JP2015162589A - 赤外光検出器、赤外顕微鏡、および、赤外分光器 - Google Patents
赤外光検出器、赤外顕微鏡、および、赤外分光器 Download PDFInfo
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Abstract
Description
図1は、本発明に係る赤外光検出器の主要部の構成の一例を説明するための図である。赤外光検出器100は、第1電子層102と、第2電子層104と、光結合機構110と、第1ゲート電極111と、第2ゲート電極112と、第1電圧制御装置(またはパルスジェネレータ)113と、第2電圧制御装置114とを備えている。説明の便宜のために図1に示されているようにx軸、y軸およびz軸を定義する。
続いて、上記構成の赤外光検出器の機能について説明する。
次に、本件発明に係る赤外光検出器(CSIP)が備える第1電子層(多重量子井戸層)について説明する。
101 上部絶縁層
102 第1電子層
103 中間層
104 第2電子層
105 下部絶縁層
106 n型GaAs基板
110 光結合機構
111 第1ゲート電極
112 第2ゲート電極
113 第1電圧制御装置
114 第2電圧制御装置
120 伝導チャネル
122第1オーミックコンタクト(ドレイン電極)
124 第2オーミックコンタクト(ソース電極)
126 第3オーミックコンタクト
128 電流計
130 第3ゲート電極
Claims (10)
- 2次元電子層としての第1電子層と、
入射赤外光に応じて前記第1電子層に垂直な振動電場成分を生成することにより、前記第1電子層における電気的な孤立領域の電子を励起し、前記孤立領域に形成されている量子井戸のサブバンドの間で遷移させる光結合機構と、
前記光結合機構により励起された電子が前記孤立領域から流出した結果として前記孤立領域の帯電量が変化することによって電気伝導度が変化する、前記第1電子層の下方に中間絶縁層を介して配置された第2電子層と、
前記孤立領域が外部電子系から電気的に遮断されている遮断状態と、前記外部電子系と電気的に接続されている接続状態とを切り替える状態制御機構とを備え、
前記第1電子層には、少なくとも、前記入射赤外光の入射面側に設けられた第1の量子井戸と、前記第2電子層側に設けられた第2の量子井戸の2つの量子井戸が設けられており、
前記第1の量子井戸の基底サブバンドと励起サブバンドのエネルギー準位の差Δε1と、前記第2の量子井戸の基底サブバンドと励起サブバンドのエネルギー準位の差Δε2は、Δε1>Δε2となるように設計されており、
前記第2電子層の電気伝導度の変化を検出することにより、前記入射赤外光を検出することを特徴とする、赤外光検出器。 - 前記第1の量子井戸と前記第2の量子井戸の間に設けられるポテンシャル障壁層の幅WBは、m*を電子の有効質量、UBを該ポテンシャル障壁層のポテンシャル・エネルギー、ε0を前記第1の量子井戸の基底サブバンド、hをプランク定数としたときに、λp=(h/2π)/[2m*(UB−ε0)]1/2で表される電子の侵入長λpの4乃至6倍(WB=k・λp、k=4〜6)に設計されている、請求項1に記載の赤外光検出器。
- 前記状態制御機構が、
前記第1電子層の上方において前記孤立領域と、前記第1電子層における前記外部電子系との接続領域とを区分するように形成された第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極に印加されるバイアス電圧を制御することにより、前記第1電子層において前記孤立領域と前記接続領域との間に形成される電位障壁の高低を調節する第1の電圧制御装置とを備えている、請求項1又は2に記載の赤外光検出器。 - 前記状態制御機構が、
前記中間絶縁層とともに前記第1電子層を挟む上部絶縁層の上面において、前記電気的な孤立領域を横断するように設けられた複数の第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極に印加されるバイアス電圧を制御する第2の電圧制御装置を備え、
それぞれの前記第2のゲート電極にバイアス電圧が印加されて前記第1電子層に電位障壁が形成されることにより、前記電気的な孤立領域が相互に電気的に独立している複数の孤立領域に分割される、請求項1〜3の何れか1項に記載の赤外光検出器。 - 前記状態制御機構が、前記第2電子層または前記第2電子層に接続されているオーミックコンタクトを前記外部電子系として、前記遮断状態と前記接続状態とを赤外光検出時に切り替える、請求項1〜4の何れか1項に記載の赤外光検出器。
- 前記状態制御機構が、前記遮断状態における前記第2電子層の電気伝導度の変化態様に基づいて前記遮断状態を前記接続状態に切り替える、請求項1〜5の何れか1項に記載の赤外光検出器。
- 前記状態制御機構が、
前記孤立領域の真上に設けられた第3のゲート電極であって、前記孤立領域が上方に投影された形状の第3のゲート電極と、
前記第3のゲート電極に印加されるバイアス電圧を制御することにより、前記第1電子層に設けられた前記第1の量子井戸を孤立化させる第3の電圧制御装置とを備えている、請求項1〜6の何れか1項に記載の赤外光検出器。 - 前記第3のゲート電極は、10nm以下の厚みのNiCr膜からなる、請求項7に記載の赤外光検出器。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載の赤外光検出器を備えている、赤外顕微鏡。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載の赤外光検出器を備えている、赤外分光器。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20180082281A (ko) * | 2017-01-10 | 2018-07-18 | 삼성전자주식회사 | 그래핀 양자점을 포함하는 광센서 및 이미지 센서 |
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ZHENGHUA AN ET.AL.: "A sensitive double quantum well infrared phototransistor", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 100, JPN6008021373, 25 August 2006 (2006-08-25), pages 0445 - 9 * |
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KR102356684B1 (ko) | 2017-01-10 | 2022-01-28 | 삼성전자주식회사 | 그래핀 양자점을 포함하는 광센서 및 이미지 센서 |
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