JP2023042644A - optical sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、光センサデバイスに関する。 The present disclosure relates to optical sensor devices.
赤外線センサは、熱をもつ物体が発する赤外線を検知し、自動ドア、監視カメラ、インフラ点検等に適用されている。赤外線の波長領域は広く、室温で動作する広帯域、高感度のセンサが求められている。 Infrared sensors detect infrared rays emitted by objects with heat, and are applied to automatic doors, surveillance cameras, infrastructure inspections, and the like. Infrared has a wide wavelength range, and wideband, high-sensitivity sensors that operate at room temperature are in demand.
グラフェン層を用いた電磁波検出器が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。グラフェンは、高い移動度をもち、可視、赤外を含む広い波長帯域で光を吸収する。グラフェンのこれらの特性により、従来よりも小型、かつ室温で動作するセンサの実用に向けて研究開発が進められている。
An electromagnetic wave detector using a graphene layer has been proposed (see
一般的なグラフェンセンサは、グラフェン層の両端に電極を配置したトランジスタ構造を有し、グラフェンに光が入射することで発生するキャリアを電流として検出する。トランジスタ構造のグラフェンセンサでは、グラフェンが大気中に露出していると、大気中の水分、コンタミネーション、気候変化などの影響で、ドレイン電流-ゲート電圧曲線が変化する。ドレイン電流-ゲート電圧曲線が変化すると、光入射の有り、無しによるドレイン電流の変化特性が変動し、受光量を正しく検出できなくなる。グラフェン表面を覆う保護膜を設けた場合、保護膜の種類によっては十分な感度が得られなくなる。 A typical graphene sensor has a transistor structure in which electrodes are arranged at both ends of a graphene layer, and detects carriers generated when light is incident on the graphene as current. In graphene sensors with a transistor structure, when the graphene is exposed to the atmosphere, the drain current-gate voltage curve changes due to the effects of atmospheric moisture, contamination, and climate change. If the drain current-gate voltage curve changes, the change characteristics of the drain current depending on whether light is incident or not changes, and the amount of received light cannot be detected correctly. When a protective film is provided to cover the graphene surface, sufficient sensitivity cannot be obtained depending on the type of protective film.
一つの側面では、耐候性と感度を兼ね備えた光センサデバイスの提供を目的とする。 An object of one aspect is to provide an optical sensor device that has both weather resistance and sensitivity.
一実施形態では、光センサデバイスは、
基板と、
前記基板の上に設けら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、
前記グラフェン層の受光領域を覆い、検出する光の波長帯に対して透明な樹脂層と、
を有する。
In one embodiment, the optical sensor device comprises:
a substrate;
a graphene layer provided on the substrate;
a pair of electrodes connected to the graphene layer;
a resin layer that covers the light receiving region of the graphene layer and is transparent to the wavelength band of light to be detected;
have
耐候性と感度を兼ね備えた光センサデバイスが実現される。 An optical sensor device having both weather resistance and sensitivity is realized.
実施形態では、グラフェンを用いた光センサデバイスの受光領域を、検出対象の光に対して透明な樹脂層で覆うことで、耐候性と感度を向上する。耐候性は、一般的には屋外の自然環境とその変化に耐えうる性質をいうが、実施形態の光センサデバイス10においては、耐候性は、光センサデバイスが用いられる環境が変わっても、ディラックポイントの変動が抑制されている性質を含む。 In the embodiment, weather resistance and sensitivity are improved by covering the light-receiving region of an optical sensor device using graphene with a resin layer transparent to the light to be detected. Weather resistance generally refers to a property that can withstand the outdoor natural environment and its changes. Includes the property that point fluctuations are suppressed.
好ましくは、樹脂層は、検出対象の光と異なる波長の光、または電子線に対する感光性を有する。そのような樹脂層は、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法などの塗布法で形成され、成膜とパターニングが容易である。ベーク温度も100℃以下であり、グラフェンに対する影響が少ない。 Preferably, the resin layer has photosensitivity to light of a wavelength different from the light to be detected, or to electron beams. Such a resin layer is formed by a coating method such as a spin coating method, a spray coating method, a dip coating method, a die coating method, a bar coating method, etc., and is easy to form and pattern. The baking temperature is also 100° C. or lower, and has little effect on graphene.
グラフェンの受光領域を樹脂層で覆うことで、後述するように、ALD法で形成された無機絶縁膜と比較して、グラフェンへのpドーピングの効果が大きく、光センサデバイスの感度が改善される。ここでいう「pドーピングの効果」とは、グラフェン中のキャリア(正孔)濃度の増大効果をいう。pドーピングの効果により、光入射があるときと、ないときのドレイン電流の差が大きくなり、受光感度を改善することができる。 By covering the light-receiving region of graphene with a resin layer, as will be described later, the p-doping effect of graphene is greater than that of an inorganic insulating film formed by ALD, and the sensitivity of the photosensor device is improved. . The term “p-doping effect” used herein refers to the effect of increasing the carrier (hole) concentration in graphene. Due to the effect of p-doping, the difference between the drain current when light is incident and when light is not incident is increased, and the photosensitivity can be improved.
図1は、グラフェンを用いた光センサデバイスに対する環境の影響を示す図である。サンプルとして、基板上のグラフェン層に一対の電極を設け、基板の裏面にゲート電極を設けたトランジスタ構造のグラフェン光デバイスを作製する。作製したサンプルを用い、光入射のないときのゲート電圧-ドレイン電流特性を真空中で測定する。サンプルを150℃で1時間、真空アニールすることで、デバイス表面の水分量が少ない状態を模擬する。真空アニールを施さないサンプルにより、デバイス表面の水分量が多い状態を模擬する。 FIG. 1 shows the effect of environment on graphene-based optical sensor devices. As a sample, a graphene optical device with a transistor structure is fabricated in which a pair of electrodes is provided on a graphene layer on a substrate and a gate electrode is provided on the back surface of the substrate. Using the fabricated sample, the gate voltage-drain current characteristics are measured in vacuum without incident light. The sample is vacuum annealed at 150° C. for 1 hour to simulate a low moisture content on the device surface. A sample without vacuum annealing simulates a high moisture content on the device surface.
デバイス表面の水分量が少ない状態(ラインA)と、水分量が多い状態(ラインB)とでは、ゲート電圧-ドレイン電流特性が大きく異なる。デバイス表面の水分量が少ない場合、ディラックポイント、すなわち、ゲート電圧に対してドレイン電流が最小になる点は0Vの近傍にある。これに対し、デバイス表面の水分量が多い場合、ディラックポイントはゲート電圧のプラス側に大きくシフトし、ドレイン電流-ゲート電圧の特性自体が変化して、ダイナミックレンジが狭くなる。 The gate voltage-drain current characteristics differ greatly between the state where the moisture content on the device surface is small (line A) and the state where the moisture content is large (line B). The Dirac point, ie, the point at which the drain current is minimum with respect to the gate voltage, is near 0 V when the device surface has a small amount of moisture. On the other hand, when the moisture content on the device surface is large, the Dirac point shifts significantly to the positive side of the gate voltage, and the drain current-gate voltage characteristic itself changes, narrowing the dynamic range.
グラフェンを用いた光センサデバイスの耐候性を高めるために、デバイス全体を保護膜で覆うことが考えられる。たとえば、緻密な膜を形成することのできるALD法により、透明な絶縁保護膜を形成して、水分やコンタミネーションの影響を防止することが考えられる。 In order to improve the weather resistance of an optical sensor device using graphene, it is conceivable to cover the entire device with a protective film. For example, it is conceivable to prevent the effects of moisture and contamination by forming a transparent insulating protective film by the ALD method capable of forming a dense film.
図2は、ALD法で形成された保護膜の耐候性を示す。図1で用いたサンプルと同じサンプルに、保護膜として厚さ20nmのAl2O3膜を形成する。ラインCは、ALDによる保護膜形成後にアニールしたサンプルの電気特性を示す。ラインDは、ALDによる保護膜形成後に、アニールを行わずに真空中で測定した電気特性を示す。ラインEは、ALDによる保護膜形成後に、アニールを行わずに大気中で測定した電気特性を示す。 FIG. 2 shows weather resistance of the protective film formed by the ALD method. An Al 2 O 3 film with a thickness of 20 nm is formed as a protective film on the same sample as the sample used in FIG. Line C shows the electrical properties of the sample annealed after forming the overcoat by ALD. Line D shows the electrical properties measured in vacuum without annealing after forming the protective film by ALD. Line E shows the electrical properties measured in the atmosphere without annealing after forming the protective film by ALD.
アニールの有無にかかわらず、ディラックポイントはほぼ一定であり、かつゲート電圧0Vの近傍にある。ALD法による保護層を形成することで、環境の水分量の変化にかかわらずディラックポイントの変動を抑制し、耐候性が向上することがわかる。 Regardless of the presence or absence of annealing, the Dirac point is almost constant and near the gate voltage of 0V. It can be seen that formation of a protective layer by the ALD method suppresses fluctuations in the Dirac point regardless of changes in the amount of water in the environment, and improves weather resistance.
発明者らは、ALD法で成膜された保護膜は耐候性を有するが、pドーピングの効果が不十分であることを見出した。耐候性とpドーピングの効果を兼ね備えることができれば動作が安定した高感度の光センサデバイスが実現される。実施形態では、保護層として、検出対象の光に対して透明な樹脂層を用いる。 The inventors have found that the protective film formed by the ALD method has weather resistance, but the effect of p-doping is insufficient. If the effects of weather resistance and p-doping can be combined, a photosensor device with stable operation and high sensitivity can be realized. In the embodiment, a resin layer transparent to the light to be detected is used as the protective layer.
図3は、光センサデバイスの原理を示す。横軸はゲート電圧、縦軸はドレイン電流である。光入射がないとき、ドレイン電流が最小となるディラックポイントはDP1にある。グラフェンに光が入射することでグラフェン中にキャリアが生成され、ディラックポイントは低電圧側のDP2にシフトする。換言すると、同じゲート電圧で、流れるドレイン電流が増加する。ドレイン電流の変化を測定することで、光入射量を求めることができる。ドレイン電流を測定するかわりに、電気抵抗の変化を測定してもよい。 FIG. 3 shows the principle of an optical sensor device. The horizontal axis is the gate voltage, and the vertical axis is the drain current. The Dirac point at which the drain current is minimum when there is no incident light is at DP1. When light enters the graphene, carriers are generated in the graphene, and the Dirac point shifts to DP2 on the low voltage side. In other words, with the same gate voltage, more drain current flows. The amount of incident light can be determined by measuring the change in drain current. Instead of measuring drain current, change in electrical resistance may be measured.
ディラックポイントの近傍では、光が入射したときの電流変化(傾き)が大きい。ソース・ドレイン間にバイアス電圧をかけることで、ディラックポイントでの電流変化または電気抵抗の変化を読み取ることができる。pドーピングの効果が大きいと、同じ光入射量でドレイン電流の変化、または電気抵抗の変化が大きくなり、感度が高くなる。発明者らは、保護層として樹脂層を用いることで、pドーピングの効果が十分に得られることを見出した。樹脂層によるpドーピングの効果は、図7を参照して後述する。 In the vicinity of the Dirac point, the current change (inclination) is large when light is incident. By applying a bias voltage between the source and the drain, it is possible to read the current change or electrical resistance change at the Dirac point. If the effect of p-doping is large, the change in drain current or the change in electrical resistance will be large with the same amount of incident light, and the sensitivity will be high. The inventors have found that the p-doping effect can be sufficiently obtained by using a resin layer as the protective layer. The effect of p-doping by the resin layer will be described later with reference to FIG.
<第1実施形態>
図4は、第1実施形態の光センサデバイス10Aの平面模式図、図5は、図4のIV-IVラインに沿った断面図である。光センサデバイス10Aは、基板11と、基板11の上に絶縁膜13を介して設けられるグラフェン層15と、グラフェン層15に接続される電極18、19と、少なくともグラフェン層15の受光領域155を覆う樹脂層25と、を有する。グラフェン層15の受光領域155は、電極18と19の間に延びる領域である。樹脂層25は、光センサデバイス10Aで検出する光に対して透明であり、この例では可視光、および赤外光に対して透明である。
<First embodiment>
4 is a schematic plan view of the
樹脂層25は、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法などで形成される樹脂コートであり、下地に対する密着性が良好である。樹脂層25の厚さは、1μmから数μmである。樹脂層25を保護層とする場合、真空チャンバーを備えた大掛かりな成膜装置は不要である。
The
基板11において、グラフェン層15及び電極18、19が形成される面を主面、主面と反対側を裏面とする。便宜上、主面の積層方向を「上」側とするが、このような方向を表す表現は、絶対的な位置関係を示すものではない。基板11は、たとえばシリコン基板であり、基板11の裏面にゲート電極14が設けられている。ゲート電極14と、電極18及び19でトランジスタ構造を構成する。
In the
電極パッド16、17はボンダーでワイヤを打つために設けられている。電極パッド16、17は、たとえば、チタン(Ti)と金(Au)の積層で形成されている。Auの下地として、Tiに替えてクロム(Cr)を用いてもよい。
電極18、19は、Au、Ti、Cr、パラジウム(Pd)、白金(Pt)これらの組み合わせなどで形成されている。電極18、19が絶縁膜13に対する十分な密着性を有する場合は、電極パッド16、17を省略してもよい。
樹脂層25に、電極18、19に達するコンタクトホール22、23がそれぞれ形成されている。コンタクトホール22、23に導電性材料を充填して配線または端子を設けることで、グラフェン層15のチャネルに流れる電流を外部に引き出すことができる。
Contact holes 22 and 23 reaching the
樹脂層25は、たとえば紫外線に対する感光性を有する感光性樹脂であってもよい。この場合、樹脂層35の露光と現像のみで、コンタクトホール22、23を簡単に形成することができる。樹脂層25をフォトレジストで形成する場合、パターニングの観点からはフォトレジストはネガ型でもポジ型でもよいが、耐候性の点では、ポジ型よりもネガ型が優れている場合がある。
光センサデバイス10Aを樹脂層25で保護することで、水分やコンタミネーションの侵入を防止して耐候性を向上する。また、後述するように、グラフェン層15へのpドーピング効果を改善して、受光感度を高めることができる。
By protecting the
図6Aから図6Gは、第1実施形態の光センサデバイス10Aの製造工程図である。図6Aで、たとえば、熱酸化膜付きのシリコン基板を用意する。シリコン基板を基板11として用い、一方の面(主面となる)の熱酸化膜を、絶縁膜13として用いる。基板11の絶縁膜13と反対側の面(裏面)の熱酸化膜を除去して、ゲート電極14を形成する。基板11の裏面に、TiとAuの2層構成の電極を電子ビーム(EB;Electron Beam)蒸着で形成して、ゲート電極としてもよい。ゲート電極14は、バックゲートとなる。
6A to 6G are manufacturing process diagrams of the
図6Bで、絶縁膜13の上に電極パッド16、17を形成する。電極パッド16、17は、たとえばリフトオフ法で、TiとAuの2層構造の金属膜として形成する。電気伝導をなるべく高く保つために、密着層となる下地のTi膜の厚さをできるだけ薄く形成してもよい。
In FIG. 6B,
図6Cで、全面にグラフェン層15を設ける。グラフェン層15は、HOPG(Highly oriented pyrolytic graphite)からテープ等で剥離する機械的剥離法、ないしは化学気相成長法(Chemical vapor deposition)で銅箔などの触媒上に合成したグラフェンから樹脂等を用いて剥離・転写する転写法などで絶縁膜13と電極パッド16、17の上に塗布されてもよい。グラフェン層15は、単層グラフェンであってもよいし、数原子層の厚さの層であってもよい。グラフェンは一層あたりの光吸収量が小さいので、複数層のグラフェンを重ねて、光吸収量を増加させてもよい。グラフェン層15を設けた後に、絶縁膜13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。
In FIG. 6C, a
図6Dで、グラフェン層15を所定の形状にパターニングする。グラフェンは、酸素アッシング、酸素イオンビーム等で加工することができる。
In FIG. 6D, the
図6Eで、加工されたグラフェン層15の両端とオーバーラップするように、電極18、19を形成する。電極18、19は、基板11上で、電極パッド16、17をそれぞれ覆っているが、同じ材料で一体的に形成されてもよい。グラフェン層15のうち、電極18と19の間に延びる領域が受光領域155である。グラフェン層15は、電極18と19の間にチャネルを形成する。
In FIG. 6E,
図6Fで、全面に樹脂層25を形成する。樹脂層25として、検出する光の波長領域で透明であり、グラフェン層15へのpドーピング効果をもつ樹脂、たとえばエポキシ系の樹脂を用いる。この例では、MicroChem社製のSU-8レジストを用いる。SU-8レジストをスピナで1μm~数μmの厚さ(この例では1μmの厚さ)で全面に塗布し、ホットプレートにより95℃でベークする。
In FIG. 6F, a
図6Gで、露光と現像により、樹脂層25の所定の位置に、電極18、19に達するコンタクトホール22、23を形成する。露光は、マスクアライナ露光装置を用いた紫外線の照射であってもよい。用いる樹脂の種類によっては、電子線で露光してもよい。コンタクトホール22、23内に配線または端子を形成してもよい。
In FIG. 6G, contact holes 22 and 23 reaching the
上記では、個別の光センサデバイス10Aに着目して製造工程を説明したが、シリコンウエハ上の各チップ領域に、多数の光センサデバイス10Aを同時に形成して、光センサデバイスアレイとしてもよい。
In the above description, the manufacturing process was described focusing on
電極18と電極19の間に所定のバイアス電圧を印加することにより、グラフェン層15に電界が印加され、グラフェン層15の受光領域155に入射した光(たとえば赤外線)で発生した電子-正孔対が、グラフェン層15を流れる。ドレイン電流は、ゲート電圧で制御することができる。光入射がOFFの状態でドレイン電流が最小になるディラックポイントのゲート電圧を印加しておくことで、光入射によりドレイン電流が増加する。このドレイン電流の増加を検知することで、光入射を検出できる。
By applying a predetermined bias voltage between the
図7は、樹脂層25のpドーピング効果を示す。樹脂層25のpドーピング効果を確認するために、図6A~6Gの工程で作製したサンプルで、光入射のない状態でドレイン電流-ゲート電圧特性を測定する。比較として、ALD法により成膜したアルミナ膜を保護層とするサンプルを作製し、同じく、光入射のない状態でドレイン電流-ゲート電圧特性を測定する。
FIG. 7 shows the p-doping effect of
図7の(a)は、樹脂層25を保護層とする7種類のサンプルa~gの大気中での測定結果を示す。図7の(b)は、厚さ20nmのALDアルミナ膜を保護層とする5種類のサンプルh~lの大気中での測定結果を示す。
FIG. 7(a) shows the measurement results in the atmosphere of seven types of samples a to g using the
樹脂層25を有するサンプルa~gでは、単層グラフェンを用い、グラフェン層15の長さ(電極18と19の間の長さ)は30mmで一定、幅を1mmから50mmの間で変化させている。樹脂層25は、SU-8レジストである。比較例のサンプルh~lでは、単層グラフェンを用い、グラフェン層の長さは30mmで一定、幅を5mmから300mmの間で変化させている。
In samples a to g having the
実施形態のサンプルでは、幅1mmのサンプルaを除いて、グラフェン層15の幅の変化によらず、ディラックポイントは15Vの近傍で安定している。pドーピングの効果が現れていることがわかる。
In the samples of the embodiment, the Dirac point is stable around 15 V regardless of the change in the width of the
これに対し、比較例のサンプルh~lでは、グラフェン層15の幅が変わることでディラックポイントがシフトするので、デバイスの設計に応じてゲート電圧の設定を変えなければならない。また、ディラックポイントはサンプルhを除いて5V以下であり、pドーピングの効果が少ない。
On the other hand, in samples h to l of the comparative example, the Dirac point shifts as the width of the
この測定結果から、検出対象の光に対して透明な樹脂層25を設けることで、耐候性と感度を兼ね備えた光センサデバイス10Aが実現することがわかる。
From this measurement result, it can be seen that the
<第2実施形態>
図8は、第2実施形態の光センサデバイス10Bの平面模式図、図9は、図8のV-Vラインに沿った断面図である。第2実施形態では、グラフェン層15の光吸収を高めるために、グラフェン層15の受光領域155に複数の孔151を設ける。
<Second embodiment>
FIG. 8 is a schematic plan view of the
光センサデバイス10Bは、基板11と、基板11の上に絶縁膜13を介して設けられるグラフェン層15と、グラフェン層15に接続される電極18、19と、少なくともグラフェン層15の受光領域155を覆う樹脂層25とを有する。樹脂層25は、光センサデバイス10Bで検出する光に対して透明であり、この例では可視光、および赤外光に対して透明である。
The
グラフェン層15の受光領域155に、複数の穴151が形成されている。グラフェン層15に孔151を設けることで、受光時に光の吸収を高めることができる。光の入射により、グラフェン層15の表面にプラズモン、すなわち入射光による自由電子の集団的振動が励起される。孔151のエッジ近傍では光の振動電界に対する閉じ込めが強く、孔151が形成されていないグラフェン層と比較して、光の吸収を高めることができる。孔151は、必ずしも完全にグラフェン層15を貫通して絶縁膜13に到達していなくてもよい。
A plurality of
グラフェン層15の両端に、グラフェン層15とオーバーラップする電極18と19が配置されている。基板11の裏面にゲート電極19が設けられ、バックゲート型のトランジスタ構成となっている。
グラフェン層16に孔151が設けられていることを除いて、光センサデバイス10Bの構成は、第1実施形態の光センサデバイス10Aの構成と同じである。光センサデバイス10Aと同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。樹脂層25による耐候性とpドーピングの効果も第1実施形態と同じであるが、グラフェン層15での光吸収量が増えるので、感度がより向上する。
The configuration of the
図10Aから図10Kは、光センサデバイス10Bの製造工程図である。図10Aから図10Dは、図6Aから図6Dの工程と同じである。すなわち、熱酸化膜付きのシリコン基板の片面の熱酸化膜を絶縁膜13として用い、他方の面の熱酸化膜を除去してゲート電極14を形成する。絶縁膜13の上に電極パッド16、17を形成した後に、全面にグラフェン層16を設け、グラフェン層15を所定の形状にパターニングする。
10A to 10K are manufacturing process diagrams of the
図10Eで、全面に孔形成用のレジスト31を塗布する。レジスト31は、パターニングが容易で溶剤で除去しやすい樹脂である。このような樹脂として、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、水素シルセスキオキサン(HSQ)等を用いることができる。またはこれらを複数種類重ねても良い。 In FIG. 10E, a resist 31 for forming holes is applied to the entire surface. The resist 31 is a resin that can be easily patterned and easily removed with a solvent. As such a resin, an acrylic resin, polymethyl methacrylate (PMMA), hydrogen silsesquioxane (HSQ), or the like can be used. Alternatively, a plurality of types of these may be stacked.
図10Fで、電子線の描画により、レジスト31に所定の形状の開口32を形成し、開口32内に、グラフェン層15の一部を露出させる。開口32の直径は100~400nm程度である。
In FIG. 10F, an
図10Gで、開口32が形成されたレジスト31をマスクとして用い、指向性をもつ酸素イオンビームで、グラフェン層15に周期的な孔151を形成する。グラフェン層15に形成される孔151の直径は、たとえば、100~400nmの範囲にあればよく、吸収したい光の波長によって、孔151の直径、配置などを調整することができる。孔の平面形状は円形に限定されず、プラズモンを励起可能な形状であれば、どのような平面形状でもよい。
In FIG. 10G,
図10Hで、レジスト31を除去する。このレジスト31は、孔151のパターニングのためのものであり、溶剤等で容易に除去される。
In FIG. 10H, resist 31 is removed. This resist 31 is for patterning the
図10Iから10Kの工程は、図6Eから図Gの工程と同じである。すなわち、電極パッド16、17を覆って、孔151が形成されたグラフェン層15の両端に接続される電極18、及び19を形成し、全面に樹脂層25を形成する。樹脂層25として、検出する光の波長領域で透明であり、低誘電率、かつ下地に対する密着性の良い樹脂を用いる。たとえば、MicroChem社製のSU-8レジストを1~数μmの厚さにスピンコートする。100℃以下の低温でベークした後に、露光と現像により、電極18、19に達するコンタクトホール22、23を形成する。コンタクトホール22、23内に配線または端子を形成してもよい。
The steps of FIGS. 10I-10K are the same as those of FIGS. 6E-G. That is, the
光センサデバイス10Bにおいても、樹脂層25により耐候性が向上し、pドーピングの効果により感度が向上する。光センサデバイス10Bでは、グラフェン層25に周期的な孔151を設けることで光吸収を高め、感度をさらに向上できる。
Also in the
<その他の実施形態>
図11は、その他の実施形態である光センサデバイス10Cの平面模式図、図12は、図11のVI-VIラインに沿った断面図である。光センサデバイス10Cは、バックゲートに変えて、埋め込み型のゲート電極24を有する。
<Other embodiments>
FIG. 11 is a schematic plan view of an
基板11上の絶縁膜13の上にゲート電極24が設けられる。基板11は、シリコン基板に限定されず、サファイア基板、MgO基板、樹脂基板など、任意の絶縁性基板を用いてもよい。絶縁膜13は、シリコン基板を用いる場合は、熱酸化膜であってもよいし、熱酸化膜を除去して新たに成膜された絶縁膜であってもよい。絶縁性基板を用いる場合は、スパッタリング等で基板11の表面に絶縁膜13を形成してもよい。ゲート電極24は、絶縁膜13上にEB蒸着等で形成される。
A
ゲート電極24を覆って、別の絶縁膜27が設けられる。グラフェン層15は、絶縁膜27の上に配置される。グラフェン層15の直下の絶縁膜27は、ゲート絶縁膜となる。絶縁膜27を介してグラフェン層15にゲート電圧を印加することで、グラフェン層15の電子、ホール等のキャリア密度が制御される。
Another insulating
光センサデバイス10Cでは、基板11の主面側にすべての電極が設けられているので集積回路の作製が可能になる。光センサデバイス10Cでも、グラフェン層15を覆って樹脂層25が設けられ、耐候性の改善と、pドーピングの効果による感度向上が実現される。
In the
その他の構成として、絶縁膜13上に電極パッド16、17を形成するかわりに、樹脂層25にコンタクトホール18、19を形成した後に、リフトオフ法でコンタクトホール内に電極パッドを形成してもよい。
As another configuration, instead of forming the
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。各実施例を互いに組み合わせてもよい。たとえば、図11及び12の埋め込みゲート電極の構成に、第2実施形態の孔あきのグラフェン層15を組み合わせてもよい。グラフェン層15の形状(幅、長さを含む)、層数は、適切に設計され得る。グラフェン層15に孔151を形成する場合、孔151は円形孔に限定されず、多角形、楕円等の孔であってもよい。孔151の配置は、図8のマトリクス状の配置に限定されず、互い違いの配置、または細密配置であってもよい。
Although the disclosure has been described above based on specific examples, the disclosure is not limited to the examples described above. Each embodiment may be combined with each other. For example, the buried gate electrode configuration of FIGS. 11 and 12 may be combined with the perforated
樹脂層25は、エポキシ樹脂を主成分として、重量%で数%~10%の紫外線(UV)硬化樹脂と、1~5%程度の接着促進剤を添加したものであってもよい。少なくともグラフェン層15の受光領域155を樹脂層25で保護することで、耐候性の改善と、pドーピングの効果による感度の向上が見込まれる。
The
10A、10B、10C 光センサデバイス
11 基板
13 絶縁膜
14、24 ゲート電極
16、17 電極パッド
18、19 電極
15 グラフェン層
25 樹脂層
151 孔
10A, 10B, 10C
Claims (8)
前記基板の上に設けら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、
前記グラフェン層の受光領域を覆い、検出対象の光に対して透明な樹脂層と、
を有する光センサデバイス。 a substrate;
a graphene layer provided on the substrate;
a pair of electrodes connected to the graphene layer;
a resin layer that covers the light receiving region of the graphene layer and is transparent to the light to be detected;
An optical sensor device having
請求項1に記載の光センサデバイス。 The resin layer has photosensitivity to light of a wavelength different from that of the light to be detected, or to an electron beam.
An optical sensor device according to claim 1 .
請求項2に記載の光センサデバイス。 The resin layer has photosensitivity to ultraviolet light,
3. The optical sensor device of claim 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の光センサデバイス。 The resin layer is a negative or positive photoresist,
Optical sensor device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか1項に記載の光センサデバイス。 The resin layer is SU-8 photoresist,
Optical sensor device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5のいずれか1項に記載の光センサデバイス。 The resin layer is a layer formed by a coating method,
Optical sensor device according to any one of claims 1 to 5.
前記樹脂層は、前記孔が形成された前記受光領域を覆う、
請求項1から6のいずれか1項に記載の光センサデバイス。 The graphene layer has a periodic array of a plurality of holes formed in the light receiving region,
The resin layer covers the light receiving region in which the hole is formed.
Optical sensor device according to any one of claims 1 to 6.
をさらに有する請求項1から7のいずれか1項に記載の光センサデバイス。 a gate electrode provided on the back surface of the substrate or between the substrate and the graphene layer;
8. The optical sensor device of any one of claims 1 to 7, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021149874A JP2023042644A (en) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | optical sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021149874A JP2023042644A (en) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | optical sensor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023042644A true JP2023042644A (en) | 2023-03-28 |
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ID=85724265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021149874A Pending JP2023042644A (en) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | optical sensor device |
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Country | Link |
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-
2021
- 2021-09-15 JP JP2021149874A patent/JP2023042644A/en active Pending
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