JP7338491B2 - Optical sensor device - Google Patents

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本発明は、光センサ装置に関するものである。 The present invention relates to an optical sensor device.

グラフェンはバンドギャップがゼロの材料として、可視光域から赤外線及びテラヘルツ光を検出する光センサへの応用が期待されている。グラフェン内では光吸収によりエネルギーを得た電子は他の電子との間で分配を行い熱運動化する一方、原子格子との間のエネルギー授受には時間がかかるため、格子温度より電子温度が高いホットエレクトロン状態が生じる。電子温度が異なる領域を設定することで電子の拡散に起因する起電力をゼーベック効果として得られる。また、グラフェン層と並行に配置した電極（バックゲート：ＢＧ）に電位を印加することで、グラフェン内のフェルミ準位の変更が可能であり、これにより入射光による電子励起の効率を制御することができる。 Graphene, as a material with a bandgap of zero, is expected to be applied to optical sensors that detect infrared rays and terahertz light from the visible light range. In graphene, the electrons that have acquired energy through light absorption share with other electrons and undergo thermal motion. On the other hand, it takes time to exchange energy with the atomic lattice, so the electron temperature is higher than the lattice temperature. A hot electron state is created. By setting regions with different electron temperatures, an electromotive force due to electron diffusion can be obtained as the Seebeck effect. In addition, by applying a potential to the electrode (back gate: BG) arranged in parallel with the graphene layer, it is possible to change the Fermi level in the graphene, thereby controlling the efficiency of electron excitation by incident light. can be done.

国際公開２０１８／１７３３４７号WO2018/173347 特開２０１０－１３５４７１号公報JP 2010-135471 A

しかしながら、グラフェンを用いた光センサでは、生じる起電力が極めて小さいため、実用化の観点からは、起電力の大きいものが求められている。 However, since an optical sensor using graphene generates an extremely small electromotive force, a photo sensor with a large electromotive force is desired from the viewpoint of practical use.

本実施の形態の一観点によれば、光センサ装置は、第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された第１のグラフェン層及び第２のグラフェン層と、前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層とを接続する接続電極と、前記第１のグラフェン層に接続された第１の電極と、前記第２のグラフェン層に接続された第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、を有し、前記第１のバックゲート電極は前記第１のグラフェン層の直下に設けられており、前記第２のバックゲート電極は前記第２のグラフェン層の直下に設けられており、前記接続電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極とは、異なる仕事関数の金属により形成されており、前記第１のグラフェン層は、前記第１のバックゲート電極に電圧が印加されると、前記接続電極と前記第１の電極との間に光起電力が生じ、前記第１のバックゲート電極に電圧が印加されないと、前記接続電極と前記第１の電極との間で光起電力が生じないように調整されており、前記第２のグラフェン層は、前記第２のバックゲート電極に電圧が印加されると、前記接続電極と前記第２の電極との間に光起電力が生じ、前記第２のバックゲート電極に電圧が印加されないと、前記接続電極と前記第２の電極との間で光起電力が生じないように調整されており、前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする。
According to one aspect of the present embodiment, the photosensor device includes a first back-gate electrode and a second back-gate electrode, and formed on the first back-gate electrode and the second back-gate electrode. a first graphene layer and a second graphene layer formed on the insulating film; a connection electrode connecting the first graphene layer and the second graphene layer; a first electrode connected to the first graphene layer; a second electrode connected to the second graphene layer; and a voltage multiplier circuit connected to the first electrode and the second electrode. and wherein the first back gate electrode is provided directly under the first graphene layer, and the second back gate electrode is provided directly under the second graphene layer, The connection electrode, the first electrode, and the second electrode are formed of metals having different work functions, and the first graphene layer is applied with a voltage to the first back gate electrode. Then, a photovoltaic force is generated between the connection electrode and the first electrode, and if no voltage is applied to the first back gate electrode, light is generated between the connection electrode and the first electrode. When a voltage is applied to the second back gate electrode, the second graphene layer is photovoltaic between the connection electrode and the second electrode. It is adjusted so that no photovoltaic force is generated between the connection electrode and the second electrode when power is generated and no voltage is applied to the second back gate electrode. When a voltage is alternately applied to the electrode and the second back gate electrode, the alternating voltage generated between the first electrode and the second electrode is amplified in the voltage multiplier circuit. Characterized by

開示の光センサ装置によれば、光センサにおいて生じた起電力を大きくすることができる。 According to the disclosed optical sensor device, the electromotive force generated in the optical sensor can be increased.

グラフェンを用いた光センサの構造図（１）Structural diagram of optical sensor using graphene (1) グラフェンを用いた光センサの構造図（２）Structural diagram of optical sensor using graphene (2) 第１の実施の形態における光センサ装置の構造図Structural drawing of the optical sensor device in the first embodiment 第１の実施の形態における光センサ装置に用いられるコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路の回路図FIG. 2 is a circuit diagram of a Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit used in the optical sensor device according to the first embodiment; 第１の実施の形態における光センサ装置による光検出方法の説明図Explanatory diagram of a light detection method by the optical sensor device in the first embodiment 第２の実施の形態における光センサ装置の構造図Structural drawing of the optical sensor device in the second embodiment 第２の実施の形態における光センサ装置による光検出方法の説明図Explanatory drawing of the light detection method by the optical sensor device in the second embodiment

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The form for carrying out is demonstrated below. In addition, the same reference numerals are assigned to the same members and the description thereof is omitted.

〔第１の実施の形態〕
最初に、グラフェンを用いた光センサについて説明する。グラフェンを光センサとして用いる場合には、グラフェンに接続されている複数の電極間で、ゼーベック係数の非対称性を作り出すことが一般に行われる。図１及び図２に基づき、グラフェンを用いた２種類の光センサについて説明する。 [First Embodiment]
First, an optical sensor using graphene will be described. When graphene is used as an optical sensor, it is common practice to create an asymmetry in the Seebeck coefficient between multiple electrodes connected to the graphene. Two types of optical sensors using graphene will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

図１に示される構造の光センサは、仕事関数の異なる２つの金属を電極に用いた構造のものである。具体的には、Ｓｉ基板１１の上に、ＳｉＯ２により絶縁膜１２が形成されており、絶縁膜１２の上にはグラフェン層１３が形成されており、グラフェン層１３の上の両側には、第１の電極１４と第２の電極１５が形成されている。第１の電極１４と第２の電極１５は、異なる金属材料により形成されており、仕事関数が異なっている。例えば、第１の電極１４はＡｕ（金）により形成されており、第２の電極１５はＮｉ（ニッケル）により形成されている。グラフェン層１３に光を照射すると、グラフェン層１３において、ホットエレクトロンが生成されるが、第１の電極１４と第２の電極１５とが異なる仕事関数の材料により形成されているため、第１の電極１４と第２の電極１５との間で起電力が発生する。しかしながら、このように発生する起電力は、一般的なフォトダイオード等と比較すると極めて小さい。 The optical sensor having the structure shown in FIG. 1 has a structure in which two metals having different work functions are used as electrodes. Specifically, an insulating film 12 made of SiO 2 is formed on a Si substrate 11, a graphene layer 13 is formed on the insulating film 12, and on both sides of the graphene layer 13, A first electrode 14 and a second electrode 15 are formed. The first electrode 14 and the second electrode 15 are made of different metal materials and have different work functions. For example, the first electrode 14 is made of Au (gold), and the second electrode 15 is made of Ni (nickel). When the graphene layer 13 is irradiated with light, hot electrons are generated in the graphene layer 13. However, since the first electrode 14 and the second electrode 15 are formed of materials with different work functions, An electromotive force is generated between the electrode 14 and the second electrode 15 . However, the electromotive force generated in this way is extremely small compared to a general photodiode or the like.

図２に示される構造の光センサは、バックゲート電極を設けた構造のものである。具体的には、Ｓｉ基板１１の上にＳｉＯ２により第１の絶縁膜２２が形成されており、第１の絶縁膜２２の上には、図示右側にバックゲート電極２６が形成されており、更に、バックゲート電極２６を覆うように、ＳｉＯ２により第２の絶縁膜２３が形成されている。第２の絶縁膜２３の上にはグラフェン層１３が形成されており、グラフェン層１３の上の両側には、第１の電極２４と第２の電極２５が形成されている。第１の電極２４と第２の電極２５は、同じ金属材料により形成されている。バックゲート電極２６は、第２の電極２５が設けられている側の領域に形成されている。バックゲート電極２６には電圧を印加することが可能であり、バックゲート電極２６に電圧を印加することにより、グラフェン層１３のフェルミレベルを変化させることができる。グラフェン層１３に光を照射すると、グラフェン層１３において、ホットエレクトロンが生成され、バックゲート電極２６に電圧を印加することにより、第１の電極２４と第２の電極２５との間に起電力が発生する。しかしながら、このように発生する起電力も、一般的なフォトダイオード等と比較すると極めて小さい。 The photosensor having the structure shown in FIG. 2 has a structure in which a back gate electrode is provided. Specifically, a first insulating film 22 of SiO 2 is formed on the Si substrate 11, and a back gate electrode 26 is formed on the right side of the drawing on the first insulating film 22. Furthermore, a second insulating film 23 of SiO 2 is formed so as to cover the back gate electrode 26 . A graphene layer 13 is formed on the second insulating film 23 , and a first electrode 24 and a second electrode 25 are formed on both sides of the graphene layer 13 . The first electrode 24 and the second electrode 25 are made of the same metal material. The back gate electrode 26 is formed in a region on the side where the second electrode 25 is provided. A voltage can be applied to the back gate electrode 26 , and the Fermi level of the graphene layer 13 can be changed by applying a voltage to the back gate electrode 26 . When the graphene layer 13 is irradiated with light, hot electrons are generated in the graphene layer 13, and by applying a voltage to the back gate electrode 26, an electromotive force is generated between the first electrode 24 and the second electrode 25. Occur. However, the electromotive force generated in this way is also extremely small compared to a general photodiode or the like.

このため、グラフェンを用いた光センサを実用化するためには、光センサにおいて生じた小さな起電力を効率よく、増幅することが求められる。 Therefore, in order to put an optical sensor using graphene into practical use, it is required to efficiently amplify a small electromotive force generated in the optical sensor.

ところで、光センサにおいて生じた小さな起電力を増幅する方法としては、光センサと差動増幅回路とを組み合わせた光センサ装置が考えられるが、差動増幅回路は、回路規模が大きく、消費電力も大きい。このため、グラフェンを用いた光センサを２次元アレイ状に配置した場合、これに対応して画素の大きさまで差動増幅回路の大きさを小さくすることが求められるが、このような要求を満たすことは容易ではない。 By the way, as a method for amplifying a small electromotive force generated in an optical sensor, an optical sensor device combining an optical sensor and a differential amplifier circuit is conceivable. big. Therefore, when photosensors using graphene are arranged in a two-dimensional array, it is required to reduce the size of the differential amplifier circuit to the size of the pixel correspondingly. It is not easy.

また、消費電力の小さい昇圧回路としては、コンデンサとスイッチを組み合わせたチャージポンプ回路が知られている。しかしながら、図１や図２に示される構造のグラフェンを用いた光センサとチャージポンプ回路とを組み合わせた場合、グラフェンを用いた光センサの出力は直流であることから、スイッチの働きをするトランジスタ等を設ける必要がある。このため、回路が大きくなり、消費電力も大きくなるため好ましくない。 A charge pump circuit combining a capacitor and a switch is known as a booster circuit with low power consumption. However, when the photosensor using graphene having the structure shown in FIGS. 1 and 2 is combined with the charge pump circuit, the output of the photosensor using graphene is direct current, so a transistor or the like acting as a switch is used. must be provided. As a result, the size of the circuit becomes large and the power consumption also becomes large, which is not preferable.

（光センサ装置）
次に、本実施の形態における光センサ装置について説明する。本実施の形態における光センサ装置は、図３に示されるように、光センサ１１０、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０、バックゲート電極駆動回路１６０とを有している。尚、本実施の形態における光センサは、テラヘルツ光から、可視光及び紫外光を含む波長領域の光を検出することができる。 (Optical sensor device)
Next, the optical sensor device according to this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the photosensor device of this embodiment has a photosensor 110, a Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130, and a back gate electrode driver circuit 160. As shown in FIG. Note that the optical sensor in this embodiment can detect light in a wavelength range including visible light and ultraviolet light from terahertz light.

光センサ１１０は、第１の領域１１０Ａと第２の領域１１０Ｂとを有している。光センサ１１０は、基板１１１の上に、第１の絶縁膜１１２が形成されており、第１の絶縁膜１１２の上には、第１の領域１１０Ａに第１のバックゲート電極１１３が形成されており、第２の領域１１０Ｂに第２のバックゲート電極１２３が形成されている。第１のバックゲート電極１１３及び第２のバックゲート電極１２３の上には、これらを覆う第２の絶縁膜１１４が形成されている。第２の絶縁膜１１４の上には、第１の領域１１０Ａに第１のグラフェン層１１５が形成されており、第２の領域１１０Ｂに、第２のグラフェン層１２５が形成されている。 Optical sensor 110 has a first region 110A and a second region 110B. The optical sensor 110 has a first insulating film 112 formed on a substrate 111, and a first back gate electrode 113 formed on the first insulating film 112 in a first region 110A. A second back gate electrode 123 is formed in the second region 110B. A second insulating film 114 is formed on the first back gate electrode 113 and the second back gate electrode 123 to cover them. On the second insulating film 114, a first graphene layer 115 is formed in the first region 110A, and a second graphene layer 125 is formed in the second region 110B.

第１のグラフェン層１１５と第２のグラフェン層１２５は、中央部分に設けられた接続電極１１６により、直列に接続されている。また、第１のグラフェン層１１５の上の図示左側には、第１の電極１１７が形成されており、第２のグラフェン層１２５の上の図示右側には、第２の電極１２７が形成されている。光センサ１１０の第１の電極１１７及び第２の電極１２７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に接続されている。 The first graphene layer 115 and the second graphene layer 125 are connected in series by a connection electrode 116 provided in the central portion. A first electrode 117 is formed on the left side of the first graphene layer 115 in the drawing, and a second electrode 127 is formed on the right side of the second graphene layer 125 in the drawing. there is The first electrode 117 and the second electrode 127 of the photosensor 110 are connected to a Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 .

基板１１１は、Ｓｉ等により形成されており、第１の絶縁膜１１２及び第２の絶縁膜１１４は、ＳｉＯ２等により形成されている。第１のバックゲート電極１１３及び第２のバックゲート電極１２３は、Ａｕ等により形成されており、第２の絶縁膜１１４の膜厚は、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である。接続電極１１６と、第１の電極１１７及び第２の電極１２７とは、仕事関数の異なる金属材料により形成されており、接続電極１１６は、Ａｕ等により形成されており、第１の電極１１７及び第２の電極１２７は、Ｎｉ等により形成されている。第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition：化学気相成長）等の成膜方法や転写により形成した後、所望の形状にパターンニングして形成する。尚、第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５には、同じ不純物元素がドープされており、同じ導電型となっている。 The substrate 111 is made of Si or the like, and the first insulating film 112 and the second insulating film 114 are made of SiO 2 or the like. The first back gate electrode 113 and the second back gate electrode 123 are made of Au or the like, and the film thickness of the second insulating film 114 is 5 nm or more and 20 nm or less. The connection electrode 116, the first electrode 117 and the second electrode 127 are made of metal materials having different work functions. The connection electrode 116 is made of Au or the like. The second electrode 127 is made of Ni or the like. The first graphene layer 115 and the second graphene layer 125 are formed by a film formation method such as CVD (chemical vapor deposition) or by transfer, and then patterned into a desired shape. Note that the first graphene layer 115 and the second graphene layer 125 are doped with the same impurity element and have the same conductivity type.

本実施の形態における光センサ１１０では、第１のバックゲート電極１１３は、接続電極１１６と第１の電極１１７との間の直下に設けられており、第２のバックゲート電極１２３は、接続電極１１６と第２の電極１２７との間の直下に設けられている。 In the photosensor 110 of this embodiment, the first back gate electrode 113 is provided directly between the connection electrode 116 and the first electrode 117, and the second back gate electrode 123 is provided between the connection electrode 116 and the first electrode 117. 116 and the second electrode 127 directly below.

第１のグラフェン層１１５は、第１のバックゲート電極１１３に電圧が印加されると、接続電極１１６と第１の電極１１７との間の光起電力が大きくなり、電圧が印加されないと、接続電極１１６と第１の電極１１７との間で光起電力が生じないように調整されている。第２のグラフェン層１２５は、第２のバックゲート電極１２３に電圧が印加されると、接続電極１１６と第２の電極１２７との間の光起電力が大きくなり、電圧が印加されないと、接続電極１１６と第２の電極１２７との間で光起電力が生じないように調整されている。 In the first graphene layer 115, when a voltage is applied to the first back gate electrode 113, the photoelectromotive force between the connection electrode 116 and the first electrode 117 increases, and when no voltage is applied, the connection Adjustment is made so that no photovoltaic force is generated between the electrode 116 and the first electrode 117 . In the second graphene layer 125, when a voltage is applied to the second back gate electrode 123, the photoelectromotive force between the connection electrode 116 and the second electrode 127 increases, and when no voltage is applied, the connection Adjustment is made so that no photovoltaic force is generated between the electrode 116 and the second electrode 127 .

次に、図４に基づき、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０について説明する。図４に示されるコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０は、２段型コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路であり、４つのダイオードと４つのコンデンサとを有している。具体的には、第１のダイオード１３１、第２のダイオード１３２、第３のダイオード１３３、第４のダイオード１３４、第１のコンデンサ１４１、第２のコンデンサ１４２、第３のコンデンサ１４３、第４のコンデンサ１４４を有している。 Next, the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 will be described with reference to FIG. The Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 shown in FIG. 4 is a two-stage Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit with four diodes and four capacitors. Specifically, the first diode 131, the second diode 132, the third diode 133, the fourth diode 134, the first capacitor 141, the second capacitor 142, the third capacitor 143, the fourth It has a capacitor 144 .

コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０では、第１のダイオード１３１のカソードと第２のダイオード１３２のアノードとが接続されており、第２のダイオード１３２のカソードと第３のダイオード１３３のアノードとが接続されている。また、第３のダイオード１３３のカソードと第４のダイオード１３４のアノードとが接続されており、第４のダイオード１３４のカソードは一方の出力端子１５１と接続されている。尚、他方の出力端子１５２は、接地電位に接続されている。 In the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130, the cathode of the first diode 131 and the anode of the second diode 132 are connected, and the cathode of the second diode 132 and the anode of the third diode 133 are connected. It is Also, the cathode of the third diode 133 and the anode of the fourth diode 134 are connected, and the cathode of the fourth diode 134 is connected to one output terminal 151 . The other output terminal 152 is connected to the ground potential.

また、第１のダイオード１３１のアノードと第２のダイオード１３２のカソードとの間には第２のコンデンサ１４２が設けられている。第２のダイオード１３２のアノードと第３のダイオード１３３のカソードとの間には第３のコンデンサ１４３が設けられている。第３のダイオード１３３のアノードと第４のダイオード１３４のカソードとの間には第４のコンデンサ１４４が設けられている。 A second capacitor 142 is provided between the anode of the first diode 131 and the cathode of the second diode 132 . A third capacitor 143 is provided between the anode of the second diode 132 and the cathode of the third diode 133 . A fourth capacitor 144 is provided between the anode of the third diode 133 and the cathode of the fourth diode 134 .

コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３は、第１のコンデンサ１４１の一方の電極と接続されており、他方の入力端子１５４は、第１のダイオード１３１のアノード及び第２のコンデンサ１４２の一方の電極と接続されている。尚、第１のコンデンサ１４１の他方の電極は、第１のダイオード１３１のカソード、第２のダイオード１３２のアノード、第３のコンデンサ１４３の一方の電極と接続されている。 One input terminal 153 of the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 is connected to one electrode of the first capacitor 141, and the other input terminal 154 is connected to the anode of the first diode 131 and the second capacitor. It is connected to one electrode of 142. The other electrode of the first capacitor 141 is connected to the cathode of the first diode 131 , the anode of the second diode 132 and one electrode of the third capacitor 143 .

本実施の形態においては、光センサ１１０の第１の電極１１７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３と接続されており、内部の第１のコンデンサ１４１の一方の電極と接続される。また、光センサ１１０の第２の電極１２７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の他方の入力端子１５４と接続されており、内部の第１のダイオード１３１のアノード及び第２のコンデンサ１４２の一方の電極と接続される。 In this embodiment, the first electrode 117 of the optical sensor 110 is connected to one input terminal 153 of the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130, and is connected to one electrode of the internal first capacitor 141. Connected. Also, the second electrode 127 of the photosensor 110 is connected to the other input terminal 154 of the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130, and the anode of the internal first diode 131 and one of the second capacitor 142 is connected. are connected to the electrodes of

バックゲート電極駆動回路１６０は、第１のバックゲート電極１１３と、第２のバックゲート電極１２３とに交互に電圧を印加する。印加する電圧は、例えば、１０Ｖであり、周波数が１ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下の交流電圧である。周波数は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に用いられているダイオードのスイッチグ速度よりも遅くする必要がある。また、本実施の形態における光センサ装置をイメージセンサに用いる場合には、イメージセンサのフレームレートよりも十分に早くする必要がある。このため、周波数は上記の範囲が好ましい。 The back gate electrode driving circuit 160 alternately applies a voltage to the first back gate electrode 113 and the second back gate electrode 123 . The applied voltage is, for example, 10 V, and is an AC voltage with a frequency of 1 kHz or more and 10 MHz or less. The frequency should be slower than the switching speed of the diodes used in the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 . Also, when the optical sensor device of this embodiment is used as an image sensor, the frame rate must be sufficiently faster than the frame rate of the image sensor. Therefore, the frequency is preferably in the above range.

（光センサ装置の光検出方法）
次に、本実施の形態における光センサ装置の光検出方法について、図５に基づき説明する。本実施の形態における光センサ装置において、光検出をする際には、バックゲート電極駆動回路１６０を用いて、第１のバックゲート電極１１３と、第２のバックゲート電極１２３とに交互に、逆位相の電圧を印加する。 (Light detection method of optical sensor device)
Next, the light detection method of the optical sensor device according to this embodiment will be described with reference to FIG. In the photosensor device of this embodiment mode, when detecting light, the back gate electrode driving circuit 160 is used to alternately switch the first back gate electrode 113 and the second back gate electrode 123 to the opposite direction. Apply a phase voltage.

具体的には、光センサ１１０の第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５に光が照射されている状態で、第１のバックゲート電極１１３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、第１のグラフェン層１１５に光起電力が生じる。第２のグラフェン層１２５は、第２のバックゲート電極１２３には電圧が印加されていないため、単なる導体として機能する。よって、第１のグラフェン層１１５において発生した光起電力は、第１の電極１１７と、第２の電極１２７との間において生じた光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。 Specifically, when a voltage of, for example, about 10 V is applied to the first back gate electrode 113 while the first graphene layer 115 and the second graphene layer 125 of the photosensor 110 are being irradiated with light, , a photovoltaic force is generated in the first graphene layer 115 . The second graphene layer 125 simply functions as a conductor because no voltage is applied to the second back gate electrode 123 . Therefore, the photovoltaic force generated in the first graphene layer 115 is input to the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 as the photovoltaic force generated between the first electrode 117 and the second electrode 127. be.

また、光センサ１１０の第１のグラフェン層１１５及び第２のグラフェン層１２５に光が照射されている状態で、第２のバックゲート電極１２３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、第２のグラフェン層１２５に光起電力が生じる。第１のグラフェン層１１５は、第１のバックゲート電極１１３には電圧が印加されていないため、単なる導体として機能する。よって、第２のグラフェン層１２５において発生した光起電力は、第２の電極１２７と、第１の電極１１７との間において生じた光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。 Further, when a voltage of, for example, about 10 V is applied to the second back gate electrode 123 while the first graphene layer 115 and the second graphene layer 125 of the optical sensor 110 are being irradiated with light, the second A photovoltaic force is generated in the graphene layer 125 of . Since no voltage is applied to the first back gate electrode 113, the first graphene layer 115 simply functions as a conductor. Therefore, the photovoltaic force generated in the second graphene layer 125 is input to the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 as the photovoltaic force generated between the second electrode 127 and the first electrode 117. be.

従って、光センサ１１０の第１の電極１１７と第２の電極１２７との間では、第１のバックゲート電極１１３に電圧を印加することにより生じる光起電力と、第２のバックゲート電極１２３に電圧を印加することにより生じる光起電力とは、逆極性となる。 Therefore, between the first electrode 117 and the second electrode 127 of the photosensor 110, the photoelectromotive force generated by applying a voltage to the first back gate electrode 113 and the The polarity is opposite to that of the photovoltaic force generated by applying voltage.

よって、第１のバックゲート電極１１３及び第２のバックゲート電極１２３に交互に電圧を印加することにより生じた逆極性の光起電力を、図４に示されるコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３及び他方の入力端子１５４に入力する。これにより、入力された光起電力は、４倍に増幅され、一方の出力端子１５１と他方の出力端子１５２の間より出力される。 Therefore, the photoelectromotive force of opposite polarity generated by alternately applying voltages to the first back gate electrode 113 and the second back gate electrode 123 is generated by the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 shown in FIG. Input to one input terminal 153 and the other input terminal 154 . As a result, the input photoelectromotive force is amplified four times and output from between one output terminal 151 and the other output terminal 152 .

従って、本実施の形態における光センサ装置では、光センサ１１０の光起電力を４倍に増幅することができるため、グラフェンを用いた光センサの実用化が可能となる。また、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０は、複数のダイオードとコンデンサを用いた簡単な回路であるため、小型化が容易である。 Therefore, in the photosensor device of this embodiment, the photovoltaic force of the photosensor 110 can be amplified four times, so that a photosensor using graphene can be put into practical use. Further, the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 is a simple circuit using a plurality of diodes and capacitors, so that it can be easily miniaturized.

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における光センサ装置は、図６に示されるように、光センサ２１０、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０、バックゲート電極駆動回路１６０とを有している。 [Second embodiment]
Next, a second embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the photosensor device according to the present embodiment has a photosensor 210, a Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130, and a back gate electrode driver circuit 160. As shown in FIG.

光センサ２１０は、図示左側の第１の領域２１０Ａと、図示右側の第２の領域２１０Ｂとを有している。光センサ２１０は、基板１１１の上に、第１の絶縁膜１１２が形成されており、第１の絶縁膜１１２の上の第１の領域２１０Ａには、第１のバックゲート電極２１３が形成されており、第２の領域２１０Ｂには第２のバックゲート電極２２３が形成されている。第１のバックゲート電極２１３及び第２のバックゲート電極２２３の上には、これらを覆う第２の絶縁膜２１４が形成されており、第２の絶縁膜２１４の上には、グラフェン層２１５が形成されている。尚、グラフェン層２１５には、ｎ型またはｐ型となる不純物元素がドープされている。 The optical sensor 210 has a first region 210A on the left side of the drawing and a second region 210B on the right side of the drawing. The optical sensor 210 has a first insulating film 112 formed on a substrate 111, and a first back gate electrode 213 formed in a first region 210A on the first insulating film 112. A second back gate electrode 223 is formed in the second region 210B. A second insulating film 214 is formed to cover the first back gate electrode 213 and the second back gate electrode 223 , and a graphene layer 215 is formed on the second insulating film 214 . formed. Note that the graphene layer 215 is doped with an impurity element that becomes n-type or p-type.

グラフェン層２１５の上の図示左側には、第１の電極２１７が形成されており、図示右側には、第２の電極２２７が形成されている。光センサ２１０の第１の電極２１７及び第２の電極２２７は、図４に示すコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に接続されている。 A first electrode 217 is formed on the left side of the graphene layer 215 in the drawing, and a second electrode 227 is formed on the right side of the drawing. The first electrode 217 and the second electrode 227 of the photosensor 210 are connected to the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 shown in FIG.

第１のバックゲート電極２１３及び第２のバックゲート電極２２３は、同じ材料により形成されており、例えば、Ａｕ等により形成されている。また、第２の絶縁膜２１４の膜厚は、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である。グラフェン層２１５は、ＣＶＤ等の成膜方法や転写により形成した後、所望の形状にパターンニングして形成する。 The first back gate electrode 213 and the second back gate electrode 223 are made of the same material, such as Au. Further, the film thickness of the second insulating film 214 is 5 nm or more and 20 nm or less. The graphene layer 215 is formed by patterning into a desired shape after being formed by a film formation method such as CVD or by transfer.

第１のバックゲート電極２１３は、光センサ２１０の中央よりも第１の電極２１７の側の第１の領域２１０Ａに設けられており、第２のバックゲート電極１２３は、光センサ２１０の中央よりも第２の電極２２７の側の第２の領域２１０Ｂに設けられている。 The first back gate electrode 213 is provided in the first region 210A on the side of the first electrode 217 from the center of the photosensor 210, and the second back gate electrode 123 is provided from the center of the photosensor 210. is also provided in the second region 210B on the second electrode 227 side.

グラフェン層２１５は、第１のバックゲート電極２１３や、第２のバックゲート電極２２３に電圧が印加されると、印加された部分の光起電力が大きくなるが、電圧が印加されないと、印加されない部分では光起電力が生じないように調整されている。 In the graphene layer 215, when a voltage is applied to the first back gate electrode 213 or the second back gate electrode 223, the photoelectromotive force of the applied portion increases, but when no voltage is applied, no voltage is applied. Some parts are adjusted so that no photovoltaic force is generated.

本実施の形態においては、光センサ２１０の第１の電極２１７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３と接続されており、内部の第１のコンデンサ１４１の一方の電極と接続される。また、光センサ２１０の第２の電極２２７は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の他方の入力端子１５４と接続されており、内部の第１のダイオード１３１のアノード及び第２のコンデンサ１４２の一方の電極と接続される。 In this embodiment, the first electrode 217 of the optical sensor 210 is connected to one input terminal 153 of the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130, and is connected to one electrode of the internal first capacitor 141. Connected. Also, the second electrode 227 of the optical sensor 210 is connected to the other input terminal 154 of the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130, and the anode of the internal first diode 131 and one of the second capacitor 142 is connected. are connected to the electrodes of

（光センサ装置の光検出方法）
次に、本実施の形態における光センサ装置の光検出方法について、図７に基づき説明する。本実施の形態における光センサ装置において、光検出をする際には、バックゲート電極駆動回路１６０を用いて、第１のバックゲート電極２１３と、第２のバックゲート電極２２３に交互に、逆位相の電圧を印加する。 (Light detection method of optical sensor device)
Next, the light detection method of the optical sensor device according to this embodiment will be described with reference to FIG. In the photosensor device of the present embodiment, when detecting light, the back gate electrode driving circuit 160 is used to alternately rotate the first back gate electrode 213 and the second back gate electrode 223 in opposite phases. voltage is applied.

具体的には、光センサ２１０のグラフェン層２１５に光が照射されている状態で、第１のバックゲート電極２１３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、グラフェン層２１５の第１の領域２１０Ａにおいて光起電力が生じる。第２のバックゲート電極２２３には電圧が印加されていないため、グラフェン層２１５の第２の領域２１０Ｂ等は、単なる導体として機能する。よって、グラフェン層２１５の第１の領域２１０Ａにおいて発生した光起電力は、第１の電極２１７と、グラフェン層２１５を介して接続される第２の電極２２７との間の光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。 Specifically, when a voltage of, for example, about 10 V is applied to the first back gate electrode 213 while the graphene layer 215 of the optical sensor 210 is being irradiated with light, the first region 210A of the graphene layer 215 A photovoltaic force is generated at Since no voltage is applied to the second back gate electrode 223, the second regions 210B and the like of the graphene layer 215 simply function as conductors. Therefore, the photovoltaic force generated in the first region 210A of the graphene layer 215 is the photovoltaic force between the first electrode 217 and the second electrode 227 connected via the graphene layer 215, as Cockcroft input to the Walt voltage multiplier circuit 130;

また、光センサ２１０のグラフェン層２１５に光が照射されている状態で、第２のバックゲート電極２２３に、例えば、約１０Ｖの電圧を印加すると、グラフェン層２１５の第２の領域２１０Ｂにおいて光起電力が生じる。第１のバックゲート電極２１３には電圧が印加されていないため、グラフェン層２１５の第１の領域２１０Ａ等は、単なる導体として機能する。よって、グラフェン層２１５の第２の領域２１０Ｂにおいて発生した光起電力は、第２の電極２２７と、グラフェン層２１５を介して接続される第１の電極２１７との間の光起電力として、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０に入力される。 Further, when a voltage of, for example, about 10 V is applied to the second back gate electrode 223 while the graphene layer 215 of the photosensor 210 is being irradiated with light, photovoltaic Electricity is generated. Since no voltage is applied to the first back gate electrode 213, the first regions 210A and the like of the graphene layer 215 simply function as conductors. Therefore, the photovoltaic force generated in the second region 210B of the graphene layer 215 is the photovoltaic force between the second electrode 227 and the first electrode 217 connected via the graphene layer 215, as Cockcroft input to the Walt voltage multiplier circuit 130;

従って、光センサ２１０の第１の電極２１７と第２の電極２２７との間では、第１のバックゲート電極２１３に電圧を印加することにより生じる光起電力と、第２のバックゲート電極２２３に電圧を印加することにより生じる光起電力とは、逆極性となる。 Therefore, between the first electrode 217 and the second electrode 227 of the photosensor 210, the photoelectromotive force generated by applying a voltage to the first back gate electrode 213 and the The polarity is opposite to that of the photovoltaic force generated by applying voltage.

よって、第１のバックゲート電極２１３及び第２のバックゲート電極２２３に交互に電圧を印加することにより生じた逆極性の光起電力を、図４に示されるコッククロフト・ウォルト電圧増倍回路１３０の一方の入力端子１５３及び他方の入力端子１５４に入力する。これにより、入力された光起電力は、４倍に増幅され、一方の出力端子１５１と他方の出力端子１５２の間より出力される。 Therefore, the reverse polarity photovoltaic force generated by alternately applying voltages to the first back gate electrode 213 and the second back gate electrode 223 is generated by the Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 130 shown in FIG. Input to one input terminal 153 and the other input terminal 154 . As a result, the input photoelectromotive force is amplified four times and output from between one output terminal 151 and the other output terminal 152 .

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。 Contents other than the above are the same as in the first embodiment.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes are possible within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された第１のグラフェン層及び第２のグラフェン層と、
前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層とを接続する接続電極と、
前記第１のグラフェン層に接続された第１の電極と、
前記第２のグラフェン層に接続された第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は前記第１のグラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は前記第２のグラフェン層の直下に設けられており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。
（付記２）
前記接続電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極とは、異なる仕事関数の金属により形成されていることを特徴とする付記１に記載の光センサ装置。
（付記３）
前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層には、同じ不純物元素がドープされていることを特徴とする付記１または２に記載の光センサ装置。
（付記４）
前記光は、前記接続電極と前記第１の電極との間の前記第１のグラフェン層、及び、前記接続電極と前記第２の電極との間の前記第２のグラフェン層に照射されることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記５）
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路をさらに有することを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記６）
第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成されたグラフェン層と、
前記グラフェン層の一方の側の第１の領域に接続されている第１の電極と、
前記グラフェン層の他方の側の第２の領域に接続されている第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は、前記第１の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は、前記第２の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。
（付記７）
前記光は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記グラフェン層に照射されることを特徴とする付記６に記載の光センサ装置。
（付記８）
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路をさらに有することを特徴とする付記６または７に記載の光センサ装置。
（付記９）
前記電圧増倍回路は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路であることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記１０）
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極には、逆位相の電圧を印加することを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記１１）
前記第１のバックゲート電極と及び前記第２のバックゲート電極に接続されており、
前記第１のバックゲート電極と、前記第２のバックゲート電極とに、交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路を有することを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の光センサ装置。
（付記１２）
バックゲート電極駆動回路は、周波数が１ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下の交流電圧を発生させることを特徴とする付記１１に記載の光センサ装置。
（付記１３）
前記絶縁膜の膜厚は、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光センサ装置。 With respect to the above description, the following notes are further disclosed.
(Appendix 1)
a first back gate electrode and a second back gate electrode;
an insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode;
a first graphene layer and a second graphene layer formed on the insulating film;
a connection electrode that connects the first graphene layer and the second graphene layer;
a first electrode connected to the first graphene layer;
a second electrode connected to the second graphene layer;
a voltage multiplier circuit connected to the first electrode and the second electrode;
has
The first back gate electrode is provided directly under the first graphene layer,
The second back gate electrode is provided directly under the second graphene layer,
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage multiplication. An optical sensor device characterized by amplification in a circuit.
(Appendix 2)
The optical sensor device according to Supplementary Note 1, wherein the connection electrode, the first electrode, and the second electrode are made of metals having different work functions.
(Appendix 3)
3. The optical sensor device according to appendix 1 or 2, wherein the first graphene layer and the second graphene layer are doped with the same impurity element.
(Appendix 4)
The light is applied to the first graphene layer between the connection electrode and the first electrode and to the second graphene layer between the connection electrode and the second electrode. 4. The optical sensor device according to any one of Appendices 1 to 3, characterized by:
(Appendix 5)
5. The photosensor device according to any one of supplements 1 to 4, further comprising a back gate electrode driving circuit that alternately applies a voltage to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
(Appendix 6)
a first back gate electrode and a second back gate electrode;
an insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode;
a graphene layer formed on the insulating film;
a first electrode connected to a first region on one side of the graphene layer;
a second electrode connected to a second region on the other side of the graphene layer;
a voltage multiplier circuit connected to the first electrode and the second electrode;
has
The first back gate electrode is provided immediately below the graphene layer in the first region,
The second back gate electrode is provided directly below the graphene layer in the second region,
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage multiplication. An optical sensor device characterized by amplification in a circuit.
(Appendix 7)
7. The optical sensor device according to claim 6, wherein the light is applied to the graphene layer between the first electrode and the second electrode.
(Appendix 8)
8. The optical sensor device according to appendix 6 or 7, further comprising a back gate electrode driving circuit that alternately applies a voltage to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
(Appendix 9)
9. The optical sensor device according to any one of appendices 1 to 8, wherein the voltage multiplier circuit is a Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit.
(Appendix 10)
10. The optical sensor device according to any one of Supplements 1 to 9, wherein opposite phase voltages are applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode.
(Appendix 11)
connected to the first back gate electrode and the second back gate electrode,
11. The optical sensor device according to any one of Supplements 1 to 10, further comprising a back gate electrode driving circuit that alternately applies a voltage to the first back gate electrode and the second back gate electrode. .
(Appendix 12)
12. The optical sensor device according to claim 11, wherein the back gate electrode driving circuit generates an AC voltage with a frequency of 1 kHz or more and 10 MHz or less.
(Appendix 13)
13. The optical sensor device according to any one of appendices 1 to 12, wherein the film thickness of the insulating film is 5 nm or more and 20 nm or less.

１１０ 光センサ
１１０Ａ 第１の領域
１１０Ｂ 第２の領域
１１１ 基板
１１２ 第１の絶縁膜
１１３ 第１のバックゲート電極
１１４ 第２の絶縁膜
１１５ 第１のグラフェン層
１１６ 接続電極
１１７ 第１の電極
１２３ 第２のバックゲート電極
１２５ 第２のグラフェン層
１２７ 第２の電極
１３０ コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路
１３１ 第１のダイオード
１３２ 第２のダイオード
１３３ 第３のダイオード
１３４ 第４のダイオード
１４１ 第１のコンデンサ
１４２ 第２のコンデンサ
１４３ 第３のコンデンサ
１４４ 第４のコンデンサ
１５１ 一方の出力端子
１５２ 他方の出力端子
１５３ 一方の入力端子
１５４ 他方の入力端子
１６０ バックゲート電極駆動回路 110 Photosensor 110A First region 110B Second region 111 Substrate 112 First insulating film 113 First back gate electrode 114 Second insulating film 115 First graphene layer 116 Connection electrode 117 First electrode 123 Second 2 back gate electrode 125 second graphene layer 127 second electrode 130 Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit 131 first diode 132 second diode 133 third diode 134 fourth diode 141 first capacitor 142 Second capacitor 143 Third capacitor 144 Fourth capacitor 151 One output terminal 152 The other output terminal 153 The one input terminal 154 The other input terminal 160 Back gate electrode driving circuit

Claims (6)

第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された第１のグラフェン層及び第２のグラフェン層と、
前記第１のグラフェン層と前記第２のグラフェン層とを接続する接続電極と、
前記第１のグラフェン層に接続された第１の電極と、
前記第２のグラフェン層に接続された第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は前記第１のグラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は前記第２のグラフェン層の直下に設けられており、
前記接続電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極とは、異なる仕事関数の金属により形成されており、
前記第１のグラフェン層は、前記第１のバックゲート電極に電圧が印加されると、前記接続電極と前記第１の電極との間に光起電力が生じ、前記第１のバックゲート電極に電圧が印加されないと、前記接続電極と前記第１の電極との間で光起電力が生じないように調整されており、
前記第２のグラフェン層は、前記第２のバックゲート電極に電圧が印加されると、前記接続電極と前記第２の電極との間に光起電力が生じ、前記第２のバックゲート電極に電圧が印加されないと、前記接続電極と前記第２の電極との間で光起電力が生じないように調整されており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。 a first back gate electrode and a second back gate electrode;
an insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode;
a first graphene layer and a second graphene layer formed on the insulating film;
a connection electrode that connects the first graphene layer and the second graphene layer;
a first electrode connected to the first graphene layer;
a second electrode connected to the second graphene layer;
a voltage multiplier circuit connected to the first electrode and the second electrode;
has
The first back gate electrode is provided directly under the first graphene layer,
The second back gate electrode is provided directly under the second graphene layer,
The connection electrode, the first electrode, and the second electrode are formed of metals having different work functions,
In the first graphene layer, when a voltage is applied to the first back gate electrode, a photovoltaic force is generated between the connection electrode and the first electrode, and the first back gate electrode adjusted so that no photovoltaic force is generated between the connection electrode and the first electrode when no voltage is applied;
In the second graphene layer, when a voltage is applied to the second back gate electrode, a photovoltaic force is generated between the connection electrode and the second electrode, and the second back gate electrode adjusted so that no photovoltaic force is generated between the connection electrode and the second electrode when no voltage is applied;
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage multiplication. An optical sensor device characterized by amplification in a circuit. 第１のバックゲート電極及び第２のバックゲート電極と、
前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成されたグラフェン層と、
前記グラフェン層の一方の側の第１の領域に接続されている第１の電極と、
前記グラフェン層の他方の側の第２の領域に接続されている第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された電圧増倍回路と、
を有し、
前記第１のバックゲート電極は、前記第１の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記第２のバックゲート電極は、前記第２の領域の前記グラフェン層の直下に設けられており、
前記グラフェン層は、前記第１のバックゲート電極に電圧が印加されると、印加された部分に光起電力が生じ、前記第２のバックゲート電極に電圧が印加されると、印加された部分に光起電力が生じ、前記第１のバックゲート電極及び前記第２のバックゲート電極に電圧が印加されないと、印加されない部分に光起電力が生じないように調整されており、
前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極とに交互に電圧を印加されると、前記第１の電極と前記第２の電極との間で生じた交流電圧を前記電圧増倍回路において増幅することを特徴とする光センサ装置。 a first back gate electrode and a second back gate electrode;
an insulating film formed on the first back gate electrode and the second back gate electrode;
a graphene layer formed on the insulating film;
a first electrode connected to a first region on one side of the graphene layer;
a second electrode connected to a second region on the other side of the graphene layer;
a voltage multiplier circuit connected to the first electrode and the second electrode;
has
The first back gate electrode is provided immediately below the graphene layer in the first region,
The second back gate electrode is provided directly below the graphene layer in the second region,
In the graphene layer, when a voltage is applied to the first back gate electrode, a photovoltaic force is generated in the applied portion, and when a voltage is applied to the second back gate electrode, the applied portion photovoltaic force is generated in the first back gate electrode and the second back gate electrode, the photovoltaic force is adjusted so that no photovoltaic force is generated in the portion to which the voltage is not applied,
When a voltage is alternately applied to the first back gate electrode and the second back gate electrode, the AC voltage generated between the first electrode and the second electrode is multiplied by the voltage multiplication. An optical sensor device characterized by amplification in a circuit. 前記電圧増倍回路は、コッククロフト・ウォルト電圧増倍回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光センサ装置。 3. The optical sensor device according to claim 1, wherein the voltage multiplier circuit is a Cockcroft-Walt voltage multiplier circuit. 前記第１のバックゲート電極と前記第２のバックゲート電極には、逆位相の電圧を印加することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光センサ装置。 4. The optical sensor device according to claim 1, wherein opposite phase voltages are applied to said first back gate electrode and said second back gate electrode. 前記第１のバックゲート電極と、前記第２のバックゲート電極とに、交互に電圧を印加するバックゲート電極駆動回路を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光センサ装置。 5. The light according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a back gate electrode driving circuit for alternately applying a voltage to said first back gate electrode and said second back gate electrode. sensor device. バックゲート電極駆動回路は、周波数が１ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下の交流電圧を発生させることを特徴とする請求項５に記載の光センサ装置。 6. The optical sensor device according to claim 5 , wherein the back gate electrode driving circuit generates an AC voltage having a frequency of 1 kHz or more and 10 MHz or less.
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