JP5374643B2 - Photodetector capable of detecting long wavelength radiation - Google Patents
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Classifications
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- H01L31/112—
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- H01L31/02327—
Abstract
Description
本発明は、長波長放射を検出することが可能な装置及び長波長放射を検出するための技術に関する。 The present invention relates to an apparatus capable of detecting long-wavelength radiation and a technique for detecting long-wavelength radiation.
室温での長波長放射の検出には、軍事利用及び民生利用を含む、いくつかの有用な用途がある。例えば、長波長放射を検出するための光検出器は、医療機器、ミサイルの追尾装置として、あるいは麻薬取り締まりなどにおいて使用することができる。光学デバイス及び光検出器を含むナノスケールの電子機器(つまり、約100nm以下のサイズを有する構造)の設計を伴うナノテクノロジーは発展し続けているので、ナノテクノロジーの進歩を、改善された効率及び検出能力のために、そのようなナノスケールの電子機器(つまり、光学デバイス及び光検出器)の設計に応用することができると考えられる。 There are several useful applications for detecting long wavelength radiation at room temperature, including military and civilian applications. For example, photodetectors for detecting long-wavelength radiation can be used as medical devices, missile tracking devices, or in drug enforcement. As nanotechnology with the design of nanoscale electronics including optical devices and photodetectors (i.e. structures having a size of about 100 nm or less) continues to evolve, nanotechnology advances can be improved with improved efficiency and Because of its detection capability, it is believed that it can be applied to the design of such nanoscale electronics (ie, optical devices and photodetectors).
長波長放射(例えば、赤外線スペクトル光)を検出することができる装置及び長波長放射(例えば、赤外線スペクトル光)を検出するための技術が提供される。一実施形態では、長波長放射を検出することができる光検出器は、近位端上に配置されたソース、遠位端上に配置されたドレイン、近位端と遠位端との間でソース及びドレインを結合する少なくとも1つのナノアセンブリ、ソースとドレインとの間に配置され、少なくとも1つのナノアセンブリの長手方向に少なくとも1つのナノアセンブリと並置された少なくとも2つの表面プラズモン導波路を備え、少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの一方は、少なくとも1つのナノアセンブリの第1の側に沿って配置され、少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの他方は、第1の側に対向する少なくとも1つのナノアセンブリの第2の側に沿って配置される。 An apparatus capable of detecting long wavelength radiation (eg, infrared spectrum light) and techniques for detecting long wavelength radiation (eg, infrared spectrum light) are provided. In one embodiment, a photodetector capable of detecting long wavelength radiation includes a source disposed on the proximal end, a drain disposed on the distal end, and between the proximal and distal ends. At least one nanoassembly coupling the source and drain, comprising at least two surface plasmon waveguides disposed between the source and drain and juxtaposed with the at least one nanoassembly in a longitudinal direction of the at least one nanoassembly; One of the at least two surface plasmon waveguides is disposed along a first side of the at least one nanoassembly, and the other of the at least two surface plasmon waveguides is at least opposite the first side. Arranged along the second side of one nanoassembly.
別の実施形態では、光検出器は、少なくとも1つのナノアセンブリ及び少なくとも2つの表面プラズモン導波路に近接する位置に置かれ、またソース及びドレインのうちの少なくとも一方に実質的に平行に延在するように配置されている透明ゲートをさらに備えることができる。 In another embodiment, the photodetector is positioned proximate to the at least one nanoassembly and the at least two surface plasmon waveguides and extends substantially parallel to at least one of the source and drain. A transparent gate arranged as described above may be further provided.
前述の説明は、例示的なものにすぎず、いっさい制限することを意図されていない。上述の例示的な態様、実施形態、及び特徴に加えて、図面を参照し、以下の詳細な説明を参照することによってさらなる態様、実施形態、及び特徴も明らかになるであろう。 The foregoing description is exemplary only and is not intended to be limiting in any way. In addition to the illustrative aspects, embodiments, and features described above, further aspects, embodiments, and features will become apparent by reference to the drawings and by reference to the following detailed description.
以下の詳細な説明では、本明細書の一部をなす、付属の図面が参照される。図面中の類似の符合は、典型的には、文脈上別のものを示していない限り類似のコンポーネントを明示する。詳細な説明、図面、及び請求項で説明されている例示的な実施形態は、制限することを意図されていない。他の実施形態も利用することができ、また本明細書に提示されている発明対象の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の変更を加えることができる。本明細書で一般的に説明され、また図に例示されているような本開示の態様は、さまざまな異なる構成による配置、置換、組み合わせ、分離、設計が可能であり、すべて本明細書において明示的に企図されることが容易に理解されるだろう。 In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof. Similar symbols in the drawings typically indicate similar components, unless context dictates otherwise. The illustrative embodiments described in the detailed description, drawings, and claims are not meant to be limiting. Other embodiments may be utilized and other modifications may be made without departing from the spirit or scope of the subject matter presented herein. Aspects of the present disclosure as generally described herein and illustrated in the figures can be arranged, replaced, combined, separated, and designed in a variety of different configurations, all explicitly described herein. It will be readily understood that it is intended.
図1は、長波長放射(例えば、赤外線スペクトル光)を検出するために使用することができる光検出器100の例示的な一実施形態の斜視図である。図1に示されているように、光検出器100は、基材110と絶縁層120との積層構造上に形成されうる。さらに、ナノアセンブリ130、表面プラズモン導波路(これ以降「SP導波路」と称する)140、ソース150、及びドレイン160は、絶縁層120上に配置されうる。一実施形態では、少なくとも2つのSP導波路140が、積層構造の近位端と遠位端上にそれぞれ配置されているソース150とドレイン160との間に配置される。例えば、ソース150及びドレイン160は、それぞれ絶縁層120の近位端と遠位端上に配置されうる。入射光を受光すると、ナノアセンブリ130は、光検出器100に結合されている外部回路(図示せず)内に所定の電流が流れるようにソース150とドレイン160とを相互接続するチャネルとして動作しうる。
FIG. 1 is a perspective view of an exemplary embodiment of a
SP導波路140は、ソース150とドレイン160との間に配置され、ナノアセンブリ130の長手方向にナノアセンブリ130と並置されうる。さらに、一方のSP導波路140は、ナノアセンブリ130の第1の側に沿って配置され、他方のSP導波路140は、第1の側に対向するナノアセンブリ130の第2の側に沿って配置され、SP導波路140とナノアセンブリ130との間に少なくともある程度の空間を画成し、これは数ナノメートルから数千ナノメートルまでの範囲であるものとしてよい。図4に関連して以下でさらに説明されるように、ナノアセンブリ130とSP導波路140の交互配置は、入射光から光子を受けるためのインターフェースを構成し、これにより、光子をSP導波路140の間のナノアセンブリ130の周りに効果的に閉じ込めることができる。一実施形態では、SP導波路140とナノアセンブリ130との間の空間に、磁器(セラミック)、マイカ、ガラス、プラスチック、さまざまな金属の酸化物、又は空気などの誘電体を充填することができるが、任意の種類の誘電体を含むことができる。SP導波路140は、Ag、Al、Au、Ni、Tiなどの任意の種類の金属材料を含みうる。
The
一実施形態では、ソース150及びドレイン160は、金属、シリサイド、又はシリコン、ゲルマニウム、II−VI族半導体化合物、もしくはIII−V族半導体化合物などの半導体を含むことができる。該当するII−VI族半導体化合物の例として、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdZnSe、CdSSe、又はZnSSeを挙げることができ、またIII−V族半導体化合物の例としてGaAs、InP、GaP、AlGaAs、又はGaNを挙げることができる。
In one embodiment, the
図2は、光検出器100によって検出されうる長波長放射のスペクトルを示している。図2に示されているように、長波長放射は、数μm以上の波長を有する光の放射を含むことができる。そのような長波長放射の検出は、軍事用途及び民生用途の両方を含む、さまざまな用途において有用である。例えば、室温での近赤外放射(約1μmから約3μmまでの範囲の波長を有する「NIR」)の検出は、癌の発見に有用でありうる。室温での中赤外放射(約3μmから約5μmまでの範囲の波長を有する「MIR」)の検出は、ミサイルの追尾装置などの多くの軍事用途に利用することができる。室温での赤外放射(約8μmから約12μmまでの範囲の波長を有する「IR」)の検出は、人体検出などの用途向けの軍用及び民生用の両方の用途に利用することができる。さらに、室温での遠赤外放射(数十μmを超える波長を有する「FIR」)の検出は、麻薬取り締まりに利用することができる。
FIG. 2 shows a spectrum of long wavelength radiation that can be detected by the
図3は、ナノアセンブリ130の伝導帯内のサブバンド間遷移の例示的な一実施形態の概念図である。光検出器100は、ナノアセンブリ130の伝導帯内でサブバンド間遷移を使用することによって長波長放射を検出することができる。図3に示されているように、ナノアセンブリ130の伝導帯302は、いくつかのインターサブバンド304及び306を有するものとしてよい。インターサブバンド304と306との間のサブバンド間遷移エネルギーギャップに対応するエネルギーを有する光子が、伝導帯302に衝突すると、伝導帯302内の電子は、下側インターサブバンド304(つまり、基底状態)から上側インターサブバンド306に遷移し、光検出器100に電流を通すことができる。光子は、数meVから数百meVまでの範囲内のエネルギーを有することができる。
FIG. 3 is a conceptual diagram of an exemplary embodiment of an intersubband transition within the conduction band of
図4は、SP導波路140とSP導波路140間に配置されたナノアセンブリ130を備える、光検出器100のインターフェース内に閉じ込められた光子の電界強度を示すグラフである。図4では、SP導波路140に対応する領域402は、金属材料を含むが、ナノアセンブリ130に対応する領域404は、図1にも示されているように、誘電体を含む。さらに、x軸は、ナノアセンブリ130及びSP導波路140の水平位置を示すが、y軸は、電界強度を示す。図4に示されているグラフは、入射光(つまり、光子)によって発生する光場の実質的部分が領域404内に閉じ込められることを示している。領域402と領域404との間に閉じ込められる電界は、以下に示す式1によって説明することができる。
FIG. 4 is a graph illustrating the electric field strength of photons confined within the interface of the
式1において、εmetalの値はεdielectricの値よりかなり大きいので、Ex_dielectricは、Ex_metalより大きくなるが、これは、光場のかなりの部分が領域404内に閉じ込められることを意味している。
In
図4及び式1を参照すると、SP導波路140(つまり、ナノアセンブリ130)間に閉じ込められる入射光子の電界は、SP導波路140の誘電率とナノアセンブリ130(及び/又はSP導波路140間に充填される誘電体)の誘電率との比に実質的に比例することがわかる。したがって、電界の所望の閉じ込めは、ナノアセンブリ130の幅及び/又はSP導波路140の高さが入射光子の波長より小さい場合であっても、SP導波路140及び/又はナノアセンブリ130に適した誘電率の(複数可)材料を選択することによって得ることができる。このような実施形態では、SP導波路140は、1つ又は複数のさまざまな種類の金属から製造することができる。以下の式2に示されているように、金属の誘電率εmetalは、周波数の関数であり、したがって、使用される金属の種類は、光検出器100によって検出される光子の振動数に依存しうる。金属の種類は、光検出器100によって検出される波長に基づいて選択することができる。一実施形態では、Ag、Al、Au、Ni、Ti、又は他の適切な金属などの化合物を長波長検出のために選択することができる。
Referring to FIG. 4 and
図5は、可視光スペクトルを検出するために使用することができる光検出器500の別の例示的な実施形態の斜視図である。光検出器500は、ナノアセンブリ130及びSP導波路140より上、又は実質的にその頂部に透明ゲート180を形成することができる点を除いて光検出器100と実質的に同一である。絶縁層170が、透明ゲート180とナノアセンブリ130(又はSP導波路140)との間に配置することができる。支持部材175を使用することによって、絶縁層170及び透明ゲート180が、ナノアセンブリ130及びSP導波路140より上に配置されていることが図5に示されているが、ナノアセンブリ130及びSP導波路140上に絶縁層170及び透明ゲート180を置くためにあらゆる他の好適な構造を使用することができる。透明ゲート180は、ナノアセンブリ130及びSP140に実質的に垂直に、またソース150又はドレイン160の長い方向に実質的に平行に配置することができる。透明ゲート180は、ソース150及びドレイン160のうちの少なくとも一方に実質的平行に延在するように少なくとも1つのナノアセンブリ130及び少なくとも2つのSP導波路140に近接して配置されうる。透明ゲート180は、ナノアセンブリ130の(以下で詳しくさらに説明するような)自発分極によって引き起こされるナノアセンブリ130の内部場を縮小する働きをする。
FIG. 5 is a perspective view of another exemplary embodiment of a
図6は、光検出器500によって検出されうる可視光スペクトルにおける波長の範囲を例示している。図6に示されているように、可視光スペクトルは、約380から約780nmまでの波長帯に対応する(例えば、紫色から赤色までの色のスペクトルに対応する)。例えば、可視青色光、可視緑色光、及び可視赤色光は、約450nm、約520nm、及び約650nmの波長を有する。光検出器500は、ナノアセンブリ130における電子のサブバンド間遷移を測定することによって可視光スペクトルを検出することができる。
FIG. 6 illustrates the range of wavelengths in the visible light spectrum that can be detected by the
図7は、ナノアセンブリ130内の価電子帯702と伝導帯704との間の電子のバンド間(つまりバンドからバンドへの)遷移の例示的な一実施形態の概念図である。価電子帯702と伝導帯704との間のバンドギャップエネルギーに対応するエネルギーを有する光子がナノアセンブリ130に衝突すると、価電子帯702内の電子706は、伝導帯704へ遷移しうる。価電子帯702から伝導帯704への電子706の遷移(バンド−バンド間遷移)により、電流が光検出器500内を流れる。
FIG. 7 is a conceptual diagram of an exemplary embodiment of an interband (ie, band to band) transition of electrons between
図8は、約100nmの幅及び約10nmの厚さを有するものとしてよい、ZnOナノベルト800の基本構造を例示している。図8に示されているように、ZnOナノベルト800の側面は、(0001)極性表面を含むものとしてよい。この場合、(0001)極性表面上の正及び負のイオン電荷により、ZnOナノベルト800上に自発分極が誘発される。その結果、(0001)方向に沿って形成される内部場(E)があり、これにより、自発分極によるエネルギーへの全寄与分が最小になり、光学遷移確率が下がる。図5に示されているように、透明ゲート180は、ナノアセンブリ130より上に、又は実質的に頂部に配置されることによって、ナノアセンブリ130内の内部場(E)を補正するように設けられることができる。一実施形態では、絶縁層170は、ナノアセンブリ130(及び/又はSP導波路140)と透明ゲート180との間に配置することができる。
FIG. 8 illustrates the basic structure of a ZnO nanobelt 800 that may have a width of about 100 nm and a thickness of about 10 nm. As shown in FIG. 8, the side surface of the ZnO nanobelt 800 may include a (0001) polar surface. In this case, spontaneous polarization is induced on the ZnO nanobelt 800 by positive and negative ionic charges on the (0001) polar surface. As a result, there is an internal field (E) formed along the (0001) direction, which minimizes the total contribution to energy due to spontaneous polarization and lowers the optical transition probability. As shown in FIG. 5, a
図9は、光検出器500のナノアセンブリ130のエネルギーバンド図の例示的な一実施形態を示している。図9の左部分のエネルギーバンド図は、透明ゲート180が光検出器500内に存在していない(つまり、そこにない)場合に得られるナノアセンブリ130内の伝導帯を示している。さらに、図9の右部分のエネルギーバンド図は、透明ゲート180が光検出器500内に存在している(つまり、そこにある)場合に得られるナノアセンブリ130内の伝導帯を示している。2つの図を互いに比較すると、エネルギーバンド図の勾配910(つまり、伝導帯の下界)は、透明ゲート180が光検出器500内に備えられている場合に小さくなるが、それは、自発分極の結果として生じるナノアセンブリ130内の内部場が、ナノアセンブリ130より上の、又は実質的に上部の透明ゲート180に逆電圧を印加することによって弱められるからである。ナノアセンブリ130内の内部場(E)の方向と反対の方向の逆電圧を、外部回路(図示せず)から透明ゲート180に印加し、これにより、ナノアセンブリ130の内部場を無効にすることができる。
FIG. 9 illustrates an exemplary embodiment of an energy band diagram of the
図10は、図1の直線A−A’に沿って切り取った光検出器100の断面図を示している。図10では、ナノアセンブリ130の断面の寸法は、ナノメートルスケールである。いくつかの実施形態では、ナノアセンブリ130は、約10nm、約20nm、約50nm、約100nm、約200nm、又は約500nmなど、約10nmから約500nmまでの範囲の幅、及び約0.5μm、約1μm、約2μm、約3μm、約4μm、又は約5μmなど、約0.5μmから約5μmまでの範囲の長さを有することができる。他の実施形態では、ナノアセンブリ130は、約30nmから約300nmまでの範囲の幅、約5から約10までの範囲の幅/厚さの比、及び最大数ミリメートルまでの長さを有することができる。ナノアセンブリ130の幅及び長さは、さまざまな実施形態において実質的に変えることができる。ナノアセンブリ130は、ナノワイヤ、ナノベルト、ナノロッドなどとすることができる。
FIG. 10 shows a cross-sectional view of the
一実施形態では、ナノアセンブリ130は、Si、InAs、又はZnOなどの半導体材料(これ以降、「ナノ材料」と称する)を含むことができる。ナノアセンブリ130の材料は、検出すべき放射波長の範囲に応じて選択することができる。表1は、ナノ材料の特性(つまり、サブバンド間エネルギーギャップ及び検出すべき波長)を示している。
In one embodiment, nanoassembly 130 may include a semiconductor material (hereinafter referred to as “nanomaterial”) such as Si, InAs, or ZnO. The material of the
いくつかの実施形態では、SP導波路140の厚さは、光子の細かな閉じ込めが可能になるように約2μmから約3μmまでの範囲である。SP導波路140は、図1及び5において矩形の形状をとるものとして示されているが、SP導波路140の形状及び寸法は、それぞれの用途に応じて変えることができる。例えば、SP導波路140のそれぞれは、光検出器100又は500で使用するためにスラブ、リブ、又はリッジの形状をとりうる。
In some embodiments, the thickness of
図11は、図5の直線A−A’に沿って切り取った光検出器500の断面図を示している。一実施形態では、ナノアセンブリ130は、III−V族及びII−VI族の半導体材料から作ることができる。以下の表2は、対応するバンドギャップエネルギー(eV)、オングストローム(Å)の単位の格子定数(a軸)、及び結晶構造を持つIII−V族及びII−VI族の半導体材料の例を示している。
FIG. 11 shows a cross-sectional view of the
[式3]
Eg=3.723−1.241x
x=0.7である場合、CdZnSのバンドギャップエネルギーEgは2.853eVであり、これは、約435nmの波長を有する光子(青色スペクトル光)のエネルギーに対応する。一実施形態では、ナノアセンブリ130が、CdxZn1-xS(0≦x≦0.5)を含む場合、光検出器500は、青色スペクトルを検出するのに適しうる。
[Formula 3]
E g = 3.723-1.241x
When x = 0.7, the band gap energy E g of CdZnS is 2.853 eV, which corresponds to the energy of a photon (blue spectrum light) having a wavelength of about 435 nm. In one embodiment, if the
別の実施形態では、ナノアセンブリ130はCdSSeを含むことができる。CdSSeは、CdSと直接バンドギャップ半導体材料であり、六方晶構造を有するCdSeとの合金である。CdSexS1-xのバンドギャップエネルギーは、以下の式4によって決定されうる。
[式4]
Eg=2.482−0.75x
x=0.15である場合、CdSSeのバンドギャップエネルギーEgは2.37eVであり、これは、約520nmの波長を有する光子(緑色スペクトル光)のエネルギーに対応し、x=0.7である場合、CdSSeのバンドギャップエネルギーEgは1.957eVであり、これは、約633nmの波長を有する光子(赤色スペクトル光)のエネルギーに対応する。つまり、CdSSeを含むナノアセンブリ130は、緑色と赤色の両方のスペクトルの光を検出するのに適しうる。一実施形態では、ナノアセンブリ130が、CdSexS1-x(0≦x≦0.4)を含む場合、光検出器500は、緑色スペクトルを検出するのに適しうる。一実施形態では、ナノアセンブリ130が、CdSexS1-x(0.6≦x≦1.0)を含む場合、光検出器500は、赤色スペクトルを検出するのに適しうる。他の適切な(複数可)ナノ材料も、所望のスペクトル範囲を検出するために光検出器500に使用することができる。
In another embodiment, the
[Formula 4]
E g = 2.482-0.75x
When x = 0.15, the band gap energy E g of CdSSe is 2.37 eV, which corresponds to the energy of a photon (green spectrum light) having a wavelength of about 520 nm, and x = 0.7 In some cases, the band gap energy E g of CdSSe is 1.957 eV, which corresponds to the energy of a photon (red spectrum light) having a wavelength of about 633 nm. That is, the
図12は、SP導波路から離れているナノアセンブリを有する光検出器1200の例示的な一実施形態の斜視図を示している。図12を参照すると、光検出器1200は、3つのナノアセンブリ132、134、及び136、ならびに4つのSP導波路142、144、146、及び148を備えることがわかる。SP導波路144及び146をナノアセンブリ132、134、及び136の間に置いて、ナノアセンブリ132、134、及び136ならびにSP導波路144及び146の交互配置を構成することができる。一実施形態では、ナノアセンブリ132、134、及び136は、それぞれ、同じ種類のナノ材料を含むことができる。この場合、光検出器1200は、ナノ材料に対応する1つの特定の波長帯を検出するのに好適でありうる。ナノアセンブリ132、134、及び136を使用することによって、光検出器1200は、入射光からより多くの光子を集めつつ、所望の波長の放射を素早く検出することができる。別の実施形態では、ナノアセンブリ132、134、及び136のそれぞれは、異なる種類のナノ材料を含むことができる。ナノアセンブリ132、134、及び136が異なるナノ材料(例えば、それぞれZnO、Si、及びInAs)を含む例示的な一実施形態では、光検出器1200は異なる波長帯(例えば、FIR、IR、MIR)を検出するのに好適でありうる。この場合、それぞれのドレインに接続されている外部回路が異なる波長帯を検出することができるようにナノアセンブリ132、134、及び136のそれぞれについて別々のドレインを備えるとよい。
FIG. 12 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a
図13は、図12の直線A−A’に沿って切り取った光検出器1200の断面図を示している。図13を参照すると、光検出器1200は、基材110、絶縁層120、ナノアセンブリ132、134、及び136(又はSP導波路142、144、146、及び148)が順に積み重ねられている積層構造を有することがわかる。一実施形態では、基材110は、ガラス、シリコン、又は石英を含みうる。絶縁層120又は170は、二酸化ケイ素(SiO2)、フッ化ケイ酸塩ガラス(FSG)、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)酸化物、シラノール(SiOH)、流動性酸化物(FOx)、底面反射防止膜(BARC)、反射防止膜(ARC)、フォトレジスト(PR)、ほとんど摩擦のないカーボン(NFC)、炭化ケイ素(SiC)、オキシ炭化ケイ素(SiOC)、及び/又は炭素ドープ酸化ケイ素(SiCOH)を含みうる。ナノアセンブリ132、134、及び136は、Si、InAs、又はZnOなどのナノ材料を含むことができるが、SP導波路140は、Ag、Al、Au、Ni、又はTiを含む任意の種類の金属材料を含むことができる。図13では、ナノアセンブリ132、134、及び136は、絶縁層120上でSP導波路142、144、146、及び148と交互に配置され、ナノアセンブリ132、134、及び136のそれぞれは、その隣接するSP導波路142、144、146、及び148から離れている。
FIG. 13 shows a cross-sectional view of the
図14は、SP導波路と接触するナノアセンブリを有する光検出器1400の例示的な一実施形態の断面図を示している。図14を参照すると、光検出器1400は、交互に配置され、SP導波路142、144、146、及び148と接触するナノアセンブリ132、134、及び136を備えることがわかる。図14に示されているようなナノアセンブリ132、134、及び136とSP導波路142、144、146、及び148の交互配置は、入射光を受光するためのインターフェースを構成し、そこでは誘電体媒質は金属材料の間にサンドイッチ状に挟まれる。
FIG. 14 shows a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a
図15は、SP導波路から離れているナノアセンブリを有する光検出器1500の例示的な一実施形態の斜視図を示している。光検出器1500は、3つのナノアセンブリ132、134、及び136、ならびに4つのSP導波路142、144、146、及び148を備える。SP導波路144及び146をナノアセンブリ132、134、及び136の間に置いて、ナノアセンブリ132、134、及び136ならびにSP導波路144及び146の交互配置を構成することができる。さらに、ドレイン162、164、及び166は、ナノアセンブリ132、134、及び136のそれぞれについて別々に配置されている。一実施形態では、ドレイン162、164、及び166のそれぞれを異なる外部回路(図示せず)に、ナノアセンブリ132、134、及び136のそれぞれを通る所定の電流が各外部回路(図示せず)内で検出されるように接続することができる。一実施形態では、ナノアセンブリ132、134、及び136は、それぞれ、異なるナノ材料を含むことができる。例えば、ナノアセンブリ132、134、及び136は、それぞれ、CdxZn1-xS(0.5≦x≦1.0)、CdSexS1-x(0≦x≦0.4)、及びCdSexS1-x(0.6≦x≦1.0)を含みうる。この場合、光検出器1500は、青色、緑色、又は赤色のスペクトルの光などの、異なる色のスペクトルを検出するのに好適でありうる。
FIG. 15 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a
図16は、図15の直線A−A’に沿って切り取った光検出器1500の断面図を示している。図16を参照すると、光検出器1500は、基材110、絶縁層120、ナノアセンブリ132、134、及び136(又はSP導波路142、144、146、及び148)、絶縁層170、ならびに透明ゲート180が順に積み重ねられている積層構造を有することがわかる。基材110、絶縁層120及び170、ソース150及びドレイン160は、図11で使用されているのと同じ材料を含むことができる。ナノアセンブリ132、134、及び136は、CdSe、CdS、ZnS、MgSe、又はZnSなどのナノ材料を含むことができるが、SP導波路140及び透明ゲート180は、Ag、Al、Au、Ni、又はTiを含む任意の種類の金属材料を含むことができる。図16では、ナノアセンブリ132、134、及び136は、絶縁層120上でSP導波路142、144、146、及び148と交互に配置され、ナノアセンブリ132、134、及び136のそれぞれは、各隣接するSP導波路142、144、146、及び148から離れている。
FIG. 16 shows a cross-sectional view of the
図17は、SP導波路と接触するナノアセンブリを有する光検出器1700の例示的な一実施形態の断面図を示している。図17を参照すると、光検出器1700は、交互に配置され、SP導波路142、144、146、及び148と接触するナノアセンブリ132、134、及び136を備えることがわかる。図17に示されているようなナノアセンブリ132、134、及び136とSP導波路142、144、146、及び148の交互配置は、入射光を受光するためのインターフェースを構成し、そこでは誘電体媒質は金属材料の間にサンドイッチ状に挟まれる。
FIG. 17 illustrates a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a
図18は、長波長放射を検出する光検出器を実現するための方法の例示的な一実施形態の流れ図を例示している。ブロック1810では、ソースとドレインが構成され、これらは、化学気相成長、フォトリソグラフィ、又はエッチング技術などのさまざまなよく知られている製造技術のいずれかを使用して製造することができる。ブロック1820では、ソースとドレインは、エピタキシャル成長技術などのさまざまな好適な技術のいずれかを使用してソースとドレインとの間に成長させることができる、少なくとも1つのナノアセンブリによって結合されるか、又は好適な蒸着技術によって非晶質蒸着される。コーティングを施すための例示的な技術として、分子線エピタキシー(MBE)、有機金属化学気相成長法(MOCVD)、化学気相成長法(CVD)、又はプラズマCVD(PECVD)が挙げられる。
FIG. 18 illustrates a flowchart of an exemplary embodiment of a method for realizing a photodetector that detects long wavelength radiation. At
ブロック1830では、SP導波路の一方がナノアセンブリの第1の側に沿って配置され、SP導波路の他方が第1の側に対向するナノアセンブリの第2の側に沿って配置されるように、SP導波路が設けられ、ナノアセンブリの長手方向にナノアセンブリと並置される。図19は、SP導波路を実現するための方法の例示的な一実施形態の流れ図である。図10A〜20Cは、図19に示されている方法を例示する一連の図である。図19を参照すると、ブロック1910では、図20Aに示されているように、第1の反射防止層2010が絶縁層120上の光子受け入れ表面2012上に形成されることがわかる。一実施形態では、光子受け入れ表面2012は、絶縁層120の頂面の一部であってもよい。ブロック1020では、図20Bに示されているように、第1の反射防止層2010のパターン形成を行って、その中に、2つの細長い孔2022及び2024を画成する。例えば、第1の反射防止層2010は、最初に2つの細長い孔2022及び2024に対応するパターンでフォトマスクを形成し、第1の反射防止層2010をエッチングし、次いでフォトマスクを取り除くことによってパターン形成されうる。ブロック1930では、図20Cに示されているように、金属を2つの細長い孔2022及び2024(図20Bに示されている)内に蒸着して、それぞれ、2つのSP導波路2042及び2044を中に形成する。このような蒸着は、例えば、当技術分野で知られている好適なマスキング及び蒸着技術を使用することによって実行されうる。SP導波路2042及び2044は、金属エッチングなどのさまざまなよく知られている技術のいずれかを使用することによって構成することができる。
At a
図18を再び参照すると、SP導波路を配置した後、ブロック1840で、透明ゲートがナノアセンブリ及び少なくとも2つのSP導波路より上に、又は実質的に頂部に配置されうることがわかる。例示的な一実施形態では、透明ゲートを配置する前に、絶縁層をナノアセンブリ及びSP導波路上に置くことができる。ブロック1850では、透明ゲートは、ソース及びドレインのうちの少なくとも一方に実質的平行に延在するように少なくとも1つのナノアセンブリ及び少なくとも2つのSP導波路に近接する形でさらに配置される。
Referring again to FIG. 18, after placing the SP waveguide, it can be seen at
このプロセス及び他のプロセスならびに本明細書で開示されている方法に関して、これらのプロセス及び方法で実行される機能は、異なる順序で実施することができることは理解されるであろう。さらに、概要を述べたステップ及び動作は、例としてのみ提示されており、これらのステップ及び動作のいくつかは、開示されている実施形態の本質から逸脱することなく、任意選択であるか、さらに少ないステップ及び動作にまとめられるか、又はステップ及び動作を加えて拡大することができる。 It will be appreciated that with respect to this and other processes and the methods disclosed herein, the functions performed by these processes and methods can be performed in a different order. Furthermore, the outlined steps and operations are presented by way of example only, and some of these steps and operations may be optional, without departing from the essence of the disclosed embodiments, or It can be combined into fewer steps and actions, or can be expanded with additional steps and actions.
本開示は、さまざまな態様を例示するものとして意図されている、本出願において説明されている特定の実施形態に関して限定されない。本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく多くの修正及び変更を加えることができる。本開示の範囲内で機能的に同等の方法及び装置は、本明細書に列挙されているものに加えて、明らかであろう。このような修正形態及び変更形態は、付属の請求項の範囲内にあることが意図されている。本開示は、付属の請求項の対象である等価物の全範囲とともに、付属の請求項に関してのみ限定されるものとする。本開示は、もちろん変化しうる、特定の方法、試薬、化合物、組成物、又は生体系に限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定的であることを意図されていないことは理解されるであろう。 The present disclosure is not limited with respect to the particular embodiments described in this application, which are intended to illustrate various aspects. Many modifications and changes may be made without departing from the spirit and scope of this disclosure. Functionally equivalent methods and apparatus within the scope of this disclosure will be apparent in addition to those listed herein. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the appended claims. This disclosure is to be limited only with respect to the appended claims, along with the full scope of equivalents to which the appended claims are directed. It is to be understood that this disclosure is not limited to particular methods, reagents, compounds, compositions, or biological systems that can, of course, vary. It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting.
本明細書における実質的に複数形及び/又は単数形の語の使用に関して、背景状況及び/又は用途に応じて適切に、複数形を単数形に、及び/又は単数形を複数形に変えることができることは理解されるであろう。さまざまな単数形/複数形の置き換えは、本明細書ではわかりやすくするために明示的に述べる場合がある。 With respect to the use of substantially plural and / or singular terms herein, the plural may be changed to singular and / or singular to plural as appropriate depending on the context and / or application. It will be understood that Various singular / plural permutations may be expressly set forth herein for sake of clarity.
一般に、本明細書で使用されている、また特に付属の請求項(例えば、付属の請求項の本文)で使用されている言い回しは、「制約のない」言い回し(例えば、「含むこと」という言い回しは、「限定はしないが、含むこと」と解釈すべきであり、「有する」という言い回しは、「少なくとも有する」と解釈すべきであり、「含む」という言い回しは、「限定はしないが、含む」と解釈すべきである、など)として一般的に意図されていることはさらに理解されるであろう。導入される請求項列挙の特定の数が意図されている場合、そのような意図は、請求項内で明示的に記載され、そのような列挙がない場合は、そのような意図は存在しないことはさらに理解されるであろう。例えば、理解の助けとして、付属の請求項に、導入句「少なくとも1つの」及び「1つ又は複数の」を入れて請求項列挙を導入することができる。しかし、英語原文において、このような語句を使用したとしても、不定冠詞「a」又は「an」による請求項列挙の導入によって、たとえその請求項が導入句「1つ又は複数の」又は「少なくとも1つの」、及び「a」又は「an」などの不定冠詞を含むとしても、そのような導入される請求項列挙を含む特定の請求項がそのような列挙を1つしか含まない実施形態に制限されることを意味すると解釈すべきではなく(例えば、「a」及び/又は「an」は、「少なくとも1つの」又は「1つ又は複数の」を意味すると解釈されるべきである)、請求項列挙を導入するために使用される定冠詞の使用についても同じことが成り立つ。それに加えて、特定の数の導入される請求項列挙が明示的に記載されるとしても、そのような列挙は、少なくとも記載されている数を意味するものと解釈すべきであると理解されるであろう(例えば、ほかに修飾語を付けずに「2つの列挙」とのみ記載されている場合は、少なくとも2つの列挙、又は2つ以上の列挙を意味する)。さらに、「A、B、及びCなどのうちの少なくとも1つ」に類似の慣用的言い回しが使用される場合、一般的に、このような構文は、この慣用的言い回しとして理解されることが意図されたものである(例えば、「A、B、及びCのうちの少なくとも1つを有するシステム」は、限定はしないが、Aだけ、Bだけ、Cだけ、A及びBを一緒に、A及びCを一緒に、B及びCを一緒に、及び/又はA、B、及びCを一緒に、などを有するシステムを含む)。「A、B、又はCなどのうちの少なくとも1つ」に類似の慣用的言い回しが使用される場合、一般的に、このような構文は、この慣用的言い回しとして理解されることが意図されたものである(例えば、「A、B、又はCのうちの少なくとも1つを有するシステム」は、限定はしないが、Aだけ、Bだけ、Cだけ、A及びBを一緒に、A及びCを一緒に、B及びCを一緒に、及び/又はA、B、及びCを一緒に、などを有するシステムを含む)。説明中であろうと、請求項中であろうと、図面中であろうと2つ以上の代替語を示す実質的に任意の離接語及び/又は語句は、複数の語のうちの1つ、複数の語いずれか、又は両方の語を含む可能性を考えるものと理解されるべきであることはさらに理解されるであろう。例えば、語句「A又はB」は、「A」又は「B」又は「A及びB」の可能性を含むと理解される。 In general, the terminology used herein, and specifically used in the appended claims (eg, the body of the appended claims), is the phrase “unconstrained” (eg, “includes”). Should be construed as "including but not limited to" and the phrase "having" should be construed as "having at least" and the phrase "including" includes "but not limited to" It should be further understood that it is generally intended to be interpreted as “. Where a specific number of claim enumerations are intended to be introduced, such intent is explicitly stated in the claims, and in the absence of such enumeration, such intent does not exist Will be further understood. For example, as an aid to understanding, an enumeration of claims may be introduced by including the introductory phrases “at least one” and “one or more” in the appended claims. However, even if such a phrase is used in the original English text, the introduction of the claim enumeration by the indefinite article “a” or “an” may result in the claim being an introductory phrase “one or more” or “at least Embodiments in which a particular claim, including a single claim, and such indefinite article such as “a” or “an”, including such introduced claim list, contain only one such list Should not be construed to mean limited (eg, “a” and / or “an” should be construed to mean “at least one” or “one or more”); The same is true for the use of definite articles used to introduce claim enumeration. In addition, while a specific number of claim enumerations are explicitly recited, it is understood that such enumeration should be interpreted to mean at least the stated number. (For example, when only “two enumerations” are described without any other modifiers, it means at least two enumerations, or two or more enumerations). Further, where similar phrases are used similar to “at least one of A, B, and C, etc.”, generally such syntax is intended to be understood as this conventional phrase. (Eg, “a system having at least one of A, B, and C” includes, but is not limited to, A alone, B alone, C alone, A and B together, A and Including systems having C together, B and C together and / or A, B and C together, etc.). Where an idiomatic phrase similar to “at least one of A, B, or C, etc.” is used, it is generally intended that such syntax be understood as this idiomatic phrase. (Eg, “a system having at least one of A, B, or C” includes, but is not limited to, A alone, B alone, C alone, A and B together, A and C together) Including systems having B, C together, and / or A, B, and C together, etc.). Substantially any disjunctive word and / or phrase that indicates two or more alternative words, whether in the description, in the claims, or in the drawings, is one or more of the words. It will be further understood that it should be understood that the possibility of including either or both words is considered. For example, the phrase “A or B” is understood to include the possibilities of “A” or “B” or “A and B”.
それに加えて、本開示の特徴又は態様がマーカッシュグループに関して説明されている場合、本開示は、これにより、マーカッシュグループのあらゆる個別のメンバー又はメンバーのサブグループに関しても説明されることが理解される。 In addition, if a feature or aspect of the present disclosure is described with respect to a Markush group, it is understood that the present disclosure is thereby described with respect to any individual member or subgroup of members.
書面による明細書を提示することに関してなど、あらゆる目的について、本明細書で開示されているすべての範囲は、あらゆる可能な部分範囲及びそれらの部分範囲の組み合わせを包含することもさらに理解されるであろう。リストされている範囲は、同じ範囲を少なくとも2等分、3等分、4等分、5等分、10等分などに分割することを十分に記述し、またそのように分割することを可能にする範囲であると容易に理解できる。非限定的な例として、本明細書で説明されているそれぞれの範囲は、下3分の1、中3分の1、及び上3分の1などに容易に分割できる。「最大〜まで」、「少なくとも」、及び同様の語句などのすべての言い回しは、参照されている数を含み、上で説明したようにその後いくつかの部分範囲に分割することができる範囲を指すことも理解されるであろう。最後に、範囲はそれぞれの個別のメンバーを含むことも理解されるであろう。したがって、例えば、1〜3個のセルを持つ1つのグループは、1、2、又は3個のセルを持ついくつかのグループを指す。同様に、1〜5個のセルを持つ1つのグループは、1、2、3、4、又は5個のセルを持ついくつかのグループを指す。 It is further understood that for all purposes, such as with respect to presenting a written specification, all ranges disclosed herein encompass all possible subranges and combinations of those subranges. I will. The listed ranges are sufficient to describe and divide the same range into at least 2 equal parts, 3 equal parts, 4 equal parts, 5 equal parts, 10 equal parts, etc. It is easy to understand that this is the range. As a non-limiting example, each range described herein can be easily divided into a lower third, middle third, upper third, and the like. All phrases such as “maximum to”, “at least”, and similar phrases refer to a range that includes the referenced number and that can then be divided into several subranges as described above. It will also be understood. Finally, it will also be understood that the range includes each individual member. Thus, for example, one group having 1 to 3 cells refers to several groups having 1, 2, or 3 cells. Similarly, a group having 1 to 5 cells refers to several groups having 1, 2, 3, 4, or 5 cells.
上記の説明から、本開示のさまざまな実施形態が例示することを目的として本明細書において説明されていること、また本開示の範囲及び精神から逸脱することなくさまざまな修正を加えることができることが理解されるであろう。したがって、本明細書で開示されているさまざまな実施形態は、制限することを意図しておらず、真の範囲及び精神は以下の請求項によって示される。 From the foregoing description, various embodiments of the present disclosure have been described herein for purposes of illustration, and various modifications can be made without departing from the scope and spirit of the present disclosure. Will be understood. Accordingly, the various embodiments disclosed herein are not intended to be limiting, with the true scope and spirit being indicated by the following claims.
Claims (36)
絶縁層の近位端上に配置されたソースと、
前記絶縁層の遠位端上に配置されたドレインと、
前記近位端と遠位端との間で前記ソース及び前記ドレインを電気的に結合する少なくとも1つのチャネルと、
前記ソースと前記ドレインとの間に配置され、前記少なくとも1つのチャネルの長手方向に前記少なくとも1つのチャネルと並置された少なくとも2つの表面プラズモン導波路とを備え、
前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの一方は、前記少なくとも1つのチャネルの第1の側に沿って配置され、前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの他方は、前記第1の側に対向する前記少なくとも1つのチャネルの第2の側に沿って配置され、
前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路が、当該少なくとも2つの表面プラズモン導波路の間の前記少なくとも1つのチャネルの周囲に光子を閉じ込める、
光検出器。 A photodetector capable of detecting long-wavelength radiation,
A source disposed on the proximal end of the insulating layer;
A drain disposed on a distal end of the insulating layer;
At least one channel electrically coupling the source and the drain between the proximal end and the distal end;
At least two surface plasmon waveguides disposed between the source and the drain and juxtaposed with the at least one channel in a longitudinal direction of the at least one channel ;
One of the at least two surface plasmon waveguides is disposed along a first side of the at least one channel , and the other of the at least two surface plasmon waveguides is on the first side. Arranged along a second side of the at least one channel facing each other ;
The at least two surface plasmon waveguides confine photons around the at least one channel between the at least two surface plasmon waveguides;
Photo detector.
第1のスペクトル検出を実行するように構成された第1のチャネルと、
第2のスペクトル検出を実行するように構成された第2のチャネルと、
第3のスペクトル検出を実行するように構成された第3のチャネルと、
前記第1のチャネル、前記第2のチャネル、及び前記第3のチャネルによって電気的にドレインに結合されたソースと、
前記ソースと前記ドレインとの間に配置され、前記少なくとも1つのチャネルの長手方向に前記少なくとも1つのチャネルと並置された少なくとも2つの表面プラズモン導波路と、
前記少なくとも1つのチャネル及び前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路に近接する位置に置かれ、また前記ソース及び前記ドレインのうちの少なくとも一方に実質的に平行に延在するように配置されている透明ゲートと、
を備え、
前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの一方は、前記少なくとも1つのチャネルの第1の側に沿って配置され、前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの他方は、前記第1の側に対向する前記少なくとも1つのチャネルの第2の側に沿って配置され、
前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路が、当該少なくとも2つの表面プラズモン導波路の間の前記少なくとも1つのチャネルの周囲に光子を閉じ込める、
光検出器。 A photodetector capable of detecting a visible light spectrum,
A first channel configured to perform first spectral detection;
A second channel configured to perform second spectral detection;
A third channel configured to perform third spectrum detection;
A source electrically coupled to a drain by the first channel , the second channel , and the third channel ;
At least two surface plasmon waveguides disposed between the source and the drain and juxtaposed with the at least one channel in a longitudinal direction of the at least one channel ;
A transparent gate positioned proximate to the at least one channel and the at least two surface plasmon waveguides and disposed to extend substantially parallel to at least one of the source and the drain When,
With
One of the at least two surface plasmon waveguides is disposed along a first side of the at least one channel , and the other of the at least two surface plasmon waveguides is on the first side. Arranged along a second side of the at least one channel facing each other;
The at least two surface plasmon waveguides confine photons around the at least one channel between the at least two surface plasmon waveguides;
Photo detector.
ソースとドレインとを設けるステップと、
前記ソース及び前記ドレインを少なくとも1つのチャネルと電気的に結合するステップと、
少なくとも2つの表面プラズモン導波路を、前記ソースと前記ドレインとの間に配置し、前記少なくとも1つのチャネルの長手方向に前記少なくとも1つのチャネルと並置するステップとを含み、
前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの一方は、前記少なくとも1つのチャネルの第1の側に沿って配置され、前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路のうちの他方は、前記第1の側に対向する前記少なくとも1つのチャネルの第2の側に沿って配置され、
前記少なくとも2つの表面プラズモン導波路が、当該少なくとも2つの表面プラズモン導波路の間の前記少なくとも1つのチャネルの周囲に光子を閉じ込める、
方法。 A method for assembling a photodetector capable of detecting long wavelength radiation comprising:
Providing a source and a drain;
Electrically coupling the source and the drain with at least one channel ;
Disposing at least two surface plasmon waveguides between the source and the drain and juxtaposing the at least one channel in a longitudinal direction of the at least one channel ;
One of the at least two surface plasmon waveguides is disposed along a first side of the at least one channel , and the other of the at least two surface plasmon waveguides is on the first side. Arranged along a second side of the at least one channel facing each other;
The at least two surface plasmon waveguides confine photons around the at least one channel between the at least two surface plasmon waveguides;
Method.
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