JP7136652B2 - ヘルムホルツ共振器を備える光検出器 - Google Patents
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Description
電気絶縁体(electrically insulating volume)と、
この絶縁体の周囲に輪を形成する少なくとも1つの輪状の経路に沿って、上記輪状の経路の2つの中断を除いて上記絶縁体を囲む複数の金属面であって、それにより、上記複数の金属面は少なくとも1つのギャップ(いわゆる、電界集中ギャップ)によって互いに分離されている2つの電極を形成し、上記ギャップは上記輪状の経路の上記中断を含む、複数の金属面と、
を備える。
少なくとも1つの感光性構造体であって、少なくとも1つの半導体材料をベースとしており、上記放射線を吸収し、少なくとも部分的に上記電界集中ギャップに設置され、かつ、上記2つの電極それぞれと電気的に接触している、少なくとも1つの感光性構造体と、
2つの出力電気的接続であって、上記2つの電極に1つずつ電気的に接続され、かつ、上記放射線が上記ヘルムホルツ共振器に入射する場合、上記感光性構造体において生み出される検出電気信号を伝送するのに適している2つの出力電気的接続と、をさらに備える。
(i)一時的支持体上に、各感光性構造体と、上記絶縁体としての1個の電気的絶縁材料とを形成し、その後、上記電極のうち第1電極を上記感光性構造体および上記絶縁体の上方に形成する工程と、
(ii)最終的な支持体を、上記第1電極の、上記一時的支持体とは反対の側に接着する工程と、
(iii)上記一時的支持体を取り除く工程と、
(iv)上記電極のうち第2電極を、上記感光性構造体および上記1個の絶縁体の、上記最終的な支持体とは反対の側に堆積する工程と、を含む。
複数の光検出器のマトリクス配列であって、各検出器は本発明の第1の態様に係り、これらの光検出器が当該マトリクス配列の横列および縦列の交点に設置される、マトリックス配列と、
各光検出器を個別に選択するのに適したアドレス指定システムと、
上記複数の光検出器のいずれか1つが上記アドレス指定システムによって選択された場合に、当該光検出器の上記2つの出力電気的接続によって伝送される上記検出電気信号を読み取るのに適した読取システムと、
を備える。
wb 側面11と側面12との間で、方向D2と平行に測定された、絶縁体1の幅。
hb 溝底13と覆い部3の底面14との間で、方向D3と平行に測定された、絶縁体1の厚さ。
Wf 方向D3と平行に測定された、中間構造体4の厚さ。
hf 方向D2と平行に測定された、中間構造体4の幅。
(第1の実施形態)
(第2の実施形態)
(第3の実施形態)
-電界の高い上昇により、検出効率を高くし得ること。
-ファブリーペロー共振器等の他の共振器を使用する場合とは反対に、高調波(harmonic)共振がないこと。
-ヘルムホルツ共振器のQ係数値がかなり低いため、光検出器が、かなり広い検出スペクトル区間(特に、撮像用途に適しているであろうスペクトル幅を有する検出スペクトル区間)で有効であること。
-検出対象である電磁放射線の入射方向の傾斜に対する許容度が高いため、光検出器を開口数の高い集束レンズと組み合わせて用い得ること。
-ヘルムホルツ共振器の形状によって、検出対象である電磁放射線の偏光に対する光検出器の選択性を選び得ること、すなわち、この偏光に対して選択的ではない光検出器を製造し得ること。
-各光検出器の寸法が小さいこと。
-光検出器を、既知であるとともに既によく修得された技術(集積回路を製造するための技術を含む)で製造し得ること。
Claims (14)
- ヘルムホルツ共振器を備え、0.3μmから15μmの間に含まれる波長を有する少なくとも1つの電磁放射線(R)を検出するのに有効である光検出器(10)であって、
上記ヘルムホルツ共振器は、
電気絶縁体(1)と、
上記電気絶縁体の周囲に輪を形成する少なくとも1つの輪状の経路に沿って、上記輪状の経路の2つの中断を除いて上記電気絶縁体(1)を囲む複数の金属面(11~14)であって、それにより、上記複数の金属面は少なくとも1つのギャップ(いわゆる電界集中ギャップ(ZC))によって互いから分離されている2つの電極を形成し、上記ギャップは上記輪状の経路の上記中断を含む、複数の金属面(11~14)と、
を備え、
上記電界集中ギャップ(ZC)の厚さは、両電極間の厚さであり、上記電気絶縁体(1)の厚さよりも小さく、両電極間および上記電気絶縁体(1)の厚さは、共通の方向(D3)に沿って測定されるものであり、それにより、上記電磁放射線(R)が上記ヘルムホルツ共振器に入射する場合、上記ヘルムホルツ共振器において上記電磁放射線によって生み出される電界は、上記電気絶縁体における電界よりも上記電界集中ギャップにおける電界の方が強力であり、
上記電気絶縁体(1)および上記複数の金属面(11~14)は、上記電磁放射線(R)の波長が0.3μm~15μmの間で変化する場合に、上記電界集中ギャップ(ZC)における電界の共振を生み出すのに適した寸法を有し、
上記光検出器(10)は、さらに、
少なくとも1つの感光性構造体(4)であって、少なくとも1つの半導体をベースとしており、上記電磁放射線(R)を吸収し、少なくとも部分的に上記電界集中ギャップ(ZC)内に設置され、かつ、上記2つの電極それぞれと電気的に接触している、少なくとも1つの感光性構造体(4)と、
2つの出力電気的接続(C1、C2)であって、上記2つの電極に1つずつ電気的に接続され、かつ、上記電磁放射線(R)が上記ヘルムホルツ共振器に入射する場合に、上記感光性構造体(4)において生み出される検出電気信号を伝送するのに適している、2つの出力電気的接続(C1、C2)と、を備え、
上記感光性構造体(4)は、電界の上記共振のスペクトル区間を含む検出スペクトル区間を有する、光検出器(10)。 - 上記電気絶縁体(1)は、第1方向(D1)に直線状に伸長しており、
各電界集中ギャップ(ZC)も、上記第1方向に直線状に伸長している、請求項1に記載の光検出器(10)。 - 上記電気絶縁体(1)は、互いに垂直である、直線状に伸長している2つの分岐(B1、B2)を有し、
各電界集中ギャップ(ZC)は、上記電気絶縁体の分岐毎に、当該分岐と平行に直線状に伸長しており、かつ上記感光性構造体(4)の一部分を含むギャップ部分を備える、請求項1に記載の光検出器(10)。 - 上記複数の金属面(11~14)のうち、一方は、底面(13)および上記底面の両側から途切れることなく延びる2つの側面(11、12)を有する溝を形成し、他方は、上記底面と向かい合って設置される覆い面(14)を形成し、
それにより、
上記電気絶縁体(1)は、上記溝の上記底面と上記覆い面との間、および同時に上記溝の両方の側面間に設置され、
各電界集中ギャップ(ZC)は、上記覆い面の側端部と、上記溝の上記側面のうち一方の側面の端部であって、上記溝の上記底面とは反対側にある端部との間に設置される、請求項1~3のいずれか1項に記載の光検出器(10)。 - 上記溝の両方の側面(11、12)は、平行であり、0.05μm~0.25μmの範囲にある溝幅(wb)だけ離れ、
上記溝の上記底面(13)および上記覆い面(14)は、平行であり、0.03μm~0.25μmの範囲にある上記電気絶縁体(1)の厚さ(hb)だけ離れている、請求項4に記載の光検出器(10)。 - 一方の電極から他方の電極までで測定される各電界集中ギャップ(ZC)の上記厚さ(wf)は、10nm~100nmの範囲にあり、
各電界集中ギャップは、上記電極のうちの少なくとも一方と上記電界集中ギャップにおいて平行に、測定される幅(hf)が、10nm~50nmの範囲にある、請求項1~5のいずれか1項に記載の光検出器(10)。 - 各電極は、以下の金属:金、銀、銅、アルミニウム、または上記金属のうちの少なくとも1つを含む合金のうちの1つから少なくとも部分的に作られる、請求項1~6のいずれか1項に記載の光検出器(10)。
- 各感光性構造体(4)は、PiN接合体、1個の半導体材料、および量子井戸多層積層体のうち1つを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の光検出器(10)。
- 集束レンズ構造体(7)であって、上記電磁放射線(R)が当該集束レンズ構造体に入射する場合、上記電磁放射線(R)を上記ヘルムホルツ共振器に集中させるように、上記ヘルムホルツ共振器に対して固定して設置される集束レンズ構造体(7)をさらに備える、請求項1~8のいずれか1項に記載の光検出器(10)。
- 上記電磁放射線(R)に対して透過性である透過性材料の層(6)をさらに備え、
当該層は、上記ヘルムホルツ共振器と上記集束レンズ構造体(7)との間に設置され、それにより、上記ヘルムホルツ共振器、各感光性構造体(4)、上記透過性材料の上記層、および上記集束レンズ構造体は、剛ブロック内にともにしっかり固定される、請求項9に記載の光検出器(10)。 - 上記集束レンズ構造体(7)は、ホイヘンスレンズを形成するために、上記ヘルムホルツ共振器に面する穴部を設けられるとともに、当該穴部の周囲に配された複数のスリットをさらに設けられた金属層を備える、請求項9または10に記載の光検出器(10)。
- 請求項1~11のいずれか1項に記載の光検出器(10)を製造するための方法であって、
(i)一時的支持体(21)上に、上記少なくとも1つの感光性構造体(4)と、上記電気絶縁体(1)としての1個の電気的絶縁材料とを形成し、その後、上記電極のうち第1電極を上記感光性構造体および上記電気絶縁体の上方に形成する工程と、
(ii)最終的な支持体(20)を、上記第1電極の、上記一時的支持体(21)とは反対の側に接着する工程と、
(iii)上記一時的支持体(21)を取り除く工程と、
(iv)上記電極のうち第2電極を、上記感光性構造体(4)および上記1個の絶縁体の、上記最終的な支持体(20)とは反対の側に堆積する工程と、を含む方法。 - 複数の光検出器(10)のマトリクス配列を含むイメージセンサ(100)であって、
各光検出器は、請求項1~11のいずれか1項に記載されており、
上記複数の光検出器は、上記マトリクス配列の横列および縦列の交点に設置され、
上記イメージセンサは、
各光検出器を個別に選択するのに適したアドレス指定システム(30)と、
上記複数の光検出器のいずれか1つが上記アドレス指定システムによって選択された場合、当該光検出器の上記2つの出力電気的接続(C1、C2)によって伝送される上記検出電気信号を読み取るのに適した読取システム(40)と、をさらに備える、イメージセンサ(100)。 - 各光検出器(10)が、0.8μm~15μmの範囲にある波長を有する電磁放射線(R)を検出するのに有効である場合、横列または縦列のピッチが2μm~20μmの範囲にある、または、
各光検出器が、0.3μm~0.8μmの範囲にある波長の電磁放射線を検出するのに有効である場合、横列または縦列のピッチが0.1μm~2μmの範囲にある、請求項13に記載のイメージセンサ(100)。
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