JP2013516794A - 異常光コンダクタンス(eoc)効果に基づく高分解能光子検出の方法および装置 - Google Patents
異常光コンダクタンス(eoc)効果に基づく高分解能光子検出の方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
E=異常(extraordinary);ならびに
XX=磁気抵抗(MR)、圧電コンダクタンス(PC)、光コンダクタンス(OC)、および電気コンダクタンス(EC)などの界面現象のタイプである。
5μm(図6のパネル(a)における装置A)、
250nm(図6のパネル(b)における装置B)、
500nm(図6のパネル(c)における装置C)、
500nm(無シャント基準装置である、図6のパネル(d)における装置D)。
Claims (114)
- 装置であって、
半導体層と、
半導体層の表面に位置し、それによって半導体/金属界面を定義する金属シャントであって、半導体層表面の一部は金属シャントによって被覆されず、半導体層および金属シャントは実質的平行面に存在するが共平面ではない、金属シャントとを含み、
半導体/金属界面は、光学摂動によって摂動されている半導体/金属界面に応えてその抵抗の変化を呈するように構成されている、装置。 - 装置が、光学摂動に対する逆異常光コンダクタンス(I−EOC)応答を呈するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 半導体/金属界面はショットキー障壁界面として構成されている、請求項1から2のいずれかに記載の装置。
- 装置が、光学摂動に応えて、半導体/金属界面を横断する概弾道的キャリア流から半導体/金属界面を横断する概拡散キャリア流に遷移するように構成されている、請求項1から3のいずれかに記載の装置。
- 半導体層と接触する複数のリード線をさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載の装置。
- リード線が、
半導体層と接触する少なくとも2本のオーミック電流リード線と、
半導体層と接触する少なくとも2本のオーミック電圧リード線と、を含む、請求項5に記載の装置。 - 金属シャントと接触するリード線をさらに含む、請求項1から6のいずれかに記載の装置。
- 電流および電圧リード線が半導体層の一部にのみ接触するように、電流および電圧リード線と半導体層との間に設けられた絶縁層をさらに含む、請求項6に記載の装置。
- 金属シャントが、ナノスケール長およびナノスケール幅を有する、請求項1から8のいずれかに記載の装置。
- リード線と金属シャントとの間に、半導体層の活性層の平均自由行程と同程度の間隔ができるように、リード線が半導体層と接触するように位置決めされている、請求項5から9のいずれかに記載の装置。
- 間隔がおよそ50nmである、請求項10に記載の装置。
- 間隔がおよそ1nmからおよそ1000nmの範囲内のいずれかの値である、請求項10に記載の装置。
- 半導体層が、金属シャントのナノスケール長およびナノスケール幅よりも大きいナノスケール長およびナノスケール幅を有する、請求項1から12のいずれかに記載の装置。
- その上に半導体層が位置する基板をさらに含み、金属シャントは基板と接触していない、請求項1から13のいずれかに記載の装置。
- 金属シャントが、異なる金属タイプの第一金属層および第二金属層を含む、請求項1から14のいずれかに記載の装置。
- 半導体層が、その上に金属シャントが位置するメサ部を含む、請求項1から15のいずれかに記載の装置。
- メサが、ドープ半導体エピタキシャル層を含む、請求項16に記載の装置。
- 半導体層が、非ドープ半導体エピタキシャル層を含む、請求項1から17のいずれかに記載の装置。
- 金属シャントおよび半導体層の露出面を被覆する絶縁層をさらに含む、請求項1から18のいずれかに記載の装置。
- 半導体/金属界面が、電場摂動によって摂動されている半導体/金属界面に応えてその抵抗の変化を呈するように構成されている、請求項1から19のいずれかに記載の装置。
- 装置が、電場摂動に応えて異常電気コンダクタンス(EEC)を呈するように構成されている、請求項20に記載の装置。
- (1)抵抗変化を表す信号を受信し、(2)受信信号に基づいて画像データを生成するように構成された受信器エレクトロニクスをさらに含む、請求項1から21のいずれかに記載の装置。
- 半導体/金属界面がさらに、異常電気コンダクタンス(EEC)応答に対応する電場摂動によって摂動されている半導体/金属界面に応えてその抵抗の変化を呈するように構成されており、受信器エレクトロニクスはさらに、装置の光学応答および電場応答を表す異なる画像データ集合を生成するために、装置が光学摂動によって摂動されているときおよびされていないときに、受信信号をサンプリングするように構成されている、請求項22に記載の装置。
- 受信器エレクトロニクスと通信するアレイをさらに含み、アレイは複数の光学センサを含み、少なくとも複数の光学センサの各々は半導体層、金属シャント、および半導体/金属界面を含み、受信器エレクトロニクスはさらに、光学センサの光学摂動に応えて光学センサからの受信信号に基づいて画像データを生成するように構成されている、請求項22から23のいずれかに記載の装置。
- 方法であって、
センサによって異常電気コンダクタンス(EOC)効果を生じるために光子を用いてセンサを摂動するステップを含み、センサは(1)半導体層と、(2)半導体層の表面に位置し、それによって半導体/金属界面を定義する金属シャントと、を含み、半導体層表面の一部は金属シャントによって被覆されず、半導体層および金属シャントは実質的平行面に存在するが共平面ではなく、半導体/金属界面は、摂動ステップに応えてEOC効果に対応する抵抗の変化を呈するように構成されている、方法。 - 発生したEOC効果に応えて画像を生成するステップをさらに含む、請求項25に記載の方法。
- EOC効果がI−EOC効果を含む、請求項26に記載の方法。
- センサによって異常電気コンダクタンス(EEC)効果を生じるために電荷を用いてセンサを摂動するステップをさらに含む、請求項25から27のいずれかに記載の方法。
- 発生したEOC効果に応えて画像を生成するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップを同時に実行するステップをさらに含む、請求項28から29のいずれかに記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップをほぼ同時に実行するステップをさらに含む、請求項28から29のいずれかに記載の方法。
- 室温で方法を実行するステップをさらに含む、請求項25から31のいずれかに記載の方法。
- 半導体/金属界面がショットキー障壁界面として構成されている、請求項25から32のいずれかに記載の方法。
- センサが、摂動ステップに応えて、半導体/金属界面を横断する概弾道的キャリア流から半導体/金属界面を横断する概拡散キャリア流に遷移するように構成されている、請求項25から33のいずれかに記載の方法。
- 金属シャントがナノスケール長およびナノスケール幅を有する、請求項25から34のいずれかに記載の方法。
- 半導体層が、金属シャントのナノスケール長およびナノスケール幅よりも大きいナノスケール長およびナノスケール幅を有する、請求項25から35のいずれかに記載の方法。
- 金属シャントが、異なる金属タイプの第一金属層および第二金属層を含む、請求項25から36のいずれかに記載の方法。
- 半導体層が、その上に金属シャントが位置するメサ部を含む、請求項25から37のいずれかに記載の方法。
- メサが、ドープ半導体エピタキシャル層を含む、請求項38に記載の方法。
- 半導体層が、非ドープ半導体エピタキシャル層を含む、請求項25から39のいずれかに記載の方法。
- センサが、金属シャントおよび半導体層の露出面を被覆する絶縁層をさらに含む、請求項25から40のいずれかに記載の方法。
- センサが、アレイを形成する複数のセンサを含む、請求項25から41のいずれかに記載の方法。
- アレイが複数の個別アドレス指定可能画素を含み、各画素はそれぞれ異なるセンサに対応している、請求項42に記載の方法。
- 発生したEOC効果に応えてマルチ画素画像を生成するステップをさらに含む、請求項42から43のいずれかに記載の方法。
- EOC効果がI−EOC効果を含む、請求項42から44のいずれかに記載の方法。
- センサによって異常電気コンダクタンス(EEC)効果を生じるために電荷を用いてアレイを摂動するステップをさらに含む、請求項42から46のいずれかに記載の方法。
- 発生したEEC効果に応えてマルチ画素画像を生成するステップをさらに含む、請求項46に記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップを同時に実行するステップをさらに含む、請求項46から47のいずれかに記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップをほぼ同時に実行するステップをさらに含む、請求項46から47のいずれかに記載の方法。
- アレイが複数の異常圧電コンダクタンス(EPC)センサをさらに含み、方法はEPCセンサによってEPC効果を生じるために圧電摂動を用いてEPCセンサを摂動するステップをさらに含む、請求項42から49のいずれかに記載の方法。
- アレイが複数の異常音響コンダクタンス(EAC)センサをさらに含み、方法はEACセンサによってEAC効果を生じるために音響摂動を用いてEACセンサを摂動するステップをさらに含む、請求項42から50のいずれかに記載の方法。
- アレイが複数の異常磁気抵抗(EMR)センサをさらに含み、方法はEMRセンサによってEMR効果を生じるために磁場摂動を用いてEMRセンサを摂動するステップをさらに含む、請求項42から51のいずれかに記載の方法。
- 室温で方法を実行するステップをさらに含む、請求項42から52のいずれかに記載の方法。
- 摂動ステップが、病変を示す分子と結合する発光剤によって発生した光子を用いてアレイを摂動するステップを含み、方法は、アレイのセンサの生成されたEOC効果に基づいて病変を検出するステップをさらに含む、請求項42から53のいずれかに記載の方法。
- 発光剤が蛍光体を含む、請求項54に記載の方法。
- インビボで検出を実行するステップをさらに含む、請求項54から55のいずれかに記載の方法。
- インビトロで検出を実行するステップをさらに含む、請求項54から55のいずれかに記載の方法。
- 摂動ステップが、形質転換またはトランスフェクト細胞によって発現する発光剤によって発生した光子を用いてアレイを摂動するステップを含み、方法は、アレイのセンサの生成されたEOC効果に基づいて形質転換またはトランスフェクト細胞を検出するステップをさらに含む、請求項42から57のいずれかに記載の方法。
- 発光剤が蛍光体を含む、請求項58に記載の方法。
- インビボで検出を実行するステップをさらに含む、請求項58から59のいずれかに記載の方法。
- インビトロで検出を実行するステップをさらに含む、請求項58から59のいずれかに記載の方法。
- 生成されたEOC効果に基づいて接触撮像を実行するステップをさらに含む、請求項25から61のいずれかに記載の方法。
- 生成されたEOC効果に基づいて天文学的検出を実行するステップをさらに含む、請求項25から62のいずれかに記載の方法。
- 生成されたEOC効果に基づいて天文学的観測を実行するステップをさらに含む、請求項25から63のいずれかに記載の方法。
- センサがカメラ内に存在し、方法は、生成されたEOC効果に基づいてカメラ画像を生成するステップをさらに含む、請求項25から64のいずれかに記載の方法。
- カメラがビデオカメラを含み、カメラ画像は動画を含む、請求項65に記載の方法。
- 生成されたEOC効果に基づいて癌検出を実行するステップをさらに含む、請求項25から66のいずれかに記載の方法。
- 生成されたEOC効果に基づいて血液分析を実行するステップをさらに含む、請求項25から67のいずれかに記載の方法。
- 生成されたEOC効果に基づいてナノ粒子拡散およびサイズ調査を実行するステップをさらに含む、請求項25から68のいずれかに記載の方法。
- 生成されたEOC効果に基づいて位置感応検出操作を実行するステップをさらに含む、請求項25から69のいずれかに記載の方法。
- 光情報記憶および検出に関する方法を実行するステップをさらに含む、請求項25から70のいずれかに記載の方法。
- 方法であって、
センサによってI−EOC応答を生成するために光子を用いて複数のナノスケールI−EOCセンサで形成されたアレイを摂動するステップと、
生成されたI−EOC応答からナノスケール分解能を有する画像を生成するステップと、を含む方法。 - 方法であって、
EOC応答を生成するために光子を用いて金属半導体ハイブリッド(MSH)装置を摂動するステップであって、MSH装置はキャリア流に対するショットキー障壁の役割を果たす半導体/金属界面を含む、ステップを含む方法。 - 方法であって、
EOC応答を生成するために光子を用いて金属半導体ハイブリッド(MSH)装置を摂動するステップであって、半導体/金属界面を横断するMSH装置内のキャリア流は、光子による摂動に応えて主に弾道的輸送から拡散輸送に遷移する、ステップを含む方法。 - 装置であって、
半導体層と、
半導体層の表面に位置し、それによって半導体/金属界面を定義する金属シャントであって、半導体層表面の一部は金属シャントによって被覆されず、半導体層および金属シャントは実質的平行面に存在するが共平面ではない、金属シャントと、
金属シャントとリード線との間におよそ1nmからおよそ1000nmの範囲内のいずれかの値の間隔ができるように、半導体層と接触するが金属シャントとは接触しない、複数のリード線と、を含む装置。 - 半導体層がドープ半導体層および非ドープ半導体層を含み、ドープ半導体層は金属シャントと接触して半導体/金属界面を形成し、非ドープ半導体層は金属シャントと接触していない、請求項75に記載の装置。
- リード線がドープ半導体層と接触し、装置は、リード線を非ドープ半導体層から絶縁する絶縁層をさらに含む、請求項76に記載の装置。
- 金属シャントと接触しているリード線をさらに含む、請求項75から77のいずれかに記載の装置。
- 半導体層および金属シャントがファンデルポー(van der Pauw)(vdP)プレートになっている、請求項75から78のいずれかに記載の装置。
- 方法であって、
金属半導体ハイブリッド(MSH)装置にバイアスをかけるステップであって、MSH装置は半導体/金属界面を有するステップと、
半導体/金属界面を横断するキャリア流が概弾道的輸送から概拡散輸送に遷移するように、光を用いてMSH装置を摂動するステップと、
摂動ステップに応えてMSH装置からの電圧信号を検出するステップと、を含む方法。 - 装置であって、
複数のセンサであって、複数のセンサの各々が、光による摂動に応えて異常光コンダクタンス(EOC)応答を表す信号を生成するように構成されている、センサと、
センサと通信するためのプロセッサであって、生成された信号に対応するデータを生成するように構成されている、プロセッサと、を含み、
複数のセンサの各々は、
半導体層と、
半導体層の表面に位置し、それによって半導体/金属界面を定義する金属シャントであって、半導体/金属界面はショットキー界面を含む、金属シャントと、を含み、
複数のセンサの各々は、照射の増加に応えてショットキー特性からオーミック特性に変化するI−V特性を呈するように構成されている、装置。 - 複数のセンサの半導体層および金属シャントが、ナノスケール寸法を呈する、請求項81に記載の装置。
- 複数のセンサの各々が、光による摂動に応えて逆異常光コンダクタンス(I−EOC)応答を表す信号を生成するように構成されている、請求項81から82のいずれかに記載の装置。
- プロセッサが、生成された信号に対応する画像データを生成するように構成されており、画像データは複数の画素を含み、複数のセンサはセンサのアレイを含み、センサは画素に対応する、請求項81から83のいずれかに記載の装置。
- 装置がカメラを含む、請求項81から84のいずれかに記載の装置。
- 装置がビデオカメラを含む、請求項85に記載の装置。
- カメラが携帯用計算装置上に存在する、請求項85から86のいずれかに記載の装置。
- 携帯用計算装置がスマートフォンを含む、請求項87に記載の装置。
- 少なくとも複数のセンサの各々が、電場による摂動に応えて異常電気コンダクタンス(EEC)応答を表す信号を生成するように構成されており、プロセッサはさらに、EECおよびEOC信号に対応する画像データを生成するように構成されている、請求項81から88のいずれかに記載の装置。
- 複数のセンサの各々が、光摂動に応えてその半導体/金属界面を横断する概弾道的キャリア流からその半導体/金属界面を横断する概拡散キャリア流に遷移するように構成されている、請求項81から89のいずれかに記載の装置。
- 方法であって、
光による摂動に応えて概弾道的キャリア流から概拡散キャリア流への、正の光抵抗および光誘起スイッチングを呈する個別アドレス指定可能ナノスケールハイブリッド金属−半導体光学センサを用いて、室温で光を検出するステップを含む方法。 - 装置であって、
光による摂動に応えて概弾道的キャリア流から概拡散キャリア流への、正の光抵抗および光誘起スイッチングを呈するように構成された、個別アドレス指定可能ナノスケールハイブリッド金属−半導体光学センサを含む装置。 - センサと通信するためのプロセッサを含み、プロセッサは、光摂動に応えて提示された正の光抵抗に対応するデータを生成するように構成されている、請求項92に記載の装置。
- アレイ内に配置された複数の個別アドレス指定可能ナノスケールハイブリッド金属−半導体光学センサをさらに含み、プロセッサは、アレイとの通信用であって、光摂動に応えて光学センサからの提示された正の光抵抗に対応する画像データを生成するように構成されている、請求項93に記載の装置。
- 方法であって、
装置によって異常光コンダクタンス(EOC)効果を生じるために、光子を用いて請求項1から27のいずれかにおいて定義された装置を摂動するステップを含む、方法。 - 発生したEOC効果に応えて画像を生成するステップをさらに含む、請求項95に記載の方法。
- EOC効果がI−EOC効果を含む、請求項95から96のいずれかに記載の方法。
- 装置によって異常電気コンダクタンス(EEC)効果を生じるために、電荷を用いて装置を摂動するステップをさらに含む、請求項96から97のいずれかに記載の方法。
- 発生したEOC効果に応えて画像を生成するステップをさらに含む、請求項98に記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップを同時に実行するステップをさらに含む、請求項98から99のいずれかに記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップをほぼ同時に実行するステップをさらに含む、請求項98から99のいずれかに記載の方法。
- 室温で方法ステップを実行するステップをさらに含む、請求項99から101のいずれかに記載の方法。
- 方法であって、
装置によって異常光コンダクタンス(EOC)効果を生じるために、光子を用いて請求項1から27のいずれかにおいて定義された複数の装置を摂動するステップであって、複数の装置はアレイになっている、ステップを含む方法。 - アレイが複数の個別アドレス指定可能画素を含み、各画素はそれぞれ異なる装置に対応している、請求項103に記載の方法。
- 発生したEOC効果に応えてマルチ画素画像を生成するステップをさらに含む、請求項103から104のいずれかに記載の方法。
- EOC効果がI−EOC効果を含む、請求項103から105のいずれかに記載の方法。
- 装置によって異常電気コンダクタンス(EEC)効果を生じるために、電荷を用いて装置を摂動するステップをさらに含む、請求項103から106のいずれかに記載の方法。
- 発生したEEC効果に応えてマルチ画素画像を生成するステップをさらに含む。請求項107に記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップを同時に実行するステップをさらに含む、請求項107から108のいずれかに記載の方法。
- 光子摂動ステップおよび電荷摂動ステップをほぼ同時に実行するステップをさらに含む、請求項107から108のいずれかに記載の方法。
- アレイが複数の異常圧電コンダクタンス(EPC)センサをさらに含み、方法は装置によってEPC効果を生じるために圧電摂動を用いてEPCセンサを摂動するステップをさらに含む、請求項103から110のいずれかに記載の方法。
- アレイが複数の異常音響コンダクタンス(EAC)センサをさらに含み、方法は装置によってEAC効果を生じるために音響摂動を用いてEACセンサを摂動するステップをさらに含む、請求項103から111のいずれかに記載の方法。
- アレイが複数の異常磁気抵抗(EMR)センサをさらに含み、方法は装置によってEMR効果を生じるために磁場摂動を用いてEMRセンサを摂動するステップをさらに含む、請求項103から112のいずれかに記載の方法。
- 室温で方法ステップを実行するステップをさらに含む、請求項103から113のいずれかに記載の方法。
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