JP2001119041A - ミリ波・遠赤外光検出器 - Google Patents
ミリ波・遠赤外光検出器Info
- Publication number
- JP2001119041A JP2001119041A JP33419699A JP33419699A JP2001119041A JP 2001119041 A JP2001119041 A JP 2001119041A JP 33419699 A JP33419699 A JP 33419699A JP 33419699 A JP33419699 A JP 33419699A JP 2001119041 A JP2001119041 A JP 2001119041A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- far
- millimeter
- quantum dot
- infrared light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 282
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 50
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 51
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 44
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 44
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 43
- 230000005281 excited state Effects 0.000 claims description 24
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 23
- 238000005421 electrostatic potential Methods 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 13
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 230000005283 ground state Effects 0.000 claims description 6
- 230000005476 size effect Effects 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003362 semiconductor superlattice Substances 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 claims description 3
- 239000003574 free electron Substances 0.000 claims description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 20
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 2
- 101100043943 Arabidopsis thaliana SUVR5 gene Proteins 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 101150009826 set6 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
- H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02325—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements not being integrated nor being directly associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 桁違いに感度が優れ、かつ、応答速度の早い
ミリ波・遠赤外光検出器を提供する。 【解決手段】 入射するミリ波・遠赤外光を検出器のア
ンテナに導くためのミリ波・遠赤外光導入部１と、半導
体量子ドットを貫く電流を制御する単一電子トランジス
タが形成されている半導体基板４と、単一電子トランジ
スタに形成されたサブミクロンサイズの微小空間領域で
ある半導体量子ドットにミリ波・遠赤外光を集中するボ
ータイ・アンテナ６とを備える。２次元電子系を形成す
る量子ドットが能率良く集中した電磁波を吸収し、生じ
た励起状態を１０ｎ秒以上保持し、単一光子の吸収に対
して１００万個以上の電子を移送可能にする。
ミリ波・遠赤外光検出器を提供する。 【解決手段】 入射するミリ波・遠赤外光を検出器のア
ンテナに導くためのミリ波・遠赤外光導入部１と、半導
体量子ドットを貫く電流を制御する単一電子トランジス
タが形成されている半導体基板４と、単一電子トランジ
スタに形成されたサブミクロンサイズの微小空間領域で
ある半導体量子ドットにミリ波・遠赤外光を集中するボ
ータイ・アンテナ６とを備える。２次元電子系を形成す
る量子ドットが能率良く集中した電磁波を吸収し、生じ
た励起状態を１０ｎ秒以上保持し、単一光子の吸収に対
して１００万個以上の電子を移送可能にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ミリ波・遠赤外
光計測器に利用し、特に半導体量子ドットを制御してミ
リ波・遠赤外領域のビデオ信号を検出するためのミリ波
・遠赤外光検出器に関するものである。
光計測器に利用し、特に半導体量子ドットを制御してミ
リ波・遠赤外領域のビデオ信号を検出するためのミリ波
・遠赤外光検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電磁波の検出器には位相敏感検
波を行う周波数混合器（ミキサー）と、非干渉性の検波
を行うビデオ信号検出器とがあるが、微弱光の検出には
後者のビデオ信号検出器の方が感度が優れている。
波を行う周波数混合器（ミキサー）と、非干渉性の検波
を行うビデオ信号検出器とがあるが、微弱光の検出には
後者のビデオ信号検出器の方が感度が優れている。
【０００３】ミリ波・遠赤外領域での従来のビデオ検出
器の中で、最も感度が優れているのは、波長範囲が０．
１ｍｍ〜１ｍｍの０．３Ｋ以下の極低温で用いるゲルマ
ニウム複合ボロメーターと、波長範囲が０．０６ｍｍ〜
０．１ｍｍの２Ｋ程度の低温で用いるドープしたゲルマ
ニウムによる光伝導検出器である。
器の中で、最も感度が優れているのは、波長範囲が０．
１ｍｍ〜１ｍｍの０．３Ｋ以下の極低温で用いるゲルマ
ニウム複合ボロメーターと、波長範囲が０．０６ｍｍ〜
０．１ｍｍの２Ｋ程度の低温で用いるドープしたゲルマ
ニウムによる光伝導検出器である。
【０００４】その雑音等価出力（Ｎｏｉｓｅ Ｅｑｕｉ
ｖａｌｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ、以下「ＮＥＰ」と記す）は
１０-16 ＷＨｚ-1/2から１０-18 ＷＨｚ-1/2に達する。
電磁波のエネルギー量子、すなわち光量子で見た場合、
この感度は、１秒間の測定時間を考えたときに、百万個
程度以上の光子束が検出器に入射しない限り雑音以上の
信号として検出できないことを意味する。
ｖａｌｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ、以下「ＮＥＰ」と記す）は
１０-16 ＷＨｚ-1/2から１０-18 ＷＨｚ-1/2に達する。
電磁波のエネルギー量子、すなわち光量子で見た場合、
この感度は、１秒間の測定時間を考えたときに、百万個
程度以上の光子束が検出器に入射しない限り雑音以上の
信号として検出できないことを意味する。
【０００５】さらに、このような検出器では応答速度が
１００ｍ秒程度と極めて遅い。応答速度の速い検出器と
して、超伝導ボロメーター、超伝導トンネル接合、半導
体（ＩｎＳｂ）中ホットエレクトロン等が利用されてい
るが、感度はゲルマニウム複合ボロメーターに比べて劣
る。
１００ｍ秒程度と極めて遅い。応答速度の速い検出器と
して、超伝導ボロメーター、超伝導トンネル接合、半導
体（ＩｎＳｂ）中ホットエレクトロン等が利用されてい
るが、感度はゲルマニウム複合ボロメーターに比べて劣
る。
【０００６】上述した検出器とは別に、通常の単一電子
トランジスタにマイクロ波を照射すると光子補助トンネ
ル効果（ｐｈｏｔｏｎ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｔｕｎｎｅ
ｌｉｎｇ）による信号が得られることが知られている
が、この効果では、電磁波光子一つの吸収によって電子
が一つしか電極間を移動しないため、検出器としての感
度は低い。
トランジスタにマイクロ波を照射すると光子補助トンネ
ル効果（ｐｈｏｔｏｎ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｔｕｎｎｅ
ｌｉｎｇ）による信号が得られることが知られている
が、この効果では、電磁波光子一つの吸収によって電子
が一つしか電極間を移動しないため、検出器としての感
度は低い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の検
出器には感度及び応答速度の優れたものが存在しなかっ
た。その理由は、いずれの検出器も伝導電子が連続的エ
ネルギー準位帯構造の中にあるために電磁波によって励
起された状態の寿命が短いこと、また検出器中の全電子
による平均伝導度の変化によって電磁波を検出するた
め、少数の電子の励起による効果が圧倒的多数の他の電
子によって薄められてしまい効率が低いこと、さらに光
子補助トンネル効果のように電磁波光子一つの吸収によ
って電子が一つしか電極間を移動しないためであった。
出器には感度及び応答速度の優れたものが存在しなかっ
た。その理由は、いずれの検出器も伝導電子が連続的エ
ネルギー準位帯構造の中にあるために電磁波によって励
起された状態の寿命が短いこと、また検出器中の全電子
による平均伝導度の変化によって電磁波を検出するた
め、少数の電子の励起による効果が圧倒的多数の他の電
子によって薄められてしまい効率が低いこと、さらに光
子補助トンネル効果のように電磁波光子一つの吸収によ
って電子が一つしか電極間を移動しないためであった。
【０００８】そこで、この発明は、上述したすべての機
構とは全く異なる機構に基づき従来の検出器に関わる解
決すべき課題を根本的に除去することにより、桁違いに
感度が優れ、かつ、応答速度の早いミリ波・遠赤外光検
出器を提供することを目的としている。
構とは全く異なる機構に基づき従来の検出器に関わる解
決すべき課題を根本的に除去することにより、桁違いに
感度が優れ、かつ、応答速度の早いミリ波・遠赤外光検
出器を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のミリ波・遠赤外光検出器のうち請求項１
記載の発明は、電磁波をサブミクロンサイズの微少空間
領域に集中する電磁波結合手段と、集中した電磁波を吸
収して電子準位間に励起状態を生ずる量子ドットと、半
導体量子ドットを含んだ単一電子トランジスタとを備え
る構成とした。また請求項２記載の発明は上記構成に加
え、量子ドットの励起状態に基づき単一電子トランジス
タの伝導度が変化した状態を保持することを特徴とす
る。さらに請求項３記載の発明は、量子ドットの励起状
態から基底状態に戻るまでの寿命が１０ナノ秒〜１００
０秒であることを特徴とする。
に、この発明のミリ波・遠赤外光検出器のうち請求項１
記載の発明は、電磁波をサブミクロンサイズの微少空間
領域に集中する電磁波結合手段と、集中した電磁波を吸
収して電子準位間に励起状態を生ずる量子ドットと、半
導体量子ドットを含んだ単一電子トランジスタとを備え
る構成とした。また請求項２記載の発明は上記構成に加
え、量子ドットの励起状態に基づき単一電子トランジス
タの伝導度が変化した状態を保持することを特徴とす
る。さらに請求項３記載の発明は、量子ドットの励起状
態から基底状態に戻るまでの寿命が１０ナノ秒〜１００
０秒であることを特徴とする。
【００１０】請求項４記載の発明は、電子準位間のエネ
ルギー間隔が量子ドットの大きさ変化、外部磁場及びバ
イアス電圧のいずれか、或いはこれらの組み合わせによ
って制御可能であることを特徴とする。請求項５記載の
発明は、励起状態が量子ドットのサイズ効果に基づく電
子の共鳴励起、磁場印加に基づくランダウ準位間の電子
の共鳴励起及びスピン状態による磁気的エネルギー分離
に基づくスピン状態間の励起のいずれか、或いはこれら
の組み合わせであることを特徴とする。また請求項６記
載の発明は、電磁波結合手段が量子ドットと電磁波とを
電気的な結合をする標準的ボータイ・アンテナであるこ
とを特徴とする。
ルギー間隔が量子ドットの大きさ変化、外部磁場及びバ
イアス電圧のいずれか、或いはこれらの組み合わせによ
って制御可能であることを特徴とする。請求項５記載の
発明は、励起状態が量子ドットのサイズ効果に基づく電
子の共鳴励起、磁場印加に基づくランダウ準位間の電子
の共鳴励起及びスピン状態による磁気的エネルギー分離
に基づくスピン状態間の励起のいずれか、或いはこれら
の組み合わせであることを特徴とする。また請求項６記
載の発明は、電磁波結合手段が量子ドットと電磁波とを
電気的な結合をする標準的ボータイ・アンテナであるこ
とを特徴とする。
【００１１】また、請求項７記載の発明は、電磁波結合
手段が量子ドットと電磁波とを磁気的な結合をする、結
節点を短絡した変則的ボータイ・アンテナであることを
特徴とする。請求項８記載の発明は電磁波結合手段の結
節点の短絡の有無と量子ドットの大きさとを、印加する
磁場と前記電磁波の波長とに基づいて決定したことを特
徴とするものである。請求項９記載の発明は、電磁波結
合手段が単一電子トランジスタのゲート電極を兼ねてい
ることを特徴とする。
手段が量子ドットと電磁波とを磁気的な結合をする、結
節点を短絡した変則的ボータイ・アンテナであることを
特徴とする。請求項８記載の発明は電磁波結合手段の結
節点の短絡の有無と量子ドットの大きさとを、印加する
磁場と前記電磁波の波長とに基づいて決定したことを特
徴とするものである。請求項９記載の発明は、電磁波結
合手段が単一電子トランジスタのゲート電極を兼ねてい
ることを特徴とする。
【００１２】請求項１０記載の発明は、電磁波をサブミ
クロンサイズの微小空間領域に集中する電磁波結合手段
と、電磁波結合手段に集中した電磁波を吸収してイオン
化を起こす第１の量子ドットと、第１の量子ドットに静
電的に結合した第２の量子ドットを含む単一電子トラン
ジスタとを備え、第１の量子ドットのイオン化に伴う第
２の量子ドットの静電的状態の変化によって単一電子ト
ランジスタの電気伝導度が変化することに基づいて電磁
波を検出する構成とした。請求項１１記載の発明は、上
記構成に加え、第１の量子ドットのイオン化が、第１の
量子ドットの量子化束縛状態の電子を、第１の量子ドッ
ト外部の電子系の自由電子状態に励起することによって
生ずることを特徴とする。
クロンサイズの微小空間領域に集中する電磁波結合手段
と、電磁波結合手段に集中した電磁波を吸収してイオン
化を起こす第１の量子ドットと、第１の量子ドットに静
電的に結合した第２の量子ドットを含む単一電子トラン
ジスタとを備え、第１の量子ドットのイオン化に伴う第
２の量子ドットの静電的状態の変化によって単一電子ト
ランジスタの電気伝導度が変化することに基づいて電磁
波を検出する構成とした。請求項１１記載の発明は、上
記構成に加え、第１の量子ドットのイオン化が、第１の
量子ドットの量子化束縛状態の電子を、第１の量子ドッ
ト外部の電子系の自由電子状態に励起することによって
生ずることを特徴とする。
【００１３】請求項１２記載の発明は、第１の量子ドッ
トのイオン化エネルギーが、第１の量子ドットのゲート
に印加するバイアス電圧の大きさによって制御可能であ
ることを特徴とするものである。また、請求項１３記載
の発明は、第１の量子ドットのイオン化状態から中性状
態に戻るまでの寿命が１マイクロ秒〜１０００秒である
ことを特徴とするものである。請求項１４記載の発明
は、第１の量子ドット及び第２の量子ドットが、同一の
半導体構造上にあって、それぞれに印加するバイアス電
圧によって静電的に分離して形成されたことを特徴とす
る。
トのイオン化エネルギーが、第１の量子ドットのゲート
に印加するバイアス電圧の大きさによって制御可能であ
ることを特徴とするものである。また、請求項１３記載
の発明は、第１の量子ドットのイオン化状態から中性状
態に戻るまでの寿命が１マイクロ秒〜１０００秒である
ことを特徴とするものである。請求項１４記載の発明
は、第１の量子ドット及び第２の量子ドットが、同一の
半導体構造上にあって、それぞれに印加するバイアス電
圧によって静電的に分離して形成されたことを特徴とす
る。
【００１４】請求項１５記載の発明は、第１の量子ドッ
トと第２の量子ドットとを半導体中にあって間隙を介し
て隣接して形成したことを特徴とする。請求項１６記載
の発明は、第２の量子ドットが第１の量子ドットの上に
形成した金属ドットであって、金属ドットに形成した金
属リード線とトンネル接合して単一電子トランジスタを
形成したことを特徴とする。さらに請求項１７記載の発
明は、第２の量子ドットがアルミニウム金属ドットであ
り、トンネル接合する部分を酸化アルミニウムで形成し
たことを特徴とするものである。
トと第２の量子ドットとを半導体中にあって間隙を介し
て隣接して形成したことを特徴とする。請求項１６記載
の発明は、第２の量子ドットが第１の量子ドットの上に
形成した金属ドットであって、金属ドットに形成した金
属リード線とトンネル接合して単一電子トランジスタを
形成したことを特徴とする。さらに請求項１７記載の発
明は、第２の量子ドットがアルミニウム金属ドットであ
り、トンネル接合する部分を酸化アルミニウムで形成し
たことを特徴とするものである。
【００１５】請求項１８記載の発明は、電磁波結合手段
が、第１の量子ドットと電磁波とを電気的に結合する標
準的双極子アンテナであることを特徴とする。請求項１
９記載の発明は、電磁波結合手段が、第１の量子ドット
及び第２の量子ドットを形成するバイアス電圧印加のた
めのゲートを兼ねていることを特徴とする。また請求項
２０記載の発明は、電磁波結合手段のリード部分の長さ
方向を、電磁波結合手段の分極軸方向に垂直に形成して
いることを特徴とする。
が、第１の量子ドットと電磁波とを電気的に結合する標
準的双極子アンテナであることを特徴とする。請求項１
９記載の発明は、電磁波結合手段が、第１の量子ドット
及び第２の量子ドットを形成するバイアス電圧印加のた
めのゲートを兼ねていることを特徴とする。また請求項
２０記載の発明は、電磁波結合手段のリード部分の長さ
方向を、電磁波結合手段の分極軸方向に垂直に形成して
いることを特徴とする。
【００１６】請求項２１記載の発明は、電磁波結合手段
の結節点の大きさと量子ドットの最大の大きさとが同程
度であることを特徴とする。請求項２２記載の発明は、
電磁波結合手段の電極差し渡し長さが電磁波の波長の約
１／２であることを特徴とする。請求項２３記載の発明
は、単一電子トランジスタが２次元電子系を形成する単
一ヘテロ構造を有し、量子ドットを単一電子トランジス
タのゲート電極により２次元電子ガスを電気的に閉じこ
めて形成したことを特徴とする。また請求項２４記載の
発明は、単一電子トランジスタが、２次元電子系を形成
する単一へテロ構造と、２次元電子系内にトンネル結合
する量子ドットの静電ポテンシャルを制御するゲート電
極と、量子ドットとトンネル結合するソース領域及びド
レイン領域を形成するソース電極及びドレイン電極とを
有していることを特徴とする。
の結節点の大きさと量子ドットの最大の大きさとが同程
度であることを特徴とする。請求項２２記載の発明は、
電磁波結合手段の電極差し渡し長さが電磁波の波長の約
１／２であることを特徴とする。請求項２３記載の発明
は、単一電子トランジスタが２次元電子系を形成する単
一ヘテロ構造を有し、量子ドットを単一電子トランジス
タのゲート電極により２次元電子ガスを電気的に閉じこ
めて形成したことを特徴とする。また請求項２４記載の
発明は、単一電子トランジスタが、２次元電子系を形成
する単一へテロ構造と、２次元電子系内にトンネル結合
する量子ドットの静電ポテンシャルを制御するゲート電
極と、量子ドットとトンネル結合するソース領域及びド
レイン領域を形成するソース電極及びドレイン電極とを
有していることを特徴とする。
【００１７】請求項２５記載の発明は、単一電子トラン
ジスタが、ソース・ドレイン電流を制御するゲート電極
と、量子ドットを形成するためのゲート電極とを有して
いることを特徴とする。また、請求項２６記載の発明
は、単一電子トランジスタのソース電極とドレイン電極
との距離が、電磁波結合手段の分極軸方向の長さ以上で
あることを特徴とする。請求項２７記載の発明は、単一
電子トランジスタが化合物半導体であることを特徴とす
る。さらに、請求項２８記載の発明は、単一電子トラン
ジスタがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴と
する。
ジスタが、ソース・ドレイン電流を制御するゲート電極
と、量子ドットを形成するためのゲート電極とを有して
いることを特徴とする。また、請求項２６記載の発明
は、単一電子トランジスタのソース電極とドレイン電極
との距離が、電磁波結合手段の分極軸方向の長さ以上で
あることを特徴とする。請求項２７記載の発明は、単一
電子トランジスタが化合物半導体であることを特徴とす
る。さらに、請求項２８記載の発明は、単一電子トラン
ジスタがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴と
する。
【００１８】請求項２９記載の発明は、単一電子トラン
ジスタが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体超格子の選択ドー
プ単一ヘテロ構造を有していることを特徴とする。また
請求項３０記載の発明は、単一電子トランジスタが、ア
ルミニウム・ガリウム砒素／ガリウム砒素の選択ドープ
単一ヘテロ構造を有していることを特徴とする。請求項
３１記載の発明は、単一電子トランジスタが、ＩＶ族半
導体であることを特徴とする。請求項３２記載の発明
は、単一電子トランジスタを量子ドットに対して対称に
形成していることを特徴とする。さらに、請求項３３記
載の発明は、上記構成に加え、電磁波結合手段に電磁波
を導く光導入部を備えたことを特徴とする。
ジスタが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体超格子の選択ドー
プ単一ヘテロ構造を有していることを特徴とする。また
請求項３０記載の発明は、単一電子トランジスタが、ア
ルミニウム・ガリウム砒素／ガリウム砒素の選択ドープ
単一ヘテロ構造を有していることを特徴とする。請求項
３１記載の発明は、単一電子トランジスタが、ＩＶ族半
導体であることを特徴とする。請求項３２記載の発明
は、単一電子トランジスタを量子ドットに対して対称に
形成していることを特徴とする。さらに、請求項３３記
載の発明は、上記構成に加え、電磁波結合手段に電磁波
を導く光導入部を備えたことを特徴とする。
【００１９】このような構成により、本発明のミリ波・
遠赤外光検出器は、検出しようとする電磁波を電磁波結
合手段で量子ドットに能率良く集中し、この電磁波を吸
収して生じた量子ドット内の電子準位間の共鳴励起を単
一電子トランジスタの増幅作用を通して検出する。電磁
波検出手段が標準的ボータイ・アンテナでは量子ドット
中に電気的な遷移による励起を引き起こし、変則的ボー
タイ・アンテナでは量子ドット中に磁気的な励起を引き
起こす。
遠赤外光検出器は、検出しようとする電磁波を電磁波結
合手段で量子ドットに能率良く集中し、この電磁波を吸
収して生じた量子ドット内の電子準位間の共鳴励起を単
一電子トランジスタの増幅作用を通して検出する。電磁
波検出手段が標準的ボータイ・アンテナでは量子ドット
中に電気的な遷移による励起を引き起こし、変則的ボー
タイ・アンテナでは量子ドット中に磁気的な励起を引き
起こす。
【００２０】また単一電子トランジスタの量子ドットが
アルミニウム・ガリウム砒素／ガリウム砒素の選択ドー
プ単一ヘテロ構造結晶の場合、２次元電子系の有効直径
が、０．０２μｍ〜０．６μｍの微小ドットである。単
一電子トランジスタが電磁波結合手段をゲート電極とし
て兼用することにより、量子ドットを外部の２次元電子
系に弱くトンネル結合して形成する。
アルミニウム・ガリウム砒素／ガリウム砒素の選択ドー
プ単一ヘテロ構造結晶の場合、２次元電子系の有効直径
が、０．０２μｍ〜０．６μｍの微小ドットである。単
一電子トランジスタが電磁波結合手段をゲート電極とし
て兼用することにより、量子ドットを外部の２次元電子
系に弱くトンネル結合して形成する。
【００２１】このように、本発明によれば、電磁波の波
長に比べて百分の一以下のサイズの量子ドットに、能率
良く電磁波のエネルギー集中して吸収させたうえ、生じ
る励起状態を１０ｎ秒以上保持できる。
長に比べて百分の一以下のサイズの量子ドットに、能率
良く電磁波のエネルギー集中して吸収させたうえ、生じ
る励起状態を１０ｎ秒以上保持できる。
【００２２】その結果、一つの電磁波光子の吸収によっ
て生じた伝導度の変化が１０ｎ秒以上保たれる。単一電
子トランジスタ動作の時定数は現実には使用する増幅器
による制約を受けるが、ヘリウム温度に冷却したＨＥＭ
Ｔ増幅器とＬＣのタンク回路とを組み合わせて電流増幅
回路を構成することにより、時定数３ｎ秒にて伝導度変
化を測定することができる。したがって、現実の条件下
において、単一光子の検出を行うことができる。
て生じた伝導度の変化が１０ｎ秒以上保たれる。単一電
子トランジスタ動作の時定数は現実には使用する増幅器
による制約を受けるが、ヘリウム温度に冷却したＨＥＭ
Ｔ増幅器とＬＣのタンク回路とを組み合わせて電流増幅
回路を構成することにより、時定数３ｎ秒にて伝導度変
化を測定することができる。したがって、現実の条件下
において、単一光子の検出を行うことができる。
【００２３】また電磁波を吸収する第１の量子ドット
と、それを検出する伝導性の第２の量子ドットを分離し
ている場合は、電磁波吸収によって励起される正孔と電
子とがそれぞれ第１の量子ドットの内部と外部とに分離
して生ずるため、磁場を印加することなく極めて長時間
の励起状態、すなわちイオン化寿命を実現できる。した
がって、磁場印加なしに感度をより向上させることがで
き、また単一光子検出を容易に行うことができる。
と、それを検出する伝導性の第２の量子ドットを分離し
ている場合は、電磁波吸収によって励起される正孔と電
子とがそれぞれ第１の量子ドットの内部と外部とに分離
して生ずるため、磁場を印加することなく極めて長時間
の励起状態、すなわちイオン化寿命を実現できる。した
がって、磁場印加なしに感度をより向上させることがで
き、また単一光子検出を容易に行うことができる。
【００２４】さらに、第１の量子ドットを形成する電子
系では離散準位から連続帯準位への励起を利用するため
閾値、すなわちイオン化エネルギー以上のエネルギーを
持つ連続的な波長帯域で良好な検出感度を有する。また
検出の閾値波長、すなわちイオン化エネルギーがゲート
電圧によるポテンシャル障壁高さの調節を通して直接的
に制御可能である。さらに第２の量子ドットを微小にす
ることによって動作温度を最高２Ｋまで上昇させること
ができる。
系では離散準位から連続帯準位への励起を利用するため
閾値、すなわちイオン化エネルギー以上のエネルギーを
持つ連続的な波長帯域で良好な検出感度を有する。また
検出の閾値波長、すなわちイオン化エネルギーがゲート
電圧によるポテンシャル障壁高さの調節を通して直接的
に制御可能である。さらに第２の量子ドットを微小にす
ることによって動作温度を最高２Ｋまで上昇させること
ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】この発明のミリ波・遠赤外光検出
器は、半導体量子ドットによる単一電子トランジスタ
（以下、「ＳＥＴ」と記す。）を用いる。ＳＥＴは、例
えば２次元電子ガスを形成する半導体超格子の単一ヘテ
ロ構造を有し、ソース電極及びドレイン電極により、ソ
ース領域とドレイン領域に弱くトンネル結合した非常に
小さな孤立した伝導性領域のドットと、そのドットの静
電ポテンシャルを制御する制御ゲート電極とで形成され
る。なお、ＳＥＴは化合物半導体、特にＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体超格子の選択ド
ープ単一ヘテロ構造を有しているものでも良い。さらに
複数の量子ドットを有するミリ波・遠赤外光検出器の場
合、ＩＶ族半導体でもよい。
器は、半導体量子ドットによる単一電子トランジスタ
（以下、「ＳＥＴ」と記す。）を用いる。ＳＥＴは、例
えば２次元電子ガスを形成する半導体超格子の単一ヘテ
ロ構造を有し、ソース電極及びドレイン電極により、ソ
ース領域とドレイン領域に弱くトンネル結合した非常に
小さな孤立した伝導性領域のドットと、そのドットの静
電ポテンシャルを制御する制御ゲート電極とで形成され
る。なお、ＳＥＴは化合物半導体、特にＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体超格子の選択ド
ープ単一ヘテロ構造を有しているものでも良い。さらに
複数の量子ドットを有するミリ波・遠赤外光検出器の場
合、ＩＶ族半導体でもよい。
【００２６】制御ゲート電極のバイアス電圧を変化させ
るとドット中の伝導電子の電気化学ポテンシャルが変化
し、それがソース及びドレイン電極のフェルミエネルギ
ーに等しくなる条件下でのみソース・ドレイン電流ＩSD
が流れる。ＳＥＴのこの導通状態での伝導度、Ｇ＝ＩSD
／ＶSDは概ね［２００〜４００ｋΩ］-1となる。但し、
ＶSDはソース・ドレイン電圧であり、本発明で使用する
ＳＥＴでは１００μＶ以下にしなければならない。
るとドット中の伝導電子の電気化学ポテンシャルが変化
し、それがソース及びドレイン電極のフェルミエネルギ
ーに等しくなる条件下でのみソース・ドレイン電流ＩSD
が流れる。ＳＥＴのこの導通状態での伝導度、Ｇ＝ＩSD
／ＶSDは概ね［２００〜４００ｋΩ］-1となる。但し、
ＶSDはソース・ドレイン電圧であり、本発明で使用する
ＳＥＴでは１００μＶ以下にしなければならない。
【００２７】伝導性ドットとして、有効的な大きさが直
径０．０２μｍから０．６μｍの半導体量子ドットを用
いると、その内部の電子系のエネルギー準位はサイズ効
果又は外部から印加する磁場に応じて量子化され、その
エネルギー間隔がミリ波・遠赤外光領域の光量子に対応
する。そのエネルギー間隔は、量子ドットのサイズ変化
や外部磁場、バイアス電圧の印加によって制御可能であ
る。したがって、ミリ波・遠赤外光を照射することによ
って量子ドット内部で電子を共鳴的に励起することがで
きる。但し、励起される状態は、後述するように励起方
法及び磁場印加の有無によって異なる。
径０．０２μｍから０．６μｍの半導体量子ドットを用
いると、その内部の電子系のエネルギー準位はサイズ効
果又は外部から印加する磁場に応じて量子化され、その
エネルギー間隔がミリ波・遠赤外光領域の光量子に対応
する。そのエネルギー間隔は、量子ドットのサイズ変化
や外部磁場、バイアス電圧の印加によって制御可能であ
る。したがって、ミリ波・遠赤外光を照射することによ
って量子ドット内部で電子を共鳴的に励起することがで
きる。但し、励起される状態は、後述するように励起方
法及び磁場印加の有無によって異なる。
【００２８】いずれの場合も、励起された電子の波動関
数はその空間対称性と空間分布が、基底状態のそれに比
べて変化するために、量子ドットの電気化学ポテンシャ
ル及びソース・ドレイン領域とのトンネル結合強度が大
きく変化する。このことによって、半導体量子ドット内
の一つの電子の励起のみによって、ＳＥＴの伝導度が２
０％〜９９％程度と大きく変化し、その伝導度が変化し
た状態が、励起状態が消滅して基底状態に戻るまで、す
なわち励起状態及びその緩和した状態の寿命の間保持さ
れる。
数はその空間対称性と空間分布が、基底状態のそれに比
べて変化するために、量子ドットの電気化学ポテンシャ
ル及びソース・ドレイン領域とのトンネル結合強度が大
きく変化する。このことによって、半導体量子ドット内
の一つの電子の励起のみによって、ＳＥＴの伝導度が２
０％〜９９％程度と大きく変化し、その伝導度が変化し
た状態が、励起状態が消滅して基底状態に戻るまで、す
なわち励起状態及びその緩和した状態の寿命の間保持さ
れる。
【００２９】一方、励起された量子ドットの状態は、そ
のエネルギーの離散準位構造のために、基底状態に戻る
までの寿命が１０ｎ秒から１０００秒と長いため、極め
て感度の高い検出器となる。伝導度ＧがＸ％変化してそ
れがＴ秒間続く場合の、ソース電極からドレイン電極に
送り込まれる電子の数の変化、Ｎ＝ＧＶSDＴ（Ｘ／１０
０）／ｅ、は、代表的な条件下、Ｇ＝１／３００ｋΩ、
Ｘ＝５０％、Ｔ＝１ｍ秒、ＶSD＝０．０５ｍＶで１０6
と、きわめて多数である。つまり、一つの光子の吸収に
よって１００万個程度以上の電子を電極間に移送するこ
とができる。
のエネルギーの離散準位構造のために、基底状態に戻る
までの寿命が１０ｎ秒から１０００秒と長いため、極め
て感度の高い検出器となる。伝導度ＧがＸ％変化してそ
れがＴ秒間続く場合の、ソース電極からドレイン電極に
送り込まれる電子の数の変化、Ｎ＝ＧＶSDＴ（Ｘ／１０
０）／ｅ、は、代表的な条件下、Ｇ＝１／３００ｋΩ、
Ｘ＝５０％、Ｔ＝１ｍ秒、ＶSD＝０．０５ｍＶで１０6
と、きわめて多数である。つまり、一つの光子の吸収に
よって１００万個程度以上の電子を電極間に移送するこ
とができる。
【００３０】さらに、ＳＥＴ動作の原理的時定数、ＣSD
／Ｇは数十ｐ秒程度と極めて短い。ここで、ＣSDはソー
ス・ドレイン間静電容量である。したがって、電流の高
速時間分解測定を通して単一のミリ波・遠赤外光子を検
出することができる。
／Ｇは数十ｐ秒程度と極めて短い。ここで、ＣSDはソー
ス・ドレイン間静電容量である。したがって、電流の高
速時間分解測定を通して単一のミリ波・遠赤外光子を検
出することができる。
【００３１】以下、この発明によるミリ波・遠赤外光検
出器を具体的な好適な実施の形態に基づいて図を参照し
ながら詳細に説明する。まず、この発明のミリ波・遠赤
外光検出器の構成について説明する。図１は集光系を含
めた本発明に係るミリ波・遠赤外光検出器の概略構成断
面図である。
出器を具体的な好適な実施の形態に基づいて図を参照し
ながら詳細に説明する。まず、この発明のミリ波・遠赤
外光検出器の構成について説明する。図１は集光系を含
めた本発明に係るミリ波・遠赤外光検出器の概略構成断
面図である。
【００３２】図１に示すように、本発明に係るミリ波・
遠赤外光検出器は、入射するミリ波・遠赤外光を検出器
のアンテナに導くためのミリ波・遠赤外光導入部１と、
半導体量子ドットを貫く電流を制御する単一電子トラン
ジスタが形成されている半導体基板４と、単一電子トラ
ンジスタに形成されたサブミクロンサイズの微小空間領
域である半導体量子ドットにミリ波・遠赤外光を集中す
るボータイ・アンテナ６とを備え、半導体基板４はＩＣ
チップ用のパッケージ７に装着されている。
遠赤外光検出器は、入射するミリ波・遠赤外光を検出器
のアンテナに導くためのミリ波・遠赤外光導入部１と、
半導体量子ドットを貫く電流を制御する単一電子トラン
ジスタが形成されている半導体基板４と、単一電子トラ
ンジスタに形成されたサブミクロンサイズの微小空間領
域である半導体量子ドットにミリ波・遠赤外光を集中す
るボータイ・アンテナ６とを備え、半導体基板４はＩＣ
チップ用のパッケージ７に装着されている。
【００３３】ミリ波・遠赤外光導入部１は、ミリ波・遠
赤外光２を導く光導入管３と、このミリ波・遠赤外光２
を集光する誘電体レンズ５と、集光を補助する誘電体対
物レンズ９とを有している。誘電体対物レンズ９にはシ
リコンの半球レンズを使用し、この誘電体対物レンズ９
はボータイ・アンテナ６や後述する半導体量子ドット表
面に直接触れないように、それらに対して１０μｍ程度
の間隙を残して固定されている。なお、図１中、８は半
導体基板４に形成される単一電子トランジスタ裏面側の
裏面ゲート電極を示す。
赤外光２を導く光導入管３と、このミリ波・遠赤外光２
を集光する誘電体レンズ５と、集光を補助する誘電体対
物レンズ９とを有している。誘電体対物レンズ９にはシ
リコンの半球レンズを使用し、この誘電体対物レンズ９
はボータイ・アンテナ６や後述する半導体量子ドット表
面に直接触れないように、それらに対して１０μｍ程度
の間隙を残して固定されている。なお、図１中、８は半
導体基板４に形成される単一電子トランジスタ裏面側の
裏面ゲート電極を示す。
【００３４】図１に示した光導入部１を含むミリ波・遠
赤外光検出器１０は、０．３Ｋ以下に冷却されており、
必要に応じて半導体基板４（量子ドット）に垂直に磁場
Ｂを印加する。
赤外光検出器１０は、０．３Ｋ以下に冷却されており、
必要に応じて半導体基板４（量子ドット）に垂直に磁場
Ｂを印加する。
【００３５】図２は本発明に係るミリ波・遠赤外光検出
器を示す図であり、（ａ）はボータイ・アンテナと量子
ドットによる単一電子トランジスタの平面図、（ｂ）は
メサ構造部の一部概略断面図である。図２（ａ）に示す
ように、本発明のミリ波・遠赤外光検出器１０は、ボー
タイ・アンテナ６と、半導体量子ドット１２と、その半
導体量子ドットを含む単一電子トランジスタ１４とを一
体として半導体基板４の上に形成され、単一電子トラン
ジスタ１４はオーミック電極１６，１７により所定条件
下ソース・ドレイン電流が流れるようになっている。な
お、上述したように、この半導体基板４の裏面には金属
薄膜が蒸着されており、裏面ゲート電極が形成されてい
る。
器を示す図であり、（ａ）はボータイ・アンテナと量子
ドットによる単一電子トランジスタの平面図、（ｂ）は
メサ構造部の一部概略断面図である。図２（ａ）に示す
ように、本発明のミリ波・遠赤外光検出器１０は、ボー
タイ・アンテナ６と、半導体量子ドット１２と、その半
導体量子ドットを含む単一電子トランジスタ１４とを一
体として半導体基板４の上に形成され、単一電子トラン
ジスタ１４はオーミック電極１６，１７により所定条件
下ソース・ドレイン電流が流れるようになっている。な
お、上述したように、この半導体基板４の裏面には金属
薄膜が蒸着されており、裏面ゲート電極が形成されてい
る。
【００３６】単一電子トランジスタ１４の構造は、図２
（ｂ）に示すように半絶縁ＧａＡｓ単結晶半導体基板４
上に、変調ドープされたＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓ単一ヘテロ構造を積層し、図２（ａ）に示す単一電子
トランジスタ１４のメサ構造がリソグラフィー技術を用
いて形成されている。
（ｂ）に示すように半絶縁ＧａＡｓ単結晶半導体基板４
上に、変調ドープされたＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓ単一ヘテロ構造を積層し、図２（ａ）に示す単一電子
トランジスタ１４のメサ構造がリソグラフィー技術を用
いて形成されている。
【００３７】ＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ単一ヘテ
ロ構造結晶としては、４．２Ｋでの２次元電子移動度が
６０ｍ2 ／Ｖｓ以上、電子濃度が２ｘ１０15／ｍ2 から
４．５ｘ１０15／ｍ2 のものを用いる。
ロ構造結晶としては、４．２Ｋでの２次元電子移動度が
６０ｍ2 ／Ｖｓ以上、電子濃度が２ｘ１０15／ｍ2 から
４．５ｘ１０15／ｍ2 のものを用いる。
【００３８】ヘテロ構造は、図２（ｂ）の断面図に示す
ように、結晶表面からＳｉを１０18／ｃｍ3 程度ドープ
した厚さが１０ｎｍ程度のＧａＡｓ層２２と、Ｓｉを１
ｘ１０18／ｃｍ3 ドープした厚さが７０ｎｍ程度のＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層２４と、厚さが２０ｎｍ以上のスペ
ーサ層である純粋Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層２６と、ノン
ドープの厚さが１００ｎｍ程度のＧａＡｓ層２８とがＧ
ａＡｓ半導体基板４上に分子線エピタキシー法などで選
択ドープされて積層されている。なお、図２（ｂ）中の
斜線部２５は２次元電子系が形成されることを示したも
ので、厚さは１０ｎｍ程度である。半導体基板４は標準
的な半絶縁ＧａＡｓ単結晶で全体の厚さは０．５ｍｍ程
度で、平面サイズは１ｍｍから３ｍｍ角程度である。
ように、結晶表面からＳｉを１０18／ｃｍ3 程度ドープ
した厚さが１０ｎｍ程度のＧａＡｓ層２２と、Ｓｉを１
ｘ１０18／ｃｍ3 ドープした厚さが７０ｎｍ程度のＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層２４と、厚さが２０ｎｍ以上のスペ
ーサ層である純粋Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層２６と、ノン
ドープの厚さが１００ｎｍ程度のＧａＡｓ層２８とがＧ
ａＡｓ半導体基板４上に分子線エピタキシー法などで選
択ドープされて積層されている。なお、図２（ｂ）中の
斜線部２５は２次元電子系が形成されることを示したも
ので、厚さは１０ｎｍ程度である。半導体基板４は標準
的な半絶縁ＧａＡｓ単結晶で全体の厚さは０．５ｍｍ程
度で、平面サイズは１ｍｍから３ｍｍ角程度である。
【００３９】この発明に係るミリ波・遠赤外光検出器の
各構成部分についてさらに詳細に説明する。図２（ａ）
に示すように、半導体量子ドット１２を含む単一電子ト
ランジスタ１４はＧａＡｓ半導体基板４上に形成された
２次元電子系の細長いメサ構造を有し、このメサ構造の
中央部付近が、半導体量子ドット１２（詳細は後述す
る）外部の２次元電子系によってミリ波・遠赤外光が余
分に吸収されるのを防ぐために、長さ２００μｍ程度に
わたって幅４μｍ程度に細く形成されている。つまり、
量子ドットが形成される中央部は両端のメサ構造部分よ
りも細い。また量子ドットによる単一電子トランジスタ
は中央部に形成される量子ドットに対して対称に形成す
るのがよい。
各構成部分についてさらに詳細に説明する。図２（ａ）
に示すように、半導体量子ドット１２を含む単一電子ト
ランジスタ１４はＧａＡｓ半導体基板４上に形成された
２次元電子系の細長いメサ構造を有し、このメサ構造の
中央部付近が、半導体量子ドット１２（詳細は後述す
る）外部の２次元電子系によってミリ波・遠赤外光が余
分に吸収されるのを防ぐために、長さ２００μｍ程度に
わたって幅４μｍ程度に細く形成されている。つまり、
量子ドットが形成される中央部は両端のメサ構造部分よ
りも細い。また量子ドットによる単一電子トランジスタ
は中央部に形成される量子ドットに対して対称に形成す
るのがよい。
【００４０】メサ構造の両端にはＡｕ／Ｇｅとの合金化
による標準的なオーミック電極のソース電極１６と、ド
レイン電極１７とが形成されている。両電極間の距離
は、半導体量子ドット１２への電磁波の集光を妨げない
よう、ボータイ・アンテナ６の長さＨ程度以上の距離だ
け互いに離されている。
による標準的なオーミック電極のソース電極１６と、ド
レイン電極１７とが形成されている。両電極間の距離
は、半導体量子ドット１２への電磁波の集光を妨げない
よう、ボータイ・アンテナ６の長さＨ程度以上の距離だ
け互いに離されている。
【００４１】ボータイ・アンテナ６は蒸着金属薄膜で形
成されており、例えば厚さが２０ｎｍのＴｉと厚さが６
０ｎｍのＡｕとで形成されている。さらにボータイ・ア
ンテナ６は図２（ａ）に示すように、単一電子トランジ
スタ１４の幅４μｍ程度に細く形成されたメサ構造で向
かい合って又はまたいで、反対方向に２つの正三角形を
なす形で広がり、メサ構造の中央で結節点をつくってい
る。
成されており、例えば厚さが２０ｎｍのＴｉと厚さが６
０ｎｍのＡｕとで形成されている。さらにボータイ・ア
ンテナ６は図２（ａ）に示すように、単一電子トランジ
スタ１４の幅４μｍ程度に細く形成されたメサ構造で向
かい合って又はまたいで、反対方向に２つの正三角形を
なす形で広がり、メサ構造の中央で結節点をつくってい
る。
【００４２】ボータイ・アンテナ６の長さ、すなわち電
極の差し渡しの長さＨは被測定ミリ波・遠赤外光波長の
約半分である。但し、集光過程で光が様々な入射角で入
射するため、実際にはボータイ・アンテナ６は波長＝２
Ｈのみでなく、広帯域のミリ波・遠赤外光を検出するこ
とができる。
極の差し渡しの長さＨは被測定ミリ波・遠赤外光波長の
約半分である。但し、集光過程で光が様々な入射角で入
射するため、実際にはボータイ・アンテナ６は波長＝２
Ｈのみでなく、広帯域のミリ波・遠赤外光を検出するこ
とができる。
【００４３】ボータイ・アンテナ６は、後述するように
半導体量子ドット１２の形成のためのゲート電極３２，
３４と制御ゲート電極３６とを兼ねるように、ボータイ
・アンテナ６の羽根の一方が３つに分割されている。分
割された各ゲート電極３２，３４，３６にバイアス電圧
を印加するため、分割された各部分は５〜１０μｍ幅の
リード部分３３，３５，３７を介して十分離れた金属パ
ッド部分４３，４５，４７（２０ｎｍ：Ｔｉ、１５０ｎ
ｍ：Ａｕ）に接続されている。なお、他方の羽はゲート
電極３０となっており、５〜１０μｍ幅のリード部分３
１を介して金属パッド部分４１に接続されている。
半導体量子ドット１２の形成のためのゲート電極３２，
３４と制御ゲート電極３６とを兼ねるように、ボータイ
・アンテナ６の羽根の一方が３つに分割されている。分
割された各ゲート電極３２，３４，３６にバイアス電圧
を印加するため、分割された各部分は５〜１０μｍ幅の
リード部分３３，３５，３７を介して十分離れた金属パ
ッド部分４３，４５，４７（２０ｎｍ：Ｔｉ、１５０ｎ
ｍ：Ａｕ）に接続されている。なお、他方の羽はゲート
電極３０となっており、５〜１０μｍ幅のリード部分３
１を介して金属パッド部分４１に接続されている。
【００４４】リード部分３１，３３，３５，３７の長さ
方向は、電磁波への影響を減らすために、ボータイ・ア
ンテナ６の分極軸方向に垂直である。オーミック電極１
６，１７及び各ゲート電極３０，３２，３４，３６は、
パッド部分を利用し、金線を使って標準的ＩＣチップ用
のパッケージの端子にボンディングにより配線されてい
る。
方向は、電磁波への影響を減らすために、ボータイ・ア
ンテナ６の分極軸方向に垂直である。オーミック電極１
６，１７及び各ゲート電極３０，３２，３４，３６は、
パッド部分を利用し、金線を使って標準的ＩＣチップ用
のパッケージの端子にボンディングにより配線されてい
る。
【００４５】次に、ボータイ・アンテナの結節点につい
て説明する。図３はこの発明に係るボータイ・アンテナ
の結節点領域での平面構造を示す概略図であり、（ａ）
は磁場無印加で使用し、波長０．５〜１０ｍｍのミリ波
・遠赤外光検出器に用いるもの、（ｂ）は１〜７Ｔの磁
場下で使用し、波長０．１〜０．４ｍｍのミリ波・遠赤
外光検出器に用いるもの、（ｃ）は４〜１３Ｔの磁場下
で使用し、波長３〜１０ｍｍのミリ波・遠赤外光検出器
で使用するものを示す図である。なお、Ｔは磁束密度の
単位記号でテスラを示す。
て説明する。図３はこの発明に係るボータイ・アンテナ
の結節点領域での平面構造を示す概略図であり、（ａ）
は磁場無印加で使用し、波長０．５〜１０ｍｍのミリ波
・遠赤外光検出器に用いるもの、（ｂ）は１〜７Ｔの磁
場下で使用し、波長０．１〜０．４ｍｍのミリ波・遠赤
外光検出器に用いるもの、（ｃ）は４〜１３Ｔの磁場下
で使用し、波長３〜１０ｍｍのミリ波・遠赤外光検出器
で使用するものを示す図である。なお、Ｔは磁束密度の
単位記号でテスラを示す。
【００４６】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に、ボータイ・アンテナ６ａ, ６ｂ,６ｃの結節点に量
子ドット１２ａ, １２ｂ, １２ｃが形成され、ボータイ
・アンテナの結節点での短絡の有無と、量子ドットの大
きさは、使用条件及び被測定電磁波の波長範囲に応じて
以下に示す３つの異なるものを用いるのがよい。なお、
図３中、１４ａ，１４ｂ，１４ｃは２次元電子系メサ構
造を示す。
に、ボータイ・アンテナ６ａ, ６ｂ,６ｃの結節点に量
子ドット１２ａ, １２ｂ, １２ｃが形成され、ボータイ
・アンテナの結節点での短絡の有無と、量子ドットの大
きさは、使用条件及び被測定電磁波の波長範囲に応じて
以下に示す３つの異なるものを用いるのがよい。なお、
図３中、１４ａ，１４ｂ，１４ｃは２次元電子系メサ構
造を示す。
【００４７】第１は、磁場なしの使用条件で、検出波長
範囲が０．５〜１０ｍｍ、ボータイ・アンテナの形式が
標準の電気結合、量子ドット電極サイズ（量子ドットの
２次元電子系の有効直径）が０．２〜０．４μｍ（０．
０２〜０．２μｍ）の場合である。
範囲が０．５〜１０ｍｍ、ボータイ・アンテナの形式が
標準の電気結合、量子ドット電極サイズ（量子ドットの
２次元電子系の有効直径）が０．２〜０．４μｍ（０．
０２〜０．２μｍ）の場合である。
【００４８】第２は、１Ｔ〜７Ｔの磁場印加の使用条件
で、検出波長範囲が０．１〜０．４ｍｍ、ボータイ・ア
ンテナの形式が標準の電気結合、量子ドット電極サイズ
（量子ドットの２次元電子系の有効直径）が０．６〜
０．８μｍ（０．４〜０．６μｍ）の場合である。
で、検出波長範囲が０．１〜０．４ｍｍ、ボータイ・ア
ンテナの形式が標準の電気結合、量子ドット電極サイズ
（量子ドットの２次元電子系の有効直径）が０．６〜
０．８μｍ（０．４〜０．６μｍ）の場合である。
【００４９】第３は、４Ｔ〜１３Ｔの磁場印加の使用条
件で、検出波長範囲が３〜１０ｍｍ、ボータイ・アンテ
ナの形式が結節点短絡の磁気結合、量子ドット電極サイ
ズ（量子ドットの２次元電子系の有効直径）が０．６〜
０．８μｍ（０．４〜０．６μｍ）の場合である。
件で、検出波長範囲が３〜１０ｍｍ、ボータイ・アンテ
ナの形式が結節点短絡の磁気結合、量子ドット電極サイ
ズ（量子ドットの２次元電子系の有効直径）が０．６〜
０．８μｍ（０．４〜０．６μｍ）の場合である。
【００５０】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、上述の第
１、第２及び第３のそれぞれの場合に対応するボータイ
・アンテナの結節点領域での平面構造を示す図である。
なお、量子ドットを形成する結節点領域が上述した量子
ドット電極サイズである。図３（ａ）に示す上述の第１
の場合は、磁場を印加せずに使用するための構成で、量
子ドット１２ａはボータイ・アンテナ６ａによって電磁
波に電気的に結合する。被測定電磁波の波長範囲は０．
５ｍｍ〜１０ｍｍである。磁場を印加しない場合、量子
ドット１２ａの励起状態の寿命は１０ｎ秒〜１μ秒と比
較的短いが、上述したようにヘリウム温度に冷却したＨ
ＥＭＴ増幅器とＬＣのタンク回路とを組み合わた電流増
幅回路を用いて単一光子検出が行われる。
１、第２及び第３のそれぞれの場合に対応するボータイ
・アンテナの結節点領域での平面構造を示す図である。
なお、量子ドットを形成する結節点領域が上述した量子
ドット電極サイズである。図３（ａ）に示す上述の第１
の場合は、磁場を印加せずに使用するための構成で、量
子ドット１２ａはボータイ・アンテナ６ａによって電磁
波に電気的に結合する。被測定電磁波の波長範囲は０．
５ｍｍ〜１０ｍｍである。磁場を印加しない場合、量子
ドット１２ａの励起状態の寿命は１０ｎ秒〜１μ秒と比
較的短いが、上述したようにヘリウム温度に冷却したＨ
ＥＭＴ増幅器とＬＣのタンク回路とを組み合わた電流増
幅回路を用いて単一光子検出が行われる。
【００５１】ボータイ・アンテナ６ａの一方の羽は３分
割されてゲート電極３２ａ，３４ａ，３６ａとなってお
り、他方の羽はゲート電極３０ａとなっている。ゲート
電極３０ａの先端の二つの突起部５２ａ，５２ａの各幅
は０．１５μｍであり、ゲート電極３２ａ，３４ａの先
端部分５４ａ，５４ａの各幅は０．１５μｍである。ま
た、それぞれの突起部の向かい合う間隙５５ａは０．１
５μｍである。なお、図３（ａ）中、Ｗａは２μｍ、Ｌ
ａは０．４μｍ、Ｍａは０．３５μｍを示す。
割されてゲート電極３２ａ，３４ａ，３６ａとなってお
り、他方の羽はゲート電極３０ａとなっている。ゲート
電極３０ａの先端の二つの突起部５２ａ，５２ａの各幅
は０．１５μｍであり、ゲート電極３２ａ，３４ａの先
端部分５４ａ，５４ａの各幅は０．１５μｍである。ま
た、それぞれの突起部の向かい合う間隙５５ａは０．１
５μｍである。なお、図３（ａ）中、Ｗａは２μｍ、Ｌ
ａは０．４μｍ、Ｍａは０．３５μｍを示す。
【００５２】３つのゲート電極３２ａ，３４ａ，３０ａ
を−０．６Ｖ程度、またゲート電極３６ａを−０．２Ｖ
から−３Ｖの負電圧にバイアスすることによって、ゲー
ト電極の下の２次元電子系が追い払われ（ｄｅｐｌｅｔ
ｉｏｎ）、中心の０．３μｍ角四方部分の内側に２次元
電子系が閉じ込められて量子ドット１２ａが形成され
る。但し、量子ドットが外側の２次元電子系に弱くトン
ネル結合するようにゲート電極３４ａとゲート電極３０
ａのバイアス電圧を微調整する。
を−０．６Ｖ程度、またゲート電極３６ａを−０．２Ｖ
から−３Ｖの負電圧にバイアスすることによって、ゲー
ト電極の下の２次元電子系が追い払われ（ｄｅｐｌｅｔ
ｉｏｎ）、中心の０．３μｍ角四方部分の内側に２次元
電子系が閉じ込められて量子ドット１２ａが形成され
る。但し、量子ドットが外側の２次元電子系に弱くトン
ネル結合するようにゲート電極３４ａとゲート電極３０
ａのバイアス電圧を微調整する。
【００５３】またゲート電極３６ａは制御ゲート電極と
して働き、量子ドットによる単一電子トランジスタが形
成される。制御ゲート電極のバイアス電圧ＶCGを−０．
２Ｖから−３Ｖの間で変化させることにより、量子ドッ
ト中２次元電子系の有効直径が約０．２μｍから０．０
２μｍまで変化する。
して働き、量子ドットによる単一電子トランジスタが形
成される。制御ゲート電極のバイアス電圧ＶCGを−０．
２Ｖから−３Ｖの間で変化させることにより、量子ドッ
ト中２次元電子系の有効直径が約０．２μｍから０．０
２μｍまで変化する。
【００５４】次に、図３（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ磁
場１Ｔ〜７Ｔ及び４Ｔ〜１３Ｔを印加して使用するため
の構成である。磁場を印加した場合、量子ドットの励起
状態の寿命は磁場の値と量子ドット中の電子濃度に応じ
て１ｍ秒から１０００秒程度に達し、高速の電流増幅回
路を使用することなく、極めて容易に単一光子検出を行
うことが可能である。
場１Ｔ〜７Ｔ及び４Ｔ〜１３Ｔを印加して使用するため
の構成である。磁場を印加した場合、量子ドットの励起
状態の寿命は磁場の値と量子ドット中の電子濃度に応じ
て１ｍ秒から１０００秒程度に達し、高速の電流増幅回
路を使用することなく、極めて容易に単一光子検出を行
うことが可能である。
【００５５】図３（ｂ）に示す上述の第２の場合は、量
子ドット１２ｂがボータイ・アンテナ６ｂによって電磁
波に電気的に結合する構成で、被測定電磁波の波長範囲
が０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍのものである。ボータイ・
アンテナ６ｂをなす各ゲート電極の幾何学的構成とそれ
ぞれの役割は、図３（ａ）のものと同一であるが、各部
分のサイズが以下のように異なる。すなわち、ゲート電
極３０ｂの二つの突起部５２ｂ, ５２ｂの各幅は０．３
μｍであり、ゲート電極３２ｂ、３４ｂの先端部分５４
ｂ、５４ｂの各幅は０．３μｍである。またそれぞれの
突起部の向かい合う間隙５５ｂを０．３μｍとしてい
る。なお、図３（ｂ）中、Ｗｂは４μｍ、Ｌｂは０．７
μｍ、Ｍｂは０．７μｍを示す。
子ドット１２ｂがボータイ・アンテナ６ｂによって電磁
波に電気的に結合する構成で、被測定電磁波の波長範囲
が０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍのものである。ボータイ・
アンテナ６ｂをなす各ゲート電極の幾何学的構成とそれ
ぞれの役割は、図３（ａ）のものと同一であるが、各部
分のサイズが以下のように異なる。すなわち、ゲート電
極３０ｂの二つの突起部５２ｂ, ５２ｂの各幅は０．３
μｍであり、ゲート電極３２ｂ、３４ｂの先端部分５４
ｂ、５４ｂの各幅は０．３μｍである。またそれぞれの
突起部の向かい合う間隙５５ｂを０．３μｍとしてい
る。なお、図３（ｂ）中、Ｗｂは４μｍ、Ｌｂは０．７
μｍ、Ｍｂは０．７μｍを示す。
【００５６】このように中心部の０．７μｍ角四方の内
側に２次元電子系が閉じ込められて、有効直径が０．４
μｍ〜０．６μｍの量子ドットが形成されている。ゲー
ト電極３６ｂが制御ゲート電極として働き、量子ドット
による単一電子トランジスタが形成され、制御ゲート電
極のバイアス電圧ＶCGは−０．３Ｖから−１．５Ｖの間
で変化させている。
側に２次元電子系が閉じ込められて、有効直径が０．４
μｍ〜０．６μｍの量子ドットが形成されている。ゲー
ト電極３６ｂが制御ゲート電極として働き、量子ドット
による単一電子トランジスタが形成され、制御ゲート電
極のバイアス電圧ＶCGは−０．３Ｖから−１．５Ｖの間
で変化させている。
【００５７】図３（ｃ）に示す上述の第３の場合は、量
子ドット１２ｃがボータイ・アンテナ６ｃによって電磁
波に磁気的に結合する構成で、被測定電磁波の波長範囲
が３ｍｍ〜１０ｍｍのものである。２次元電子系のメサ
構造部分の幅、Ｌｃ及びＭｃを０．７μｍとし、さらに
０．７μｍ隔たった二カ所に幅０．４μｍのくびれ部分
５６，５６を形成している。ボータイ・アンテナ６ｃの
一方の羽は３分割されてゲート電極３２ｃ，３４ｃ，３
６ｃが形成されている。そのうちのゲート電極３６ｃ
は、ボータイ・アンテナ６ｃの他方の羽のゲート電極３
０ｃに幅０．２μｍの橋で短絡されている。
子ドット１２ｃがボータイ・アンテナ６ｃによって電磁
波に磁気的に結合する構成で、被測定電磁波の波長範囲
が３ｍｍ〜１０ｍｍのものである。２次元電子系のメサ
構造部分の幅、Ｌｃ及びＭｃを０．７μｍとし、さらに
０．７μｍ隔たった二カ所に幅０．４μｍのくびれ部分
５６，５６を形成している。ボータイ・アンテナ６ｃの
一方の羽は３分割されてゲート電極３２ｃ，３４ｃ，３
６ｃが形成されている。そのうちのゲート電極３６ｃ
は、ボータイ・アンテナ６ｃの他方の羽のゲート電極３
０ｃに幅０．２μｍの橋で短絡されている。
【００５８】ゲート電極３２ｃとゲート電極３４ｃを負
電圧にバイアスすることによって、くびれ部分５６，５
６とゲート電極３２ｃ，３４ｃとで挟まれた０．８μｍ
角程度の領域の内側に２次元電子系が閉じ込められて、
有効直径が０．４μｍ〜０．６μｍの量子ドット１２ｃ
が形成されている。ゲート電極３６ｃが制御ゲート電極
として働き、量子ドットによる単一電子トランジスタが
形成される。制御ゲート電極のバイアス電圧ＶCGは、量
子ドット中の電子濃度に大きな変化を与えないよう、＋
０．１Ｖから−０．１Ｖの間で変化させている。
電圧にバイアスすることによって、くびれ部分５６，５
６とゲート電極３２ｃ，３４ｃとで挟まれた０．８μｍ
角程度の領域の内側に２次元電子系が閉じ込められて、
有効直径が０．４μｍ〜０．６μｍの量子ドット１２ｃ
が形成されている。ゲート電極３６ｃが制御ゲート電極
として働き、量子ドットによる単一電子トランジスタが
形成される。制御ゲート電極のバイアス電圧ＶCGは、量
子ドット中の電子濃度に大きな変化を与えないよう、＋
０．１Ｖから−０．１Ｖの間で変化させている。
【００５９】次に、本発明のミリ波・遠赤外光検出器の
作用について説明する。実施の形態の詳細及び作用は上
述した第１、第２及び第３の各場合により異なる。図３
（ａ）に示す第１の場合の作用について説明する。第１
の場合、量子ドットはサイズが小さく、１０個から５０
個程度の伝導電子しか含まれていないために、電子準位
がサイズ効果及び交換相互作用によって離散的エネルギ
ー準位εn に分裂する。
作用について説明する。実施の形態の詳細及び作用は上
述した第１、第２及び第３の各場合により異なる。図３
（ａ）に示す第１の場合の作用について説明する。第１
の場合、量子ドットはサイズが小さく、１０個から５０
個程度の伝導電子しか含まれていないために、電子準位
がサイズ効果及び交換相互作用によって離散的エネルギ
ー準位εn に分裂する。
【００６０】先ず、フェルミ準位近傍でのエネルギー分
裂、Δεnm＝εn −εm 、が被測定ミリ波・遠赤外光に
対して次の共鳴条件を満たすように制御ゲート電圧ＶCG
を調節する。
裂、Δεnm＝εn −εm 、が被測定ミリ波・遠赤外光に
対して次の共鳴条件を満たすように制御ゲート電圧ＶCG
を調節する。
【００６１】 ω＝２πΔεnm／ｈ ・・・（１）
【００６２】但し、（１）式においてωは被測定ミリ波
・遠赤外光の角振動数、ｈはプランク定数である。概
ね、εnmは量子ドット有効直径の二乗に反比例し、例え
ば被測定ミリ波・遠赤外光の波長０．５ｍｍに対してＶ
CG＝−３Ｖ〜−２Ｖ（量子ドット有効直径約０．０２μ
ｍ）、被測定ミリ波・遠赤外光の波長１０ｍｍに対して
ＶCG＝−０．５Ｖ〜−０．２Ｖ（量子ドット有効直径
０．２μｍ）となる。
・遠赤外光の角振動数、ｈはプランク定数である。概
ね、εnmは量子ドット有効直径の二乗に反比例し、例え
ば被測定ミリ波・遠赤外光の波長０．５ｍｍに対してＶ
CG＝−３Ｖ〜−２Ｖ（量子ドット有効直径約０．０２μ
ｍ）、被測定ミリ波・遠赤外光の波長１０ｍｍに対して
ＶCG＝−０．５Ｖ〜−０．２Ｖ（量子ドット有効直径
０．２μｍ）となる。
【００６３】次に、ＳＥＴを伝導度ピークの状態に置
く。つまり、図２の二つのオーミック電極間にソース・
ドレイン電圧ＶSD（１００μＶ以下）を印加しても通常
はクーロン閉塞が生じていてソース・ドレイン電極間に
電流ＩSDが流れないが、図３（ａ）の制御ゲート電極３
６ａのバイアス電圧ＶCGを微小に変化させると、ＶCGの
値が３ｍＶ〜２０ｍＶ変化するたびに有限のＩSDが鋭い
ピークをもって現れるクーロン振動が生じる。
く。つまり、図２の二つのオーミック電極間にソース・
ドレイン電圧ＶSD（１００μＶ以下）を印加しても通常
はクーロン閉塞が生じていてソース・ドレイン電極間に
電流ＩSDが流れないが、図３（ａ）の制御ゲート電極３
６ａのバイアス電圧ＶCGを微小に変化させると、ＶCGの
値が３ｍＶ〜２０ｍＶ変化するたびに有限のＩSDが鋭い
ピークをもって現れるクーロン振動が生じる。
【００６４】ＶCGを微調してＩSDの一つのピーク位置に
合わせて固定する。この時の微小なＶCGの調整は上述の
共鳴条件（１）式に実質上影響を与えない。このクーロ
ン振動のピーク状態で被測定ミリ波・遠赤外光を入射さ
せると、入射したミリ波・遠赤外光はボータイ・アンテ
ナによって、量子ドット部分に振動電場を作り、電子の
共鳴励起εn →εm を起こす。
合わせて固定する。この時の微小なＶCGの調整は上述の
共鳴条件（１）式に実質上影響を与えない。このクーロ
ン振動のピーク状態で被測定ミリ波・遠赤外光を入射さ
せると、入射したミリ波・遠赤外光はボータイ・アンテ
ナによって、量子ドット部分に振動電場を作り、電子の
共鳴励起εn →εm を起こす。
【００６５】励起状態は一般に基底状態に比べて電子波
動関数の空間対称性が異なるので、量子ドットのトンネ
ル結合強度及び電気化学ポテンシャルがともに変化し、
ＳＥＴの伝導度Ｇに１０％〜９０％程度の大きな変化が
生ずる。この伝導度の変化は、励起がフォノン放出によ
り消滅するまでの概ね１０ｎ秒〜１μ秒保持され、それ
が高速の電流増幅器によって測定される。
動関数の空間対称性が異なるので、量子ドットのトンネ
ル結合強度及び電気化学ポテンシャルがともに変化し、
ＳＥＴの伝導度Ｇに１０％〜９０％程度の大きな変化が
生ずる。この伝導度の変化は、励起がフォノン放出によ
り消滅するまでの概ね１０ｎ秒〜１μ秒保持され、それ
が高速の電流増幅器によって測定される。
【００６６】次に、図３（ｂ）に示す第２の場合の作用
について説明する。図４は磁場下での量子ドット内部で
のミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起
を示す電気的遷移の概念図であり、（ａ）はランダウ準
位間の電子励起、（ｂ）は励起された電子及び正孔の安
定状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の分極、（ｄ）
は静電ポテンシャルの変化ΔＵ及び電気化学ポテンシャ
ルの変化Δμ0 ↑を示す図である。
について説明する。図４は磁場下での量子ドット内部で
のミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起
を示す電気的遷移の概念図であり、（ａ）はランダウ準
位間の電子励起、（ｂ）は励起された電子及び正孔の安
定状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の分極、（ｄ）
は静電ポテンシャルの変化ΔＵ及び電気化学ポテンシャ
ルの変化Δμ0 ↑を示す図である。
【００６７】なお、図４中、０及び１は電子のエネルギ
ー準位を示し、↑はアップスピン、↓はダウンスピンを
示す。
ー準位を示し、↑はアップスピン、↓はダウンスピンを
示す。
【００６８】この第２の場合は、量子ドットはサイズが
大きく、２００個から４００個の伝導電子を含むために
電子準位に対するサイズ効果Δεnmは小さいが、図４
（ａ）に示すように磁場印加によってエネルギー構造が
間隔（ｈ／２π）ωC ≒（ｈ／２π）ｅＢ／ｍ＊のラン
ダウ準位に分裂する。
大きく、２００個から４００個の伝導電子を含むために
電子準位に対するサイズ効果Δεnmは小さいが、図４
（ａ）に示すように磁場印加によってエネルギー構造が
間隔（ｈ／２π）ωC ≒（ｈ／２π）ｅＢ／ｍ＊のラン
ダウ準位に分裂する。
【００６９】ここで、ωC は、フェルミ準位近傍でのエ
ネルギー分裂が被測定ミリ波・遠赤外光に対して共鳴条
件を満たしたときの角振動数、ｅは電気素量で１．６ｘ
１０ -19 クーロン、Ｂは磁束密度、ｍ＊は有効質量で
０．０６８ｍ、ｍは電子の質量を示す。
ネルギー分裂が被測定ミリ波・遠赤外光に対して共鳴条
件を満たしたときの角振動数、ｅは電気素量で１．６ｘ
１０ -19 クーロン、Ｂは磁束密度、ｍ＊は有効質量で
０．０６８ｍ、ｍは電子の質量を示す。
【００７０】この第２の構成の場合、先ず被測定ミリ波
・遠赤外光の角振動数ωが、次のプラズマ振動の影響を
含めた共鳴条件を満たすように磁場を印加する。
・遠赤外光の角振動数ωが、次のプラズマ振動の影響を
含めた共鳴条件を満たすように磁場を印加する。
【００７１】 ω＝［ωP 2 ＋（ωC ／２）2 ］1/2 ＋（ωC ／２） ・・・（２）
【００７２】ここで、ωP は量子ドットのプラズマ角振
動数であり、プラズマ波長λP ＝２πｃ／ωP で表す
と、図３（ｂ）の量子ドットに対しては、約０．４３ｍ
ｍである。なお、ｃは真空中の光の速さを示す。
動数であり、プラズマ波長λP ＝２πｃ／ωP で表す
と、図３（ｂ）の量子ドットに対しては、約０．４３ｍ
ｍである。なお、ｃは真空中の光の速さを示す。
【００７３】式（２）を具体的に満たす磁場は、被測定
波長０．１ｍｍに対して概ねＢ＝６Ｔ〜７Ｔ、被測定波
長０．４ｍｍに対してＢ＝１Ｔ〜１．５Ｔとなる。な
お、Ｔは磁束密度の単位記号でテスラを示す。
波長０．１ｍｍに対して概ねＢ＝６Ｔ〜７Ｔ、被測定波
長０．４ｍｍに対してＢ＝１Ｔ〜１．５Ｔとなる。な
お、Ｔは磁束密度の単位記号でテスラを示す。
【００７４】次に、上述した第１の場合と同じ要領で、
ＳＥＴをクーロン振動のピーク状態におき、被測定ミリ
波・遠赤外光を入射させる。入射したミリ波・遠赤外光
はボータイ・アンテナによって量子ドット部分に振動電
場を作り、図４（ａ）中の矢印で示すようにランダウ準
位間に電子の共鳴励起、すなわちマグネトプラズマ共鳴
を起こす。
ＳＥＴをクーロン振動のピーク状態におき、被測定ミリ
波・遠赤外光を入射させる。入射したミリ波・遠赤外光
はボータイ・アンテナによって量子ドット部分に振動電
場を作り、図４（ａ）中の矢印で示すようにランダウ準
位間に電子の共鳴励起、すなわちマグネトプラズマ共鳴
を起こす。
【００７５】励起された電子（図４（ａ）中の黒丸）と
正孔（図４（ａ）中の白丸）は図４（ｂ）に示すように
それぞれ余剰のエネルギーを格子系へ失うことによって
１０ｎ秒程度の時間内に緩和する。その際、図４（ｃ）
に示すように、量子ドットを形成する静電ポテンシャル
の影響で電子及び正孔がそれぞれ量子ドットの内部と外
部へ移動し、空間的に分離されるために量子ドット内部
に環状の分極が生ずる。
正孔（図４（ａ）中の白丸）は図４（ｂ）に示すように
それぞれ余剰のエネルギーを格子系へ失うことによって
１０ｎ秒程度の時間内に緩和する。その際、図４（ｃ）
に示すように、量子ドットを形成する静電ポテンシャル
の影響で電子及び正孔がそれぞれ量子ドットの内部と外
部へ移動し、空間的に分離されるために量子ドット内部
に環状の分極が生ずる。
【００７６】そのために量子ドットの最外殻の電子準位
の電気化学ポテンシャルが、分極による静電ポテンシャ
ル変化分、ΔＵ＝３０〜６０μｅＶ、変化する。その結
果、ＳＥＴの動作は伝導ピーク、すなわち伝導度Ｇが最
大の状態からクーロン閉塞の状態、すなわちＧ≒０、に
変化する。伝導遮断の状態は量子ドット内で電子及び正
孔が再結合するまで持続するが、その再結合寿命は電子
−正孔間の空間的隔たりのために長く、容易に単一光子
吸収の検出を行うことができる。
の電気化学ポテンシャルが、分極による静電ポテンシャ
ル変化分、ΔＵ＝３０〜６０μｅＶ、変化する。その結
果、ＳＥＴの動作は伝導ピーク、すなわち伝導度Ｇが最
大の状態からクーロン閉塞の状態、すなわちＧ≒０、に
変化する。伝導遮断の状態は量子ドット内で電子及び正
孔が再結合するまで持続するが、その再結合寿命は電子
−正孔間の空間的隔たりのために長く、容易に単一光子
吸収の検出を行うことができる。
【００７７】この際、制御ゲート電圧ＶCG及び裏面ゲー
ト（図１及び図３）のバイアス電圧により量子ドット中
の平均電子濃度Ｎd を調節してドット中のランダウ準位
の占有指数νを偶数近傍、例えばν＝２．４〜１．９、
４．６〜４．０及び６．６〜６．０等にすることで、特
別に長寿命の状態を実現することができる。ここでラン
ダウ準位の占有指数νは次の（３）式で表せる。
ト（図１及び図３）のバイアス電圧により量子ドット中
の平均電子濃度Ｎd を調節してドット中のランダウ準位
の占有指数νを偶数近傍、例えばν＝２．４〜１．９、
４．６〜４．０及び６．６〜６．０等にすることで、特
別に長寿命の状態を実現することができる。ここでラン
ダウ準位の占有指数νは次の（３）式で表せる。
【００７８】 ν＝Ｎd ／（２πｅＢ／ｈ） ・・・（３）
【００７９】次に、図３（ｃ）で示す第３の場合の作用
について説明する。図５は磁場下での量子ドット内部で
のミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起
を示す磁気的遷移の概念図であり、（ａ）はスピン状態
間の電子励起、（ｂ）は励起された電子及び正孔の安定
状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の分極、（ｄ）は
静電ポテンシャルの変化ΔＵを示す図である。
について説明する。図５は磁場下での量子ドット内部で
のミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起
を示す磁気的遷移の概念図であり、（ａ）はスピン状態
間の電子励起、（ｂ）は励起された電子及び正孔の安定
状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の分極、（ｄ）は
静電ポテンシャルの変化ΔＵを示す図である。
【００８０】この第３の場合は量子ドットが第２の場合
の構造と同様に、サイズ効果は小さく、磁場印加によっ
てランダウ準位への分裂に加えて、図５（ａ）に示すよ
うにスピン状態による磁気的エネルギー分離、ΔεM ＝
ｇ＊μB Ｂ、が生じている。ここで、ｇ＊は有効ｇ因
子、μB はボーア磁子を示す。
の構造と同様に、サイズ効果は小さく、磁場印加によっ
てランダウ準位への分裂に加えて、図５（ａ）に示すよ
うにスピン状態による磁気的エネルギー分離、ΔεM ＝
ｇ＊μB Ｂ、が生じている。ここで、ｇ＊は有効ｇ因
子、μB はボーア磁子を示す。
【００８１】先ず、被測定ミリ波・遠赤外光の角周波数
ωに対して次の共鳴条件を満たすように磁場を印加す
る。
ωに対して次の共鳴条件を満たすように磁場を印加す
る。
【００８２】 ω＝２πΔεM ／ｈ ・・・（４）
【００８３】有効ｇ因子は約ｇ＊＝０．４４である。
【００８４】次に、上述した第１の場合と同じ要領でＳ
ＥＴをクーロン振動のピーク状態におき、被測定ミリ波
・遠赤外光を入射させる。入射したミリ波・遠赤外光は
ボータイ・アンテナの短絡された結節点に振動電流を生
起し、量子ドット部分に振動磁場を作る。その結果、図
５（ａ）中の矢印で示すように、電子の磁気共鳴励起を
起こす。
ＥＴをクーロン振動のピーク状態におき、被測定ミリ波
・遠赤外光を入射させる。入射したミリ波・遠赤外光は
ボータイ・アンテナの短絡された結節点に振動電流を生
起し、量子ドット部分に振動磁場を作る。その結果、図
５（ａ）中の矢印で示すように、電子の磁気共鳴励起を
起こす。
【００８５】励起された電子及び正孔は図５（ｂ）に示
すように、それぞれ余剰のエネルギーを格子系へ失うこ
とによって１０ｎ秒程度の時間内に緩和する。その際、
図５（ｃ）に示すように、量子ドットを形成する静電ポ
テンシャルの影響で電子及び正孔がそれぞれ量子ドット
内部で空間的に分離し、量子ドット内部に環状の分極が
生ずる。
すように、それぞれ余剰のエネルギーを格子系へ失うこ
とによって１０ｎ秒程度の時間内に緩和する。その際、
図５（ｃ）に示すように、量子ドットを形成する静電ポ
テンシャルの影響で電子及び正孔がそれぞれ量子ドット
内部で空間的に分離し、量子ドット内部に環状の分極が
生ずる。
【００８６】そのために量子ドットの最外殻の電子準位
の電気化学ポテンシャルが、分極による静電ポテンシャ
ル変化分、ΔＵ＝１０〜５０μｅＶ、変化する。その結
果、ＳＥＴの動作は伝導ピーク、すなわち伝導度Ｇが最
大の状態からクーロン閉塞の状態、すなわちＧ≒０、に
変化する。伝導遮断の状態は量子ドット内で電子及び正
孔が再結合するまで持続するが、その再結合寿命は、ス
ピン反転の散乱確率が低いために長く、容易に単一光子
吸収の検出を行うことができる。
の電気化学ポテンシャルが、分極による静電ポテンシャ
ル変化分、ΔＵ＝１０〜５０μｅＶ、変化する。その結
果、ＳＥＴの動作は伝導ピーク、すなわち伝導度Ｇが最
大の状態からクーロン閉塞の状態、すなわちＧ≒０、に
変化する。伝導遮断の状態は量子ドット内で電子及び正
孔が再結合するまで持続するが、その再結合寿命は、ス
ピン反転の散乱確率が低いために長く、容易に単一光子
吸収の検出を行うことができる。
【００８７】次に複数の量子ドットを有する他の好適な
実施の形態を説明する。上述した一つの量子ドットを有
する場合では磁場を印加しない限り、励起状態の寿命が
１μ秒以下と比較的短い。したがって、単一光子検出を
行うためには、ヘリウム温度に冷却したＨＥＭＴ増幅器
とＬＣ回路を組み合わせた電流増幅器を用いるか、又は
磁場を印加して励起状態の寿命を１ｍ秒以上にする必要
がある。しかし量子ドットを複数有する他の実施の形態
では磁場印加なしに感度をより向上させることができる
ものである。
実施の形態を説明する。上述した一つの量子ドットを有
する場合では磁場を印加しない限り、励起状態の寿命が
１μ秒以下と比較的短い。したがって、単一光子検出を
行うためには、ヘリウム温度に冷却したＨＥＭＴ増幅器
とＬＣ回路を組み合わせた電流増幅器を用いるか、又は
磁場を印加して励起状態の寿命を１ｍ秒以上にする必要
がある。しかし量子ドットを複数有する他の実施の形態
では磁場印加なしに感度をより向上させることができる
ものである。
【００８８】他の実施の形態に係るミリ波・遠赤外光検
出器では、互いに静電的に結合した第１と第２のそれぞ
れサブミクロンサイズの二つの伝導性量子ドットを構成
要素とする。第１の量子ドットが電磁波を吸収し、第２
の量子ドットが単一電子トランジスター（ＳＥＴ）とし
て動作し、このＳＥＴが第１の量子ドットにおける電磁
波吸収を検知するものである。
出器では、互いに静電的に結合した第１と第２のそれぞ
れサブミクロンサイズの二つの伝導性量子ドットを構成
要素とする。第１の量子ドットが電磁波を吸収し、第２
の量子ドットが単一電子トランジスター（ＳＥＴ）とし
て動作し、このＳＥＴが第１の量子ドットにおける電磁
波吸収を検知するものである。
【００８９】以下、動作原理を図６の概念図を参照して
説明する。図６は他の実施形態の動作原理を示す概念図
であり、電子系内に二つの隣接する量子ドットが形成さ
れたエネルギー構造概念図である。静電ポテンシャルＵ
ａで特徴づけられる第１の量子ドット６１として有効的
大きさが直径０．０２μｍから０．３μｍの半導体量子
ドットを用いると、図６に示すように、印加されたゲー
ト電圧によって定まるエネルギー閾値、すなわちイオン
化エネルギーより低い電子状態は量子化され、第１の量
子ドット６１に束縛された離散的束縛準位５９が形成さ
れる。
説明する。図６は他の実施形態の動作原理を示す概念図
であり、電子系内に二つの隣接する量子ドットが形成さ
れたエネルギー構造概念図である。静電ポテンシャルＵ
ａで特徴づけられる第１の量子ドット６１として有効的
大きさが直径０．０２μｍから０．３μｍの半導体量子
ドットを用いると、図６に示すように、印加されたゲー
ト電圧によって定まるエネルギー閾値、すなわちイオン
化エネルギーより低い電子状態は量子化され、第１の量
子ドット６１に束縛された離散的束縛準位５９が形成さ
れる。
【００９０】一方、エネルギーがその閾値よりも大きな
電子準位は、第１の量子ドット６１の外部に広がった電
子系６３の連続的自由準位５８を形成する。このイオン
化エネルギーは、第１の量子ドット６１を形成するポテ
ンシャル障壁５７の高さによって電圧換算で１００μＶ
から２０ｍＶの値をとる。このポテンシャル障壁５７の
高さは第１の量子ドット６１のゲート電極に印加するバ
イアス電圧により制御可能である。したがって、図６の
矢印で示すように、イオン化エネルギー以上の電磁波光
子エネルギーを持つミリ波・遠赤外光を照射することに
よって、第１の量子ドット６１中の電子を離散的束縛準
位５９からポテンシャル障壁５７外部の電子系６３の連
続的自由準位５８に励起することができる。なお、図６
中、黒丸は励起した電子、白丸は電子の抜けた孔、すな
わち正孔を示す。
電子準位は、第１の量子ドット６１の外部に広がった電
子系６３の連続的自由準位５８を形成する。このイオン
化エネルギーは、第１の量子ドット６１を形成するポテ
ンシャル障壁５７の高さによって電圧換算で１００μＶ
から２０ｍＶの値をとる。このポテンシャル障壁５７の
高さは第１の量子ドット６１のゲート電極に印加するバ
イアス電圧により制御可能である。したがって、図６の
矢印で示すように、イオン化エネルギー以上の電磁波光
子エネルギーを持つミリ波・遠赤外光を照射することに
よって、第１の量子ドット６１中の電子を離散的束縛準
位５９からポテンシャル障壁５７外部の電子系６３の連
続的自由準位５８に励起することができる。なお、図６
中、黒丸は励起した電子、白丸は電子の抜けた孔、すな
わち正孔を示す。
【００９１】連続的自由準位５８に励起される電子は１
ｎ秒以内に速やかに第１の量子ドット６１のポテンシャ
ル障壁５７から外部の電子系６３に脱出し、第１の量子
ドット６１は素電荷＋ｅの分だけ正に帯電、すなわちイ
オン化する。一方、ポテンシャル障壁５７の外部に脱出
した電子は、電子・電子相互作用及び電子・格子相互作
用のために１０ｎ秒程度以内に余分なエネルギーを失っ
て速やかに電子系６３のフェルミ準位に緩和するため、
ポテンシャル障壁５７に妨げられて第１の量子ドット６
１に戻ることができない。したがって、第１の量子ドッ
ト６１のイオン化状態は長時間、例えば１０μ秒から１
０００秒間保持される。
ｎ秒以内に速やかに第１の量子ドット６１のポテンシャ
ル障壁５７から外部の電子系６３に脱出し、第１の量子
ドット６１は素電荷＋ｅの分だけ正に帯電、すなわちイ
オン化する。一方、ポテンシャル障壁５７の外部に脱出
した電子は、電子・電子相互作用及び電子・格子相互作
用のために１０ｎ秒程度以内に余分なエネルギーを失っ
て速やかに電子系６３のフェルミ準位に緩和するため、
ポテンシャル障壁５７に妨げられて第１の量子ドット６
１に戻ることができない。したがって、第１の量子ドッ
ト６１のイオン化状態は長時間、例えば１０μ秒から１
０００秒間保持される。
【００９２】第１の量子ドット６１に隣接した第２の量
子ドット６２は電子を離散的準位に閉じこめた静電ポテ
ンシャルＵｂを有しＳＥＴを形成する。この第２の量子
ドット６２は半導体量子ドット又は金属量子ドットのい
ずれかで形成される。第２の量子ドット６２は第１の量
子ドット６１に対して電気的導通性を持たないが、ポテ
ンシャル障壁を介して隣接しているために静電的に結合
する。
子ドット６２は電子を離散的準位に閉じこめた静電ポテ
ンシャルＵｂを有しＳＥＴを形成する。この第２の量子
ドット６２は半導体量子ドット又は金属量子ドットのい
ずれかで形成される。第２の量子ドット６２は第１の量
子ドット６１に対して電気的導通性を持たないが、ポテ
ンシャル障壁を介して隣接しているために静電的に結合
する。
【００９３】そのために第１の量子ドット６１の帯電、
すなわちイオン化によって第２の量子ドット６２の静電
ポテンシャルが変化して、その結果ＳＥＴの伝導度が大
きく、例えば２０％から９９％程度変化する。このとき
伝導度の変化した状態は第１の量子ドット６１のイオン
化が消滅して中性状態に戻るまでの間保持される。一
方、上述したように、第１の量子ドット６１のイオン化
状態の寿命は１０μ秒から１０００秒と長いため、きわ
めて感度の高い検出器となる。特に、電流の時間分解測
定をとおして単一のミリ波・遠赤外光子を検出すること
ができる。
すなわちイオン化によって第２の量子ドット６２の静電
ポテンシャルが変化して、その結果ＳＥＴの伝導度が大
きく、例えば２０％から９９％程度変化する。このとき
伝導度の変化した状態は第１の量子ドット６１のイオン
化が消滅して中性状態に戻るまでの間保持される。一
方、上述したように、第１の量子ドット６１のイオン化
状態の寿命は１０μ秒から１０００秒と長いため、きわ
めて感度の高い検出器となる。特に、電流の時間分解測
定をとおして単一のミリ波・遠赤外光子を検出すること
ができる。
【００９４】次に、他の実施形態の構成を説明する。他
の実施の形態に係るミリ波・遠赤外光検出器には基本的
に二つタイプの好適な実施形態が可能である。他の実施
形態においても図１及び図２に示した構造と基本的に同
様であるが、他の実施形態においては静電的に分離され
た二つの量子ドットを有し、ゲート電極を兼ねる双極子
アンテナの結節点で形成され、電磁波を吸収する第１の
量子ドットと、この第１の量子ドットの電磁波吸収を検
出しＳＥＴを形成する第２の量子ドットとを有する点が
異なる。
の実施の形態に係るミリ波・遠赤外光検出器には基本的
に二つタイプの好適な実施形態が可能である。他の実施
形態においても図１及び図２に示した構造と基本的に同
様であるが、他の実施形態においては静電的に分離され
た二つの量子ドットを有し、ゲート電極を兼ねる双極子
アンテナの結節点で形成され、電磁波を吸収する第１の
量子ドットと、この第１の量子ドットの電磁波吸収を検
出しＳＥＴを形成する第２の量子ドットとを有する点が
異なる。
【００９５】図７（ａ）、（ｂ）は他の実施形態に係る
ミリ波・遠赤外光検出器を示す図であり、（ａ）はＡ型
構造の平面図、（ｂ）はＢ型構造の平面図を示す。いず
れの構造においても第１の量子ドットが電磁波に対して
双極子アンテナにより電気的に結合する。
ミリ波・遠赤外光検出器を示す図であり、（ａ）はＡ型
構造の平面図、（ｂ）はＢ型構造の平面図を示す。いず
れの構造においても第１の量子ドットが電磁波に対して
双極子アンテナにより電気的に結合する。
【００９６】図７（ａ）及び（ｂ）を参照すると、他の
実施形態に係るミリ波・遠赤外光検出器は、図２（ｂ）
に示したのと同様にして、Ａ型構造及びＢ型構造とも
に、変調ドープされたＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
単一へテロ構造基板上にリソグラフィー技術を用いて作
製される。さらにＡ型構造及びＢ型構造ともに電子系の
ヘテロ構造をメサエッチングして対称な所定形状に形成
される。なお、同等の構造をＩＶ族半導体、例えばＳｉ
基板上にリソグラフィー技術を用いて同様に作製するこ
とも可能である。
実施形態に係るミリ波・遠赤外光検出器は、図２（ｂ）
に示したのと同様にして、Ａ型構造及びＢ型構造とも
に、変調ドープされたＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
単一へテロ構造基板上にリソグラフィー技術を用いて作
製される。さらにＡ型構造及びＢ型構造ともに電子系の
ヘテロ構造をメサエッチングして対称な所定形状に形成
される。なお、同等の構造をＩＶ族半導体、例えばＳｉ
基板上にリソグラフィー技術を用いて同様に作製するこ
とも可能である。
【００９７】また双極子アンテナ６５ａ、６５ｂの一方
の羽６７ａ、６７ｂと他方の羽６８ａ、６８ｂとは、そ
れぞれ金属リード線６９ａ、６９ｂと金属リード線６９
ａ’、６９ｂ’とにより、バイアス電圧を印加するため
に金属パッド７１ａ、７１ｂと金属パッド７２ａ、７２
ｂとに接続される。この実施形態では金属リード線及び
金属パッドはＴｉが２０ｎｍ、Ａｕが１５０ｎｍの蒸着
膜で合金化されて形成される。
の羽６７ａ、６７ｂと他方の羽６８ａ、６８ｂとは、そ
れぞれ金属リード線６９ａ、６９ｂと金属リード線６９
ａ’、６９ｂ’とにより、バイアス電圧を印加するため
に金属パッド７１ａ、７１ｂと金属パッド７２ａ、７２
ｂとに接続される。この実施形態では金属リード線及び
金属パッドはＴｉが２０ｎｍ、Ａｕが１５０ｎｍの蒸着
膜で合金化されて形成される。
【００９８】図７（ａ）に示すようにＡ型構造では、電
子系メサ構造６３ａが双極子アンテナ６５ａの結節点領
域７０ａにくびれを有するように形成され、この結節点
領域７０ａから二つに分かれた対称な電子系メサ構造７
６ａ、７７ａが形成される。電子系メサ構造６３ａの一
端にはオーミック電極６６ａが形成され、二つに分かれ
た他端にはオーミック電極８１ａ、８２ａが形成され
る。このオーミック電極８１ａは後述するＳＥＴ６４ａ
のソース電極であり、オーミック電極８２ａはＳＥＴ６
４ａのドレイン電極である。
子系メサ構造６３ａが双極子アンテナ６５ａの結節点領
域７０ａにくびれを有するように形成され、この結節点
領域７０ａから二つに分かれた対称な電子系メサ構造７
６ａ、７７ａが形成される。電子系メサ構造６３ａの一
端にはオーミック電極６６ａが形成され、二つに分かれ
た他端にはオーミック電極８１ａ、８２ａが形成され
る。このオーミック電極８１ａは後述するＳＥＴ６４ａ
のソース電極であり、オーミック電極８２ａはＳＥＴ６
４ａのドレイン電極である。
【００９９】双極子アンテナ６５ａの結節点領域７０ａ
に第１の量子ドット６１ａ及び第２の量子ドット６２ａ
が形成される。この双極子アンテナ６５ａは結節点領域
７０ａにて第１の量子ドット６１ａと電磁波とを結合す
る。さらに第１の量子ドット６１ａは、双極子アンテナ
６５ａの一方の羽が兼ねるゲート電極６７ａと他方の羽
が兼ねるゲート電極６８ａの先端部がつくる静電ポテン
シャル障壁で、量子ドット外部の電子系と隔てられてい
る。
に第１の量子ドット６１ａ及び第２の量子ドット６２ａ
が形成される。この双極子アンテナ６５ａは結節点領域
７０ａにて第１の量子ドット６１ａと電磁波とを結合す
る。さらに第１の量子ドット６１ａは、双極子アンテナ
６５ａの一方の羽が兼ねるゲート電極６７ａと他方の羽
が兼ねるゲート電極６８ａの先端部がつくる静電ポテン
シャル障壁で、量子ドット外部の電子系と隔てられてい
る。
【０１００】第２の量子ドット６２ａは電子系内にあっ
て第１の量子ドット６１ａに隣接して形成される。この
第２の量子ドット６２ａは金属リード線７３ａ、７４
ａ、７５ａによりゲート電極７８ａ、７９ａ、８０ａか
らバイアス電圧が印加されて形成され、電子系メサ構造
７６ａ、７７ａの電子系に弱くトンネル接合される。
て第１の量子ドット６１ａに隣接して形成される。この
第２の量子ドット６２ａは金属リード線７３ａ、７４
ａ、７５ａによりゲート電極７８ａ、７９ａ、８０ａか
らバイアス電圧が印加されて形成され、電子系メサ構造
７６ａ、７７ａの電子系に弱くトンネル接合される。
【０１０１】この第２の量子ドット６２ａと、電子系メ
サ構造７６ａ、７７ａと、オーミック電極８１ａ、８２
ａとでＳＥＴ６４ａが形成される。なお、金属リード線
７３ａ、７４ａ、７５ａはそれぞれゲート電極７８ａ、
７９ａ、８０ａに接続される。また本実施形態ではオー
ミック電極６６ａ、８１ａ、８２ａはＡｕ／Ｇｅの合金
化により形成される。さらに電子系メサ構造６３ａ（電
子系メサ構造７６ａ、７７ａも含まれる）及びゲートに
バイアス電圧を印加するための金属リード線６９ａ、６
９ａ’、７３ａ、７４ａ、７５ａは、電磁波の吸収を避
けるためにそれぞれ幅が５μｍ以下に形成され、かつ、
その長さ方向が双極子アンテナ６５ａの軸方向に対して
直角に形成される。
サ構造７６ａ、７７ａと、オーミック電極８１ａ、８２
ａとでＳＥＴ６４ａが形成される。なお、金属リード線
７３ａ、７４ａ、７５ａはそれぞれゲート電極７８ａ、
７９ａ、８０ａに接続される。また本実施形態ではオー
ミック電極６６ａ、８１ａ、８２ａはＡｕ／Ｇｅの合金
化により形成される。さらに電子系メサ構造６３ａ（電
子系メサ構造７６ａ、７７ａも含まれる）及びゲートに
バイアス電圧を印加するための金属リード線６９ａ、６
９ａ’、７３ａ、７４ａ、７５ａは、電磁波の吸収を避
けるためにそれぞれ幅が５μｍ以下に形成され、かつ、
その長さ方向が双極子アンテナ６５ａの軸方向に対して
直角に形成される。
【０１０２】次に図７（ｂ）に示すＢ型構造のミリ波・
遠赤外光検出器は、電子系メサ構造６３ｂのくびれた部
分の端が双極子アンテナ６５ｂの結節点領域７０ｂにな
っており、この結節点領域７０ｂに第１の量子ドット６
１ｂが形成される。ここで、双極子アンテナ６５ｂ及び
第１の量子ドット６１ｂの構成はＡ型構造と同様であ
る。さらに、Ｂ型構造のミリ波・遠赤外光検出器におけ
る第２の量子ドット６２ｂは、第１の量子ドット６１ｂ
の上面に設けられた金属膜で形成されており、第１の量
子ドット６１ｂと静電的に結合するが電気的導通（トン
ネル接合）は遮断されている。この金属膜で形成された
第２の量子ドット６２ｂは、ソース電極８１ｂとドレイ
ン電極８２ｂとにそれぞれ接続された金属リード線７６
ｂと金属リード線７７ｂとに弱くトンネル接合され、Ｓ
ＥＴ６４ｂが形成される。
遠赤外光検出器は、電子系メサ構造６３ｂのくびれた部
分の端が双極子アンテナ６５ｂの結節点領域７０ｂにな
っており、この結節点領域７０ｂに第１の量子ドット６
１ｂが形成される。ここで、双極子アンテナ６５ｂ及び
第１の量子ドット６１ｂの構成はＡ型構造と同様であ
る。さらに、Ｂ型構造のミリ波・遠赤外光検出器におけ
る第２の量子ドット６２ｂは、第１の量子ドット６１ｂ
の上面に設けられた金属膜で形成されており、第１の量
子ドット６１ｂと静電的に結合するが電気的導通（トン
ネル接合）は遮断されている。この金属膜で形成された
第２の量子ドット６２ｂは、ソース電極８１ｂとドレイ
ン電極８２ｂとにそれぞれ接続された金属リード線７６
ｂと金属リード線７７ｂとに弱くトンネル接合され、Ｓ
ＥＴ６４ｂが形成される。
【０１０３】次に、双極子アンテナ、第１の量子ドット
及び第２の量子ドットについて詳細に説明する。図８は
双極子アンテナ結節点領域の要部拡大図であり、（ａ）
はＡ型構造の第２の量子ドットをゲート電極により第１
の量子ドットから分離する構造、（ｂ）はＡ型構造の第
１の量子ドットと第２の量子ドットの形成される電子系
メサ構造が分離して形成される構造、（ｃ）はＢ型構造
の要部拡大を示す図である。
及び第２の量子ドットについて詳細に説明する。図８は
双極子アンテナ結節点領域の要部拡大図であり、（ａ）
はＡ型構造の第２の量子ドットをゲート電極により第１
の量子ドットから分離する構造、（ｂ）はＡ型構造の第
１の量子ドットと第２の量子ドットの形成される電子系
メサ構造が分離して形成される構造、（ｃ）はＢ型構造
の要部拡大を示す図である。
【０１０４】図８（ａ）を参照して、第１の量子ドット
６１ａは、バイアス電圧の印加によりゲート電極６７ａ
の突起部８３ａとゲート電極６８ａの突起部８４ａとの
間隙に形成される。この間隙Ｌ1 ａは約０．５μｍであ
る。電子系メサ構造６３ａの結節点領域７０ａの幅Ｍａ
は０．４μｍから０．５μｍ程度である。
６１ａは、バイアス電圧の印加によりゲート電極６７ａ
の突起部８３ａとゲート電極６８ａの突起部８４ａとの
間隙に形成される。この間隙Ｌ1 ａは約０．５μｍであ
る。電子系メサ構造６３ａの結節点領域７０ａの幅Ｍａ
は０．４μｍから０．５μｍ程度である。
【０１０５】第２の量子ドット６２ａは、ゲート電圧の
印加によりゲート電極６８ａの突起部８４ａとゲート電
極から延びた金属リード線７３ａ、７４ａ、７５ａの先
端部とがつくる間隙に形成され、この間隙Ｌ2 ａは０．
３μｍから０．５μｍの程度である。ゲート電極６７
ａ、６８ａは双極子アンテナ６５ａのそれぞれの羽を兼
ねており、電磁波を電気的に第１の量子ドット６１ａに
結合する役割をも果たす。突起部８３ａは幅が０．３μ
ｍ、長さが０．７μｍ程度で電子系メサ構造の結節点領
域７０ａを横断して形成され、突起部８４ａは幅が０．
１μｍ、長さが０．３μｍ程度で結節点領域７０ａを横
断せず、その一部に重なって形成される。
印加によりゲート電極６８ａの突起部８４ａとゲート電
極から延びた金属リード線７３ａ、７４ａ、７５ａの先
端部とがつくる間隙に形成され、この間隙Ｌ2 ａは０．
３μｍから０．５μｍの程度である。ゲート電極６７
ａ、６８ａは双極子アンテナ６５ａのそれぞれの羽を兼
ねており、電磁波を電気的に第１の量子ドット６１ａに
結合する役割をも果たす。突起部８３ａは幅が０．３μ
ｍ、長さが０．７μｍ程度で電子系メサ構造の結節点領
域７０ａを横断して形成され、突起部８４ａは幅が０．
１μｍ、長さが０．３μｍ程度で結節点領域７０ａを横
断せず、その一部に重なって形成される。
【０１０６】これは第１の量子ドット６１ａと第２の量
子ドット６２ａとの間に十分な大きさの静電容量結合を
確保するためである。但し、ゲート電極６８ａ（突起部
８４ａ）への負のバイアス電圧印加によって、第１の量
子ドット６１ａと第２の量子ドット６２ａとの間の電気
的導通（トンネル接合）は遮断されている。
子ドット６２ａとの間に十分な大きさの静電容量結合を
確保するためである。但し、ゲート電極６８ａ（突起部
８４ａ）への負のバイアス電圧印加によって、第１の量
子ドット６１ａと第２の量子ドット６２ａとの間の電気
的導通（トンネル接合）は遮断されている。
【０１０７】本実施形態では、ゲート電極から延びた金
属リード線７３ａ、７４ａ、７５ａの先端部分はそれぞ
れ０．１μｍ程度の幅であり、また互いの間の間隙は
０．１μｍ程度に形成される。
属リード線７３ａ、７４ａ、７５ａの先端部分はそれぞ
れ０．１μｍ程度の幅であり、また互いの間の間隙は
０．１μｍ程度に形成される。
【０１０８】ゲート電極６７ａを−０．３Ｖから−２Ｖ
程度、ゲート電極６８ａを−０．７Ｖ程度の負電圧にバ
イアスすることによって、第１の量子ドット６１ａが形
成される。ゲート電極の金属リード線７３ａ及び金属リ
ード線７５ａを−０．７Ｖ程度、さらに制御ゲート電極
の金属リード線７４ａを−０．３Ｖから−０．７Ｖ程度
の負電圧にバイアスすることによって第２の量子ドット
６２ａが形成される。ここで、ゲート電極６７ａ（突起
部８３ａ）のバイアス電圧は、第１の量子ドット６１ａ
が電磁波を吸収する際のイオン化エネルギーを決定す
る。
程度、ゲート電極６８ａを−０．７Ｖ程度の負電圧にバ
イアスすることによって、第１の量子ドット６１ａが形
成される。ゲート電極の金属リード線７３ａ及び金属リ
ード線７５ａを−０．７Ｖ程度、さらに制御ゲート電極
の金属リード線７４ａを−０．３Ｖから−０．７Ｖ程度
の負電圧にバイアスすることによって第２の量子ドット
６２ａが形成される。ここで、ゲート電極６７ａ（突起
部８３ａ）のバイアス電圧は、第１の量子ドット６１ａ
が電磁波を吸収する際のイオン化エネルギーを決定す
る。
【０１０９】例えば、−０．３Ｖでイオン化エネルギー
は０．２ｍｅＶ程度、閾値検出波長では５ｍｍに対応
し、その値は負電圧変化とともに連続的に変化して、−
２Ｖにて３０ｍｅＶ程度、閾値検出波長では約３０μｍ
程度に達する。
は０．２ｍｅＶ程度、閾値検出波長では５ｍｍに対応
し、その値は負電圧変化とともに連続的に変化して、−
２Ｖにて３０ｍｅＶ程度、閾値検出波長では約３０μｍ
程度に達する。
【０１１０】第２の量子ドット６２ａをＳＥＴ６４ａと
して動作させるために、ゲート電極の金属リード線７３
ａと金属リード線７５ａのバイアス電圧を微調整して、
第２の量子ドット６２ａを電子系メサ構造７６ａ、７７
ａの電子系に弱くトンネル結合させる。ゲート電極６８
ａ（突起部８４ａ）のバイアス電圧は第１の量子ドット
６１ａと第２の量子ドット６２ａとの間のトンネル結合
が消失する閾値電圧近傍に選び、静電的結合が最大とな
るようにされる。
して動作させるために、ゲート電極の金属リード線７３
ａと金属リード線７５ａのバイアス電圧を微調整して、
第２の量子ドット６２ａを電子系メサ構造７６ａ、７７
ａの電子系に弱くトンネル結合させる。ゲート電極６８
ａ（突起部８４ａ）のバイアス電圧は第１の量子ドット
６１ａと第２の量子ドット６２ａとの間のトンネル結合
が消失する閾値電圧近傍に選び、静電的結合が最大とな
るようにされる。
【０１１１】次に図８（ａ’）は第２の量子ドット６２
ａ’が第１の量子ドット６１ａ’からメサエッチングに
より分離して形成され、ゲート電極６８ａ’に突起部が
形成されていない点が図８（ａ）の構造と異なる。対応
する各部位の寸法Ｍａ’、Ｌ1 ａ’、Ｌ2 ａ’及びバイ
アス電圧等は図８（ａ）と同様である。なお、図８
（ａ）と対応する部材は同一符号に「ダッシュ」を付し
て区別した。この実施形態では第１の量子ドット６１
ａ’と第２の量子ドット６２ａ’の間隙は、約０．１μ
ｍ程度に形成される。
ａ’が第１の量子ドット６１ａ’からメサエッチングに
より分離して形成され、ゲート電極６８ａ’に突起部が
形成されていない点が図８（ａ）の構造と異なる。対応
する各部位の寸法Ｍａ’、Ｌ1 ａ’、Ｌ2 ａ’及びバイ
アス電圧等は図８（ａ）と同様である。なお、図８
（ａ）と対応する部材は同一符号に「ダッシュ」を付し
て区別した。この実施形態では第１の量子ドット６１
ａ’と第２の量子ドット６２ａ’の間隙は、約０．１μ
ｍ程度に形成される。
【０１１２】次に図８（ｂ）に示すＢ型構造のミリ波・
遠赤外光検出器では、電子系メサ構造６３ｂのくびれた
部分の端が結節点領域７０ｂにあって、この領域に第１
の量子ドット６１ｂが形成される。この第１の量子ドッ
ト６１ｂ、その外部の電子系メサ構造６３ｂ及びゲート
電極６７ｂ、６８ｂについては、それぞれ図８（ａ’）
に示した対応する部材と寸法及び形状ともに同一であ
る。第２の量子ドット６２ｂによるＳＥＴは第１の量子
ドット６１ｂの上にドーランブリッジ法で作製する。ド
ーランブリッジ法を示す文献として「Ｔ．Ａ．Ｆｕｌｔ
ｏｎ ａｎｄ Ｇ．Ｊ．Ｄｏｌａｎ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ．５９，ｐ．１０９，１９８７」を挙げる
ことができる。
遠赤外光検出器では、電子系メサ構造６３ｂのくびれた
部分の端が結節点領域７０ｂにあって、この領域に第１
の量子ドット６１ｂが形成される。この第１の量子ドッ
ト６１ｂ、その外部の電子系メサ構造６３ｂ及びゲート
電極６７ｂ、６８ｂについては、それぞれ図８（ａ’）
に示した対応する部材と寸法及び形状ともに同一であ
る。第２の量子ドット６２ｂによるＳＥＴは第１の量子
ドット６１ｂの上にドーランブリッジ法で作製する。ド
ーランブリッジ法を示す文献として「Ｔ．Ａ．Ｆｕｌｔ
ｏｎ ａｎｄ Ｇ．Ｊ．Ｄｏｌａｎ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ．５９，ｐ．１０９，１９８７」を挙げる
ことができる。
【０１１３】具体的には、まずアルミニウムの蒸着によ
り、厚さが０．０６μｍ、幅が０．１μｍ、長さが０．
３μｍの第２の量子ドット６２ｂを形成した後、その表
面を１０ｍＴｏｒｒ程度の酸素ガス雰囲気中で酸化して
酸化アルミニウム膜で覆う。この表面の酸化にあたって
は後述する金属リード線７６ｂと金属リード線７７ｂ間
の常温での電気抵抗が１００ｋΩから４００ｋΩの間に
収まるように酸化時間を調節する。
り、厚さが０．０６μｍ、幅が０．１μｍ、長さが０．
３μｍの第２の量子ドット６２ｂを形成した後、その表
面を１０ｍＴｏｒｒ程度の酸素ガス雰囲気中で酸化して
酸化アルミニウム膜で覆う。この表面の酸化にあたって
は後述する金属リード線７６ｂと金属リード線７７ｂ間
の常温での電気抵抗が１００ｋΩから４００ｋΩの間に
収まるように酸化時間を調節する。
【０１１４】次に第１の量子ドット６１ｂ上に重ねて、
斜め蒸着により金属リード線７６ｂ、７７ｂをアルミニ
ウムの蒸着により作製する。この金属リード線７６ｂ、
７７ｂの厚さは０．０６μｍ、先端部幅は０．１μｍ程
度である。但し、本実施形態では金属リード線先端部の
間隙８５ｂを０．１μｍとした。
斜め蒸着により金属リード線７６ｂ、７７ｂをアルミニ
ウムの蒸着により作製する。この金属リード線７６ｂ、
７７ｂの厚さは０．０６μｍ、先端部幅は０．１μｍ程
度である。但し、本実施形態では金属リード線先端部の
間隙８５ｂを０．１μｍとした。
【０１１５】このとき、金属リード線７６ｂ、７７ｂの
先端部は第２の量子ドット６２ｂと０．０５μｍ程度重
なるように形成される。このとき、金属リード線７６ｂ
はソース電極８１ｂに接続され、金属リード線７７ｂは
ドレイン電極８２ｂに接続されており、金属リード線７
６ｂ、７７ｂと第２の量子ドット６２ｂとの間に介在す
る酸化アルミニウム層がトンネル接合となってＳＥＴが
形成される。
先端部は第２の量子ドット６２ｂと０．０５μｍ程度重
なるように形成される。このとき、金属リード線７６ｂ
はソース電極８１ｂに接続され、金属リード線７７ｂは
ドレイン電極８２ｂに接続されており、金属リード線７
６ｂ、７７ｂと第２の量子ドット６２ｂとの間に介在す
る酸化アルミニウム層がトンネル接合となってＳＥＴが
形成される。
【０１１６】次に、他の実施形態に係るミリ波・遠赤外
光検出器の作用を説明する。図８（ａ）に示した構造の
ミリ波・遠赤外光検出器の作用について説明する。図７
（ａ）及び図８（ａ）を参照して、先ずゲート電極６７
ａ、つまり突起部８３ａとゲート電極６８ａ、つまり突
起部８４ａとへバイアス電圧を印加して第１の量子ドッ
ト６１ａを形成する。
光検出器の作用を説明する。図８（ａ）に示した構造の
ミリ波・遠赤外光検出器の作用について説明する。図７
（ａ）及び図８（ａ）を参照して、先ずゲート電極６７
ａ、つまり突起部８３ａとゲート電極６８ａ、つまり突
起部８４ａとへバイアス電圧を印加して第１の量子ドッ
ト６１ａを形成する。
【０１１７】次にその状態でさらにゲート電極７８ａ、
７９ａ、８０ａをバイアス、つまり金属リード線７３
ａ、７４ａ、７５ａにバイアス電圧を印加して第２の量
子ドット６２ａを形成し、第２の量子ドット６２ａがＳ
ＥＴとして動作する。つまり、電子系メサ構造７６ａと
電子系メサ構造７７ａとの間にＶSD＝１００μＶ以下の
ソース・ドレイン電圧を印加して流れる電流を測る。双
極子アンテナ６５ａに電磁波の入射がないときにＳＥＴ
の伝導度が最大となるように制御ゲート電極７９ａ、つ
まり金属リード線７４ａのバイアス電圧を微調する。さ
らに電子系メサ構造６３ａの電位と電子系メサ構造７６
ａとを同電位に保つ。
７９ａ、８０ａをバイアス、つまり金属リード線７３
ａ、７４ａ、７５ａにバイアス電圧を印加して第２の量
子ドット６２ａを形成し、第２の量子ドット６２ａがＳ
ＥＴとして動作する。つまり、電子系メサ構造７６ａと
電子系メサ構造７７ａとの間にＶSD＝１００μＶ以下の
ソース・ドレイン電圧を印加して流れる電流を測る。双
極子アンテナ６５ａに電磁波の入射がないときにＳＥＴ
の伝導度が最大となるように制御ゲート電極７９ａ、つ
まり金属リード線７４ａのバイアス電圧を微調する。さ
らに電子系メサ構造６３ａの電位と電子系メサ構造７６
ａとを同電位に保つ。
【０１１８】双極子アンテナ６５ａで捕らえられた電磁
波が第１の量子ドット６１ａで吸収されることにより、
第１の量子ドット６１ａが＋ｅにイオン化し、第２の量
子ドット６２ａの静電ポテンシャルが変化してＳＥＴの
伝導度が大きく減少する。それを電流増幅器で検知する
ことにより電磁波光子一つの吸収を検出することができ
る。なお、イオン化により第１の量子ドット６１ａから
外部の電子系メサ構造６３ａの電子系に脱出した電子
は、そこで吸収される。
波が第１の量子ドット６１ａで吸収されることにより、
第１の量子ドット６１ａが＋ｅにイオン化し、第２の量
子ドット６２ａの静電ポテンシャルが変化してＳＥＴの
伝導度が大きく減少する。それを電流増幅器で検知する
ことにより電磁波光子一つの吸収を検出することができ
る。なお、イオン化により第１の量子ドット６１ａから
外部の電子系メサ構造６３ａの電子系に脱出した電子
は、そこで吸収される。
【０１１９】次に図８（ａ’）に示した構造のミリ波・
遠赤外光検出器の作用について説明する。図７（ａ）及
び図８（ａ’）を参照して、先ず、第１の量子ドット６
１ａ’をゲート電極６７ａ’、つまり突起部８３ａ’へ
のバイアス電圧印加により形成する。さらにゲート電極
６８ａ’は電子系メサ構造６３ａ’と同電位とする。次
にその状態でさらにゲート電極７８ａ’、７９ａ’、８
０ａ’をバイアス、つまり金属リード線７３ａ’、７４
ａ’、７５ａ’にバイアス電圧を印加して第２の量子ド
ット６２ａ’を形成し、第２の量子ドット６２ａ’がＳ
ＥＴとして動作する。その他は図８（ａ）の構造と同様
の作用をする。
遠赤外光検出器の作用について説明する。図７（ａ）及
び図８（ａ’）を参照して、先ず、第１の量子ドット６
１ａ’をゲート電極６７ａ’、つまり突起部８３ａ’へ
のバイアス電圧印加により形成する。さらにゲート電極
６８ａ’は電子系メサ構造６３ａ’と同電位とする。次
にその状態でさらにゲート電極７８ａ’、７９ａ’、８
０ａ’をバイアス、つまり金属リード線７３ａ’、７４
ａ’、７５ａ’にバイアス電圧を印加して第２の量子ド
ット６２ａ’を形成し、第２の量子ドット６２ａ’がＳ
ＥＴとして動作する。その他は図８（ａ）の構造と同様
の作用をする。
【０１２０】最後に、図８（ｂ）に示した構造のミリ波
・遠赤外光検出器の作用について説明する。第１の量子
ドット６１ｂの形成については図８（ａ’）に示した構
造での第１の量子ドット６１ａ’の形成と同様である。
第２の量子ドット６２ｂは既にＳＥＴとして第１の量子
ドット６１ｂ上に形成されている。図７（ｂ）及び図８
（ｂ）を参照して、ソース電極８１ｂ、つまり金属リー
ド線７６ｂとドレイン電極８２ｂ、つまり金属リード線
７７ｂとの間にＶSD＝１００μＶ以下のソース・ドレイ
ン電圧を印加して流れる電流を測る。
・遠赤外光検出器の作用について説明する。第１の量子
ドット６１ｂの形成については図８（ａ’）に示した構
造での第１の量子ドット６１ａ’の形成と同様である。
第２の量子ドット６２ｂは既にＳＥＴとして第１の量子
ドット６１ｂ上に形成されている。図７（ｂ）及び図８
（ｂ）を参照して、ソース電極８１ｂ、つまり金属リー
ド線７６ｂとドレイン電極８２ｂ、つまり金属リード線
７７ｂとの間にＶSD＝１００μＶ以下のソース・ドレイ
ン電圧を印加して流れる電流を測る。
【０１２１】但し、電子系メサ構造６３ｂとゲート電極
６８ｂを同電位とし、その電位をアルミニウムで形成さ
れた金属リード線７６ｂに対して±１ｍＶ以内で微妙に
調節することによって、電磁波入射がないときのＳＥＴ
の伝導度を最大にする。
６８ｂを同電位とし、その電位をアルミニウムで形成さ
れた金属リード線７６ｂに対して±１ｍＶ以内で微妙に
調節することによって、電磁波入射がないときのＳＥＴ
の伝導度を最大にする。
【０１２２】第１の量子ドット６１ｂが電磁波を吸収し
て＋ｅにイオン化すると、第２の量子ドット６２ｂの静
電ポテンシャルが変化して上述したようにＳＥＴの伝導
度が大きく減少する。それを電流増幅器で検知すること
により電磁波光子一つの吸収を検出することができる。
なお、イオン化により第１の量子ドット６１ｂから外部
の電子系メサ構造６３ｂの電子系に脱出した電子は、そ
こで吸収される。
て＋ｅにイオン化すると、第２の量子ドット６２ｂの静
電ポテンシャルが変化して上述したようにＳＥＴの伝導
度が大きく減少する。それを電流増幅器で検知すること
により電磁波光子一つの吸収を検出することができる。
なお、イオン化により第１の量子ドット６１ｂから外部
の電子系メサ構造６３ｂの電子系に脱出した電子は、そ
こで吸収される。
【０１２３】以上示した３種類の構造において、電磁波
吸収によって励起する正孔と電子とがそれぞれ第１の量
子ドットの内部と外部に分離して生ずるため、磁場を印
加することなく極めて長時間の励起状態、すなわちイオ
ン化寿命を実現できる。この第１の量子ドット６１ａ、
６１ａ’、６１ｂのイオン化状態の寿命は１０μ秒以上
であり、きわめて容易に電磁波単一光子の検出を行うこ
とができる。したがって、他の実施形態に係るミリ波・
遠赤外光検出器では、さらに感度が高くなり、かつ、よ
り高温で動作する検出器を磁場の印加なしで実現でき
る。
吸収によって励起する正孔と電子とがそれぞれ第１の量
子ドットの内部と外部に分離して生ずるため、磁場を印
加することなく極めて長時間の励起状態、すなわちイオ
ン化寿命を実現できる。この第１の量子ドット６１ａ、
６１ａ’、６１ｂのイオン化状態の寿命は１０μ秒以上
であり、きわめて容易に電磁波単一光子の検出を行うこ
とができる。したがって、他の実施形態に係るミリ波・
遠赤外光検出器では、さらに感度が高くなり、かつ、よ
り高温で動作する検出器を磁場の印加なしで実現でき
る。
【０１２４】さらに離散準位間の励起を利用する場合、
電磁波の検出に波長選択性が生じるが、この他の実施形
態では離散準位から連続帯準位への励起を利用するため
に閾値、すなわちイオン化エネルギー以上のエネルギー
を持つ連続的な波長帯域で検出可能な感度を有すること
ができる。
電磁波の検出に波長選択性が生じるが、この他の実施形
態では離散準位から連続帯準位への励起を利用するため
に閾値、すなわちイオン化エネルギー以上のエネルギー
を持つ連続的な波長帯域で検出可能な感度を有すること
ができる。
【０１２５】また、動作温度は、ＳＥＴを形成する第２
の量子ドット６２ａ、６２ａ’、６２ｂの帯電エネルギ
ーで上限が決まり、図８（ｂ）の構造では約１Ｋまで、
図８（ａ’）の構造では約１．３Ｋまで、図８（ａ）の
構造では約２Ｋまでとなる。したがって、第２の量子ド
ットを微小にすることにより動作温度を最高２Ｋまでに
上昇させることができる。
の量子ドット６２ａ、６２ａ’、６２ｂの帯電エネルギ
ーで上限が決まり、図８（ｂ）の構造では約１Ｋまで、
図８（ａ’）の構造では約１．３Ｋまで、図８（ａ）の
構造では約２Ｋまでとなる。したがって、第２の量子ド
ットを微小にすることにより動作温度を最高２Ｋまでに
上昇させることができる。
【０１２６】さらに、イオン化エネルギーが第１の量子
ドットのゲート電圧によるポテンシャル障壁高さの調節
を通して直接的に制御可能であるので、イオン化エネル
ギーの制御、つまり検出の閾値波長を制御することがで
きる。したがって、検出可能電磁波の長波長限界はすべ
ての構造において第１の量子ドットを形成するゲート電
極６７ａ、６７ａ’、６７ｂのバイアス電圧で決めるこ
とができる。
ドットのゲート電圧によるポテンシャル障壁高さの調節
を通して直接的に制御可能であるので、イオン化エネル
ギーの制御、つまり検出の閾値波長を制御することがで
きる。したがって、検出可能電磁波の長波長限界はすべ
ての構造において第１の量子ドットを形成するゲート電
極６７ａ、６７ａ’、６７ｂのバイアス電圧で決めるこ
とができる。
【０１２７】本発明は上述した実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から除外するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から除外するものではな
い。
【０１２８】
【実施例】次に、本発明のミリ波・遠赤外単一光子検出
器を、上述した第２の場合の使用条件下で用いた実際の
単一光子検出の測定結果を、図９、図１０、図１１及び
図１２を参照して説明する。図９〜図１２は２次元電子
移動度が８０ｍ2 ／Ｖｓ、電子濃度が２．３ｘ１０ 15／
ｍ2 のＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓヘテロ構造結晶
を用いて、図３（ｂ）の形状・サイズに作成したミリ波
・遠赤外単一光子検出器の測定例を示す。
器を、上述した第２の場合の使用条件下で用いた実際の
単一光子検出の測定結果を、図９、図１０、図１１及び
図１２を参照して説明する。図９〜図１２は２次元電子
移動度が８０ｍ2 ／Ｖｓ、電子濃度が２．３ｘ１０ 15／
ｍ2 のＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓヘテロ構造結晶
を用いて、図３（ｂ）の形状・サイズに作成したミリ波
・遠赤外単一光子検出器の測定例を示す。
【０１２９】図９及び図１０は、測定温度０．０７Ｋ、
ＶSD＝２５μＶ、ＶCG＝０Ｖ、Ｂ＝３．６７Ｔの条件下
で、量子ホール効果素子からの極めて微弱な遠赤外発
光、すなわち波長が０．１９ｍｍ、発光素子の電流がＩ
emit＝４μＡのときボータイ・アンテナ位置でのパワー
が約１０-18 Ｗの遠赤外光を入射させたときのＳＥＴ伝
導度の測定例である。但し、測定の時定数は３ｍ秒であ
る。
ＶSD＝２５μＶ、ＶCG＝０Ｖ、Ｂ＝３．６７Ｔの条件下
で、量子ホール効果素子からの極めて微弱な遠赤外発
光、すなわち波長が０．１９ｍｍ、発光素子の電流がＩ
emit＝４μＡのときボータイ・アンテナ位置でのパワー
が約１０-18 Ｗの遠赤外光を入射させたときのＳＥＴ伝
導度の測定例である。但し、測定の時定数は３ｍ秒であ
る。
【０１３０】図９（ａ）〜（ｃ）はＳＥＴ伝導度の制御
ゲート電圧ＶCGに対する依存性を示しており、遠赤外光
の照射がない時のＶCG＝−０．６８８１Ｖ近傍の鋭いク
ーロン振動のピーク（図９（ａ））が極端に微弱な遠赤
外光の照射によって乱され（図９（ｂ））、光強度が増
すに従って励起状態に対応したＶCG＝−０．６８８６Ｖ
近傍のピークへ移行する。
ゲート電圧ＶCGに対する依存性を示しており、遠赤外光
の照射がない時のＶCG＝−０．６８８１Ｖ近傍の鋭いク
ーロン振動のピーク（図９（ａ））が極端に微弱な遠赤
外光の照射によって乱され（図９（ｂ））、光強度が増
すに従って励起状態に対応したＶCG＝−０．６８８６Ｖ
近傍のピークへ移行する。
【０１３１】図１０（ｄ）〜（ｆ）は、制御ゲート電圧
ＶCGを照射無しのピーク位置、ＶCG＝−０．６８８１
Ｖ、に固定した時の伝導度Ｇの時間変化である。単一光
子の吸収が起こるたびに伝導遮断の状態にスイッチング
し、遠赤外光強度の増大によってスイッチングの頻度
（光子の飛来頻度）が増大することを示す。
ＶCGを照射無しのピーク位置、ＶCG＝−０．６８８１
Ｖ、に固定した時の伝導度Ｇの時間変化である。単一光
子の吸収が起こるたびに伝導遮断の状態にスイッチング
し、遠赤外光強度の増大によってスイッチングの頻度
（光子の飛来頻度）が増大することを示す。
【０１３２】図１１は、励起状態の寿命が強い磁場依存
性を示し、磁場Ｂが３．８Ｔのときν＝２の近傍で最大
値を取り、その値が１０００秒のオーダーに達すること
を示す。磁場依存性の細部の構造は上位のランダウ準位
に存在する電子数が磁場変化によって一つづつ変化する
ことによって起こる。図１２は図９及び図１０と同様な
条件下で温度を０．３７Ｋまで上昇させても単一光子の
検出が可能なことを示す。
性を示し、磁場Ｂが３．８Ｔのときν＝２の近傍で最大
値を取り、その値が１０００秒のオーダーに達すること
を示す。磁場依存性の細部の構造は上位のランダウ準位
に存在する電子数が磁場変化によって一つづつ変化する
ことによって起こる。図１２は図９及び図１０と同様な
条件下で温度を０．３７Ｋまで上昇させても単一光子の
検出が可能なことを示す。
【０１３３】この実施例のミリ波・遠赤外単一光子検出
器は、半導体量子ドット内の電子準位間の共鳴励起を単
一電子トランジスタの増幅作用を通して測定する。この
ため、１００秒間に１個程度の極端に微弱な光子束を検
出することができる。１００秒の測定時間を考えると、
この感度はＮＥＰ＝１０-23 Ｗ／Ｈｚ1/2に対応し、従
来の最高感度の検出器に比べて一千万倍程度優れてい
る。また、感度を失うことなく、３ｎ秒程度の時定数で
高速の測定を行うことができる。
器は、半導体量子ドット内の電子準位間の共鳴励起を単
一電子トランジスタの増幅作用を通して測定する。この
ため、１００秒間に１個程度の極端に微弱な光子束を検
出することができる。１００秒の測定時間を考えると、
この感度はＮＥＰ＝１０-23 Ｗ／Ｈｚ1/2に対応し、従
来の最高感度の検出器に比べて一千万倍程度優れてい
る。また、感度を失うことなく、３ｎ秒程度の時定数で
高速の測定を行うことができる。
【０１３４】なお、この発明は上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、この発明の趣旨に基づいて種々の変
形が可能であり、これらを本発明の範囲から除外するも
のではない。
れるものではなく、この発明の趣旨に基づいて種々の変
形が可能であり、これらを本発明の範囲から除外するも
のではない。
【０１３５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ミリ波・遠赤外光検出器では、従来のミリ波・遠赤外光
検出器に比べて桁違いに感度が高く、かつ、高速で動作
するという効果を有する。
ミリ波・遠赤外光検出器では、従来のミリ波・遠赤外光
検出器に比べて桁違いに感度が高く、かつ、高速で動作
するという効果を有する。
【図１】集光系を含めたこの発明に係るミリ波・遠赤外
光検出器の概略構成断面図である。
光検出器の概略構成断面図である。
【図２】本発明に係るミリ波・遠赤外光検出器を示す図
であり、（ａ）はボータイ・アンテナと量子ドットによ
る単一電子トランジスタの平面図、（ｂ）はメサ構造部
の一部概略断面図である。
であり、（ａ）はボータイ・アンテナと量子ドットによ
る単一電子トランジスタの平面図、（ｂ）はメサ構造部
の一部概略断面図である。
【図３】本発明に係るボータイ・アンテナの結節点領域
での平面構造を示す概略図であり、（ａ）は磁場無印加
で使用し、波長０．５〜１０ｍｍのミリ波・遠赤外光検
出器に用いるもの、（ｂ）は１〜７Ｔの磁場下で使用
し、波長０．１〜０．４ｍｍのミリ波・遠赤外光検出器
に用いるもの、（ｃ）は１〜１３Ｔの磁場下で使用し、
波長０．３５〜１０ｍｍのミリ波・遠赤外光検出器で使
用するものを示す図である。
での平面構造を示す概略図であり、（ａ）は磁場無印加
で使用し、波長０．５〜１０ｍｍのミリ波・遠赤外光検
出器に用いるもの、（ｂ）は１〜７Ｔの磁場下で使用
し、波長０．１〜０．４ｍｍのミリ波・遠赤外光検出器
に用いるもの、（ｃ）は１〜１３Ｔの磁場下で使用し、
波長０．３５〜１０ｍｍのミリ波・遠赤外光検出器で使
用するものを示す図である。
【図４】本発明における磁場下での量子ドット内部での
ミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起を
示す電気的遷移の概念図であり、（ａ）は電気的遷移
（ｍａｇｎｅｔｏｐｌａｓｍａ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）
によるランダウ準位間の励起、（ｂ）は励起された電子
及び正孔の安定状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の
分極、（ｄ）は静電ポテンシャルの変化ΔＵ及び電気化
学ポテンシャルの変化Δμ０↑を示す図である。
ミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起を
示す電気的遷移の概念図であり、（ａ）は電気的遷移
（ｍａｇｎｅｔｏｐｌａｓｍａ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）
によるランダウ準位間の励起、（ｂ）は励起された電子
及び正孔の安定状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の
分極、（ｄ）は静電ポテンシャルの変化ΔＵ及び電気化
学ポテンシャルの変化Δμ０↑を示す図である。
【図５】本発明における磁場下での量子ドット内部での
ミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起を
示す磁気的遷移の概念図であり、（ａ）は磁気的遷移
（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によるスピ
ン状態間の励起、（ｂ）は励起された電子及び正孔の安
定状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の分極、（ｄ）
は静電ポテンシャルの変化ΔＵを示す図である。
ミリ波・遠赤外単一光子吸収による準位間の電子励起を
示す磁気的遷移の概念図であり、（ａ）は磁気的遷移
（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によるスピ
ン状態間の励起、（ｂ）は励起された電子及び正孔の安
定状態への緩和、（ｃ）は量子ドット内の分極、（ｄ）
は静電ポテンシャルの変化ΔＵを示す図である。
【図６】本発明に係る他の実施形態の動作原理を示す概
念図である。
念図である。
【図７】他の実施形態に係るミリ波・遠赤外光検出器を
示す図であり、（ａ）はＡ型構造の平面図、（ｂ）はＢ
型構造の平面図を示す。
示す図であり、（ａ）はＡ型構造の平面図、（ｂ）はＢ
型構造の平面図を示す。
【図８】本発明に係る双極子アンテナ結節点領域の要部
拡大図であり、（ａ）はＡ型構造の第２の量子ドットを
ゲート電極により第１の量子ドットから分離する構造、
（ａ’）はＡ型構造の第１の量子ドットと第２の量子ド
ットの形成される電子系メサ構造が分離して形成される
構造、（ｂ）はＢ型構造の要部拡大を示す図である。
拡大図であり、（ａ）はＡ型構造の第２の量子ドットを
ゲート電極により第１の量子ドットから分離する構造、
（ａ’）はＡ型構造の第１の量子ドットと第２の量子ド
ットの形成される電子系メサ構造が分離して形成される
構造、（ｂ）はＢ型構造の要部拡大を示す図である。
【図９】本発明におけるミリ波・遠赤外単一検出の測定
例を示す図であり、（ａ）は遠赤外光の照射がないと
き、（ｂ）は発光素子の電流が２μＡのとき、（ｃ）は
発光素子の電流が３．５μＡのとき、のＳＥＴ伝導度の
制御ゲート電圧に対する依存性を示す図である。
例を示す図であり、（ａ）は遠赤外光の照射がないと
き、（ｂ）は発光素子の電流が２μＡのとき、（ｃ）は
発光素子の電流が３．５μＡのとき、のＳＥＴ伝導度の
制御ゲート電圧に対する依存性を示す図である。
【図１０】本発明におけるミリ波・遠赤外単一検出の測
定例を示す図であり、単一光子吸収によって起こるＳＥ
Ｔ動作のスイッチングを示す。（ｄ）は発光素子の電流
が２μＡ、（ｅ）は発光素子の電流が３μＡ、（ｆ）は
発光素子の電流が４μＡのときである。さらに（ｇ）は
励起された状態確率の発光素子電流に対する依存性を示
す。
定例を示す図であり、単一光子吸収によって起こるＳＥ
Ｔ動作のスイッチングを示す。（ｄ）は発光素子の電流
が２μＡ、（ｅ）は発光素子の電流が３μＡ、（ｆ）は
発光素子の電流が４μＡのときである。さらに（ｇ）は
励起された状態確率の発光素子電流に対する依存性を示
す。
【図１１】本発明におけるミリ波・遠赤外単一検出の測
定例を示す図であり、励起状態の寿命の磁場強度依存性
を示す。
定例を示す図であり、励起状態の寿命の磁場強度依存性
を示す。
【図１２】本発明におけるミリ波・遠赤外単一検出の測
定例を示す図であり、単一光子吸収によって起こるＳＥ
Ｔ動作のスイッチングの温度依存性を示す。
定例を示す図であり、単一光子吸収によって起こるＳＥ
Ｔ動作のスイッチングの温度依存性を示す。
１ ミリ波・遠赤外光導入部 ２ ミリ波・遠赤外光 ３ 光導入管 ４ 半導体基板 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ ボータイ・アンテナ ７ パッケージ ８ 裏面ゲート電極 ９ 誘電体対物レンズ １０ ミリ波・遠赤外光検出器 １２ 量子ドット １４ 単一電子トランジスタ １６，１７ オーミック電極 ３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ ゲート電極 ３０ｂ，３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ ゲート電極 ３０ｃ，３２ｃ，３４ｃ，３６ｃ ゲート電極 ３１，３３，３５，３７ リード部分 ４１，４３，４５，４７ 金属パッド部分 ５７ ポテンシャル障壁 ５８ 連続的自由準位 ５９ 離散的束縛準位 ６１，６１ａ，６１ａ’，６１ｂ 第１の量子ドッ
ト ６２，６２ａ，６２ａ’，６２ｂ 第２の量子ドッ
ト ６３ 電子系 ６３ａ，６３ａ’，６３ｂ 電子系メサ構造 ７６ａ，７７ａ，７６ａ’，７７ａ’ 電子系メサ構造 ６４ａ，６４ｂ ＳＥＴ ６５ａ，６５ａ’，６５ｂ 双極子アンテナ ６７ａ，６７ａ’，６７ｂ ゲート電極 ６８ａ，６８ａ’，６８ｂ ゲート電極 ６９ａ，６９ａ’，６９ｂ，６９ｂ’ 金属リード線 ７０ａ，７０ｂ 結節点領域 ７２ａ，７２ｂ 金属パッド ７３ａ，７４ａ，７５ａ 金属リード線 ７３ａ’，７４ａ’，７５ａ’ 金属リード線 ７８ａ，７９ａ，８０ａ ゲート電極 ８１ａ，８１ｂ ソース電極（オーミック電
極） ８２ａ，８２ｂ ドレイン電極（オーミック
電極） ８３ａ，８３ａ’，８３ｂ，８４ａ 突起部
ト ６２，６２ａ，６２ａ’，６２ｂ 第２の量子ドッ
ト ６３ 電子系 ６３ａ，６３ａ’，６３ｂ 電子系メサ構造 ７６ａ，７７ａ，７６ａ’，７７ａ’ 電子系メサ構造 ６４ａ，６４ｂ ＳＥＴ ６５ａ，６５ａ’，６５ｂ 双極子アンテナ ６７ａ，６７ａ’，６７ｂ ゲート電極 ６８ａ，６８ａ’，６８ｂ ゲート電極 ６９ａ，６９ａ’，６９ｂ，６９ｂ’ 金属リード線 ７０ａ，７０ｂ 結節点領域 ７２ａ，７２ｂ 金属パッド ７３ａ，７４ａ，７５ａ 金属リード線 ７３ａ’，７４ａ’，７５ａ’ 金属リード線 ７８ａ，７９ａ，８０ａ ゲート電極 ８１ａ，８１ｂ ソース電極（オーミック電
極） ８２ａ，８２ｂ ドレイン電極（オーミック
電極） ８３ａ，８３ａ’，８３ｂ，８４ａ 突起部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/80 Ｈ０１Ｌ 29/80 Ａ (72)発明者 平井 宏 東京都渋谷区上原２−36−５ 中島ビル１ Ｆ (72)発明者 久津輪 武史 東京都世田谷区北烏山４−38−４ 三陽ハ イツ17号室 Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB03 BA07 BA14 BE08 CA15 DA20 5F088 AA09 AB01 AB02 AB07 BA01 BA02 BB06 DA03 HA20 LA00 5F102 FB05 FB07 GB01 GC01 GD10 GJ02 GJ05 GQ01
Claims (33)
- 【請求項１】 電磁波をサブミクロンサイズの微少空間
領域に集中する電磁波結合手段と、この集中した電磁波
を吸収して電子準位間に励起状態を生ずる量子ドット
と、この量子ドットを含んだ単一電子トランジスタとを
備えたミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項２】 前記量子ドットの励起状態に基づき前記
単一電子トランジスタの伝導度が変化した状態を保持す
ることを特徴とする、請求項１に記載のミリ波・遠赤外
光検出器。 - 【請求項３】 前記量子ドットの励起状態から基底状態
に戻るまでの寿命が１０ナノ秒〜１０００秒であること
を特徴とする、請求項１又は２に記載のミリ波・遠赤外
光検出器。 - 【請求項４】 前記電子準位間のエネルギー間隔が前記
量子ドットの大きさ変化、外部磁場及びバイアス電圧の
いずれか、或いはこれらの組み合わせによって制御可能
であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記
載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項５】 前記励起状態が量子ドットのサイズ効果
に基づく電子の共鳴励起、磁場印加に基づくランダウ準
位間の電子の共鳴励起及びスピン状態による磁気的エネ
ルギー分離に基づくスピン状態間の励起のいずれか、或
いはこれらの組み合わせであることを特徴とする、請求
項１〜４のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項６】 前記電磁波結合手段が、前記量子ドット
と前記電磁波とを電気的な結合をする標準的ボータイ・
アンテナであることを特徴とする、請求項１記載のミリ
波・遠赤外光検出器。 - 【請求項７】 前記電磁波結合手段が、前記量子ドット
と前記電磁波とを磁気的な結合をする、結節点を短絡し
た変則的ボータイ・アンテナであることを特徴とする、
請求項１記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項８】 前記電磁波結合手段の結節点の短絡の有
無と前記量子ドットの大きさとを、印加する磁場と前記
電磁波の波長とに基づいて決定したことを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光検出
器。 - 【請求項９】 前記電磁波結合手段が前記単一電子トラ
ンジスタのゲート電極を兼ねていることを特徴とする、
請求項１，６，７のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光
検出器。 - 【請求項１０】 電磁波をサブミクロンサイズの微小空
間領域に集中する電磁波結合手段と、この電磁波結合手
段に集中した電磁波を吸収してイオン化を起こす第１の
量子ドットと、この第１の量子ドットに静電的に結合し
た第２の量子ドットを含む単一電子トランジスタとを備
え、上記第１の量子ドットのイオン化に伴う上記第２の
量子ドットの静電的状態の変化によって上記単一電子ト
ランジスタの電気伝導度が変化することに基づいて上記
電磁波を検出するミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項１１】 前記第１の量子ドットのイオン化が、
前記第１の量子ドットの量子化束縛状態の電子を、第１
の量子ドット外部の電子系の自由電子状態に励起するこ
とによって生ずることを特徴とする、請求項１０記載の
ミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項１２】 前記第１の量子ドットのイオン化エネ
ルギーが、前記第１の量子ドットのゲートに印加するバ
イアス電圧の大きさによって制御可能であることを特徴
とする、請求項１０又は１１記載のミリ波・遠赤外光検
出器。 - 【請求項１３】 前記第１の量子ドットのイオン化状態
から中性状態に戻るまでの寿命が１マイクロ秒〜１００
０秒であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいず
れかに記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項１４】 前記第１の量子ドット及び前記第２の
量子ドットが、同一の半導体構造上にあって、それぞれ
のゲートに印加するバイアス電圧によって静電的に分離
して形成されたことを特徴とする、請求項１０〜１３の
いずれかに記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項１５】 前記第１の量子ドットと前記第２の量
子ドットとを半導体中にあって間隙を介して隣接して形
成したことを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか
に記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項１６】 前記第２の量子ドットが、前記第１の
量子ドットの上に形成した金属ドットであって、この金
属ドットに形成した金属リード線とトンネル接合して前
記単一電子トランジスタを形成したことを特徴とする、
請求項１０〜１５のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光
検出器。 - 【請求項１７】 前記第２の量子ドットがアルミニウム
金属ドットであり、トンネル接合する部分を酸化アルミ
ニウムで形成したことを特徴とする、請求項１０〜１６
に記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項１８】 前記電磁波結合手段が、前記第１の量
子ドットと前記電磁波とを電気的に結合する標準的双極
子アンテナであることを特徴とする、請求項１０記載の
ミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項１９】 前記電磁波結合手段が、前記第１の量
子ドット及び前記第２の量子ドットを形成するバイアス
電圧印加のためのゲートを兼ねていることを特徴とす
る、請求項１０又は１８記載のミリ波・遠赤外光検出
器。 - 【請求項２０】 前記電磁波結合手段のリード部分の長
さ方向を、この電磁波結合手段の分極軸方向に垂直に形
成していることを特徴とする、請求項１，６，７，１
０，１８，１９のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光検
出器。 - 【請求項２１】 前記電磁波結合手段の結節点の大きさ
と前記量子ドットの最大の大きさとが同程度であること
を特徴とする、請求項１，６〜１０，１８〜２０のいず
れかに記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項２２】 前記電磁波結合手段の電極差し渡し長
さが前記電磁波の波長の約１／２であることを特徴とす
る、請求項１，６〜１０，１８〜２１のいずれかに記載
のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項２３】 前記単一電子トランジスタが２次元電
子系を形成する単一ヘテロ構造を有し、前記量子ドット
を前記単一電子トランジスタのゲート電極により２次元
電子ガスを電気的に閉じこめて形成したことを特徴とす
る、請求項１〜５，１０，１４〜１７のいずれかに記載
のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項２４】 前記単一電子トランジスタが、２次元
電子系を形成する単一へテロ構造と、この２次元電子系
内にトンネル結合する前記量子ドットの静電ポテンシャ
ルを制御するゲート電極と、上記量子ドットとトンネル
結合するソース領域及びドレイン領域を形成するソース
電極及びドレイン電極とを有していることを特徴とす
る、請求項１〜５，１０，１４，１５のいずれかに記載
のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項２５】 前記単一電子トランジスタが、ソース
・ドレイン電流を制御するゲート電極と、前記量子ドッ
トを形成するためのゲート電極とを有していることを特
徴とする、請求項１〜５，１０，１４，１５のいずれか
に記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項２６】 前記単一電子トランジスタのソース電
極とドレイン電極との距離が、前記電磁波結合手段の分
極軸方向の長さ以上であることを特徴とする請求項１，
６〜１０，１４〜２５のいずれかに記載のミリ波・遠赤
外光検出器。 - 【請求項２７】 前記単一電子トランジスタが、化合物
半導体であることを特徴とする、請求項１，１０，１４
〜２６のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項２８】 前記単一電子トランジスタが、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項
１，１０，１４〜２７のいずれかに記載のミリ波・遠赤
外光検出器。 - 【請求項２９】 前記単一電子トランジスタが、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体超格子の選択ドープ単一ヘテロ構造
を有していることを特徴とする、請求項１，１０，１４
〜２８のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項３０】 前記単一電子トランジスタが、アルミ
ニウム・ガリウム砒素／ガリウム砒素の選択ドープ単一
ヘテロ構造を有していることを特徴とする、請求項１，
１０，１４〜２９のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光
検出器。 - 【請求項３１】 前記単一電子トランジスタが、ＩＶ族
半導体であることを特徴とする、請求項１０〜１５，１
８〜２６のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光検出器。 - 【請求項３２】 前記単一電子トランジスタを前記量子
ドットに対して対称に形成していることを特徴とする、
請求項１，１０，１４〜３１のいずれかに記載のミリ波
・遠赤外光検出器。 - 【請求項３３】 前記構成に加え、前記電磁波結合手段
に電磁波を導く光導入部を備えたことを特徴とする、請
求項１〜３２のいずれかに記載のミリ波・遠赤外光検出
器。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33419699A JP4029420B2 (ja) | 1999-07-15 | 1999-11-25 | ミリ波・遠赤外光検出器 |
| EP10007781.7A EP2254158A3 (en) | 1999-07-15 | 2000-07-07 | Mw/fir light detectors |
| US09/763,603 US6627914B1 (en) | 1999-07-15 | 2000-07-07 | Millimeter wave and far-infrared detector |
| CA002341513A CA2341513C (en) | 1999-07-15 | 2000-07-07 | Millimeter wave and far-infrared detector |
| PCT/JP2000/004540 WO2001006572A1 (fr) | 1999-07-15 | 2000-07-07 | Detecteur d'onde millimetrique et d'infrarouge lointain |
| EP00944328.4A EP1134814B1 (en) | 1999-07-15 | 2000-07-07 | Millimeter wave and far-infrared detector |
| KR10-2001-7003192A KR100413212B1 (ko) | 1999-07-15 | 2000-07-07 | 밀리파-원적외선 검출기 |
| TW089113929A TW466779B (en) | 1999-07-15 | 2000-07-13 | Millimeter wave and far-infrared detector |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20226199 | 1999-07-15 | ||
| JP11-202261 | 1999-08-11 | ||
| JP11-228037 | 1999-08-11 | ||
| JP22803799 | 1999-08-11 | ||
| JP33419699A JP4029420B2 (ja) | 1999-07-15 | 1999-11-25 | ミリ波・遠赤外光検出器 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007220418A Division JP4107354B2 (ja) | 1999-07-15 | 2007-08-27 | ミリ波・遠赤外光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001119041A true JP2001119041A (ja) | 2001-04-27 |
| JP4029420B2 JP4029420B2 (ja) | 2008-01-09 |
Family
ID=27328071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33419699A Expired - Fee Related JP4029420B2 (ja) | 1999-07-15 | 1999-11-25 | ミリ波・遠赤外光検出器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6627914B1 (ja) |
| EP (2) | EP1134814B1 (ja) |
| JP (1) | JP4029420B2 (ja) |
| KR (1) | KR100413212B1 (ja) |
| CA (1) | CA2341513C (ja) |
| TW (1) | TW466779B (ja) |
| WO (1) | WO2001006572A1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005311324A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-11-04 | Canon Inc | 光半導体装置およびその製造方法 |
| JP2006078569A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Japan Science & Technology Agency | 紫外光フィルタ |
| JP2007502031A (ja) * | 2003-06-12 | 2007-02-01 | シリカ・コーポレーション | 自由キャリアの定常状態不平衡分布及びそれを使用する光子エネルギー・アップコンバート |
| JP2007242881A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Fujitsu Ltd | 単一光子発生デバイス、単一光子検出デバイス及び光量子ゲート |
| KR100796281B1 (ko) | 2006-02-28 | 2008-01-21 | 서울시립대학교 산학협력단 | 스핀의존 단전자 트랜지스터 |
| US7705306B2 (en) | 2004-07-09 | 2010-04-27 | Japan Science And Technology Agency | Infrared photodetector |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2839388A1 (fr) * | 2002-05-03 | 2003-11-07 | St Microelectronics Sa | Procede d'emission d'un photon unique, dispositif semiconducteur et procede de fabrication correspondant |
| GB2409337B (en) * | 2002-09-04 | 2005-08-03 | Teraview Ltd | An emitter |
| US7202511B2 (en) * | 2003-08-21 | 2007-04-10 | Drs Sensors & Targeting Systems, Inc. | Near-infrared visible light photon counter |
| US7800079B2 (en) * | 2003-12-22 | 2010-09-21 | Asml Netherlands B.V. | Assembly for detection of radiation flux and contamination of an optical component, lithographic apparatus including such an assembly and device manufacturing method |
| EP1801939B1 (en) * | 2004-09-30 | 2013-03-06 | Japan Science and Technology Agency | Infrared light emitting device, infrared light detecting device, time-domain pulsed spectrometer apparatus, and infrared light emitting method |
| US20060214141A1 (en) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Yankielun Norbert E | Luminescent illumination adjunct for night vision |
| US7649180B2 (en) * | 2005-12-21 | 2010-01-19 | Searete Llc | Multi-stage waveform detector |
| US7427762B2 (en) * | 2005-12-21 | 2008-09-23 | Searete Llc | Variable multi-stage waveform detector |
| US7601967B2 (en) * | 2005-12-21 | 2009-10-13 | Searete Llc | Multi-stage waveform detector |
| US7649182B2 (en) * | 2006-10-26 | 2010-01-19 | Searete Llc | Variable multi-stage waveform detector |
| US7391032B1 (en) * | 2005-12-21 | 2008-06-24 | Searete Llc | Multi-stage waveform detector |
| US8207907B2 (en) | 2006-02-16 | 2012-06-26 | The Invention Science Fund I Llc | Variable metamaterial apparatus |
| JP5240748B2 (ja) * | 2007-02-19 | 2013-07-17 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 赤外光検出器 |
| US7925452B2 (en) * | 2007-06-15 | 2011-04-12 | The Boeing Company | Method and apparatus for nondestructive corrosion detection using quantum dots |
| GB2460666A (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-09 | Sharp Kk | Exciton spin control in AlGaInN quantum dots |
| JP5473616B2 (ja) * | 2009-02-09 | 2014-04-16 | 独立行政法人理化学研究所 | テラヘルツ電磁波検出装置とその検出方法 |
| US7902524B2 (en) * | 2009-02-23 | 2011-03-08 | The Boeing Company | Portable corrosion detection apparatus |
| US8185326B2 (en) * | 2009-02-23 | 2012-05-22 | The Boeing Company | Corrosion detection and monitoring system |
| US8373153B2 (en) * | 2009-05-26 | 2013-02-12 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Photodetectors |
| US8367925B2 (en) * | 2009-06-29 | 2013-02-05 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Light-electricity conversion device |
| US8748862B2 (en) * | 2009-07-06 | 2014-06-10 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Compound semiconductors |
| EP2452364A4 (en) * | 2009-07-06 | 2017-12-06 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Photodetector capable of detecting long wavelength radiation |
| US8227793B2 (en) * | 2009-07-06 | 2012-07-24 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Photodetector capable of detecting the visible light spectrum |
| US8809834B2 (en) | 2009-07-06 | 2014-08-19 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Photodetector capable of detecting long wavelength radiation |
| US8395141B2 (en) * | 2009-07-06 | 2013-03-12 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Compound semiconductors |
| US8368990B2 (en) * | 2009-08-21 | 2013-02-05 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Polariton mode optical switch with composite structure |
| US8368047B2 (en) * | 2009-10-27 | 2013-02-05 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Semiconductor device |
| US8058641B2 (en) | 2009-11-18 | 2011-11-15 | University of Seoul Industry Corporation Foundation | Copper blend I-VII compound semiconductor light-emitting devices |
| US8193497B2 (en) * | 2010-02-12 | 2012-06-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Near-infrared photodetectors, image sensors employing the same, and methods of manufacturing the same |
| US8503610B1 (en) | 2010-11-23 | 2013-08-06 | The Boeing Company | X-ray inspection tool |
| US8396187B2 (en) | 2010-12-10 | 2013-03-12 | The Boeing Company | X-ray inspection tool |
| US8588262B1 (en) | 2011-09-07 | 2013-11-19 | The Boeing Company | Quantum dot detection |
| US9680038B2 (en) | 2013-03-13 | 2017-06-13 | The Regents Of The University Of Michigan | Photodetectors based on double layer heterostructures |
| US9207120B2 (en) * | 2013-07-15 | 2015-12-08 | The Boeing Company | Systems and methods for detecting multiple infrared bands |
| CN108123003B (zh) * | 2017-12-07 | 2019-12-31 | 上海电机学院 | 一种半导体三量子点结构实现中远红外单光子探测的方法 |
| CN109004508B (zh) * | 2018-07-03 | 2020-01-17 | 北京邮电大学 | 一种基于量子点的单光子源 |
| US11444184B1 (en) * | 2018-08-27 | 2022-09-13 | U.S. Government As Represented By The Director, National Security Agency | System for induced quantum dots for material characterization, qubits, and quantum computers |
| CN109687117B (zh) * | 2019-02-22 | 2023-06-20 | 北京星英联微波科技有限责任公司 | 石墨烯毫米波可重构天线及其制作方法 |
| US11741851B2 (en) | 2019-07-02 | 2023-08-29 | Gettysburg College | Cognitive aid device and method for assisting |
| CN112577613B (zh) * | 2020-11-02 | 2022-03-25 | 南京大学 | 蝴蝶结天线耦合的太赫兹探测器及其制备方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1314614C (en) * | 1988-06-06 | 1993-03-16 | Clyde George Bethea | Quantum-well radiation detector |
| JP3517897B2 (ja) * | 1993-04-16 | 2004-04-12 | ソニー株式会社 | 量子演算素子およびその使用方法 |
| JP3721586B2 (ja) * | 1994-08-05 | 2005-11-30 | ソニー株式会社 | 光検出器 |
| US5679961A (en) * | 1994-09-13 | 1997-10-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Correlation tunnel device |
| DE19522351A1 (de) * | 1995-06-20 | 1997-01-09 | Max Planck Gesellschaft | Verfahren zur Herstellung von Quantenstrukturen, insbesondere von Quantenpunkten und Tunnelbarrieren sowie Bauelemente mit solchen Quantenstrukturen |
| JPH114017A (ja) * | 1995-10-16 | 1999-01-06 | Toshiba Corp | 光学装置 |
| GB2306769B (en) * | 1995-10-16 | 1997-09-17 | Toshiba Cambridge Res Center | Radiation detector |
| US6069380A (en) * | 1997-07-25 | 2000-05-30 | Regents Of The University Of Minnesota | Single-electron floating-gate MOS memory |
| DE69933556T2 (de) * | 1999-08-19 | 2007-08-30 | Hitachi Europe Ltd., Maidenhead | Photodetektor |
| WO2002080244A2 (en) * | 2001-02-12 | 2002-10-10 | Asm America, Inc. | Improved process for deposition of semiconductor films |
| US6597010B2 (en) * | 2001-03-09 | 2003-07-22 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Solid-state quantum dot devices and quantum computing using nanostructured logic gates |
-
1999
- 1999-11-25 JP JP33419699A patent/JP4029420B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-07-07 EP EP00944328.4A patent/EP1134814B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-07 US US09/763,603 patent/US6627914B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-07 WO PCT/JP2000/004540 patent/WO2001006572A1/ja active IP Right Grant
- 2000-07-07 KR KR10-2001-7003192A patent/KR100413212B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2000-07-07 EP EP10007781.7A patent/EP2254158A3/en not_active Withdrawn
- 2000-07-07 CA CA002341513A patent/CA2341513C/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-13 TW TW089113929A patent/TW466779B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007502031A (ja) * | 2003-06-12 | 2007-02-01 | シリカ・コーポレーション | 自由キャリアの定常状態不平衡分布及びそれを使用する光子エネルギー・アップコンバート |
| JP2005311324A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-11-04 | Canon Inc | 光半導体装置およびその製造方法 |
| US7705306B2 (en) | 2004-07-09 | 2010-04-27 | Japan Science And Technology Agency | Infrared photodetector |
| JP2006078569A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Japan Science & Technology Agency | 紫外光フィルタ |
| KR100796281B1 (ko) | 2006-02-28 | 2008-01-21 | 서울시립대학교 산학협력단 | 스핀의존 단전자 트랜지스터 |
| JP2007242881A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Fujitsu Ltd | 単一光子発生デバイス、単一光子検出デバイス及び光量子ゲート |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2254158A2 (en) | 2010-11-24 |
| EP2254158A3 (en) | 2013-10-23 |
| KR100413212B1 (ko) | 2003-12-31 |
| US6627914B1 (en) | 2003-09-30 |
| EP1134814A4 (en) | 2008-03-05 |
| JP4029420B2 (ja) | 2008-01-09 |
| EP1134814B1 (en) | 2018-05-02 |
| CA2341513A1 (en) | 2001-01-25 |
| CA2341513C (en) | 2005-10-18 |
| EP1134814A1 (en) | 2001-09-19 |
| KR20010079803A (ko) | 2001-08-22 |
| WO2001006572A1 (fr) | 2001-01-25 |
| TW466779B (en) | 2001-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001119041A (ja) | ミリ波・遠赤外光検出器 | |
| JP4281094B2 (ja) | 赤外光検出器 | |
| Komiyama | Single-photon detectors in the terahertz range | |
| TWI232623B (en) | High speed data channel including a CMOS VCSEL driver and a high performance photodetector and CMOS photoreceiver | |
| JP4107354B2 (ja) | ミリ波・遠赤外光検出器 | |
| US7135697B2 (en) | Spin readout and initialization in semiconductor quantum dots | |
| JPWO2018051739A1 (ja) | 電磁波検出素子、電磁波センサ、電子機器及び構造体 | |
| Bernstein et al. | Practical issues in the realization of quantum-dot cellular automata | |
| JP2843271B2 (ja) | 共鳴トンネリング光電素子 | |
| JPH08148669A (ja) | 半導体装置 | |
| Hashiba et al. | Sensing individual terahertz photons | |
| US10436632B2 (en) | Terahertz detection sensor and terahertz image measurement device | |
| Nonoyama et al. | Direct calculation of the nonequilibrium current by a recursive method | |
| JPH114017A (ja) | 光学装置 | |
| JPWO2003049197A1 (ja) | 固体中核スピン量子演算素子 | |
| WO2010137423A1 (ja) | 赤外光検出器 | |
| Nannen et al. | Ultrafast electrical charging and discharging of a single InGaAs quantum dot | |
| Balocco et al. | Novel terahertz nanodevices and circuits | |
| Rogachev et al. | The influence of strong electric field on the interface in the Al–SiO2-n-Si Auger transistor | |
| Balocco et al. | Planar terahertz nanodevices | |
| Ikushima et al. | Imaging by terahertz photon counting | |
| Lin et al. | Sample size-dependence of thermal evanescent fields in electrically biased graphene devices | |
| Pitanti et al. | Semiconductor nanowire field-effect transistors: towards high-frequency THz detectors | |
| Romeo et al. | Room-temperature nanowire terahertz photodetectors | |
| KR20150051169A (ko) | 전자 모노크로미터를 포함하고 양자 간섭을 기초로 하는 로직 디바이스 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040129 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060811 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070626 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070827 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071002 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071005 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101026 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111026 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111026 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121026 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131026 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |