CN116057716A - 电磁波检测器以及电磁波检测器阵列 - Google Patents

电磁波检测器以及电磁波检测器阵列 Download PDF

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Abstract

电磁波检测器具备至少1个光电变换元件和以与至少1个光电变换元件对置的方式配置的等离子体滤波器(3)。在等离子体滤波器(3)周期性地形成有多个贯通孔(30)。至少1个光电变换元件具备：半导体层(2)，具有在俯视时与多个贯通孔中的至少1个贯通孔重叠的区域(20)；绝缘层(4)，以覆盖区域(20)的一部分的方式形成；二维材料层(1)，配置于区域(20)的其他一部分以及绝缘层(4)上并且与区域(20)的其他一部分电连接；第1电极部(5)，与二维材料层(1)电连接；以及第2电极部(6)，与半导体层(2)电连接。

Description

电磁波检测器以及电磁波检测器阵列
技术领域
本公开涉及电磁波检测器以及电磁波检测器阵列。
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其高的石墨烯。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第2015/0243826号说明书(专利文献1)中，提出了如下述的构造的检测器。即，在上述专利文献1的检测器中，在n型半导体层上设置有2个以上的电介体层。在2个电介体层上以及位于该2个电介体层之间的n型半导体层的表面部分上形成有石墨烯层。石墨烯层和n型半导体层肖特基接合。与石墨烯层的两端连接的源极/漏极电极配置于电介体层上。栅极电极与n型半导体层连接。在栅极电极与源极电极或者漏极电极之间施加了电压的情况下，通过上述肖特基接合，能够进行关断动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2015/0243826号说明书
发明内容
上述以往的检测器对具有与石墨烯层接触的半导体层的带隙以上的能量的电磁波具有灵敏度。换言之，上述检测器的检测波长成为与半导体层的带隙对应的波长以下。因此，在上述检测器中，难以选择性地仅检测特定的波长带的电磁波。
另外，在上述检测器中，对栅极电极和源极电极或者漏极电极施加了电压的肖特基动作时的检测器的灵敏度依赖于半导体层的量子效率，所以检测器的高灵敏度化困难。
本公开的主要的目的在于提供相比于上述以往的检测器，能够选择性地仅检测特定的波长带的电磁波并且其检测灵敏度高的电磁波检测器以及电磁波检测器阵列。
本公开所涉及的电磁波检测器具备至少1个光电变换元件和以与至少1个光电变换元件对置的方式配置的等离子体滤波器。在等离子体滤波器周期性地形成有多个贯通孔。至少1个光电变换元件具备：半导体层，具有在俯视时与多个贯通孔中的至少1个贯通孔重叠的区域；绝缘层，以覆盖区域的一部分的方式形成；二维材料层，配置于区域的其他一部分以及绝缘层上并且与区域的其他一部分电连接；第1电极部，与二维材料层电连接；以及第2电极部，与半导体层电连接。
根据本公开，能够提供相比于上述以往的检测器，能够选择性地仅检测特定的波长带的电磁波并且其检测灵敏度高的电磁波检测器以及电磁波检测器阵列。
附图说明
图1是示出实施方式1所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图2是图1所示的电磁波检测器的俯视图。
图3是图1所示的电磁波检测器的等离子体滤波器的俯视图。
图4是示出实施方式2所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图5是示出实施方式2所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面图。
图6是示出实施方式3所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图7是示出实施方式4所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图8是示出实施方式5所涉及的电磁波检测器的等离子体滤波器的俯视图。
图9是示出实施方式6所涉及的电磁波检测器的等离子体滤波器的俯视图。
图10是示出实施方式6所涉及的电磁波检测器的等离子体滤波器的进一步其他变形例的俯视图。
图11是示出实施方式7所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图12是示出实施方式8所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图13是图12所示的电磁波检测器的俯视图。
图14是示出实施方式9所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图15是示出实施方式10所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图16是示出实施方式11所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图17是示出实施方式12所涉及的电磁波检测器的俯视图。
图18是沿图17中的线段XVIII-XVIII的剖面图。
图19是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的俯视图。
图20是沿图19中的线段XX-XX的剖面图。
图21是示出实施方式13所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面图。
图22是示出实施方式14所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图23是示出实施方式15所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图24是示出实施方式15所涉及的电磁波检测器的变形例的剖面图。
图25是示出实施方式16所涉及的电磁波检测器的剖面图。
图26是实施方式19所涉及的电磁波检测器的等离子体滤波器的部分剖面图。
图27是实施方式20所涉及的电磁波检测器的等离子体滤波器的部分俯视图。
图28是从图27中的箭头XXVIII-XXVIII观察的、等离子体滤波器的部分剖面图。
图29是示出实施方式21所涉及的电磁波检测器阵列的俯视图。
图30是示出实施方式21所涉及的电磁波检测器阵列的变形例的俯视图。
(符号说明)
1：二维材料层；1a：第1部分；1b：第2部分；1c：第3部分；2：半导体层；2A：第1面；2B：第2面；3：等离子体滤波器；3A：第3面；3B：第4面；3C：内周面；4：绝缘层；4C：倾斜面；4a、4b：部分；5：第1电极部；6：第2电极部；7：缓冲层；8：连接导电体；9：接触层；10：第1部件；11：第2部件；20：区域；21：第1半导体部分；22：第2半导体部分；23：接合界面；24：凸部；30：贯通孔；100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、200、201、202、203：电磁波检测器；300、301：电磁波检测器阵列。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本公开的实施方式。附图是示意性的图，概念性地说明功能或者构造。另外，本公开不被以下说明的实施方式限定。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同。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同。
本实施方式所涉及的电磁波检测器作为检测对象的波长带没有特别限制。本实施方式所涉及的电磁波检测器例如是检测可见光、红外光、近红外光、紫外光、X射线、太赫兹(THz)波或者微波等电磁波的检测器。此外，在本发明的实施方式中，将这些光以及电波总称而记载为电磁波。另外，将本实施方式所涉及的电磁波检测器作为检测对象的波长带内的任意的波长称为检测波长。
另外，本实施方式所涉及的电磁波检测器既可以设置成仅检测1个波长带的电磁波，也可以设置成检测相互不同的多个波长带的电磁波。换言之，本实施方式所涉及的电磁波检测器的检测波长既可以仅为1个，也可以为多个。
另外，在本实施方式中，作为二维材料层的一个例子即石墨烯使用了p型石墨烯或者n型石墨烯的用语，但将空穴比本征状态的石墨烯多的石墨烯称为p型，将电子多的石墨烯称为n型。
另外，在本实施方式中，关于设置于作为二维材料层的一个例子的石墨烯之上的接触层的材料，使用n型或者p型的用语，但关于这些用语，例如，如果是n型则表示具有供电子性的材料，如果是p型则表示具有吸电子性的材料。另外，在分子整体中在电荷中可见偏移，将电子成为支配的状态称为n型，将空穴成为支配的状态称为p型。这些接触层的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、可见光域/近红外光域以外的施加到金属表面的共振这样的含义下的被称为疑似表面等离子体共振的现象或者通过波长以下的尺寸的构造操作特定的波长这样的含义下的被称为超材料或者等离子体超材料的现象，不特别通过名称区分它们，从现象起到的效果的方面同等地处置。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，表面等离子体共振一般被表现为电磁波在金属和电介体的界面传输或者局限存在的现象。但是，近年来，发现在金属材料以外的例如氧化钛以及石墨烯等也产生表面等离子体共振。在本实施方式中，不区分这样的材料，将在入射了检测波长的电磁波时产生表面等离子体共振(表面等离子体被共振地激励)的材料称为等离子体共振材料。在本实施方式中，构成等离子体滤波器的表面的至少一部分的材料包含等离子体共振材料。
另外，在本实施方式所涉及的电磁波检测器的动作时，将不产生隧穿电流的层称为绝缘层，将能够产生隧穿电流的层称为缓冲层。
另外，在本实施方式中，构成二维材料层的材料是能够在二维面内以单层排列原子的任意的材料即可，例如包含从由石墨烯、过渡金属二硫属化物(TMD：Transition MetalDichalcogenide)、黑磷(Black Phosphorus)、硅烯(由硅原子构成的二维蜂巢构造)以及锗烯(由锗原子构成的二维蜂巢构造)构成的群选择的至少1个即可。作为过渡金属二硫属化物，可以举出例如二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钨(WSe2)等。由上述材料的至少任意材料构成的二维材料层起到与由后述石墨烯构成的二维材料层基本上同样的效果。
实施方式1.
如图1以及图2所示，实施方式1所涉及的电磁波检测器100具备多个光电变换元件和等离子体滤波器3。各光电变换元件主要具备二维材料层1、半导体层2、绝缘层4、第1电极部5以及第2电极部6。各光电变换元件能够构成1个像素。各光电变换元件的二维材料层1以及第1电极部5与其他光电变换元件的相应部分独立地设置。各光电变换元件的半导体层2以及第2电极部6与其他光电变换元件的相应部分一体地设置。各光电变换元件的绝缘层4例如与其他光电变换元件的绝缘层4独立地设置。此外，各光电变换元件的绝缘层4例如也可以与其他光电变换元件的绝缘层4一体地设置。
等离子体滤波器3以与多个光电变换元件各自对置的方式配置。等离子体滤波器3具有与后述半导体层2的第1面2A对置的第3面3A和位于与第3面3A相反的一侧的第4面3B。第3面3A例如与半导体层2的第1面2A接触。第4面3B与绝缘层4接触。
等离子体滤波器3被设置成仅使电磁波检测器100作为检测对象的波长带内的电磁波从第4面3B侧向第3面3A侧(半导体层2侧)透射。换言之，等离子体滤波器3被设置成在入射了检测波长的电磁波时产生表面等离子体共振。在等离子体滤波器3中激励表面等离子体的波长带和半导体层2具有灵敏度的波长带中存在共同的波长域。一般而言，设想激励表面等离子体的波长带比半导体层2具有灵敏度的波长带窄的情况。但是，在如后所述激励表面等离子体的波长带宽带化的情况下，还有不限于此的情况。
如图1～图3所示，在等离子体滤波器3形成有从第3面3A贯通到第4面3B的多个贯通孔30。贯通孔30的数量例如是3个以上。多个贯通孔30例如沿着第3面3A并且在相互交叉的2个方向上周期性地排列。周期性的排列是表示由2个以上的贯通孔30构成的单位周期性地排列。多个贯通孔30各自例如等间隔地排列。此外，也可以由3个以上的贯通孔30构成的单位周期性地排列。另外，多个贯通孔30也可以在沿着第3面3A的至少1个方向上相互隔开间隔周期性地配置。
构成等离子体滤波器3的全部表面的材料例如包含上述等离子体共振材料。此外，构成等离子体滤波器3的表面的至少一部分的材料包含等离子体共振材料即可。例如，仅构成等离子体滤波器3的至少第4面3B以及多个贯通孔30各自的内周面的材料包含等离子体共振材料。
能够以在入射了检测波长的电磁波时在等离子体滤波器3产生表面等离子体共振的方式，根据检测波长任意地选择多个贯通孔30各自的开口宽度、深度(等离子体滤波器3的厚度)以及相邻的2个贯通孔30的中心轴C之间的间隔P(周期、参照图3)以及上述等离子体共振材料。各贯通孔30的开口宽度例如比检测波长短。
关于多个贯通孔30的平面形状，只要在入射了检测波长的电磁波时在等离子体滤波器3产生表面等离子体共振，则可以是任意的形状，例如如图3所示是圆形。此外，多个贯通孔30的平面形状例如也可以是正方形、长方形、椭圆形、三角形、靶心形状(由1个圆或者环和配置于其周围并且同心的环构成的形状)、碎形形状或者十字形状。在多个贯通孔30的平面形状是十字形状的情况下，在对等离子体滤波器3照射了检测波长不同的2个以上的电磁波各自时，产生表面等离子体共振。另外，多个贯通孔30的平面形状也可以相互不同。多个贯通孔30也可以具有第1贯通孔和平面形状与第1贯通孔相同但大小与第1贯通孔不同的第2贯通孔。
半导体层2具有第1面2A和位于与第1面2A相反的一侧的第2面2B。如图1以及图2所示，二维材料层1、等离子体滤波器3、绝缘层4以及第1电极部5配置于半导体层2的第1面2A上。第2电极部6配置于半导体层2的第2面2B上。电磁波检测器100检测从配置有等离子体滤波器3的一侧对半导体层2入射的电磁波。
半导体层2具有在俯视时与多个贯通孔30重叠的多个区域20。各区域20是具有第1面2A以及第2面2B的柱状的区域。多个区域20以外的其他区域的第1面2A与等离子体滤波器3的第3面3A接触。各区域20的第1面2A具有与后述二维材料层1的第1部分接触的第1接触区域、与绝缘层4的一部分接触的第2接触区域以及在俯视时从二维材料层1、等离子体滤波器3以及绝缘层4露出的区域。第2面2B的整面与第2电极部6接触。
半导体层2对检测波长具有灵敏度。即，半导体层2被设置成在对半导体层2入射了检测波长的电磁波时在半导体层2内产生光载流子。如上所述，在半导体层2具有灵敏度的波长带和在等离子体滤波器3中激励表面等离子体的波长带中存在共同的波长域。
能够根据检测波长，任意地选择构成半导体层2的半导体材料。构成半导体层2的材料是任意的半导体材料即可，例如，包含IV族的任意的半导体材料、III-V族的任意的化合物半导体材料或者II-VI族的任意的化合物半导体材料。构成半导体层2的材料例如也可以包含从由硅(Si)、锗(Ge)、碲汞镉(HgCdTe)、锑化铟(InSb)、铅硒(PbSe)、硫化铅(PbS)、硫化镉(CdS)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化镓(GaAs)以及砷化铟(InAs)构成的群选择的至少1个。半导体层2既可以具有量子阱以及量子点的至少任意一个，也可以具有周期性地配置有这样的量子构造的超晶格(例如TypeII超晶格)。半导体层2也可以具有pn结。
此外，在电磁波检测器100的检测波长是多个的情况下，半导体层2构成为对相互不同的检测波长具有灵敏度的多个半导体层的集合体。
优选，以使半导体层2的电阻率成为100Ω·cm以下的方式，对半导体层2掺杂了杂质。通过高浓度地掺杂半导体层2，载流子在半导体层2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。
绝缘层4以覆盖上述区域20的第1面2A的一部分(上述第2接触区域)的方式形成。绝缘层4从上述第2接触区域上延伸至等离子体滤波器3的第4面3B的一部分上。换言之，绝缘层4具有配置于上述第2接触区域上的部分4a和配置于等离子体滤波器3上的部分4b。绝缘层4的部分4a与上述第2接触区域、等离子体滤波器3的贯通孔30的内周面的一部分以及后述二维材料层1的第2部分1b接触。绝缘层4的部分4b与后述二维材料层1的第3部分1c以及等离子体滤波器3的第4面3B的一部分接触。部分4b与部分4a的上端部连接。如图1所示，绝缘层4台阶状地形成。
绝缘层4将半导体层2和后述二维材料层1的第2部分以及第1电极部5电绝缘。关于绝缘层4的厚度，只要在电磁波检测器100动作时在二维材料层1的第2部分以及第1电极部5与半导体层2之间不产生隧穿电流，则没有特别限制。优选，根据提高后述光闸效应的观点，绝缘层4的厚度尽可能薄。
作为绝缘层4，例如能够使用由氧化硅构成的绝缘膜。此外，构成绝缘层4的材料是具有电绝缘性的任意的绝缘材料即可，不限定于上述氧化硅。例如，构成绝缘层4的材料也可以包含从由氧化硅、原硅酸四乙酯、氮化硅、氧化铪、氧化铝、氧化镍、氮化硼以及硅氧烷系的聚合物材料构成的群选择的至少1个。例如，氮化硼由于原子排列与石墨烯相似，所以即使与由石墨烯构成的二维材料层1接触，也不会对电荷的迁移率造成恶劣影响。因此，根据抑制绝缘层4阻碍电子迁移率等二维材料层1的性能的观点，氮化硼作为构成绝缘层4的材料适合。
二维材料层1从区域20的上述第1接触区域延伸至配置于等离子体滤波器3上的绝缘层4上。二维材料层1具有配置于上述区域20的第1面2A的其他一部分(上述第1接触区域)上的第1部分1a、配置于绝缘层4的上述部分4a上的第2部分1b以及配置于等离子体滤波器3以及绝缘层4的上述部分4b上的第3部分1c。二维材料层1的第1部分1a不隔着绝缘层4，配置于区域20上。第1部分1a例如与半导体层2的上述第1接触区域电连接。优选，第1部分1a与半导体层2肖特基接合。第2部分1b被设置成通过在半导体层2中产生的光载流子提供电场效应。第1部分1a以及第3部分1c在后述光闸效应中作为源极/漏极区域发挥作用。第2部分1b在后述光闸效应中作为沟道区域发挥作用。
如图1所示，二维材料层1台阶状地形成。二维材料层1的台阶数例如比绝缘层4的台阶数多1个，为2个。二维材料层1的第1部分1a具有二维材料层1的长度方向的一方的端部。二维材料层1的第3部分1c具有二维材料层1的长度方向的另一方的端部。
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结晶的单原子层。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。另外，二维材料层1也可以构成为将单层石墨烯层叠2层以上的多层石墨烯。另外，作为二维材料层1，也可以使用无掺杂的石墨烯或者掺杂了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。被用作二维材料层1的多层石墨烯既可以任意的2层的石墨烯中的六方晶格的晶格矢量的朝向不一致，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，能够附加光电变换的电磁波的波长选择效应。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基底构造的载流子散射的影响，其结果，噪声水平降低。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5接触的情况下，从第1电极部5向二维材料层1掺杂载流子。例如，在作为第1电极部5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5附近的二维材料层1掺杂空穴。在该状态下以电子传导状态驱动电磁波检测器时，由于从第1电极部5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5的接触电阻增加。由于该接触电阻的增加，电磁波检测器中的基于电场效应的电子(载流子)的迁移率降低，电磁波检测器的性能可能降低。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5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的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，在通过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，来自第1电极部5的载流子易于被掺杂的二维材料层1的上述第1部分1a也可以由多层石墨烯构成。多层石墨烯相比于单层石墨烯，来自第1电极部5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5之间的接触电阻增加。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。在该情况下，二维材料层1的上述第2部分1b也可以由单层石墨烯构成。即，也可以在二维材料层1中能够作为源极/漏极区域发挥作用的第1部分1a以及第3部分1c由多层石墨烯构成、并且能够作为沟道区域发挥作用的第2部分1b由单层石墨烯构成。由此，相比于二维材料层1整体由单层石墨烯构成的情况，迁移率更高，相比于二维材料层1整体由多层石墨烯构成的情况，沟道区域的迁移率提高，所以电磁波检测器100的性能提高。
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使用周期性地配置有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，即使在作为二维材料层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5配置于绝缘层4的上述部分4b上，与二维材料层1的第3部分1c电连接。第1电极部5例如配置于二维材料层1的第3部分1c上。在俯视时，第1电极部5以与等离子体滤波器3、绝缘层4的部分4b以及二维材料层1的第3部分1c重叠的方式配置。在俯视时，第1电极部5例如未以与区域20重叠的方式配置。第2电极部6配置于半导体层2的第2面2B上。
作为构成第1电极部5以及第2电极部6的材料，只要是导电体则能够使用任意的材料。构成第1电极部5以及第2电极部6的材料例如包含从由金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)以及钯(Pd)构成的群选择的至少1个。
另外，也可以在第2电极部6与半导体层2之间形成未图示的密接层。密接层提高第2电极部6和半导体层2的密接性。构成密接层的材料例如包含铬(Cr)以及钛(Ti)的至少任意一个。
此外，关于二维材料层1的第3部分1c以及第1电极部5的相对的位置关系，只要两者在绝缘层4的上述部分4b上相互电连接，则没有特别限制。第1电极部5例如也可以配置于绝缘层4上且比二维材料层1的第3部分1c靠下。在该情况下，也可以在第1电极部5与绝缘层4之间形成密接层。密接层提高第1电极部5和绝缘层4的密接性。构成密接层的材料例如包含Cr以及Ti的至少任意一个。
另外，也可以在二维材料层1上，形成未图示的保护膜。保护膜也可以以覆盖二维材料层1、半导体层2、第1电极部5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，但例如作为保护膜能够使用由氧化硅构成的绝缘膜。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。保护膜也可以以埋入贯通孔30的方式形成。在该情况下，等离子体共振波长由于保护膜的折射率的效应变化，但波长选择性不变化。
在电磁波检测器100中，能够将各贯通孔30捕捉为1个检测单位，在该情况下，光电变换元件的数量等于贯通孔30的数量。因此，通过从各光电变换元件适当地读出信号，电磁波检测器100能够构成图像传感器。信号的读出方法例如也可以是在以往的图像传感器中一般使用的方法。
相邻的2个贯通孔30的中心之间的间隔也可以不恒定。在该情况下，等离子体滤波器3能够透射的电磁波的波长(共振波长)有多个或者宽带化。另外，多个贯通孔30也可以具有隔开第1间隔而相邻的第1贯通孔群和隔开与第1间隔不同的第2间隔而相邻的第2贯通孔群。
<电磁波检测器的制造方法>
首先，准备半导体层2。例如作为由硅等构成的平坦的基板，准备半导体层2。
接下来，在半导体层2的第2面2B上形成第2电极部6。具体而言，首先在半导体层2的第1面2A上形成保护膜。作为保护膜例如使用抗蚀剂。在该状态下，在半导体层2的第2面2B上对第2电极部6进行成膜。此时，也可以为了提高半导体层2和第2电极部6的密接性，在半导体层2的背面，如上所述比第2电极部6先形成密接层。此外，关于本工序，只要能够保护半导体层2的第1面2A上的构造，则也可以在后述各工序后实施。在本工序后，去除形成于第1面2A上的保护膜。
接下来，在半导体层2的第1面2A上形成等离子体滤波器3。在本工序的一个例子中，首先，在第1面2A上对上述等离子体共振材料进行成膜。成膜方法没有特别限制，例如为溅射法或者蒸镀法。接下来，在由等离子体共振材料构成的膜上，使用照相制版或者EB描绘等来形成抗蚀剂掩模。抗蚀剂掩模以在上述膜中仅使应形成多个贯通孔30的区域露出且覆盖其以外的区域的方式形成。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。该膜的一部分成为等离子体滤波器3。之后，去除抗蚀剂掩模。这样，形成等离子体滤波器3。同时，在半导体层2形成在俯视时与多个贯通孔30重叠的多个区域20。
在本工序的其他例子中，首先，在半导体层2的第1面2A上使用照相制版或者EB描绘等来形成抗蚀剂掩模。在该抗蚀剂掩模中，以在半导体层2中仅使多个区域20以外的区域(换言之应形成等离子体滤波器3的区域)露出且覆盖多个区域20(换言之应形成多个贯通孔30的区域)的方式形成。之后，在抗蚀剂掩模上，对上述等离子体共振材料进行成膜。该膜的成膜方法也没有特别限制，例如为溅射法或者蒸镀法。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，通过与该膜的一部分一起去除抗蚀剂掩模，配置于抗蚀剂掩模的开口部的膜的其他一部分在半导体层2的多个区域20上残存，成为等离子体滤波器3。上述方法是一般被称为剥离的方法。
接下来，在半导体层2的第1面2A以及等离子体滤波器3的第4面3B上形成绝缘层4。具体而言，首先，在半导体层2的第1面2A以及等离子体滤波器3的第4面3B上，对应成为绝缘层4的绝缘膜进行成膜。成膜方法没有特别限制。例如，在构成半导体层2的材料是硅且构成绝缘层4的材料是氧化硅(SiO2)的情况下，也可以半导体层2的上述区域20的一部分部分性地热氧化。另外，成膜方法也可以是CVD(Chemical vapor deposition，化学气相沉积)法或者溅射法。接下来，在应成为绝缘层4的绝缘膜上，使用照相制版或者EB描绘等来形成抗蚀剂掩模。抗蚀剂掩模以在上述绝缘膜中仅覆盖应形成绝缘层4的区域且使其以外的区域露出的方式形成。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绝缘膜。其结果，在抗蚀剂掩模下，绝缘膜的一部分残存。该绝缘膜的一部分成为绝缘层4。之后，去除抗蚀剂掩模。这样，形成绝缘层4。绝缘层4具有配置于区域20的第2接触区域上的部分4a和配置于等离子体滤波器3的第4面3B上的部分4b。
接下来，在各区域20的第1接触区域以及绝缘层4上形成二维材料层1。具体而言，首先，在第1面2A上对应成为二维材料层1的二维材料膜进行成膜。成膜方法没有特别限制，例如为外延生长法。另外，也可以将预先通过CVD法等形成的二维材料膜转印到第1面2A上并粘贴。另外，在构成二维材料层1的材料包含石墨烯的情况下，也可以将通过机械性的剥离法从高定向热分解石墨(HOPG)剥离的石墨烯转印到第1面2A上并粘贴。接下来，使用照相制版或者EB描绘等在二维材料膜上形成抗蚀剂掩模。抗蚀剂掩模以在二维材料膜中仅覆盖应形成二维材料层1的区域的方式形成。之后，例如通过利用氧等离子体的蚀刻，将抗蚀剂掩模作为掩模部分性地去除该二维材料膜。其结果，在抗蚀剂掩模下，二维材料膜的一部分残存。该二维材料膜的一部分成为二维材料层1。之后，去除抗蚀剂掩模。这样，形成二维材料层1。二维材料层1具有上述第1部分1a、上述第2部分1b以及上述第3部分1c。
接下来，形成第1电极部5。在本工序的一个例子中，通过上述剥离法形成第1电极部5。首先，在第1面2A上，使用照相制版或者EB描绘等来形成抗蚀剂掩模。在抗蚀剂掩模中，在应形成第1电极部5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5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，通过与该膜的一部分一起去除抗蚀剂掩模，配置于抗蚀剂掩模的开口部的膜的其他一部分在二维材料层1的第3部分1c上残存，成为第1电极部5。
在本工序的其他例子中，在第1面2A上先对应成为第1电极部5的金属膜等膜进行成膜。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5的区域的方式形成，另一方面，不形成于应形成第1电极部5的区域以外的区域。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5。之后，去除抗蚀剂掩模。这样，也可以形成第1电极部5。
在本工序中，优选，在应成为第1电极部5的膜的成膜之前，形成保护二维材料层1的第1部分1a以及第2部分1b的保护膜。通过在成膜前预先形成保护膜，能够降低在成膜时对第1部分1a以及第2部分1b造成的工艺损害。
通过以上的工序，能够得到图1以及图2所示的电磁波检测器100。
<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1所示，在第1电极部5与第2电极部6之间，电连接有施加电压V的电源电路，第1电极部5、二维材料层1、半导体层2以及第2电极部6依次电连接。接下来，在第1电极部5以及第2电极部6之间施加电压V。优选，电压V以相对二维材料层1和半导体层2的肖特基接合成为逆偏置的方式设定。通过施加电压V，在成为第1电极部5与第2电极部6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，在从等离子体滤波器3侧针对电磁波检测器100照射检测波长的电磁波时，在等离子体滤波器3中产生表面等离子体共振。在产生表面等离子体共振时，共振波长中的电磁场被增强，从而透射率被增强。透射率能够达到大致100％。进而，在等离子体滤波器3的各贯通孔30的外周缘和半导体层2的第1面2A接触的区域中，相对将入射电磁场设为1的情况，电磁场从几倍增强到几十倍以上。这样，在半导体层2和等离子体滤波器3的接触界面的周边区域中电磁场被增强，从而半导体层2中的量子效率提高。
其结果，通过等离子体滤波器3，仅检测波长的电磁波选择性地入射到半导体层2并且半导体层2中的量子效率提高，所以在半导体层2内通过光电变换产生大量的光载流子(电子空穴对)。
光载流子接受电压V注入到二维材料层1的第1部分1a，使电流I产生变化。将起因于电磁波照射使电流I引起变化的电流分量称为光电流。进而，在半导体层2中产生的光载流子经由绝缘层4的部分4a对二维材料层1的第2部分1b提供电场效应。其结果，二维材料层1的第2部分1b的电阻值变化，在二维材料层1中流过的电流I变化。将该效应称为光闸效应。
在电磁波检测器100中，通过光闸效应对光电流进行放大，从而电流I比较大幅变化。通过检测电流I的变化，电磁波检测器100能够检测检测波长的电磁波。
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5与第2电极部6之间流过恒定电流，检测第1电极部5与第2电极部6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，也可以将相同的电磁波检测器使用2个以上来检测电磁波。例如，将相同的电磁波检测器准备2个以上。将1个电磁波检测器配置到不照射电磁波的屏蔽的空间。将其他电磁波检测器配置到照射作为测定对象的电磁波的空间。而且，检测照射电磁波的其他电磁波检测器的电流I或者电压V和配置于屏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。
<作用效果>
本实施方式所涉及的电磁波检测器100具备多个光电变换元件和等离子体滤波器3。在等离子体滤波器3周期性地形成有多个贯通孔30。各光电变换元件主要具备半导体层2、绝缘层4、二维材料层1、第1电极部5以及第2电极部6。半导体层2具有在俯视时与1个贯通孔30重叠的区域20。绝缘层4以覆盖区域20的一部分的方式形成。二维材料层1配置于区域20的其他一部分以及绝缘层4上并且与区域20的上述其他一部分电连接。第1电极部5与二维材料层1电连接。第2电极部6与半导体层2电连接。
在电磁波检测器100中，仅透射等离子体滤波器3的电磁波入射到多个光电变换元件的半导体层2。如上所述，等离子体滤波器3仅使特定的波长的电磁波透射、进而起到在该波长中使半导体层2的量子效率提高的效果。因此，电磁波检测器100相比于上述专利文献1记载的检测器，能够以高的精度选择性地仅检测特定的波长带的电磁波。
进而，在电磁波检测器100中，光电变换元件包括：配置于与等离子体滤波器3的多个贯通孔重叠的区域20的其他一部分以及绝缘层4上并且与区域20的上述其他一部分电连接的二维材料层1。因此，如上所述，在电磁波检测器100中，通过光闸效应对光电流进行放大。光闸效应不直接增强光电变换材料的量子效率，而增大由于电磁波入射引起的电流变化，所以等价地根据由于电磁波入射引起的差分电流计算的量子效率能够超过100％。
因此，对电磁波检测器100入射了上述电磁波时的电流I的变化量大于对不起到上述光闸效应的上述专利文献1记载的检测器入射了上述电磁波时的电流的变化量。因此，电磁波检测器100相比于上述专利文献1记载的检测器，灵敏度更高。
在二维材料层1例如是单层石墨烯的情况下，二维材料层1的厚度最终薄到1层原子层的量。另外，单层石墨烯中的载流子迁移率大于以往半导体材料。因此，在二维材料层1中，相比于以往的半导体材料，针对轻微的电位变化产生较大的电流变化。例如，通过半导体层2的电场变化施加到二维材料层1的电位变化，但该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。这样的电磁波检测器100相比于仅检测在半导体层2中产生的光载流子的电磁波检测器，灵敏度更高。
另外，在电磁波检测器100中，二维材料层1在上述开口部与半导体层2的上述其他一部分电连接，具体而言与半导体层2肖特基接合。二维材料层1和半导体层2肖特基接合，从而在施加逆偏置时不流过电流，电磁波检测器100能够进行关断动作。
另外，在电磁波检测器100中，二维材料层1的长度方向的一端配置于半导体层2的区域20内。因此，二维材料层1和半导体层2的接触状态变得比较良好，在二维材料层1和半导体层2的接触界面难以妨碍通过电磁波照射产生的光载流子的移动。其结果，电磁波检测器100的性能提高。另外，在光闸效应作为使光电流量放大的效应呈支配性的情况下，电磁波检测器100的灵敏度不大幅依赖于二维材料层1和半导体层2的接触面积。因此，在使用光闸效应的情况下，能够降低像素的面积，能够使像素小型化。另一方面，一般的量子型红外线传感器在降低像素的面积时灵敏度必然地降低。因此，暗电流的降低也困难。
实施方式2.
如图4所示，实施方式2所涉及的电磁波检测器101具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在等离子体滤波器3相对半导体层2配置于与绝缘层4、二维材料层1以及第1电极部5相反的一侧的方面，与电磁波检测器100不同。
如图4所示，绝缘层4、二维材料层1以及第1电极部5配置于半导体层2的第1面2A上。等离子体滤波器3以及第2电极部6配置于半导体层2的第2面2B上。等离子体滤波器3配置于第2电极部6上。等离子体滤波器3相对第2电极部6配置于与半导体层2相反的一侧。构成第2电极部6的材料是使检测波长的电磁波透射的导电材料。
多个区域20以外的其他区域的第1面2A与绝缘层4接触。各区域20的第1面2A具有：第1接触区域，与后述二维材料层1的第1部分接触；第2接触区域，与绝缘层4的一部分接触；以及在俯视时从二维材料层1以及绝缘层4露出的区域。第2面2B的整面与第2电极部6接触。等离子体滤波器3的第3面3A与第2电极部6接触。
绝缘层4不隔着其他部件而配置于半导体层2的第1面2A上。在绝缘层4中配置于多个区域20以外的其他区域上的部分与半导体层2的第1面2A接触。绝缘层4不包括配置于等离子体滤波器3上的部分，未台阶状地形成。二维材料层1配置于区域20的上述第2接触区域以及绝缘层4上。在二维材料层1中配置于多个区域20以外的其他区域上的部分配置于与半导体层2的第1面2A接触的绝缘层4上。二维材料层1包括配置于上述第1接触区域上的第1部分1a和配置于绝缘层4上的第2部分1b，台阶状地形成，但不包括配置于等离子体滤波器3上的第3部分。二维材料层1的台阶数为1。第1电极部5与二维材料层1的第2部分1b电连接。
电磁波检测器101的制造方法具备与电磁波检测器100的制造方法基本上同样的结构，但在形成第2电极部6的工序后且去除保护第1面2A的保护膜的工序前实施形成等离子体滤波器3的工序的方面，与电磁波检测器100的制造方法不同。
在电磁波检测器101中，相比于电磁波检测器100，二维材料层1的台阶数更少，所以制造成品率以及检测性能能够提高。例如，在构成半导体层2的材料包含Si的情况下，绝缘层4能够用Si的热氧化膜构成。在这样的电磁波检测器101中，相比于具备通过CVD法等成膜的绝缘层4的电磁波检测器100，热氧化膜的表面的凹凸也少，残留电荷也少，所以不会妨碍二维材料层1的迁移率，所以该迁移率提高，电磁波检测器101的性能提高。
<变形例>
如图5所示，在作为电磁波检测器101的变形例的电磁波检测器102中，第2电极部6与绝缘层4、二维材料层1以及第1电极部5同样地配置于半导体层2的第1面2A上。等离子体滤波器3相对半导体层2配置于与绝缘层4、二维材料层1、第1电极部5以及第2电极部6相反的一侧。第2电极部6与半导体层2的第1面2A接触。第2电极部6例如与多个区域20以外的其他区域以及多个区域20中的一部分的区域20的各第1面2A接触。
电磁波检测器102具有与电磁波检测器101基本上同样的结构，所以能够起到与电磁波检测器101同样的效果。
实施方式3.
如图6所示，实施方式3所涉及的电磁波检测器103具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在构成等离子体滤波器3的表面的一部分的材料包含上述等离子体共振材料的方面，与电磁波检测器100不同。换言之，电磁波检测器103在等离子体滤波器3包括由等离子体共振材料构成的第1部件10和未由等离子体共振材料构成的第2部件11的方面，与电磁波检测器100不同。
第2部件11例如构成为芯材料。第2部件11具有与半导体层2的第1面2A接触的表面和其他表面。第1部件10构成为覆盖第2部件11的上述其他表面的整体的包覆材料。
构成第2部件11的材料例如包含电介体材料。构成第2部件11的材料例如包含氧化硅以及氮化硅的至少任意一个。
电磁波检测器103的制造方法具备与电磁波检测器100的制造方法基本上同样的结构，但在形成等离子体滤波器3的工序中，在首先对第2部件11进行成膜以及加工之后对第1部件10进行成膜的方面，与电磁波检测器100的制造方法不同。
在该情况下，形成等离子体滤波器3的工序能够仅通过对第2部件11进行成膜的工序、对第2部件11进行加工的工序以及对第1部件10进行成膜的工序实施。换言之，在形成等离子体滤波器3的工序中，能够不需要对等离子体共振材料进行加工的工序。一般而言，电介体材料的加工相比于等离子体共振材料的加工更容易。另外，一般而言，电介体材料的成本低于Au以及Ag等的成本。
因此，电磁波检测器103的制造成本比电磁波检测器100的制造成本低。
此外，电磁波检测器103也可以除了包括未由等离子体共振材料构成的第2部件11的方面以外，具备与电磁波检测器101或者电磁波检测器102同样的结构。
实施方式4.
如图7所示，实施方式4所涉及的电磁波检测器104与实施方式3所涉及的电磁波检测器103同样地，在等离子体滤波器3包括由等离子体共振材料构成的第1部件10和未由等离子体共振材料构成的第2部件11的方面，与电磁波检测器100不同。
电磁波检测器104具备与电磁波检测器103基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在沿着多个贯通孔30的各孔轴方向层叠有第1部件10以及第2部件11的方面，与电磁波检测器103不同。
等离子体滤波器3构成为2个以上的第1部件10和1个以上的第2部件11的层叠体。等离子体滤波器3例如由3个以上的第1部件10和2个以上的第2部件11构成。
构成第1部件10的材料是上述等离子体共振材料。构成第2部件11的材料是电介体材料。构成第2部件11的材料例如包含氧化硅以及氮化硅的至少任意一个。
第1部件10和第2部件11构成电容。这样的等离子体滤波器3在检测波长中能够与开环谐振器或者双曲超材料同样地发挥作用，所以在检测波长中折射率成为负的值或者零，其结果起到聚光效应或者透镜效应。其结果，电磁波检测器104中的各贯通孔30的开口面积能够小于电磁波检测器100中的各贯通孔30的开口面积。即，电磁波检测器104的像素能够比电磁波检测器100的像素小型化。因此，在比较外形的尺寸同等的电磁波检测器104和电磁波检测器100时，电磁波检测器104相比于电磁波检测器100，能够具备更多的像素而具有更高的分辨率。
此外，电磁波检测器104也可以除了包括由等离子体共振材料构成的第1部件10以及未由等离子体共振材料构成的第2部件11的方面以外，具备与电磁波检测器101或者电磁波检测器102同样的结构。
实施方式5.
实施方式5所涉及的电磁波检测器具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在确定了图8所示的等离子体滤波器3的多个贯通孔30的周期P与检测波长相等的方面，与电磁波检测器100不同。
在实施方式5中，周期P设为决定通过等离子体滤波器3选择的波长带的主要的参数。在检测波长处于红外线的波长带内的情况下，等离子体滤波器3的多个贯通孔30各自的开口宽度以及深度(等离子体滤波器3的厚度)是检测波长的1/4程度。
在多个贯通孔30的上述周期P中，相比于多个贯通孔30各自的开口宽度以及深度，难以产生制造偏差。因此，在实施方式5所涉及的电磁波检测器中，相比于电磁波检测器100，即使在等离子体滤波器3的多个贯通孔30各自的开口宽度以及深度产生了偏差的情况下，检测波长的选择性能难以由于该偏差受到影响。
此外，如上所述，多个贯通孔30各自的平面形状是任意的形状即可。如图8所示，多个贯通孔30的各平面形状例如也可以是正方形形状。
此外，实施方式5所涉及的电磁波检测器也可以除了确定了等离子体滤波器3的多个贯通孔30的周期P与检测波长相等的方面以外，具备与实施方式2～4所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器104中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式6.
实施方式6所涉及的电磁波检测器具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但如图9以及图10所示，在确定了多个贯通孔30的各平面形状具有长度方向以及宽度方向的方面，与电磁波检测器100不同。
在图9以及图10所示的等离子体滤波器3中，各贯通孔30的平面形状仅相对沿着第3面3A的1个假想直线具有对称性。换言之，各贯通孔30的平面形状具有长度方向和宽度方向。各贯通孔30的长度方向例如相互并行。各贯通孔30的宽度方向例如相互并行。
在这样的等离子体滤波器3中，仅在照射了检测波长的电磁波且具有与各贯通孔30的平面形状中的长度方向正交的电场的电磁波时，产生表面等离子体共振。即，图9以及图10所示的等离子体滤波器3具有偏振选择性。因此，具备这样的等离子体滤波器3的电磁波检测器能够仅探测检测波长的电磁波中的特定的偏振光。这样的能够检测偏振光的电磁波检测器能够进行人造物和自然物的判别、例如浮在海面的油的判别、沙漠中的车辆的判别或者夏天的人体和道路的判别。另外，这样的能够检测偏振光的电磁波检测器还能够用于分子的偏振特性的判别等。
如图10所示，各贯通孔30的长度方向上的周期P例如也可以与各贯通孔30的宽度方向上的周期P相等。另外，各贯通孔30的长度方向上的周期P例如也可以与各贯通孔30的宽度方向上的周期P不同。另外，在各贯通孔30的宽度方向上，多个贯通孔30的排列也可以非对称。
此外，实施方式6所涉及的电磁波检测器也可以除了确定了多个贯通孔30的各平面形状具有长度方向以及宽度方向的方面以外，具备与实施方式2～5所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器104中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式7.
如图11所示，实施方式6所涉及的电磁波检测器105具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在多个贯通孔30的各内周面3C相对各贯通孔30的各孔轴倾斜的方面，与电磁波检测器100不同。
如图11所示，等离子体滤波器3的剖面形状例如是所谓正锥形形状。多个贯通孔30的各内周面3C相对第3面3A形成锐角，并且相对第4面3B形成钝角。根据内周面3C相对第3面3A所成的角度(以下倾斜角度)，控制共振波长的波长带、半值宽度以及Q值(QualityFactor，质量因数)。
基本上，上述倾斜角度越小，等离子体滤波器3透射的电磁波的波长带变得越窄。其结果，图11所示的电磁波检测器105相比于图1所示的电磁波检测器100，电磁波的波长选择性(单色性)更高，能够更高精度地检测检测波长的电磁波。
另外，等离子体滤波器3的剖面形状例如也可以是所谓逆锥形形状。多个贯通孔30的各内周面3C也可以相对第3面3A形成钝角，并且相对第4面3B形成锐角。基本上，上述倾斜角度越大，等离子体滤波器3透射的电磁波的波长带变得越宽。
此外，上述倾斜角度对波长带的贡献度根据多个贯通孔30的周期性是一维还是二维以及多个贯通孔30的各平面形状等而变化。
实施方式7所涉及的电磁波检测器也可以除了确定了多个贯通孔30的各平面形状具有长度方向以及宽度方向的方面以外，具备与实施方式2～6所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器104中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式8.
如图12以及图13所示，实施方式8所涉及的电磁波检测器106具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同等的效果，但在二维材料层1的长度方向的端部配置于绝缘层4上的方面，与电磁波检测器100不同。
二维材料层1的长度方向的端部例如配置于在等离子体滤波器3上配置的绝缘层4上。在该情况下，二维材料层1具有第1部分1a和以夹着第1部分1a的方式配置的2个以上的第2部分1b以及第3部分1c。此外，二维材料层1的长度方向的端部例如也可以配置于在区域20上配置的绝缘层4上。在该情况下，二维材料层1具有第1部分1a以及第3部分1c和以夹着第1部分1a的方式配置的2个以上的第2部分1b。
实施方式8所涉及的电磁波检测器也可以除了二维材料层1的长度方向的端部配置于绝缘层4上的方面以外，具备与实施方式2～7所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器105中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式9.
如图14所示，实施方式9所涉及的电磁波检测器107具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同等的效果，但在贯通孔30的内部，在二维材料层1与半导体层2之间配置有缓冲层7的方面，与电磁波检测器100不同。
缓冲层7将二维材料层1的第1部分1a和半导体层2的区域20电连接。具体而言，缓冲层7以通过该隧穿电流将二维材料层1的第1部分1a和半导体层2的上述第1接触区域电连接的方式设置。构成缓冲层7的材料是具有电绝缘性的任意的材料即可，例如包含从由SiO2、Si3N4、HfO2、Al2O3以及BN构成的群选择的至少1个。
缓冲层7配置于在区域20中的至少第1接触区域上即可，但例如配置于第1接触区域以及第2接触区域上。缓冲层7例如以使区域20的一部分露出的方式设置。
例如，以在入射了检测波长的电磁波时能够在二维材料层1与半导体层2之间产生隧穿电流的方式设定缓冲层7的厚度。关于缓冲层7的厚度，例如厚度为1nm以上且10nm以下。根据检测波长，决定缓冲层7的厚度。缓冲层7的制作方法可以设为任意的方法，例如能够从ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)法、真空蒸镀法以及溅射法等选择。或者，缓冲层7也可以通过对半导体层2的表面进行氧化或者氮化来形成。或者，缓冲层7也可以是形成于半导体层2的表面的自然氧化膜。
在电磁波检测器107中，通过利用缓冲层7抑制半导体层2和二维材料层1的接合界面处的泄漏电流，相比于不具备缓冲层7的电磁波检测器100，能够降低暗电流。另外，在电磁波检测器107中，通过使缓冲层7的膜厚成为从半导体层2向二维材料层1产生隧道注入的程度的厚度，对二维材料层1注入大的光电流，灵敏度高。
此外，缓冲层7的厚度也可以比能够在二维材料层1与半导体层2之间形成隧穿电流的厚度厚并且比绝缘层4的厚度薄。在该情况下，在半导体层2中产生的光载流子不注入到二维材料层1，仅产生光闸效应。如果缓冲层7比绝缘层4薄，则在与绝缘层4接触的二维材料层1和与缓冲层7接触的二维材料层1之间，产生载流子密度的梯度。其结果，二维材料层1的迁移率提高，所以灵敏度变高。
实施方式9所涉及的电磁波检测器107也可以除了在各贯通孔30的内部在二维材料层1与半导体层2之间配置有缓冲层7的方面以外，具备与实施方式2～8所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器106中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式10.
如图15所示，实施方式10所涉及的电磁波检测器108具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同样的效果，但在各贯通孔30的内部在二维材料层1与半导体层2之间配置有连接导电体8的方面，与电磁波检测器100不同。
连接导电体8将二维材料层1的第1部分1a和半导体层2的区域20电连接。二维材料层1的第1部分1a经由连接导电体8与半导体层2的上述第1接触区域电连接。
连接导电体8优选与半导体层2欧姆接合。另外，连接导电体8优选在电磁波检测器检测的电磁波的波长呈现高的透射率。
连接导电体8配置于在区域20中的至少第1接触区域上即可，但例如配置于第1接触区域以及第2接触区域上。连接导电体8例如以使区域20的一部分露出的方式设置。
在电磁波检测器108中，通过在二维材料层1与半导体层2之间设置连接导电体8，相比于电磁波检测器100，能够降低二维材料层1与半导体层2之间的接触电阻，并且能够抑制在二维材料层1和半导体层2的接合是肖特基接合的情况下成为问题的光电流的衰减。
另外，在电磁波检测器108中，优选连接导电体8的厚度和绝缘层4的厚度实质上相同、即连接导电体8的上表面的位置与绝缘层4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检测灵敏度提高。
实施方式10所涉及的电磁波检测器108也可以除了在各贯通孔30的内部形成有连接导电体8的方面以外，具备与实施方式2～8所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器106中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式11.
如图16所示，实施方式11所涉及的电磁波检测器109具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同样的效果，但在半导体层2包括具有第1导电类型的第1半导体部分21和与第1半导体部分21接合且具有第2导电类型的第2半导体部分22，第1半导体部分21和第2半导体部分22的接合界面配置于各区域20内的方面，与电磁波检测器100不同。
第1半导体部分21以及第2半导体部分22沿着第1面2A排列而配置。第1半导体部分21用与第2半导体部分22相反的载流子掺杂。即，第1半导体部分21和第2半导体部分22进行pn接合。第1半导体部分21、第2半导体部分22以及第1半导体部分21和第2半导体部分22的pn结界面23各自的至少一部分配置于区域20内。
构成第1半导体部分21以及第2半导体部分22的材料例如是相同的半导体材料。
如图16所示，第1半导体部分21和第2半导体部分22的pn结界面23以与二维材料层1的第1部分1a接触的方式配置。因此，在照射了电磁波时在第1半导体部分21和第2半导体部分22的pn结界面23产生的光载流子能够容易地取出到二维材料层1。进而，pn结界面23上的二维材料层1的导电率受到通过光载流子产生的pn结处的局部电场变化的影响而变化。其结果，电磁波检测器的检测灵敏度提高。
此外，构成第1半导体部分21以及第2半导体部分22的材料也可以是不同的半导体材料。在该情况下，如果电磁波检测器109还具备以存在多个共振波长的方式设置的等离子体滤波器3，则该电磁波检测器109能够检测多个并且窄的波长带的电磁波。
实施方式11所涉及的电磁波检测器109也可以除了在各贯通孔30的内部形成有连接导电体8的方面以外，具备与实施方式2～9所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器108中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式12.
如图17以及图18所示，实施方式12所涉及的电磁波检测器110具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同等的效果，但在1个二维材料层1与多个区域20各自的上述第1接触区域电连接的方面，与电磁波检测器100不同。此外，在图18中，与第1电极部5以及第2电极部6连接的电布线被省略。
1个二维材料层1例如与相邻的2个区域20各自电连接。此外，1个二维材料层1也可以与相邻的3个以上的区域20各自电连接。
另外，在图18所示的绝缘层4中，仅相对贯通孔30位于一方侧的部分台阶状地设置，但也可以绝缘层4的相对贯通孔30位于一方侧的部分以及位于另一方侧的部分都台阶状地设置。从不同的观点而言，在图18所示的二维材料层1中，相对贯通孔30位于一方侧的部分的台阶数比位于另一方侧的部分的台阶数多，但二维材料层1的相对贯通孔30位于一方侧的部分以及位于另一方侧的部分的各台阶数也可以相等。
在电磁波检测器110中，相比于电磁波检测器100，电连接有1个二维材料层1的区域20的数量更多，所以1个二维材料层1从半导体层2接受的光载流子的量变多。其结果，电磁波检测器110的灵敏度比电磁波检测器100的灵敏度高。
实施方式12所涉及的电磁波检测器110也可以除了1个二维材料层1与多个区域20各自的上述第1接触区域电连接的方面以外，具备与实施方式2～10所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器109中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式13.
如图19以及图20所示，实施方式13所涉及的电磁波检测器111具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同等的效果，但第1电极部5以及绝缘层4的结构与电磁波检测器100不同。
在电磁波检测器111中，环状地形成绝缘层4以及第1电极部5，二维材料层1的上述第1部分比绝缘层4以及第1电极部5配置于更靠内侧。
在电磁波检测器111中，相比于电磁波检测器100，经由二维材料层1从半导体层2取出的光电流增加，所以检测灵敏度更高。
此外，在图19以及图20中，二维材料层1的第3部分1c配置于第1电极部5上，但二维材料层1的第3部分1c也可以配置于比第1电极部5靠下。
<变形例>
如图21所示，在作为电磁波检测器111的变形例的电磁波检测器112中，二维材料层1与第1电极部5中的相对贯通孔30位于一方侧的第1电极部5的一部分电连接，并且与相对贯通孔30位于另一方侧的第1电极部5的其他一部分电连接。
电磁波检测器112具备与电磁波检测器111基本上同样的结构，所以能够起到与电磁波检测器111同样的效果。
此外，在电磁波检测器111以及电磁波检测器112中，第1电极部5的平面形状也可以是C字状。换言之，在俯视时，第1电极部5的端部之间也可以在贯通孔30的周向上隔开间隔配置。另外，在俯视时，第1电极部5的端部之间也可以在贯通孔30的径向上隔开间隔配置。
实施方式13所涉及的电磁波检测器111、112也可以除了环状地形成有绝缘层4以及第1电极部5的方面以外，具备与实施方式2～12所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器110中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式14.
如图22所示，实施方式14所涉及的电磁波检测器113具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在绝缘层4的厚度随着从区域20接近第1电极部5而变化的方面，与电磁波检测器100不同。
如图22所示，绝缘层4的厚度随着从区域20接近第1电极部5而变厚。绝缘层4具有相对半导体层2的第1面2A倾斜的倾斜面4C。倾斜面4C相对第1面2A所成的倾斜角度是锐角。倾斜面4C的至少一部分配置于区域20上。
二维材料层1在倾斜面4C上延伸。具体而言，二维材料层1的第2部分1b配置于倾斜面4C上。
具有倾斜面4C的绝缘层4能够通过任意的方法形成。例如，也可以通过使半导体层2倾斜而对绝缘膜进行成膜，形成具有倾斜面4C的绝缘层4。或者，也可以通过在使半导体层2倾斜的状态下对在该半导体层2上预先形成的绝缘层4进行干蚀刻，形成具有倾斜面4C的绝缘层4。
在电磁波检测器113中，在绝缘层4的厚度设置梯度，从而在对半导体层2照射了电磁波的情况下，在二维材料层1中的电场变化的程度中产生局部的变化。即，在对半导体层2照射电磁波而对二维材料层1提供电场变化时，根据绝缘层4的厚度的变化，该电场变化的程度局部地变化。由此，二维材料层1中的载流子的迁移率提高，电磁波检测器的检测灵敏度提高。
实施方式14所涉及的电磁波检测器113也可以除了绝缘层4的厚度随着从区域20接近第1电极部5而变化的方面以外，具备与实施方式2～13所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器112中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式15.
如图23所示，实施方式15所涉及的电磁波检测器114具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在半导体层2与二维材料层1之间形成有空隙V的方面，与电磁波检测器100不同。
在光闸效应中作为源极区域发挥作用的二维材料层1的第1部分1a经由连接导电体8与半导体层2的上述第1接触区域电连接。连接导电体8的厚度优选等于等离子体滤波器3的厚度与绝缘层4的厚度之和。在该情况下，二维材料层1从连接导电体8上平面状地延伸至绝缘层4上。此外，半导体层2的上述第1接触区域不与二维材料层1接触，而与连接导体8接触。
在光闸效应中作为源极区域发挥作用的二维材料层1的第2部分1b具有面对空隙V的部分和与绝缘层4相接的部分。在该情况下，在入射电磁波时在半导体层2中产生的光载流子经由绝缘层4的部分4a或者空隙V对二维材料层1的第2部分1b提供电场效应。即，在该结构中也产生光闸效应。二维材料层1和半导体层2未直接相接，所以二维材料层1的迁移率不会降低。因此，作为电磁波检测器的性能也提高。
<变形例>
如图24所示，在作为电磁波检测器114的变形例的电磁波检测器115中，半导体层2具有凸部24。凸部24配置于等离子体滤波器3的贯通孔30的内部、即区域20上。二维材料层1与凸部24接触。凸部24具有在半导体层2中与二维材料层1的第1部分接触的上述第1接触区域。凸部24的高度优选如图24所示等于等离子体滤波器3的厚度与绝缘层4的厚度之和。此外，在上述制造方法的准备半导体层2的工序中，通过用光刻以及干蚀刻等加工半导体层2，能够形成凸部24。等离子体滤波器3能够形成于形成有凸部24的半导体层2上。
在该结构中也产生光闸效应。进而，在空隙V的部分中，二维材料层1和绝缘层4未直接相接，所以二维材料层1的迁移率不会降低。因此，作为电磁波检测器的性能也提高。
实施方式15所涉及的电磁波检测器114、115也可以除了在半导体层2与二维材料层1之间形成有空隙V的方面以外，具备与实施方式2～14所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器113中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式16.
如图25所示，实施方式16所涉及的电磁波检测器116具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在还具备与二维材料层1接触的至少1个以上的接触层9的方面，与电磁波检测器100不同。
接触层9例如配置于二维材料层1上。接触层9由通过与二维材料层1接触而能够对二维材料层1供给空穴或者电子的材料构成。能够通过接触层9对二维材料层1任意地掺杂空穴或者电子。
作为接触层9，例如，能够使用被称为正型光致抗蚀剂的、含有具有苯醌二嗪农基的感光剂和酚醛清漆树脂的组成物。另外，作为构成接触层9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吸电子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供电子基的材料具有使二维材料层1的电子密度增加的效果。作为具有吸电子基的材料，例如，可以举出具有卤素、腈、羧基或者羰基等的材料。另外，作为具有供电子基的材料，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移的材料也能够用作接触层9的材料。
另外，即使在有机物、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移而产生极性的材料，就能够用作接触层9的材料。在此，在使由无机物构成的接触层9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9的功函数大于二维材料层1的功函数的情况下为p型，在接触层9的功函数小于二维材料层1的功函数的情况下为n型。相对于此，在接触层9是有机物的情况下，作为构成该接触层9的材料的有机物不具有明确的功函数。因此，关于相对二维材料层1成为n型掺杂还是成为p型掺杂，优选通过在接触层9中使用的有机物的分子的极性，判断接触层9的材料的极性基。
例如，在作为接触层9使用被称为正型光致抗蚀剂的、含有具有苯醌二嗪农基的感光剂和酚醛清漆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有抗蚀剂的区域成为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，能够降低针对二维材料层1的工艺损害以及简化工艺。
电磁波检测器116还具备与二维材料层1接触的接触层9。如上所述，通过作为接触层9的材料例如使用具有吸电子基的材料或者具有供电子基的材料，能够使二维材料层1的状态(导电类型)意图地成为n型或者p型。在该情况下，无需考虑来自第1电极部5以及半导体层2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5侧或者半导体层2侧中的某一方形成接触层9，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。
另外，也可以在二维材料层1上形成多个接触层9。接触层9的数量也可以是3个以上，能够设为任意的数量。也可以在位于第1电极部5与半导体层2之间的二维材料层1上形成多个接触层9。在该情况下，多个接触层9的材料既可以是相同的材料也可以是不同的材料。
另外，在电磁波检测器116中，接触层9的膜厚优选以在对二维材料层1照射了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9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9。关于接触层9，只要能够将分子或者电子等载流子导入到二维材料层1，则可以设为任意的结构。例如，也可以通过使二维材料层1浸渍到溶液，并以分子水平对二维材料层1供给载流子，在二维材料层1上不形成固体的接触层9，而对二维材料层1掺杂载流子。
另外，作为接触层9的材料，除了上述材料以外，也可以使用产生极性变换的材料。在该情况下，如果接触层9极性变换，则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9接触的二维材料层1的部分中产生电子或者空穴的掺杂。因此，即使去掉接触层9，与接触层9接触的二维材料层1的该部分成为原样地掺杂了电子或者空穴的状态。因此，在作为接触层9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9。在该情况下，相比于存在接触层9的情况，二维材料层1的开口部面积增加。因此，能够提高电磁波检测器的检测灵敏度。在此，极性变换是指，极性基化学上变换的现象、例如意味着吸电子基变化为供电子基或者供电子基变化为吸电子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，也可以接触层9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产生极性变换的材料选择为接触层9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9中产生极性变换，向二维材料层1掺杂。其结果，能够增大流入到二维材料层1的光电流。
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9的材料。在该情况下，能够将在氧化还原反应时产生的电子或者空穴掺杂到二维材料层1。
实施方式16所涉及的电磁波检测器116也可以除了还具备与二维材料层1接触的至少1个以上的接触层9的方面以外，具备与实施方式2～15所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器115中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式17.
实施方式17所涉及的电磁波检测器具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器基本上同样的结构，起到同样的效果，但在二维材料层1包括乱层构造部分的方面，与电磁波检测器100不同。
在本实施方式所涉及的电磁波检测器中，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。在此，乱层构造意味着层叠多个石墨烯的区域且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，既可以二维材料层1的整体是乱层构造，也可以仅一部分成为乱层构造。
作为乱层构造部分的制作方法，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。另外，也可以在石墨烯上以乙醇或者甲烷等为碳源通过CVD法使石墨烯生长来形成乱层构造部分。通过在二维材料层1使与绝缘层4的接触区域成为乱层构造，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结晶，在石墨烯上进而多次转印石墨烯的情况或者在基底的石墨烯上使用CVD法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。
乱层构造的石墨烯的层间的相互作用的影响少、且具有与单层石墨烯同等的性质。进而，二维材料层1受到成为基底的绝缘层4中的载流子散射的影响而迁移率降低。但是，关于乱层构造的石墨烯，与绝缘层4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层4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，所以导电率也提高。根据以上，在乱层构造的石墨烯中能够提高载流子的迁移率。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存在于绝缘层4上的二维材料层1的部分。例如，关于在二维材料层1中与半导体层2的接触区域、与第1电极部5的接触区域，也可以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，无需增大第1电极部5以及半导体层2和二维材料层1的接触电阻，而能够抑制对二维材料层1的绝缘层4的载流子散射的影响。
实施方式17所涉及的电磁波检测器也可以除了二维材料层1包括乱层构造部分的方面以外，具备与实施方式2～16所涉及的电磁波检测器101～电磁波检测器116中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式18.
实施方式18所涉及的电磁波检测器具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同样的效果，但在构成半导体层2、绝缘层4以及接触层9的至少任意一个的材料被确定为特性通过电磁波的照射变化而对二维材料层1提供电位的变化的材料的方面，与电磁波检测器100不同。
也可以构成半导体层2、绝缘层4以及接触层9各自的材料是特性通过电磁波的照射变化而对二维材料层1提供电位的变化的材料。另外，也可以仅构成半导体层2、绝缘层4以及接触层9中的任意者的材料是特性通过电磁波的照射变化而对二维材料层1提供电位的变化的材料。另外，也可以仅半导体层2、绝缘层4以及接触层9中的2个构成材料是特性通过电磁波的照射变化而对二维材料层1提供电位的变化的材料。
半导体层2例如通过从由半导体材料、pn结材料、金属-半导体结材料、金属-绝缘物-半导体结材料以及钙钛矿材料(结晶构造为钙钛矿构造的材料)构成的群选择的至少1个构成。
接触层9通过从由量子点、液晶材料、富勒烯以及钙钛矿材料构成的群选择的至少1个构成。
绝缘层4例如通过铁电体材料以及稀土类氧化物的至少任意一个构成。例如，在作为铁电体材料使用具有基于电磁波的极化效应(热释电效应)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。
此外，在接触层9如上所述通过对二维材料层1提供电位的变化的材料构成的情况下，接触层9不一定需要与二维材料层1直接接触。接触层9例如也可以以隔着绝缘膜与二维材料层1的上表面或者下表面上接触的方式设置。
此外，实施方式18所涉及的电磁波检测器也可以除了构成半导体层2、绝缘层4以及接触层9的至少任意一个的材料被确定为特性通过电磁波的照射变化而对二维材料层1提供电位的变化的材料的方面以外，具备与实施方式2～17所涉及的电磁波检测器中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式19.
实施方式19所涉及的电磁波检测器具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同样的效果，但在多个贯通孔30的各内周面3C的剖面形状为阶梯形状(台阶形状)的方面，与电磁波检测器100不同。在图26中，仅图示实施方式19所涉及的电磁波检测器的等离子体滤波器3的1个贯通孔30的周边构造，等离子体滤波器3的其他贯通孔30的周边构造以及其他部件的图示被省略。
如图26所示，内周面3C具有多个(例如2个)台阶面3D和多个(例如3个)平台面3E。各台阶面3D例如沿着贯通孔30的孔轴延伸。各平台面3E与贯通孔30的孔轴交叉，在俯视时具有环形形状。在俯视时，各平台面3E的中心例如相互重叠。在俯视时，各平台面3E的中心例如与贯通孔30的中心重叠。各平台面3E例如与贯通孔30的孔轴正交。各台阶面3D的尺寸例如相互相等。各平台面3E的尺寸例如相互相等。在相对各贯通孔30的中心的径向上，位于最外侧的台阶面3D(最上段的台阶面3D)的上端部与第4面3B的内周端部连接。绝缘层4以及二维材料层1配置于等离子体滤波器3的多个台阶面3D、多个平台面3E以及第4面3B上。
多个贯通孔30中的至少1个贯通孔30具有图26所示的构造即可，但例如等离子体滤波器3的多个贯通孔30各自具有图26所示的构造。
在实施方式19所涉及的电磁波检测器中，相比于电磁波检测器100，在对等离子体滤波器3照射了电磁波时在等离子体滤波器3中难以引起高次的衍射，所以能够增强透射等离子体滤波器3的电磁波的强度。
在剖面视时，各台阶面3D也可以具有正锥形形状。换言之，各台阶面3D也可以以随着远离贯通孔30的中心使从第3面3A的距离变长的方式倾斜。
实施方式19所涉及的电磁波检测器也可以除了多个贯通孔30的各内周面3C的剖面形状为阶梯形状(台阶形状)的方面以外，具备与实施方式2～18所涉及的电磁波检测器中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式20.
实施方式20所涉及的电磁波检测器具备与实施方式1所涉及的电磁波检测器100基本上同样的结构，起到同样的效果，但在等离子体滤波器3的第4面3B形成有包围1个贯通孔30的多个槽部31(沟槽)的方面，与电磁波检测器100不同。图27以及图28仅图示实施方式20所涉及的电磁波检测器的等离子体滤波器3的1个贯通孔30的周边构造，等离子体滤波器3的其他贯通孔30的周边构造以及其他部件的图示被省略。
如图27所示，在俯视时，多个(例如2个)槽部31的各中心相互重叠。在俯视时，各槽部31的中心例如与1个贯通孔30的中心重叠。从不同的观点而言，在俯视时，等离子体滤波器3的第4面3B具有所谓靶心构造。
如图28所示，第4面3B具有多个(例如3个)顶面3F、多个(例如4个)壁面3G以及多个(例如2个)底面3H。各槽部31具有2个壁面3G和1个底面3H。各槽部31的2个壁面3G在相对贯通孔30的孔轴的径向上相互对置。各壁面3G的上端部与各顶面3F的内周端部或者外周端部连接。各壁面31A的下端部与各底面3H的内周端部或者外周端部连接。各壁面3G例如沿着贯通孔30的孔轴延伸。各顶面3F以及各底面3H例如与贯通孔30的孔轴正交。在相对贯通孔30的中心的径向上位于最内侧的顶面3F的内周端部与内周面3C的上端部连接。绝缘层4以及二维材料层1配置于等离子体滤波器3的多个顶面3F、多个壁面3G以及多个底面3H上。第1电极部5例如配置于在相对贯通孔30的中心的径向上位于最外侧的顶面3F上。
在俯视时，各槽部31仅包围1个贯通孔30。在俯视时，各槽部31未包围相邻的2个贯通孔30。
多个贯通孔30中的至少1个贯通孔30具有图27以及图28所示的构造即可，但例如多个贯通孔30各自具有图27以及图28所示的构造。
在实施方式20所涉及的电磁波检测器中，在对形成有槽部31的第4面3B入射电磁波时，在等离子体滤波器3中产生传输型的表面等离子体共振。表面等离子体共振在形成有多个槽部31的第4面3B中传输而被引导到贯通孔30，所以能够增强透射等离子体滤波器3的电磁波的强度。
进而，在实施方式20所涉及的电磁波检测器中，检测波长由多个槽部31的形状(多个槽部31的周期、各槽部31的尺寸等)决定，所以相比于未形成多个槽部31的电磁波检测器100，检测波长的设定的自由度更高。
在等离子体滤波器3形成至少1个槽部31即可。槽部31的数量也可以是1个。另外，槽部31的数量也可以是3个以上。在上述径向上相邻的2个槽部31之间的间隔例如相互相等。由此，能够提高波长选择性(单色性)。另一方面，在上述径向上相邻的槽部31之间的间隔也可以相互不同。由此，透射等离子体滤波器3的电磁波的波长带变宽。
在剖面视时，各壁面3G也可以具有正锥形形状。换言之，各壁面3G也可以以随着远离贯通孔30的中心使从第3面3A的距离变长的方式倾斜。
实施方式20所涉及的电磁波检测器也可以除了在等离子体滤波器3的第4面3B形成有包围贯通孔30的至少1个槽部31的方面以外，具备与实施方式2～19所涉及的电磁波检测器中的任意电磁波检测器同样的结构。
实施方式21.
如图29所示，实施方式21所涉及的电磁波检测器阵列300是多个电磁波检测器200的集合体。各电磁波检测器200是实施方式1～实施方式20所涉及的电磁波检测器100～116中的任意电磁波检测器。
在图29所示的电磁波检测器阵列300中，二维地周期性地排列有多个电磁波检测器200。此外，也可以一维地周期性地排列多个电磁波检测器200。另外，多个电磁波检测器200的配置也可以并非周期性而以不同的间隔配置。
在图29所示的电磁波检测器阵列300中，2×2的矩阵状地配置有电磁波检测器200。但是，配置的电磁波检测器200的数量不限于此。例如，也可以3以上×3以上的矩阵状地配置多个电磁波检测器200。
另外，在阵列状地配置有多个电磁波检测器200的电磁波检测器阵列中，只要各电磁波检测器200的二维材料层1相互分离，则第2电极部6也可以成设共同电极。在第2电极部6为共同电极的电磁波检测器阵列中，相比于各电磁波检测器200的第2电极部6相互独立的电磁波检测器阵列，能够减少像素的布线，分辨率变高。
此外，也可以为了将各电磁波检测器200彼此分离，形成半导体层2沟槽构造等电流切断构造。
电磁波检测器阵列300还能够通过阵列状地排列多个电磁波检测器200而用作图像传感器。各电磁波检测器200的检测波长既可以相互相同，但也可以相互不同。
另外，电磁波检测器阵列300也可以包括构成为读出来自各电磁波检测器200的信号的读出电路。各电磁波检测器200也可以配置于读出电路上。读出电路的读出形式例如是CTAI(Capacitive Transimpedance Amplifier，电容反馈跨阻放大器)型。读出电路也可以是其他读出形式。
另外，电磁波检测器阵列300也可以包括将各电磁波检测器200的第1电极部5和读出电路电连接的凸块。各电磁波检测器200和读出电路通过凸块连接的构造被称为混合结。混合结在量子型红外线传感器中为一般的构造。在该情况下，各电磁波检测器200例如还具备与第1电极部5电连接的焊盘，各凸块与该焊盘电连接。凸块的材料例如是铟(Ib)等导电性材料。焊盘的材料是铝硅(Al-Si)系合金、镍(Ni)、金(Au)等导电性材料。
<变形例>
图30所示的电磁波检测器阵列301具备与电磁波检测器阵列300基本上同样的结构，起到同样的效果，但在作为多个电磁波检测器具备种类不同的电磁波检测器200、201、202、203方面，与电磁波检测器阵列300不同。各电磁波检测器200、201、202、203是实施方式1～实施方式20所涉及的电磁波检测器100～116中的任意电磁波检测器。
在电磁波检测器阵列301中，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30中，2×2的矩阵状地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。
在电磁波检测器阵列301中，通过一维或者二维的阵列状地配置实施方式1～20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，也可以作为电磁波检测器200、201、202、203，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1～20中的任意实施方式所涉及的电磁波检测器准备具有分别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个以上的不同的波长的电磁波。
通过这样阵列状地配置具有不同的检测波长的电磁波检测器200、201、202、203，与在可见光域中使用的影像传感器同样地，例如能够在紫外光、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，例如能够得到将波长的相异表示为颜色的相异的彩色化的图像。
另外，各电磁波检测器200、201、202、203的各半导体层2也可以通过检测波长不同的材料构成。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，在夜间能够将电磁波检测器还用作红外线照相机。由此，无需根据电磁波的检测波长来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，例如能够将该电磁波检测器用作即便是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。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影像传感器等中必要的滤色片，而能够检测多个波长的电磁波，得到彩色图像。
进而，通过使检测的偏振不同的电磁波检测器200、201、202、203阵列化，也能够形成偏振识别影像传感器。例如，通过将探测的偏振角度为0°、90°、45°、135°的4个像素作为一个单位并将该一个单位的电磁波检测器配置多个，能够进行偏振成像。通过偏振识别影像传感器，例如，能够实现人造物和自然物的识别、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。
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 (26)

1.一种电磁波检测器，具备：
至少1个光电变换元件；以及
等离子体滤波器，以与所述至少1个光电变换元件对置的方式配置，
在所述等离子体滤波器周期性地形成有多个贯通孔，
所述至少1个光电变换元件具备：
半导体层，具有在俯视时与所述多个贯通孔中的至少1个贯通孔重叠的区域；
绝缘层，以覆盖所述区域的一部分的方式形成；
二维材料层，配置于所述区域的其他一部分以及所述绝缘层上并且与所述区域的所述其他一部分电连接；
第1电极部，与所述二维材料层电连接；以及
第2电极部，与所述半导体层电连接。
2.根据权利要求1所述的电磁波检测器，其中，
在所述至少1个光电变换元件中，
所述半导体层具有在俯视时与所述多个贯通孔中的2个以上的贯通孔各自重叠的多个区域，
所述二维材料层与所述多个区域各自的所述其他一部分电连接。
3.根据权利要求1或者2所述的电磁波检测器，其中，
所述等离子体滤波器相对所述半导体层配置于与所述绝缘层、所述二维材料层以及所述第1电极部相同的一侧，
所述绝缘层从所述区域的一部分上延伸至所述等离子体滤波器的一部分上，
所述二维材料层从所述区域的所述其他一部分延伸至配置于所述等离子体滤波器上的所述绝缘层上，
所述第1电极部配置于在所述等离子体滤波器上配置的所述绝缘层上。
4.根据权利要求1或者2所述的电磁波检测器，其中，
所述等离子体滤波器相对所述半导体层配置于与所述绝缘层、所述二维材料层以及所述第1电极部相反的一侧。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
构成所述等离子体滤波器的表面的至少一部分的材料是在入射了电磁波时产生表面等离子体共振的材料。
6.根据权利要求5所述的电磁波检测器，其中，
所述等离子体滤波器包括芯材料和配置于所述芯材料的表面的至少一部分上的包覆材料，
构成所述包覆材料的材料是在入射了电磁波时产生表面等离子体共振的材料。
7.根据权利要求5所述的电磁波检测器，其中，
所述等离子体滤波器包括沿着所述多个贯通孔各自的孔轴方向层叠的第1部件和第2部件，
构成所述第1部件的材料是在入射了电磁波时产生表面等离子体共振的材料，
构成所述第2部件的材料是电介体。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
在所述等离子体滤波器中表面等离子体被激励的波长带比所述半导体层具有灵敏度的波长带窄。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述多个贯通孔沿着至少一个方向周期性地排列。
10.根据权利要求9所述的电磁波检测器，其中，
所述半导体层对检测波长具有灵敏度，
所述多个贯通孔的周期与所述检测波长相等。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述多个贯通孔的各内周面相对所述多个贯通孔的各孔轴倾斜。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述多个贯通孔的各内周面的剖面形状是阶梯形状。
13.根据权利要求1～12中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
在俯视时，在所述等离子体滤波器的所述表面形成有包围所述多个贯通孔的1个贯通孔的至少1个槽部。
14.根据权利要求1～13中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述二维材料层的端部配置于所述区域上。
15.根据权利要求1～14中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
还具备配置于所述半导体层的所述区域与所述二维材料层之间的缓冲层。
16.根据权利要求15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半导体层之间形成隧穿电流的厚度。
17.根据权利要求1～14中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
还具备将所述半导体层的所述区域和所述二维材料层电连接的连接导电体。
18.根据权利要求1～17中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述半导体层包括：
第1半导体部分，具有第1导电类型；以及
第2半导体部分，与所述第1半导体部分接合，具有第2导电类型，
所述第1半导体部分和所述第2半导体部分的接合界面配置于所述区域内。
19.根据权利要求18所述的电磁波检测器，其中，
所述第1半导体部分的吸收波长与所述第2半导体部分的吸收波长不同。
20.根据权利要求1～19中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
在俯视时，所述第1电极部环状地形成，并且所述区域比所述第1电极部配置于更靠内侧。
21.根据权利要求1～20中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
所述绝缘层的厚度随着从所述区域接近所述第1电极部而变化。
22.根据权利要求1～21中的任意一项所述的电磁波检测器，其中，
在所述半导体层与所述二维材料层之间形成有空隙。
23.根据权利要求1～22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接触层。
24.根据权利要求1～23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过渡金属二硫属化物、石墨烯、黑磷、硅烯、锗烯、石墨烯纳米带以及硼烯构成的群组选择的任意材料。
25.根据权利要求1～24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，
所述乱层构造部分至少配置于所述绝缘层上。
26.一种电磁波检测器阵列，其中，
具备多个权利要求1～25中的任意一项所述的电磁波检测器，
多个所述电磁波检测器沿着第1方向以及第2方向的至少任意一个排列而配置。
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