JP2005538542A - テラヘルツ放射の発生及び検出用の光伝導性基体上の電極 - Google Patents

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Abstract

アンテナは、光導電性材料（６１）及び前記光導電性材料（６１）上に提供された複数の相隔たる電極（６９、７１）を含み、各々の電極（６９、７１）は、隣接する電極の対向する縁に面する少なくとも一つの対向する縁を有し、少なくとも一つの電極（６９、７１）の対向する縁と境を接する物理的な障壁（６７）が、提供され、前記障壁（６７）は、少なくとも前記対向する縁の最大限の高さまで延びる。

Description

本発明は、放射を受信する及び／又は送信するためのアンテナ及びこのようなアンテナを動作させるための方法の分野に関する。より具体的には、本発明は、口語でテラヘルツの周波数の範囲と呼ばれる周波数の範囲で動作するアンテナの分野に関し、その範囲は、２５ＧＨｚから１００ＴＨｚまでのもの、詳しくは５０ＧＨｚから８４ＴＨｚまでの範囲におけるもの、より詳しくは、９０ＧＨｚから５０ＴＨｚまでの範囲におけるもの、及び、特に、１００ＧＨｚから２０ＴＨｚまでの範囲におけるものである。
このような放射は、非電離のものであり、結果として、それは、特に医療の用途に役立つものである。
光導電性基体の表面上に提供された二つの電極を含む、いわゆる光導電性のアンテナを使用して、テラヘルツ放射を、発生させてもよく又は検出してもよい。放射を発生させるために、このようなアンテナを、パルスをこのようなデバイス上へ方向付けることによって、励起してもよい。バイアスを電極へ印加するとき、光発生した電流は、ＴＨｚの範囲までの周波数を備えた広帯域で放射する過渡現象を伴って、電極の間を流れる。
あるいは、そのデバイスを、わずかに異なる周波数の二つのＣＷレーザーを使用して、照射してもよい。バイアスをかけたとき、そのデバイスの非線形のＩ−Ｖ特性は、二つのＣＷレーザーの光混合及びそれらの異なる周波数の差での再放射に至る。これは、アンテナが、１から３ＴＨｚの範囲までの周波数を出力することを可能にする。
検出のために、アンテナを、パルス又は異なっている周波数の二つのＣＷのレーザーをアンテナに照射することによって、励起してもよい。この励起する放射は、光導電性の基体のアンテナ側に入射し、検出されるものであるＴＨｚ放射は、光導電性基体の反対の側に入射する。励起する放射及びＴＨｚ放射の両方は、そのデバイスに入射し、電流が、電極の間に流れる。
放射体として構成されるとき、アンテナによって放出されるパワーは、電極に供給されるバイアス電圧と共に、及び、ある一定の程度で、電極の形状に対して、増加する。電極へ印加することができる最大の電圧は、光導電性基体についての“絶縁破壊”の電場の値によって制限される。しかしながら、多くの場合には、これは、（過剰なパワーの散逸によって誘起される）熱暴走のような、熱的な効果が、絶縁破壊より先に、デバイスを破壊するので、限定要因ではない。
上記の破壊の機構が、破局的な及び本質的に瞬間的な破損を引き起こすが、さらなる長期の破損の機構もまた起こる。放射体又は検出器のいずれかとしての動作中に、高い電流密度が、電極内に流れているし、且つ、電極における原子の運動は、デバイスの破損に帰着することもある。この現象の始まりは、典型的には、１×１０５Ａｃｍ−２の領域にあると考えられる。この破損の機構は、電気移動又は応力移動として知られる。
非特許文献１は、凹部を設けた電極を有する紫外線の光検出器を記述する。これらの凹部を設けた電極が、光導電性材料における強調された且つ均一な電場を維持することの援助をしたことが、見出された。これらの凹部を設けた電極を生産するために使用される製作方法は、凹部の上部よりも上に少なくとも部分的に突出するこれらの電極に帰着する。これは、電気移動が、まだ起こることになると共にこのようなデバイスの性能についてまだ負の効果を有することになることを意味する。
Ｊｉａｎｇ ｅｔ ａｌ，"ＧａＮ Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ ＵＶ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｒｅｃｅｓｓｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ"，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ３４−Ｌ３６
本発明は、上記の問題を扱うことを試みると共に、第一の態様において、光導電性材料及び前記の光導電性材料に提供される複数の相隔たる電極を含むアンテナを提供し、各々の電極は、隣接する電極の対向する縁に面する少なくとも一つの対向する縁を有し、少なくとも一つの電極の対向する縁と境を接する物理的な障壁が、提供され、前記の障壁は、少なくとも、前記の対向する縁の最大限の高さまで延びる。
アンテナを、放射体として動作させるために、構成してもよく、ここで、電極は、光導電性材料又は検出器にわたってバイアスを印加するために使用され、ここで、電極は、適切な放射により光導電性材料において流れる電流を測定するために使用される。
物理的な障壁は、対向する縁の高さに等しいか、又は、対向する縁の高さを超えるかのいずれかであることになる。対向する縁の高さは、それが、電極の金属の任意の破片又は表面の粗さを含むように、測定される。
都合の良いことに、物理的な障壁を、光導電性材料の表面における凹部によって提供してもよい。例えば、電極を、光導電性材料の中へエッチングされる溝に提供してもよい。
溝の側壁は、好ましくは、少なくとも、電極の対向する縁の最大限の高さまで延びてもよい。しかしながら、側壁は、最大限の高さの一部分まで延びるだけでもよいし、且つ蓋をする材料を、電極の対向する縁の残り物用の障壁として提供してもよい。
好ましくは、隣接する対向する縁は、光導電性材料が、両方の対向する縁の間に提供されるように、隣接する凹部に提供され、且つ、光導電性材料における凹部の側壁は、隣接する対向する縁についての前記の障壁を提供する。
また、蓋をする材料を、障壁の材料として、それ自体の上に提供してもよい。例えば、電極を、光導電性材料の平面の表面上に提供してもよいし、且つ、蓋をする材料が、対向する縁を完全に被覆するように、蓋をする材料で被覆してもよい。
また、蓋をする材料を、電極の側面の対向する縁を、凹部の側壁に対して、完全に境を接触させるとき、電極の上側の表面を被覆するために、使用してもよい。
好ましくは、反射防止の蓋をする材料は、そのデバイスから出力されるパワーを強調するために、使用される。蓋をする材料は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素、フォトレジスト、ポリイミド、及びアクリルを含んでもよい。
電極は、好ましくは、金属のショットキーゲートを含む。好ましくは、隣接する電極の対向する縁は、１００μｍ未満の間隙によって分離される。短い太針又は鋭い金属の縁のいずれかを備えた二つの電極を含む双極子の設計、三角形の頂点に提供される対向する縁を備えた二つの三角形の電極を含む蝶ネクタイの設計、螺旋の設計、又は複数の交互配置された金属の指状突起を含む設計のような、多くの異なる電極の設計を、使用してもよい。設計が、複数の交互配置された金属の指状突起を含む場合、隣接する指状突起の対向する縁の間における空間は、１μｍ未満であってもよい。この設計は、相対的に大きい電流の流れを伴った低い値の印加されたバイアスについて、非常に大きい電場を、印加することを可能にする。
実際には、放射体として動作するとき、バイアスは、二つの電極の間に印加されることになる。電極が、安全に、電気移動の閾値によく耐えてもよいので、この閾値を超える電流密度を誘起するバイアスを、安全に、印加してもよく、よって、アンテナからのより高い出力を、生じさせてもよい。このように、好ましくは、アンテナは、隣接する電極の対向する縁の間にバイアスを印加するために構成される、バイアスをかける手段を含み、前記のバイアスをかける手段は、対向する縁の電流密度が、電気移動が起こる電流密度を超えるように、電極にバイアスをかけるために構成される。
多くの金属についての電気移動の閾値は、よく確立される。典型的には、電極は、金、アルミニウム、チタン、ＮｉＣｒ、又はパラジウムから作られることになる。電気移動の始まりは、典型的には、電極を通じて流れる面積の電流密度が、１０５Ａ／ｃｍ２の程度に到達するときに起こることが、考えられる（参考文献：Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９８５））。
発生器として構成されるとき、アンテナは、パルス化された放射又は少なくとも二つの異なる周波数を含むＣＷ放射であってもよい、励起する放射で照射される。ＴＨｚ放射も発生については、励起する放射の波長は、典型的には、７８０ｎｍから８５０ｎｍまでの範囲にあることになる。この波長の範囲は、ＧａＡｓが光導電性の材料として使用されるとき、特に好ましい。しかしながら、他の波長を、他の光導電性の材料と共に使用してもよいことは、留意されるべきである。
検出器として構成されるとき、励起する放射、及び検出されるものである放射による照射により、電極に流れる電流を見知するための手段が、提供される。
励起する放射の波長は、典型的には、７８０ｎｍから８５０ｎｍまでの範囲にあることになる。この波長の範囲は、ＧａＡｓが、光伝導性の材料として使用されるとき、特に好ましい。しかしながら、他の波長を、他の光伝導性の材料と共に使用してもよいことは、留意されるべきである。
好ましくは、光伝導性材料は、電極のバイアス印加により電流の流れの、従って、パワーの散逸の、継続時間を制限するために、及び、空間的な電荷の増強を予防するために、相対的に短い寿命を有する材料である。さらに、高い抵抗率の材料が、過剰な電流の流れを引き出すこと及び電流の流れに損害を与えることなく、大きいバイアスの印加を許容することは、必要である。適切な材料は、しばしば、低い温度（６００℃の領域における、より通常の成長の温度よりもむしろ典型的には２００−３００℃）で成長させられる半導体の材料、又は、成長の後にイオンを埋め込んでおいた材料である。例えば、（ＬＴ ＧａＡｓと表記される）低い温度のＧａＡｓ、ヒ素が埋め込まれたＧａＡｓ（Ａｓ−ＧａＡｓ）、ＬＴ ＩｎＧａＡｓ、又はＬＴ ＡｌＧａＡｓである。
本発明の好適な実施形態において、障壁は、光伝導性の材料にエッチングされる凹部の側壁によって完全に提供される。都合の良いことに、このような構造を、光伝導性の材料が、標準的なフォトリソグラフィーの又は電子線フォトリソグラフィーの技術を使用してパターニングされる、自己整列される製作技術を使用して、製作してもよく、ここで単一のパターニングのステップは、光伝導性の材料のエッチング及び電極の金属化の両方についてのパターンを提供するために、使用される。
電場に特異性を引き起こすこともある、対向する縁における金属の破片の生起を回避することが、重要である。先行技術においては、表面の金属化の存在、及び、もしかすると、鋭い金属の特徴が、形成の技術に固有であるのに対して、適切な且つ良好に確立された金属化の技術の使用と共に、上述した凹部を設けるアプローチは、真に、サブ表面の電極の幾何学的配置に至り得る。
電極を形成する導電性の材料は、好ましくは、０．２ｎｍ毎秒以下の速度で、蒸発させられる。
障壁の高さを、それが、障壁が全ての可能な金属の破片よりも大きいことを保証するための対向する縁の意図した高さのものを大きく超えるように、設定することは、可能である。意図された高さによって、発明者のものは、金属の破片の無い電極の高さを意味する。しかしながら、障壁が、光伝導性の材料によって提供されるとき、光伝導性の材料の高さは、入射する放射の浸透により障壁における光学的な場の強度が、光伝導性の材料内の深さの関数として減衰することになるので、対向する縁の高さを大きく超えるべきではない。光生成した電荷の担体び密度は、光学的な場の強度の関数であり、よって、効率的な放出又は放射の検出のために、最大の光学的な場は、電極によって引き起こされる最大の電場の領域に、空間的に位置させられるべきである。電極が、光伝導性の材料の上部から良好に凹部を設けられるとすれば、そのとき、弱い光学的な場のみが、電極によって引き起こされる最大の電場の領域に存在することになる。
従って、好ましくは、光伝導性の材料の側壁の高さは、二倍を超える入射する放射の浸透の深さによって電極の対向する縁の高さを超えるべきではない。より好ましくは、光伝導性の材料の側壁の高さは、入射する放射の浸透の深さを超えることによって、対向する縁の高さを超えない。
アンテナが、放射体として構成されるとき、入射する放射は、アンテナを励起するために使用される放射に当てはまる。
アンテナが、検出器として構成されるとき、励起する放射は、電極を含むアンテナの主要な表面に入射し、且つ、検出されるものである放射は、検出器の反対側に入射する。浸透の深さは、アンテナの主要な表面に入射する、励起する放射の浸透の深さに当てはまる。
浸透の深さは、良好に理解される量であり、且つ、材料に浸透する放射の強度が１／ｅ倍だけ落ちる深さに当てはまる。
典型的には、光伝導性の材料の側壁の高さは、ほとんど１μｍ、より好ましくは０．５μｍ未満、さらにより好ましくは０．１μｍ未満だけ、電極に対向する縁の高さを超えることになる。
理想的には、最良の結果が、滑らかな金属化を得ること、及び、対向する縁を超える光伝導性材料の高さを、できるだけ小さい値まで減少させることによって、得られる。
今、本発明を、次の限定しない好適な実施形態を参照して記載することにする。
図１は、平坦な縁を備えた標準的な双極子電極の配置を有する光伝導性のアンテナの概略図である。アンテナは、平坦な表面を有する光伝導性の材料１を含む。二つの平坦な電極３、５は、光伝導性の材料１の平面の表面上に提供される。平面の電極は、一般に、形状において伸張したものであり、且つ、それぞれ、それらの対向する縁７、９の間に形成された間隙Ｇによって分離される。伸張した電極３、５は、それらの対向する縁が、電極の短い縁によって形成されるように、それらの伸張した軸に沿って整列される。
アンテナが、放射体として構成されるとすれば、電極は、電極へバイアスを、よって、間隙Ｇにわたってバイアスを、印加するために、（示してない）電源に接続されることになる。
間隙Ｇにわたるバイアスは、デバイスが照明されるとき、光電流が、二つの電極の間に流れることを引き起こす。デバイスが、パルス化されたレーザーで照明されるとすれば、発生した光電流は、ＴＨｚの範囲まで周波数を備えた広い帯域で放射すると共にこのようにアンテナがＴＨｚの範囲における放射を放出することを可能にする、過渡現象を有する。
デバイスが、わずかに異なる周波数の二つの連続波（ＣＷ）のレーザーを使用して、照明されるとすれば、デバイスの非線形のＩ−Ｖ特性は、二つのＣＷのレーザーから放射の光混合及び二つの励起する周波数の差に等しい周波数での再放射に至る。
アンテナが、検出器として構成されるとすれば、実際には、電極は、電流を検知する回路などに接続されることになる。アンテナの前側の表面、すなわち、電極を備えたアンテナの表面が、少なくとも二つの別個の周波数を含むパルス化された放射又はＣＷの放射で照明され、且つ、アンテナの反対の表面又は後側の表面は、ＴＨｚ放射で照明され、電流は、ＴＨｚ放射が検出されることを可能にする電極の間に流れる。
図１を参照して説明したタイプの双極子アンテナは、強く共鳴するものであり、且つ、共鳴周波数での出力の効率を最大にする。
図２は、蝶ネクタイアンテナを図説する。この蝶ネクタイアンテナにおいて、二つの平面の電極１１、１３は、平面の光伝導性の基体１上に提供される。電極１１、１３は、一般に、形状において三角形であり、且つ、それらの中心の軸１５、１７が面する、それらの中心の軸に沿って整列される。中心の軸は、間隙Ｇによって分離される。さらに有用なアンテナの設計は、包括的な蝶ネクタイの構造を備えた、図１及び２の両方の要素を組み合わせるものであり、それらの中心の軸は、正方形の対向する縁で置き換えられる。これは、鈍らせた蝶ネクタイと名付けられることもある。
蝶ネクタイアンテナは、維持能力又は広い周波数の応答を要求する用途に有用である非共鳴の広帯域の放射体である。
バイアスをかけること及び図１を参照して記載したような照明について、アンテナは、ＴＨｚ周波数の範囲における放射を放出する、又は、ＴＨｚ放射を検出するために使用されることもある。
図３は、さらなるアンテナの設計を示す。ここで、電極は、交互勘合された配置で提供される。第一の電極２１は、平面の主要な本体２３を、前記の主要な本体２３に接続された三つの伸張した指状突起２５、２７及び２９と共に、含む。主要な本体２３並びに伸張した指状突起２５、２７及び２９は、連続的な金属の平面の構造を形成する。第二の電極３１は、第一の電極２１と同一であるが、１８０°回転させられる。第二の電極３１は、電極の主要な本体３３並びに伸張した電極の指状突起３５、３７及び３９を有する。伸張した電極の指状突起２５、２７及び２９は、ある幅のものであり、且つ、伸張した指状突起３５、３７及び３９が、相隔たる指状突起２５、２７及び２９の間に提供された間隙内に収まってもよいように、相隔たるものである。このように、接触面は、電極の指状突起の交互配置により、交互勘合される。
隣接する電極の指状突起の伸張された縁は、対向する縁を提供し、且つ、間隙Ｇは、対向する縁の間の間隙である。また、電極の正確な構成に依存して、対向する縁を、第一の電極の主要な本体２３と第二の電極の伸張した指状突起３５、３７及び３９の短い縁との間に、又は、第二の電極の３３の主要な本体と第一の電極の伸張した指状突起２５、２７及び２９の間に、形成してもよい。
図３の交互勘合したアンテナは、ＣＷの放射を伴った特定の使用のものである。
図４は、いわゆる螺旋アンテナを概略的に図説する。螺旋アンテナは、螺旋の形状に形成される第一の電極３０１及びまた螺旋の形状に形成される第二の電極３０３を含む。第一の電極３０１及び第二の電極３０３は、それらが、互いに巻き付けられるように、同じ点のまわりに中心が置かれる。第一の電極３０１及び第二の電極３０３の幅は、それらが、中心３０５から延びると、幅において増加し、且つ中心からの電極の直径は、電極が、すっかり巻き付けられると、増加する。この配置は、通常、自己補足的な螺旋と名付けられる。
第一の電極３０１及び第二の電極３０３は、二つの電極の間における空間が、中心３０５より上の直径が、減少すると、減少するように、互いに巻き付けられる。間隙が、中心３０５における二つの電極の間に提供される。この間隙を、間隙として放置してもよい、又は、交互勘合した電極の配置（図３参照）を、この間隙に提供してもよい。
蝶ネクタイのアンテナのように螺旋のアンテナは、維持能力又は広い周波数の応答を要求する用途に有用である非共鳴の広帯域の放射体である。図１を参照して記載したようなバイアスの印加及び照明で、アンテナは、ＴＨｚの周波数の範囲における放射を放出するか、又は、ＴＨｚ放射を検出することができるかのいずれかである。
図５は、図１のアンテナのＡ−Ａ’を通じた断面を概略的に図説する。不必要な繰り返しを回避するために、同様の符号を、同様の特徴を表記するために使用することにする。
光伝導性の材料１の上側の表面に提供された、平面の電極３及び５が、見られる。平面の電極３及び５は、高さＨを有する。
図５に見ることができるように、平面の電極３及び５は、光伝導性の材料１の平面の表面が盛り上がった状態にあり、且つこのように、対向する縁７及び９の間に、単に空気がある。よって、平面の電極３及び５への任意の構造の変化は、例えば、電極のバイアスを印加する間の電気移動は、電極が短絡することを引き起こすこともある。
図６は、図５の構造における変動を示す。重ねて、不必要な繰り返しを回避するために、同様な符号を、同様の特徴を表記するために使用することにする。この例においては、光伝導性の部材１を、凹部４１及び４３を形成するためにエッチングする。凹部は、材料の隆起４５が、二つの凹部４１及び４３の間に提供されるように、光伝導性の部材１の元来の平面の表面より下の深さＤで形成される。電極３及び５は、凹部の深さＤよりも大きい高さＨを有する。このように、電極３及び５は、隆起４５の高さより上に突出する。よって、電気移動などによって引き起こされる電極３及び５における物理的な変化により、劣化させられることもある、電極３及び５の間に満たされない間隙が、まだある。
図７は、本発明の実施形態と一致したアンテナの断面を図説する。アンテナは、図１から４までを参照して記載したタイプの任意の一つのもの、又は、前記の基体の表面に提供された電極を備えた光伝導性の基体を含む光伝導性のアンテナのタイプの任意のものであってもよい。
アンテナは、二つの凹部６３及び６５を形成するためにエッチングしておいた光伝導性の材料６１を含むが、それら凹部の両方は、高さＲを有する。凹部は、高さＲを有する隆起６７が、凹部６３及び６５の間に提供されるように、形成される。電極６９及び７１は、凹部６３及び６５に提供される。電極６９及び７１は、隆起のものＲ未満である高さＤを有する。従って、隆起６７は、電極６９及び７１の高さよりも高く、よって、これらの二つの電極の間に十分な障壁を提供する。このように、任意の電気移動は、隆起６７によって予防される。
図８は、図７の断面における変動を示す。不必要な繰り返しを回避するために、同様な符号を、同様な特徴を表記するために使用することにする。この特定の実施形態において、電極６９及び７１の高さＨは、隆起の高さＲを超える。しかしながら、電極及び隆起の両方に重なる、蓋をする材料７３が、提供される。蓋をする材料７３は、各々の電極６９、７１の対向する縁が、隆起Ｒ又は蓋をする材料７３のいずれかの側壁によって、十分に被覆されるように、間隙Ｇを満たす。このように、電極６９及び７１の電気移動は、間隙Ｇの尖鋭化に帰着しないことになる。
図９は、７及び８の構造におけるさらなる変動を示す。不必要な繰り返しを回避するために、同様な符号を、同様な特徴を表記するために使用することにする。図６におけるように、電極の高さＨは、隆起のものＲ未満である。従って、隆起Ｒは、電極６９及び７１の間に十分な障壁を提供する。しかしながら、また、隆起及び電極の両方に重なる、蓋をする材料７３が、提供される。蓋をする材料は、アンテナが放射体として構成されるとき、アンテナからパワーの出力を強調することになる反射防止材料である、又は、検出器として使用されるとすれば、アンテナの感度を強調することになる。
図１０は、本発明のさらなる実施形態を図説する。よって、光伝導性の材料６１の平面の表面に重なると共に接触する電極６９及び７１が、提供される。電極は、図６及び７に示すように間隙Ｇによって相隔てられる。電極７５及び７７の対向する縁は、電極６９及び７１の両方にわたって延びる、蓋をする材料７３によって被覆される。このように、蓋をする材料７３は、電極６９及び７１の間に物理的な障壁を提供し、且つ、電気移動によりアンテナの劣化を予防する。
図１１Ａから１１Ｅは、光伝導性のアンテナについての好適な製作方法を概略的に図説する。ＬＴ−ＧａＡｓ、ＬＴ−ＡｌＧａＡｓ、Ａｓ−ＧａＡｓ、又はＬＴ−ＩｎＧａＡｓのような材料を含む光伝導性の基体１は、光学的なビームの技術又は電子ビームの技術のいずれかを使用して加工してもよいレジストの層によって被覆される。例えば、光学的な技術については、フォトレジストが、光伝導性の基体１の表面上へ回される。電子ビームの技術については、ＰＭＭＡ又は他の適切な重合体物質が、光伝導性の材料１の表面上へ回される。
そして、フォトレジスト又は電子ビームレジスト８１は、標準的な方式でパターニングされる。例えば、フォトレジストについては、フォトレジストは、中央のエリア８３を放射に露出させるために、マスクを通じて適切な放射に露出される。そして、フォトレジスト及び光伝導性の材料１は、中央のエリア８３を溶解させるために、現像剤に浸漬させられる。電子ビームレジストについては、中央のエリア８３は、電子ビーム及び電子ビームレジストを使用して、照射され、且つ、光伝導性材料は、中央のエリア８３を溶解させるために、適切な現像剤に浸漬させられる。
そして、その構造は、溝８５を形成するために、図１１Ｃに示すように中央のエリア８３を通じてエッチングされる。これを、（例として、ＧａＡｓ材料については、ＨＦ若しくはＨ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２の溶液を使用する）湿式の化学エッチング又は反応性イオンエッチング（ＧａＡｓとでは例のＳｉＣｌ４のプラズマ）を通じて達成してもよいが、後者は、適当な条件で、ほぼ垂直なエッチングを達成することができるので、好ましい。あるいは、他の適切な技術が、当業者に知られている。フォトレジストは、試料に残り、そして金属の層８７、図１１Ｄに示すような溝及びフォトレジストは、蒸発させられる。
フォトレジストの層８１が、エッチング用の溝及び金属化領域の両方を定義するために使用されると、これは、自己整列化された技術として知られている。そして、フォトレジストは、ちょうど溝８５及び金属化８７を残して、図１１Ｅに示すように溶解させられる。溝８９及び９１の側壁を、図７から９を参照して記載したような電気移動に障壁を提供するために、使用してもよい。
図１２は、交互勘合した電極１０１及び１０３を有する光伝導性のアンテナの写真である。電極１０１及び１０３は、それらが、図５の断面に概略的に図説されるような光伝導性の材料１０５の平面の表面に提供されるように、平面のタイプのものである。公称で低い電流、例えば＜１ｍＡを使用するデバイスのその後の電気的な試験の後に、電気移動は、デバイスの破損を引き起こした。
これを、図１２及び１３の両方に見ることができる。図１３は、図１２と同じだが、より高い倍率で、デバイスを図説する。図１２及び１３において、陽極１０１は、大多数の担体（電子）の高い密度の電流の流れを引き寄せ、これは、金属の原子の移動によって不鮮明な物になるために、陽極１０１の指状突起１０７の金属の縁を引き起こす。陰極の指状突起１０９は、このような高い電流密度を経験しない、よって、鋭いままである。アンテナが、動作の１０時間未満後に、破損することを見出した。
図１４は、図２に図説したタイプの蝶ネクタイのアンテナを図説する。アンテナは、平面のアンテナであり、且つ、図５に示すような光伝導性の材料の平面の表面にこのように形成される。
電極１１１及び１１３が、破損するとき、それらの間にある半導体の材料１１５が、完全に破壊されることは、図１４に見ることができる。
この問題を避けるために、本発明は、電極の対向する縁の物理的な障壁を形成する。これは、都合のよいことに、光伝導性の材料をエッチングすることによってなされ、且つ溝を形成するために、及び、溝の側壁が、溝を満たす金属の高さを超えるように、溝に金属で満たすために、このように金属化は、完全にサブ表面である。
本発明は、一般的なエッチングの技術を使用する微細な特徴のエッチングが、より大きい露出されたエリアにおける同一のエッチングと比較したとき、減少した深さの溝を生産することができることに、留意してきた。従って、金属化が、サブ表面のままであることを保証するために、エッチングの深さを測定することができることは、有用である。これは、製造の下で試料の縁に、要求されるものに類似の大きさの特徴を同時にエッチングすることによって、達成される。そして、結晶は、これらの標準化のパターンを通じて垂直に裂かれ、且つ、捨てられた結晶質の断片は、特性決定のために電子顕微鏡に戻される。
図１５は、四塩化ケイ素のプラズマを使用する反応性イオンエッチングを使用して形成しておいた標準化溝を図説する。この特性決定の画像は、要求される金属の厚さを規定し、且つ、そして、Ｔｉ、Ｐｄ、又はＡｕのような金属は、図１１Ａから１１Ｅを参照して説明したような溝１２１の中へ蒸発させられる。金属化１２３が、溝１２１の表面１２７より下にあることを、図１６から見ることができる。
図１２及び１３は、電気移動により破損を受ける平面の電極を図説する。図１７から２０は、電極に凹部を設けておいたが、また原則として電気移動の問題を欠点としてもち得る、及び、それどころか、電極からいくつか金属の特徴が、わずかに、凹部の上部より上に突出するという事実により、他の破損の機構を欠点としてもつ、交互勘合した電極を図説する。図１７において、第一の電極２０１及び第二の電極２０３を有する交互勘合した電極のアンテナを示す。第二の電極２０３から指状突起２０５の一つは、凹部より上に突出する金属の破片２０７を有する。
図１８は、破損の後の図１７に示すデバイスを図説する。これらのアンテナにおける間隙は、約１．７μｍであり、且つ２２ボルトのかなり高いバイアスで作動させられた。これは、おおよそ１Ａの電流を、デバイスを通じて作動させたことを意味した。破損の前のデバイスにおいて、抵抗は、４．７メガオームだったが、破損の後には、抵抗は、７５０オームだった。図１７における円で囲まれたエリア２０９が、図１８において完全に変化してしまったことを、見ることができる。
図１９及び２０は、より高い倍率で図１７の円で囲まれたエリアを図説する。図１７の金属の破片２０７が、破損を引き起こしてしまったことは、明白である。この破片のこの鋭い特徴は、電場における特異性と関連し、さらに、隣接する電極に対して１．７μｍよりも近くにある。両方の効果は、平均の電場が、破壊より下にあってもよいが、この点における局所的な場が、それを超えてもよいと共に破局的な破損に至ってもよいように、組み合わさる。
上記の効果は、電気移動に依存しないし、且つ、表面より上に突出する任意の鋭い金属の特徴によって引き起こされるであろうし、且つそのために、局所的な場は、破壊の閾値を超える。しかしながら、電気移動は、近接している電極からこのような特徴の分離を減少させることによって、時間と共に、このような破壊の尤度を増加させるであろう。
図１７から２０におけるこれらの金属の破片の存在は、金属の堆積の技術の小面であり、且つそれらの存在を、適当な金属化によって除去することができる（図２３参照）。上記の技術を、全ての金属化が、サブ表面、滑らか、且つ境界を付けたものであることを保証するために、使用することができる。
図２１は、それぞれ、凹部２２５及び２２７に位置させられた凹部を設けた電極の指状突起２２１、２２３を図説する。金属の非一様性は、電極の高さよりも高い凹部を有することが、必要であることを証明する。この非一様性を、金属２３１を凹部２３３に示す図２２に、より詳細に示す。図２３は、重ねて、金属２４１溝２４３内に提供される、凹部を設けた電極を図説する。この特定の例においては、より滑らかな金属化が、見られる。これは、０．２ｎｍ毎秒未満の速度で金属を堆積させることによるものである。これは、金属のぎざぎざを付けた破片を減少させることを可能にする。
この方式における金属化の注意深い制御は、境界を付ける半導体の表面を備えた金属の表面のフラッシュを達成することができる程度まで、金属の厚さの微細な制御を許容する。典型的には、しかしながら、小さい（およそ５０ｎｍの）間隙は、上記の理由のために、誤差のための余裕として、金属の表面と共に残される。非一様の金属化の場合には、上記の表面の突出の問題は、原則として、金属の粗さの長さの尺度よりも大きい大きさまでこの間隙を増加させることによって、克服され得るであろう。しかしながら、本用途において、これは、最大の効率のために、最も大きい光学的な場の強度を、最大の電場の領域に空間的に位置させなければならないので、回避されることである。後者は、埋められたアンテナの電極の間に直接的にある、結晶質の領域にある。光学的な場の強度は、金属の電極が、適度にできるかぎり表面の近くに置かれるように、典型的には１μｍ未満の吸収の長さで、光の吸収により表面から指数関数的に減少する。
電極が、双極子の配置を有する、光伝導性のアンテナの概略の平面図である。 電極が、“蝶ネクタイ”の配置を有する、光伝導性のアンテナの概略の平面図である。 電極が、交互勘合した配置を有する、光伝導性のアンテナの概略の平面図である。 電極が、螺旋の形成を有する、光伝導性のアンテナの概略の平面図である。 断面が、図１の線Ａ−Ａ’を通じて取得された、光伝導性のアンテナの概略の断面である。 電極が、光伝導性の材料の中へ部分的に凹部が形成される、光伝導性のアンテナの概略の断面である。 本発明の第一の実施形態と一致した光伝導性のアンテナの概略の断面を図説する。 本発明の第二の実施形態と一致した光伝導性のアンテナの概略の断面である。 本発明の第三の実施形態と一致した光伝導性のアンテナの概略の断面である。 本発明の第四の実施形態と一致した光伝導性のアンテナの概略の断面である。 本発明の実施形態と一致した光伝導性のアンテナを生産するための製作方法を概略的に図説する。 本発明の実施形態と一致した光伝導性のアンテナを生産するための製作方法を概略的に図説する。 本発明の実施形態と一致した光伝導性のアンテナを生産するための製作方法を概略的に図説する。 本発明の実施形態と一致した光伝導性のアンテナを生産するための製作方法を概略的に図説する。 本発明の実施形態と一致した光伝導性のアンテナを生産するための製作方法を概略的に図説する。 比較例としての交互勘合した配置で提供される電極を備えた平面の光伝導性のアンテナを図説する。 より大きい尺度で図１２の交互勘合した電極を図説する。 比較例としての平面の蝶ネクタイのアンテナの破壊を図説する。 本発明の実施形態と一致したアンテナを製造するための製作ステップと一致した光伝導性の材料の中へエッチングされた凹部を図説する。 本発明の実施形態と一致したアンテナを製造するための製作ステップと一致した光伝導性の材料の中へエッチングされた且つ金属で満たされた凹部を図説する。 電極が、部分的に凹部が設けられるが、金属の破片が、光伝導性の材料の表面より上に突出する、交互勘合した配置を有する光伝導性のアンテナを図説する。 破損後の図１７のアンテナを図説する。 より小さい尺度で図１８の破損後の光伝導性のアンテナを図説する。 図１９の注釈を付けたバージョンである。 凹部に提供された一様でない金属を図説する。 光伝導性の材料の凹部内に形成された金属化を図説する。 本発明の実施形態に従ってアンテナに使用してもよい凹部が設けられた電極を図説する。

Claims (26)

  1. 光伝導性材料及び該光伝導性材料に提供された複数の相隔たる電極を含むアンテナであって、
    各々の電極は、隣接する電極の対向する縁に面する少なくとも一つの対向する縁を有し、
    少なくとも一つの電極の対向する縁と境を接する物理的な障壁が、提供され、
    該障壁は、少なくとも、該対向する縁の最大限の高さまで延びる、アンテナ。
  2. 前記少なくとも一つの電極の前記対向する縁は、前記凹部の側壁が前記障壁を提供するように、前記光伝導性材料の表面の凹部内に提供される、請求項１に記載のアンテナ。
  3. 前記隣接する電極の対向する縁は、凹部内に、前記凹部の前記側壁が、両方の対向する縁について前記障壁を提供するように、提供され、且つ
    光伝導性材料が、前記隣接する対向する縁の間に提供される、請求項２に記載のアンテナ。
  4. 前記側壁は、少なくとも、前記対向する縁の前記最大限の高さまで延びる、請求項２又は３に記載のアンテナ。
  5. 蓋をする材料が、前記電極より上に提供される、請求項４に記載のアンテナ。
  6. 蓋をする材料が、該蓋をする材料及び前記凹部の側壁が、前記障壁を形成するように、前記対向する縁の少なくとも一部分より上に提供される、請求項２又は３に記載のアンテナ。
  7. 前記側壁の高さは、前記光伝導性材料において、当該アンテナを励起するために使用される放射の浸透の深さの多くても二倍だけ、前記対向する縁の高さを超える、請求項２乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ。
  8. 前記側壁の高さは、前記光伝導性材料において、当該アンテナを励起するために使用される前記放射の多くても前記浸透の深さだけ、前記対向する縁の高さを超える、請求項２乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ。
  9. 前記側壁の高さは、多くても１μｍだけ、前記対向する縁の高さを超える、請求項２乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ。
  10. 前記電極は、前記光伝導性材料の平面の表面に提供され、且つ、
    蓋をする材料が、前記蓋をする材料が、前記障壁を形成するように、前記電極の前記対向する縁に提供される、請求項１に記載のアンテナ。
  11. 前記蓋をする材料は、反射防止材料である、請求項５、６又は１０に記載のアンテナ。
  12. 前記蓋をする材料は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素、フォトレジスト、ポリイミド、又はアクリルを含む、請求項５、６、１０又は１１に記載のアンテナ。
  13. 二つの電極が、‘蝶ネクタイ’の構成で提供され、
    各々の電極は、三角形の部分を有し、且つ、該三角形の部分の頂点が、互いに面するように配置され、且つ、相隔てられ、
    前記対向する縁は、前記頂点によって提供される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のアンテナ。
  14. 二つの電極が、交互勘合した配置に提供された複数の伸張した指状突起を含み、且つ
    前記対向する縁が、隣接する指状突起の伸張した縁によって提供される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のアンテナ。
  15. 対向する縁の間の間隙は、多くても１００μｍである、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のアンテナ。
  16. 対向する縁の間の間隙は、多くても１μｍである、請求項１２に記載のアンテナ。
  17. 前記光伝導性材料は、ＬＴ−ＧａＡｓ、ＬＴ ＡｌＧａＡｓ、Ａｓ−ＧａＡｓ、又はＬＴ−ＩｎＧａＡｓから選択された少なくとも一つを含む、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のアンテナ。
  18. 前記電極は、金、アルミニウム、チタン、ＮｉＣｒ、又はＰｄから選択された少なくとも一つを含む、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のアンテナ。
  19. 隣接する電極の対向する縁の間にバイアスを印加するために構成されるバイアスをかける手段をさらに含み、
    該バイアスをかける手段は、それらの対向する縁での電流密度が、電気移動が起こる電流密度を超えるように、前記電極にバイアスをかけるために構成される、
    請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のアンテナ。
  20. 当該アンテナは、０．２５ＧＨｚから１００ＴＨｚまでの周波数の範囲における放射を照射するために構成される、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載のアンテナ。
  21. 前記電極を流れる電流を測定するための手段をさらに含む、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のアンテナ。
  22. ０．２５ＧＨｚから１００ＴＨｚまでの周波数の範囲における放射を検出するために構成される、請求項２１に記載のアンテナ。
  23. アンテナを製作する方法であって、
    当該方法は、
    光伝導性の材料にレジストの層を形成すること、
    該光伝導性材料を露出させるためのレジストのパターンが、取り除かれるように、該レジストの層をパターニングすること、
    該露出された光伝導性の材料が、所定の深さまでエッチングされるように該光伝導性材料及び該レジストをエッチングすること、
    該パターニングされた光伝導性の材料及び該フォトレジストにおける伝導性の材料を蒸発させること
    を含み、
    該伝導性の材料は、該エッチングの所定の深さのもの未満である厚さまで蒸発させられ
    当該方法は、
    該フォトレジストを取り除くこと
    を含む、方法。
  24. 前記伝導性の材料は、０．２ｎｍ毎秒以下の速度で蒸発させられる、請求項２３に記載の方法。
  25. 添付する図面のいずれか一つを参照して明細書に記載したアンテナ。
  26. 添付する図面のいずれか一つを参照して実質的に明細書に記載した、アンテナを形成する方法。
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