JP2020120056A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の電磁波を検出または発振する半導体装置における不要な電磁波の漏洩を抑制する。【解決手段】半導体装置（検出装置１００）は、テラヘルツ波を検出または発振する複数の半導体素子１５１を有する素子基板１０１と、素子基板１０１におけるテラヘルツ波を検出または発振する面１０５の前方に配置されており、導電性材料から構成されたメッシュ状の電磁シールド１０４と、を有する。電磁シールド１０４の線の幅が、テラヘルツ波の波長以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

テラヘルツ波は、一般的に、周波数０．３ＴＨｚから３ＴＨｚの範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有する電磁波（電波）である。この周波数帯域には、生体分子や樹脂を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が多く存在する。テラヘルツ波は、可視光や赤外光と比較して波長が長いため散乱の影響を受け難く、多くの物質に対し強い透過性を有している。そして、同じく電磁波（電波）であるミリ波と比較すると、テラヘルツ波は波長が短い。そのため、テラヘルツ波の電波カメラ（テラヘルツ波カメラとも呼ぶ）を構成した場合、ミリ波と比較して分解能が高い画像が期待できる。これらの特徴を活用することにより、テラヘルツ波は、Ｘ線に替わる安全なイメージング技術への応用が期待されている。例えば、公共の場所でのボディチェックや監視技術への応用が検討されている。

また、テラヘルツ波カメラ（半導体装置）において、近年、高画質化が求められており、検出器側では高精細化、大画面化の要求が高まっており、発振器側では小型化、高出力化の要求が高まっている。そのため、テラヘルツ波を検出または発振する素子や、それに伴う周辺回路を２次元に配置した構成が検討されている。

このような状況下で特許文献１には、基板の一面に発振部、他面に給電部を配置することで発振器の設計自由度を向上して発振素子の高密度なアレイ化を実現し、小型で高出力なテラヘルツ光源を実現する技術が開示されている。さらに、発振素子の下面に低周波用シールドを配置して給電側からの低周波ノイズを低減して発振特性を向上する技術が開示されている。

特開２００８−１０８１１号公報

ところで、高画質化のために検出または発振素子や、それに伴う周辺回路を２次元に配置した構成においては、素子の信号の高速読み出しまたは高速制御が要求されるため、回路に要求される動作周波数が高い。このため、半導体装置において、検出または発振する素子を配置した基板表面や、読み出しまたは制御用回路基板などから不要な電磁波が発生する。この不要な電磁波の一部が外部に漏洩すると周辺にある電子機器に悪影響を与え、いわゆる電磁妨害（ＥＭＩ）を誘発するという問題があった。

そこで、本発明は、ある電磁波を検出または発振する半導体装置における不要な他の電磁波の漏洩を抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様は、
テラヘルツ波を検出または発振する複数の半導体素子を有する素子基板と、
前記素子基板における前記テラヘルツ波を検出または発振する面の前方に配置されており、導電性材料から構成されたメッシュ状の電磁シールドと、
を有し、
前記電磁シールドの線の幅が、前記テラヘルツ波の波長以下である、
ことを特徴とする半導体装置である。

本発明の第２の態様は、
所定の電磁波を検出または発振する複数の半導体素子を有する素子基板と、
前記素子基板における前記所定の電磁波を検出または発振する面の前方に配置されており、導電性材料から構成されたメッシュ状の電磁シールドと、
を有し、
前記電磁シールドの線の幅が、１ｍｍ以下である、
ことを特徴とする半導体装置である。

本発明の第３の態様は、
所定の電磁波を検出または発振する複数の半導体素子を有する素子基板と、
前記素子基板における前記所定の電磁波を検出または発振する面の前方に配置されており、導電性材料から構成されたメッシュ状の電磁シールドと、
を有し、
前記電磁シールドの線の幅が、前記所定の電磁波の波長以下である、
ことを特徴とする半導体装置である。

本発明によれば、ある電磁波を検出または発振する半導体装置における不要な他の電磁波の漏洩を抑制することができる。

実施形態１に係る検出装置を説明する図 実施形態１，２に係る電磁シールドを説明する図 実施形態１に係るその他の電磁シールドを説明する図 実施形態１に係るその他の電磁シールドを説明する図 実施形態１に係るその他の電磁シールドを説明する図 実施例２，３に係る検出装置を説明する図 実施形態２に係る発振装置を説明する図 実施形態３に係る撮像システムの構成例を表す図 実施形態４に係る撮像システムおよび移動体の構成例を表す図

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、テラヘルツ波の検出または発振を行う半導体装置であって、メッシュ形状の電磁シールドを用いることによって、テラヘルツ波の検出または発振を阻害することなく、不必要な電磁波（ミリ波）が外部に漏洩することを抑制する半導体装置を説明する。なお、以下では、テラヘルツ波とは、周波数０．３ＴＨｚから３ＴＨｚ（０．３ＴＨｚ以上３ＴＨｚ以下）の範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有する電磁波（電波）であるとする。また、以下では、ミリ波とは、周波数３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ未満）の範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有する電磁波（電波）であるとする。

＜実施形態１＞
実施形態１に係るテラヘルツ波の検出装置１００（半導体装置；テラヘルツ波カメラ）の概略について、図１Ａ〜図２Ｂを用いて説明する。図１Ａは、検出装置１００の構成を説明する図であり、検出装置１００を側面から見た図である。図１Ｂは、図１Ａの検出装置１００を正面から見た図である。

検出装置１００は、素子基板１０１、回路基板１０２、筐体１０３、電磁シールド１０４、モニタ１０６を有する。また、検出装置１００は、被検体３００から、電磁波であるテラヘルツ波２０１が正面から照射されている。ここで、テラヘルツ波２０１は、熱放射によって被検体３００が発生するテラヘルツ波であるか、あるいは外部の照明より照射され被検体３００によって反射したテラヘルツ波である。また、テラヘルツ波２０１は、周波数０．３ＴＨｚから３ＴＨｚの範囲であり得るため、波長として０．１ｍｍから１ｍｍをとり得る。

素子基板１０１には、テラヘルツ波２０１に分光感度を有する複数の素子１５１が、マトリクス状（２次元）に配置されている。テラヘルツ波２０１に分光感度を持たせるために、素子１５１は、例えば、化合物半導体や半導体で作製されたショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＳＢＤ）とアンテナを集積した構造を有する半導体素子である。また、素子１５１は、セルフスイッチングダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）ダイオードなどの整流型検出素子、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのトランジスタ、量子井戸を用いた検出素子でもよい。テラヘルツ波カメラにおいて、素子１５１は画素に対応する。

回路基板１０２には、素子１５１から出力される信号を読み出す回路が形成されており、素子基板１０１の各々の素子１５１と電気的に接続されている（不図示）。ここで、素子１５１から出力される信号は、テラヘルツ波２０１に関するものである。回路基板１０２は、増幅回路、フィルタ回路、スイッチ回路、電源回路などを含み、例えば、ＣＭＯＳ回路技術などの汎用半導体回路技術が適用できる。回路基板１０２に形成された回路は、テラヘルツ波カメラとして、素子１５１からの信号を高速に読み出して画像化処理を行うことによって高画質な画像を提供することができる。

また、このような構成では、素子１５１からの信号の高速読み出しや高速処理により、素子１５１を配置した素子基板１０１や回路基板１０２などから不要な電磁波２１１が発生する。

なお、本実施形態では、回路基板１０２は、素子基板１０１と一体に形成、配置されているが、この限りでなく回路基板１０２と素子基板１０１は別々に形成して別々に配置することもできる。

筐体１０３は、素子基板１０１と回路基板１０２を格納する。また、筐体１０３は、これらを所定の位置に保持するとともに、不要な電磁波２１１を外部に漏らさないように遮断（シールド）をする。

モニタ１０６は、画像化されたテラヘルツ波像を表示することができる。ここで、素子基板１０１と回路基板１０２により検出装置１００は、被検体３００からのテラヘルツ波２０１を検出して画像化する。

電磁シールド１０４は、導電性材料によってメッシュ形状に構成され、素子基板１０１におけるテラヘルツ波２０１を検出する面１０５の前方に配置されている。電磁シールド１０４は、導電性材料によって構成されていることによって、上述した素子基板１０１や回路基板１０２から発生した不要な電磁波２１１の外部への漏洩を抑制する。ここで、電磁波２１１は、ラジオや無線機、さらには近年、通信などでの需要が増加しているような、周波数が数ＧＨｚ以下のマイクロ波帯以下の電磁波である。つまり、電磁波２１１の波
長は、テラヘルツ波２０１の波長よりも大きい（長い）。

ここで、電磁シールド１０４のメッシュ形状は特に限定されないが、わかりやすく説明するために、最も一般的な細い金属線をほぼ同一間隔で縦横に格子状に織り込んだ構成の例を図２Ａ、図２Ｂに示す。図２Ａは、電磁シールド１０４をテラヘルツ波２０１の進行方向に対して正面から、図２Ｂは、電磁シールド１０４を側面から見た図である。

以下では、よりテラヘルツ波２０１の検出を阻害せずに、電磁波２１１の漏洩を抑制するための、電磁シールド１０４の線の幅、開口部の大きさ（幅）、線の厚さの条件を説明する。

（線の幅の条件）
まず、電磁シールド１０４の線の幅Ｗ１および幅Ｗ２は、検出に使用するテラヘルツ波２０１の波長以下であり、好ましくは波長の１／２以下であり、さらに好ましくは波長の１／５以下であるように構成する。

これによれば、波長に比べて小さい障害物は電磁波（電波）にほとんど影響を及ぼさないため、被検体３００から入射されるテラヘルツ波２０１は、メッシュ状電磁シールドの影響をほとんど受けることなく素子１５１に到達することができる。

（開口部の大きさの条件）
また、本実施形態では、電磁シールド１０４の開口部の大きさ（幅）Ｌ１およびＬ２は、素子１５１が検出するテラヘルツ波２０１の波長以上であり、遮断をする電磁波２１１の波長の１／２以下に設定される。ここで、メッシュ状の導電性材料によって電磁波２１１を遮断するには、電磁波２１１の波長が遮断波長であるように、メッシュの開口部の大きさＬ１，Ｌ２は少なくとも電磁波２１１の波長の半分以下である必要がある。また、遮断する（漏洩を抑制する）電磁波２１１とは、好ましくは、ミリ波である。ここで、ミリ波とは、上述のように、周波数３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ未満）の範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有する電磁波である。従って、ミリ波は、波長として、１．０ｍｍより大きく１０．０ｍｍ以下の値をとり得る。なお、周辺に漏れ出す電磁波２１１を抑えて十分な遮断効果（シールド効果）を得るために、メッシュの開口部の大きさＬ１，Ｌ２は小さいほど好ましく、電磁波２１１の波長の１／５以下、さらには当該波長の１／１０以下がより好ましい。

なお、電磁シールド１０４の開口部の大きさＬ１およびＬ２は、素子１５１が検出するテラヘルツ波２０１の波長以上であるようにする必要もある。被検体３００から入射されるテラヘルツ波２０１を、電磁シールド１０４の影響をほとんど受けずに素子１５１に到達させるためである。このような、電磁シールド１０４における開口部の大きさの条件を満たすことによれば、テラヘルツ波２０１を最大限に利用した高画質なテラヘルツ波カメラを提供できる。

そして、当該開口部の大きさＬ１，Ｌ２は、素子基板１０１や回路基板１０２から発生した不要な電磁波２１１の波長の１／２以下であるため、電磁波２１１を効果的にシールドして外部への漏洩を抑制し、電磁波障害（電波障害）を防止できる。

（線の厚さの条件）
また、図２Ｂに示す電磁シールド１０４の線の厚さｔ１は、厚すぎるとテラヘルツ波２０１に影響を及ぼすため、検出に使用するテラヘルツ波２０１の波長以下であり、好ましくは当該波長の１／２以下であるように構成する。

（電磁シールドの条件のまとめ）
つまり、電磁シールド１０４が存在することにより、テラヘルツ波２０１の検出を阻害せずに、効果的に不要な電磁波２１１を遮断することができる。そして、本実施形態におけるテラヘルツ波２０１の波長をλとし、遮断をする電磁波２１１の波長をλ２とすると、電磁シールド１０４の線の幅Ｗ１，Ｗ２または厚さｔ１が、以下の（１）または（３）を満たすようにする。このことで、テラヘルツ波２０１の検出を阻害しないという効果をさらに得ることができる。そして、電磁シールド１０４の開口部の大きさ（幅）Ｌ１，Ｌ２が、以下の（２）を満たすことによって、テラヘルツ波２０１の検出を阻害せずに、さらに効果的に不要な電磁波２１１が外部に漏洩することを遮断することができる。
（１）Ｗ１≦λ、かつ、Ｗ２≦λ
（２）λ≦Ｌ１≦λ２／２、かつ、λ≦Ｌ２≦λ２／２
（３）ｔ１≦λ

［電磁シールドのその他の形状について］
電磁シールド１０４のメッシュの形状のその他の例を、図３〜図５を用いて説明する。

（（ひし形形状））
図３の電磁シールド１０４は、開口部がひし形になるように金属線を配置している。このようなメッシュ形状においては、開口部における対面する頂点間の距離のうち短い方の長さＬ（開口部の大きさ；短い対角線の長さ）が、遮断する必要のある電磁波２１１の波長の１／２以下に設定されるとよい。ここで、長さＬは、テラヘルツ波２０１の検出を阻害しないように、テラヘルツ波２０１の波長以上の長さであるとよい。また、線の幅Ｗおよび線の厚さｔ１（不図示）についても、少なくとも、検出するテラヘルツ波２０１の波長以下の長さであるように設定されるとよい。

（（六角形形状））
図４の電磁シールド１０４は、開口部が六角形になるように金属線を配置している。このようなメッシュ形状においても、開口部における対面する２つの辺の間の距離Ｌ（開口部の大きさ）が、遮断する必要のある電磁波２１１の波長の１／２以下に設定されるとよい。ここで、長さＬは、テラヘルツ波２０１の検出を阻害しないように、テラヘルツ波２０１の波長以上の長さであるとよい。また、線の幅Ｗおよび線の厚さｔ１（不図示）についても、少なくとも、検出するテラヘルツ波２０１の波長以下の長さであるように設定されるとよい。

なお、図３および図４が示した形状のように、方向によって開口部の幅が異なる電磁シールド１０４は、遮断する電磁波２１１の偏波方向などを考慮して効果的にシールド可能なように寸法や設置方向などを適宜、設定できる。

（（チドリ形状））
図５の電磁シールド１０４は、直径Ｌの円形の開口部が隣接ピッチＰ（隣接間隔）で０°と６０°の方向にチドリ配置されている。そして、遮断をする必要のある電磁波２１１の波長の１／２以下に開口部の直径Ｌ（開口部の大きさ）が設定されている。ここで、直径Ｌは、テラヘルツ波２０１の検出を阻害しないように、テラヘルツ波２０１の波長以上の長さであるとよい。なお、上述の電磁シールド１０４の様々な形状の例を鑑みると、本実施形態における、開口部の大きさ（幅）とは、開口部の中心位置と開口部を形成する金属線との最短距離の２倍であるといえる。また、開口部の大きさ（幅）は、当該開口部（第１開口部）の中心位置と当該開口部に隣接する他の開口部（第２開口部）の中心位置を結んだ線分のうち、当該開口部（第１開口部）および他の開口部（第２開口部）の内部に含まれる最短の長さであるともいえる。また、開口部の大きさ（幅）は、当該開口部（第１開口部）の中心位置と当該開口部に隣接する他の開口部（第２開口部）の中心位置を結
んだ直線のうち、当該開口部（第１開口部）または他の開口部（第２開口部）の内部に含まれる最短の長さであるともいえる。

図５が示すチドリ形状のメッシュは、金属板のパンチング加工や、エッチング、レーザー加工、あるいはエキスパンドなどの加工方法が一般的に用いられる。円形の開口部は遮断をする電磁波２１１の偏波方向によらず均一に遮断できるため、設置上、扱いやすいという利点がある。ここで、図５のように遮光部が一様な線でない場合の線幅Ｗは、テラヘルツ波２０１に対する全体的な影響を考慮して平均的な線幅をＷと規定する。ここで、幅Ｗは、例えば、０°方向に隣接する開口部同士の間隔ｗ１と、９０°方向に隣接する開口部同士の間隔ｗ２（開口部の大きさＬ）との平均値である。そして、電磁シールド１０４の線の幅Ｗおよび線の厚さｔ１（不図示）についても、少なくとも、検出するテラヘルツ波２０１の波長以下の長さであるように設定されるとよい。

なお、電磁シールド１０４の形状は、図２（Ａ）〜図５に示すものに限らず、その他の多角形や楕円、長円、さらには変形形状など、遮断をする電磁波２１１の波長や偏波方向、および部材の加工しやすさなどを考慮して適宜、選択可能である。また、電磁シールド１０４の作製方法は金属線の織り込みに限らず、導電材料含有繊維の織り込みや接合、導電性板からのエッチングやレーザー加工、エキスパンドなど、必要な寸法を鑑みた扱いやすさやコストから任意に決定できる。さらには、テラヘルツ波２０１に対して透過率の高い石英基板やポリエチレン基板上に導電性膜をパターニングするなどの作製方法も選択できる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、テラヘルツ波の受信装置を用いたが、実施形態２では、テラヘルツ波の発振装置（半導体装置）を用いる。図７Ａおよび図７Ｂは、本実施形態における発振装置（テラヘルツ光源）の概略構成図である。

図７Ａは、発振装置１１０の構成を説明する図であり、発振装置１１０を側面から見た図である。図７Ｂは、テラヘルツ波を発振する素子基板１１１周辺の構成を説明する図であり、図７Ａの発振するテラヘルツ波２０２に対して正面から見た図である。

発振装置１１０は、テラヘルツ波２０２を発振する複数の素子１６１をマトリクス状（２次元）に形成した素子基板１１１と、素子１６１を制御する回路基板１１２を有する。これらの構成要素は筐体１１３に収められており、筐体１１３は、これらを所定の位置に保持するとともに、不要な電磁波２１１を外部に漏らさないように遮断する機能を持つ。

そして、素子基板１１１のテラヘルツ波２０２を発振する面１１５の前方に、電磁シールド１０４が配置されている。

素子１６１としては、共鳴トンネルダイオードやエサキダイオード、ガンダイオードなどの能動素子（負性抵抗素子）と共振構造（アンテナ）を含む発振素子が使用できる。素子１６１の構成はこれに限らず、公知のテラヘルツ波発振素子（半導体素子）が使用可能である。

回路基板１１２には、テラヘルツ波２０２を素子１６１から発振、制御するための駆動回路が形成されており、素子基板１１１の各々の素子１６１と電気的に接続されている（不図示）。つまり、回路基板１１２における駆動回路は、素子基板１１１のそれぞれの素子１６１を駆動することによって、テラヘルツ波２０２を素子１６１から発振させている。回路基板１１２は、フィルタ回路、スイッチ回路、電源回路などを含み、例えばＣＭＯＳ回路技術などの汎用半導体回路技術が適用できる。

このような構成の発振装置１１０では、実施形態１で説明した検出装置１００と同様に、素子１６１の高速駆動や高速処理により、素子１６１を配置した素子基板１１１や回路基板１１２などから不要な電磁波２１１が発生する。

電磁シールド１０４は、素子基板１１１のテラヘルツ波２０２を発振する面１１５の前方に配置されており、実施形態１と同様に、必要なテラヘルツ波２０２を透過して、不要な電磁波２１１を遮断する。

なお、電磁シールド１０４における構成は実施形態１において示した図２Ａおよび図２Ｂと同様である。そして、電磁シールド１０４における線の幅Ｗ１，Ｗ２の条件や、開口部の大きさＬ１，Ｌ２の条件、線の厚さｔ１の条件は、実施形態１における「テラヘルツ波２０１」を「テラヘルツ波２０２」に読み替えたものと同様である。

これにより、本実施形態では、テラヘルツ波２０２の発振を阻害することなく、不要な電磁波２１１の遮断をすることができる。

［実施例１］
実施形態１の具体的な実施例である実施例１に係る検出装置１００について、図１Ａ〜図２Ｂを参照して説明する。

ここで、検出装置１００である電波カメラには、熱放射によって被写体が発生する電磁波（電波と光）のうち、所望の電波を選択して検出するパッシブ型と、被写体に所望の電波を照射し、反射した電波を検出するアクティブ型がある。熱放射によって被写体が発生する電波は非常に微弱なため、多くのパッシブ型電波カメラはミキサなどの高周波回路を利用して電波の選択とシステムの低雑音化を実現している。テラヘルツ波帯で駆動する高周波回路技術は開発途上であることから、必要なＳＮ比を確保するため、アクティブ型のテラヘルツ波カメラが検討される場合が多い。なお、本実施例のテラヘルツ波カメラは、テラヘルツ波を被検体に照射するアクティブ型のテラヘルツ波カメラである。

本実施例では、テラヘルツ波２０１は、不図示のテラヘルツ波照明から被検体３００に照射され、被検体３００からの反射波である。テラヘルツ波照明は、複数のテラヘルツ波光源をマトリクス状に並べた面光源を使用する。より詳細には、テラヘルツ波源は、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）と共振器であるパッチアンテナとを集積した素子であり、テラヘルツ波源の出力は、０．１ｍＷ弱である。本実施例では、テラヘルツ波照明は、テラヘルツ波源を２５素子で配置した面光源である。なお、テラヘルツ波源の配置数はこれに限らない。また、テラヘルツ波源の構成もこれに限らず、公知のテラヘルツ波光源が使用できる。

テラヘルツ波２０１を検出する素子１５１は、アンテナを集積したショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を使用する。アンテナはループアンテナであり、アンテナの共振周波数は、ＲＴＤから発生するテラヘルツ波２０１の周波数０．５ＴＨｚに調整されている。また、素子１５１は、テラヘルツ波２０１の信号を電気信号に変換する光電変換素子である。

素子基板１０１の表面には、１５０行×１５０列の計２２５００個の素子１５１がマトリクス状（２次元）に配置されている。素子基板１０１の大きさは、５５ｍｍ×５５ｍｍである。

回路基板１０２は、ライン読み出し回路が形成されており、ラインを選択するスイッチ
回路とシフトレジスタ回路、素子基板１０１の素子１５１の動作点を決定するバイアス回路、素子１５１の出力を電荷信号に変換する回路などで構成されている。これらの回路は、シリコンベースの半導体基板に形成されている。

回路基板１０２の出力は、不図示の増幅回路、フィルタ回路、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ、相関２重サンプリング）回路などに接続され、テラヘルツ波２０１に関する信号が調整される。なお、これらの回路は、回路基板１０２に含まれていてもよい。検出装置１００は、素子基板１０１（センサ部）の行を順次選択し、行に含まれる素子１５１の信号を取得することで、テラヘルツ波２０１に関する信号の強度分布を取得する。そして、検出装置１００は、素子基板１０１の行の選択位置を参照して、強度分布の信号を配置することで、テラヘルツ波２０１の強度分布像（テラヘルツ波像とも呼ぶ）を構築する。構築の際、検出装置１００は、テラヘルツ波像の平均化や不要な固定パターンの除去、γ補正などの画像調整といった画像処理を施してもよい。

また、本実施例では、モニタ１０６は、テラヘルツ波像を使用者に提示する。

電磁シールド１０４は、本実施例では、図２Ａに示す、細い金属線をほぼ同一間隔で縦横に織り込む金網状の電磁シールド１０４である。

また、素子１５１が検出するテラヘルツ波２０１の周波数０．５ＴＨｚ（波長λ＝０．６ｍｍ）に対し、電磁シールド１０４の線の幅Ｗ１，Ｗ２および厚さｔを０．１２ｍｍ（λ／５）として、開口部の大きさＬ１およびＬ２を６ｍｍとする。この構成により、後述にて詳細に説明するが、検出するテラヘルツ波２０１を減衰することなく、通信などで利用されるマイクロ波帯以下の電磁ノイズを遮断できる。

なお、電磁シールド１０４の線の幅Ｗ１，Ｗ２と開口部Ｌ１，Ｌ２の大きさは、この限りでなく、使用するテラヘルツ波２０１と遮断をする電磁波２１１の周波数やシールド効果に応じて適宜、設定できる。また、電磁シールド１０４の構成やメッシュの形態は、図２Ａに示す格子状に限らず、シールド効果と部材の扱いやすさを考慮してメッシュ形状および材料、製造方法を適宜、選択できる。

（テラヘルツ波および電磁波の動作について）
ここで本実施例におけるテラヘルツ波２０１および不要な電磁波２１１の動作について述べる。テラヘルツ波照明から被検体３００に照射され、被検体３００からの反射されたテラヘルツ波２０１は、電磁シールド１０４を通過した後、素子基板１０１に達する。このテラヘルツ波２０１は、波長λが０．６ｍｍであるのに対し、電磁シールド１０４の線の幅Ｗ１，Ｗ２および厚さｔは、０．１２ｍｍと十分に細く、また厚さも十分に薄い。このためテラヘルツ波２０１は、通過の際に減衰はほとんどしない。これは、入射される電磁波の経路に存在する物質が電磁波の波長より大きいと、散乱や反射を起こすが、逆に波長より小さい、もしくは細い場合、散乱や反射は起きにくく減衰は小さいためである。そして、素子基板１０１に達したテラヘルツ波２０１は、上述したように画像処理されテラヘルツ波像としてモニタ１０６に映し出される（表示される）。このとき、素子基板１０１に達したテラヘルツ波２０１は、ほとんど減衰していないため良好な像として表示される。

また、このとき同時に回路基板１０２や画像処理回路内の電子素子や配線には高周波の電流が流れたり、高周波の電圧が加わるため高周波の電磁波２１１が発生する。発生する電磁波２１１の周波数は、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの成分が大きく、１０ＧＨｚ以上の成分はほとんど発生しないことが知られている。この電磁波２１１は、発生した場所から様々な方向に進行する。一部は筐体１０３の裏面や側面に入射されるが、筐体１０３は導電材料
で作られているため、この電磁波２１１は、筐体１０３に入射した外部に漏れることなく反射や吸収されてしまう。

また、テラヘルツ波２０１と同様に、電磁波２１１は電磁シールド１０４に入射される。数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの電磁波２１１の波長は、３０ｍｍ以上であるのに対し、開口部の大きさＬ１およびＬ２は６ｍｍとλ／２より狭く、十分に狭い。このため、電磁波２１１は、透過することはできず、電磁シールド１０４により反射や吸収されてしまう。一般的に、電磁波の経路に存在するλ／２より狭い開口部には、電磁波は通過しにくいことが知られている。これは、開口部における一番低い共振周波数は、開口幅であるλ／２の周波数であり、これより低い周波数の電磁波は減衰してしまうからである。つまり、電磁波２１１は、カメラ外に出てしまうことはなく周辺にある電子機器に悪影響を与える、いわゆる電磁妨害（ＥＭＩ）を誘発するという問題は起きない。

また、万が一、電磁波２１１における数ＭＨｚ〜数ＧＨｚよりも高い周波数の一部が、カメラ外に出てしまっても、周辺にある電子機器は当該周波数の電磁波では誤動作することもなく、また通信にも使われない周波数なので問題にならない。検出装置１００は、このように検出や撮像に必要な電磁波（テラヘルツ波２０１）は透過して、不必要な電磁波２１１は漏洩が防止されるため、高画質鮮明な画像を得るテラヘルツ波カメラとして動作する。一般的に、不要な電磁波２１１は、カメラ側面や底面においては、例えば、金属板の筐体１０３によって漏洩を防ぐことも可能だが、被写体方向は金属板で遮蔽すると撮像が不可能になってしまう。これに対して、本実施例では、カメラの特性を落とすことなく不要な電磁波２１１の漏洩を防ぐことができる。

また、遮断をする電磁波２１１の周波数は、社会の通信機器や環境によって決めることができる。一般的に、漏洩の抑制を考慮すべき電磁波２１１の周波数は、国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）が定めるＣＩＳＰＲ２２規格によって、６ＧＨｚまでであると考えることが多い。現在使われている通信機器は、６ＧＨｚまでの電磁環境から影響を受けると考えられ、社会的にも当該影響の抑制を要求されているからである。従って、現在では、６ＧＨｚ以下の周波数の電磁波２１１が遮断されると、他の機器への影響を抑制することができる。

なお、本実施例では、テラヘルツ波２０１の周波数０．５ＴＨｚ（波長λ＝０．６ｍｍ）の場合の例を示したが、テラヘルツ波２０１がとり得る周波数の中で低い周波数は３００ＧＨｚ（波長λ＝１ｍｍ）である。よって、電磁シールド１０４の幅Ｗ１，Ｗ２は１ｍｍ以下にするとよい。電磁シールド１０４の厚さｔ１についても幅と同じ理由から１ｍｍ以下にするとよい。

また、上述のように、現在の社会環境において漏洩により問題となる不必要な電磁波２１１は６ＧＨｚ以下とされている。そのため、６ＧＨｚ（波長５０．０ｍｍ）以下の不必要な電磁波２１１を減衰させるには、電磁シールド１０４の開口部の大きさＬ１，Ｌ２は、２５．０ｍｍ以下（２５ｍｍ以下）にするとよい。さらに、近年、高周波機器の発達により漏洩により問題となる電磁波の周波数は、６ＧＨｚよりも上がることも予想される。国際電気通信連合（ＩＴＵ）の勧告「ＩＴＵ−ＲＰ．３７２−８」においても１００ＧＨｚまでの電磁波を考慮している。また、１００ＧＨｚ以上の周波数の電磁波は、空気中での減衰が大きく問題にならない。そう鑑みると、１００ＧＨｚ（波長３ｍｍ）以下の不必要な電磁波２１１を減衰させるために、電磁シールド１０４の開口部Ｌ１，Ｌ２の大きさは１．５ｍｍ以下にするとよい。これによれば、漏洩の問題が想定されている全ての周波数においての不要な妨害電磁波の影響を抑えることができ、他の通信機器に悪影響のないカメラ（半導体装置）を提供することができる。

［実施例２］
実施形態１の具体的な実施例である実施例２の検出装置１００（テラヘルツ波カメラ）について、概略構成図である図６Ａを用いて説明する。なお、実施例１と共通する部分の説明は省略する。

図６Ａが示すように、テラヘルツ波２０１を検出する素子１５１を有する素子基板１０１と電磁シールド１０４の間にレンズ１０７が配されている。つまり、素子基板１０１のテラヘルツ波２０１を検出する面１０５の前方に、レンズ１０７が配されている。

被検体３００から入射されるテラヘルツ波２０１は、レンズ１０７によって集光され、素子基板１０１に形成された複数の素子１５１に結像する。つまり、レンズ１０７によって、テラヘルツ波２０１の光路を制御する。これによって、検出装置１００は、実施例１よりも鮮明なテラヘルツ波画像を得ることができる。

レンズ１０７の部材には、テラヘルツ波２０１を透過するものが適用できる。より詳細には、レンズ１０７の部材には、高密度ポリエチレン（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｏｌｙｔｈｙｌｅｎｅ、ＨＤＰＥ）、テフロン（登録商標；ＰｏｌｙＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ）、高抵抗シリコンなどが適用できる。

また、本実施例では、素子１５１が検出するテラヘルツ波２０１の周波数を、２．０ＴＨｚ（波長λ＝０．１５ｍｍ）に設定する。また、電磁シールド１０４の線の幅Ｗ１，Ｗ２および厚さｔを０．０５ｍｍ（λ／３）、開口部の大きさＬ１およびＬ２を０．１５ｍｍとする。つまり、電磁シールド１０４の開口部Ｌ１，Ｌ２の大きさは、１００ＧＨｚ（波長３ｍｍ）以下の不必要な電磁波２１１を減衰させることのできる１．５ｍｍ以下であるため、今後の通信に利用されることが期待される電磁波に対しても十分な遮断が可能である。

［実施例３］
実施形態１の具体的な実施例である実施例３の検出装置１００（テラヘルツ波カメラ）について、概略構成図である図６Ｂを用いて説明する。なお、実施例２と共通する部分の説明は省略する。

実施例２では、電磁シールド１０４と素子基板１０１との間にレンズ１０７が配されていたが、実施例３では、素子基板１０１とレンズ１０７の間に電磁シールド１０４が配される。このような構成にすることで、実施例２よりも検出装置１００をコンパクトにする（小さな構成にする）ことができる。

［実施例４］
実施形態２の具体的な実施例である実施例４を、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。なお、実施形態２において説明している部分の説明は省略する。

素子１６１は、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）と共振器であるパッチアンテナとを集積した素子（半導体素子）であり、素子１６１の出力は、０．１ｍＷ弱である。実施例４では、発振周波数を０．３７５ＴＨｚ（波長λ＝０．８ｍｍ）に設定した素子１６１を、１０行×１０列の１００素子をマトリクス状に配置する。なお、素子１６１の配置数は、これに限らない。また、素子１６１の構成もこれに限らず、公知のテラヘルツ波発振素子が使用可能である。

回路基板１１２には、テラヘルツ波２０２を素子１６１から発振、制御するための駆動回路が形成されており、素子基板１１１の各々の素子１６１と電気的に接続されている（
不図示）。回路基板１１２には、フィルタ回路、スイッチ回路、電源回路などを含み、例えばＣＭＯＳ回路技術などの汎用半導体回路技術が適用できる。

このような構成の発振装置１１０では、実施例１〜３で説明した検出装置１００と同様に、素子１６１の高速駆動や高速処理により、素子１６１を配置した素子基板１１１や回路基板１１２などから不要な電磁波２１１が発生する。

電磁シールド１０４は、素子基板１１１のテラヘルツ波２０２を発振する面１１５の前方に配置されており、実施例１〜３と同様に、必要なテラヘルツ波２０２を透過して、不要な電磁波２１１を遮断する。また、実施例１〜３と同様に電磁シールド１０４の線の幅Ｗ１，Ｗ２は、発振するテラヘルツ波２０２の波長λ以下であり、好ましくは波長λの１／２以下、さらに好ましくは波長λの１／５以下となるように構成する。

また、電磁シールド１０４の開口部の大きさＬ１，Ｌ２は、素子１６１が発振するテラヘルツ波２０２の波長λ以上であり、遮断をする電磁波２１１の波長の１／２以下、好ましくは１／５以下、さらには１／１０以下がより好ましい。

具体的には、実施例４においては、線の幅Ｗ１，Ｗ２および厚さｔ１は０．２ｍｍ、開口部の大きさＬ１，Ｌ２は０．９ｍｍに設定する。

なお、発振装置１１０には、実施例２および実施例３に示すようなレンズ１０７を配置することもできる。つまり、素子基板１１１のテラヘルツ波２０２を発振する面１１５の前方に、レンズ１０７が配されていてもよい。

この構成により、発振するテラヘルツ波２０２が減衰することなく、不要な電磁波２１１を効果的に遮断することができる。

なお、上述した実施形態１，２および実施例１〜４では、検出または発振する電磁波をテラヘルツ波としたが、検出または発振する電磁波は任意の波長の電磁波であってもよく、例えば、テラヘルツ波よりも波長の短い電磁波であってもよい。また、同様に、漏洩を遮断する電磁波の波長も、任意の波長の電磁波であってもよい。

＜実施形態３＞
本発明の実施形態３による撮像システムについて、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。

上記実施形態１で述べた検出装置１００（撮像装置）は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、医療用カメラなどの各種の機器が挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置（光電変換装置）とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図８にはこれらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

撮像システム２０００は、図８に示すように、撮像装置１０００、撮像光学系２００２、ＣＰＵ２０１０、レンズ制御部２０１２、撮像装置制御部２０１４、画像処理部２０１６を備える。また、撮像システム２０００は、絞りシャッター制御部２０１８、表示部２０２０、操作スイッチ２０２２、記録媒体２０２４を備える。

撮像光学系２００２は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞
り２００４等を含む。絞り２００４は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッターとしての機能も備える。レンズ群及び絞り２００４は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能（ズーム機能）や焦点調節機能を実現する。撮像光学系２００２は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。

撮像光学系２００２の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置１０００が配置されている。撮像装置１０００は、実施形態１で説明した検出装置１００であり、ＣＭＯＳセンサ（画素部）とその周辺回路（周辺回路領域）とを含んで構成される。撮像装置１０００は、複数の光電変換部を有する画素が２次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、２次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置１０００は、撮像光学系２００２により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。

レンズ制御部２０１２は、撮像光学系２００２のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッター制御部２０１８は、絞り２００４の開口径を変化して（絞り値を可変として）撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。

ＣＰＵ２０１０は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。ＣＰＵ２０１０は、ＲＯＭ等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系２００２の焦点状態の検出（焦点検出）を含むＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。ＣＰＵ２０１０は、信号処理部でもある。

撮像装置制御部２０１４は、撮像装置１０００の動作を制御するとともに、撮像装置１０００から出力された信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ２０１０に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。Ａ／Ｄ変換機能は、撮像装置１０００が備えていてもかまわない。画像処理部２０１６は、Ａ／Ｄ変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成する処理装置であり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。表示部２０２０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ２０２２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体２０２４は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。

このようにして、実施形態１による検出装置１００を適用した撮像システム２０００を構成することにより、高性能の撮像システムを実現することができる。

＜実施形態４＞
本発明の実施形態４による撮像システム及び移動体について、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。

図９Ａは、車載カメラに関する撮像システム２１００の一例を示したものである。撮像
システム２１００は、撮像装置２１１０を有する。撮像装置２１１０は、上述の実施形態１に記載の検出装置１００である。撮像システム２１００は、撮像装置２１１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う処理装置である画像処理部２１１２を有する。撮像システム２１００は、撮像装置２１１０により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う処理装置である視差取得部２１１４を有する。また、撮像システム２１００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する処理装置である距離取得部２１１６を有する。撮像システム２１００は、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する処理装置である衝突判定部２１１８を有する。ここで、視差取得部２１１４や距離取得部２１１６は、対象物までの距離情報等の情報を取得する情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部２１１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。上述の処理装置は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールに基づいて演算を行う汎用のハードウェアによって実現されてもよい。また、処理装置はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよい。また、処理装置は、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム２１００は、車両情報取得装置２１２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム２１００は、衝突判定部２１１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ２１２５が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ２１２５は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム２１００は、衝突判定部２１１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置２１４０とも接続されている。例えば、衝突判定部２１１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ２１２５はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置２１４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム２１００で撮像する。図９Ｂに、車両前方（撮像範囲２１５０）を撮像する場合の撮像システム２１００を示した。車両情報取得装置２１２０は、撮像システム２１００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の実施形態１の検出装置１００を撮像装置２１１０として用いることにより、本実施形態の撮像システム２１００は、測距の精度をより向上させることができる。

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（輸送機器）に適用することができる。移動体（輸送機器）における移動装置はエンジン、モーター、車輪、プロペラなどの各種の駆動源である。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

（その他の実施例）
以上に説明した本発明の各実施形態や実施例に記載された構成や処理は、互いに任意に組み合わせて利用できる。

１００：検出装置、１０１：素子基板、１０４：電磁シールド、１５１：素子
２０１：テラヘルツ波、２１１：電磁波

Claims (13)

1. テラヘルツ波を検出または発振する複数の半導体素子を有する素子基板と、
   前記素子基板における前記テラヘルツ波を検出または発振する面の前方に配置されており、導電性材料から構成されたメッシュ状の電磁シールドと、
   を有し、
   前記電磁シールドの線の幅が、前記テラヘルツ波の波長以下である、
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記電磁シールドの開口部の幅は、前記テラヘルツ波の波長以上であり、かつ、ミリ波の波長の１／２以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電磁シールドの厚さは、前記テラヘルツ波の波長以下である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記複数の半導体素子のそれぞれから出力される信号の読み出し、または、前記複数の半導体素子の駆動を行う回路を備えた回路基板をさらに有し、
   前記素子基板は、前記複数の半導体素子が２次元に配置されており、
   前記回路基板と前記素子基板とが一体に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記素子基板における前記テラヘルツ波を検出または発振する面の前方に、前記テラヘルツ波の光路を制御するレンズが配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 所定の電磁波を検出または発振する複数の半導体素子を有する素子基板と、
   前記素子基板における前記所定の電磁波を検出または発振する面の前方に配置されており、導電性材料から構成されたメッシュ状の電磁シールドと、
   を有し、
   前記電磁シールドの線の幅が、１ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする半導体装置。
7. 前記所定の電磁波の波長は、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲の波長である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記電磁シールドの開口部の幅が、２５ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記電磁シールドの開口部の幅が、１．５ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記電磁シールドの厚さが、１ｍｍ以下である、
    ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
11. 所定の電磁波を検出または発振する複数の半導体素子を有する素子基板と、
    前記素子基板における前記所定の電磁波を検出または発振する面の前方に配置されており、導電性材料から構成されたメッシュ状の電磁シールドと、
    を有し、
    前記電磁シールドの線の幅が、前記所定の電磁波の波長以下である、
    ことを特徴とする半導体装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
    を有することを特徴とする撮像システム。
13. 移動体であって、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置と、
    移動装置と、
    前記半導体装置から出力される信号から情報を取得する処理装置と、
    前記情報に基づいて前記移動装置を制御する制御装置と、
    を有することを特徴とする移動体。
    

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