JP2021117104A - Optical sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光センサ装置に関するものである。 The present invention relates to an optical sensor device.
グラフェンはバンドギャップがゼロの材料として、可視光域から赤外線及びテラヘルツ光を検出する光センサへの応用が期待されている。グラフェン内では光吸収によりエネルギーを得た電子は他の電子との間で分配を行い熱運動化する一方、原子格子との間のエネルギー授受には時間がかかるため、格子温度より電子温度が高いホットエレクトロン状態が生じる。電子温度が異なる領域を設定することで電子の拡散に起因する起電力をゼーベック効果として得られる。また、グラフェン層と並行に配置した電極（バックゲート：ＢＧ）に電位を印加することで、グラフェン内のフェルミ準位の変更が可能であり、これにより入射光による電子励起の効率を制御することができる。 Graphene is expected to be applied to an optical sensor that detects infrared rays and terahertz light from the visible light region as a material with a zero bandgap. In graphene, the electrons that gain energy by light absorption are distributed with other electrons and become thermally kinetic, but the electron temperature is higher than the lattice temperature because it takes time to transfer energy to and from the atomic lattice. A hot electron state occurs. By setting regions where the electron temperature is different, the electromotive force caused by the diffusion of electrons can be obtained as the Seebeck effect. Further, by applying an electric potential to an electrode (back gate: BG) arranged in parallel with the graphene layer, it is possible to change the Fermi level in the graphene, thereby controlling the efficiency of electronic excitation by incident light. Can be done.
しかしながら、グラフェンを用いた光センサでは、生じる起電力が極めて小さいため、実用化の観点からは、起電力の大きいものが求められている。 However, since the electromotive force generated by an optical sensor using graphene is extremely small, a sensor having a large electromotive force is required from the viewpoint of practical use.
本実施の形態の一観点によれば、第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された第１のグラフェン層及び第２のグラフェン層と、前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層とを接続する接続電極と、前記第１のグラフェン層に接続された第１の電極と、前記第２のグラフェン層に接続された第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、を有し、前記第１のバックゲート電極は前記第１のグラフェン層の直下に設けられており、前記第２のバックゲート電極は前記第２のグラフェン層の直下に設けられており、前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, the first back gate electrode and the second back gate electrode, and the insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode. , A connection electrode connecting the first graphene layer and the second graphene layer formed on the insulating film, the first graphene layer and the second graphene layer, and the first graphene layer. It has a first electrode connected to, a second electrode connected to the second graphene layer, and a voltage multiplying circuit connected to the first electrode and the second electrode. The first backgate electrode is provided directly below the first graphene layer, the second backgate electrode is provided directly below the second graphene layer, and the first back is provided. When a voltage is alternately applied to the gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is amplified in the voltage multiplying circuit. It is characterized by.
開示の光センサ装置によれば、光センサにおいて生じた起電力を大きくすることができる。 According to the disclosed optical sensor device, the electromotive force generated in the optical sensor can be increased.
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The embodiment for carrying out will be described below. The same members and the like are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
〔第１の実施の形態〕
最初に、グラフェンを用いた光センサについて説明する。グラフェンを光センサとして用いる場合には、グラフェンに接続されている複数の電極間で、ゼーベック係数の非対称性を作り出すことが一般に行われる。図１及び図２に基づき、グラフェンを用いた２種類の光センサについて説明する。
[First Embodiment]
First, an optical sensor using graphene will be described. When graphene is used as an optical sensor, it is common practice to create Seebeck coefficient asymmetry between a plurality of electrodes connected to graphene. Two types of optical sensors using graphene will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図１に示される構造の光センサは、仕事関数の異なる２つの金属を電極に用いた構造のものである。具体的には、Ｓｉ基板１１の上に、ＳｉＯ２により絶縁膜１２が形成されており、絶縁膜１２の上にはグラフェン層１３が形成されており、グラフェン層１３の上の両側には、第１の電極１４と第２の電極１５が形成されている。第１の電極１４と第２の電極１５は、異なる金属材料により形成されており、仕事関数が異なっている。例えば、第１の電極１４はＡｕ（金）により形成されており、第２の電極１５はＮｉ（ニッケル）により形成されている。グラフェン層１３に光を照射すると、グラフェン層１３において、ホットエレクトロンが生成されるが、第１の電極１４と第２の電極１５とが異なる仕事関数の材料により形成されているため、第１の電極１４と第２の電極１５との間で起電力が発生する。しかしながら、このように発生する起電力は、一般的なフォトダイオード等と比較すると極めて小さい。
The optical sensor having the structure shown in FIG. 1 has a structure in which two metals having different work functions are used for the electrodes. Specifically, the insulating film 12 is formed by SiO 2 on the
図２に示される構造の光センサは、バックゲート電極を設けた構造のものである。具体的には、Ｓｉ基板１１の上にＳｉＯ２により第１の絶縁膜２２が形成されており、第１の絶縁膜２２の上には、図示右側にバックゲート電極２６が形成されており、更に、バックゲート電極２６を覆うように、ＳｉＯ２により第２の絶縁膜２３が形成されている。第２の絶縁膜２３の上にはグラフェン層１３が形成されており、グラフェン層１３の上の両側には、第１の電極２４と第２の電極２５が形成されている。第１の電極２４と第２の電極２５は、同じ金属材料により形成されている。バックゲート電極２６は、第２の電極２５が設けられている側の領域に形成されている。バックゲート電極２６には電圧を印加することが可能であり、バックゲート電極２６に電圧を印加することにより、グラフェン層１３のフェルミレベルを変化させることができる。グラフェン層１３に光を照射すると、グラフェン層１３において、ホットエレクトロンが生成され、バックゲート電極２６に電圧を印加することにより、第１の電極２４と第２の電極２５との間に起電力が発生する。しかしながら、このように発生する起電力も、一般的なフォトダイオード等と比較すると極めて小さい。
The optical sensor having the structure shown in FIG. 2 has a structure provided with a back gate electrode. Specifically, the first insulating film 22 is formed by SiO 2 on the
このため、グラフェンを用いた光センサを実用化するためには、光センサにおいて生じた小さな起電力を効率よく、増幅することが求められる。 Therefore, in order to put an optical sensor using graphene into practical use, it is required to efficiently amplify a small electromotive force generated in the optical sensor.
ところで、光センサにおいて生じた小さな起電力を増幅する方法としては、光センサと差動増幅回路とを組み合わせた光センサ装置が考えられるが、差動増幅回路は、回路規模が大きく、消費電力も大きい。このため、グラフェンを用いた光センサを２次元アレイ状に配置した場合、これに対応して画素の大きさまで差動増幅回路の大きさを小さくすることが求められるが、このような要求を満たすことは容易ではない。 By the way, as a method of amplifying a small electromotive force generated in an optical sensor, an optical sensor device combining an optical sensor and a differential amplifier circuit can be considered, but the differential amplifier circuit has a large circuit scale and consumes a large amount of power. big. Therefore, when the optical sensors using graphene are arranged in a two-dimensional array, it is required to reduce the size of the differential amplifier circuit to the size of the pixels correspondingly. However, such a requirement is satisfied. It's not easy.
また、消費電力の小さい昇圧回路としては、コンデンサとスイッチを組み合わせたチャージポンプ回路が知られている。しかしながら、図１や図２に示される構造のグラフェンを用いた光センサとチャージポンプ回路とを組み合わせた場合、グラフェンを用いた光センサの出力は直流であることから、スイッチの働きをするトランジスタ等を設ける必要がある。このため、回路が大きくなり、消費電力も大きくなるため好ましくない。 Further, as a booster circuit having low power consumption, a charge pump circuit in which a capacitor and a switch are combined is known. However, when the optical sensor using graphene having the structure shown in FIGS. 1 and 2 and the charge pump circuit are combined, the output of the optical sensor using graphene is direct current, so that a transistor or the like acting as a switch or the like. It is necessary to provide. Therefore, the circuit becomes large and the power consumption also becomes large, which is not preferable.
（光センサ装置）
次に、本実施の形態における光センサ装置について説明する。本実施の形態における光センサ装置は、図３に示されるように、光センサ１１０、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０、バックゲート電極駆動回路１６０とを有している。尚、本実施の形態における光センサは、テラヘルツ光から、可視光及び紫外光を含む波長領域の光を検出することができる。
(Optical sensor device)
Next, the optical sensor device according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the optical sensor device according to the present embodiment includes an
光センサ１１０は、第１の領域１１０Ａと第２の領域１１０Ｂとを有している。光センサ１１０は、基板１１１の上に、第１の絶縁膜１１２が形成されており、第１の絶縁膜１１２の上には、第１の領域１１０Ａに第１のバックゲート電極１１３が形成されており、第２の領域１１０Ｂに第２のバックゲート電極１２３が形成されている。第１のバックゲート電極１１３及び第２のバックゲート電極１２３の上には、これらを覆う第２の絶縁膜１１４が形成されている。第２の絶縁膜１１４の上には、第１の領域１１０Ａに第１のグラフェン層１１５が形成されており、第２の領域１１０Ｂに、第２のグラフェン層１２５が形成されている。
The
第１のグラフェン層１１５と第２のグラフェン層１２５は、中央部分に設けられた接続電極１１６により、直列に接続されている。また、第１のグラフェン層１１５の上の図示左側には、第１の電極１１７が形成されており、第２のグラフェン層１２５の上の図示右側には、第２の電極１２７が形成されている。光センサ１１０の第１の電極１１７及び第２の電極１２７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に接続されている。
The
基板１１１は、Ｓｉ等により形成されており、第１の絶縁膜１１２及び第２の絶縁膜１１４は、ＳｉＯ２等により形成されている。第１のバックゲート電極１１３及び第２のバックゲート電極１２３は、Ａｕ等により形成されており、第２の絶縁膜１１４の膜厚は、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である。接続電極１１６と、第１の電極１１７及び第２の電極１２７とは、仕事関数の異なる金属材料により形成されており、接続電極１１６は、Ａｕ等により形成されており、第１の電極１１７及び第２の電極１２７は、Ｎｉ等により形成されている。第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition：化学気相成長）等の成膜方法や転写により形成した後、所望の形状にパターンニングして形成する。尚、第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５には、同じ不純物元素がドープされており、同じ導電型となっている。
The
本実施の形態における光センサ１１０では、第１のバックゲート電極１１３は、接続電極１１６と第１の電極１１７との間の直下に設けられており、第２のバックゲート電極１２３は、接続電極１１６と第２の電極１２７との間の直下に設けられている。
In the
第１のグラフェン層１１５は、第１のバックゲート電極１１３に電圧が印加されると、接続電極１１６と第１の電極１１７との間の光起電力が大きくなり、電圧が印加されないと、接続電極１１６と第１の電極１１７との間で光起電力が生じないように調整されている。第２のグラフェン層１２５は、第２のバックゲート電極１２３に電圧が印加されると、接続電極１１６と第２の電極１２７との間の光起電力が大きくなり、電圧が印加されないと、接続電極１１６と第２の電極１２７との間で光起電力が生じないように調整されている。
The
次に、図４に基づき、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０について説明する。図４に示されるコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０は、２段型コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路であり、４つのダイオードと４つのコンデンサとを有している。具体的には、第１のダイオード１３１、第２のダイオード１３２、第３のダイオード１３３、第４のダイオード１３４、第１のコンデンサ１４１、第２のコンデンサ１４２、第３のコンデンサ１４３、第４のコンデンサ１４４を有している。
Next, the Cockcroft-Wolt
コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０では、第１のダイオード１３１のカソードと第２のダイオード１３２のアノードとが接続されており、第２のダイオード１３２のカソードと第３のダイオード１３３のアノードとが接続されている。また、第３のダイオード１３３のカソードと第４のダイオード１３４のアノードとが接続されており、第４のダイオード１３４のカソードは一方の出力端子１５１と接続されている。尚、他方の出力端子１５２は、接地電位に接続されている。
In the Cockcroft-Wolt
また、第１のダイオード１３１のアノードと第２のダイオード１３２のカソードとの間には第２のコンデンサ１４２が設けられている。第２のダイオード１３２のアノードと第３のダイオード１３３のカソードとの間には第３のコンデンサ１４３が設けられている。第３のダイオード１３３のアノードと第４のダイオード１３４のカソードとの間には第４のコンデンサ１４４が設けられている。
Further, a
コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３は、第１のコンデンサ１４１の一方の電極と接続されており、他方の入力端子１５４は、第１のダイオード１３１のアノード及び第２のコンデンサ１４２の一方の電極と接続されている。尚、第１のコンデンサ１４１の他方の電極は、第１のダイオード１３１のカソード、第２のダイオード１３２のアノード、第３のコンデンサ１４３の一方の電極と接続されている。
One input terminal 153 of the Cockcroft-Walt
本実施の形態においては、光センサ１１０の第１の電極１１７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３と接続されており、内部の第１のコンデンサ１４１の一方の電極と接続される。また、光センサ１１０の第２の電極１２７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の他方の入力端子１５４と接続されており、内部の第１のダイオード１３１のアノード及び第２のコンデンサ１４２の一方の電極と接続される。
In the present embodiment, the
バックゲート電極駆動回路１６０は、第１のバックゲート電極１１３と、第２のバックゲート電極１２３とに交互に電圧を印加する。印加する電圧は、例えば、１０Ｖであり、周波数が１ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下の交流電圧である。周波数は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に用いられているダイオードのスイッチグ速度よりも遅くする必要がある。また、本実施の形態における光センサ装置をイメージセンサに用いる場合には、イメージセンサのフレームレートよりも十分に早くする必要がある。このため、周波数は上記の範囲が好ましい。
The back gate
（光センサ装置の光検出方法）
次に、本実施の形態における光センサ装置の光検出方法について、図５に基づき説明する。本実施の形態における光センサ装置において、光検出をする際には、バックゲート電極駆動回路１６０を用いて、第１のバックゲート電極１１３と、第２のバックゲート電極１２３とに交互に、逆位相の電圧を印加する。
(Light detection method of optical sensor device)
Next, the light detection method of the optical sensor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the optical sensor device of the present embodiment, when performing photodetection, the back gate
具体的には、光センサ１１０の第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５に光が照射されている状態で、第１のバックゲート電極１１３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、第１のグラフェン層１１５に光起電力が生じる。第２のグラフェン層１２５は、第２のバックゲート電極１２３には電圧が印加されていないため、単なる導体として機能する。よって、第１のグラフェン層１１５において発生した光起電力は、第１の電極１１７と、第２の電極１２７との間において生じた光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。
Specifically, when light is applied to the
また、光センサ１１０の第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５に光が照射されている状態で、第２のバックゲート電極１２３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、第２のグラフェン層１２５に光起電力が生じる。第１のグラフェン層１１５は、第１のバックゲート電極１１３には電圧が印加されていないため、単なる導体として機能する。よって、第２のグラフェン層１２５において発生した光起電力は、第２の電極１２７と、第１の電極１１７との間において生じた光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。
Further, when a voltage of, for example, about 10 V is applied to the second
従って、光センサ１１０の第１の電極１１７と第２の電極１２７との間では、第１のバックゲート電極１１３に電圧を印加することにより生じる光起電力と、第２のバックゲート電極１２３に電圧を印加することにより生じる光起電力とは、逆極性となる。
Therefore, between the
よって、第１のバックゲート電極１１３及び第２のバックゲート電極１２３に交互に電圧を印加することにより生じた逆極性の光起電力を、図４に示されるコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３及び他方の入力端子１５４に入力する。これにより、入力された光起電力は、４倍に増幅され、一方の出力端子１５１と他方の出力端子１５２の間より出力される。
Therefore, the photovoltaic power of the opposite polarity generated by alternately applying the voltage to the first
従って、本実施の形態における光センサ装置では、光センサ１１０の光起電力を４倍に増幅することができるため、グラフェンを用いた光センサの実用化が可能となる。また、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０は、複数のダイオードとコンデンサを用いた簡単な回路であるため、小型化が容易である。
Therefore, in the optical sensor device of the present embodiment, the photovoltaic power of the
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における光センサ装置は、図６に示されるように、光センサ２１０、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０、バックゲート電極駆動回路１６０とを有している。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the optical sensor device according to the present embodiment includes an
光センサ２１０は、図示左側の第１の領域２１０Ａと、図示右側の第２の領域２１０Ｂとを有している。光センサ２１０は、基板１１１の上に、第１の絶縁膜１１２が形成されており、第１の絶縁膜１１２の上の第１の領域２１０Ａには、第１のバックゲート電極２１３が形成されており、第２の領域２１０Ｂには第２のバックゲート電極２２３が形成されている。第１のバックゲート電極２１３及び第２のバックゲート電極２２３の上には、これらを覆う第２の絶縁膜２１４が形成されており、第２の絶縁膜２１４の上には、グラフェン層２１５が形成されている。尚、グラフェン層２１５には、ｎ型またはｐ型となる不純物元素がドープされている。
The
グラフェン層２１５の上の図示左側には、第１の電極２１７が形成されており、図示右側には、第２の電極２２７が形成されている。光センサ２１０の第１の電極２１７及び第２の電極２２７は、図４に示すコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に接続されている。
A
第１のバックゲート電極２１３及び第２のバックゲート電極２２３は、同じ材料により形成されており、例えば、Ａｕ等により形成されている。また、第２の絶縁膜２１４の膜厚は、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である。グラフェン層２１５は、ＣＶＤ等の成膜方法や転写により形成した後、所望の形状にパターンニングして形成する。
The first
第１のバックゲート電極２１３は、光センサ２１０の中央よりも第１の電極２１７の側の第１の領域２１０Ａに設けられており、第２のバックゲート電極１２３は、光センサ２１０の中央よりも第２の電極２２７の側の第２の領域２１０Ｂに設けられている。
The first
グラフェン層２１５は、第１のバックゲート電極２１３や、第２のバックゲート電極２２３に電圧が印加されると、印加された部分の光起電力が大きくなるが、電圧が印加されないと、印加されない部分では光起電力が生じないように調整されている。
When a voltage is applied to the first
本実施の形態においては、光センサ２１０の第１の電極２１７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３と接続されており、内部の第１のコンデンサ１４１の一方の電極と接続される。また、光センサ２１０の第２の電極２２７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の他方の入力端子１５４と接続されており、内部の第１のダイオード１３１のアノード及び第２のコンデンサ１４２の一方の電極と接続される。
In this embodiment, the
（光センサ装置の光検出方法）
次に、本実施の形態における光センサ装置の光検出方法について、図７に基づき説明する。本実施の形態における光センサ装置において、光検出をする際には、バックゲート電極駆動回路１６０を用いて、第１のバックゲート電極２１３と、第２のバックゲート電極２２３に交互に、逆位相の電圧を印加する。
(Light detection method of optical sensor device)
Next, the light detection method of the optical sensor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 7. In the optical sensor device of the present embodiment, when performing photodetection, the back gate
具体的には、光センサ２１０のグラフェン層２１５に光が照射されている状態で、第１のバックゲート電極２１３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、グラフェン層２１５の第１の領域２１０Ａにおいて光起電力が生じる。第２のバックゲート電極２２３には電圧が印加されていないため、グラフェン層２１５の第２の領域２１０Ｂ等は、単なる導体として機能する。よって、グラフェン層２１５の第１の領域２１０Ａにおいて発生した光起電力は、第１の電極２１７と、グラフェン層２１５を介して接続される第２の電極２２７との間の光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。
Specifically, when the
また、光センサ２１０のグラフェン層２１５に光が照射されている状態で、第２のバックゲート電極２２３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、グラフェン層２１５の第２の領域２１０Ｂにおいて光起電力が生じる。第１のバックゲート電極２１３には電圧が印加されていないため、グラフェン層２１５の第１の領域２１０Ａ等は、単なる導体として機能する。よって、グラフェン層２１５の第２の領域２１０Ｂにおいて発生した光起電力は、第２の電極２２７と、グラフェン層２１５を介して接続される第１の電極２１７との間の光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。
Further, when a voltage of, for example, about 10 V is applied to the second
従って、光センサ２１０の第１の電極２１７と第２の電極２２７との間では、第１のバックゲート電極２１３に電圧を印加することにより生じる光起電力と、第２のバックゲート電極２２３に電圧を印加することにより生じる光起電力とは、逆極性となる。
Therefore, between the
よって、第１のバックゲート電極２１３及び第２のバックゲート電極２２３に交互に電圧を印加することにより生じた逆極性の光起電力を、図４に示されるコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３及び他方の入力端子１５４に入力する。これにより、入力された光起電力は、４倍に増幅され、一方の出力端子１５１と他方の出力端子１５２の間より出力される。
Therefore, the photovoltaic power of the opposite polarity generated by alternately applying the voltage to the first
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as those in the first embodiment.
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the embodiments are not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された第１のグラフェン層及び第２のグラフェン層と、
前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層とを接続する接続電極と、
前記第１のグラフェン層に接続された第１の電極と、
前記第２のグラフェン層に接続された第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は前記第１のグラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は前記第２のグラフェン層の直下に設けられており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。
（付記２）
前記接続電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極とは、異なる仕事関数の金属により形成されていることを特徴とする付記１に記載の光センサ装置。
（付記３）
前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層には、同じ不純物元素がドープされていることを特徴とする付記１または２に記載の光センサ装置。
（付記４）
前記光は、前記接続電極と前記第１の電極との間の前記第１のグラフェン層、及び、前記接続電極と前記第２の電極との間の前記第２のグラフェン層に照射されることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記５）
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路をさらに有することを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記６）
第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成されたグラフェン層と、
前記グラフェン層の一方の側の第１の領域に接続されている第１の電極と、
前記グラフェン層の他方の側の第２の領域に接続されている第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は、前記第１の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は、前記第２の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。
（付記７）
前記光は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記グラフェン層に照射されることを特徴とする付記６に記載の光センサ装置。
（付記８）
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路をさらに有することを特徴とする付記６または７に記載の光センサ装置。
（付記９）
前記電圧増倍回路は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路であることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記１０）
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極には、逆位相の電圧を印加することを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記１１）
前記第１のバックゲート電極と及び前記第２のバックゲート電極に接続されており、
前記第１のバックゲート電極と、前記第２のバックゲート電極とに、交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路を有することを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記１２）
バックゲート電極駆動回路は、周波数が１ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下の交流電圧を発生させることを特徴とする付記１１に記載の光センサ装置。
（付記１３）
前記絶縁膜の膜厚は、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光センサ装置。
Regarding the above explanation, the following additional notes will be further disclosed.
(Appendix 1)
With the first back gate electrode and the second back gate electrode,
An insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode,
A first graphene layer and a second graphene layer formed on the insulating film,
A connection electrode connecting the first graphene layer and the second graphene layer,
With the first electrode connected to the first graphene layer,
With the second electrode connected to the second graphene layer,
A voltage multiplying circuit connected to the first electrode and the second electrode,
Have,
The first backgate electrode is provided directly below the first graphene layer.
The second backgate electrode is provided directly below the second graphene layer.
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage. An optical sensor device characterized by amplifying in a circuit.
(Appendix 2)
The optical sensor device according to Appendix 1, wherein the connection electrode, the first electrode, and the second electrode are made of metals having different work functions.
(Appendix 3)
The optical sensor device according to Appendix 1 or 2, wherein the first graphene layer and the second graphene layer are doped with the same impurity element.
(Appendix 4)
The light is applied to the first graphene layer between the connecting electrode and the first electrode, and the second graphene layer between the connecting electrode and the second electrode. The optical sensor device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the optical sensor device is characterized.
(Appendix 5)
The optical sensor device according to any one of Supplementary note 1 to 4, further comprising a back gate electrode drive circuit for alternately applying a voltage to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
(Appendix 6)
With the first back gate electrode and the second back gate electrode,
An insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode,
The graphene layer formed on the insulating film and
With the first electrode connected to the first region on one side of the graphene layer,
With a second electrode connected to the second region on the other side of the graphene layer,
A voltage multiplying circuit connected to the first electrode and the second electrode,
Have,
The first backgate electrode is provided directly below the graphene layer in the first region.
The second backgate electrode is provided directly below the graphene layer in the second region.
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage. An optical sensor device characterized by amplifying in a circuit.
(Appendix 7)
The optical sensor device according to Appendix 6, wherein the light irradiates the graphene layer between the first electrode and the second electrode.
(Appendix 8)
The optical sensor device according to Appendix 6 or 7, further comprising a back gate electrode drive circuit for alternately applying a voltage to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
(Appendix 9)
The optical sensor device according to any one of Supplementary note 1 to 8, wherein the voltage multiplying circuit is a Cockcroft-Wolt voltage multiplying circuit.
(Appendix 10)
The optical sensor device according to any one of Supplementary Provisions 1 to 9, wherein voltages having opposite phases are applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
(Appendix 11)
It is connected to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
The optical sensor device according to any one of Supplementary note 1 to 10, further comprising a back gate electrode drive circuit for alternately applying a voltage to the first back gate electrode and the second back gate electrode. ..
(Appendix 12)
The optical sensor device according to
(Appendix 13)
The optical sensor device according to any one of Supplementary note 1 to 12, wherein the insulating film has a film thickness of 5 nm or more and 20 nm or less.
１１０ 光センサ
１１０Ａ 第１の領域
１１０Ｂ 第２の領域
１１１ 基板
１１２ 第１の絶縁膜
１１３ 第１のバックゲート電極
１１４ 第２の絶縁膜
１１５ 第１のグラフェン層
１１６ 接続電極
１１７ 第１の電極
１２３ 第２のバックゲート電極
１２５ 第２のグラフェン層
１２７ 第２の電極
１３０ コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路
１３１ 第１のダイオード
１３２ 第２のダイオード
１３３ 第３のダイオード
１３４ 第４のダイオード
１４１ 第１のコンデンサ
１４２ 第２のコンデンサ
１４３ 第３のコンデンサ
１４４ 第４のコンデンサ
１５１ 一方の出力端子
１５２ 他方の出力端子
１５３ 一方の入力端子
１５４ 他方の入力端子
１６０ バックゲート電極駆動回路
110
Claims (9)
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された第１のグラフェン層及び第２のグラフェン層と、
前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層とを接続する接続電極と、
前記第１のグラフェン層に接続された第１の電極と、
前記第２のグラフェン層に接続された第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は前記第１のグラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は前記第２のグラフェン層の直下に設けられており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。 With the first back gate electrode and the second back gate electrode,
An insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode,
A first graphene layer and a second graphene layer formed on the insulating film,
A connection electrode connecting the first graphene layer and the second graphene layer,
With the first electrode connected to the first graphene layer,
With the second electrode connected to the second graphene layer,
A voltage multiplying circuit connected to the first electrode and the second electrode,
Have,
The first backgate electrode is provided directly below the first graphene layer.
The second backgate electrode is provided directly below the second graphene layer.
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage. An optical sensor device characterized by amplifying in a circuit.
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成されたグラフェン層と、
前記グラフェン層の一方の側の第１の領域に接続されている第１の電極と、
前記グラフェン層の他方の側の第２の領域に接続されている第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は、前記第１の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は、前記第２の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。 With the first back gate electrode and the second back gate electrode,
An insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode,
The graphene layer formed on the insulating film and
With the first electrode connected to the first region on one side of the graphene layer,
With a second electrode connected to the second region on the other side of the graphene layer,
A voltage multiplying circuit connected to the first electrode and the second electrode,
Have,
The first backgate electrode is provided directly below the graphene layer in the first region.
The second backgate electrode is provided directly below the graphene layer in the second region.
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage. An optical sensor device characterized by amplifying in a circuit.
前記第１のバックゲート電極と、前記第２のバックゲート電極とに、交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光センサ装置。 It is connected to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
The optical sensor according to any one of claims 1 to 7, further comprising a back gate electrode drive circuit for alternately applying a voltage to the first back gate electrode and the second back gate electrode. Device.
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