掩模中，在应形成第1电极部2a的区域中形成有开口部。之后，在抗蚀剂掩模上，形成应成为第1电极部2a的金属等的膜。在该膜的形成中，能够使用蒸镀法、溅射法等。此时，该膜以从抗蚀剂掩模的开口部的内部延伸至该抗蚀剂掩模的上部表面的方式形成。之后，通过将抗蚀剂掩模与该膜的一部分一起去除，配置于抗蚀剂掩模的开口部的膜的另一部分在绝缘膜3的表面上残存，成为第1电极部2a。上述方法是一般被称为剥离的方法。
作为第1电极部2a的形成方法，也可以使用其他方法。例如，在绝缘膜3的表面上先将应成为第1电极部2a的金属膜等膜成膜。之后，通过光刻法在该膜上形成抗蚀剂掩模。抗蚀剂掩模以覆盖应形成第1电极部2a的区域的方式形成，另一方面，在应形成第1电极部2a的区域以外的区域不形成。之后，通过湿蚀刻、干蚀刻，将抗蚀剂掩模作为掩模，部分性地去除该膜。其结果，在抗蚀剂掩模下，膜的一部分残存。该膜的一部分成为第1电极部2a。之后，去除抗蚀剂掩模。这样，也可以形成第1电极部2a。
接下来，实施开口部形成工序(S6)。在该工序(S6)中，在绝缘膜3形成开口部3a。具体而言，在绝缘膜3上使用照相制版或者EB描绘等形成抗蚀剂掩模。在抗蚀剂掩模中，在绝缘膜3的应形成开口部3a的区域形成有开口部。之后，通过湿蚀刻、干蚀刻，将抗蚀剂掩模作为掩模，部分性地去除绝缘膜3，形成开口部3a。接下来，去除抗蚀剂掩模。此外，上述工序(S6)也可以比工序(S5)先实施。
接下来，实施二维材料层形成工序(S7)。在该工序(S7)中，以覆盖第1电极部2a、绝缘膜3以及在绝缘膜3的开口部3a内露出的第1半导体部分4a的一部分的整体的方式，形成二维材料层1。二维材料层1可以通过任意的方法形成。例如，既可以通过外延生长形成二维材料层1，也可以将预先使用CVD法形成的二维材料层1转印到第1电极部2a、绝缘膜3以及第1半导体部分4a的一部分上而粘贴。或者，也可以使用网板印刷等形成二维材料层1。另外，也可以将通过机械剥离等剥离后的二维材料层1转印到上述第1电极部2a等之上。接下来，使用照相制版等在二维材料层1之上形成抗蚀剂掩模。抗蚀剂掩模以覆盖使二维材料层1残存的区域的方式形成，另一方面，在不使二维材料层1残存的区域不形成。之后，将抗蚀剂掩模用作掩模，利用氧等离子体通过蚀刻部分性地去除二维材料层1。由此，去除不需要的二维材料层的部分，形成如图1以及图2所示的二维材料层1。之后，去除抗蚀剂掩模。
通过以上的工序(S1～S7)，能够得到图1以及图2所示的电磁波检测器。此外，在上述制造方法中，在第1电极部2a之上形成二维材料层1，但也可以在绝缘膜3上预先形成二维材料层1，以与该二维材料层1的一部分上重叠的方式形成第1电极部2a。但是，在使用该构造的情况下，在形成第1电极部2a时，需要注意不会针对二维材料层1造成工艺损害。例如，考虑在将二维材料层1中重叠形成第1电极部2a的区域以外用保护膜等预先覆盖的状态下，形成第1电极部2a这样的应对。
<电磁波检测器的动作原理>
接下来，说明本实施方式所涉及的电磁波检测器的动作原理。
首先，如图2所示，在第1电极部2a与第2电极部2b之间，电连接施加电压V的电源电路。在该情况下，在成为第1电极部2a与第2电极部2b之间的电流路径的一部分的二维材料层1中流过电流I。在电源电路中设置有未图示的电流计，通过该电流计监视在二维材料层1中流过的电流I。
接下来，对包括第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b的受光元件4照射电磁波。在该情况下，在受光元件4的pn结内发生光电变换，在二维材料层1中流过光电流。
另外，受光元件4经由绝缘膜3对二维材料层1提供电场变化。其结果，成为针对二维材料层1虚拟地施加栅极电压的状态，二维材料层1内的电阻值变化。将其称为光闸效应。由于二维材料层1中的电阻值的变化，作为在二维材料层1中流过的光电流的电流I变化。通过检测该电流I的变化，能够检测照射到电磁波检测器的电磁波。
另外，例如在构成受光元件4的第1半导体部分4a包括n型材料，第2半导体部分4b包括p型材料的情况下，通过调整电压V，使受光元件4反偏置动作，能够使电流I成为零。即，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，能够进行关断动作。此时，仅在光照射时在受光元件4中流过电流，所以仅在光照射时能够检测电流I。
在此，本实施方式所涉及的电磁波检测器不限定于如上述的检测二维材料层1中的电流的变化的结构，例如，也可以在第1电极部2a与第2电极部2b之间流过恒定电流，检测第1电极部2a与第2电极部2b之间的电压V的变化(即二维材料层1中的电压值的变化)。
另外，也可以使用2个以上相同的电磁波检测器来检测电磁波。例如，准备2个以上相同的电磁波检测器。将1个电磁波检测器配置到未被照射电磁波的遮蔽的空间。将其他电磁波检测器配置到被照射作为测定对象的电磁波的空间。然后，检测被照射电磁波的其他电磁波检测器的电流I或者电压V和配置于遮蔽的空间的电磁波检测器的电流I或者电压V的差分。这样，也可以检测电磁波。
<电磁波检测器的动作>
接下来，说明图1以及图2所示的电磁波检测器的具体的动作。在此，说明作为第2半导体部分4b使用p型硅，作为第1半导体部分4a使用n型硅的情况。
如图2所示，在针对受光元件4以成为反偏置的方式施加电压时，在作为第1半导体部分4a和第2半导体部分4b的界面的接合部4aa附近形成耗尽层。根据受光元件4的构成材料，决定电磁波检测器的检测波长的范围。具有上述结构的受光元件4的电磁波检测器的检测波长是0.2μm以上且1.1μm以下。
在上述检测波长的电磁波入射到受光元件4时，在耗尽层中产生电子空穴对。从第1电极部2a以及第2电极部2b取出产生的电子空穴对(光载流子)，作为光电流。此时，由于在绝缘膜3的正下方区域产生的光载流子，隔着绝缘膜3在二维材料层1产生电场变化。这是上述光闸效应。如上所述，构成二维材料层1的石墨烯的迁移率高，能够针对轻微的电场变化得到较大的位移电流。因此，通过受光元件4的光电变换经由二维材料层1从第1电极部2a取出的光电流通过光闸效应被大幅放大。因此，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，能够实现超过硅的量子效率的高灵敏度化。此时，受光元件4优选以使载流子扩散长变短的方式设计。通过载流子扩散长变短，受光元件4中的光载流子的载流子寿命变短。其结果，由于光闸效应引起的放大的延迟被消除，能够将通过受光元件4的光电变换产生的光载流子和利用光闸效应的放大分离，能够实现电磁波检测器的高速响应化。
<作用效果>
本公开所涉及的电磁波检测器具备受光元件4、绝缘膜3、二维材料层1、第1电极部2a以及第2电极部2b。受光元件4包括第1导电类型的第1半导体部分4a和第2半导体部分4b。第2半导体部分4b与第1半导体部分4a接合。第2半导体部分4b是与第1导电类型不同的第2导电类型。绝缘膜3配置于受光元件4上。更具体而言，绝缘膜3配置于第1半导体部分4a上。在绝缘膜3形成有开口部3a。二维材料层1在开口部3a与第1半导体部分4a电连接。更具体而言，第1半导体部分4a在开口部3a与二维材料层1电连接。二维材料层1从开口部3a上延伸至绝缘膜3上。第1电极部2a配置于绝缘膜3上。第1电极部2a与二维材料层1电连接。第2电极部2b与第2半导体部分4b电连接。
第1半导体部分4a配置于第2半导体部分4b上。第2电极部2b设置于在第2半导体部分4b中与配置第1半导体部分4a的一侧相反的一侧。第2电极部2b与第2半导体部分4b电连接。另外，二维材料层1包含从由石墨烯、过渡金属二硫属化物、黑磷、硅烯、石墨烯纳米带以及硼烯构成的群选择的任意材料。
在二维材料层1中配置于开口部3a上的部分构成为能够从受光元件4输入光电流。具体而言，例如也可以在开口部3a二维材料层1与受光元件4直接接触。或者，也可以在开口部3a在二维材料层1与受光元件4之间配置隧道绝缘膜，从受光元件4经由隧道绝缘膜注入光电流。另外，在二维材料层1中位于绝缘膜3上的区域与受光元件4隔着绝缘膜3对置。在对受光元件4照射电磁波时，受光元件4经由绝缘膜3对二维材料层1的该区域提供电场变化。其结果，能够得到对二维材料层1虚拟地施加栅极电压、二维材料层1的电阻值变化的、所谓光闸效应。通过该光闸效应，调制二维材料层1的电导率，其结果，能够在二维材料层1中放大光电流。
另外，从不同的观点而言，上述电磁波检测器的特征在于，二维材料层1具有：与受光元件4直接连接的区域1c(位于开口部3a的内部的区域)；以及与受光元件4经由绝缘膜3连接的区域1b。通过二维材料层1与受光元件4直接连接，针对受光元件4在反偏置施加时在电磁波检测器中不流过电流而能够进行关断动作。另外，在上述电磁波检测器中，噪声被降低，经由二维材料层1取出通过电磁波照射而产生的光电流。
另外，二维材料层1的区域1b与受光元件4经由绝缘膜3连接。因此，在对受光元件4照射电磁波的情况下，通过如上所述通过光闸效应，成为对二维材料层1虚拟地施加栅极电压的状态。其结果，调制二维材料层1的电导率，能够放大从受光元件4注入到二维材料层1的光电流。因此，在电磁波检测器中，能够实现量子效率成为100％以上，灵敏度成为通常的100倍以上的高灵敏度化。
以下，更详细地说明上述效果。在电磁波入射到电磁波检测器的情况下，在受光元件4的pn结中，产生光电流。此时，经由二维材料层1以及第2半导体部分4b，从第1电极部2a以及第2电极部2b取出产生的光电流(光载流子)。
此时，在受光元件4的pn结中产生的电场变化经由绝缘膜3产生二维材料层1的电场变化。其结果，二维材料层1的电阻变化。如上所述将这样的效果称为光闸效应或者光开关。通过在二维材料层1中利用光闸效应放大并检测从受光元件4取出的光载流子，能够在电磁波检测器中检测电磁波的入射。
在作为二维材料层1例如使用单层的石墨烯的情况下，该二维材料层1的厚度是原子层1层量，极薄。另外，单层的石墨烯中的电子的迁移率大。因此，在二维材料层1中，相比于通常的半导体，针对轻微的电位变化产生大的电流变化。例如，通过受光元件4中的电场变化施加到二维材料层1的电位变化所引起的电流变化量大于通常的半导体中的电流变化量。具体而言，在根据二维材料层1中的电子的迁移率以及厚度等计算时，二维材料层1中的上述电流变化量成为通常的半导体中的电流变化量的几百倍～几千倍程度。
因此，通过利用光闸效应，二维材料层1中的检测电流的取出效率大幅提高。这样的光闸效应并非直接增强受光元件4中的光电变换材料的量子效率，而增大通过电磁波入射引起的电流变化。因此，等价地根据通过电磁波入射引起的差分电流计算出的量子效率能够超过100％。因此，本实施方式所涉及的电磁波检测器相比于以往的半导体电磁波检测器或者未应用光闸效应的石墨烯电磁波检测器，能够高灵敏度地进行电磁波的检测。
另外，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，除了在受光元件4产生的上述电流以外，还产生二维材料层1本来的光电变换效率所引起的光电流。因此，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，通过电磁波的入射，除了在上述受光元件4中产生的电流和与光闸效应相伴的电流以外，二维材料层1本来的光电变换效率所引起的光电流也能够检测。
如以上所述，本实施方式所涉及的电磁波检测器能够同时实现量子效率成为100％以上的高灵敏度化和关断动作。
在上述电磁波检测器中，受光元件4包括第1半导体部分4a和第2半导体部分4b。第1半导体部分4a具有第1导电类型。第2半导体部分4b与第1半导体部分4a接合。第2半导体部分4b具有与第1导电类型不同的第2导电类型。第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b的至少任意一个的电阻率是100Ω·cm以下。
在该情况下，能够提高在受光元件4产生的光载流子(光电流)的、受光元件4中的移动速度。其结果，能够提高电磁波检测器的响应速度。
在上述电磁波检测器中，绝缘膜3形成于在第1半导体部分4a中位于和与第2半导体部分接合的接合部4aa相反的一侧的表面4ab上。位于接合部4aa与上述表面4ab之间的第1半导体部分4a的厚度T1是10μm以下。
在该情况下，通过使第1半导体部分4a的厚度T1薄到10μm以下，作为pn结界面的接合部4aa接近二维材料层1。因此，在pn结界面产生的光载流子的失活被降低。另外，在绝缘膜3的附近存在作为pn结界面的接合部4aa，所以在pn结界面产生的电压变化通过二维材料层1更易于传输，针对二维材料层1的光闸效应变大。其结果，能够使电磁波检测器高灵敏度化。
在上述电磁波检测器中，受光元件4包括第1半导体部分4a和第2半导体部分4b。第1半导体部分4a具有第1导电类型。第2半导体部分4b与第1半导体部分4a接合。第2半导体部分4b具有与第1导电类型不同的第2导电类型。第1半导体部分4a和第2半导体部分4b的吸收波长分别不同。在该情况下，在电磁波检测器中能够进行多波长的探测。
实施方式2.
<电磁波检测器的结构>
图4是实施方式2所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图5是示出实施方式2所涉及的电磁波检测器的第1变形例的剖面示意图。图6是示出实施方式2所涉及的电磁波检测器的第2变形例的剖面示意图。此外，图4至图6都与图2对应。
图4所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但受光元件4的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图4所示的电磁波检测器中，受光元件4包括电流切断机构5。电流切断机构5是能够切断电流的部分。电流切断机构5位于在第1半导体部分4a中与绝缘膜3对置的区域。电流切断机构5形成于在第1半导体部分4a中包围开口部3a的外周的位置。
另外，从不同的观点而言，本实施方式所涉及的电磁波检测器在与绝缘膜3的开口部3a的外周区域对置的第1半导体部分4a具备电流切断机构5。电流切断机构5只要是切断电流的构造，则可以是任意的构造。例如，作为电流切断机构5，也可以使用形成于受光元件4的沟槽。该沟槽的内部也可以是空气，也可以在沟槽的内部填充绝缘体。另外，作为电流切断机构5，也可以使用掺杂浓度比第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b高的杂质、使电导率比第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b增加的部分。另外，也可以将通过如上所述在第1半导体部分4a形成沟槽并在该沟槽的内部埋入金属材料而使电导率增加的部分，用作电流切断机构5。
图5所示的电磁波检测器具备与图4所示的电磁波检测器基本上同样的结构，但受光元件4的结构与图4所示的电磁波检测器不同。即，在图5所示的电磁波检测器中，电流切断机构5形成于第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b这两方。具体而言，电流切断机构5从第1半导体部分4a的表面4ab延伸至在第2半导体部分4b中形成有第2电极部2b的背面。
图6所示的电磁波检测器具备与图4所示的电磁波检测器基本上同样的结构，但受光元件4的结构与图4所示的电磁波检测器不同。即，在图6所示的电磁波检测器中，电流切断机构5形成于第1半导体部分4a、第2半导体部分4b以及第2电极部2b。具体而言，电流切断机构5从第1半导体部分4a的表面4ab贯通第1半导体部分4a、第2半导体部分4b以及第2电极部2b延伸至第2电极部2b的表面。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，受光元件4包括电流切断机构5。电流切断机构5位于与绝缘膜3对置的区域。电流切断机构5以包围开口部3a的外周的方式配置。
在该情况下，通过设置电流切断机构5，能够将在pn结界面产生的光载流子分离为注入到二维材料层1的载流子和对经由绝缘膜3向二维材料层1提供电场变化的光闸效应作出贡献的载流子。例如，在绝缘膜3中的开口部3a的宽度小于构成第1半导体部分4a的材料(例如半导体材料)中的光载流子的扩散长的情况下，在绝缘膜3下的pn结界面产生的光载流子对光闸效应作出贡献，并且被注入到二维材料层1。这可能成为电磁波检测器中的响应速度降低的原因。但是，通过如上所述设置电流切断机构5，能够分离对光闸效应作出贡献的载流子和注入到二维材料层1的载流子。其结果，能够提高电磁波检测器的响应速度。另外，具有能够在阵列化时将各个像素分离的效果。
在此，本实施方式所涉及的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
实施方式3.
<电磁波检测器的结构>
图7是实施方式3所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图8是示出实施方式3所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。此外，图7与图2对应。
图7所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但受光元件4和二维材料层1的连接部的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图7所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3的开口部3a内部，在二维材料层1与受光元件4之间设置有缓冲层6。
作为缓冲层6，例如能够使用厚度为1nm以上且10nm以下的绝缘膜。绝缘膜的材质能够使用任意的材质。例如，作为绝缘膜的材质，也可以使用氧化铝或氧化铪等金属氧化物或者包含氧化硅、氮化硅等半导体的氧化物或氮化物或者氮化硼等。作为缓冲层6的制作方法，能够使用任意的方法。例如，缓冲层6也可以使用ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)法、真空蒸镀法、溅射法等制作。或者，也可以通过对第1半导体部分4a的表面进行氧化或者氮化，形成缓冲层6。或者，作为缓冲层6，也可以使用形成于第1半导体部分4a的表面的自然氧化膜。
另外，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，也可以如图8所示，在绝缘膜3的表面上设置与第1电极部2a独立的电极部2c。此外，电极部2c优选配置于在从开口部3a观察时与第1电极部2a所处的区域相反的一侧的区域。二维材料层1与电极部2c也连接。也可以在第1电极部2a与电极部2c之间施加源极/漏极电压Vd。由此，能够增大从二维材料层1取出的光电流。
在此，本实施方式所涉及的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
上述电磁波检测器具备缓冲层6。缓冲层6在开口部3a的内部配置于二维材料层1与受光元件4之间。缓冲层6具有能够在二维材料层1与受光元件4之间形成隧道电流的厚度。在该情况下，通过将缓冲层6的膜厚设为从受光元件4向二维材料层1产生隧道注入的程度的厚度，注入效率被改善，从而对二维材料层1注入大的光电流，能够提高电磁波检测器的灵敏度。另外，通过利用缓冲层6抑制受光元件4和二维材料层1的接合界面处的泄漏电流，能够降低暗电流。
实施方式4.
<电磁波检测器的结构>
图9是实施方式4所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。此外，图9与图2对应。
图9所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1和受光元件4的连接部的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在绝缘膜3的开口部3a内部形成有连接导电体2d。连接导电体2d的背面与受光元件4的第1半导体部分4a的表面电连接。以在连接导电体2d的上表面上使二维材料层1的一部分重叠的方式配置。二维材料层1和连接导电体2d的上表面被电连接。连接导电体2d的上表面的位置与绝缘膜3的上表面的位置实质上相同。二维材料层1不弯曲而从绝缘膜3的上表面平面状地延伸至连接导电体2d的上表面上。
连接导电体2d优选与第1半导体部分4a欧姆接合。另外，连接导电体2d优选在电磁波检测器检测的电磁波的波长下呈现高的透射率。
在此，本实施方式所涉及的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
上述电磁波检测器具备连接导电体2d。连接导电体2d在开口部3a的内部将受光元件4和二维材料层1电连接。在该情况下，通过在二维材料层1与第1半导体部分4a之间设置连接导电体2d，能够降低二维材料层1与第1半导体部分4a之间的接触电阻。另外，连接导电体2d和第1半导体部分4a成为肖特基接合，能够降低暗电流。
另外，优选使连接导电体2d的厚度和绝缘膜3的厚度实质上相同、即使连接导电体2d的上表面的位置与绝缘膜3的上表面的位置实质上相同。在该情况下，二维材料层1不折弯而水平地形成，所以二维材料层1中的载流子的迁移率提高。光闸效应与迁移率成比例，所以电磁波检测器的灵敏度提高。
实施方式5.
<电磁波检测器的结构>
图10是实施方式5所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。图11是沿图10的线段XI-XI的剖面示意图。图12是示出实施方式5所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。此外，图11以及图12与图2对应。
图10以及图11所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但受光元件4以及二维材料层1的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图10以及图11所示的电磁波检测器中，受光元件4通过在水平方向上接合第3半导体部分4c和第4半导体部分4d而构成。第4半导体部分4d用与第3半导体部分4c相反的载流子掺杂。另外，二维材料层1从开口部3a内部延伸至在从绝缘膜3的开口部3a观察时与第1电极部2a所处的一侧相反的一侧的绝缘膜3的部分上。在从开口部3a观察时与第1电极部2a所处的一侧相反的一侧的绝缘膜3的部分上形成有其他电极部2c。二维材料层1与电极部2c电连接。在第1电极部2a与电极部2c之间施加电压V。
如图11所示，作为受光元件4的接合界面的接合部4ca位于绝缘膜3的开口部3a下。接合部4ca以与二维材料层1接触的方式配置。因此，能够从二维材料层1容易地取出通过光照射在作为第3半导体部分4c和第4半导体部分4d的pn结界面的接合部4ca产生的光载流子。进而，在作为pn结界面的接合部4ca上的二维材料层1中，受到通过光载流子产生的pn结中的局部电场变化的影响，二维材料层1的电导率变化。其结果，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
另外，如图11所示，除了第1电极部2a以外还形成有其他电极部2c。进而，以连接作为这些多个电极部的第1电极部2a与电极部2c之间的方式配置二维材料层1。二维材料层1在第1电极部2a与电极部2c之间的区域与受光元件4连接。其结果，能够对第1电极部2a与电极部2c之间施加电压，用二维材料层1读出在受光元件4产生的光载流子。此时，与第3半导体部分4c以及第4半导体部分4d接触的二维材料层1的区域被各个半导体材料掺杂。因此，在二维材料层1内形成电荷密度的梯度。其结果，二维材料层1中的载流子的迁移率提高，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
图12所示的电磁波检测器具备与图10以及图11所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但受光元件4、绝缘膜3以及第1电极部2a以及电极部2c的结构与图10以及图11所示的电磁波检测器不同。即，在图12所示的电磁波检测器中，第1电极部2a和第3半导体部分4c接触。进而，电极部2c和第4半导体部分4d接触。第3半导体部分4c从开口部3a下延伸至位于第1电极部2a下的区域。第4半导体部分4d从开口部3a下延伸至位于电极部2c下的区域。在绝缘膜3中，在夹着开口部3a的位置且位于第1电极部2a和电极部2c各自之下的区域，形成有追加的开口部。第1电极部2a和电极部2c分别延伸到该追加的开口部的内部。在该追加的开口部的内部，第1电极部2a与第3半导体部分4c连接，电极部2c与第4半导体部分4d连接。
由此，能够在第3半导体部分4c与第4半导体部分4d之间施加电压V并且对二维材料层1也施加电压。此时，如果作为包括第3半导体部分4c和第4半导体部分4d的光电二极管的受光元件4是施加反偏置的饱和状态，则仅在二维材料层1中流过电流。由此，在第3半导体部分4c以及第4半导体部分4d中产生耗尽层，能够对二维材料层1提供大的电压变化，所以其结果，能够取出大的光电流(光载流子)。进而，在二维材料层1中，受到在作为第3半导体部分4c和第4半导体部分4d的pn结界面的接合部4ca中产生的局部电场变化的影响，二维材料层1的电导率变化。其结果，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
另外，在作为包括第3半导体部分4c和第4半导体部分4d的受光元件4使用隧道二极管的情况下，仅在光照射时产生大的光电流。该光电流被注入到二维材料层1。进而，能够仅在光照射时在二维材料层1中通过电场变化的影响使电导率变化。其结果，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。此外，在上述结构中，第2半导体部分4b以及第2电极部2b既可以形成，也可以不形成。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，受光元件4包括第3半导体部分4c和第4半导体部分4d。第3半导体部分4c具有第1导电类型。第4半导体部分4d与第3半导体部分4c接合。第4半导体部分4d具有与第1导电类型不同的第2导电类型。在开口部3c的底部，以与二维材料层1面对的方式配置有第3半导体部分4c与第4半导体部分4d的接合部4ca的一部分和与该接合部4ca连接的第3半导体部分4c的一部分以及第4半导体部分4d的一部分。
在该情况下，能够从位于开口部3a的内部的二维材料层1容易地取出通过光照射在作为第3半导体部分4c和第4半导体部分4d的pn结界面的接合部4ca产生的光载流子。进而，在作为pn结界面的接合部4ca上的二维材料层1中，受到通过光载流子产生的pn结中的局部电场变化的影响，二维材料层1的电导率变化。其结果，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
在上述电磁波检测器中，受光元件4是隧道二极管。在该情况下，在受光元件4中仅在光照射时发生大的光电流。该光电流被注入到二维材料层1。进而，能够仅在光照射时在二维材料层1中发生电导率的变化。其结果，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
实施方式6.
<电磁波检测器的结构>
图13是实施方式6所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。图14是沿图13的线段XIV-XIV的剖面示意图。图15是示出实施方式6所涉及的电磁波检测器的第1变形例的剖面示意图。图16是示出实施方式6所涉及的电磁波检测器的第2变形例的俯视示意图。图17是沿图16的线段XVII-XVII的剖面示意图。
图13以及图14所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但受光元件4、二维材料层1、第1电极部2a以及电极部2c的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图13以及图14所示的电磁波检测器中，在受光元件4的第1半导体部分4a中位于开口部3a下的区域中形成有第5半导体部分4e。第5半导体部分4e被掺杂与第1半导体部分4a的导电类型不同的导电类型的载流子。即，在第1半导体部分4a是第1导电类型的情况下，第5半导体部分4e是第2导电类型。二维材料层1在开口部3a的内部，与第5半导体部分4e以及在第1半导体部分4a中与第5半导体部分4e邻接的区域连接。另外，二维材料层1从开口部3a内部延伸至在从绝缘膜3的开口部3a观察时与第1电极部2a所处的一侧相反的一侧的绝缘膜3的部分上。在从开口部3a观察时与第1电极部2a所处的一侧相反的一侧的绝缘膜3的部分上形成有其他电极部2c。二维材料层1与电极部2c电连接。对第1电极部2a与第2电极部2b之间施加电压V。
在此，也可以设置多个第5半导体部分4e。即，也可以在开口部3a的内部，在第1半导体部分4a中相互隔开间隔配置多个第5半导体部分4e。其结果，能够增加第1半导体部分4a和第5半导体部分4e的pn结界面。进而，通过使上述pn结界面和二维材料层1的接触区域增加，能够使通过光照射在pn结界面中产生的局部电场变化对二维材料层1提供的影响增大。
另外，第1半导体部分4a和第5半导体部分4e能够设为pnp或者npn光电晶体管。例如，也可以如图15所示，与实施方式5同样地使第1电极部2a与第1半导体部分4a接触。图15所示的电磁波检测器具备与图13以及图14所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但绝缘膜3、第1电极部2a以及电极部2c的结构与图13以及图14所示的电磁波检测器不同。即，在图15所示的电磁波检测器中，第1电极部2a和第1半导体部分4a接触。进而，电极部2c和第1半导体部分4a也接触。在绝缘膜3中，在夹着开口部3a的位置且位于第1电极部2a和电极部2c各自之下的区域，形成有追加的开口部。第1电极部2a和电极部2c分别延伸到该追加的开口部的内部。在该追加的开口部的内部，第1电极部2a以及电极部2c与第1半导体部分4a连接。
通过设为这样的结构，仅在光照射时在包括第1半导体部分4a以及第5半导体部分4e的晶体管中流过电流。其结果，能够在二维材料层1中产生电场变化，并且还加上在第1半导体部分4a和第2半导体部分4b的接合界面处通过光载流子产生的光闸效应，从而能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
另外，图16以及图17所示的电磁波检测器具备与图13以及图14所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但受光元件4的结构与图13以及图14所示的电磁波检测器不同。即，在图16以及图17所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3的开口部3a用与第1半导体部分4a相反的载流子掺杂的第5半导体部分4e被埋入到第1半导体部分4a。具体而言，在二维材料层1与第5半导体部分4e之间配置有薄的第1半导体部分4a。在第5半导体部分4e中与面对二维材料层1的一侧相反的一侧的面与第2半导体部分4b接触。由第1半导体部分4a和第5半导体部分4e形成pn结。其结果，在位于开口部3a的内部的二维材料层1的正下方形成上述pn结。因此，从受光元件4向二维材料层1的光电流的取出效率提高。进而，受光元件4对二维材料层1提供的电场变化变大，所以能够使电磁波检测器高灵敏度化。此外，在上述图13～图17所示的电磁波检测器中，也可以与图12所示的电磁波检测器同样地，对第1电极部2a与电极部2c之间施加电压V。另外，在上述结构中，第2半导体部分4b以及第2电极部2b既可以形成，也可以不形成。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，受光元件4包括第1半导体部分4a和第2半导体部分4b。第1半导体部分4a具有第1导电类型。第2半导体部分4b与第1半导体部分接合。第2半导体部分4b具有与第1导电类型不同的第2导电类型。绝缘膜3形成于在第1半导体部分4a中位于与和第2半导体部分4b接合的接合部4aa相反的一侧的表面4ab上。受光元件4还包括第5半导体部分4e。如图14以及图15所示，第5半导体部分4e也可以在开口部3a的底部，以从第1半导体部分4a的表面4ab贯通至第2半导体部分4b侧的表面的方式配置。第5半导体部分4e具有第2导电类型。另外，如图17所示，第5半导体部分4e也可以在开口部3a的底部，设置于接合部4aa上。也可以在第5半导体部分4e上形成第1半导体部分4a。
由此，如图17所示，在第1半导体部分4a和第5半导体部分4e的接合界面以及第1半导体部分4a和第2半导体部分4b的接合界面分别形成pn结，构成二极管。通过对该二极管照射电磁波(光)，在第1半导体部分4a和第5半导体部分4e的接合界面产生的光载流子的失活变小，注入到二维材料层1的光电流增加。另外，能够通过在第1半导体部分4a和第2半导体部分4b的接合界面产生的光载流子产生光闸效应，在二维材料层1中产生电场变化。其结果，能够得到灵敏度高的电磁波检测器。
实施方式7.
<电磁波检测器的结构>
图18是实施方式7所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。图19是沿图18的线段XIX-XIX的剖面示意图。图20是沿图18的线段XX-XX的剖面示意图。图21是示出实施方式7所涉及的电磁波检测器的第1变形例的俯视示意图。图22是示出实施方式7所涉及的电磁波检测器的第2变形例的俯视示意图。图23是沿图22的线段XXIII-XXIII的剖面示意图。图24是示出实施方式7所涉及的电磁波检测器的第3变形例的俯视示意图。图25是沿图24的线段XXV-XXV的剖面示意图。
图18～图20所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1以及绝缘膜3的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图18～图20所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3作为开口部3a形成有多个开口部的方面以及二维材料层1延伸至多个开口部的内部且在该多个开口部的内部连接受光元件4和二维材料层1的方面与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。具体而言，在图18～图20所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3形成有第1开口3aa、第2开口3ab以及第3开口3ac作为多个开口部3a。第1开口3aa、第2开口3ab以及第3开口3ac相互隔开间隔而配置。第1开口3aa、第2开口3ab以及第3开口3ac分别贯通绝缘膜3，在底部受光元件4的第1半导体部分4a的表面露出。二维材料层1从绝缘膜3的上部表面上延伸至第1开口3aa、第2开口3ab以及第3开口3ac的内部。二维材料层1在第1开口3aa、第2开口3ab以及第3开口3ac的底部与第1半导体部分4a接触。
如上所述，通过在绝缘膜3中设置多个开口部，使二维材料层1和第1半导体部分4a的接触区域增加，能够使从受光元件4流入到二维材料层1的电流分散。因此，能够扩大二维材料层1经由绝缘膜3受到来自受光元件4的电场变化的影响的区域。
例如，考虑将使用本实施方式的电磁波检测器作为一个像素的情况。例如，将图18所示的电磁波检测器作为平面形状为四边形形状的1个像素。为了减少入射到包括第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b的受光元件4的电磁波的衰减，优选尽可能减小第1电极部2a的面积。因此，如图18所示将第1电极部2a配置于像素的四角中的1个。而且，在其他角部设置第1开口3aa、第2开口3ab以及第3开口3ac。由此，能够将由于第1电极部2a引起的电磁波的衰减抑制为最小限，并且使二维材料层1和绝缘膜3的接触面积增加。其结果，能够扩大在二维材料层1中受到来自受光元件4的电场变化的影响的区域，使电磁波检测器高灵敏度化。此外，第1电极部2a以及绝缘膜3的开口部3a的面积优选尽可能小。
图21所示的电磁波检测器具备与图18～图20所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但电极部的结构与图18～图20所示的电磁波检测器不同。即，在图21所示的电磁波检测器中，作为多个第1电极部2a，在绝缘膜3的上部表面上形成有第1电极2aa和第2电极2ab。第1电极2aa和第2电极2ab相互隔开间隔配置。对第1电极2aa和第2电极2ab连接二维材料层1。第2电极2ab如图21所示在俯视时配置于第1电极2aa与第3开口3ac之间。此外，第2电极2ab的配置不限于图21所示的位置，只要是绝缘膜3之上则也可以配置于其他位置。例如，第2电极2ab既可以配置于第1电极2aa与第1开口3aa之间，也可以配置于第2开口3ab与第3开口3ac之间，还可以配置于第1开口3aa与第2开口3ab之间。
图22以及图23所示的电磁波检测器具备与图18～图20所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但第1电极部2a以及绝缘膜3的结构与图18～图20所示的电磁波检测器不同。即，在图22以及图23所示的电磁波检测器中，以覆盖像素的外周部的方式配置有第1电极部2a。另外，绝缘膜3的开口部3a配置于像素的中央。第1电极部2a以包围绝缘膜3的开口部3a的外周的方式形成于绝缘膜3的上部表面上。在该情况下，经由二维材料层1从受光元件4取出的光电流增加，所以能够使电磁波检测器高灵敏度化。此外，第1电极部2a的宽度为了抑制电磁波的衰减，优选尽可能细。
图24以及图25所示的电磁波检测器具备与图18～图20所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但第1电极部2a以及绝缘膜3的结构与图18～图20所示的电磁波检测器不同。即，在图24以及图25所示的电磁波检测器中，作为第1电极部2a，在像素的外周，配置有第1电极2aa和第2电极2ab。第1电极2aa配置于沿着像素的外周中的1个边的一方端部。第2电极2ab配置于沿着与像素的外周中的上述1个边对置的其他边的另一方端部。绝缘膜3的开口部3a形成于第1电极2aa与第2电极2ab之间的区域。开口部3a沿着第1电极2aa以及第2电极2ab的延伸方向延伸。开口部3a形成为在像素的外周到达连接上述1个边和上述其他边的一对边。此外，在绝缘膜3不屏蔽电磁波的情况下，开口部3a的形状没有限制。在该情况下，能够抑制由于第1电极部2a引起的电磁波的衰减，并且使从受光元件4取出的光电流增加。因此，能够使电磁波检测器高灵敏度化。
此外，也可以将作为第1电极部2a的多个电极配置到像素的绝缘膜3的表面中的任意的场所。例如，也可以将多个电极的各个电极配置到像素的四角。另外，也可以将绝缘膜3的开口部3a的数量设为2以上。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，如图18以及图21所示，开口部3a包括第1开口3aa和第2开口3ab。第1开口3aa形成于绝缘膜3。第2开口3ab形成于与第1开口3aa不同的位置。二维材料层1从绝缘膜3上延伸至第1开口3aa以及第2开口3ab的内部。二维材料层1构成为能够在第1开口3aa以及第2开口3ab的内部从受光元件4输入光电流。也可以在第1开口3aa以及第2开口3ab的内部，二维材料层1与受光元件4接触。
在该情况下，通过使二维材料层1和受光元件4的接触区域增加，能够使从受光元件4流入到二维材料层1的电流分散。因此，能够扩大二维材料层1经由绝缘膜3受到来自受光元件4的电场变化的影响的区域。其结果，能够使电磁波检测器高灵敏度化。
在上述电磁波检测器中，如图21以及图24所示，第1电极部2a包括第1电极2aa和第2电极2ab。第1电极2aa配置于绝缘膜3上。第2电极2ab配置于与第1电极2aa不同的位置。在该情况下，能够在多个部位形成二维材料层1和第1电极部2a的连接部。
在上述电磁波检测器中，受光元件4的平面形状是四边形形状。在受光元件4的俯视时，开口部3a以及第1电极部2a配置于受光元件4的平面形状中的角部。二维材料层1也可以配置于与开口部3a以及第1电极部2a部分性地重叠，并且与受光元件4的平面形状大致重叠的区域。在该情况下，能够将由于第1电极部2a引起的电磁波的衰减抑制为最小限，并且扩大在二维材料层1中受到来自受光元件4的电场变化的影响的区域。其结果，能够使电磁波检测器高灵敏度化。
实施方式8.
<电磁波检测器的结构>
图26是实施方式8所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图26所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1以及绝缘膜3的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图26所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3形成有绝缘膜3的厚度从第1电极部2a朝向开口部3a逐渐变薄的锥形部3b的方面与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。
如图26所示，在第1电极部2a与绝缘膜3的开口部3a之间，形成有绝缘膜3的表面相对第1半导体部分4a的表面4ab倾斜的锥形部3b。锥形部3b的表面和第1半导体部分4a的表面4ab所成的角度是锐角即可，例如也可以是45°以下、还可以是30°以下。锥形部3b的表面既可以是平面状，也可以是曲面状。锥形部3b可以通过任意的方法形成。例如，也可以通过使形成有受光元件4的半导体基板倾斜而将绝缘膜进行成膜，形成锥形部3b。或者，也可以通过针对在该半导体基板预先形成的绝缘膜3，在使该半导体基板倾斜的状态下进行干蚀刻，形成锥形部3b。
通过在锥形部3b中在绝缘膜3设置梯度，在对受光元件4照射电磁波的情况下，按照二维材料层1中的电场变化的程度，产生局部的变化。即，在包括第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b的受光元件4中对pn结照射电磁波，对二维材料层1提供电场变化时，根据绝缘膜3的厚度的变化，该电场变化的程度变化。由此，二维材料层1中的载流子的迁移率提高，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，绝缘膜3包括锥形部3b。锥形部3b是随着从开口部3a接近第1电极部2a而厚度变化的部分。更具体而言，锥形部3b的厚度随着从开口部3a接近第1电极部2a而变厚。在该情况下，能够根据锥形部3b处的绝缘膜3的厚度的变化，局部地变更在对受光元件4照射电磁波时发生的二维材料层1中的电场变化的程度。其结果，二维材料层1中的载流子的迁移率提高，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
实施方式9.
<电磁波检测器的结构>
图27是实施方式9所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图27所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图27所示的电磁波检测器中，二维材料层1包括乱层构造部分1d的方面与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。
在图27所示的电磁波检测器中，在二维材料层1中与沟道区域对应的区域成为乱层构造部分1d。在此，乱层构造部分1d是指，将石墨烯层叠多层叠的区域、且将层叠的石墨烯彼此的晶格以不匹配的状态层叠的构造。此外，也可以二维材料层1的整体是乱层构造，还可以仅乱层构造部分1d成为乱层构造。
作为乱层构造部分1d的制作方法，能够使用任意的方法。例如，也可以通过将用CVD法制作的单层的石墨烯转印多次并层叠多层石墨烯，来形成乱层构造部分1d。另外，也可以在石墨烯上，将乙醇或者甲烷等作为碳源通过CVD法使石墨烯生长来形成乱层构造部分1d。
图27所示的电磁波检测器由于在二维材料层1中与沟道区域相当的部分成为乱层构造部分1d，所以二维材料层1中的载流子的迁移率提高。在此，通常的层叠石墨烯被称为A-B层叠，以层叠的石墨烯彼此的晶格匹配的状态层叠。但是，通过CVD法制作的石墨烯是多晶，在石墨烯上将石墨烯还转印多次的情况或者使用CVD法在基底的石墨烯上层叠石墨烯的情况下，成为层叠的石墨烯彼此的晶格为不匹配的状态的乱层构造。
构成乱层构造部分1d的乱层构造的石墨烯具有层间的相互作用的影响少、且与单层石墨烯等同的性质。进而，二维材料层1受到成为基底的绝缘膜3中的载流子散射的影响而迁移率降低。但是，在乱层构造部分1d中，与绝缘膜3接触的石墨烯受到载流子散射的影响，但在该石墨烯上以乱层构造层叠的上层的石墨烯难以受到基底的绝缘膜3的载流子散射的影响。另外，在乱层构造的石墨烯中，层间的相互作用的影响少，所以电导率也提高。根据以上，能够在乱层构造的石墨烯中使载流子的迁移率提高。其结果，能够提高电磁波检测器的灵敏度。
另外，乱层构造的石墨烯也可以仅应用于在绝缘膜3上存在的二维材料层1的部分。例如，也可以在二维材料层1中关于区域1a使用并非乱层构造的石墨烯、例如单层的石墨烯。在该情况下，不会使第1电极部2a以及第1半导体部分4a和二维材料层1的接触电阻增大，而能够抑制绝缘膜3的载流子散射对二维材料层1的影响。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，二维材料层1包括乱层构造部分1d。在该情况下，能够提高二维材料层1中的载流子的迁移率。其结果，能够提高电磁波检测器的灵敏度。
实施方式10.
<电磁波检测器的结构>
图28是实施方式10所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图29是示出实施方式10所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。
图28所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1上的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图28所示的电磁波检测器中，在二维材料层1的上部表面上形成有至少1个以上的导电体7的方面与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。在二维材料层1的上部表面上，配置有多个导电体7。多个导电体7相互隔开间隔配置。导电体7是浮置电极。以下，具体地说明。
如图28所示，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，在二维材料层1上设置有作为浮置电极的导电体7。构成导电体7的材料只要是导电体则能够使用任意的材料。例如，作为导电体7的材料，能够使用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)或者钯(Pd)等金属材料。在此，导电体7未与电源电路等连接，而成为浮置。
导电体7设置于位于第1电极部2a与第1半导体部分4a之间的二维材料层1上。多个导电体7具有一维或者二维的周期构造。例如，作为一维的周期构造的例子，能够采用在图28的纸面上的水平方向或者纸面的纵深方向上相互隔开间隔(周期性地)排列多个导电体7的构造。另外，作为二维的周期构造的例子，能够采用在电磁波检测器的俯视时，在与正方格子或者三角格子等格子点对应的位置排列有导电体7的构造。另外，在电磁波检测器的俯视时，各导电体7的平面形状也可以是圆形形状、三角形形状、四边形形状、多边形形状或者椭圆形形状等任意的形状。另外，导电体7的俯视时的配置不仅限于上述具有周期性的对称性的排列，也可以是在俯视时具有非对称性的排列。在此，形成导电体7的具体的方法能够采用任意的方法，例如，也可以使用与在实施方式1中说明的第1电极部2a的制造方法同样的方法。
在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，在与沟道区域对应的二维材料层1之上，设置有作为浮置电极的导电体7。因此，在受光元件4中通过电磁波的照射产生的光载流子能够在多个导电体7之间来回，其结果是光载流子的寿命变长。由此，能够提高电磁波检测器的灵敏度。
另外，通过使多个导电体7成为构成一维的周期性的构造的配置，使导电体7的材料成为产生表面等离子体共振的材料，通过被照射的电磁波在导电体7中产生偏振依赖性。其结果，能够仅使特定的偏振光的电磁波照射到电磁波检测器的受光元件4。在该情况下，本实施方式所涉及的电磁波检测器能够仅检测特定的偏振光。
另外，通过以构成二维的周期性的构造的方式配置多个导电体7，使导电体7的材料成为产生表面等离子体共振的材料，能够通过多个导电体7使特定的波长的电磁波共振。在该情况下，能够用电磁波检测器仅检测具有特定的波长的电磁波。在该情况下，本实施方式所涉及的电磁波检测器能够高灵敏度地仅检测特定的波长的电磁波。
另外，以在俯视时成为非对称的配置的方式形成多个导电体7的情况下，与使多个导电体7成为一维的周期性的构造的情况同样地，针对被照射的电磁波在导电体7中产生偏振依赖性。其结果，能够仅使特定的偏振光的电磁波照射到受光元件4。在该情况下，本实施方式所涉及的电磁波检测器能够仅检测特定的偏振光。
图29所示的电磁波检测器具备与图28所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在二维材料层1之下配置有导电体7的方面与图28所示的电磁波检测器不同。即，在图29所示的电磁波检测器中，在二维材料层1的下表面与绝缘膜3的上部表面之间配置有多个导电体7。二维材料层1沿着多个导电体7的表面具有多个弯曲部(凹凸部)。通过这样的结构，也能够得到与图28所示的电磁波检测器同样的效果。进而，在该情况下，在形成导电体7时不会对二维材料层1造成损害，所以能够抑制二维材料层1中的载流子的迁移率降低。
另外，也可以在与沟道区域对应的二维材料层1的区域形成凹凸部。在该情况下，二维材料层1的凹凸部也可以与上述多个导电体7同样地，设为周期性的构造或者非对称的构造。在该情况下，能够得到与形成多个导电体7的情况同样的效果。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
上述电磁波检测器还具备1个以上的导电体7。1个以上的导电体7以与二维材料层1接触的方式配置。1个以上的导电体7与在二维材料层1中位于绝缘膜3上的部分接触。在该情况下，二维材料层1中的光载流子的寿命变长。其结果，能够提高电磁波检测器的灵敏度。
实施方式11.
<电磁波检测器的结构>
图30是实施方式11所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图31是示出实施方式11所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面示意图。
图30所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1上的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图30所示的电磁波检测器中，在二维材料层1的上部表面上形成有至少1个以上的接触层8的方面与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。以下，具体地说明。
在图30所示的电磁波检测器中，在二维材料层1上设置有接触层8。接触层8由通过与二维材料层1接触，能够对二维材料层1供给空穴或者电子的材料构成。能够通过接触层8对二维材料层1任意地掺杂空穴或者电子。
作为接触层8，例如，能够使用被称为正型光致抗蚀剂的、含有具有醌二叠氮基的感光剂和酯醛树脂的组成物。另外，作为构成接触层8的材料，例如能够使用具有极性基的材料。例如，作为该材料的一个例子的具有电子吸引基的材料具有使二维材料层1的电子密度减少的效果。另外，作为该材料的一个例子的具有电子给予基的材料具有使二维材料层1的电子密度增加的效果。作为具有电子吸引基的材料，例如，可以举出具有卤素、腈、羧基或者羰基等的材料。另外，作为具有电子给予基的材料，例如，可以举出具有烷基、乙醇、氨基或者羟基等的材料。另外，除了上述以外通过极性基在分子整体产生电荷的偏倚的材料也能够用作接触层8的材料。
另外，在有机物、金属、半导体、绝缘体、二维材料或者这些材料的任意的混合物中，只要是在分子内产生电荷的偏倚而产生极性的材料，则都能够用作接触层8的材料。在此，在使包括无机物的接触层8和二维材料层1接触的情况下，二维材料层1被掺杂的导电类型在接触层8的功函数大于二维材料层1的功函数的情况下是p型，在接触层8的功函数小于二维材料层1的功函数的情况下是n型。相对于此，在接触层8是有机物的情况下，作为构成该接触层8的材料的有机物不具有明确的功函数。因此，关于针对二维材料层1成为n型掺杂还是成为p型掺杂，优选通过在接触层8中使用的有机物的分子的极性，判断接触层8的材料的极性基。
例如，在作为接触层8，使用被称为正型光致抗蚀剂的、含有具有醌二叠氮基的感光剂和酯醛树脂的组成物的情况下，在二维材料层1中通过光刻工序形成抗蚀剂的区域成为p型二维材料层区域。由此，与二维材料层1的表面上接触的掩模形成处理变得不需要。其结果，能够实现针对二维材料层1的工艺损害的降低以及工艺的简化。
本实施方式所涉及的电磁波检测器在二维材料层1之上形成有接触层8。如上所述，通过作为接触层8的材料，例如使用具有电子吸引基的材料或者具有电子给予基的材料，能够意图地将二维材料层1的状态(导电类型)设为n型或者p型。在该情况下，无需考虑来自第1电极部2a以及第1半导体部分4a的载流子掺杂的影响，而能够控制二维材料层1的载流子掺杂。其结果，能够提高电磁波检测器的性能。
另外，通过仅在二维材料层1的上部表面中的第1电极部2a侧或者第1半导体部分4a侧的某一方形成接触层8，在二维材料层1中形成电荷密度的梯度。其结果，二维材料层1中的载流子的迁移率提高，能够使电磁波检测器高灵敏度化。
图31所示的电磁波检测器具备与图30所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在二维材料层1上形成有多个接触层8的方面与图30所示的电磁波检测器不同。在图31所示的电磁波检测器中，2个接触层8形成于二维材料层1上。接触层8的数量也可以是3以上，能够设为任意的数量。也可以在位于第1电极部2a与第1半导体部分4a之间的二维材料层1上，形成多个接触层8。在该情况下，多个接触层8的材料既可以是相同的材料，也可以是不同的材料。
另外，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，接触层8的膜厚优选以在对二维材料层1照射电磁波的情况下能够进行光电变换的方式充分薄。另一方面，优选以具有从接触层8对二维材料层1掺杂载流子的程度的厚度的方式形成接触层8。接触层8只要分子或者电子等载流子被导入到二维材料层1则可以设为任意的结构。例如，也可以使二维材料层1浸渍到溶液，以分子等级对二维材料层1供给载流子，从而在二维材料层1上不形成固体的接触层8，而对二维材料层1掺杂载流子。
另外，作为接触层8的材料，除了上述材料以外，也可以还使用产生极性变换的材料。在该情况下，在接触层8极性变换时，在变换时产生的电子或者空穴被供给到二维材料层1。因此，在接触层8接触的二维材料层1的部分，产生电子或者空穴的掺杂。因此，即使去掉接触层8，与接触层8接触的二维材料层1的该部分仍成为电子或者空穴被掺杂的原样的状态。因此，在作为接触层8使用产生极性变换的材料的情况下，也可以在经过一定的时间之后，从二维材料层1上去掉接触层8。在该情况下，相比于存在接触层8的情况，二维材料层1的开口部面积增加。因此，能够使电磁波检测器的检测灵敏度提高。在此，极性变换是指，极性基在化学上变换的现象、例如电子吸引基变化为电子给予基或者电子给予基变化为电子吸引基或者极性基变化为非极性基或者非极性基变化为极性基这样的现象。
另外，接触层8也可以由通过电磁波照射产生极性变换的材料形成。在该情况下，通过将在特定的电磁波的波长下产生极性变换的材料选择为接触层8的材料，能够仅在特定的电磁波的波长的电磁波照射时在接触层8中产生极性变换，进行向二维材料层1的掺杂。其结果，能够使流入到二维材料层1的光电流增大。
另外，也可以将通过电磁波照射产生氧化还原反应的材料用作接触层8的材料。在该情况下，能够对二维材料层1掺杂在氧化还原反应时产生的电子或者空穴。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
上述电磁波检测器具备与二维材料层1接触的接触层8。接触层8对二维材料层1供给空穴或者电子。在该情况下，无需考虑来自第1电极部2a以及第1半导体部分4a的载流子掺杂的影响，而能够控制二维材料层1的载流子掺杂。其结果，能够提高电磁波检测器的性能。
实施方式12.
<电磁波检测器的结构>
图32是实施方式12所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图32所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1的构造与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图32所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3与二维材料层1之间形成有空隙9。
如图32所示，在二维材料层1与绝缘膜3之间设置有空隙9。即，在二维材料层1中与沟道区域对应的部分与实施方式1所涉及的电磁波检测器不同，不与绝缘膜3接触。此时，也可以在开口部3a中在第1半导体部分4a上形成半导体部分4f。构成半导体部分4f的材料也可以与构成第1半导体部分4a的材料相同。半导体部分4f的上部表面优选为与第1电极部2a的上部表面相同的高度。二维材料层1从第1电极部2a上延伸至半导体部分4f上。位于二维材料层1之下的空隙9位于第1电极部2a与开口部3a之间。此外，只要在绝缘膜3与二维材料层1之间设置有空隙9，则也可以采用其他结构。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，在绝缘膜3与二维材料层1之间形成有空隙9。在该情况下，能够消除与绝缘膜3和二维材料层1的接触相伴的载流子的散射的影响。其结果，能够抑制二维材料层1中的载流子的迁移率降低。因此，能够提高磁波检测器的灵敏度。此外，光闸效应即使在二维材料层1的下部产生空隙9也能够发挥作用。
实施方式13.
<电磁波检测器的结构>
图33是实施方式13所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。图34是沿图33的线段XXXIV-XXXIV的剖面示意图。图35是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第1变形例的俯视示意图。图36是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第2变形例的俯视示意图。图37是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第3变形例的俯视示意图。图38是沿图37的线段XXXVIII-XXXVIII的剖面示意图。图39是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第4变形例的俯视示意图。图40是沿图39的线段XL-XL的剖面示意图。图41是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的第5变形例的俯视示意图。图42是沿图41的线段XLII-XLII的剖面示意图。
图33～图34所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图33～图34所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3的开口部3a的(缘部以外的)内部配置二维材料层1的至少1个端部1e，端部1e与第1半导体部分4a连接。在该方面，图33～图34的电磁波检测器不同于该端部1e与开口部3a的缘部接触的图1以及图2的电磁波检测器。具体而言，二维材料层1的端部的与区域1a相反的一侧的端部1e比开口部3a的缘部即内壁部配置于更靠内侧的区域。因此，端部1e被配置成在开口部3a内不与其内壁部接触。
图35所示的电磁波检测器具备与图33～图34所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1的结构与图33～图34所示的电磁波检测器不同。即，在图35所示的电磁波检测器中，二维材料层1的端部的与区域1a相反的一侧的至少1个端部1e具有三角形形状。二维材料层1在开口部3a内具有三角形形状。
图36所示的电磁波检测器具备与图33～图34所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1的结构与图33～图34所示的电磁波检测器不同。即，在图36所示的电磁波检测器中，二维材料层1的端部的与区域1a相反的一侧的至少1个端部1e具有梳形形状。在二维材料层1中，在开口部3a内，关于图的上下方向，交替各出现多个端部1e向右方延伸的区域和不延伸的区域。其结果，二维材料层1在开口部3a内，具有关于图的上下方向相互隔开间隔分支的细的梳形形状部。二维材料层1也可以是这样的形状。另外，关于梳的长度以及根数，没有特别限定，但端部1e的长度优选更长。
图37以及图38所示的电磁波检测器具备与图33～图34所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1、第1电极部2a、绝缘膜3以及受光元件4的结构与图33～图34所示的电磁波检测器不同。即，第1电极部2a、绝缘膜3以及受光元件4的结构与图12相同。二维材料层1在第3半导体部分4c上以及第4半导体部分4d上被分断，被分割成2个。在被分割成2个的二维材料层1中的一方与另一方之间不配置二维材料层1，第3半导体部分4c以及第4半导体部分4d露出。被分割成2个的二维材料层1中的一方的至少1个端部1e配置于开口部3a内的第3半导体部分4c上。被分割成2个的二维材料层1中的另一方的至少1个端部1e配置于开口部3a内的第4半导体部分4d上。这些2个端部1e相互对置。
图39以及图40所示的电磁波检测器具备与图33～图34所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1、第1电极部2a以及绝缘膜3的结构与图33～图34所示的电磁波检测器不同。即，第1电极部2a、绝缘膜3以及受光元件4的结构与图22～图23相同。二维材料层1在开口部3a的内部具有矩形形状的开口。该开口形成为开口部3a内的第1半导体部分4a不被二维材料层1覆盖而露出的区域。构成该开口的4个边中的、例如在从开口部3a的中心观察时处于图40的左侧以及右侧的2个边的各个边形成为二维材料层1的端部1e。
图41以及图42所示的电磁波检测器具备与图33～图34所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但二维材料层1、第1电极部2a以及绝缘膜3的结构与图33～图34所示的电磁波检测器不同。即，第1电极部2a、绝缘膜3以及受光元件4的结构与图24～图25相同。二维材料层1在第1半导体部分4a上被分断，被分割成2个。在被分割成2个的二维材料层1中的一方与另一方之间不配置二维材料层1，第1半导体部分4a露出。被分割成2个的二维材料层1中的一方的至少1个端部1e和被分割成2个的二维材料层1中的另一方的至少1个端部1e相互对置。这样在图41以及图42中，在绝缘膜3的开口部3a的内部配置有多个二维材料层1。
在以上的本实施方式的各例中，二维材料层1的端部1e也可以是石墨烯纳米带。石墨烯纳米带具有带隙。因此，在石墨烯纳米带和第1半导体部分4a的接合区域形成肖特基接合。由此，能够降低电磁波检测器的暗电流，提高电磁波检测器的灵敏度。
在此，作为本实施方式的电磁波检测器的结构还能够应用于其他实施方式。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，也可以在绝缘膜3的开口部3a的缘部以外的内部，配置二维材料层1的至少1个端部1e。在开口部3a的内部，受光元件4的半导体部分露出。因此，在与端部1e邻接的区域，在二维材料层1和受光元件4的半导体部分的接合区域形成肖特基结合。由此，通过在接合区域使二维材料层1和半导体部分以反偏置动作，能够降低电磁波检测器的暗电流，提高电磁波检测器的灵敏度。另外，通过在接合区域使二维材料层1和半导体部分以正偏置动作，能够放大取出的光电流，提高电磁波检测器的灵敏度。
实施方式14.
图43是示出实施方式14所涉及的电磁波检测器的剖面示意图。图43所示的电磁波检测器具备与图1以及图2所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但绝缘膜3的结构与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。即，在图43所示的电磁波检测器中，在绝缘膜3形成有台阶。具体而言，在绝缘膜3中，开口部3a与第1电极部2a之间的第1区域3E中的厚度比上述第1区域3E以外的第2区域3F中的厚度薄的方面与图1以及图2所示的电磁波检测器不同。
如图43所示，第1区域3E和第2区域3F的边界形成于第1电极部2a的开口部3a侧的端部。在该边界在绝缘膜3形成台阶，成为隔着台阶厚度相互不同的方式。关于第1区域3E中的绝缘膜3，只要是不产生隧道电流的程度，越薄越好。绝缘膜3能够通过任意的方法形成。例如，也可以在形成绝缘膜3之后，通过一般公知的蚀刻工序等，仅使第1区域3E的绝缘膜3薄膜化。或者，也可以仅关于第1区域3E的绝缘膜3，通过所谓ALD(Atomic LayerDeposition，原子层沉积)法等形成与绝缘膜3不同的独立的绝缘膜3。其他绝缘膜3既可以是与第2区域3F的绝缘膜3相同的材质，也可以是与第2区域3F的绝缘膜不同的材质。
<作用效果>
在上述电磁波检测器中，如图43所示，绝缘膜3也可以开口部3a与第1电极部2a之间的第1区域3E中的厚度比上述第1区域3E以外的第2区域3F中的厚度薄。通过比第2区域3F的绝缘膜3更薄地形成第1区域3E的绝缘膜3，二维材料层1中的电场变化的程度增加。即，对包括第1半导体部分4a以及第2半导体部分4b的受光元件4中的pn结照射电磁波，对二维材料层1提供电场变化。此时，如果第1区域3E的绝缘膜3比第2区域3F的绝缘膜3薄，则该电场变化的程度增加。由此，在二维材料层1中流过的光电流增加，能够实现电磁波检测器的高灵敏度化。
实施方式15.
<电磁波检测器的结构>
图44是实施方式15所涉及的电磁波检测器的俯视示意图。图45是示出实施方式15所涉及的电磁波检测器的变形例的俯视示意图。
图44所示的电磁波检测器是电磁波检测器集合体，作为检测元件具有多个实施方式1～实施方式14中的任意实施方式所涉及的电磁波检测器100。例如，作为电磁波检测器100，也可以使用实施方式1所涉及的电磁波检测器。在图44中，在二维方向上阵列状地配置有电磁波检测器100。此外，多个电磁波检测器100也可以以在一维方向上排列的方式配置。以下，具体地说明。
如图44所示，在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，电磁波检测器100按照2×2的阵列状配置。但是，配置的电磁波检测器100的数量不限于此。例如，也可以按照3以上×3以上的阵列状，配置多个电磁波检测器100。另外，在本实施方式中，二维地周期性地排列有多个电磁波检测器100，但也可以沿着某个方向周期性地排列多个电磁波检测器100。另外，多个电磁波检测器100的配置也可以并非周期性而以不同的间隔配置。
另外，在阵列状地配置多个电磁波检测器100时，只要各个电磁波检测器100分离，则第2电极部2b也可以设为共用电极。通将使第2电极部2b设为共用电极，相比于在各电磁波检测器100中第2电极部2b独立的结构，能够减少像素的布线。其结果，能够使电磁波检测器集合体高分辨率化。
另外，作为将各个电磁波检测器100彼此分离的方法，例如将在实施方式2中叙述的沟槽构造等的电流切断机构5设置于电磁波检测器100的外周即可。
这样使用多个电磁波检测器100的电磁波检测器集合体通过阵列状地排列多个电磁波检测器100还能够用作图像传感器。
在此，在本实施方式中，以具有多个实施方式1所涉及的电磁波检测器100的电磁波检测器集合体为例子进行了说明，但也可以代替实施方式1所涉及的电磁波检测器，使用其他实施方式所涉及的电磁波检测器。
图45所示的电磁波检测器是电磁波检测器集合体，具备与图44所示的电磁波检测器基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但作为多个电磁波检测器使用种类不同的电磁波检测器200、201、202、203的方面与图44所示的电磁波检测器不同。即，在图45所示的电磁波检测器中，阵列状(矩阵状)地配置有相互不同的种类的电磁波检测器200、201、202、203。
在图45中，按照2×2的矩阵状配置有电磁波检测器200、201、202、203，但配置的电磁波检测器的数量不限于此。另外，在本实施方式中，二维地周期性地排列有种类不同的电磁波检测器200、201、202、203，但也可以一维地周期性地排列。另外，也可以并非周期性而以不同的间隔配置种类不同的电磁波检测器200、201、202、203。
在图45所示的电磁波检测器集合体中，通过按照一维或者二维的阵列状配置实施方式1～12中的任意实施方式所涉及的、种类不同的电磁波检测器200、201、202、203，能够具有作为图像传感器的功能。例如，作为电磁波检测器200、201、202、203，也可以分别使用检测波长不同的电磁波检测器。具体而言，也可以从实施方式1～12中的任意实施方式所涉及的电磁波检测器，准备分别具有不同的检测波长选择性的电磁波检测器，阵列状地排列。在该情况下，电磁波检测器集合体能够检测至少2个以上不同的波长的电磁波。
通过按照阵列状配置这样具有不同的检测波长的电磁波检测器200、201、202、203，能够与在可见光域中使用的影像传感器同样地，例如在紫外光、红外光、太赫兹波、电波的波长域等任意的波长域中识别电磁波的波长。其结果，能够得到例如将波长的相异表示为颜色的相异的、彩色化的图像。
另外，作为构成电磁波检测器的受光元件4的构成材料，也可以使用检测波长不同的半导体材料。例如，也可以将检测波长为可见光的波长的半导体材料和检测波长为红外线的波长的半导体材料用作上述构成材料。在该情况下，例如，在将该电磁波检测器应用于车载传感器时，在白天，能够将电磁波检测器用作可见光图像用照相机。进而，在夜间，还能够将电磁波检测器用作红外线照相机。由此，无需根据电磁波的检测波长，分开使用具有图像传感器的照相机。
另外，作为影像传感器以外的电磁波检测器的用途，例如作为即便是较少的像素数也能够进行物体的位置检测的位置检测用传感器，能够使用该电磁波检测器。例如，通过电磁波检测器集合体的构造，如果如上所述使用检测波长不同的电磁波检测器200、201、202、203，则能够得到检测多个波长的电磁波的强度的图像传感器。由此，无需使用以往在CMOS影像传感器等中需要的滤色片，而能够检测多个波长的电磁波，得到彩色图像。
进而，还能够通过对检测的偏振光不同的电磁波检测器200、201、202、203进行阵列化，形成偏振识别影像传感器。例如，将探测的偏振角度为0°、90°、45°、135°的4个像素作为一个单位，将该一个单位的电磁波检测器配置多个，从而能够实现偏振成像。通过偏振识别影像传感器，例如，能够实现人工物和自然物的识别、材料识别、红外波长域中的同一温度物体的识别、物体之间的边界的识别或者等价的分辨率的提高等。
根据以上，如上所述构成的本实施方式所涉及的电磁波检测器集合体能够检测宽的波长域的电磁波。另外，本实施方式所涉及的电磁波检测器集合体能够检测不同的波长的电磁波。
<作用效果>
上述电磁检测器集合体具备多个电磁波检测器。多个电磁波检测器200、201、202、203也可以是种类不同的电磁波检测器。例如，多个电磁波检测器200、201、202、203也可以检测波长分别不同。在该情况下，能够通过1个电磁波检测器集合体检测不同的波长的电磁波。
此外，在上述各实施方式中，作为绝缘膜3或者图30以及图31所示的接触层8或者第1～第5半导体部分4a～4e以及半导体部分4f的材料，优选使用通过电磁波的照射而特性变化且对二维材料层1提供电位的变化的材料。
在此，作为通过电磁波的照射而特性变化且对二维材料层1提供电位的变化的材料，例如，能够使用量子点、铁电体材料、液晶材料、富勒烯、稀土类氧化物、半导体材料、pn结材料、金属-半导体接合材料或者金属-绝缘物-半导体接合材料等。例如，在作为铁电体材料，使用具有利用电磁波的极化效果(焦电效果)的铁电体材料的情况下，通过电磁波的照射，在铁电体材料中产生极化的变化。其结果，能够对二维材料层1提供电位的变化。
如上所述，在作为绝缘膜3等的材料使用如上述的材料的情况下，在绝缘膜3或者接触层8或者第1～第5半导体部分4a～4e以及半导体部分4f中，通过电磁波的照射而特性变化。其结果，能够对二维材料层1提供电位的变化。
此外，说明了将通过电磁波的照射而特性变化且对二维材料层1提供电位的变化的材料应用于绝缘膜3或者接触层8或者第1～第5半导体部分4a～4e以及半导体部分4f的例子，但对上述各部件中的至少一个以上应用通过电磁波的照射而特性变化且对二维材料层1提供电位的变化的材料即可。例如，在接触层8中应用通过电磁波的照射而特性变化且对二维材料层1提供电位的变化的材料的情况下，接触层8无需一定与二维材料层1直接接触。例如，只要能够对二维材料层1提供电位的变化，则也可以隔着绝缘膜等在二维材料层1的上表面或者下表面上设置接触层8。
能够使上述各实施方式适当地变形、省略。进而，上述实施方式能够在实施阶段中在不脱离其要旨的范围内进行各种变形。另外，在上述实施方式中包括各种阶段的公开，能够通过公开的多个构成要件中的适当的组合抽出各种公开。
应认为本次公开的实施方式在所有方面为例示而非限制性的。只要不存在矛盾，也可以组合本次公开的实施方式的至少2个。本公开的范围并非由上述说明示出而由权利要求书示出，意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。

Claims (22)

1.一种电磁波检测器，具备：
受光元件，包括第1导电类型的第1半导体部分和与所述第1半导体部分接合的第2导电类型的第2半导体部分；
绝缘膜，配置于所述受光元件上，形成有开口部；
二维材料层，在所述开口部与所述第1半导体部分电连接，从所述开口部上延伸至所述绝缘膜上；
第1电极部，配置于所述绝缘膜上，与所述二维材料层电连接；以及
第2电极部，与所述第2半导体部分电连接。
2.根据权利要求1所述的电磁波检测器，其中，
所述绝缘膜配置于所述第1半导体部分上，
所述第1半导体部分在所述开口部与所述二维材料层电连接。
3.根据权利要求1或者2所述的电磁波检测器，其中，
所述第1半导体部分配置于所述第2半导体部分上，
所述第2电极部设置于在所述第2半导体部分中与配置所述第1半导体部分的一侧相反的一侧，与所述第2半导体部分电连接。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述受光元件包括位于与所述绝缘膜对置的区域、以包围所述开口部的外周的方式配置的电流切断构造。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
具备在所述开口部的内部配置于所述二维材料层与所述受光元件之间的缓冲层。
6.根据权利要求5所述的电磁波检测器，其中，
所述缓冲层具有能够在所述二维材料层与所述受光元件之间形成隧道电流的厚度。
7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
具备在所述开口部的内部将所述受光元件和所述二维材料层电连接的连接导电体。
8.根据权利要求1所述的电磁波检测器，其中，
所述受光元件包括：
第3半导体部分，具有所述第1导电类型；以及
第4半导体部分，与所述第3半导体部分接合，具有所述第2导电类型，
在所述开口部的底部，以面对所述二维材料层的方式配置有所述第3半导体部分与所述第4半导体部分的接合部的一部分和与所述接合部连接的所述第3半导体部分的一部分以及所述第4半导体部分的一部分。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述受光元件是光电二极管。
10.根据权利要求1所述的电磁波检测器，其中，
所述绝缘膜形成于在所述第1半导体部分中位于与和所述第2半导体部分接合的接合部相反的一侧的表面上，
所述受光元件还包括第5半导体部分，该第5半导体部分在所述开口部的底部以从所述第1半导体部分的所述表面贯通至所述第2半导体部分侧的表面的方式配置，具有所述第2导电类型。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述开口部包括形成于所述绝缘膜的第1开口和形成于与所述第1开口不同的位置的第2开口。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述第1电极部包括配置于所述绝缘膜上的第1电极和配置于与所述第1电极不同的位置的第2电极。
13.根据权利要求11或者12所述的电磁波检测器，其中，
所述受光元件的平面形状是四边形形状，
在所述受光元件的俯视时，所述开口部以及所述第1电极部配置于所述受光元件的所述平面形状中的角部。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述第1半导体部分和所述第2半导体部分的吸收波长分别不同。
15.根据权利要求1至14中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述绝缘膜包括随着从所述开口部接近所述第1电极部而厚度变化的锥形部。
16.根据权利要求1至15中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述二维材料层包括乱层构造部分。
17.根据权利要求1至16中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
还具备以与所述二维材料层接触的方式配置的、1个以上的导电体或者接触层。
18.根据权利要求1至17中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
在所述绝缘膜与所述二维材料层之间形成有空隙。
19.根据权利要求1至18中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述二维材料层的至少1个端部配置于所述绝缘膜的所述开口部的内部，与所述第1半导体部分连接。
20.根据权利要求19所述的电磁波检测器，其中，
所述二维材料层的所述至少1个端部具有梳形形状。
21.根据权利要求1至20中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述绝缘膜的、所述开口部与所述第1电极部之间的第1区域中的厚度比上述第1区域以外的第2区域中的厚度薄。
22.根据权利要求1至21中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述二维材料层包含从由石墨烯、过渡金属二硫属化物、黑磷、硅烯、石墨烯纳米带以及硼烯构成的群选择的任意材料。
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