JP2022112309A - グラフェン光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】２つの波長の光を個別に検出するグラフェン光センサを提供する。【解決手段】グラフェン光センサは、基板に形成される第１ゲート電極及び第２ゲート電極と、前記第１ゲート電極及び前記第２ゲート電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の上に積層されるグラフェン層と、前記グラフェン層に接続される一対の電極と、前記一対の電極の間で前記グラフェン層の第１領域に積層される第１の周期構造体と、前記グラフェン層の第２領域に積層される第２の周期構造体と、を有し、前記第１の周期構造体と前記第２の周期構造体の繰り返し周期は異なる。【選択図】図１

Description

本開示は、グラフェン光センサに関する。

グラフェンは、炭素原子が２次元ハニカム状に配列された２次元材料であり、特徴的なエネルギーバンド構造を有する。グラフェンは、広い波長範囲の光に対して一定の吸収があるほか、テラヘルツ光の吸収も可能であり、可視光または赤外線の光センサやテラヘルツ光センサの材料として研究開発が進められている。

光吸収特性、低効率、ゼーベック係数などのグラフェンの物性は、グラフェンのキャリア密度に依存する。光センサの好適な物性を得るために、グラフェンのドーピングを制御するゲート電極が設けられることがある。ｐ型およびｎ型のグラフェンに動作電圧を印加するゲート電極を設け、差分電流を検出する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１８／１６３４９６号

光センサにおいて、複数の波長（または波長帯）の光を個別に検出する需要がある。固体赤外線センサでは、３～５μｍ帯の赤外線と８～１２μｍ帯の赤外線の透過・輻射特性が異なることから、２つの波長帯の赤外線を別々に検出し、検出結果を計算処理で合成して情報を得る場合がある。一般に物質は、その温度に応じた熱輻射により赤外線を放射している。単一波長の赤外線検出では、赤外線の強度が情報として得られるのみであり、遠方の高温物質と近くにある低温物質との区別がつかない。２つの波長帯の赤外線が個別に検出できると、温度に対応した輻射の波長依存性から、対象物質の温度と距離が推定可能になる。

本開示は、２つの波長の光を個別に検出するグラフェン光センサを提供することを課題とする。

本開示の一形態では、グラフェン光センサは、
基板に形成される第１ゲート電極、及び第２ゲート電極と、
前記第１ゲート電極及び前記第２ゲート電極を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に積層されるグラフェン層と、
前記グラフェン層に接続される一対の電極と、
前記一対の電極の間で、前記グラフェン層の第１領域に積層される第１の周期構造体と、前記グラフェン層の第２領域に積層される第２の周期構造体と、
を有し、前記第１の周期構造体と前記第２の周期構造体の繰り返し周期は異なる。

グラフェン光センサで２つの波長の光を個別に検出することができる。

実施形態のグラフェン光センサの平面模式図である。 図１のＩ－Ｉ'ラインに沿った断面模式図である。 プラズモンアンテナを説明する図である。 グラフェンの光吸収を説明する図である。 ゲート電圧の設定を説明する図である。 グラフェン光センサの動作を示すフローチャートである。 グラフェン光センサの別の構成例の断面模式図である。 グラフェン光センサのさらに別の構成例の断面模式図である。

実施形態では、２つの波長または波長帯の光を個別に検出するグラフェン光センサを提供する。グラフェンはその特殊なエネルギーバンド構造から、広い波長範囲の光を吸収する。グラフェン光センサで２波長の光を検出するには、波長選択のための構成が必要である。目的波長の光を選択的に検出するために、グラフェン層に異なる周期の周期構造体を積層し、異なる波長の光に感度を持たせる。異なる波長の検出領域に応じて、個別のゲート電極を設けて、キャリアのドーピングを制御する。

図１は、実施形態のグラフェン光センサ１００の平面模式図、図２は、図１のＩ－Ｉ'ラインに沿った断面模式図である。グラフェン光センサ１００の積層方向をＺ方向、Ｚ軸と直交する面内で互いに直交する２方向をＸ方向とＹ方向とする。図１と図２では、デバイス構造に加えて、電気的な接続関係を模式的に描いている。

グラフェン光センサ１００は、グラフェン層１５と、グラフェン層１５に接続される一対の電極１３及び１４と、電極１３と電極１４の間のグラフェン層１５の光入射面１５５の第１領域１５１に積層される第１プラズモンアンテナ１７と、グラフェン層１５の光入射面１５５の第２領域１５２に積層される第２プラズモンアンテナ１８とを有する。第１プラズモンアンテナ１７は所定の周期構造を有し、「第１の周期構造体」の一例である。第２プラズモンアンテナ１８は、第１プラズモンアンテナ１７と異なる周期構造を有し、「第２の周期構造体」の一例である。

グラフェン光センサ１００は、グラフェン層１５の光入射面１５５と反対側の面に、絶縁膜１６を介して設けられた第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２を有する。第１ゲート電極２１は第１領域１５１に対応する位置に設けられ、第２ゲート電極２２は第２領域１５２に対応する位置に設けられている。

第１ゲート電極２１に印加される第１ゲート電圧Ｖ_Gate1と、第２ゲート電極２２に印加される第２ゲート電圧Ｖ_Gate2は、制御回路１０１によって制御される。電極１３、１４間のバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳの印加タイミングも制御回路１０１によって制御される。

電極１３と電極１４の一方はソース電極として用いられ、他方はドレイン電極として用いられる。電極１３と１４の間にバイアス電圧Ｖ_BIASが印加されると、電極１３とグラフェン層１５の界面、及び電極１４とグラフェン層１５の界面で、エネルギーバンドに勾配が生じる。バイアス電圧Ｖ_BIASは、たとえば、０．１Ｖ～０．５Ｖである。この状態で、グラフェン層１５に光が入射すると、光の吸収により抵抗値に変化し、電極１３と１４の間に流れる光電流が変化する。光電流の変化は、光の入射量と相関する。光電流の変化を電流計１０２（図中、「Ａ」の記号で表示されている）で読み取ることで、入射光の光量が得られる。

第１プラズモンアンテナ１７と第２プラズモンアンテナ１８は、グラフェン層１５の光入射面１５５に金属等の導体で形成された周期的なパターンである。第１プラズモンアンテナ１７と第２プラズモンアンテナ１８のパターンの繰り返し周期は、目的の波長帯に応じて設定されている。第１の周期構造体である第１プラズモンアンテナ１７と、第２の周期構造体である第２プラズモンアンテナ１８は、それぞれ異なる波長の光に共鳴するプラズモンアンテナである。

図３は、プラズモンアンテナを説明する図である。たとえば、金属パターン１７１で形成された周期構造に特定の波長の光が入射すると、プラズモン共鳴が誘起される。表面プラズモン（単に「プラズモン」と呼ぶことがある）とは、入射光により引き起こされる電子の集団的な振動である。隣接する２つの金属パターン１７１の間隔Ｇは、目的の波長以下に設定されている。波長以下の微小な間隙を透過するエヴァネセント波は、表面プラズモンによって増強される。換言すると、周期的な金属パターン１７１のエッジ１７２の近傍で光電界が増大する。

図１及び図２へ戻って、第１領域１５１と第２領域１５２で、それぞれ異なる周期の第１プラズモンアンテナ１７と第２プラズモンアンテナ１８がグラフェン層１５の上に設けられているので、プラズモン共鳴波長が異なる。これにより、グラフェン層１５の第１領域１５１と第２領域１５２で、異なる波長の光を吸収することができる。

第１領域１５１と第２領域１５２に対応する位置に、第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２が設けられている。第１ゲート電極２１及び第２ゲート電極２２から、グラフェン層１５の第１領域１５１と第２領域１５２に、それぞれ個別に適切なゲート電圧が個別に印加される。適切なゲート電圧とは、第１領域１５１と第２領域１５２のうち、センシング対象の領域でプラズモン共鳴波長の光吸収が生じる条件が満たされ、他方の領域でプラズモン共鳴波長の光吸収が生じない条件が満たされるゲート電圧である。

図４は、グラフェンの光吸収を説明する図である。単層のグラフェンでは、価電子帯の上端と伝導帯の下端が一致するか、または重複するエネルギーバンド構造をもつ。単層グラフェンの場合は、図４のように先端が一致する逆向きの円錐で表される。このエネルギーバンド構造は、ディラックコーンと呼ばれ、円錐の先端で接する点はディラック点と呼ばれる。

グラフェンの光吸収は、主としてグラフェンにおける電子のバンド間遷移にともなって生じる。グラフェンのバンド間遷移に伴う光吸収が生じる波長は、グラフェンのフェルミ準位Ｅ_Ｆに応じて異なる。グラフェンに入射する光子のエネルギーｈωがフェルミ準位Ｅ_Ｆの２倍の大きさを超えるときに（ｈω＞２|Ｅ_Ｆ|）、光はグラフェンに吸収される。グラフェン中の電子が正孔よりも支配的になってフェルミ準位Ｅ_Ｆが伝導帯にシフトし、入射光のエネルギーｈωがフェルミ準位Ｅ_Ｆの２倍の大きさに満たない場合（ｈω＜２|Ｅ_Ｆ|）、パウリの排他律にしたがって光吸収は起きない。

フェルミ準位は、グラフェン中のキャリア、すなわち電子または正孔の量で変化するので、第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２に印加されるゲート電圧を個別に制御することで、着目する波長で光吸収が起き、他方の波長で光吸収が起きない条件を作り出すことができる。

図５は、ゲート電圧の設定を説明する図である。第１ゲート電極２１から絶縁膜１６を介してグラフェン層１５にゲート電圧を印加する場合を考える。まず、理想的な条件である、ゲート電圧の印加なしでフェルミ準位Ｅ_Ｆがゼロ、すなわちディラック点にある条件を考える。

ゲート電圧Ｖ_Gateにより、グラフェン層１５の界面、及び第１ゲート電極２１の界面に電荷Ｑが蓄積される。電荷Ｑは、

と表される。ここで、Ｃはゲート容量、εは絶縁膜１６の誘電率、Ａは第１ゲート電極２１の面積、ｄは絶縁膜１６の厚さである。グラフェン層１５に誘起されるキャリア密度（面積密度）をｎとすると、
Ｑ＝ｅｎＡ
となる。ここで、ｅは素電荷である。キャリア密度ｎは、式（１）で表される。

また、グラフェン層１５の状態密度Ｄ（Ｅ）は、以下のとおりである。

フェルミ準位Ｅ_Ｆにおけるキャリア密度は、式（２）で表される。

式（１）と式（２）が等しいことから、式（３）が得られる。

ゲート電圧Ｖ_Gateの極性とフェルミ準位Ｅ_Ｆの符号の関係は、
Ｖ_Gate＞０でグラフェン層１５に電子が誘起され、Ｅ_Ｆ＞０
Ｖ_Gate＜０でグラフェン層１５に正孔が誘起され、Ｅ_Ｆ＜０
となる。式（３）は、理想的な場合のゲート電圧Ｖ_Gateとフェルミ準位Ｅ_Ｆの関係を表す。現実には、ゲート電圧の印加なしでフェルミ準位Ｅ_Ｆはゼロでないことが多い。グラフェン層１５に不純物や付着物の影響により電荷がドープされていることが一般的だからである。この場合、フェルミ準位Ｅ_Ｆ＝０を与えるゲート電圧をＶ_Diracとして、式（３）は式（４）のように修正される。

検出波長を選択するゲート電圧は、式（４）に基づいて設定できる。フェルミ準位Ｅ_Ｆをゼロにする電圧Ｖ_Diracは、グラフェン層１５の抵抗が最大となる電圧、すなわち光入射のない状態でドレイン電流が最小になる電圧として、実験的に求めることができる。

図１及び図２で、たとえば、第１領域１５１で波長λ１の光を吸収させ、第２領域１５２で波長λ２の光を吸収しない条件を設定する。第１領域１５１で、フェルミ準位Ｅ_Ｆをディラック点の近傍に設定する等して、ｈω＞２|Ｅ_Ｆ|を満たすように、第１ゲート電極２１に印加される第１ゲート電圧Ｖ_Gate1を設定する。同時に、第２領域１５２を高ドープ状態にして、ｈω＜２|Ｅ_Ｆ|を満たすように第２ゲート電極２２に印加される第２ゲート電圧Ｖ_Gate2を設定する。

第２領域１５２は、第２ゲート電圧Ｖ_Gate2の印加によるドーピングで低抵抗になり、短絡して応答しない。高抵抗の第１領域では、第１プラズモンアンテナ１７に共鳴するλ１の光が吸収され、キャリアが生成される。これによって第１領域１５１の抵抗値が変化し、フォトコンダクタとして動作する。

逆に、第２領域１５２で波長λ２の光を吸収させ、第１領域１５１で波長λ１の光を吸収させないときは、第２領域１５２で、フェルミ準位Ｅ_Ｆをディラック点の近傍に設定するなどして、ｈω＞２|Ｅ_Ｆ|を満たし、第１領域１５１を高ドープ状態にして、ｈω＜２|Ｅ_Ｆ|の条件を満たす。これらの条件が満たされるようように、第１ゲート電極２１に印加する第１ゲート電圧Ｖ_Gate1と、第２ゲート電極２２に印加する第２ゲート電圧Ｖ_Gate2を設定する。第２領域１５２では、キャリアのドーピングにより低抵抗になり短絡するため、光電流の変化は検出されない。高抵抗の第２領域では、、第２プラズモンアンテナ１８に共鳴するλ２の光が吸収され、キャリアが生成される。これによって第２領域１５２の抵抗値が変化しフォトコンダクタとして動作する。

図１及び図２の構成により、広い波長範囲で光を吸収するグラフェンを用いつつ、異なる波長を検知することができる。グラフェン光センサ１００は、固体の赤外線センサと比較して各段に速い移動度を有する。また、素子サイズも小さく、作製が容易である。高速動作する超小型の２波長赤外線センサが実現される。

グラフェン光センサ１００は、すでに確立している半導体プロセスで作製可能である。絶縁性の基板１１の表面に、第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２を所定のパターンで形成する。基板１１は、後述するように、アンドープの半絶縁性の半導体基板の表面に酸化膜が形成されている基板であってもよい。第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２は、一例として、グラフェンを転写、エッチングして形成される。第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２は、それぞれ個別に引き出される端子によってゲート電圧源１０３とゲート電圧源１０４に接続される。

ゲート電圧源１０３は、第１領域１５１でグラフェン層１５における光吸収が阻害される電位を印加できる出力容量を有する。ゲート電圧源１０４は、第２領域１５２でグラフェン層１５における光吸収が阻害される電位を印加できる出力容量を有する。

第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２を含む基板１１の全面に絶縁膜１６を形成する。第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２を覆う部分の絶縁膜１６は、ゲート絶縁膜となる。絶縁膜１６は、たとえば、厚さ２０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の膜で形成される。

絶縁膜１６上の所定の位置に、グラフェン層１５を形成する。グラフェン層１５は、機械的剥離法、転写法などで絶縁膜１６の上に配置されてもよい。あるいは、絶縁膜１６上に触媒金属をスパッタリングで堆積し、ＣＶＤ法により直接、絶縁膜１６にグラフェンを成長してもよい。グラフェン層１５は、単層グラフェンであってもよいし、２層以上のグラフェンを含んでいてもよい。グラフェン層１５を設けた後に、絶縁膜１６とグラフェンの密着性を高めるために、１５０～２００℃の温度でアニールしてもよい。

グラフェン層１５上に、電極１３及び１４と、第１プラズモンアンテナ１７及び第２プラズモンアンテナ１８を形成する。電極１３及び１４と、第１プラズモンアンテナ１７及び第２プラズモンアンテナ１８の形成の順序は問わない。電極１３及び１４は、Ａｕ、Ｔｉ、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）等の良導体、またはこれらの組み合わせで形成される。電極１３と電極１４はバイアス電圧源１０５に接続される。

第１プラズモンアンテナと第２プラズモンアンテナ１８は、電極１３及び１４と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。第１プラズモンアンテナ１７は、たとえば、９５０ｎｍ×２４０ｎｍの長方形の金属薄膜が、長軸方向に６０ｎｍの間隔で、短軸方向に９６０ｎｍの間隔で第１領域１５１に配列されている。第２プラズモンアンテナ１８では、２３５０ｎｍ×４８０ｎｍの長方形の金属薄膜が、長軸方向に５０ｎｍの間隔で、短軸方向に１９２０ｎｍの間隔で第２領域１５２に配置されている。こうして作製されたグラフェン光センサ１００の全体を、透明な保護層で被覆してもよい。

図６は、グラフェン光センサ１０の動作のフローチャートである。グラフェン光センサ１００の動作が開始されると、制御回路１０１は、第１ゲート電圧Ｖ_Gate1を、第１領域１５１での光吸収が許容される電圧に設定し、かつ、第２ゲート電圧Ｖ_Gate2を、第２領域１５２で光吸収が阻害される電圧に設定する（Ｓ１１）。

たとえば、第１ゲート電圧Ｖ_Gate1をｈω＞２|Ｅ_Ｆ1|を満たす電圧に設定し、かつ、第２ゲート電圧Ｖ_Gate2をｈω＜２|Ｅ_Ｆ2|を満たす電圧に設定する。ここで、Ｅ_Ｆ1は第１領域１５１のグラフェンのフェルミ準位であり、Ｅ_Ｆ2は第２領域１５２のグラフェンのフェルミ準位である。その後、所定のタイミングで電極１３と１４の間にバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを印加して、λ１の光を検出する（Ｓ１２）。

次に、制御回路１０１は、第２ゲート電圧Ｖ_Gate2を、第２領域１５２で光吸収が許容される電圧に設定し、かつ、第１ゲート電圧Ｖ_Gate1を、第１領域１５１で光吸収が阻害される電圧に設定する（Ｓ１３）。たとえば、第２ゲート電圧Ｖ_Gate2をｈω＜２|Ｅ_Ｆ2|を満たす電圧に設定し、かつ、第１ゲート電圧Ｖ_Gate1をｈω＞２|Ｅ_Ｆ1|を満たす電圧に設定する。その後、所定のタイミングで電極１３と１４の間にバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを印加して、λ２の光を検出する（Ｓ１４）。

グラフェン光センサ１００の動作終了か否かが判断され（Ｓ１５）、動作が終了するまで（Ｓ１５でＹｅｓ）、ステップＳ１１～Ｓ１５を繰り返す。図６の動作フローにより、簡単な制御で２波長の赤外線を個別に検知することができる。

図７は、別の構成のグラフェン光センサ１００Ａの断面模式図である。グラフェン光センサ１００Ａは、基板１１Ａ上に絶縁層１９が積層され、絶縁層１９の上に第１ゲート電極２１と第２ゲート電極２２が積層されている。基板１１Ａは、アンドープのシリコン等の半絶縁性の基板である。絶縁層１９は、あらかじめ基板１１Ａに形成されている熱酸化膜（ＳｉＯ_２）でもよいし、基板１１Ａ上にスパッタリング等で成膜された層であってもよい。絶縁性の樹脂膜を用いてもよい。絶縁層１９と第１ゲート電極２１及び第２ゲート電極２２の全面を覆ってゲート絶縁膜として用いられる絶縁膜１６が設けられる。絶縁膜１６の上にグラフェン層１５が積層されている。

一対の電極１３と１４の間で、グラフェン層１５の光入射面１５５の第１領域１５１に第１の周期構造で第１プラズモンアンテナ１７が積層され、第２領域１５２に第２の周期構造で第２プラズモンアンテナ１８が配置される構成は、図１及び図２と同じである。図６の構成でも、第１ゲート電極２１に印加されるゲート電圧Ｖ_Gate1と、第２ゲート電極２２に印加されるゲート電圧Ｖ_Gate2を個別に制御することで、異なる２波長を検出することができる。

図８は、さらに別の構成のグラフェン光センサ１００Ｂの断面模式図である。グラフェン光センサ１００Ｂでは、基板１１Ｂの内部の所定の領域に、第１ゲート電極２１Ｂと第２ゲート電極２２Ｂが形成されている。基板１１Ｂは、アンドープのシリコン等の半絶縁性の基板である。第１ゲート電極２１Ｂと第２ゲート電極２２Ｂは、基板１１Ｂの所定の領域に高濃度の不純物を添加して形成されており、不純物が注入された領域のみが、バックゲートとなる。基板１１Ｂの裏面から、第１ゲート電圧Ｖ_Gate1と第２ゲート電圧Ｖ_Gate2が、それぞれ個別に第１ゲート電極２１Ｂと第２ゲート電極２２Ｂに印加される。

基板１１Ｂの表面には、絶縁膜１６が積層されている。第１ゲート電極２１Ｂと第２ゲート電極２２Ｂを覆う部分の絶縁膜１６は、ゲート絶縁膜となる。絶縁膜１６の上にグラフェン層１５が積層されている。一対の電極１３と１４の間で、グラフェン層１５の光入射面１５５の第１領域１５１に第１プラズモンアンテナ１７が設けられ、第２領域１５２に第２プラズモンアンテナ１８が設けられている。第１領域１５１は、基板１１Ｂの第１ゲート電極２１Ｂが形成されている領域に対応する。第２領域１５２は、基板１１Ｂの第２ゲート電極２２Ｂが形成されている領域に対応する。

図８の構成でも、第１ゲート電極２１Ｂに印加される第１ゲート電圧Ｖ_Gate1と、第２ゲート電極２２Ｂに印加される第２ゲート電圧Ｖ_Gate2を個別に制御することで、異なる２波長を検出することができる。

以上、特定の例に基づいて本開示を説明してきたが、本開示は、上述した例に限定されない。絶縁膜１６は、酸化アルミニウムに限定されず、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ボロンナイトライド（ＢＮ）の膜であってもよい。第１プラズモンアンテナ１７と第２プラズモンアンテナ１８は、長方形の金属膜の配列に限定されず、隣接パターンとの間隔が所望の波長以下に設定されるならば、六角形、八角形等の多角形や円形パターンであってもよい。グラフェン光センサ１００（または１００Ａまたは１００Ｂ）を一次元または二次元方向に配列して、グラフェン光センサアレイを形成してもよい。

１１、１１Ａ、１１Ｂ 基板
１３ 電極
１４ 電極
１５ グラフェン層
１５１ 第１領域
１５２ 第２領域
１５５ 光入射面
１６ 絶縁膜
１７ 第１プラズモンアンテナ（第１の周期構造体）
１８ 第２プラズモンアンテナ（第２の周期構造体）
１９ 絶縁層
２１、２１Ｂ 第１ゲート電極
２２、２２Ｂ 第２ゲート電極
１００、１００Ａ、１００Ｂ グラフェン光センサ
１０１ 制御回路
Ｖ_Gate1 第１ゲート電圧
Ｖ_Gate2 第２ゲート電圧

Claims (8)

1. 基板に設けられる第１ゲート電極、及び第２ゲート電極と、
   前記第１ゲート電極及び前記第２ゲート電極を覆う絶縁膜と、
   前記絶縁膜の上に積層されるグラフェン層と、
   前記グラフェン層に接続される一対の電極と、
   前記一対の電極の間で、前記グラフェン層の第１領域に積層される第１の周期構造体と、前記グラフェン層の第２領域に積層される第２の周期構造体と、
   を有し、前記第１の周期構造体と前記第２の周期構造体の繰り返し周期は異なる、
   グラフェン光センサ。
2. 前記第１の周期構造体は第１波長の光に共鳴する第１プラズモンアンテナであり、前記第２の周期構造体は前記第１波長と異なる第２波長の光に共鳴する第２プラズモンアンテナである、
   請求項１に記載のグラフェン光センサ。
3. 前記前記第１波長の光を検出するときに、前記第１ゲート電極に前記第１領域での光吸収を阻害しない第１ゲート電圧が印加され、かつ、前記第２ゲート電極に前記第２領域での光吸収が阻害される第２ゲート電圧が印加される、
   請求項２に記載のグラフェン光センサ。
4. 前記前記第２波長の光を検出するときに、前記第２ゲート電極に前記第２領域での光吸収を阻害しない第２ゲート電圧が印加され、かつ、前記第１ゲート電極に前記第１領域での光吸収が阻害される第１ゲート電圧が印加される、
   請求項２に記載のグラフェン光センサ。
5. 前記第１ゲート電極は第１のゲート電圧源に接続され、前記第１のゲート電圧源は前記第１領域で光吸収が阻害される電圧を出力可能である、
   請求項１～４のいずれか１項に記載のグラフェン光センサ。
6. 前記第２ゲート電極は第２のゲート電圧源に接続され、前記第２のゲート電圧源は前記第２領域で光吸収が阻害される電圧を出力可能である、
   請求項１～４のいずれか１項に記載のグラフェン光センサ。
7. 前記基板は半導体基板であり、
   前記第１ゲート電極と前記第２ゲート電極は、前記基板の上に積層された絶縁層の上に積層されている、
   請求項１～６のいずれか１項に記載のグラフェン光センサ。
8. 前記基板はアンドープの基板であり、
   前記第２ゲート電極と前記第２ゲート電極は、前記基板に形成された高濃度の不純物添加領域である、
   請求項１～６のいずれか１項に記載のグラフェン光センサ。

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