JP2015121417A - Electromagnetic wave detector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic wave detector capable of highly efficiently absorbing wavelengths of other wide wavelength bands excepting for a desired wavelength.SOLUTION: The electromagnetic wave detector which converts an electromagnetic wave into an electric signal and detects the electric signal includes: a structure including a lower metal layer, an insulation layer formed on the lower metal layer and an upper layer metal pattern with which a plurality of upper metal layers are disposed on the insulation layer; and a signal detection part which detects a temperature change of the structure by converting it into an electric signal. The upper layer metal pattern includes at least two kinds of upper metal layers of which the shape is determined so as to absorb electromagnetic waves of a specific wavelength through surface plasmon resonance with the electromagnetic waves of the specific wavelength, and between absorption wavelengths of two electromagnetic waves absorbed by the upper metal layer, the insulation layer and the upper layer metal pattern, a non-absorption wavelength band of non-absorbed electromagnetic waves is included.

Description

本発明は、電磁波検出器に関し、特に、入射電磁波の波長から、特定の波長を選択的に除外して吸収し、電気信号に変換する電磁波検出器に関する。   The present invention relates to an electromagnetic wave detector, and more particularly to an electromagnetic wave detector that selectively excludes a specific wavelength from an incident electromagnetic wave and absorbs it to convert it into an electric signal.

従来の電磁波検出器では、光検出層の材料として半導体材料が用いられるが、半導体材料はバンドギャップを有するので、バンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光しか検出することができず、電磁波検出器として最適ではない。
そこで、次世代の光検出器として、金属構造体におけるプラズモン効果を利用して電磁波吸収を行うことが研究されている。例えば、非特許文献1には、下層金属層、絶縁層、周期的なパターンおよび大きさを有する上層金属層、を有する構造体が設けられた検出器が記載されている。かかる検出器では、構造体における光吸収率を測定することで、上層金属層の形状および、絶縁層膜厚に依存した波長の光吸収が可能となっている。
In the conventional electromagnetic wave detector, a semiconductor material is used as a material of the light detection layer. However, since the semiconductor material has a band gap, only light having energy larger than the band gap can be detected. Not optimal.
Therefore, as a next-generation photodetector, research has been conducted to perform electromagnetic wave absorption using the plasmon effect in a metal structure. For example, Non-Patent Document 1 describes a detector provided with a structure having a lower metal layer, an insulating layer, and an upper metal layer having a periodic pattern and size. In such a detector, light absorption at a wavelength depending on the shape of the upper metal layer and the thickness of the insulating layer is possible by measuring the light absorption rate in the structure.

Jiaming Hao et al., APPLIED PHYSICS LETTERS vol. 96, pp. 251104 (2010)Jiaming Hao et al., APPLIED PHYSICS LETTERS vol. 96, pp. 251104 (2010)

しかしながら、例えば衛星による地球観測、天体撮像、遠隔通信、バイオフォトニック(biophotonic)機器、不要蛍光の除去、火災時中での人観察など、さまざまな分野で、特定の波長を除いた光検知が求められているが、非特許文献1に示す構造では、特定の波長を除いた光検知は不可能である。
一方、ノッチフィルタ等の光学系を使用して特定波長を遮断する方法では、コストが高くなると共に、遮断波長がフィルタの設置角や光の入射角に大きく依存するという問題があった。
However, in various fields, such as satellite observation of the earth, astronomical imaging, remote communication, biophotonic equipment, removal of unwanted fluorescence, and human observation during a fire, light detection without specific wavelengths is possible. Although demanded, the structure shown in Non-Patent Document 1 cannot detect light except for a specific wavelength.
On the other hand, the method of blocking a specific wavelength using an optical system such as a notch filter has a problem that the cost is high and the cutoff wavelength largely depends on the installation angle of the filter and the incident angle of light.

そこで、本発明は、所望の波長を除き、その他の広域波長帯の波長に関しては高効率で吸収することができる電磁波検出器の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electromagnetic wave detector capable of absorbing with high efficiency with respect to wavelengths in other wide wavelength bands except for a desired wavelength.

本発明は、電磁波を電気信号に変換して検出する電磁波検出器であって、下層金属層と、下層金属層の上に形成された絶縁層と、絶縁層の上に複数の上層金属層が配置された上層金属パターンと、を含む構造体と、構造体の温度変化を電気信号に変換して検出する信号検知部と、を含み、上層金属パターンは、特定波長の電磁波と表面プラズモン共鳴して特定波長の電磁波を吸収するように形状が決定された少なくとも2種類の上層金属層を含み、上層金属層と絶縁層と上層金属パターンで吸収された2つの電磁波の吸収波長の間に、吸収されない電磁波の非吸収波長帯を有することを特徴とする電磁波検出器である。   The present invention is an electromagnetic wave detector that detects electromagnetic waves by converting them into electrical signals, and includes a lower metal layer, an insulating layer formed on the lower metal layer, and a plurality of upper metal layers on the insulating layer. An upper layer metal pattern, and a signal detection unit that detects a change in temperature of the structure by converting it into an electrical signal, and the upper layer metal pattern performs surface plasmon resonance with an electromagnetic wave having a specific wavelength. Including at least two types of upper metal layers whose shapes are determined so as to absorb electromagnetic waves of a specific wavelength, and absorbed between the absorption wavelengths of the two electromagnetic waves absorbed by the upper metal layer, the insulating layer, and the upper metal pattern. It is an electromagnetic wave detector characterized by having a non-absorption wavelength band of electromagnetic waves which are not.

本発明にかかる電磁波検出器では、所望の波長を除き、その他の広域波長帯について高効率で電磁波の吸収が可能とある。即ち、非吸収波長帯を持つ電磁波の検出が可能となる。   The electromagnetic wave detector according to the present invention can absorb electromagnetic waves with high efficiency in other wide wavelength bands except for a desired wavelength. That is, it is possible to detect an electromagnetic wave having a non-absorption wavelength band.

本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の斜視図である。It is a perspective view of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の上面図である。It is a top view of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 電磁波検出器に電磁波が入射したときの電磁界の振る舞いを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the behavior of the electromagnetic field when electromagnetic waves enter into an electromagnetic wave detector. 電磁波検出器に電磁波が入射したときの光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum when electromagnetic waves are incident on the electromagnetic wave detector. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の上面図である。It is a top view of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of another upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector according to the first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンにおける光吸収スペクトルである。It is the light absorption spectrum in the other upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of another upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector according to the first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of another upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector according to the first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of another upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector according to the first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of another upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector according to the first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of another upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector according to the first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターン(同心円状パターン)の配置図である。It is an arrangement plan of other upper surface metal patterns (concentric pattern) of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターン(同心円状パターン)における光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum in the other upper surface metal pattern (concentric pattern) of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の信号検知構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the signal detection structure of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の信号検知構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other signal detection structure of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の他の信号検知構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other signal detection structure of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる電磁波検出器の上面金属パターンの配置図である。It is an arrangement plan of the upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態2にかかる電磁波検出器の光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。It is an arrangement plan of other upper surface metal patterns of an electromagnetic wave detector concerning Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態2にかかる電磁波検出器の他の上面金属パターンの配置図である。It is an arrangement plan of other upper surface metal patterns of an electromagnetic wave detector concerning Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3にかかる電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる他の電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the other electromagnetic wave detector concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる他の電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the other electromagnetic wave detector concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる他の電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the other electromagnetic wave detector concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる他の電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the other electromagnetic wave detector concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5にかかる電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6にかかる電磁波検出器の斜視図である。It is a perspective view of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6にかかる電磁波検出器の光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 絶縁層の膜厚と吸収スペクトルの波長ピーク値との関係である。It is the relationship between the film thickness of an insulating layer and the wavelength peak value of an absorption spectrum. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の、それぞれの金属パターンの光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum of each metal pattern of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる他の電磁波検出器の断面図である。It is sectional drawing of the other electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる電磁波検出器の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the electromagnetic wave detector concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態9にかかる電磁波検出器アレイの斜視図である。It is a perspective view of the electromagnetic wave detector array concerning Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる電磁波検出器アレイの斜視図である。It is a perspective view of the electromagnetic wave detector array concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる電磁波検出器アレイの光吸収スペクトルである。It is a light absorption spectrum of the electromagnetic wave detector array concerning Embodiment 10 of this invention.

本発明の実施の形態では、電磁波検出器について赤外波長域を用いて説明するが、本発明は、赤外線以外の波長域、例えば可視、近赤外、テラヘルツ(THz)、マイクロ波、電波領域の波長域の検出器としても有効である。本発明の実施の形態において、光は電磁波とも記載する。また、各実施の形態では、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。本発明の吸収体を適用する検出器には、熱型としてはボロメータ、サーモパイル、SOI(Silicon-on-Insulator)ダイオード型、焦電型、あるいは吸収した熱によって発生した歪みを検知する検知器などあらゆる形式の検知器が含まれる。熱型以外では、以下で述べる絶縁層を半導体(含む量子井戸、量子ドット)に変更すれば、量子型の検出器にも適用できる。   In the embodiment of the present invention, an electromagnetic wave detector will be described using an infrared wavelength region. However, the present invention is not limited to an infrared wavelength region, for example, visible, near infrared, terahertz (THz), microwave, radio wave region. It is also effective as a detector in the wavelength region. In the embodiment of the present invention, light is also referred to as electromagnetic waves. Moreover, in each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and description is abbreviate | omitted. The detector to which the absorber of the present invention is applied includes a bolometer, a thermopile, a SOI (Silicon-on-Insulator) diode type, a pyroelectric type, or a detector that detects distortion generated by absorbed heat, etc. All types of detectors are included. Other than the thermal type, if the insulating layer described below is changed to a semiconductor (including quantum wells and quantum dots), it can be applied to a quantum type detector.

実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器100の斜視図である。図2は、図1の電磁波検出器100の断面図(一部)である。また、図3は、図1を上面から見た場合の上面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view of an electromagnetic wave detector 100 according to a first exemplary embodiment of the present invention, the whole being represented by 100. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view (a part) of the electromagnetic wave detector 100 of FIG. FIG. 3 is a top view when FIG. 1 is viewed from above.

図1〜図3に示すとおり、電磁波検出器100は、平坦な表面を有する下層金属層1と、下層金属層1上に形成された絶縁層2と、絶縁層2上に周期性を持って形成され、周期的に配列された上層金属パターン3と、の3つの構造と、この3つの構造で吸収された光を電気信号に変換する信号検知構造9を有する。   As shown in FIGS. 1 to 3, the electromagnetic wave detector 100 has a lower metal layer 1 having a flat surface, an insulating layer 2 formed on the lower metal layer 1, and a periodicity on the insulating layer 2. The upper metal pattern 3 is formed and periodically arranged, and has a signal detection structure 9 that converts light absorbed by the three structures into an electric signal.

上層金属パターン3および下層金属層1は、表面プラズモン共鳴を生じやすい材料から形成されることが好ましく、例えばAu、Ag、Cu、Al、Ni、Cr、Ti等の金属から形成される。換言すれば、負の誘電率を有する材料が望ましい。但し、変換損失の大きな金属を用いた場合、吸収率特性における半値幅が広がるなど波長選択性、つまり単色性が劣化することがある。よって、金属の種類は必要とされる検知波長の半値幅などによって、適宜選択される。また、逆に損失の大きな金属を用いることで広範な波長域を検知するような、ブロードな吸収をもたせることが可能になる。   The upper metal pattern 3 and the lower metal layer 1 are preferably formed of a material that easily causes surface plasmon resonance, and is formed of a metal such as Au, Ag, Cu, Al, Ni, Cr, or Ti. In other words, a material having a negative dielectric constant is desirable. However, when a metal having a large conversion loss is used, wavelength selectivity, that is, monochromaticity may deteriorate, for example, the half-value width in the absorptivity characteristic is widened. Therefore, the type of metal is appropriately selected depending on the required half-value width of the detection wavelength. On the other hand, by using a metal with a large loss, it is possible to have broad absorption that detects a wide wavelength range.

絶縁層2は、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、シリコン等の絶縁物から形成されることが好ましい。また、SiやGaAsなどの半導体においても同様の効果がある。 The insulating layer 2 is preferably formed from an insulator such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), aluminum oxide, nickel oxide, or silicon. The same effect is also obtained in semiconductors such as Si and GaAs.

上層金属パターン3は、ある特定波長を除いた光を吸収する機能を持つ、少なくとも2種以上の異なる形状または大きさで形成されている。なお、配置される上層金属パターン3の数は、適宜選択できる。また、上層金属パターン3の配置は、2次元マトリックス状の配置では、正方格子状、三角格子状、六法格子状などの配置が可能である。あるいは1次元の配置などでもよい。ここでは、代表例として正方格子状の配置について説明する。   The upper metal pattern 3 is formed in at least two or more different shapes or sizes having a function of absorbing light excluding a specific wavelength. The number of upper metal patterns 3 to be arranged can be selected as appropriate. Further, the upper layer metal pattern 3 can be arranged in a square lattice shape, a triangular lattice shape, a hexagonal lattice shape, or the like in a two-dimensional matrix-like arrangement. Alternatively, a one-dimensional arrangement may be used. Here, a square grid arrangement will be described as a representative example.

なお、図2において、信号検知構造9は下層金属層1の下部に配置しているが、下層金属層1、絶縁層2、上層金属パターン3で吸収された光を電気信号に変換できればよく、側面、もしくは各層中に配置しても良い。   In FIG. 2, the signal detection structure 9 is disposed below the lower metal layer 1, but it is sufficient that the light absorbed by the lower metal layer 1, the insulating layer 2, and the upper metal pattern 3 can be converted into an electrical signal. You may arrange | position in a side surface or each layer.

次に、本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器100の、光吸収の原理について説明する。図4は、電磁波検出器に電磁波が入射したときの電磁界の振る舞いを示す概念図である。電磁波検出器100に光(電磁波)が入射した場合、入射面に周期的に形成された上層金属パターン3によって共鳴する共鳴波長の光が、入射した光の中から選択される。選択された波長の光のうち、絶縁層2に導かれる導波モードの光がさらに選択される。   Next, the principle of light absorption of the electromagnetic wave detector 100 according to the first exemplary embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the behavior of the electromagnetic field when an electromagnetic wave is incident on the electromagnetic wave detector. When light (electromagnetic wave) is incident on the electromagnetic wave detector 100, light having a resonance wavelength that resonates with the upper metal pattern 3 periodically formed on the incident surface is selected from the incident light. Of the light of the selected wavelength, guided mode light guided to the insulating layer 2 is further selected.

次に、上層金属パターン3と下層金属層1との間に挟まれた絶縁層2内で共鳴が発生し、ここでも共鳴波長の光が選択される。ここで、絶縁層2は、入射光の波長に比べて非常に薄いため、絶縁層2の厚さ方向の共鳴は支配的にはならない。よって、実質的には上層金属パターン3の面内方向(絶縁層2の表面に平行な方向)の共鳴が支配的になる。ここでは上層金属パターン3は正方形であるため、正方形の一辺に沿った方向の共鳴が支配的になる。
つまり、正方形一辺の長さLと吸収ピーク波長λの関係は、
λ=n×L
となる。ここで、nは正の定数である。
Next, resonance occurs in the insulating layer 2 sandwiched between the upper metal pattern 3 and the lower metal layer 1, and light having a resonance wavelength is selected here. Here, since the insulating layer 2 is very thin compared to the wavelength of incident light, resonance in the thickness direction of the insulating layer 2 should not be dominant. Accordingly, the resonance in the in-plane direction of the upper metal pattern 3 (direction parallel to the surface of the insulating layer 2) is dominant. Here, since the upper metal pattern 3 is a square, resonance in a direction along one side of the square is dominant.
That is, the relationship between the length L of one side of the square and the absorption peak wavelength λ is
λ = n × L
It becomes. Here, n is a positive constant.

電磁波検出器100の入射面側では、以上のような共鳴が生じる。これは、特に、表面プラズモン共鳴、プラズモン共鳴、あるいは可視域以外での金属表面における共鳴という意味で、擬似表面プラズモン共鳴と呼ばれる。また、同様に波長以下の構造により、特定の波長を操作するという意味で、メタマテリアル、プラズモニックメタマテリアル、アンテナなどと呼ばれることもある。但し、本質的には、既に述べたように、上層金属パターン3の表面における共鳴による吸収である。よって、本発明の明細書では、特にこれらの名称を区別せず、現象面からは同じとする。明細書中では、これらの共鳴を表面プラズモン共鳴、プラズモン共鳴、あるいは単に共鳴と呼ぶ。   On the incident surface side of the electromagnetic wave detector 100, the above resonance occurs. In particular, this means surface plasmon resonance, plasmon resonance, or resonance on a metal surface outside the visible range, and is called pseudo surface plasmon resonance. Similarly, it may be called a metamaterial, a plasmonic metamaterial, an antenna or the like in the sense that a specific wavelength is operated by a structure of a wavelength or less. However, essentially, as already described, the absorption is due to resonance at the surface of the upper metal pattern 3. Therefore, in the specification of the present invention, these names are not particularly distinguished and are assumed to be the same from the viewpoint of the phenomenon. In the specification, these resonances are referred to as surface plasmon resonance, plasmon resonance, or simply resonance.

このように、特定の波長におけるプラズモン共鳴によって、上層金属パターン3の周辺に光が強く局在することになる。このとき、局在した光は、電磁波検出器100中で主に熱として蓄積される。   Thus, light is strongly localized around the upper metal pattern 3 by plasmon resonance at a specific wavelength. At this time, the localized light is accumulated mainly as heat in the electromagnetic wave detector 100.

図5は、電磁波検出器100に光(電磁波)が入射したときの光吸収スペクトルである。図5に示すように、図4に示す電磁波検出器100では、上層金属パターン3の正方形一辺の長さに対応した波長成分のみが吸収される。このとき、選択的に吸収される光の波長は、上層金属パターン3の配置周期Sによって大きく変化しないことが知られている。ただし、周期より小さい波長の入射電磁波では、回折されて反射される場合があるため、吸収が生じないかまたは弱くなる。よって、上層金属パターン3の配置周期Sを選択吸収波長λよりも小さく設定することで、吸収率を減少させることなく、特定波長の光吸収が可能となる。   FIG. 5 is a light absorption spectrum when light (electromagnetic wave) is incident on the electromagnetic wave detector 100. As shown in FIG. 5, in the electromagnetic wave detector 100 shown in FIG. 4, only the wavelength component corresponding to the length of one side of the square of the upper metal pattern 3 is absorbed. At this time, it is known that the wavelength of light that is selectively absorbed does not vary greatly depending on the arrangement period S of the upper metal pattern 3. However, an incident electromagnetic wave having a wavelength shorter than the period may be diffracted and reflected, so that absorption does not occur or becomes weak. Therefore, by setting the arrangement period S of the upper metal pattern 3 to be smaller than the selective absorption wavelength λ, light absorption at a specific wavelength is possible without reducing the absorptance.

また、図5に示した電磁波吸収スペクトルの鋭さは、上層金属パターン3の形状の作製精度や端面形状の均一性、膜厚の均一性、金属の種類、および絶縁層2の膜厚、を調整することにより変化する。これらを調整することで、ブロードな吸収スペクトルを持たせたり、鋭い吸収スペクトルを持たせたりすることができる。   Further, the sharpness of the electromagnetic wave absorption spectrum shown in FIG. 5 adjusts the manufacturing accuracy of the shape of the upper metal pattern 3, the uniformity of the end face shape, the uniformity of the film thickness, the type of metal, and the film thickness of the insulating layer 2. It changes by doing. By adjusting these, a broad absorption spectrum can be given, or a sharp absorption spectrum can be given.

電磁波検出器100で検出できる光の波長は、絶縁層2の膜厚dや材質、上層金属パターン3の膜厚hによっても影響を受ける。非特許文献1で示された結果では、絶縁層2の膜厚d=10nm、上層金属パターン3の膜厚h=40nm、上層金属パターン3の配置周期S=310nmのとき、一辺170nmの上層金属パターンで、吸収波長1.58μmの吸収ピークが得られており、実測吸収率は88%(理論値97%)という結果が報告されている。つまり、上層金属パターン3配置周期は1.58μmまで拡大させたとしても、目的とする波長の光吸収率は低下しないことが予想できる。   The wavelength of light that can be detected by the electromagnetic wave detector 100 is also affected by the film thickness d and material of the insulating layer 2 and the film thickness h of the upper metal pattern 3. According to the results shown in Non-Patent Document 1, when the thickness d of the insulating layer 2 is 10 nm, the thickness h of the upper metal pattern 3 is 40 nm, and the arrangement period S of the upper metal pattern 3 is 310 nm, the upper metal of 170 nm on one side In the pattern, an absorption peak with an absorption wavelength of 1.58 μm is obtained, and the measured absorption rate is reported to be 88% (theoretical value 97%). That is, even if the arrangement period of the upper metal pattern 3 is increased to 1.58 μm, it can be expected that the light absorptance of the target wavelength does not decrease.

ここでは、上層金属パターン3はそれぞれ孤立して配置された例をあげたが、特定波長の光を吸収できるのであればこれに限らない。例えば、複数の上層金属パターン3が一部でつながった形状でも良いし、図6に示すように、上層金属パターン3の存在している箇所と部分とし存在していない部分が反転している(ドットパターンに対して、アンチドットパターン。つまり、金属板に貫通孔(図7の白抜き部分)が周期的に形成されているパターン)ような、一部分のみ上層金属層が除去されたパターンでも良い。その際、上層金属パターン3における吸収波長スペクトルは、除去パターンの周期や大きさ、形状などにより影響を受けることとなる。   Here, an example in which the upper metal patterns 3 are arranged separately is given, but the upper metal pattern 3 is not limited to this as long as it can absorb light of a specific wavelength. For example, a shape in which a plurality of upper metal patterns 3 are partially connected may be used, and as shown in FIG. 6, the portions where the upper metal patterns 3 exist and the portions that do not exist are reversed ( An anti-dot pattern compared to a dot pattern, that is, a pattern in which the upper metal layer is removed only partially, such as a pattern in which through holes (white portions in FIG. 7) are periodically formed in a metal plate) . At that time, the absorption wavelength spectrum in the upper metal pattern 3 is affected by the period, size, shape, etc. of the removal pattern.

次に、上層金属パターン3の膜厚:hについて述べる。上層金属パターン3の膜厚hが厚くなると、厚さ方向にも共鳴が生じるため、高さ方向にも共鳴が生じる。よって、検出効率の入射角度依存性が大きくなる。この結果、特定波長においては垂直入射以外の光を吸収しなくなり、検出出力が低下する傾向にある。つまり、少なくともh<L(上層金属パターン3の一辺の長さ)を満たし、膜厚hはできるだけ薄くすることが好ましい。   Next, the film thickness h of the upper metal pattern 3 will be described. When the film thickness h of the upper metal pattern 3 is increased, resonance also occurs in the thickness direction, and therefore resonance also occurs in the height direction. Therefore, the incident angle dependency of the detection efficiency increases. As a result, light other than normal incidence is not absorbed at a specific wavelength, and the detection output tends to decrease. That is, it is preferable to satisfy at least h <L (the length of one side of the upper metal pattern 3) and to make the film thickness h as thin as possible.

膜厚hの下限について説明する。膜厚hが、検出波長に対して、
δ=(2/μσω)1/2
μ、σはそれぞれ上層金属パターン3の透磁率および電気伝導率
ωは検出波長を有する電磁波の角振動数
で表される表皮効果の厚さδ(skin depth)の2倍程度の厚さ(波長によって変化するが、赤外域においては、数10nm程度から数100nm程度)以上であれば、一般に入射光の漏れ出しが充分に小さいといえる。よって、膜厚hの最低膜厚は、上記条件を満たさなければならない。以下の解析に示すように、赤外波長域に対しては、膜厚hが数10〜100nm程度以上であれば十分な吸収が生じ、200nm程度あれば十分である。このように、上層金属パターン3の膜厚が薄い場合、表面プラズモン共鳴は、主として、上層金属パターン3の面内方向において生じ、吸収する入射光の波長は、上層金属パターン3の大きさにより決まる。
The lower limit of the film thickness h will be described. The film thickness h is relative to the detection wavelength.
δ = (2 / μσω) 1/2
μ and σ are the magnetic permeability and electric conductivity of the upper metal pattern 3, respectively.
ω is about twice as thick as the skin effect thickness δ (skin depth) expressed by the angular frequency of the electromagnetic wave having the detection wavelength (it varies depending on the wavelength, but in the infrared region, about several tens of nm to several hundreds of nm In general, it can be said that leakage of incident light is sufficiently small. Therefore, the minimum film thickness h must satisfy the above conditions. As shown in the following analysis, for the infrared wavelength range, if the film thickness h is about several tens to 100 nm or more, sufficient absorption occurs, and about 200 nm is sufficient. Thus, when the film thickness of the upper metal pattern 3 is thin, surface plasmon resonance occurs mainly in the in-plane direction of the upper metal pattern 3, and the wavelength of incident light to be absorbed is determined by the size of the upper metal pattern 3. .

これに対して、膜厚hが厚くなり、Lの1/4より大きくなった場合、膜厚方向(面内方向に垂直な方向)にも共鳴が発生し、吸収特性の入射角度依存性が大きくなる。また共鳴方向が一か所ではないことから、吸収波長が多波長化するという問題が生じる。
上述のように上層金属パターン3の膜厚が非常に薄い場合、吸収波長は主として面内方向の共鳴によって決定されるため、結果的に、吸収波長の入射角依存性が小さくなる。この結果、入射角が変化しても、吸収波長、吸収率などの吸収特性の変化は殆どおこらなくなる。
On the other hand, when the film thickness h becomes thicker and becomes larger than 1/4 of L, resonance also occurs in the film thickness direction (direction perpendicular to the in-plane direction), and the incident angle dependence of the absorption characteristics is increased. growing. Further, since the resonance direction is not one place, there arises a problem that the absorption wavelength is increased.
As described above, when the film thickness of the upper metal pattern 3 is very thin, the absorption wavelength is mainly determined by resonance in the in-plane direction. As a result, the incident angle dependency of the absorption wavelength is reduced. As a result, even if the incident angle changes, the absorption characteristics such as the absorption wavelength and the absorption rate hardly change.

一方、下層金属層1の膜厚は、入射光の透過が起こらないことが望ましく、選択吸収を行う波長の2倍程度、もしくはそれ以上の膜厚であることが望ましい。   On the other hand, the thickness of the lower metal layer 1 is preferably such that no transmission of incident light occurs, and is preferably about twice the wavelength for selective absorption or more.

次に、本発明の実施の形態1にかかる電磁波検出器100の動作原理について説明する。図1に示すとおり、上層金属パターン3は上層金属パターンA51〜上層金属パターンI59の9種類を含んで周期的に構成されている。これら上層金属パターンA51〜上層金属パターンI59の少なくとも2種類以上の異なる形状または大きさで形成されており、先に述べたとおり、各パターンの正方形一辺の長さに対応した波長成分のみが吸収される。   Next, the operation principle of the electromagnetic wave detector 100 according to the first exemplary embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the upper metal pattern 3 is periodically configured to include nine types of upper metal patterns A51 to I59. These upper metal pattern A51 to upper metal pattern I59 are formed in at least two different shapes or sizes, and as described above, only the wavelength component corresponding to the length of one square side of each pattern is absorbed. The

このとき、上層金属パターンA51〜上層金属パターンD54を第1吸収ユニット14とし、それぞれのパターンにおける吸収スペクトル合算がフラットになり、広帯域で吸収がなされるよう、正方形一辺長Lと吸収ピーク波長λを設定する。同様に、上層金属パターンE55〜上層金属パターンI59を第2吸収ユニット15とし、吸収スペクトル合算がフラットになり、広帯域で吸収がなされるよう、正方形一辺長Lと吸収ピーク波長λを設定する。   At this time, the upper metal pattern A51 to the upper metal pattern D54 are used as the first absorption unit 14, and the square side length L and the absorption peak wavelength λ are set so that the absorption spectrum sum in each pattern is flat and absorption is performed in a wide band. Set. Similarly, the upper metal pattern E55 to the upper metal pattern I59 are used as the second absorption unit 15, and the square side length L and the absorption peak wavelength λ are set so that the absorption spectrum sum is flat and absorption is performed in a wide band.

図7は、このときの電磁波検出器3における光吸収スペクトルである。先に述べたとおり、各上層金属パターンの一辺の長さに対応した波長の光が選択的に吸収され、第1吸収ユニット14では第1広域吸収帯12、第2吸収ユニット15では第2広域吸収帯13が得られ、第1広域吸収帯12と第2広域吸収帯13はそれぞれオーバーラップしないような波長域をカバーするように設定する。これにより、非吸収波長帯5を有する電磁波検出器トータル吸収スペクトル4を得ることができる。   FIG. 7 shows a light absorption spectrum in the electromagnetic wave detector 3 at this time. As described above, light having a wavelength corresponding to the length of one side of each upper layer metal pattern is selectively absorbed, and the first absorption unit 14 has the first broad absorption band 12 and the second absorption unit 15 has the second wide band. An absorption band 13 is obtained, and the first broad absorption band 12 and the second broad absorption band 13 are set so as to cover a wavelength range that does not overlap each other. Thereby, the electromagnetic wave detector total absorption spectrum 4 having the non-absorption wavelength band 5 can be obtained.

このとき、それぞれの上層金属パターン配置間隔が選択吸収波長以下に設置することで、吸収波長251〜254の4つの吸収率をそれぞれ低下させることなく維持できる。このため、広帯域で高い吸収率を持つ電磁波検出器の設計が可能であり、上層金属パターン3の設計により非吸収波長帯5を設置できる。   At this time, each of the upper metal pattern arrangement intervals is set to be equal to or less than the selective absorption wavelength, whereby the four absorptances of the absorption wavelengths 251 to 254 can be maintained without decreasing. For this reason, it is possible to design an electromagnetic wave detector having a high absorption rate in a wide band, and the non-absorption wavelength band 5 can be installed by designing the upper metal pattern 3.

図7では、第1吸収ユニット14では第1広域吸収帯12、第2吸収ユニット15では第2広域吸収帯13を得ることで、1つの非吸収波長帯5を得たが、非吸収波長帯を複数得られるよう設計しても良い。図8に2つの吸収波長帯を得られる構造を示す。また、図9に、図8の構造により得られる吸収波長スペクトルを示す。   In FIG. 7, one non-absorption wavelength band 5 is obtained by obtaining the first broad absorption band 12 in the first absorption unit 14 and the second broad absorption band 13 in the second absorption unit 15. You may design so that two or more may be obtained. FIG. 8 shows a structure capable of obtaining two absorption wavelength bands. FIG. 9 shows an absorption wavelength spectrum obtained by the structure of FIG.

上層金属パターン3の設計により、第1吸収ユニット14、第2吸収ユニット15、第3吸収ユニット16を形成することで、第1広域吸収帯12、第2広域吸収帯13、第3広域吸収帯17が得られる。第1広域吸収帯12と第2広域吸収帯13の間で第1非吸収波長帯18と、第2広域吸収帯13と第3広域吸収帯17の間で第2非吸収波長帯19を有する、磁波検出器トータル吸収スペクトル4を得ることができる。   By forming the first absorption unit 14, the second absorption unit 15, and the third absorption unit 16 by designing the upper metal pattern 3, the first broad absorption band 12, the second broad absorption band 13, and the third broad absorption band 17 is obtained. Between the first broad absorption band 12 and the second broad absorption band 13, there is a first non-absorption wavelength band 18, and between the second broad absorption band 13 and the third broad absorption band 17, there is a second non-absorption wavelength band 19. The total absorption spectrum 4 of the magnetic wave detector can be obtained.

上層金属パターン3のパターン数は、本実施の形態では9つと記載したが、広帯域で高い吸収率が得られ、非吸収波長帯5を得られるパターン構成であれば良く、9つに限らない。例えば、9つより多くても良いし、1つのパターンで広帯域の波長が検知できるのであれば9つよりも少なくても良い。   Although the number of patterns of the upper metal pattern 3 is described as nine in the present embodiment, any pattern configuration may be used as long as a high absorption rate can be obtained in a wide band and the non-absorption wavelength band 5 can be obtained, and the number is not limited to nine. For example, the number may be greater than nine, and may be smaller than nine as long as a wide-band wavelength can be detected with one pattern.

上記金属パターン3のパターン配置方法は、周期的で、かつ同じパターンのものが選択吸収波長以下の間隔で配置されていれば良く、図3に示すようなパターン配置に限らない。例えば、図10のように配置パターンを変更しても良いし、図11のように各上層金属パターンの間隔が比較的均一になるように第1吸収ユニット12と第2吸収ユニット13を固めて配置しなくても良い。また、小さな面積の上層金属パターンは選択吸収波長λが小さくなるため、配置周期Sを小さく保つ必要がある。その場合は、図12のように配置個数を上層金属パターンごとに変化させても良い。   The pattern arrangement method of the metal pattern 3 is not limited to the pattern arrangement as shown in FIG. 3 as long as it is periodic and the same pattern is arranged at an interval equal to or smaller than the selective absorption wavelength. For example, the arrangement pattern may be changed as shown in FIG. 10, or the first absorption unit 12 and the second absorption unit 13 are consolidated so that the intervals between the upper metal patterns are relatively uniform as shown in FIG. It is not necessary to arrange. Further, since the selective absorption wavelength λ becomes small in the upper metal pattern having a small area, the arrangement period S needs to be kept small. In that case, the number of arrangement may be changed for each upper metal pattern as shown in FIG.

また、上記例では上層金属パターン3が周期的に配置された固まりを、2×2のアレイ状に配置した例を記載しているが、それに限らない。例えば、図13のように1周期のみを配置しても良い。検知面積を縮小し、微細なアレイセンサとして形成する際に有効である。また、3×3、4×4と、任意で配置することができる。これは、大面積で平均化した信号成分を取得する際に有効である。   Moreover, although the example in which the lump in which the upper metal pattern 3 is periodically arranged is arranged in a 2 × 2 array shape is described in the above example, it is not limited thereto. For example, only one period may be arranged as shown in FIG. This is effective when the detection area is reduced to form a fine array sensor. Moreover, it can arrange | position arbitrarily with 3x3, 4x4. This is effective when acquiring a signal component averaged over a large area.

上層金属パターン3の形状は、図14に示すように、円形、長方形、楕円形、三角形、同心円状、ブルズアイ(Bullseye)、十字型、H型、スプリットリング等の形状で形成されても良い。本実施の形態では、正方形を代表例として記載している。三角形、長方形、楕円形などの非対称形状では、吸収波長に偏向依存性が生じるため、この作用を利用して偏向検知素子としても良い。   As shown in FIG. 14, the shape of the upper metal pattern 3 may be a circle, rectangle, ellipse, triangle, concentric circle, bullseye, cross, H shape, split ring, or the like. In this embodiment, a square is described as a representative example. In an asymmetrical shape such as a triangle, rectangle, or ellipse, the absorption wavelength has a deflection dependency. Therefore, this action may be used as a deflection detection element.

また、同心円の形状を有している上層金属パターン3においても特定波長が得られるという特徴を利用して、図15に示すような複数の同心円状パターンを形成しても良い。図15のような同心円状パターンでは、図16に示すように、同心円外周パターン70で得られる吸収波長270と、同心円内部パターン71で得られる吸収波長271は異なっており、この特徴を生かして複数波長の吸収を行っても良い。このように、上層金属パターン3については複数の波長で共鳴を有する形状を用いても良い。   Also, a plurality of concentric patterns as shown in FIG. 15 may be formed by utilizing the feature that a specific wavelength can be obtained even in the upper metal pattern 3 having a concentric shape. In the concentric pattern as shown in FIG. 15, the absorption wavelength 270 obtained by the concentric circle outer peripheral pattern 70 and the absorption wavelength 271 obtained by the concentric inner pattern 71 are different as shown in FIG. Wavelength absorption may be performed. As described above, the upper metal pattern 3 may have a shape having resonance at a plurality of wavelengths.

次に、信号検知構造9について述べる。図17は、本実施の形態にかかる信号検知構造9を示す断面図である。図17の構造では、下層金属層1の下部に感熱層10が配置される。感熱層10は、下層金属層1、絶縁層2、上層金属パターン3で特定波長の光が吸収されたことにより発生した温度変化により、電気信号を発生する。この電気信号を電気信号取り出し部8から取り出す。   Next, the signal detection structure 9 will be described. FIG. 17 is a cross-sectional view showing the signal detection structure 9 according to the present embodiment. In the structure of FIG. 17, the heat sensitive layer 10 is disposed below the lower metal layer 1. The heat-sensitive layer 10 generates an electrical signal due to a temperature change generated when light of a specific wavelength is absorbed by the lower metal layer 1, the insulating layer 2, and the upper metal pattern 3. This electric signal is taken out from the electric signal take-out unit 8.

このとき、感熱層10の例としては、抵抗体の抵抗値、ダイオードなどが挙げられるが、温度変化により特性が変化する構造体であればよく、それらに限らない。   At this time, examples of the heat-sensitive layer 10 include a resistance value of a resistor, a diode, and the like. However, the structure is not limited to this as long as it has a structure whose characteristics change due to a temperature change.

また、信号検知構造10の配置は、下層金属層1の下部に限らず、側面、もしくは光の吸収を著しく低下させない範囲で上部に設置しても良い。   Further, the arrangement of the signal detection structure 10 is not limited to the lower part of the lower metal layer 1, but may be provided on the side face or in the upper part in a range that does not significantly reduce the light absorption.

図18と図19に、他の信号検知構造9を示す。図18の構造では、絶縁層2と上部金属パターン3の間にグラフェン層7を設置し、その外部に電気信号取り出し部8を設置する。このとき、入射光により絶縁層2と上部金属パターン3の間で電磁場の局在が起こり、その電磁場をグラフェンにより吸収する。通常の光入射におけるグラフェン層の光吸収率は通常2.3%であるのに対して、共振器中に設置されたグラフェン層7では、共振器中ではグラフェン層7に対して電磁波が入射を繰り返すため、最終的に局在した光を全て(100%)吸収することができる。つまり、入射光を熱成分に変換することなく、電気信号に変換することができる。グラフェン層7は、絶縁層2の中間に配置しても同様の効果が得られる。   18 and 19 show another signal detection structure 9. In the structure of FIG. 18, the graphene layer 7 is installed between the insulating layer 2 and the upper metal pattern 3, and the electric signal extraction unit 8 is installed outside thereof. At this time, an electromagnetic field is localized between the insulating layer 2 and the upper metal pattern 3 by incident light, and the electromagnetic field is absorbed by graphene. The light absorption rate of the graphene layer in normal light incidence is usually 2.3%, whereas in the graphene layer 7 installed in the resonator, electromagnetic waves are incident on the graphene layer 7 in the resonator. Since it repeats, all the light finally localized (100%) can be absorbed. That is, incident light can be converted into an electrical signal without converting it into a heat component. Even if the graphene layer 7 is arranged in the middle of the insulating layer 2, the same effect can be obtained.

一方、図19の構造では、下層金属層1と絶縁層2と上層金属パターン3で吸収した熱成分を、熱伝達体21を通して感熱体22で電気信号に変換する。感熱体22は断熱支持脚23により中空状態に保たれている。そして、この断熱支持脚23における熱の伝達を弱める、即ち、断熱支持脚23を微細構造とすることで、感熱体22における感度向上が可能である。ここで、感熱体22としてはSOIダイオード構造、ボロメータなどを利用することができる。なお、電気信号の取り出し構造は、図17〜図19に示した3例に限らない。   On the other hand, in the structure of FIG. 19, the heat component absorbed by the lower metal layer 1, the insulating layer 2, and the upper metal pattern 3 is converted into an electrical signal by the heat sensitive body 22 through the heat transfer body 21. The heat sensitive body 22 is maintained in a hollow state by a heat insulating support leg 23. The sensitivity of the heat sensitive body 22 can be improved by weakening the heat transfer in the heat insulating support legs 23, that is, by making the heat insulating support legs 23 have a fine structure. Here, as the heat sensitive body 22, an SOI diode structure, a bolometer, or the like can be used. The electrical signal extraction structure is not limited to the three examples shown in FIGS.

次に、本発明の実施の形態にかかる電磁波検出器100の製造方法について、図20a〜図20eを参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing the electromagnetic wave detector 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20a to 20e.

まず、始めに、図20aに示すように、信号検知構造9を形成する。先に述べたように、信号検知構造9は、温度変化により抵抗値が変化する抵抗体や、温度変化により特性の変化するダイオードなどで形成されることが好ましいが、温度変化により特性が変化する構造であればこれらに限らない。また、信号検知構造9の下部に支持基板としてSiウエハ、金属膜等を使用しても良いが、その際、支持基板からの放熱が懸念され、光吸収による温度変化が小さくなってしまう。温度変化を顕著にするため、中空保持とすることが好ましい。   First, as shown in FIG. 20a, the signal detection structure 9 is formed. As described above, the signal detection structure 9 is preferably formed of a resistor whose resistance value changes with a temperature change or a diode whose characteristic changes with a temperature change. However, the characteristic changes with a temperature change. If it is a structure, it is not restricted to these. In addition, although a Si wafer, a metal film, or the like may be used as a support substrate below the signal detection structure 9, there is a concern about heat radiation from the support substrate, and a temperature change due to light absorption becomes small. In order to make the temperature change remarkable, it is preferable to use a hollow holding.

次に、図20bに示すように、信号検知構造9の上に下層金属層1を堆積する。先に述べたように、下層金属層1の材料としては、Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr、Ti等の負の誘電率を有する材料が望ましい。膜厚は、上面からの入射光が透過しない膜厚であればよい。   Next, as shown in FIG. 20 b, the lower metal layer 1 is deposited on the signal detection structure 9. As described above, the material of the lower metal layer 1 is preferably a material having a negative dielectric constant such as Au, Ag, Cu, Al, Ni, Cr, Ti. The film thickness may be any film thickness that does not transmit incident light from the upper surface.

次に、図20cに示すように、下層金属層1の上に、例えば酸化膜、窒化膜、有機溶剤などからなる絶縁層2を形成する。その際、絶縁層2の表面は、下層金属層1の表面と平行かつ平坦な形状で形成することが好ましく、CMP研磨や熱処理などの平坦化処理を実施してもよい。   Next, as shown in FIG. 20 c, an insulating layer 2 made of, for example, an oxide film, a nitride film, an organic solvent, or the like is formed on the lower metal layer 1. At that time, the surface of the insulating layer 2 is preferably formed in a parallel and flat shape with the surface of the lower metal layer 1, and planarization treatment such as CMP polishing or heat treatment may be performed.

次に、図20dに示すように、絶縁層2の上に、Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr、Ti等の負の誘電率を有する材料からなる上層金属を堆積する。   Next, as shown in FIG. 20d, an upper layer metal made of a material having a negative dielectric constant such as Au, Ag, Cu, Al, Ni, Cr, Ti, or the like is deposited on the insulating layer 2.

次に、図20eに示すように、上部金属を加工して、上層金属パターン3を形成する。加工の際には、写真製版処理、エッチング、またはリフトオフ等の半導体プロセスを使用することができる。   Next, as shown in FIG. 20e, the upper metal is processed to form the upper metal pattern 3. In the processing, a semiconductor process such as photolithography, etching, or lift-off can be used.

以上の工程により、本実施の形態1にかかる電磁波検出器100が作製される。   The electromagnetic wave detector 100 according to the first exemplary embodiment is manufactured through the above steps.

実施の形態2.
図21は、本実施の形態2にかかる電磁波検出器の上面金属パターンである。図21の構造では、周期的に配置された上層金属パターンの一部の領域において、周期性を乱したパターン欠陥領域11が設けられている。これにより、広帯域波長帯の中に非吸収波長を導入することが可能となる。特に、フォトニック結晶などの周期構造を利用した光デバイスに対応できるように、周期構造において周期を乱す領域(特に、「欠陥領域」と呼ばれることが多い。)においては、欠陥領域に対応した結合あるいは非結合モードが発生し、広い波長域中に欠陥モードを高効率に導入することができる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 21 is an upper surface metal pattern of the electromagnetic wave detector according to the second exemplary embodiment. In the structure of FIG. 21, the pattern defect region 11 having a disturbed periodicity is provided in a partial region of the upper metal pattern arranged periodically. Thereby, it is possible to introduce a non-absorption wavelength into the broadband wavelength band. In particular, in a region where the period is disturbed in the periodic structure (especially often referred to as “defect region”) so as to be compatible with an optical device using a periodic structure such as a photonic crystal, coupling corresponding to the defect region is performed. Alternatively, a non-bonding mode is generated, and a defect mode can be introduced with high efficiency in a wide wavelength range.

本実施の形態2にかかる構造においても、図22に示すように、広い波長域、例えば、中赤外〜長波長赤外をカバーするような波長域中に、非結合(吸収の生じない)欠陥モードを導入することが可能となる。このような非結合欠陥モードを利用することで、特定の波長のみを吸収しない、つまり特定の波長のみを検知しない検出器の実現が可能である。   Also in the structure according to the second embodiment, as shown in FIG. 22, non-bonding (no absorption occurs) in a wide wavelength range, for example, a wavelength range covering the mid-infrared to long-wavelength infrared. It becomes possible to introduce a defect mode. By utilizing such a non-bonded defect mode, it is possible to realize a detector that does not absorb only a specific wavelength, that is, does not detect only a specific wavelength.

次に、欠陥領域の構成について説明する。例えば、図21のように、構造物が周期的に配置されている場合、特定の構造物を除去することによって欠陥領域を導入することが可能である。欠陥領域の近傍では、配置周期がその他の領域と異なることになる。このため、周期性が乱された領域が形成される。   Next, the configuration of the defective area will be described. For example, as shown in FIG. 21, in the case where structures are periodically arranged, it is possible to introduce a defect region by removing a specific structure. In the vicinity of the defect area, the arrangement period is different from other areas. For this reason, a region in which periodicity is disturbed is formed.

より具体的に述べると、上層金属パターンが、例えば3μm周期で配置されている場合、その中の一つの上層金属パターンを除去する。この除去された領域が欠陥領域に相当する。なぜなら、欠陥周囲の上層金属パターンの配置周期は6μmとなり、欠陥領域においては他の上層金属パターンと配置周期が異なる領域が形成されるからである。   More specifically, when the upper metal pattern is arranged with a period of 3 μm, for example, one of the upper metal patterns is removed. This removed area corresponds to a defective area. This is because the arrangement cycle of the upper metal pattern around the defect is 6 μm, and a region having a different arrangement cycle from the other upper metal pattern is formed in the defect region.

次に、本実施の形態にかかる、欠陥領域を有する構造における非結合欠陥モードについて簡単に述べる。既に述べたように、上面金属パターンでは、パターンの配置周期以下の波長は全て回折されて、吸収されない。よって欠陥領域を導入することによって、6μmの波長において、吸収が生じなくなるか、弱くなる。このように、欠陥領域を導入することで、吸収されない波長を導入することが可能になる。   Next, the non-bonded defect mode in the structure having a defect region according to the present embodiment will be briefly described. As already described, in the upper surface metal pattern, all wavelengths below the arrangement period of the pattern are diffracted and not absorbed. Therefore, by introducing a defect region, absorption does not occur or becomes weak at a wavelength of 6 μm. Thus, by introducing a defect region, it becomes possible to introduce a wavelength that is not absorbed.

欠陥領域の導入については、図21に示すようなパターンの一部を除去する除去型の配置が可能である。また、例えば、図23に示すように、特定の2つの上層金属パターンのみ中心間の距離を近づけるか、あるいは遠ざけるなどの方法によって周期性を乱した構造、つまり欠陥領域を導入することも可能である。また、図21に示すような周期構造を含む単位ユニットが更に周期的に配置されているようなスーパラティス構造の場合、欠陥領域が周期的に構成される。図24に示すように、欠陥はこのような周期的な配置(左図)でも良いし、スーパラティス内に単一の領域(右図)としてもよい。欠陥の構成については、要求される検出器の仕様、目的とする波長によって適宜選択すればよい。   Regarding the introduction of the defect region, a removal type arrangement in which a part of the pattern as shown in FIG. 21 is removed is possible. Further, for example, as shown in FIG. 23, it is also possible to introduce a structure in which periodicity is disturbed, that is, a defect region, by a method such that the distance between the centers of only two specific upper metal patterns is made closer or away. is there. In the case of a superstructure in which unit units including a periodic structure as shown in FIG. 21 are further periodically arranged, defect regions are periodically formed. As shown in FIG. 24, the defects may have such a periodic arrangement (left diagram), or a single region (right diagram) within the superity. The defect configuration may be appropriately selected depending on the required detector specifications and the target wavelength.

実施の形態3.
図25aおよび図25bは、本実施の形態3にかかる電磁波検出器100の断面図である。実施の形態1と異なる点は、絶縁層2の一部を加工工程により除去している点であり、他の構造は同じである。図25aは隣接する上層金属パターン3の間の下部に存在する絶縁層2を完全に除去しており、図25bは隣接する上層金属パターン3の間の下部に存在する絶縁層2を部分的に除去している。
Embodiment 3 FIG.
25a and 25b are cross-sectional views of the electromagnetic wave detector 100 according to the third exemplary embodiment. The difference from the first embodiment is that a part of the insulating layer 2 is removed by a processing step, and the other structure is the same. FIG. 25 a completely removes the insulating layer 2 existing at the lower part between the adjacent upper metal patterns 3, and FIG. 25 b partially removes the insulating layer 2 present at the lower part between the adjacent upper metal patterns 3. It has been removed.

ここで、電磁波検出器100の性能値の一つである熱時定数と、それを決定する熱容量について説明する。熱容量とは、系に対して熱の出入りがあったとき、系の温度がどの程度変化するかを表す状態量である。本発明における熱容量は、信号検知構造9と下層金属層1、絶縁層2、上層金属パターン3のそれぞれの密度ρと体積Vを掛け合わせたものの和である。つまり、各層の体積Vが大きい場合、熱容量は大きくなる。   Here, a thermal time constant that is one of the performance values of the electromagnetic wave detector 100 and a heat capacity that determines the thermal time constant will be described. The heat capacity is a state quantity indicating how much the temperature of the system changes when heat enters and leaves the system. The heat capacity in the present invention is the sum of the signal detection structure 9 and the density ρ multiplied by the volume V of each of the lower metal layer 1, the insulating layer 2, and the upper metal pattern 3. That is, when the volume V of each layer is large, the heat capacity becomes large.

一方、熱時定数とは、電磁波検出器100の性能値の一つであり、入力された熱成分に対しての電磁波検出器100自体の温度変化追従時間のことである。この熱時定数は、上述の熱容量に比例した値となる。つまり、熱容量が大きい構造では、入力された熱成分に対して追従する時間が遅くなり、熱容量が小さい構造では、逆に速くなる。   On the other hand, the thermal time constant is one of the performance values of the electromagnetic wave detector 100 and is the temperature change tracking time of the electromagnetic wave detector 100 itself with respect to the input thermal component. This thermal time constant is a value proportional to the heat capacity described above. That is, in the structure with a large heat capacity, the time to follow the input heat component is delayed, and in the structure with a small heat capacity, it is faster.

高速移動するもの、もしくは温度上昇や温度低下が速いものを観察する際に、熱時定数は重要な性能指標となる。熱時定数が小さいほど、検知対象の温度変化追従性が高いといえる。   The thermal time constant is an important performance index when observing things that move at high speed, or those that rapidly increase or decrease in temperature. It can be said that the smaller the thermal time constant, the higher the temperature change followability of the detection target.

ここで、図2に示す実施の形態1にかかる電磁波検出器100と、図25aおよび図25bに示す電磁波検出器100とを比べた場合、後者のほうが、絶縁層2を部分的に除去している分、熱容量は小さくなり、熱時定数が小さく、高性能な電磁波検出器となる。一方、表面プラズモン効果としては、本実施の形態の電磁波検出器100で除去した絶縁層2の部分は、電磁波閉じ込め効果に影響を与えないため、高効率な光閉じ込め効果は保たれる。   Here, when comparing the electromagnetic wave detector 100 according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 2 with the electromagnetic wave detector 100 shown in FIGS. 25a and 25b, the latter partly removes the insulating layer 2. As a result, the heat capacity is reduced, the thermal time constant is small, and a high-performance electromagnetic wave detector is obtained. On the other hand, as the surface plasmon effect, the portion of the insulating layer 2 removed by the electromagnetic wave detector 100 of the present embodiment does not affect the electromagnetic wave confinement effect, so that a highly efficient light confinement effect is maintained.

図26に示すように、下層金属層1と上層金属パターン3の間の絶縁層2の内、一部を除去しても良い。これにより、更に熱時定数が小さく、高性能の電磁波検出器100が得られる。また、絶縁層2が空気層に代わるため、空気層の方が絶縁層より屈折率が低く、絶縁層2に比較して空気層中の光学的な波長が大きくなる。よって、空気層の厚さ、つまり絶縁層2の高さhの変化に対する共鳴波長の変化が少なくなる。このため、図26のような構成とすることで、更に高性能化が可能となる。   As shown in FIG. 26, a part of the insulating layer 2 between the lower metal layer 1 and the upper metal pattern 3 may be removed. Thereby, the thermal time constant is further reduced, and a high-performance electromagnetic wave detector 100 can be obtained. Further, since the insulating layer 2 replaces the air layer, the air layer has a lower refractive index than the insulating layer, and the optical wavelength in the air layer is larger than that of the insulating layer 2. Therefore, the change in the resonance wavelength with respect to the change in the thickness of the air layer, that is, the height h of the insulating layer 2 is reduced. For this reason, the configuration as shown in FIG. 26 can achieve higher performance.

実施の形態4.
図27aおよび図27bは、本実施の形態4にかかる電磁波検出器100の断面図である。実施の形態1の電磁波検出器100と異なる点は、下層電極層1の一部を除去している点であり、他の構造は同じである。図27aは隣接する上層金属パターン3の間の下部に存在する下層金属層1を完全に除去しており、図27bは隣接する上層金属パターン3の間の下部に存在する下層金属層1を部分的に除去している。
Embodiment 4 FIG.
27a and 27b are cross-sectional views of the electromagnetic wave detector 100 according to the fourth exemplary embodiment. The difference from the electromagnetic wave detector 100 of Embodiment 1 is that a part of the lower electrode layer 1 is removed, and the other structures are the same. FIG. 27 a completely removes the lower metal layer 1 existing at the lower part between the adjacent upper metal patterns 3, and FIG. 27 b partially removes the lower metal layer 1 present at the lower part between the adjacent upper metal patterns 3. Have been removed.

ここで、図2に示す実施の形態1にかかる電磁波検出器100と、図27aおよび図27bに示す電磁波検出器100とを比べた場合、後者のほうが、下層電極層1を部分的に除去している分、熱容量は小さく押さえることができ、熱時定数が小さく、高性能な電磁波検出器が得られる。一方、表面プラズモン効果としては、上層金属パターン3下部の下層金属層1が存在していれば、本実施の形態で除去した下層電極層1の部分は電磁波閉じ込め効果に影響を与えないため、高効率な光閉じ込め効果は保たれる。   Here, when the electromagnetic wave detector 100 according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 2 is compared with the electromagnetic wave detector 100 shown in FIGS. 27a and 27b, the latter partly removes the lower electrode layer 1. As a result, the heat capacity can be kept small, a thermal time constant is small, and a high-performance electromagnetic wave detector can be obtained. On the other hand, as the surface plasmon effect, if the lower metal layer 1 below the upper metal pattern 3 exists, the portion of the lower electrode layer 1 removed in the present embodiment does not affect the electromagnetic wave confinement effect. An efficient light confinement effect is maintained.

なお、実施の形態3、4の構造は、同時に実施することでさらに高い効果が得られる。また、例えば、図28に示すように、絶縁層2の一部を除去しても良い。上層金属パターン3、絶縁層2、下層金属層1の形状が安定して保てるように、一部分のみを残すように形状加工してよい。   Note that the structures of the third and fourth embodiments can achieve higher effects when implemented at the same time. Further, for example, as shown in FIG. 28, a part of the insulating layer 2 may be removed. The upper metal pattern 3, the insulating layer 2, and the lower metal layer 1 may be shaped so as to leave only a part so that the shapes can be kept stable.

実施の形態5.
図29は、本実施の形態5にかかる電磁波検出器100の断面図である。実施の形態1の電磁波検出器100と異なる点は、上層金属パターン3の代わりに、上層非金属パターン20を設置している点であり、他の構造は同じである。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 29 is a cross-sectional view of the electromagnetic wave detector 100 according to the fifth exemplary embodiment. The difference from the electromagnetic wave detector 100 of the first embodiment is that an upper layer non-metal pattern 20 is provided instead of the upper layer metal pattern 3, and the other structures are the same.

上層金属パターン3は、表面プラズモン共鳴を生じやすい材料であれば良く、金属に限られない。このため、本実施の形態では、金属でない上層非金属パターン20を用いる。例えば、グラフェンは、非金属でありながら電気伝導度が極めて小さく、プラズモン共鳴を生じさせることができるため、グラフェンからなる上層非金属パターン20を用いるとで、高効率な光閉じ込め効果が保たれる。また、上層非金属パターン20は、グラフェンとほぼ同等の2次元性を有する二硫化モリブデン(MoS)などの遷移金属ダイカルコゲナイド(MX)であってもよい。ここで、遷移金属ダイカルコゲナイド(MX)は、遷移金属(M=Nb、Ta、Ti、Moなど)とカルコゲン(X=S、Se、Te)からなる。 The upper metal pattern 3 may be any material that easily causes surface plasmon resonance, and is not limited to a metal. For this reason, in this embodiment, the upper non-metal pattern 20 that is not a metal is used. For example, although graphene is non-metallic and has extremely low electrical conductivity and can cause plasmon resonance, the use of the upper non-metallic pattern 20 made of graphene maintains a highly efficient optical confinement effect. . Further, the upper non-metallic pattern 20 may be a transition metal dichalcogenide (MX 2 ) such as molybdenum disulfide (MoS 2 ) having two-dimensionality substantially equivalent to graphene. Here, the transition metal dichalcogenide (MX 2 ) is composed of a transition metal (M = Nb, Ta, Ti, Mo, etc.) and a chalcogen (X = S, Se, Te).

また、グラフェンは原子1層で成り立っているため、金属薄膜を用いる構造よりも熱容量は小さく抑えることができ、熱時定数が小さく、高性能な電磁波検出器100が得られる。   In addition, since graphene is composed of one atomic layer, the heat capacity can be suppressed to be smaller than that of a structure using a metal thin film, the thermal time constant is small, and a high-performance electromagnetic wave detector 100 can be obtained.

実施の形態6.
図30は、本実施の形態6にかかる電磁波検出器100の斜視図である。実施の形態1の電磁波検出器100と異なる点は、上層金属パターン3の内、一部を他の金属材料に置き換えている点であり、他の構造は同一である。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 30 is a perspective view of the electromagnetic wave detector 100 according to the sixth exemplary embodiment. The difference from the electromagnetic wave detector 100 of Embodiment 1 is that a part of the upper metal pattern 3 is replaced with another metal material, and the other structures are the same.

上層金属パターン3の金属材料として、Niなどの変換損失の大きな金属を用いた場合、吸収率特性の半値幅が広がるなど波長選択性、つまり単色性が劣化する。この特性を利用し、さらに広帯域な光吸収を可能とすることができる。例えば、上層金属パターン3のうち、最も長波長側の表面プラズモン吸収を行う上層金属パターンA51を、材料のみ異なる上層金属パターンA72とし、最も短波長側の表面プラズモン吸収を行う上層金属パターンI59を、材料のみ異なる上層金属パターンI73に変更する。   When a metal having a large conversion loss such as Ni is used as the metal material of the upper metal pattern 3, the wavelength selectivity, that is, the monochromaticity is deteriorated, for example, the half-value width of the absorptivity characteristic is widened. Using this characteristic, it is possible to absorb light in a wider band. For example, among the upper layer metal pattern 3, the upper layer metal pattern A51 that performs surface plasmon absorption on the longest wavelength side is the upper layer metal pattern A72 that differs only in the material, and the upper layer metal pattern I59 that performs surface plasmon absorption on the shortest wavelength side is It changes to the upper metal pattern I73 from which only a material differs.

図31に、このときの光吸収スペクトルを示す。材料を変更することにより、上層金属パターンA72による吸収スペクトル272、上層金属パターンI73による吸収スペクトル273は、図7に示す上層金属パターンA51による吸収スペクトル251、上層金属パターンI59による吸収スペクトル259よりも、幅広い波長域に吸収スペクトルを持ち、結果として、更なる広帯域波長の光吸収が可能となる。   FIG. 31 shows a light absorption spectrum at this time. By changing the material, the absorption spectrum 272 by the upper metal pattern A72 and the absorption spectrum 273 by the upper metal pattern I73 are more than the absorption spectrum 251 by the upper metal pattern A51 and the absorption spectrum 259 by the upper metal pattern I59 shown in FIG. It has an absorption spectrum in a wide wavelength range, and as a result, it is possible to absorb light of a further wideband wavelength.

実施の形態7.
図32は、本実施の形態7にかかる電磁波検出器100の断面図である。実施の形態1の電磁波検出器100と異なる点は、上層金属パターンの下の絶縁層2の膜厚が互いに異なるようにした点で、他の構造は同じである。一例として、図32では、上層金属パターン3の大きさおよび形状が同じであるが、絶縁層2膜厚が互いに異なる絶縁膜A60〜絶縁膜D63の4種類を配置しており、絶縁膜A60の膜厚が最も厚く、絶縁膜D63の膜厚が最も薄い。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 32 is a cross-sectional view of the electromagnetic wave detector 100 according to the seventh exemplary embodiment. The difference from the electromagnetic wave detector 100 of the first embodiment is that the thickness of the insulating layer 2 under the upper metal pattern is different from each other, and the other structure is the same. As an example, although the size and shape of the upper metal pattern 3 are the same in FIG. 32, four types of insulating films A60 to D63 having different thicknesses of the insulating layer 2 are arranged. The film thickness is the thickest, and the film thickness of the insulating film D63 is the thinnest.

図33は、絶縁層2の膜厚と吸収スペクトルの波長ピーク値の関係を模式的に示したグラフである。絶縁層2の膜厚dが薄いほど、吸収スペクトルの波長ピーク値は長波長側にシフトする。この関係性を利用し、広域吸収帯および非吸収波長帯を設定できる。   FIG. 33 is a graph schematically showing the relationship between the film thickness of the insulating layer 2 and the wavelength peak value of the absorption spectrum. As the film thickness d of the insulating layer 2 is thinner, the wavelength peak value of the absorption spectrum is shifted to the longer wavelength side. By utilizing this relationship, a wide absorption band and a non-absorption wavelength band can be set.

図34は、本実施の形態にかかる電磁波検出器100で得られる吸収スペクトルを示す。絶縁膜A60による吸収スペクトル260から、絶縁膜D63による吸収スペクトル263までは、それぞれ異なった波長ピークを示しており、吸収スペクトル260と吸収スペクトル261で第1広域吸収帯12、吸収スペクトル263と吸収スペクトル264で第2広域吸収帯13を形成する。第1広域吸収帯12と第2広域吸収帯13はそれぞれオーバーラップしないように設定する。これにより、非吸収波長帯5を有する電磁波検出器トータル吸収スペクトル4を得ることができる。つまり、上層金属パターン3の大きさ、または形状を変更した場合と同様の効果を有した電磁波検出器100を得ることができる。   FIG. 34 shows an absorption spectrum obtained by the electromagnetic wave detector 100 according to the present embodiment. The absorption spectrum 260 by the insulating film A60 to the absorption spectrum 263 by the insulating film D63 show different wavelength peaks, and the first broad absorption band 12, the absorption spectrum 263, and the absorption spectrum are represented by the absorption spectrum 260 and the absorption spectrum 261, respectively. A second broad absorption band 13 is formed by H.264. The first wide absorption band 12 and the second wide absorption band 13 are set so as not to overlap each other. Thereby, the electromagnetic wave detector total absorption spectrum 4 having the non-absorption wavelength band 5 can be obtained. That is, the electromagnetic wave detector 100 having the same effect as when the size or shape of the upper metal pattern 3 is changed can be obtained.

絶縁膜2の膜厚の調整だけでも、広域吸収帯と非吸収波長帯を得ることができるが、上層金属パターン3の大きさや形状を調整する実施の形態1の手段と組み合わせることで、さらに広帯域の光吸収が可能となる。   A wide absorption band and a non-absorption wavelength band can be obtained only by adjusting the film thickness of the insulating film 2, but a wider band can be obtained by combining with the means of the first embodiment for adjusting the size and shape of the upper metal pattern 3. Can be absorbed.

次に、本実施の形態にかかる電磁波検出器100の製造方法について、図35a〜図35iを用いて説明する。   Next, the manufacturing method of the electromagnetic wave detector 100 concerning this Embodiment is demonstrated using FIG. 35a-FIG. 35i.

まず、はじめに、図35a〜図35cに示す工程において、実施例1の図20a〜図20cと同じ工程を用いて、信号検知構造9、下層金属層1、絶縁層2を形成する。   First, in the steps shown in FIGS. 35a to 35c, the signal detection structure 9, the lower metal layer 1, and the insulating layer 2 are formed using the same steps as in FIGS. 20a to 20c of the first embodiment.

次に、図35d〜図35fに示すように、絶縁層2の表面が部分的に露出するように写真製版その他の保護膜(例えばフォトレジスト)を形成した後、露出部をエッチングで部分的に除去する。この工程を繰り返すことにいり、絶縁膜2を階段状にエッチングし、階段状に膜厚の異なる絶縁層2を形成する。エッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでも良い。また、エッチングストップ層を絶縁層2にあらかじめ形成していても良い。   Next, as shown in FIGS. 35d to 35f, photolithography and other protective films (for example, photoresist) are formed so that the surface of the insulating layer 2 is partially exposed, and then the exposed portions are partially etched. Remove. By repeating this process, the insulating film 2 is etched stepwise, and the insulating layers 2 having different thicknesses are formed stepwise. Etching may be dry etching or wet etching. An etching stop layer may be formed in advance on the insulating layer 2.

次に、図35gに示すように、保護膜(例えばフォトレジスト)を除去した後に、上層金属層を堆積する。   Next, as shown in FIG. 35g, after removing the protective film (for example, photoresist), an upper metal layer is deposited.

次に、図35hに示すように、上部金属層をパターニングして、上層金属パターン3を形成する。   Next, as shown in FIG. 35h, the upper metal layer 3 is formed by patterning the upper metal layer.

最後に、図35iに示すように、上層金属パターン3の下部を残して絶縁層2を除去する。以上の工程で、図32に示す、絶縁層2の膜厚が互いに異なる電磁波検出器が得られる。   Finally, as shown in FIG. 35 i, the insulating layer 2 is removed leaving the lower part of the upper metal pattern 3. Through the above steps, electromagnetic wave detectors having different thicknesses of the insulating layer 2 shown in FIG. 32 can be obtained.

なお、図35iに示した、絶縁層2の一部を除去する工程を省略して、上層金属パターン3の下部以外の絶縁層2を除去しなくても、表面プラズモン共鳴は正常に行われる。一方で、図35iに示す除去工程を行うことで、実施の形態3に示したように、熱時定数の低減が可能となる。
また、実施の形態2に示すように、欠陥領域を配置することで広域吸収帯と非吸収波長帯を形成してもよい。具体的には、絶縁層2がある膜厚を有する領域において、上層金属パターン3をずらしたり、除去したりする。
また、実施の形態6に示すように、一部の上層金属パターン3を別金属に変更することで、広域吸収帯と非吸収波長帯を形成してもよい。
It should be noted that the surface plasmon resonance is normally performed without omitting the step of removing a part of the insulating layer 2 shown in FIG. 35i and removing the insulating layer 2 other than the lower portion of the upper metal pattern 3. On the other hand, by performing the removal step shown in FIG. 35i, the thermal time constant can be reduced as shown in the third embodiment.
Further, as shown in the second embodiment, a wide absorption band and a non-absorption wavelength band may be formed by disposing a defect region. Specifically, the upper metal pattern 3 is shifted or removed in a region having a certain film thickness.
Further, as shown in the sixth embodiment, a wide absorption band and a non-absorption wavelength band may be formed by changing a part of the upper metal pattern 3 to another metal.

実施の形態8.
図36は、本実施の形態8にかかる電磁波検出器100の断面図である。実施の形態1の電磁波検出器100と異なる点は、上層金属パターン3の膜厚を、それぞれ変化させている点であり、他の構造は同じである。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 36 is a cross-sectional view of the electromagnetic wave detector 100 according to the eighth embodiment. The difference from the electromagnetic wave detector 100 of Embodiment 1 is that the film thickness of the upper metal pattern 3 is changed, and the other structures are the same.

本実施の形態では、上層金属パターン3として、それぞれの膜厚が異なる金属膜A64〜金属膜D67を配置し、それぞれの金属膜厚hは、正方形で形成されている上層金属パターン3の一辺長Lの1/4よりも大きく設定されている。   In the present embodiment, as the upper metal pattern 3, metal films A64 to D67 having different film thicknesses are arranged, and each metal film thickness h is one side length of the upper metal pattern 3 formed in a square shape. It is set to be larger than 1/4 of L.

実施の形態1で述べたように、金属膜厚hが、正方形で形成されている上層金属パターン3の一辺長Lの1/4よりも大きく設定されている場合、上層金属パターン3の一辺長Lに依存した、横方向の共振モードだけでなく、金属膜厚hに依存した、縦方向の共振モードが発生し、吸収ピークが複数発生する。本実施の形態では、この効果を利用して、広域吸収帯および非吸収波長帯を設定している。   As described in the first embodiment, when the metal film thickness h is set to be larger than ¼ of the side length L of the upper metal pattern 3 formed in a square, the side length of the upper metal pattern 3 Not only the lateral resonance mode depending on L but also the longitudinal resonance mode depending on the metal film thickness h occurs, and a plurality of absorption peaks occur. In this embodiment, a wide absorption band and a non-absorption wavelength band are set using this effect.

図37は、図36に示す金属膜A64の吸収スペクトルである。金属膜A64の正方形一辺長をa1、膜厚をa2としたとき、寸法a1に依存した金属膜A64の横方向表面プラズモンによる吸収スペクトル264と、寸法a2に依存した金属膜A64の縦方向表面プラズモンによる吸収スペクトル364の、2つのピーク波長を有する光吸収が発生する。   FIG. 37 is an absorption spectrum of the metal film A64 shown in FIG. When the square side length of the metal film A64 is a1 and the film thickness is a2, the absorption spectrum 264 by the lateral surface plasmon of the metal film A64 depending on the dimension a1 and the vertical surface plasmon of the metal film A64 depending on the dimension a2. Absorption spectrum 364 due to light absorption having two peak wavelengths occurs.

図38は、互いに膜厚の異なる金属膜A64〜金属膜D67の4種類の金属膜を配置したときの吸収スペクトルである。4種類の上層金属パターン3から、4種類の横方向表面プラズモンによる吸収スペクトル264〜267と、4種類の縦方向表面プラズモンによる吸収スペクトル364〜367の、合計8種類の吸収スペクトルが得られる。   FIG. 38 shows absorption spectra when four kinds of metal films A64 to D67 having different film thicknesses are arranged. From the four types of upper layer metal patterns 3, a total of eight types of absorption spectra are obtained: absorption spectra 264 to 267 by four types of lateral surface plasmons and absorption spectra 364 to 367 by four types of vertical surface plasmons.

図38に示すように、4種類の横方向表面プラズモンによる吸収スペクトル264〜267で第1広域吸収帯12を形成し、他の4種類の縦方向表面プラズモンによる吸収スペクトル364〜367で第2広域吸収帯13を形成し、第1広域吸収帯12と第2広域吸収帯13はそれぞれオーバーラップしないように設定する。これにより、非吸収波長帯5を有する電磁波検出器トータル吸収スペクトル4を得ることができる。つまり、上層金属パターン3の大きさ、または形状を変更した場合と同様の効果を得ることができる。   As shown in FIG. 38, the first broad absorption band 12 is formed by the absorption spectra 264 to 267 by the four types of lateral surface plasmons, and the second broad spectrum by the absorption spectra 364 to 367 of the other four types of vertical surface plasmons. An absorption band 13 is formed, and the first broad absorption band 12 and the second broad absorption band 13 are set so as not to overlap each other. Thereby, the electromagnetic wave detector total absorption spectrum 4 having the non-absorption wavelength band 5 can be obtained. That is, the same effect as when the size or shape of the upper metal pattern 3 is changed can be obtained.

上層金属パターン3の膜厚調整だけでも、広域吸収帯と非吸収波長帯を得ることができるが、上層金属パターン3の大きさや形状を調整する実施の形態1の手段と組み合わせることで、さらに広帯域の光吸収が可能となる。   A wide absorption band and a non-absorption wavelength band can be obtained only by adjusting the film thickness of the upper metal pattern 3, but a wider band can be obtained by combining with the means of the first embodiment for adjusting the size and shape of the upper metal pattern 3. Can be absorbed.

なお、上層金属パターン3は全体が金属でなくてもよい。例えば、図39に示すように、上層金属パターンの一部が絶縁物で形成されていてもよい。これにより、製造コストの低減や、熱容量低減による熱時定数の低減が可能となる。   The upper metal pattern 3 may not be entirely metal. For example, as shown in FIG. 39, a part of the upper metal pattern may be formed of an insulator. This makes it possible to reduce the manufacturing cost and the thermal time constant by reducing the heat capacity.

次に、本実施の形態にかかる電磁波検出器100の製造方法について、図40a〜図40iを用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the electromagnetic wave detector 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 40a to 40i.

まず、はじめに、図40a〜図40cに示す工程において、実施の形態1の図20a〜図20cと同じ工程を用いて、信号検知構造9、下層金属層1、絶縁層2を形成する。   First, in the steps shown in FIGS. 40a to 40c, the signal detection structure 9, the lower metal layer 1, and the insulating layer 2 are formed using the same steps as in FIGS. 20a to 20c of the first embodiment.

次に、図40dに示すように、上層金属層を堆積する。   Next, as shown in FIG. 40d, an upper metal layer is deposited.

次に、図40eに示すように、フォトレジスト等のマスク層で上方金属層3の一部を覆い、スパッタ等で更に上方金属層を全面に堆積する。この後、マスク層を除去して、マスク層の上の上方金属層もリフトオフで除去する。   Next, as shown in FIG. 40e, a part of the upper metal layer 3 is covered with a mask layer such as a photoresist, and an upper metal layer is further deposited on the entire surface by sputtering or the like. Thereafter, the mask layer is removed, and the upper metal layer on the mask layer is also removed by lift-off.

次に、図40fに示すように、より広い部分をマスク層で覆った後、スパッタ等で上方金属層を全面に堆積する。この後、マスク層を除去して、マスク層上の上方金属層もリフトオフで除去する。   Next, as shown in FIG. 40f, after covering a wider portion with a mask layer, an upper metal layer is deposited on the entire surface by sputtering or the like. Thereafter, the mask layer is removed, and the upper metal layer on the mask layer is also removed by lift-off.

同様に、図40gに示すように、より広い部分をマスク層で覆った後、スパッタ等で上方金属層を全面に堆積した後、マスク層を除去して、マスク層上の上方金属層もリフトオフで除去する。   Similarly, as shown in FIG. 40g, after covering a wider portion with a mask layer, an upper metal layer is deposited on the entire surface by sputtering or the like, then the mask layer is removed, and the upper metal layer on the mask layer is also lifted off. Remove with.

次に、図40hのようにマスク層を形成した後、図40iのように上部金属層をパターニングして上部金属パターンを形成する。最後にマスク層を除去することにより、図36に示すような、互いの膜厚が異なる上部金属パターンが形成できる。これにより、本実施の形態8にかかる電磁波検出器100が完成する。
また、実施の形態2に示すように、欠陥領域を配置することで広域吸収帯と非吸収波長帯を形成してもよい。具体的には、上層金属パターン3がある膜厚を有する領域において、上層金属パターン3をずらしたり、除去したりする。
また、実施の形態6に示すように、一部の上層金属パターン3を別金属に変更することで、広域吸収帯と非吸収波長帯を形成してもよい。
Next, after forming a mask layer as shown in FIG. 40h, the upper metal layer is patterned as shown in FIG. 40i to form an upper metal pattern. Finally, by removing the mask layer, upper metal patterns having different film thicknesses as shown in FIG. 36 can be formed. Thereby, the electromagnetic wave detector 100 according to the eighth exemplary embodiment is completed.
Further, as shown in the second embodiment, a wide absorption band and a non-absorption wavelength band may be formed by disposing a defect region. Specifically, the upper metal pattern 3 is shifted or removed in a region having a certain film thickness.
Further, as shown in the sixth embodiment, a wide absorption band and a non-absorption wavelength band may be formed by changing a part of the upper metal pattern 3 to another metal.

実施の形態9.
図41は、全体が101で表される、本実施の形態9にかかる電磁波検出器アレイの斜視図である。実施の形態1〜8のいずれかで述べた1種類の電磁波検出器100を2次元状(マトリックス状)に配置することで、全面均一な非吸収波長帯5を有する電磁波検出器トータル吸収スペクトル4を有する2次元イメージセンサを得ることができる。
Embodiment 9 FIG.
FIG. 41 is a perspective view of the electromagnetic wave detector array according to the ninth exemplary embodiment, which is denoted as a whole by 101. An electromagnetic wave detector total absorption spectrum 4 having a uniform non-absorption wavelength band 5 by arranging one type of electromagnetic wave detector 100 described in any of the first to eighth embodiments in a two-dimensional shape (matrix shape). Can be obtained.

例えば、非吸収波長帯5が1種類であり、かつ明確な場合において、本実施の形態にかかる電磁波検出器アレイ101が有効である。火災時の人検知センサの場合を例に挙げると、都市ガスやガソリンなどが引火した際の炎は、波長4.4μm付近でピークを持つCO共鳴放射と呼ばれる特徴的な放射スペクトルを有する。このため、非吸収波長帯5を4.4μm近傍に設定しておけば、炎の有無に関係なく、人の存在を感知することができる。 For example, the electromagnetic wave detector array 101 according to the present embodiment is effective when the non-absorption wavelength band 5 is one type and is clear. Taking the case of a human detection sensor at the time of a fire as an example, a flame when city gas or gasoline ignites has a characteristic emission spectrum called CO 2 resonance radiation having a peak near a wavelength of 4.4 μm. For this reason, if the non-absorption wavelength band 5 is set in the vicinity of 4.4 μm, the presence of a person can be sensed regardless of the presence or absence of a flame.

実施の形態10.
図42は、全体が101で表される、本実施の形態10にかかる電磁波検出器アレイの斜視図である。実施の形態9で示した電磁波検出器アレイ101と異なる点は、電磁波検出器102〜電磁波検出器105の4種類を2次元アレイ状に配置している点である。
Embodiment 10 FIG.
FIG. 42 is a perspective view of the electromagnetic wave detector array according to the tenth embodiment, the whole of which is represented by 101. A difference from the electromagnetic wave detector array 101 shown in Embodiment 9 is that four types of electromagnetic wave detectors 102 to 105 are arranged in a two-dimensional array.

図43は、図41で示す電磁波検出器アレイ101の吸収スペクトルある。電磁波検出器102〜電磁波検出器105は、それぞれ異なった非吸収波長帯5を有する電磁波検出器トータル吸収スペクトル402〜405を有するように設計されているため、一度の撮像で、複数種の画像取得が可能となる。   FIG. 43 is an absorption spectrum of the electromagnetic wave detector array 101 shown in FIG. Since the electromagnetic wave detector 102 to the electromagnetic wave detector 105 are designed to have the electromagnetic wave detector total absorption spectrums 402 to 405 each having a different non-absorption wavelength band 5, multiple types of image acquisition can be performed by one imaging. Is possible.

検出したい非吸収波長帯5が複数種存在する場合、本実施の形態にかかる電磁波検出器アレイ101は有効に作用する。例えば、さまざまな波長分析を必要とする天体観測において、一度の撮像で多くの波長情報を得ることができる。   When there are a plurality of non-absorption wavelength bands 5 to be detected, the electromagnetic wave detector array 101 according to the present embodiment works effectively. For example, in astronomical observation that requires various wavelength analysis, a large amount of wavelength information can be obtained by one imaging.

実施の形態1〜10で述べたように、本発明にかかる電磁波検出器では、上層金属パターン−絶縁層−下層金属層の3層構造により、表面プラズモンモードが上層金属パターンの近傍に局在するキャビティが形成される。また、このプラズモン共鳴波長は、上層金属パターンの形状や大きさにより決定されるため、波長選択的な電磁波吸収が行われる。   As described in the first to tenth embodiments, in the electromagnetic wave detector according to the present invention, the surface plasmon mode is localized in the vicinity of the upper metal pattern due to the three-layer structure of the upper metal pattern-insulating layer-lower metal layer. A cavity is formed. Further, since the plasmon resonance wavelength is determined by the shape and size of the upper metal pattern, wavelength selective electromagnetic wave absorption is performed.

つまり、上層金属パターンの平面上の大きさは、表面プラズモン共鳴により検知する電磁波の波長と対応しており、複数の上層金属パターンでは、それらに対応する複数の異なった電磁波吸収スペクトルを有し、それら吸収スペクトルの合算により複数の広域吸収帯を形成する。複数の広域光吸収帯がそれぞれ競合しない波長領域をカバーすることで、1つもしくは複数の非吸収波長帯を形成している。   That is, the size of the upper layer metal pattern on the plane corresponds to the wavelength of the electromagnetic wave detected by surface plasmon resonance, and the plurality of upper layer metal patterns have a plurality of different electromagnetic wave absorption spectra corresponding to them, A plurality of broad absorption bands are formed by summing up the absorption spectra. One or a plurality of non-absorption wavelength bands are formed by covering a wavelength region in which a plurality of wide-area light absorption bands do not compete with each other.

このような効果により、所望の波長を除き、その他の広域波長帯に関しては高効率に吸収することができる電磁波検出器を提供できる。本発明にかかる電磁波検出器を用いることにより、異なった形状または大きさで形成される複数種の上層金属パターンにおいて、目的波長の電磁波のみを吸収しない、つまり非吸収波長帯を持つ光検知が可能となる。   Due to such an effect, an electromagnetic wave detector capable of absorbing with high efficiency can be provided for other wide wavelength bands except for a desired wavelength. By using the electromagnetic wave detector according to the present invention, it is possible to detect light having a non-absorption wavelength band in a plurality of types of upper layer metal patterns formed in different shapes or sizes without absorbing only the electromagnetic wave of the target wavelength. It becomes.

1 下層金属層、2 絶縁層、3 上層金属パターン、4 電磁波検出器トータル吸収スペクトル、5 非吸収波長帯、6 電磁波吸収スペクトルピーク、7 グラフェン層、8 電気信号取り出し部、9 信号検知構造、10 感熱層、11 パターン欠陥、12 第1広域吸収帯、13 第2広域吸収帯、14 第1吸収ユニット、15 第2吸収ユニット、16 第3吸収ユニット、17 第3広域吸収帯、18 第1非吸収波長帯
19 第2非吸収波長帯、20 上層非金属パターン、21 熱伝達体、22 感熱体
23 断熱支持脚、100 電磁波検出器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower metal layer, 2 Insulating layer, 3 Upper metal pattern, 4 Electromagnetic wave detector total absorption spectrum, 5 Non-absorption wavelength band, 6 Electromagnetic wave absorption spectrum peak, 7 Graphene layer, 8 Electric signal extraction part, 9 Signal detection structure, 10 Heat sensitive layer, 11 pattern defect, 12 1st wide absorption band, 13 2nd wide absorption band, 14 1st absorption unit, 15 2nd absorption unit, 16 3rd absorption unit, 17 3rd wide absorption band, 18 1st non- Absorption wavelength band 19 2nd non-absorption wavelength band, 20 Upper layer nonmetallic pattern, 21 Heat transfer body, 22 Heat sensitive body 23 Heat insulation support leg, 100 Electromagnetic wave detector.

Claims (11)

電磁波を電気信号に変換して検出する電磁波検出器であって、
下層金属層と、該下層金属層の上に形成された絶縁層と、該絶縁層の上に複数の上層金属層が配置された上層金属パターンと、を含む構造体と、
該構造体の温度変化を電気信号に変換して検出する信号検知部と、を含み、
該上層金属パターンは、特定波長の電磁波と表面プラズモン共鳴して該特定波長の電磁波を吸収するように形状が決定された少なくとも2種類の上層金属層を含み、
該上層金属層と該絶縁層と該上層金属パターンで吸収された2つの電磁波の吸収波長の間に、吸収されない電磁波の非吸収波長帯を有することを特徴とする電磁波検出器。
An electromagnetic wave detector for detecting electromagnetic waves by converting them into electric signals,
A structure including a lower metal layer, an insulating layer formed on the lower metal layer, and an upper metal pattern in which a plurality of upper metal layers are disposed on the insulating layer;
A signal detector that detects a change in temperature of the structure by converting it into an electrical signal,
The upper metal pattern includes at least two types of upper metal layers whose shapes are determined so as to absorb surface-plasmon resonance with electromagnetic waves of a specific wavelength and to absorb electromagnetic waves of the specific wavelength,
An electromagnetic wave detector characterized by having a non-absorption wavelength band of electromagnetic waves that are not absorbed between absorption wavelengths of two electromagnetic waves absorbed by the upper metal layer, the insulating layer, and the upper metal pattern.
電磁波を電気信号に変換して検出する電磁波検出器であって、
下層金属層と、該下層金属層の上に形成された絶縁層と、該絶縁層の上に上層金属層が周期的に配置された上層金属パターンと、を含む構造体と、
該構造体の温度変化を電気信号に変換して検出する信号検知部と、を含み、
該上層金属パターンの下方の該絶縁層は、特定波長の電磁波と表面プラズモン共鳴して該特定波長の電磁波を吸収するようにその膜厚が決定された少なくとも2種類の膜厚の絶縁層を含み、
該下層金属層と該絶縁層と該上層金属パターンで吸収された2つの電磁波の吸収波長の間に、吸収されない電磁波の非吸収波長帯を有することを特徴とする電磁波検出器。
An electromagnetic wave detector for detecting electromagnetic waves by converting them into electric signals,
A structure including a lower metal layer, an insulating layer formed on the lower metal layer, and an upper metal pattern in which the upper metal layer is periodically arranged on the insulating layer;
A signal detector that detects a change in temperature of the structure by converting it into an electrical signal,
The insulating layer below the upper metal pattern includes at least two types of insulating layers whose thicknesses are determined so as to absorb electromagnetic waves of specific wavelengths by surface plasmon resonance with electromagnetic waves of specific wavelengths. ,
An electromagnetic wave detector having a non-absorption wavelength band of electromagnetic waves not absorbed between two absorption wavelengths of electromagnetic waves absorbed by the lower metal layer, the insulating layer, and the upper metal pattern.
電磁波を電気信号に変換して検出する電磁波検出器であって、
下層金属層と、該下層金属層の上に形成された絶縁層と、該絶縁層の上に上層金属層が周期的に配置された上層金属パターンと、を含む構造体と、
該構造体の温度変化を電気信号に変換して検出する信号検知部と、を含み、
該上層金属パターンは、特定波長の電磁波と表面プラズモン共鳴して該特定波長の電磁波を吸収するようにその膜厚が決定された少なくとも2種類の膜厚の該上層金属層を含み、
該上層金属層と該絶縁層と該上層金属パターンで吸収された2つの電磁波の吸収波長の間に、吸収されない電磁波の非吸収波長帯を有することを特徴とする電磁波検出器。
An electromagnetic wave detector for detecting electromagnetic waves by converting them into electric signals,
A structure including a lower metal layer, an insulating layer formed on the lower metal layer, and an upper metal pattern in which the upper metal layer is periodically arranged on the insulating layer;
A signal detector that detects a change in temperature of the structure by converting it into an electrical signal,
The upper metal pattern includes at least two types of upper metal layers whose film thicknesses are determined so that surface plasmon resonance with an electromagnetic wave of a specific wavelength absorbs the electromagnetic wave of the specific wavelength,
An electromagnetic wave detector characterized by having a non-absorption wavelength band of electromagnetic waves that are not absorbed between absorption wavelengths of two electromagnetic waves absorbed by the upper metal layer, the insulating layer, and the upper metal pattern.
上記上層金属パターンは、一定の周期で配置された上記上層金属層と、その間に、異なる周期で配置された該上層金属層とを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁波検出器。   The said upper metal pattern contains the said upper metal layer arrange | positioned with a fixed period, and this upper metal layer arrange | positioned with a different period between them. Electromagnetic wave detector. 上記上層金属パターンは、互いに異なる金属材料からなる上記上層金属層を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁波検出器。   The electromagnetic wave detector according to claim 1, wherein the upper metal pattern includes the upper metal layer made of different metal materials. 上記上層金属パターンは、グラフェンまたは遷移金属カルコゲナイドからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁波検出器   The electromagnetic wave detector according to claim 1, wherein the upper metal pattern is made of graphene or a transition metal chalcogenide. 上記上層金属パターンの下方の上記絶縁層の膜厚は、それ以外の該絶縁層の膜厚より大きいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁波検出器。   The electromagnetic wave detector according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the insulating layer below the upper metal pattern is larger than a thickness of the other insulating layer. 上記上層金属パターンと上記下層金属層の間に配置されている上記絶縁層の、少なくとも一部が除去されていることを特徴とする請求項7に記載の電磁波検出器。   The electromagnetic wave detector according to claim 7, wherein at least a part of the insulating layer disposed between the upper metal pattern and the lower metal layer is removed. 上記上層金属パターンの下方の上記下層金属層の膜厚は、それ以外の該下層金属層の膜厚より大きいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁波検出器。   The electromagnetic wave detector according to any one of claims 1 to 3, wherein a film thickness of the lower metal layer below the upper metal pattern is larger than a film thickness of the other lower metal layer. 請求項1〜9のいずれかに記載の電磁波検出器がマトリックス状に配置されたことを特徴とする電磁波検出器アレイ。   An electromagnetic wave detector array, wherein the electromagnetic wave detectors according to claim 1 are arranged in a matrix. 互いに異なる非吸収波長帯を有する少なくとも2つの電磁波検出器を含むことを特徴とする請求項10に記載の電磁波検出器アレイ。   The electromagnetic wave detector array according to claim 10, comprising at least two electromagnetic wave detectors having different non-absorption wavelength bands.
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