JP2022173791A - 電磁波検出器および電磁波検出器集合体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い感度を有する電磁波検出器および電磁波検出器集合体を提供する。【解決手段】電磁波検出器１００は、第１光増感層２ａと、第１電極部４ａと、第１絶縁層３ａと、二次元材料層１と、第２電極部４ｂと、第２光増感層２ｂとを備えている。第１絶縁層３ａは、第１光増感層２ａ上に設けられている。二次元材料層１は、第１絶縁層３ａ上に設けられている。二次元材料層１は、第１光増感層２ａに電気的に接続されている。第１光増感層２ａは、二次元材料層１に接続されている。第２光増感層２ｂは、第１光増感層２ａと異なる波長域に吸収最大値を有している。第２光増感層２ｂは、第１光増感層２ａと異なる波長域において電圧変化を生じさせることが可能である。第１絶縁層３ａは、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間に配置されている。【選択図】図２

Description

本開示は、電磁波検出器および電磁波検出器集合体に関するものである。

次世代の電磁波検出器に用いられる電磁波検出層の材料として、二次元材料層の一例であるグラフェンが知られている。グラフェンは、極めて高い移動度を有している。グラフェンの吸収率は、２．３％と低い。このため、二次元材料層としてグラフェンが用いられた電磁波検出器における高感度化手法が提案されている。

特表２０１３－５０６３０３号公報（特許文献１）では、第１の群のフォトダイオード（第１光増感層）および第２の群のフォトダイオード（第２光増感層）を含んだ光検出器（電磁波検出器）が提案されている。第２の群のフォトダイオードは、第１の群のフォトダイオードの波長範囲と異なる第２の波長範囲の入射光子に応答する信号を出力するように構成されている。このため、光検出器は、第１の群のフォトダイオードの検出波長および第２の群のフォトダイオードの検出波長の各々を検出可能である。フォトダイオードに量子ドットが用いられている。

特表２０１３－５０６３０３号公報

しかしながら、電磁波検出器の感度を向上させることができず、電磁波検出器の感度が低い。

本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い感度を有する電磁波検出器および電磁波検出器集合体を提供することである。

本開示の電磁波検出器は、第１光増感層と、第１電極部と、第１絶縁層と、二次元材料層と、第２電極部と、第２光増感層とを備えている。第１電極部は、第１光増感層に電気的に接続されている。第１絶縁層は、第１光増感層上に設けられている。二次元材料層は、第１絶縁層上に設けられている。二次元材料層は、第１光増感層に電気的に接続されている。第２電極部は、二次元材料層に電気的に接続されている。第１光増感層は、二次元材料層に接続されている。第２光増感層は、第１光増感層と異なる波長域に吸収最大値を有している。第２光増感層は、第１光増感層と異なる波長域において電圧変化を生じさせることが可能である。第１絶縁層は、第１光増感層と二次元材料層との間に配置されている。

本開示の電磁波検出器によれば、電磁波検出器の感度を高くすることができる。

実施の形態１に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す上面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施の形態２に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態３に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態４に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態５に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態６に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態７に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態８に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態９に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１０に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１１に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１１の第１の変形例に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１１の第２の変形例に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１１の第３の変形例に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１１の第４の変形例に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１１の第５の変形例に係る電磁波検出器の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１２に係る電磁波検出器集合体の構成を概略的に示す模式図である。 実施の形態１２の変形例に係る電磁波検出器集合体の構成を概略的に示す模式図である。

以下、実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。

以下に説明される実施の形態において、図は模式的なものであり、機能または構造を概念的に説明するものである。また、以下に説明する実施の形態により本開示が限定されるものではない。特記する場合を除いて、電磁波検出器の基本構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号が付されたものは、上述のように同一またはこれに相当するものである。これは明細書の全文において共通する。

以下に説明される実施の形態では、図１を参照して、電磁波検出器１００について、可視光または赤外光を検出する場合の構成を用いて説明するが、本開示はこれらに限定されない。以下に説明される実施の形態の電磁波検出器１００は、可視光または赤外光に加えて、例えば、Ｘ線、紫外光、近赤外光、テラヘルツ（ＴＨｚ）波またはマイクロ波などの電波を検出する検出器としても有効である。なお、本開示において、これらの光および電波を総称して電磁波と記載する。

本開示では、グラフェンとしてｐ型グラフェンまたはｎ型グラフェンの用語が用いられる場合がある。以下の実施の形態では、真性状態のグラフェンよりも正孔が多いものがｐ型グラフェンと呼ばれる。また、真性状態のグラフェンよりも電子が多いものがｎ型グラフェンと呼ばれる。

本開示では、二次元材料層１の一例であるグラフェンに接触する部材の材料について、ｎ型またはｐ型の用語が用いられる場合がある。ｎ型材料は、例えば、電子供与性を有する材料を意味する。ｐ型材料は、例えば、電子求引性を有する材料を意味する。また、分子全体において電荷に偏りが見られ、電子が支配的となるものがｎ型材料と呼ばれる場合もある。分子全体において電荷に偏りが見られ、正孔が支配的となるものをｐ型と呼ばれる場合もある。ｎ型材料およびｐ型材料は、例えば、有機物および無機物のいずれか一方またはそれらの混合物であってもよい。

本開示では、トンネル電流が生じない層が絶縁層と呼ばれる。トンネル電流が生じ得る層がバッファ層と呼ばれる。

また、金属表面と光との相互作用である表面プラズモン共鳴現象等のプラズモン共鳴現象、可視光域および近赤外光域以外での金属表面にかかる共鳴という意味での擬似表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象、または、波長以下の寸法の構造により波長を操作するという意味でのメタマテリアルまたはプラズモニックメタマテリアルと呼ばれる現象については、特にこれらを名称により区別せず、現象が及ぼす効果の面からは同等の扱いとする。本開示では、これらの共鳴は、表面プラズモン共鳴、プラズモン共鳴、または単に共鳴と呼ばれる。

実施の形態１．
図１および図２を用いて、実施の形態１に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。

図１に示されるように、電磁波検出器１００は、二次元材料層１と、第１光増感層２ａと、第２光増感層２ｂと、第１絶縁層３ａと、第１電極部４ａと、第２電極部４ｂとを含んでいる。

図２に示されるように、二次元材料層１は、第１絶縁層３ａ上に設けられている。二次元材料層１は、第１光増感層２ａに電気的に接続されている。二次元材料層１は、第１光増感層２ａの天面から第１絶縁層３ａの天面に延在している。二次元材料層１は、第２電極部４ｂに電気的に接続されている。

より詳細には、二次元材料層１は、第１部分１ａ、第２部分１ｂ、第３部分１ｃおよび第４部分１ｄを含んでいる。第１部分１ａは、第１光増感層２ａに電気的に接続されている。第１部分１ａは、第１光増感層２ａ上に配置されている。望ましくは、第１部分１ａは、第１光増感層２ａとショットキー接合によって接合されている。

第２部分１ｂは、第１絶縁層３ａと第２電極部４ｂに挟み込まれている。第２部分１ｂは、第２電極部４ｂに電気的に接続されている。第２部分１ｂは、第１絶縁層３ａ上に配置されている。

第３部分１ｃは、第１部分１ａと第２部分１ｂとの間において第２光増感層２ｂに電気的に接続されている。第３部分１ｃは、第２光増感層２ｂ上に配置されている。望ましくは、第３部分１ｃは、第２光増感層２ｂとショットキー接合によって接合されている。なお、第３部分１ｃは、第１絶縁層３ａ上に配置されているが、二次元材料層１上に配置されていてもよい。この場合、第３部分１ｃは、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの各々とショットキー接合によって接合されていることが好ましい。

第４部分１ｄは、第１部分１ａと第２部分１ｂとの間において第３部分１ｃを除いた領域である。第４部分１ｄは、第１絶縁層３ａの天面表面上および第１絶縁層３ａの開口部の内周面上に配置されている。なお、開口部とは、第１光増感層２ａを露出させる領域である。第１絶縁層３ａは、第４部分１ｄと第１光増感層２ａとを隔てている。

二次元材料層１の第１部分１ａ、第２部分１ｂ、第３部分１ｃおよび第４部分１ｄの各々の厚みは、互いに等しくてもよい。二次元材料層１の天面には、第１部分１ａ、第２部分１ｂ、第３部分１ｃおよび第４部分１ｄに起因した凹凸が設けられていてもよい。第１部分１ａの底面と第１光増感層２ａの底面との間の距離は、第２部分１ｂ、第３部分１ｃ、第４部分１ｄの天面と第１光増感層２ａの底面との間の距離未満である。第３部分１ｃの底面と第２光増感層２ｂの底面との間の距離は、第３部分１ｃの天面と第１光増感層２ａの底面との間の距離未満である。

第１光増感層２ａは、二次元材料層１に電気的に接続されている。第１光増感層２ａは、電磁波検出器１００の検出対象である電磁波の波長域に吸収最大値を有している。

第２光増感層２ｂは、二次元材料層１に接続されている。本実施の形態において、第２光増感層２ｂは、二次元材料層１に電気的に接続されている。第２光増感層２ｂは、二次元材料層１の天面に設けられている。第２光増感層２ｂは、第１絶縁層３ａとで二次元材料層１を挟み込んでいる。

第２光増感層２ｂは、電磁波検出器１００の検出対象である電磁波の波長域に吸収最大値を有している。第２光増感層２ｂは、第１光増感層２ａと異なる波長域に吸収最大値を有している。第２光増感層２ｂは、第１光増感層２ａと異なる波長域において電圧変化を生じさせることが可能である。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００の検出対象である電磁波の波長域は、第１光増感層２ａの検出対象である電磁波の波長域と第２光増感層２ｂの検出対象である電磁波の波長域の和である。第２光増感層２ｂの検出対象である電磁波の波長域は、第１光増感層２ａの検出対象である電磁波の波長域と異なる波長を有していれば、重複する波長を有していてもよい。

第１絶縁層３ａは、第１光増感層２ａ上に設けられている。第１絶縁層３ａは、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間に配置されている。第１絶縁層３ａは、第１光増感層２ａと二次元材料層とに直接挟み込まれていてもよい。

第１電極部４ａは、第１光増感層２ａ上に設けられている。第１電極部４ａは、第１光増感層２ａに電気的に接続されている。第１電極部４ａは、二次元材料層１に直接接続されていてもよい。

第２電極部４ｂは、二次元材料層１上に設けられている。第２電極部４ｂは、二次元材料層１に電気的に接続されている。第２電極部４ｂは、第１絶縁層３ａとで二次元材料層１を挟み込んでいる。

図示されないが、上述された電磁波検出器１００が第１の電磁波検出器として配置され、第１の電磁波検出器と同じ構成を有する第２の電磁波検出器がさらに配置されてもよい。第１の電磁波検出器は、電磁波が照射される空間に配置される。第２の電磁波検出器は、電磁波が遮蔽された空間に配置される。第１の電磁波検出器の電流と第２の電磁波検出器の電流との差分が検出されることで電磁波が検出されてもよい。第１の電磁波検出器の電圧と第２の電磁波検出器の電圧との差分が検出されることで電磁波が検出されてもよい。

図示されないが、グラフェンが用いられた出力増幅回路が電磁波検出器１００と同一基板上に設けられてもよい。グラフェンが用いられた出力増幅回路では、シリコン系の半導体材料が用いられた出力増幅回路と比較して動作速度が向上する。このため、高い性能を有する電磁波検出器１００が実現され得る。また、読み出し回路等の周辺回路に二次元材料層１と同様にグラフェンが用いられることで、高速読み出しおよび製造プロセスの簡素化が可能となる。

第１電極部４ａ、二次元材料層１、第１光増感層２ａおよび第２電極部４ｂは、この順に電気的に接続されている。図示されないが、第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間には、電圧を測定するための電圧計が電気的に接続されていてもよい。電圧計は、電磁波照射によって生じた電圧の変化を検出するための回路である。また、第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間には、電流を測定するための電流計が電気的に接続されていてもよい。電圧計および電流計の少なくともいずれかが第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間に電気的に接続されていればよい。

次に、二次元材料層１、電極部、絶縁部、光増感層の構成について詳細に説明する。

〈二次元材料層１の構成〉
二次元材料層１の材料は、グラフェンである。二次元材料層１の材料は、単層のグラフェンであってもよい。この場合、単層のグラフェンが従来の半導体材料と比較して高いキャリア移動度を有することから、従来の半導体材料を用いた電磁波検出器１００と比較して光応答速度が向上する。

二次元材料層１の材料は、２層以上のグラフェンであってもよい。この場合、各層のグラフェンの六方格子の光子ベクトルの向きは、一致していてもよいし、一致していなくてもよい。二次元材料層１が２層以上のグラフェンである場合、グラフェンの層数によってバンドギャップの大きさが調整され得る。これにより、二次元材料層１に吸収される電磁波の波長を選択することができる。また、従来の電磁波検出器のように半導体材料の組成によってバンドギャップを調整する必要がなく、二次元材料層１の層の数を調整することでバンドギャップを調整できるため、電磁波検出器１００の製造工程が簡易化される。

二次元材料層１の層数の調整によってバンドギャップの大きさが調整されるため、典型的な波長選択法である光学フィルタを用いる必要がない。このため、光学部品の点数を低減することができる。これにより、光学フィルタを通過することによる入射光の損失も低減することができる。また、二次元材料層１において生じた光キャリアを信号として検出することも可能となることから、電磁波検出器１００の検出感度を向上させることができる。

二次元材料層１の材料は、ナノリボン状のグラフェン（グラフェンナノリボン）であってもよい。二次元材料層１の材料は、単体のグラフェンナノリボンであっても。二次元材料層１の材料は、積層された複数のグラフェンナノリボンであってもよいし、平面上に周期的に並べられた複数のグラフェンナノリボンであってもよい。複数のグラフェンナノリボンが平面上に周期的に並べられた場合、グラフェンにおいてプラズモン共鳴が発生するため、電磁波検出器１００の検出感度を向上させることができる。この構造は、グラフェンメタマテリアルと呼ばれることもあるが、現象としては同じである。二次元材料層１は、ノンドープのグラフェンであってもよいし、ｐ型またはｎ型の不純物がドープされたグラフェンであってもよい。

以下に説明する実施の形態では、二次元材料層１の材料として、グラフェンを例に説明を行っているが、二次元材料層１を構成する材料はグラフェンに限られない。たとえば、二次元材料層１の材料としては、遷移金属ダイカルコゲナイド（ＴＭＤ：Transition Metal Dichalcogenide）、黒リン（Black Phosphorus）、シリセン（シリコン原子による二次元ハニカム構造）、ゲルマネン（ゲルマニウム原子による二次元ハニカム構造）等の材料を適用することができる。遷移金属ダイカルコゲナイドとしては、たとえば、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ＷＳｅ_２等の遷移金属ダイカルコゲナイドが挙げられる。

これらの材料は、グラフェンと類似の構造を有しており、原子を二次元面内に単層で配列することが可能な材料である。したがって、これらの材料を二次元材料層１に適用した場合においても、二次元材料層１にグラフェンを適用した場合と同様の作用効果を得ることができる。

二次元材料層１上には、図示されない保護膜が設けられていてもよい。図示されない保護膜は、第１光増感層２ａ上において二次元材料層１、第１絶縁層３ａ、第２光増感層２ｂおよび第２電極部４ｂの周囲を覆うように設けられていてもよい。保護膜の材料は、任意の材料であってもよいが、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む絶縁層である。保護膜の材料は、酸化物または窒化物等の絶縁体である。保護膜の材料は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化ボロン（ＢＮ）（ボロンナイトライド）等である。

二次元材料層１が第２電極部４ｂに接触することによって、第２電極部４ｂから二次元材料層１に光キャリアがドープされる。例えば、二次元材料層１がグラフェンであり第２電極部４ｂが金（Ａｕ）である場合、光キャリアは正孔である。グラフェンの仕事関数と金（Ａｕ）の仕事関数との差によって、二次元材料層１の第２電極部４ｂに接している部分に正孔がドープされる。二次元材料層１に正孔がドープされた状態において、電磁波検出器１００が電子伝導状態で駆動すると、正孔の影響によって、チャネル内に流れる電子の移動度が低下する。このため、二次元材料層１と第２電極部４ｂとのコンタクト抵抗が増加する。特に、二次元材料層１の全ての領域が単層グラフェンによって形成されている場合、第２電極部４ｂから二次元材料層１に注入される光キャリアの量（ドープ量）が大きい。このため、電磁波検出器１００の電界効果の移動度の低下は、顕著である。したがって、二次元材料層１の全ての領域が単層グラフェンによって形成されている場合、電磁波検出器１００の性能は低下する。また、多層グラフェンに第１電極部４ａからドープされる光キャリアの量は、単層グラフェンに第１電極部４ａからドープされる光キャリアの量よりも小さい。このため、光キャリアがドープされやすい、二次元材料層１の第２電極部４ｂに接している部分が多層グラフェンから形成されてもよい。これにより、二次元材料層１と第２電極部４ｂとの間のコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。これにより、電磁波検出器１００の電界効果の移動度の低下を抑制することができるため、電磁波検出器１００の性能を向上させることができる。

また、第２電極部４ｂと接続される領域以外の二次元材料層１の領域に単層グラフェンが用いられてもよい。この場合、第２電極部４ｂとの接触領域以外においては単層グラフェン由来の高いキャリア移動度が得られる。この結果、上述したコンタクト抵抗の増加を抑制するとともに、高いキャリア移動度を維持することができ、電磁波検出器１００の性能を向上させることができる。

二次元材料層１は、乱層構造部分を含んでいてもよい。乱層構造部分は、複数のグラフェン層のそれぞれの格子が不整合な状態で複数のグラフェン層が積層された構造である。なお、二次元材料層１は、二次元材料層１の一部として乱層構造部分を含んでいてもよいし、二次元材料層１の全体が乱層構造部分からなっていてもよい。

〈第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの構成〉
望ましくは、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの少なくともいずれかは、半導体を含んでいる。また、望ましくは、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの少なくともいずれかは、バンドギャップを有する原子層材料を含んでいる。

本実施の形態において第１光増感層２ａの材料は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）等の半導体材料である。具体的には、第１光増感層２ａの材料は、例えば、不純物がドープされたシリコン基板等である。第１光増感層２ａの材料が半導体材料である場合、半導体材料が１０ｍΩ・ｃｍ以上の電気抵抗率を有するように半導体材料に不純物がドーピングされていることが望ましい。半導体材料が低濃度でドーピングされることによって、光照射時に半導体材料内において発生した光キャリアの寿命が長くなる。このため、光キャリアが二次元材料層１に注入される確率が向上する。よって、電磁波検出器１００の光感度を向上させることができる。

第１光増感層２ａの厚さおよび第２光増感層２ｂの厚さは、１０μｍ以下であることが望ましい。第１光増感層２ａの厚さおよび第２光増感層２ｂの厚さを薄くしてもよい。これにより、電磁波照射に伴って第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂにおいて生じかつ二次元材料層１に輸送される光キャリアの第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂにおける失活量が減少する。このため、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

第１光増感層２ａは、多層構造であってもよい。第１光増感層２ａは、ｐｎ接合フォトダイオード、ｐｉｎフォトダイオード、ショットキーフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等であってもよい。第１光増感層２ａは、フォトトランジスタであってもよい。

第１光増感層２ａの材料は上記に限られない。第１光増感層２ａの材料は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ＩＩＩ－Ｖ族またはＩＩ－Ｖ族半導体などの化合物半導体、水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、鉛セレン（ＰｂＳｅ）、鉛硫黄（ＰｂＳ）、カドミウム硫黄（ＣｄＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）またはヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）等の材料の単体または上記を組み合わせた材料であってもよい。第１光増感層２ａの材料は、量子井戸または量子ドットを含む基板、ＴｙｐｅＩＩ超格子などの材料の単体またはそれらを組み合わせた材料を用いてもよい。

第２光増感層２ｂの材料は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ＩＩＩ－Ｖ族またはＩＩ－Ｖ族半導体などの化合物半導体、水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、鉛セレン（ＰｂＳｅ）、鉛硫黄（ＰｂＳ）、カドミウム硫黄（ＣｄＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）またはヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）等の材料の単体または上記を組み合わせた材料であってもよい。第２光増感層２ｂの材料は、量子井戸または量子ドットを含む基板、ＴｙｐｅＩＩ超格子などの材料の単体またはそれらを組み合わせた材料を用いてもよい。

第２光増感層２ｂの材料は、量子ドットであってもよい。具体的には、第２光増感層２ｂの材料は、硫化モリブデン（ＭｏＳ２）量子ドット、硫化タングステン（ＷＳ２）量子ドット、リン化インジウム（ＩｎＰ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）のコア・シェル構造型量子ドット、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）コア型量子ドット、カーボン量子ドット、グラフェン量子ドット、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と硫化カドミウム（ＣｄＳ）コア・シェル構造型量子ドット、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）コア・シェル構造型量子ドット、硫化カドミウム（ＣｄＳ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）コア・シェル構造型量子ドット、ペロブスカイト（ＡＰｂＸ３ ［Ａ＝Ｃｓ、ＭＡ（メチルアンモニウム）、ＦＡ（ホルムアミジニウム）、Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ］）量子ドット、硫化鉛（ＰｂＳ）量子ドット、あるいは硫化鉛（ＰｂＳ）コア型量子ドットであってもよい。

第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかの材料としてケイ素（Ｓｉ）およびリン化ガリウム（ＧａＰ）が用いられた場合の電磁波検出器１００の検出波長の範囲は、次の通りである。すなわち、電磁波検出器１００の検出波長の範囲は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）の代表的な吸収波長域である０．２μｍ以上１．１μｍ以下の範囲と、リン化ガリウム（ＧａＰ）の代表的な吸収波長域である０．１μｍ以上０．６μｍ以下の範囲とが組み合わせられた、０．１μｍ以上１．１μｍ以下である。

第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかの材料としてゲルマニウムが用いられた場合の検出波長の範囲は０．８μｍ以上１．８μｍ以下である。第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかの材料としてヒ化インジウムガリウムが用いられた場合の検出波長の範囲は０．７μｍ以上２．５５μｍ以下である。第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかの材料としてヒ化インジウムが用いられた場合の検出波長の範囲は１μｍ以上３．１μｍ以下である。第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかの材料としてアンチモン化インジウムが用いられた場合の検出波長の範囲は１μｍ以上５．４μｍ以下である。第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかの材料として水銀カドミウムテルルが用いられた場合の検出波長の範囲は２μｍ以上１６μｍ以下である。

第２光増感層２ｂに量子ドットが用いられた場合における検出波長の範囲は、用いられる材料と量子ドットのサイズに依存する。例えば、第２光増感層２ｂに硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．３μｍである。第２光増感層２ｂに硫化タングステン（ＷＳ_２）量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．４μｍである。第２光増感層２ｂにリン化インジウム（ＩｎＰ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）のコア・シェル構造型量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．４μｍである。第２光増感層２ｂにテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）コア型量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．４μｍである。第２光増感層２ｂにカーボン量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．４μｍである。第２光増感層２ｂにグラフェン量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．４μｍである。第２光増感層２ｂにセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と硫化カドミウム（ＣｄＳ）コア・シェル構造型量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．６μｍである。第２光増感層２ｂにセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）コア・シェル構造型量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．６μｍである。第２光増感層２ｂに硫化カドミウム（ＣｄＳ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）コア・シェル構造型量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．６μｍである。第２光増感層２ｂにペロブスカイト（ＡＰｂＸ３ ［Ａ＝Ｃｓ、ＭＡ（メチルアンモニウム）、ＦＡ（ホルムアミジニウム）、Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ］）量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は０．６μｍである。第２光増感層２ｂに硫化鉛（ＰｂＳ）量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は１．２μｍである。第２光増感層２ｂに硫化鉛（ＰｂＳ）コア型量子ドットが用いられた場合における最大量子収率が得られる代表的な検出波長は２．０μｍである。

電磁波検出器１００の検出波長の範囲は、上記の第１光増感層２ａの材料の検出波長および第２光増感層２ｂの材料の検出波長が組み合わせられた範囲である。

〈第１絶縁層３ａの構成〉
第１絶縁層３ａの材料は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）である。第１絶縁層３ａの材料は、酸化ケイ素に限られず、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、窒化ボロン（ＢＮ）（ボロンナイトライド）、シロキサン系のポリマー材料であってもよい。例えば、窒化ボロン（ＢＮ）の原子配列は、グラフェンの原子配列と似ている。このため、窒化ボロン（ＢＮ）がグラフェンからなる二次元材料層１に接触する場合、二次元材料層１の電子移動度の低下が抑制される。よって、窒化ボロン（ＢＮ）は、二次元材料層１の下に配置される下地膜としての第１絶縁層３ａに好適である。

第１絶縁層３ａの厚さは、第１電極部４ａが第１光増感層２ａに対して電気的に絶縁され、かつトンネル電流が第１電極部４ａと第１光増感層２ａとの間に生じない限りにおいて、特に制限されない。なお、第１絶縁層３ａの厚さが薄いほど、第１絶縁層３ａと第１光増感層２ａとの界面に生じた光キャリアによる二次元材料層１の電界変化の程度が大きい。このため、第１絶縁層３ａの厚さは、可能な限り薄いことが望ましい。

〈第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂの構成〉
第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂの材料は、導電体であれば任意の材料であってよい。第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂの材料は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）およびパラジウム（Ｐｄ）の少なくともいずれかを含んでいてもよい。第１電極部４ａと第１光増感層２ａとの間または第２電極部４ｂと第１絶縁層３ａとの間に、図示されない密着層が設けられていてもよい。密着層は、密着性を高めるように構成されている。密着層の材料は、例えば、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）等の金属材料を含んでいる。

図２では、第１電極部４ａは第１光増感層２ａの表面に配置されているが、第１電極部４ａが第１光増感層２ａに電気的に接続されていればこれに限られない。例えば、第１電極部４ａは、第１光増感層２ａの側面または底面に電気的に接続されていてもよい。第１電極部４ａが第１光増感層２ａの底面に電気的に接続されている場合、第１光増感層２ａの天面側から電磁波が照射された際に、第１光増感層２ａに吸収されずに透過された電磁波を第１電極部４ａによって反射することができる。これにより、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂにおける電磁波の吸収率を高めることができる。

第２電極部４ｂは、二次元材料層１の天面に配置されていてもよい。この場合、二次元材料層１と第２電極部４ｂとの接触領域において二次元材料層１の凹凸形状の変化が少ない。このため、二次元材料層１に皺または段差に伴う形状の変化等が生じることが抑制されるため、キャリアの移動度の低下が抑制される。また、図示されないが、二次元材料層１の底面に配置されていてもよい。すなわち、第１絶縁層３ａの天面に配置されていてもよい。この場合、電磁波検出器１００の作成工程において、二次元材料層１の形成工程が電極の形成工程の後に実施され得る。二次元材料層１は、バルク状の材料と比較して薄いため、形成工程において損傷しやすい。二次元材料層１の形成工程が下流で実施され得るため、二次元材料層１の損傷リスクが低減するため、電磁波検出器１００の生産歩留まりが向上する。

〈電磁波検出器１００の製造方法〉
次に、図３を用いて、実施の形態１に係る電磁波検出器１００の製造方法を説明する。図３に示されるように、電磁波検出器１００の製造方法は、準備工程（Ｓ１）、絶縁層形成工程（Ｓ２）、開口部形成工程（Ｓ３）、二次元材料層形成工程（Ｓ４）、光増感層形成工程（Ｓ５）および電極形成工程（Ｓ６）を含んでいる。

まず、準備工程（Ｓ１）が実施される。準備工程（Ｓ１）では、例えばケイ素（Ｓｉ）等を含む平坦な基板が第１光増感層２ａとして準備される。

次に、絶縁層形成工程（Ｓ２）が実施される。絶縁層形成工程（Ｓ２）では、第１光増感層２ａの表面上に、第１絶縁層３ａが形成される。第１絶縁層３ａは、例えば第１光増感層２ａがケイ素（Ｓｉ）である場合は、第１光増感層２ａ表面を熱酸化して形成される酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）でもよい。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法により、第１光増感層２ａの表面上に第１絶縁層３ａが形成されてもよい。第１絶縁層３ａの材料は、例えばＮＳＧ（None-doped Silicate Glass）、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）、ＢＰＳＧ（Boro-phospho Silicate Glass）等の酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）等の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）等の広バンドギャップ材料のほか、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ_３）、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９）、ビスマスフェライト（ＢＦＯ：ＢｉＦｅＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等の誘電体の材料である。なお、後述される開口部形成工程（Ｓ３）におけるエッチングによる第１光増感層２ａの損傷および汚染の抑制のために、絶縁層形成工程（Ｓ２）の直前に第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａの間に図示されないバリア膜が形成されてもよい。バリア膜の材料はエッチング材料に耐性を持つ材料である。バリア膜の材料は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、グラフェンがある。

次に、開口部形成工程（Ｓ３）が実施される。開口部形成工程（Ｓ３）では、第１絶縁層３ａに開口部が形成される。具体的には、第１絶縁層３ａ上に写真製版またはＥＢ描画などを用いてレジストマスクが形成される。レジストマスクには、第１絶縁層３ａの開口部が形成されるべき領域に開口部が形成されている。その後、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって、レジストマスクをマスクとして第１絶縁層３ａが部分的に除去され、開口部が形成される。次にレジストマスクが除去される。

次に、二次元材料層形成工程（Ｓ４）が実施される。二次元材料層形成工程（Ｓ４）では、第２電極部４ｂ、第１絶縁層３ａおよび第１絶縁層３ａの開口部内において露出する第１光増感層２ａの一部もしくは全体を覆うように二次元材料層１が形成される。二次元材料層１は、任意の方法により形成される。例えば、二次元材料層１は、エピタキシャル成長によって形成されてもよい。また、予めＣＶＤ法を用いて形成された二次元材料層１が第２電極部４ｂ、第１絶縁層３ａおよび第１絶縁層３ａの開口部内において露出する第１光増感層２ａの一部もしくは全体上に転写して貼り付けられてもよい。また、スクリーン印刷などを用いて二次元材料層１が形成されてもよい。また、機械剥離などで剥離した二次元材料層１が上述した第２電極部４ｂ、第１絶縁層３ａおよび第１絶縁層３ａの開口部内において露出する第１光増感層２ａの一部もしくは全体上に転写されてもよい。次に、写真製版などを用いて二次元材料層１の上にレジストマスクが形成される。レジストマスクは、二次元材料層１が残存する領域を覆うように形成される一方、二次元材料層１が残存しない領域には形成されない。その後、レジストマスクをマスクとして用いて、酸素プラズマにより二次元材料層１がエッチングによって部分的に除去される。これにより、不要な二次元材料層１の部分が除去され、図１および図２に示すような二次元材料層１が形成される。その後、レジストマスクを除去する。

次に、光増感層形成工程（Ｓ５）が実施される。光増感層工程（Ｓ５）では、二次元材料層１のうち、第２光増感層２ｂが形成されない領域に図示されない保護膜が形成される。保護膜は例えばレジストである。次に、第２光増感層２ｂに半導体が用いられる場合、１０^－１０Ｔｏｒｒ（１３３×１０^－１０Ｐａ）以下の高真空中において分子線を用いて、単結晶基板上に第２光増感層２ｂがエピタキシャル成長によって成長する。または、第２光増感層２ｂの原料となる有機金属化合物が基板近くで熱分解され、エピタキシャル結晶によって成長する。さらに、イオン化した不純物元素を第２光増感層２ｂに高加速電圧で衝突させ、第２光増感層２ｂに侵入させることでｐｎ接合の形成、抵抗の形成、導電性の調整を行う。また、単結晶基板上から第２光増感層２ｂが剥離され、第１光増感層２ａ、第１電極部４ａ、二次元材料層１、第１絶縁層３ａの一部または複数上に圧着して貼り付けられる。または第２光増感層２ｂとなるバルクがターゲット材料としてスパッタ法を用いて第１光増感層２ａ、第１電極部４ａ、二次元材料層１、第１絶縁層３ａの一部または複数上に形成されてもよい。第２光増感層２ｂに量子ドットが用いられる場合、溶液中に分散した量子ドットが第１光増感層２ａ、第１電極部４ａ、二次元材料層１、第１絶縁層３ａ上に塗布される。

さらに、形成された第２光増感層２ｂの表面のうち、第２光増感層２ｂが残留する領域に保護膜が形成される。保護膜は例えばレジストである。その後、第２光増感層２ｂがエッチングされる。エッチングは、酸、アルカリ等の化学溶液を用いるウェットエッチング、プラズマ中の反応種を用いるドライエッチングどちらであってもよい。最後にレジストが除去される。

次に、電極形成工程（Ｓ６）が実施される。電極形成工程（Ｓ６）では、第１光増感層２ａの表面に第１電極部４ａが形成される。また、二次元材料層１の表面に第２電極部４ｂが形成される。

第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂの形成方法は、例えば以下のようなプロセスである。まず、第１光増感層２ａ、二次元材料層１、第１絶縁層３ａの表面上に写真製版またはＥＢ描画などを用いてレジストマスクが形成される。レジストマスクには、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂが形成される領域に開口部が形成されている。その後、レジストマスク上に、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂとなる金属などの膜が形成される。当該膜の形成には、蒸着法やスパッタリング法などを用いることができる。このとき、当該膜はレジストマスクの開口部の内部から当該レジストマスクの天面表面にまで延在するように形成される。その後、レジストマスクが当該膜の一部と共に除去されることで、レジストマスクの開口部に配置されていた膜の他の一部が残存し、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂが形成される。上述した方法は、一般的にはリフトオフと呼ばれる方法である。

第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂは、他の方法によって形成されてもよい。例えば、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂとなるべき金属膜などの膜が第１光増感層２ａ、二次元材料層１、第２光増感層２ｂの表面に成膜される。その後、フォトリソグラフィ法によって当該膜上にレジストマスクが形成される。レジストマスクは、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂが形成される領域を覆うように形成される一方、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂが形成される領域以外の領域には形成されない。その後、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより、レジストマスクをマスクとして当該膜を部分的に除去する。この結果、レジストマスク下に膜の一部が残存する。この膜の一部が第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂとなる。その後、レジストマスクが除去される。

以上の工程（Ｓ１～Ｓ６）により、図１および図２に示した電磁波検出器１００が得られる。

〈電磁波検出器１００の動作原理〉
第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間には、電圧Ｖ１を印加する電源が電気的に接続されている。第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間の電流経路の一部となる二次元材料層１には、電流Ｉが流れる。電流Ｉは、例えば、図示されない電流計によって計測される。電流計は、第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間に電気的に接続されている。電磁波が電磁波検出器１００に入射した際の二次元材料層１における電流Ｉの変化ΔＩが光電流として読み出される。

なお、電磁波検出器１００の構成は、二次元材料層１における電流の変化が検出される構成に限られない。例えば、第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間に一定の電流が流され、かつ電圧の変化（すなわち、二次元材料層１における電圧値の変化）が検出されてもよい。

第１光増感層２ａが感度を有する波長（検出波長）の電磁波が第１光増感層２ａに入射した場合、第１光増感層２ａにおいて光キャリアが発生する。特に、第１光増感層２ａのうち二次元材料層１から露出した部分（開口部）において光キャリアが発生する。光キャリアは、二次元材料層１に注入される。これにより、二次元材料層１に流れる電流が変動する。光キャリアが二次元材料層１に注入されることによって変動する電流は、光電流と呼ばれる。

第１光増感層２ａに電圧Ｖ１が印加されることで、第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの界面に空乏層が形成される。電圧Ｖ１の正負は、第１光増感層２ａのドーピング型に応じて選択される。第１光増感層２ａがｐ型の場合には、正電圧である電圧Ｖ１が第１光増感層２ａに印加される。第１光増感層２ａがｎ型の場合には、負電圧である電圧Ｖ１が第１光増感層２ａに印加される。

空乏層において生じた光キャリアは、第１絶縁層３ａを介して二次元材料層１に電界効果を与える。これにより、二次元材料層１の抵抗値が変化するため、二次元材料層１を流れる光電流である電流Ｉの電流値も変化する。本実施の形態において、二次元材料層１に光照射に由来する電界効果が与えられることによって二次元材料層１の電気特性が変化することは、光ゲート効果と呼ばれる。

第２光増感層２ｂの検出波長の電磁波が第２光増感層２ｂに入射した場合、第２光増感層２ｂにおいて光キャリアが発生する。第２光増感層２ｂの二次元材料層１との接触領域において生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入される。これにより、二次元材料層１に光電流が流れる。したがって、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの各々によって、二次元材料層１に光電流を流すことができる。

第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの両方の検出波長の電磁波が第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの各々に入射した場合、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの各々において光キャリアが発生する。第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの一方の検出波長の電磁波が第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの各々に入射した場合、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの当該一方において光キャリアが発生する。

第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの界面に形成された空乏層に生じた光キャリアによって、二次元材料層１に電界効果が与えられる。このため、光ゲート効果によって、第１光増感層２ａにおいて生じて二次元材料層１に注入された光キャリアと、第２光増感層２ｂにおいて生じて二次元材料層１に注入された光キャリアに伴う光電流との各々を増幅させることができる。

望ましくは、二次元材料層１は、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂとショットキー接合によって接合されているため、二次元材料層１に逆バイアスが印加された際には電流が流れない。このため、逆バイアスが印加された際に、電磁波検出器１００は、ＯＦＦ動作をすることができる。

二次元材料層１に順バイアスが印加された際には電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の調整によって電流Ｉをゼロにすることができる。すなわち、光非照射時には電流Ｉをゼロにでき、かつ光照射時には二次元材料層１に注入された光キャリアに由来する電流のみを光ゲート効果によって変化した後に電流Ｉとして検出できる。このため、順バイアスが印加された際に、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、ＯＦＦ動作をすることができる。

第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂから印加されるバイアス電流がそれぞれ順方向および逆方向とされてもよい。この場合、第１光増感層２ａから二次元材料層１に電流が流されるようにすることができ、かつ第２光増感層２ｂから二次元材料層１に電流が流されないようにすることができる。また、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂから印加されるバイアス電流がそれぞれ逆方向および順方向とされてもよい。この場合、第２光増感層２ｂから二次元材料層１に電流が流されるようにすることができ、かつ第１光増感層２ａから二次元材料層１に電流が流されないようにすることができる。すなわち、バイアス方向が変更されることのみによって、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかのみが感度を有する波長域のみを分光して電磁波を検出することができる。

例えば、第１光増感層２ａに順方向バイアスが印加され、第２光増感層２ｂに逆方向バイアスが印加されることで、第１光増感層２ａのみが感度を有する０．２μｍ以上１μｍ以下の電磁波を選択して検出することができる。また、第１光増感層２ａに逆方向バイアスが印加され、第２光増感層２ｂに順方向バイアスが印加されることで、第２光増感層２ｂのみが感度を有する１．１μｍ以上５．４μｍ以下の電磁波を選択して検出することができる。

〈電磁波検出器１００の動作〉
次に、実施の形態１に係る電磁波検出器１００の一例の動作を説明する。

二次元材料層１として単層グラフェン、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂとして金（Ａｕ）、第１絶縁層３ａとして酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、第１光増感層２ａとしてｎ型シリコン、第２光増感層２ｂとしてｎ型アンチモン化インジウムが用いられた場合について説明する。

第１光増感層２ａのｎ型シリコンが感度を有する０．２μｍ以上１．１μｍ以下の波長の電磁波が入射すると、第１光増感層２ａにおいて光キャリアが生じる。第１光増感層２ａの二次元材料層１から露出した部分において生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入される。

また、第１光増感層２ａに対して逆バイアスになるように、第１電極部４ａに正電圧が印加され、または第２電極部４ｂに負電圧が印加される。これにより、第１光増感層２ａの電子が第１電極部４ａに引き寄せられ、少数キャリアである正孔が第１絶縁層３ａに引き寄せられる。第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの界面に空乏層が形成される。

空乏層において生じた光キャリアは、第１絶縁層３ａを介して二次元材料層１に電界効果を与えることで、光ゲート効果を生じさせる。二次元材料層１の光キャリアの移動度に応じて、電界変化に対して変位電流が生じる。すなわち、注入された光キャリアに伴う二次元材料層１上の光電流は、光ゲート効果によって増幅される。

第２光増感層２ｂのｎ型アンチモン化インジウムが感度を有する１μｍ以上５．４μｍ以下の電磁波が入射すると、第２光増感層２ｂにおいて光キャリアが生じる。第２光増感層２ｂにおいて生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入される。第２光増感層２ｂに正電圧が印加された場合、正電圧の印加に伴って二次元材料層１のフェルミレベルが上昇する。また、この場合、二次元材料層１内において電磁波照射に伴って生じた光キャリアによって二次元材料層１のフェルミレベルが上昇する。フェルミレベルの上昇によって、第２光増感層２ｂの伝導帯と二次元材料層１のフェルミレベルとの間に形成されるショットキー障壁の高さが低下する。その結果、二次元材料層１から第２光増感層２ｂに対して光電子が注入される。言い換えると、第２光増感層２ｂが光電流の電流源になる。これにより、第２光増感層２ｂによって電磁波の検出が可能となる。

第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの両方の検出感度である１μｍ以上１．１μｍ以下の電磁波が入射した場合、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの両方において光キャリアが生じる。第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの両方において生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入される。

上述の通り、第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの界面に形成された空乏層において生じた光キャリアによって、二次元材料層１に電界効果が与えられる。このため、第１光増感層２ａから二次元材料層１に注入された光キャリアに伴う光電流のみならず、第２光増感層２ｂから二次元材料層１に注入された光キャリアに伴う光電流も、光ゲート効果によって大きく増幅される。このため、第１光増感層２ａまたは第２光増感層２ｂ単体によって光キャリアが検出される場合と比べて、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

望ましくは、二次元材料層１と第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂは、ショットキー接合によって接合されている。このため、逆バイアス印加時には電流が流れない。よって、電磁波検出器１００は、ＯＦＦ動作をすることができる。また、順バイアス印加時には少量の電圧変化によって二次元材料層１に大きな電流変化が生じる。これにより、電磁波の検出が可能となる。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器によれば、図２に示されるように、第１絶縁層３ａは、二次元材料層１と第１光増感層２ａの間に配置されており、かつ二次元材料層１の材料は、グラフェンである。このため、二次元材料層１において光ゲート効果を生じさせることができる。したがって、電磁波検出器１００の感度を高くすることができる。

より詳細には、電磁波検出器１００は、第１光増感層２ａを含んでいる。このため、第１光増感層２ａの検出波長の電磁波が第１光増感層２ａに照射されることによって第１光増感層２ａにおいて光キャリアが生じる。第１光増感層２ａにおいて生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入されることで、電流変化を生じさせる。さらに、第１絶縁層３ａは、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間に配置されており、かつ二次元材料層１はグラフェンである。このため、第１光増感層２ａに電圧が印加されることで、第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの界面に空乏層が形成される。空乏層において生じた光キャリアは、第１絶縁層３ａを介して二次元材料層１に電界効果を与える。この結果、二次元材料層１において抵抗値が変化し、二次元材料層１に流れる電流を変化させる光ゲート効果を生じさせることができる。

光ゲート効果は、光電変換材料の量子効率を直接的に増強するのではなく、電磁波入射による電流変化を大きくする。このため、等価的に電磁波入射による差分電流から算出された量子効率は１００％を超える。よって、本実施の形態に係る電磁波検出器１００に電磁波が照射されたときの電流Ｉの変化量は、光ゲート効果が奏されない従来の電磁波検出器に上記電磁波が入射したときの電流の変化量よりも大きい。したがって、本実施の形態に係る電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

二次元材料層１の材料は、グラフェンである。このため、グラフェンによる光ゲート効果を生じさせることができる。したがって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

二次元材料層１の材料は、グラフェンである。このため、二次元材料層１の形成の際に支持基板を用いなくてもよい。よって、二次元材料層の形成が支持基板に制限されない。したがって、二次元材料層１の形成の際に、二次元材料層１の位置および形状を自由に変更することができる。具体的には、スピンコーティングで形成される量子ドットよりも二次元材料層１の位置および形状を自由に変更することができる。

二次元材料層１の材料が単層のグラフェンである場合、二次元材料層１の厚さは原子層１層分であるため、薄い。また、単層のグラフェンにおけるキャリア移動度は従来半導体材料と比較して大きい。このため、二次元材料層１では、従来の半導体材料と比較して、わずかな電位変化に対して大きな電流変化を生じる。例えば、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂにおける電界変化によって二次元材料層１へ印加される電位変化に起因する電流変化量は、通常の半導体における電流変化量より大きくなる。具体的には、二次元材料層１における電子の移動度および厚さなどから算出すると、二次元材料層１での上記電流変化量は、通常の半導体における電流変化量の数百倍から数千倍程度である。このため、本実施の形態に係る電磁波検出器１００では、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂで生じる光キャリアのみを検出する電磁波検出器と比べて、より高感度の電磁波検出が可能となる。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００では、光照射によって第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂで発生する光電流および光ゲート効果に伴う電流に加えて、二次元材料層１の光電変換効果に起因する光電流も生じる。このため、電磁波検出器１００は、光ゲート効果に伴う電流に加えて、二次元材料層１本来の光電変換効果に起因する光電流も検出することができる。

図２に示されるように、第１電極部４ａ、二次元材料層１、第１光増感層２ａおよび第２電極部４ｂは、この順に電気的に接続されている。これにより、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂの間から電磁波検出器１００の信号を電気信号として読み出すことができる。

第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの少なくともいずれかは、半導体を含んでいてもよい。この場合、半導体に電磁波が照射された際に、半導体内に光キャリアが生じる。このため、光キャリアによって電界効果を生じさせることができる。よって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの少なくともいずれかは、バンドギャップを有する原子層材料を含んでいてもよい。この場合、バンドギャップを有する原子層材料と二次元材料層１との間にショットキー接合が形成される。このため、ショットキー障壁の高さを第１電極部４ａまたは第２電極部４ｂによって変調させることで、光増感層内に生じた光キャリアの二次元材料層１への輸送の程度を調整することができる。

二次元材料層１は、乱層構造部分を含んでいてもよい。この場合、二次元材料層１におけるキャリア移動度を向上させることができる。よって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、図４を用いて、実施の形態２に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図４に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、第３電極部４ｃをさらに含んでいる。第３電極部４ｃは、第２光増感層２ｂに電気的に接続されている。第３電極部４ｃは、第２光増感層２ｂに電圧Ｖ２を印加可能に構成されている。図４では、第３電極部４ｃは、第２光増感層２ｂの天面の全面を覆うように電力変換装置に電気的に接続されているが、第３電極部４ｃは第２光増感層２ｂの一部に接触していればよい。例えば、第３電極部４ｃは、第２光増感層２ｂの側面および底面に接触していてもよい。これにより、電磁波検出器１００に対して第３電極部４ｃの天面側、側面側および底面側のいずれから電磁波が入射した場合でも、電磁波検出器１００は電磁波を検出することができる。

第３電極部４ｃの材料は、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂの材料と同様に、金属である。第３電極部４ｃの材料は、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂの材料として上述された金属であれば、第１電極部４ａまたは第２電極部４ｂと同じでなくてもよい。

第１光増感層２ａと第２光増感層２ｂとは、異なる材料によって構成されている。このため、第１光増感層２ａと二次元材料層１とのショットキー接合によって形成されるショットキー障壁高さは、第２光増感層２ｂと二次元材料層１とのショットキー接合によって形成されるショットキー障壁高さと異なっている。第３電極部４ｃによって電圧を印加することで第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間に形成されるショットキー障壁高さを調整してもよい。この場合、電磁波の照射によって第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂにおいて生じたキャリアの注入効率が向上する。これにより、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図４に示されるように、第３電極部４ｃは、第２光増感層２ｂに電気的に接続されている。このため、第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間に形成されたショットキー接合の障壁高さを第３電極部４ｃの電圧Ｖ２によって変調させることができる。これにより、電磁波の照射に伴って第２光増感層２ｂ内に生じた光キャリアの二次元材料層１への輸送の程度を調整および増幅することができる。

図４に示されるように、電磁波検出器１００は、第３電極部４ｃを含んでいる。このため、第１電極部４ａによる電圧Ｖ１とは異なる周波数特性を有するクロックパルス信号を電圧Ｖ２として第３電極部４ｃによって印加することができる。電磁波検出器１００に流れる光電流ΔＩは、第１光増感層２ａへの電磁波照射に伴う第１の光電流ΔＩ１と第２光増感層２ｂへの電磁波照射に伴う第２の光電流ΔＩ２の和である。第１光増感層２ａに印加される電圧Ｖ１とは異なる周波数特性を有する波形が電圧Ｖ２として第２光増感層２ｂに印加されることで、ΔＩに電圧Ｖ２の周波数変化に由来する電流変化ΔＩ２ｃｌｏｃｋが生じる。これにより、ΔＩ２の電流変化をΔＩ２ｃｌｏｃｋに基ついて読み出すことができる。以上より、電流Ｉ成分中のΔＩ１の信号値とΔＩ２の信号値が別個に得られるため、第１光増感層２ａに入射した電磁波の光量と第２光増感層２ｂに入射した電磁波の光量とがそれぞれ別個に得られる。したがって、単一の電磁波検出器１００によって多波長の電磁波検出器１００の分光検出が可能である。

差分電流ΔＩ２の電流変化が検出される際に、電圧Ｖ２の参照信号も取得されてもよい。この場合、差分電流ΔＩ２は、測定信号と比較することでロックイン検出によって検出されてもよい。ロックイン検出なしに差分電流ΔＩ２が検出される場合と比べて、第２光増感層２ｂに入射した電磁波の光量をさらに精度良く検出することができる。

第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの材料は、バンドギャップを有する材料であってもよい。この場合、二次元材料層１は、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂとショットキー接合されている。このため、逆バイアス印加時には二次元材料層１に電流が流れないため、電磁波検出器１００は、逆バイアス印加時においてＯＦＦ動作をすることができる。一方で、順方向バイアス印加時には、第１電極部４ａによる電圧Ｖ１および第２電極部４ｂによる電圧Ｖ２を調整することで二次元材料層１に流れる電流Ｉをゼロにすることができる。すなわち、光非照射時には二次元材料層１に流れる電流Ｉを０にすることができ、かつ光照射時には二次元材料層１に注入される光キャリアに由来する電流のみを光ゲート効果によって変化した後に電流Ｉとして検出することができる。したがって、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、順バイアス印加時においてＯＦＦ動作をすることができる。

図４に示されるように、電磁波検出器１００は、第３電極部４ｃをさらに含んでいる。このため、第１電極部４ａおよび第３電極部４ｃの各々によって第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの各々にそれぞれ別個に電圧Ｖ１および電圧Ｖ２をそれぞれ印加することができる。これにより、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２のバイアス方向を逆転させることで、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂのいずれかの光電流を単体で取得することができる。例えば、第１光増感層２ａに逆バイアスが印加されかつ第２光増感層２ｂに順バイアスが印加された場合、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間には電流が流れずかつ第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間には電流が流れる。このため、電磁波検出器１００は、第１光増感層２ａの検出波長に対してＯＦＦ動作をすることができ、かつ第２光増感層２ｂの検出波長に応答することができる。したがって、電磁波検出器１００は、分光動作が可能になる。

実施の形態３．
次に、図５を用いて、実施の形態３に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態３は、特に説明しない限り、上記の実施の形態２と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図５に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、第３光増感層２ｃをさらに含んでいる。第３光増感層２ｃは、二次元材料層１に接続されている。本実施の形態において、第３光増感層２ｃは、二次元材料層１に電気的に接続されている。第３光増感層２ｃは、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂと異なる電磁波長域に吸収最大値を有している。第３光増感層２ｃは、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂと異なる波長域において電圧変化を生じさせることが可能である。

望ましくは、第３光増感層２ｃは、半導体を含んでいる。また、望ましくは、第３光増感層２ｃは、バンドギャップを有する原子層材料を含んでいる。この場合、第３光増感層２ｃと二次元材料層１との間にショットキー接合が形成される。

第３光増感層２ｃの材料は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ＩＩＩ－Ｖ族またはＩＩ－Ｖ族半導体などの化合物半導体、水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、鉛セレン（ＰｂＳｅ）、鉛硫黄（ＰｂＳ）、カドミウム硫黄（ＣｄＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）またはヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）等の材料の単体または上記を組み合わせた材料であってもよい。第３光増感層２ｃの材料は、量子井戸または量子ドットを含む基板、ＴｙｐｅＩＩ超格子などの材料の単体またはそれらを組み合わせた材料を用いてもよい。

第３光増感層２ｃの材料は、量子ドットであってもよい。具体的には、第３光増感層２ｃの材料は、硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）量子ドット、硫化タングステン（ＷＳ_２）量子ドット、リン化インジウム（ＩｎＰ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）のコア・シェル構造型量子ドット、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）コア型量子ドット、カーボン量子ドット、グラフェン量子ドット、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と硫化カドミウム（ＣｄＳ）コア・シェル構造型量子ドット、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）コア・シェル構造型量子ドット、硫化カドミウム（ＣｄＳ）と硫化亜鉛（ＺｎＳ）コア・シェル構造型量子ドット、ペロブスカイト（ＡＰｂＸ３ ［Ａ＝Ｃｓ、ＭＡ（メチルアンモニウム）、ＦＡ（ホルムアミジニウム）、Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ］）量子ドット、硫化鉛（ＰｂＳ）量子ドット、あるいは硫化鉛（ＰｂＳ）コア型量子ドットであってもよい。

第３光増感層２ｃの厚さは、１０μｍ以下であることが望ましい。第３光増感層２ｃの厚さが薄くなることで、電磁波照射に伴って第３光増感層２ｃにおいて生じかつ二次元材料層１に輸送される光キャリアの第３光増感層２ｃにおける失活量が減少する。このため、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

〈動作原理〉
第３光増感層２ｃの検出波長の電磁波が第３光増感層２ｃに入射した場合、第３光増感層２ｃ内において光キャリアが生じる。第３光増感層２ｃの二次元材料層１に接触している領域において生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入される。これにより、二次元材料層１に光電流が生じる。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図５に示されるように、電磁波検出器１００は、第３光増感層２ｃをさらに含んでいる。第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃの両方の検出波長の電磁波が入射した場合、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃの両方において光キャリアが発生する。光キャリアは、二次元材料層１に注入される。第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの界面に形成された空乏層に生じた光キャリアによって二次元材料層１に光ゲート効果が生じる。光ゲート効果によって、第３光増感層２ｃによって生じかつ二次元材料層１に注入された光キャリアに伴う二次元材料層１上の光電流も増幅される。したがって、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃのいずれか単体で生じる光キャリアが検出される場合と比べて、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００に電磁波が照射されたときの電流Ｉの変化量は、第１光増感層２ａにおいて生じた光キャリアに伴う二次元材料層１の抵抗変化により発生する電流の変化量と、第２光増感層２ｂにおいて生じた光キャリアに伴う二次元材料層１の抵抗変化により発生する電流の変化量と、第３光増感層２ｃにおいて生じた光キャリアに伴う二次元材料層１の抵抗変化により発生する電流の変化量とに加えて、二次元材料層１での光電変換により生じる光電流量を含んでいる。すなわち、本実施の形態に係る電磁波検出器１００では、電磁波の入射により、上述した光ゲート効果で生じた電流に加えて、二次元材料層１本来の光電変換効率に起因する光電流も検出できること。このため、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃの少なくともいずれか単体で生じる光キャリアを検出する従来の電磁波検出器と比べて、より高感度の電磁波検出が可能となる。

電磁波検出器１００は、第３光増感層２ｃを含んでいる。このため、第１光増感層２ａの検出波長の電磁波が第１光増感層２ａに照射されることによって第１光増感層２ａにおいて光キャリアが生じる。第１光増感層２ａにおいて生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入されることで、電流変化を生じさせる。第１絶縁層３ａは、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間に配置されている。このため、第１光増感層２ａに電圧が印加されることで、第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの界面に空乏層が形成される。空乏層において生じた光キャリアは、第１絶縁層３ａを介して二次元材料層１に電界効果を与える。この結果、二次元材料層１において抵抗値が変化し、二次元材料層１に流れる電流を変化させる光ゲート効果を生じさせることができる。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００に電磁波が裏面から照射された場合、電磁波は第１光増感層２ａを透過して第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃに入射する。第１光増感層２ａが透過しない波長域の電磁波は第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃに入射しない。したがって、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃのそれぞれが感度を有さない（第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃのそれぞれを透過する）波長域の電磁波が入射した場合でも、迷光の影響を低減できる。

第１電極部４ａ、第２電極部４ｂおよび第３電極部４ｃから印加するバイアス方向を順方向および逆方向のいずれかから選択することで、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃから原子層材料への電流を制御できる。したがって、バイアス方向を制御することで、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃのそれぞれが感度を有する波長域のみを選択的に分光して電磁波を検出することができる。

第３光増感層２ｃは、半導体を含んでいてもよい。この場合、半導体に電磁波が照射された際に、半導体内に光キャリアが生じる。このため、光キャリアによって電界効果を生じさせることができる。よって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

第３光増感層２ｃは、バンドギャップを有する原子層材料を含んでいてもよい。この場合、バンドギャップを有する原子層材料と二次元材料層１との間にショットキー接合が形成される。このため、ショットキー障壁の高さを変調させることで、光増感層内に生じた光キャリアの二次元材料層１への輸送の程度を調整することができる。

実施の形態４．
次に、図６を用いて、実施の形態４に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の実施の形態３と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図６に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、第４電極部４ｄをさらに含んでいる。第４電極部４ｄは、第３光増感層２ｃに電気的に接続されている。第４電極部４ｄは、第３光増感層２ｃに電圧Ｖ４を印加可能に構成されている。第４電極部４ｄは、第３光増感層２ｃの天面に接続されている。第４電極部４ｄは、第３電極部４ｃの側面または底面に接続されていてもよい。電磁波検出器１００は、第４電極部４ｄによって第３光増感層２ｃに電圧Ｖ４を印加可能に構成されている。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図６に示されるように、第４電極部４ｄは、第３光増感層２ｃに電気的に接続されている。このため、第３光増感層２ｃと二次元材料層１との間に形成されたショットキー接合の障壁高さを第４電極部４ｄの電圧Ｖ４によって変調させることができる。これにより、電磁波の照射に伴って第３光増感層２ｃ内に生じた光キャリアの二次元材料層１への輸送の程度を調整および増幅することができる。

電磁波検出器１００は、第４電極部４ｄを含んでいる。このため、第４電極部４ｄによって、第１電極部４ａによる電圧Ｖ１および第３電極部４ｃによる電圧Ｖ２とは異なる周波数特性を有するクロックパルス信号を電圧Ｖ４として印加することができる。電磁波検出器１００に流れる光電流ΔＩは、第１光増感層２ａへの電磁波照射に伴う第１の光電流ΔＩ１と第２光増感層２ｂへの電磁波照射に伴う第２の光電流ΔＩ２と第３光増感層２ｃへの電磁波照射に伴う第３の光電流Ｉ３の和である。第１光増感層２ａに印加される電圧Ｖ１および第２光増感層２ｂに印加される電圧Ｖ２とは異なる周波数特性を有する波形が電圧Ｖ４として第３光増感層２ｃに印加されることで、ΔＩに電圧Ｖ４の周波数変化に由来する電流変化ΔＩ３ｃｌｏｃｋが生じる。これにより、ΔＩ３の電流変化をΔＩ３ｃｌｏｃｋに基ついて読み出すことができる。以上より、電流Ｉ成分中のΔＩ１の信号値とΔＩ２の信号値とΔＩ３の信号値とが別個に得られる。このため、第１光増感層２ａに入射した電磁波の光量、第２光増感層２ｂに入射した電磁波の光量および第３光増感層２ｃに入射した電磁波の光量がそれぞれ別個に得られる。したがって、単一の電磁波検出器１００によって多波長の電磁波検出器１００の分光検出が可能である。

差分電流ΔＩ３の電流変化が検出される際に、電圧Ｖ２の参照信号も取得されてもよい。この場合、差分電流ΔＩ３は、測定信号と比較されることでロックイン検出によって検出されてもよい。ロックイン検出なしに差分電流ΔＩ３が検出される場合と比べて、第３光増感層２ｃに入射した電磁波の光量をさらに精度良く検出することができる。

電磁波検出器１００は、第４電極部４ｄをさらに含んでいる。このため、第１電極部４ａ、第３電極部４ｃおよび第４電極部４ｄの各々によって第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃの各々にそれぞれ別個に電圧Ｖ１、電圧Ｖ２および電圧Ｖ４を印加することができる。これにより、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２および電圧Ｖ４のバイアス方向を逆転させることで、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃのいずれかの光電流を単体で取得することができる。例えば、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂに逆バイアスが印加されかつ第３光増感層２ｃに順バイアスが印加された場合、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間および第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間には電流が流れずかつ第３光増感層２ｃと二次元材料層１との間には電流が流れる。このため、電磁波検出器１００は、第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂの検出波長に対してＯＦＦ動作をすることができ、かつ第３光増感層２ｃの検出波長に対して応答することができる。したがって、電磁波検出器１００は、分光動作が可能になる。

第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃは、バンドギャップを有する原子層材料を含んでいてもよい。この場合、二次元材料層１は、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃとショットキー接合されている。このため、逆バイアス印加時には二次元材料層１に電流が流れないため、電磁波検出器１００は、ＯＦＦ動作をすることが可能になる。一方で、順方向バイアス印加時には、第１電極部４ａによる電圧Ｖ１、第２電極部４ｂによる電圧Ｖ２および第３電極部４ｃによる電圧Ｖ４を調整することで二次元材料層１に流れる電流Ｉをゼロにすることができる。すなわち、光非照射時には二次元材料層１に流れる電流Ｉを０にすることができ、かつ光照射時には二次元材料層１に注入される光キャリアに由来する電流のみを光ゲート効果によって変化した後に電流Ｉとして検出することができる。したがって、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、順バイアス印加時においてもＯＦＦ動作をすることができる。

実施の形態５．
次に、図７を用いて、実施の形態５に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態５は、特に説明しない限り、上記の実施の形態４と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態４と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図７に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、信号処理回路５をさらに含んでいる。信号処理回路５は、第１光増感層２ａと第１絶縁層３ａとの間に配置されている。信号処理回路５は、第１電極部４ａと第２電極部４ｂとの間の電気信号を読み出し可能に構成されている。本実施の形態に係る第１電極部４ａの材料は、ケイ素（Ｓｉ）である。

信号処理回路５は、読み出し回路として構成されている。信号処理回路５は、集積回路である。読み出し形式は、例えば、ＣＴＩＡ（Capacitive Trans-Impedance Amplifier）型、ＤＩ（Direct Injection）型である。読み出し形式は、他の形式であってもよい。

望ましくは、信号処理回路５は、第１光増感層２ａと同じ材料で作製されているが、これに限られない。信号処理回路５は、例えば、第１光増感層２ａの表面に設けられていてもよい。第１光増感層２ａの表面に設けられた信号処理回路５は、第１光増感層２ａの表面に設けられた第１電極部４ａと電気的に接続されてもよい。信号処理回路５は、例えば、第１光増感層２ａの裏面に設けられていてもよい。第１光増感層２ａの裏面に設けられた信号処理回路５は、第１光増感層２ａの裏面に設けられた第１電極部４ａと電気的に接続されてもよい。

図示されないが、信号処理回路５は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）がドープされたアルミニウム（Ａｌ）（シリコンドープアルミ）または金（Ａｕ）ワイヤボンディングによって第１電極部４ａに電気的に接続されていてもよい。一般に、シリコン以外の化合物半導体内にＣＭＯＳ（Complementary ＭＯＳ：相補型ＭＯＳ）、レジスタ等の素子を形成することで信号処理回路５を形成することは困難である。また、第１光増感層２ａ等の受光材料内に上記の素子を形成することは誤作動、コスト増、生産歩留まりの低下、受光面積の減少に伴う電磁波検出器１００の性能低下を招くことから実用的ではない。

上述の通り第１光増感層２ａと同一シリコン上に読出し回路と第１電極部４ａを形成することは、モノリシック形成と呼ばれる。モノリシック形成された信号処理回路５は、可視光センサや、非冷却型の赤外線センサにおいて一般的に用いられる。モノリシック形成では、シリコン基板中に第１光増感層２ａおよび信号処理回路５が形成されるため、生産コストと生産歩留まりが向上する。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図７に示されるように、信号処理回路５をさらに含んでいる。このため、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃにおいて生じた光キャリアによって二次元材料層１に生じた光電流を信号処理回路５によって蓄積、増倍および外部回路へ出力することが可能となる。

実施の形態６．
次に、図８を用いて、実施の形態６に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態６は、特に説明しない限り、上記の実施の形態５と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態５と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図８に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００では、信号処理回路５上に、第１電極部４ａが接続されている。第１光増感層２ａは、信号処理回路５に電気的に接続されている。第１光増感層２ａ上に、第１絶縁層３ａおよび第２電極部４ｂが設けられている。二次元材料層１は、第２電極部４ｂの天面から第１絶縁層３ａの天面、第２絶縁層３ｂの底面、第３光増感層２ｃの底面および第２光増感層２ｂの底面に延在している。第３絶縁層３ｃは、二次元材料層１の天面に設けられている。第３光増感層２ｃは、第２光増感層２ｂの底面と二次元材料層１の天面および第２絶縁層３ｂの天面に設けられている。第２光増感層２ｂは、第１電極部４ａの天面、二次元材料層１の正面および第３光増感層２ｃの天面に設けられている。第２絶縁層３ｂは、二次元材料層１の天面に設けられている。

二次元材料層１は、第１部分、第２部分、第３部分および第４部分を含んでいる。第１部分は、第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂに接続されている。第１部分は、第１絶縁層３ａの天面および第２絶縁層３ｂの底面に接している。第２部分は、第３光増感層２ｃに電気的に接続されている。第２部分は、第３光増感層２ｃの底面に接している。望ましくは、第２部分は、第３光増感層２ｃとショットキー接合によって接合されている。第３部分は、第２光増感層２ｂに電気的に接続されている。望ましくは、第３部分は、第２光増感層２ｂとショットキー接合によって接合されている。第４部分は、第２電極部４ｂに電気的に接続されている。第４部分は、第１絶縁層３ａの底面および第２電極部４ｂの天面に接続されるように配置されている。

第１部分～第４部分の各々の厚みは、互いに等しくてもよい。二次元材料層１の表面には、第１部分～第４部分の各々に起因した凹凸が形成されていてもよい。第３部分の天面と第２光増感層２ｂの底面との間の距離は、第１部分、第２部分、第４部分の天面と第１光増感層２ａの底面との間の距離未満である。第２部分の天面と第３光増感層２ｃの底面との間の距離は、第１部分および第４部分の天面と第３光増感層２ｃの底面との間の距離未満である。

図８では、第１部分が全ての領域において第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂに接するように配置されているが、第１部分は第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂのいずれかのみに接する領域を含んでいてもよい。第１部分の第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂに接する領域が小さい場合、電磁波入射時に第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂを通過することで吸収される電磁波の光量が減少するため、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

二次元材料層１の第２部分の表面および第３部分の表面には、図示されない保護膜が形成されていてもよい。第１光増感層２ａ上において二次元材料層１、第１絶縁層３ａ、第２光増感層２ｂ、第２電極部４ｂおよび第３電極部４ｃの周囲を覆うように設けられていてもよい。保護膜の材料は、任意の材料であってもよいが、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む絶縁層である。保護膜の材料は、酸化物または窒化物等の絶縁体である。保護膜の材料は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化ボロン（ＢＮ）（ボロンナイトライド）等である。

第１電極部４ａは、信号処理回路５と第２光増感層２ｂとを電気的に接続している。第２電極部４ｂは、第１光増感層２ａと二次元材料層１とを電気的に接続している。

第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂは、第１光増感層２ａおよび二次元材料層１を電気的に接続する図示されない金属バンプを含んでいてもよい。金属バンプの材料は、例えば、金（Ａｕ）またはインジウム（Ｉｎ）等の導電性材料である。第１光増感層２ａと二次元材料層１との金属バンプによる接続は、フリップチップ実装またはハイブリッド接合と呼ばれる。フリップチップ実装またはハイブリッド接合は、量子型赤外線センサにおいて一般的に用いられる。フリップチップ実装またはハイブリッド接合は、ワイヤボンディングまたは金属配線が用いられる場合と比較して、実装面積を縮小しかつ配線を短くすることができる。このため、フリップチップ実装またはハイブリッド接合によって電源雑音または配線のインダクタンス抵抗に由来する損失を低減することができる。したがって、良好な電気特性が得られる。

金属バンプと第１電極部４ａとの間または金属バンプと二次元材料層１との間に、図示されない電極パッドが設けられてもよい。電極パッドの材料は、例えば、アルミニウムシリコン（Ａｌ－Ｓｉ）系合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の導電性材料である。

信号処理回路５を介して、第１電極部４ａと第１光増感層２ａとの間に図示されない電圧が印加される。電磁波照射時の電流変化が電磁波の検出量として測定される。電流変化のみならず、定電流によって電磁波検出器１００が駆動した際の電圧変化が電磁波の検出量として検出されてもよい。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図８に示されるように、第２光増感層２ｂ上に第３光増感層２ｃ、第２絶縁層３ｂおよび二次元材料層１を含む第１の電磁波検出器の部分と、第１光増感層２ａ、信号処理回路５、第１絶縁層３ａ、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂを含む第２の電磁波検出器の部分とをそれぞれあらかじめ別個に作製することができる。第１の電磁波検出器の部分と第２の電磁波検出器の部分とをフリップチップ接合により一体化することで、電磁波検出器１００を作製することができる。このとき、二次元材料層１上への光増感層、電極形成のためのリソグラフィ工程を省略できる。加えて、二次元材料層１が第１光増感層２ａおよび第２光増感層２ｂによって保護される。したがって、作製プロセスにおける二次元材料層１の欠陥、故障を抑制することで、生産歩留まりを向上することができる。

実施の形態７．
次に、図９を用いて、実施の形態７に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態７は、特に説明しない限り、上記の実施の形態５と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態５と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図９に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、第２絶縁層３ｂをさらに含んでいる。第２絶縁層３ｂは、第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間に配置されている。第２絶縁層３ｂは、二次元材料層１および第２光増感層２ｂに接続されるように設けられている。第２光増感層２ｂは、二次元材料層１に直接接続された部分と、二次元材料層１に第２絶縁層３ｂを介して接続された部分とを含んでいる。

電磁波検出器１００は、第３絶縁層３ｃをさらに含んでいる。第３絶縁層３ｃは、第３光増感層２ｃと二次元材料層１との間に配置されている。第３絶縁層３ｃは、二次元材料層１および第３光増感層２ｃに接続されるように配置されている。第３光増感層２ｃは、二次元材料層１に直接接続された部分と、二次元材料層１に第３絶縁層３ｃを介して接続された部分とを含んでいる。

第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃの材料は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）である。第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃの材料は、酸化ケイ素に限られず、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、窒化ボロン（ＢＮ）（ボロンナイトライド）、シロキサン系のポリマー材料であってもよい。例えば、窒化ボロン（ＢＮ）の原子配列は、グラフェンの原子配列と似ている。このため、窒化ボロン（ＢＮ）がグラフェンからなる二次元材料層１に接触する場合、二次元材料層１の電子移動度の低下が抑制される。よって、窒化ボロン（ＢＮ）は、二次元材料層１の下に配置される下地膜としての第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃに好適である。

第２絶縁層３ｂの厚さと第３絶縁層３ｃの厚さは、二次元材料層１の第２絶縁層３ｂの下に位置する領域と第２光増感層２ｂの第２絶縁層３ｂの上に位置する領域および二次元材料層１の第３絶縁層３ｃの下に位置する領域と第３光増感層２ｃの第３絶縁層３ｃの上に位置する領域が絶縁され、かつトンネル電流が生じなければ特に限定されない。なお、第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃの厚さが薄いほど、第２絶縁層３ｂと第２光増感層２ｂとの界面に生じた光キャリアおよび第３絶縁層３ｃと第３光増感層２ｃとの界面に生じた光キャリアによる二次元材料層１の電界変化の程度が大きくなる。そのため、第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃの厚さは可能な限り薄いことが望ましい。

なお、本実施の形態に係る電磁波検出器１００について、第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃの両方を有する構成が説明されたが、第２絶縁層３ｂのみまたは第３絶縁層３ｃのみを有する場合でも、同様の効果が得られる。すなわち、上記の通り第２光増感層２ｂと第２絶縁層３ｂとの間に形成される空乏層に由来する光ゲート効果および高感度化、または、第３光増感層２ｃおよび第３絶縁層３ｃの間に形成される空乏層に由来する光ゲート効果と高感度化が得られる。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図９に示されるように、電磁波検出器１００は、第２光増感層２ｂを含んでいる。このため、第２光増感層２ｂの検出波長の電磁波が第２光増感層２ｂに照射されることによって第２光増感層２ｂにおいて光キャリアが生じる。第２光増感層２ｂにおいて生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入されることで、電流変化を生じさせる。第２絶縁層３ｂは、第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間に配置されている。このため、第２光増感層２ｂに電圧が印加されることで、第２光増感層２ｂと第２絶縁層３ｂとの界面に空乏層が形成される。空乏層において生じた光キャリアは、第２絶縁層３ｂを介して二次元材料層１に電界効果を与える。この結果、二次元材料層１において抵抗値を変化させることで二次元材料層１に流れる電流を変化させる光ゲート効果を生じさせることができる。したがって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

図９に示されるように、電磁波検出器１００は、第３光増感層２ｃを含んでいる。このため、第３光増感層２ｃの検出波長の電磁波が第３光増感層２ｃに照射されることによって第３光増感層２ｃにおいて光キャリアが生じる。第３光増感層２ｃにおいて生じた光キャリアは、二次元材料層１に注入されることで、電流変化を生じさせる。第３絶縁層３ｃは、第３光増感層２ｃと二次元材料層１との間に配置されている。このため、第３光増感層２ｃに電圧が印加されることで、第３光増感層２ｃと第３絶縁層３ｃとの界面に空乏層が形成される。空乏層において生じた光キャリアは、第３絶縁層３ｃを介して二次元材料層１に電界効果を与える。この結果、二次元材料層１において抵抗値を変化させることで二次元材料層１に流れる電流を変化させる光ゲート効果を生じさせることができる。したがって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００に電磁波が照射されたときの電流Ｉの変化量は、第１光増感層２ａにおいて生じた光キャリアに伴う二次元材料層１の抵抗変化により発生する電流の変化量と、第２光増感層２ｂにおいて生じた光キャリアに伴う二次元材料層１の抵抗変化により発生する電流の変化量と、第３光増感層２ｃにおいて生じた光キャリアに伴う二次元材料層１の抵抗変化により発生する電流の変化量に加えて、二次元材料層１における光電変換によって生じる光電流量を含んでいる。すなわち、本実施の形態に係る電磁波検出器１００では、電磁波の入射により、上述した光ゲート効果で生じた電流に加えて、二次元材料層１本来の光電変換効率に起因する光電流も検出される。このため、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃ単体において生じる光キャリアが検出される従来電磁波検出器と比べて、より高感度の電磁波検出が可能となる。

実施の形態８．
次に、図１０を用いて、実施の形態８に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態８は、特に説明しない限り、上記の実施の形態７と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態７と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１０に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００では、第２光増感層２ｂの全面は、第２絶縁層３ｂに覆われている。このため、二次元材料層１は、第２絶縁層３ｂを介して第２光増感層２ｂに接続されている。二次元材料層１と第２光増感層２ｂは、電気的に接続されていない。

第３光増感層２ｃの全面は、第３絶縁層３ｃに覆われている。このため、二次元材料層１は、第３絶縁層３ｃを介して第３光増感層２ｃに接続されている。二次元材料層１と第２光増感層２ｂは電気的に接続されていない。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図１０に示されるように、第２光増感層２ｂの全面は、第２絶縁層３ｂに覆われている。このため、第２光増感層２ｂにおいて生じた光キャリアを二次元材料層１に送ることなく、電界効果のみを選択的に二次元材料層１に生じさせることができる。

図１０に示されるように、第３光増感層２ｃの全面は、第３絶縁層３ｃに覆われている。このため、第３光増感層２ｃにおいて生じた光キャリアを二次元材料層１に送ることなく、電界効果のみを選択的に二次元材料層１に生じさせることができる。

実施の形態９．
次に、図１１を用いて、実施の形態９に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態９は、特に説明しない限り、上記の実施の形態７と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態７と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１１に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、フローティング電極６をさらに含んでいる。フローティング電極６は、二次元材料層１に接触している。フローティング電極６は、電源回路等に接続されていない。

フローティング電極６の材料は、導電体であれば適宜に決められてもよい。フローティング電極６の材料は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、または、パラジウム（Ｐｄ）等の金属である。フローティング電極６の材料は、表面プラズモン共鳴を生じさせる材料であってもよい。

フローティング電極６が二次元材料層１上に形成される方法は適宜に決められてもよい。フローティング電極６は、例えば、第１電極部４ａおよび第２電極部４ｂと同様の製法によって二次元材料層１上に形成されてもよい。

フローティング電極６は、複数のフローティング電極部６０を含んでいてもよい。複数のフローティング電極部６０の各々は、導電体である。複数のフローティング電極部６０は、互いに間隔を空けて配置されている。複数のフローティング電極部６０は、表面プラズモン共鳴を生じさせるように配置されていてもよい。複数のフローティング電極部６０は、第１の方向に沿って間隔を開けて配置されていてもよい。複数のフローティング電極部６０は、第１の方向および第１の方向に直交する第２の方向の各々に沿って間隔を空けて配置されている。第１の方向は、例えば、二次元材料層１上において第２光増感層２ｂから第３光増感層２ｃに向かう方向である。複数のフローティング電極部６０は、周期的に配置されていてもよい。複数のフローティング電極部６０が周期的に配置されるとは、電磁波検出器１００の平面視において、例えば、正方格子または三角格子等の複数の格子点の各々に対応する位置に複数のフローティング電極部６０の各々がそれぞれ配置されることである。複数のフローティング電極部６０は、平面視において対称性を有するように配置されていてもよい。複数のフローティング電極部６０は、平面視において非対称に配置されていてもよい。

複数のフローティング電極部６０の各々の平面形状は、例えば、円形、楕円形または三角形もしくは四角形等の多角形等である。複数のフローティング電極部６０の各々の平面形状は、適宜に決められてもよい。

図１１では、フローティング電極６は、二次元材料層１に対して第１光増感層２ａの反対側に配置されているが、フローティング電極６の配置はこれに限られない。フローティング電極６は、二次元材料層１と第２光増感層２ｂとの間および二次元材料層１と第３光増感層２ｃとの間に配置されていてもよい。この場合、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃにおいて生じかつ二次元材料層１に注入される光キャリアの寿命が向上する。このため、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。また、フローティング電極６は、二次元材料層１と第１絶縁層３ａとの間に配置されていてもよい。

図示されないが、二次元材料層１は、凹凸部をさらに含んでいてもよい。凹凸部は、複数のフローティング電極部６０と同様に、周期的または非対称に配置されていてもよい。この場合、複数のフローティング電極部６０が配置された場合と同様の効果が得られる。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図１１に示されるように、フローティング電極６は、二次元材料層１に接触している。このため、第１光増感層２ａにおいて電磁波の照射によって生じた光キャリアを、フローティング電極６と二次元材料層１との間を行き来させることができる。これにより、光キャリアの寿命を長くすることができる。よって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

フローティング電極６の材料が表面プラズモン共鳴が生じる材料であり、かつ複数のフローティング電極部６０が表面プラズモン共鳴を生じさせるように配置されていてもよい。この場合、表面プラズモン共鳴によってフローティング電極６に偏光依存性が生じる。これにより、表面プラズモン共鳴によって偏光した電磁波のみを第１光増感層２ａに照射させることができる。したがって、電磁波検出器１００は、偏光した電磁波を選択的に検出することができる。

フローティング電極６の材料が表面プラズモン共鳴が生じる材料であり、かつ複数のフローティング電極部６０が表面プラズモン共鳴を生じさせるように配置されていてもよい。この場合、表面プラズモン共鳴によって電磁波を共鳴させることができる。これにより、電磁波検出器１００は、電磁波を選択的に検出することができる。

実施の形態１０．
次に、図１２を用いて、実施の形態１０に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態１０は、特に説明しない限り、上記の実施の形態７と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態７と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１２に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００は、バッファ層７をさらに含んでいる。バッファ層７は、二次元材料層１と第１光増感層２ａとの間、二次元材料層１と第２光増感層２ｂとの間および二次元材料層１と第３光増感層２ｃとの間の少なくともいずれかに配置されている。図１２では、バッファ層７は、二次元材料層１と第１光増感層２ａとの間に配置されている。

バッファ層７は、二次元材料層１と第１光増感層２ａとの間、二次元材料層１と第２光増感層２ｂとの間および二次元材料層１と第３光増感層２ｃとの間の少なくともいずれかにトンネル電流を形成することが可能な厚みを有している。本実施の形態において、バッファ層７は、二次元材料層１と第１光増感層２ａとの間にトンネル電流を形成することが可能な厚さを有している。バッファ層７は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する絶縁膜である。バッファ層７は、第１絶縁膜よりも薄い。バッファ層７の材料は、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）または酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）などの金属酸化物、酸化ケイ素などの半導体酸化物、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの半導体窒化物である。バッファ層７の材料は、窒化ボロン（ボロンナイトライド）であってもよい。

バッファ層７の作製方法は、適宜に決められてもよいが、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、真空蒸着法、およびスパッタ法などから選択され得る。また、バッファ層７は、第１光増感層２ａの表面を酸化または窒化させることにより形成されてもよい。また、バッファ層７は、第１光増感層２ａの表面に形成される自然酸化膜であってもよい。

なお、図１２では、バッファ層７は、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間にのみ設けられているが、バッファ層７は第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間または第３光増感層２ｃと二次元材料層１との間に設けられていてもよい。この場合、バッファ層７の厚みは、第２光増感層２ｂから二次元材料層１にトンネル注入が生じる厚みであり、かつ第３光増感層２ｃから二次元材料層１にトンネル注入が生じる厚みであることが好ましい。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図１２に示されるように、電磁波検出器１００は、バッファ層７をさらに含んでいる。バッファ層７は、二次元材料層１と第１光増感層２ａとの間、二次元材料層１と第２光増感層２ｂとの間および二次元材料層１と第３光増感層２ｃとの間の少なくともいずれかに配置されている。このため、二次元材料層１と第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃとの接合界面における漏れ電流を抑制することができる。したがって、暗電流を低減することができる。

バッファ層７は、二次元材料層１と第１光増感層２ａとの間、二次元材料層１と第２光増感層２ｂとの間および二次元材料層１と第３光増感層２ｃとの間の少なくともいずれかにトンネル電流を形成することが可能な厚みを有している。このため、トンネル電流によって注入効率が改善されることにより二次元材料層１に大きな光電流が注入される。よって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

実施の形態１１．
次に、図１３～図１７を用いて、実施の形態２に係る電磁波検出器１００の構成を説明する。実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１３に示されるように、本実施の形態に係る電磁波検出器１００の第３光増感層２ｃは、強誘電体材料８を含んでいる。第３光増感層２ｃは、強誘電体材料８からなっていてもよい。強誘電体材料８は、二次元材料層１上に設けられている。第４電極部４ｄは、強誘電体材料８に電気的に接続されている。

強誘電体材料８の材料は、検出波長に対して分極が生じる材料であれば適宜に決められてもよい。強誘電体材料８の材料は、例えば、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）、ＬｉＴａＯ_３（タンタル酸リチウム）、ＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＳＢＴ（タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム）、ＢＦＯ（ビスマスフェライト）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）、および有機ポリマーであるポリフッ化ビニリデン系強誘電体（ＰＶＤＦ、Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ－ＣＴＦＥ）等）の少なくともいずれかを含んでいる。

強誘電体材料８は、異なる強誘電体が積層、混合されたものでもよい。強誘電体材料８の作成方法は、適宜に決められてもよい。例えば、強誘電体材料８がポリマー系材料を含む場合、スピンコート法等によりポリマー膜が形成された後に、フォトリソグラフィ法によって加工される。強誘電体材料８が他の材料である場合は、スパッタや蒸着、ＭＯＤコート法などで成膜された後に、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングされる。また、レジストマスクがマスクとして用いられて強誘電体材料８が成膜された後に、レジストマスクを除去するリフトオフと呼ばれる方法が用いられてもよい。

なお、強誘電体材料８を構成する材料は、上記の強誘電体の材料に限られるものではなく、焦電効果を奏する任意の焦電体であればよい。具体的には、強誘電体材料８を構成する材料は、熱エネルギーの変化に対して分極変化が生じる任意の強誘電体であればよい。焦電効果において電磁波は単に熱源として作用するため、焦電効果には基本的に波長依存性はない。このため、強誘電体材料８は、広帯域の電磁波に感度を有している。

望ましくは、強誘電体材料８は、強誘電体材料８における誘電分極の変化速度が可能な限り短くなるように設計されている。具体的には、強誘電体材料８の厚さは二次元材料層１に電圧を与えることが可能である範囲で薄いことが好ましい。

また、強誘電体材料８の膜厚は、電磁波が二次元材料層１に照射された場合に二次元材料層１に印加される電圧値が極大値となる厚さであることが好ましい。また、強誘電体材料８の分極方向は、特に制限されないが、二次元材料層１に電圧が印加される方向に沿っていることが望ましい。

図示されないが、電磁波検出器１００は、強誘電体材料８と接触しており、かつ光照射により光誘起相転移が生じて物性（例えば温度）が変化するモット絶縁体をさらに含んでいてもよい。

図１４に示されるように、第１絶縁層３ａには、二次元材料層１に対して第３光増感層２ｃとは反対側において貫通孔Ｔ１が設けられていてもよい。第１光増感層２ａには、二次元材料層１に対して第３光増感層２ｃとは反対側において凹部Ｔ２が設けられていてもよい。この場合、第１絶縁層３ａおよび第１光増感層２ａは、貫通孔Ｔ１および凹部Ｔ２が設けられたトレンチ構造Ｔを構成している。二次元材料層１は、トレンチ構造Ｔにまたがった架橋構造を有している。

図１５に示されるように、第２光増感層２ｂは、強誘電体材料８を含んでいてもよい。第２光増感層２ｂは、強誘電体材料８からなっていてもよい。強誘電体材料８の検出波長の電磁波が強誘電体材料８に入射した場合、強誘電体材料８内において分極が生じる。これにより、第３電極部４ｃから印加される電圧Ｖ４が変化する。すなわち、第２光増感層２ｂと強誘電体材料８との界面に蓄積した光キャリアに伴う電界効果に加えて、強誘電体材料８において生じた分極に伴う電圧値変化が生じる。これにより、強誘電体材料８が設けられていない場合と比較して、さらに大きい光ゲート効果が生じる。この結果、二次元材料層１において生じる光電流量が増加するため、さらに高い感度を有する電磁波検出器１００が得られる。

図１６に示されるように、第１光増感層２ａは、強誘電体材料８を含んでいてもよい。第１光増感層２ａは、強誘電体材料８からなっていてもよい。

図１７に示されるように、強誘電体材料８は、第２光増感層２ｂと二次元材料層１との間に配置されていてもよい。すなわち、強誘電体材料８は、二次元材料層１と第２光増感層２ｂとを接続していてもよい。誘電体材料の検出波長の電磁波が強誘電体材料８に入射した場合、強誘電体材料８内において分極が生じる。これにより、第２電極部４ｂから印加される電圧Ｖ２が変化する。すなわち、第２光増感層２ｂと強誘電体材料８との界面に蓄積した光キャリアに伴う電界効果に加えて、強誘電体材料８において生じた分極に伴う電圧値変化が生じる。これにより、強誘電体材料８が設けられていない場合と比較して、さらに大きい光ゲート効果が生じる。この結果、二次元材料層１において生じる光電流量が増加するため、さらに高い感度を有する電磁波検出器１００が得られる。

図１８に示されるように、第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂの少なくともいずれかは、強誘電体材料８を含んでいてもよい。また、第３絶縁層３ｃは、強誘電体材料８を含んでいてもよい。図１８では、第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃは、強誘電体材料８を含んでいる。第１絶縁層３ａ、第２絶縁層３ｂおよび第３絶縁層３ｃの少なくともいずれかは、強誘電体材料８からなっていてもよい。強誘電体材料８は、第１光増感層２ａと二次元材料層１との間に配置されていてもよい。

〈作用効果〉
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器１００によれば、図１３、図１５および図１６に示されるように、第１光増感層２ａ、第２光増感層２ｂおよび第３光増感層２ｃの少なくともいずれかは、強誘電体材料８を含んでいる。この場合、強誘電体材料８に電磁波が照射されることで、強誘電体材料８の焦電効果によって強誘電体材料８の内部に誘電分極の変化が生じる。これにより、強誘電体材料８から二次元材料層１に電荷が注入される。この結果、電磁波検出器１００に対して擬似的にバイアス電圧が印加される。よって、二次元材料層１の抵抗値が変化する。二次元材料層１の抵抗値の変化を検出することで電磁波検出器１００に照射された電磁波を検出することができる。

強誘電体材料８に第４電極部４ｄによって電圧Ｖ４が印加されてもよい。この場合、焦電効果によって強誘電体材料８の誘電分極が変化することで、二次元材料層１に印加される電圧が変調される。具体的には、電圧Ｖ４が電圧Ｖ４＋ΔＶ４になるように変調される。印加電圧が変調されることで、二次元材料層１のフェルミレベルが変調される。よって、二次元材料層１の抵抗値が変化する。

すなわち、強誘電体材料８から二次元材料層１に注入された電荷による二次元材料層１の抵抗値の変化と、強誘電体材料８の誘電分極に伴う二次元材料層１のフェルミレベル変調による抵抗値の変化とが生じる。したがって、二次元材料層１のみまたは強誘電体材料８のみが用いられた電磁波検出器１００と比較して、さらに大きい光電流量が得られるため、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

より詳細には、図１５に示されるように、第２光増感層２ｂは、強誘電体材料８を含んでいてもよい。強誘電体材料８は、二次元材料層に直接接続されていてもよい。第２光増感層２ｂが感度を有する波長の電磁波が第２光増感層２ｂに入射すると、半導体材料内において光キャリアが発生する。第２光増感層２ｂに対して電圧が印加されると、強誘電体材料８に空乏層が形成される。空乏層において生じた光キャリアは、強誘電体材料８を介して二次元材料層１に電界効果を与える。強誘電体材料８が感度を有する電磁波が強誘電体材料８に入射すると、強誘電体材料８において分極が生じる。これにより、強誘電体材料８の界面に蓄積した光キャリアに伴う電界効果に加えて、強誘電体材料８で生じた分極に伴う電圧値変化によって、強誘電体材料８が設けられていない場合と比較して、より大きな光ゲート効果が生じる。この結果、二次元材料層１で生じる光電流量が増加するため、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

図１４に示されるように、第１絶縁層３ａおよび第１光増感層２ａは、貫通孔Ｔ１および凹部Ｔ２が設けられたトレンチ構造Ｔを構成している。このため、強誘電体材料８に接続された構造体（第１絶縁層３ａおよび第１光増感層２ａ）の熱容量が低減される。よって、電磁波検出器１００に伴う強誘電体材料８による温度変化量を大きくすることができる。これにより、強誘電体材料８に生じる分極変化量を大きくすることができるため、二次元材料層１に印加される電圧を大きくすることができる。したがって、電磁波検出器１００の感度を向上させることができる。

図１８に示されるように、第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂの少なくともいずれかは、強誘電体材料８を含んでいてもよく、第３絶縁層３ｃは、強誘電体材料８を含んでいてもよい。この場合、強誘電体材料８に電磁波が照射されることで、強誘電体材料８の焦電効果によって強誘電体材料８の内部に誘電分極の変化が生じる。これにより、強誘電体材料８から二次元材料層１に電荷が注入される。この結果、電磁波検出器１００に対して擬似的にバイアス電圧が印加される。よって、二次元材料層１の抵抗値が変化する。二次元材料層１の抵抗値の変化を検出することで電磁波検出器１００に照射された電磁波を検出することができる。

実施の形態１２．
次に、図１９を用いて、実施の形態１２に係る電磁波検出器集合体の構成を説明する。実施の形態１２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

本実施の形態に係る電磁波検出器集合体２００は、実施の形態１～１１に係る電磁波検出器１００を複数有している。複数の電磁波検出器１００は、第１方向ＤＲ１および第１方向ＤＲ１に交差する第２方向ＤＲ２の少なくともいずれかに沿って並んで配置されている。本実施の形態において、電磁波検出器集合体２００に含まれる複数の電磁波検出器１００は、互いに同じ電磁波検出器１００である。

図１９に図示された電磁波検出器集合体２００では、４つの電磁波検出器１００が２×２の集合体状に配置されているが、配置される電磁波検出器１００の数はこれに限定されない。例えば、９つの電磁波検出器１００が３×３の集合体状に配置されてもよい。また、図１９に示される電磁波検出器集合体２００は、複数の電磁波検出器１００が二次元に周期的に配列されているが、複数の電磁波検出器１００は１つの方向に沿って周期的に配列されていてもよい。また、複数の電磁波検出器１００のうち隣り合う電磁波検出器１００同士の間隔は等間隔であってもよいし、異なる間隔であってもよい。

複数の電磁波検出器１００の各々が互いに分離されていれば、複数の電磁波検出器１００において１つの第１電極部４ａ（図１参照）が共通電極として用いられてもよい。これにより、複数の第１電極部４ａが独立している場合よりも電磁波検出器集合体２００の配線を少なくすることができるため、電磁波検出器集合体２００の解像度を高めることができる。

次に、図２０を用いて、実施の形態１２に係る電磁波検出器集合体２００の変形例の構成を説明する。

電磁波検出器集合体２００に含まれる複数の電磁波検出器１００は、互いに異なる種類の電磁波検出器１０１～１０４である。互いに異なる種類の電磁波検出器１０１～１０４が集合体状（マトリックス状）に配置されている。複数の電磁波検出器１０１～１０４の各々は、互いに異なる検出波長をそれぞれ有していてもよい。具体的には、複数の電磁波検出器１０１～１０４の各々は、互いに異なる検出波長選択性を有していてもよい。

例えば、複数の電磁波検出器１０１～１０４の各々の第１光増感層２ａ（図９参照）、第２光増感層２ｂ（図９参照）、第３光増感層２ｃ（図９参照）または強誘電体材料８（図１３参照）を構成する材料がそれぞれ互いに異なる検出波長を有していてもよい。この場合、例えば、検出波長が可視光の波長である半導体材料または強誘電体材料８（図１３参照）と、検出波長が赤外線の波長である半導体材料または強誘電体材料８（図１３参照）とが用いられてもよい。例えば、当該電磁波検出器集合体２００が車載センサに適用された場合、電磁波検出器集合体２００は、昼間は可視光画像用カメラとして使用され得る。さらに、電磁波検出器集合体２００は、夜間は赤外線カメラとしても使用され得る。このようにすれば、電磁波の検出波長に応じて複数のカメラを使い分ける必要がない。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態に係る電磁波検出器集合体２００によれば、図１９に示されるように、電磁波検出器集合体２００は、実施の形態１～１１に係る電磁波検出器１００を複数有している。このため、複数の電磁波検出器１００の各々を検出素子とすることによって、電磁波検出器集合体２００に画像センサとしての機能を持たせることができる。

本実施の形態に係る電磁波検出器集合体２００の変形例によれば、図２０に示されるように、複数の電磁波検出器１０１～１０４の各々は、互いに異なる検出波長をそれぞれ有している。このため、電磁波検出器集合体２００は、少なくとも２つ以上の異なる波長の電磁波を検出することができる。

これにより、電磁波検出器集合体２００は、可視光域で用いられるイメージセンサと同様に、例えば、紫外光、赤外光、テラヘルツ波、電波の波長域などの任意の波長域において、電磁波の波長を識別できる。この結果、例えば波長の相違を色の相違として示した、カラー化された画像を得ることができる。

また、電磁波検出器集合体２００は、画像センサ以外のセンサとして用いられてもよい。電磁波検出器集合体２００は、例えば、少ない画素数であっても物体の位置を検出できる位置検出用センサとして用いられ得る。また、例えば、電磁波検出器集合体２００は、複数の波長において電磁波の強度を検出できる画像センサとして用いられ得る。これにより、従来、ＣＭＯＳ（Complementary ＭＯＳ：相補型ＭＯＳ）センサ等で必要とされていたカラーフィルタを用いることなく、複数の電磁波を検出し、カラー化された画像を得ることができる。

複数の電磁波検出器１０１～１０４の各々は、互いに異なる偏光を有する電磁波を検出するように構成されている。これにより、電磁波検出器集合体２００に偏光識別イメージセンサとしての機能を持たせることができる。例えば、検知する偏光角度が０°、９０°、４５°、１３５°である４つの画素を一単位として、当該一単位の電磁波検出器１００を複数配置することで偏光イメージングが可能になる。偏光識別イメージセンサによって、例えば、人工物と自然物の識別、材料の識別、赤外波長域においてそれぞれ同一温度を有する複数の物体の識別、複数の物体間の境界の識別、または、等価的な分解能の向上などが可能になる。

以上のように、電磁波検出器集合体２００は、広い波長域の電磁波を検出することができる。また、電磁波検出器集合体２００は、異なる波長の電磁波を検出することができる。

なお、上述した各実施の形態において、第１光増感層２ａ～第３光増感層２ｃ、第１絶縁層３ａ～第３絶縁層３ｃ、バッファ層７、強誘電体材料８の材料は、電磁波の照射により特性が変化することで二次元材料層１に電位の変化を与える材料であることが好ましい。

電磁波の照射により特性が変化することで二次元材料層１に電位の変化を与える材料としては、例えば、量子ドット、強誘電体の材料、液晶材料、フラーレン、希土類酸化物、半導体材料、ｐｎ接合材料、金属－半導体接合材料、または、金属－絶縁物－半導体接合材料等である。例えば、強誘電体材料８として、電磁波による分極効果（焦電効果）を有する強誘電体の材料が用いられる場合、電磁波の照射によって強誘電体の材料に分極の変化が生じる。この結果、二次元材料層１に電位の変化が与えられる。

上述のように第１光増感層２ａ等の材料として上記のような材料を用いる場合、第１光増感層２ａ～第３光増感層２ｃ、第１絶縁層３ａ～第３絶縁層３ｃ、バッファ層７または強誘電体層では、電磁波の照射により特性が変化する。その結果、二次元材料層１に電位の変化が与えられる。

なお、電磁波の照射により特性が変化することで二次元材料層１に電位の変化を与える材料が第１光増感層２ａ～第３光増感層２ｃ部分、第１絶縁層３ａ～第３絶縁層３ｃ、バッファ層７または強誘電体層に適用される例が説明された。しかしながら、上述した各部材のうちの少なくとも一つ以上に、電磁波の照射により特性が変化することで二次元材料層１に電位の変化を与える材料が適用されればよい。例えば、バッファ層７に電磁波の照射により特性が変化することで二次元材料層１に電位の変化を与える材料が適用される場合、強誘電体材料８は必ずしも二次元材料層１に直接接触している必要はない。例えば、電位の変化が二次元材料層１に与えられることができれば、バッファ層７は絶縁層等を介して二次元材料層１に接続されていてもよい。

上述した各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。さらに、上記実施の形態は実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 二次元材料層、２ａ 第１光増感層、２ｂ 第２光増感層、２ｃ 第３光増感層、３ａ 第１絶縁層、３ｂ 第２絶縁層、３ｃ 第３絶縁層、４ａ 第１電極部、４ｂ 第２電極部、４ｃ 第３電極部、４ｄ 第４電極部、５ 信号処理回路、６ フローティング電極、７ バッファ層、８ 強誘電体材料、１００ 電磁波検出器、２００ 電磁波検出器集合体、Ｔ トレンチ構造、Ｔ１ 貫通孔、Ｔ２ 凹部。

Claims (22)

1. 第１光増感層と、
   前記第１光増感層に電気的に接続された第１電極部と、
   前記第１光増感層上に設けられた第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層上に設けられ、かつ前記第１光増感層に電気的に接続された二次元材料層と、
   前記二次元材料層に電気的に接続された第２電極部と、
   前記二次元材料層に接続された第２光増感層とを備え、
   前記第２光増感層は、前記第１光増感層と異なる波長域に吸収最大値を有しており、かつ前記第１光増感層と異なる波長域において電圧変化を生じさせることが可能であり、
   前記第１絶縁層は、前記第１光増感層と前記二次元材料層との間に配置される、電磁波検出器。
2. 第３電極部をさらに備え、
   前記第３電極部は、前記第２光増感層に電気的に接続されている、請求項１に記載の電磁波検出器。
3. 第２絶縁層をさらに備え、
   前記第２絶縁層は、前記第２光増感層と前記二次元材料層との間に配置されている、請求項２に記載の電磁波検出器。
4. 前記第２光増感層の全面は、前記第２絶縁層に覆われている、請求項３に記載の電磁波検出器。
5. 前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の少なくともいずれかは、強誘電体材料を含んでいる、請求項３または４に記載の電磁波検出器。
6. 第３光増感層をさらに備え、
   前記第３光増感層は、前記二次元材料層に接続されており、かつ前記第１光増感層および前記第２光増感層と異なる電磁波長域に吸収最大値を有しており、かつ前記第１光増感層および前記第２光増感層と異なる波長域において電圧変化を生じさせることが可能であり、請求項１～５のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
7. 第４電極部をさらに備え、
   前記第４電極部は、前記第３光増感層に電気的に接続されている、請求項６に記載の電磁波検出器。
8. 第３絶縁層をさらに備え、
   前記第３絶縁層は、前記第３光増感層と前記二次元材料層との間に配置されている、請求項６または７に記載の電磁波検出器。
9. 前記第３光増感層の全面は、前記第３絶縁層に覆われている、請求項８に記載の電磁波検出器。
10. 前記第３絶縁層は、強誘電体材料を含んでいる、請求項８または９に記載の電磁波検出器。
11. 前記第１光増感層、前記第２光増感層および前記第３光増感層の少なくともいずれかは、半導体を含んでいる、請求項６～１０のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
12. 前記第１光増感層、前記第２光増感層および前記第３光増感層の少なくともいずれかは、バンドギャップを有する原子層材料を含んでいる、請求項６～１１のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
13. 前記第１光増感層、前記第２光増感層および前記第３光増感層の少なくともいずれかは、強誘電体材料を含んでいる、請求項６～１２のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
14. 前記第１絶縁層には、前記二次元材料層に対して前記第３光増感層とは反対側において貫通孔が設けられており、
    前記第１光増感層には、前記二次元材料層に対して前記第３光増感層とは反対側において凹部が設けられており、
    前記第１絶縁層および前記第１光増感層は、前記貫通孔および前記凹部が設けられたトレンチ構造を構成している、請求項１３に記載の電磁波検出器。
15. バッファ層をさらに備え、
    前記バッファ層は、前記二次元材料層と前記第１光増感層との間、前記二次元材料層と前記第２光増感層との間および前記二次元材料層と前記第３光増感層との間の少なくともいずれかに配置されている、請求項６～１４のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
16. 前記バッファ層は、前記二次元材料層と前記第１光増感層との間、前記二次元材料層と前記第２光増感層との間および前記二次元材料層と前記第３光増感層との間の少なくともいずれかにトンネル電流を形成することが可能な厚みを有している、請求項１５に記載の電磁波検出器。
17. 前記第１電極部、前記二次元材料層、前記第１光増感層および前記第２電極部は、この順に電気的に接続されている、請求項１～１６のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
18. 信号処理回路をさらに備え、
    前記信号処理回路は、前記第１光増感層と前記第１絶縁層との間に配置されている、請求項１～１７のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
19. フローティング電極をさらに備え、
    前記フローティング電極は、前記二次元材料層に接触している、請求項１～１８のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
20. 前記二次元材料層は、乱層構造部分を含んでいる、請求項１～１９のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
21. 前記二次元材料層は、グラフェン、遷移金属ダイカルゴゲナイト、黒リン、シリセン、グラフェンナノリボンおよびボロフェンからなる群から選択されるいずれかの材料を含む、請求項１～２０のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
22. 請求項１～２１のいずれか１項に記載の電磁波検出器を複数備え、
    前記複数の電磁波検出器は、第１方向および前記第１方向に交差する第２方向の少なくともいずれかに沿って並んで配置されている、電磁波検出器集合体。
    

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