KR20110074605A - 나노와이어 볼로미터 광 검출기 - Google Patents

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KR20110074605A
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

방사된 전자기 에너지의 검출을 위한 광 검출기는 광자 트랩(205, 305, 405, 605) 내에 적어도 부분적으로 배치되는 적어도 하나의 볼로미터 나노와이어(100)를 포함한다. 상기 적어도 하나의 나노와이어(100)는 적어도 하나의 흑체 표면(110)을 갖는다. 흑체 표면(110)은 원적외광에서부터 가시광까지 범위의 방사 전자기 에너지를 흡수하도록 구성된다.

Description

나노와이어 볼로미터 광 검출기{NANOWIRE BOLOMETER PHOTODETECTOR}
본 출원은 미국 가출원 제61/106,961호(2008년 10월 20일자, Alexandre M. Bratkovski 등)의 우선권을 주장한다.
볼로미터(bolometer)는 방사를 흡수하는 물질의 물성에 있어서 측정가능한 변화에 따라서 전자기 방사를 검출할 수 있는 장치이다. 흡수성 물질은, 예를 들어, 물질의 저항에 영향을 미치는 전자기 에너지를 조사받는 경우 온도의 증가를 겪는다. 따라서, 몇몇 볼로미터는 물질에 의해 흡수되는 판정된 전자기 방사량과, 나아가서, 흡수성 물질의 근처에 존재하는 전자기 방사량을 외삽하기 위한 제어된 조건하에서 알려진 치수를 갖는 흡수성 물질의 일편의 저항을 측정한다.
볼로미터는 열방사를 측정하도록 구성되는 전자장치용의 광 검출기에서 사용되기도 한다. 예를 들어, 특정 유형의 야간 시각 센서에서는 적외광을 검출하기 위하여 각각의 픽셀에 볼로미터 기반의 광 검출기를 채용한다. 그러나, 현재 활용가능한 볼로미터는, 열 에너지를 나타내는 파장들 중 좁은 대역 내의 방사만을 검출한다는 사실로 인하여, 활용가능한 적용분야에 있어서 제한을 받는다. 또한, 현재 활용가능한 볼로미터 중 많은 것들은 주변 온도(예컨대, 200 - 300 K)에서 감도가 떨어진다.
첨부 도면들은 본 명세서에 기재되어 있는 원리의 다양한 실시예들을 예시하고 있으며, 명세서의 일부를 이룬다. 예시된 실시예들은 단지 일례일 뿐이며 청구범위의 범주를 한정하는 것은 아니다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 본 명세서에 개시된 원리의 다양한 실시예에 따른 광 검출기 적용예에 사용하기 위한 볼로미터 나노와이어의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 본 명세서에 개시된 원리의 일 실시예에 따른 일례의 나노와이어 볼로미터 광 검출기를 부분적으로 나타낸 사시도.
도 3은 본 명세서에 개시된 원리의 일 실시예에 따른 일례의 나노와이어 볼로미터 광 검출기의 단면도.
도 4는 본 명세서에 개시된 원리의 일 실시예에 따른 일례의 나노와이어 볼로미터 광 검출기를 부분적으로 나타낸 사시도.
도 5는 본 명세서에 개시된 원리의 일 실시예에 따른 일례의 나노와이어 볼로미터 광 검출기를 부분적으로 나타낸 사시도.
도 6은 본 명세서에 개시된 원리의 일 실시예에 따른 일례의 나노와이어 볼로미터 광 검출기를 부분적으로 나타낸 사시도.
도 7은 본 명세서에 개시된 원리의 일 실시예에 따른 일례의 나노와이어 볼로미터 광 검출기를 부분적으로 나타낸 사시도.
도 8은 본 명세서에 개시된 원리의 일 실시예에 따른 조사된 전자기 에너지를 검출하는 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도면들에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 동일 유사한 구성요소를 지칭한다.
전술한 바와 같이, 볼로미터는 전자 장치의 광 검출기에 사용될 수 있다. 그러나, 현재 활용가능한 볼로미터는 비교적 좁은 대역의 파장으로부터의 방사만을 검출할 수가 있다는 점에서 제한적이다.
본 명세서는 원적외광에서부터 가시광의 파장까지 이르는 넓은 열 스펙트럼의 방사 전자기 에너지를 검출할 수 있는 볼로미터 기반의 광 검출기를 개시하고 있다. 광 검출기는 광자 트랩 내에 적어도 부분적으로 배치되는 적어도 하나의 나노와이어를 포함하며, 적어도 하나의 나노와이어는 원적외광에서부터 가시광까지를 흡수하도록 구성되는 흑체 표면을 구비한다. 이 대역 내에서 광 검출기에 의해 검출되는 광량은 적어도 하나의 나노와이어의 저항의 변화를 계측함으로써 판정될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "나노와이어(nanowire)"라는 용어는 보통 50 nm 아래의 반경을 갖는 신장 구조를 일컫는다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "광자 트랩(photon trap)"이라는 용어는 적어도 일시적으로 구조 외부로 이탈함이 없이 구조 내에서 내부 반사를 위하여 구조로 향하는 방사 전자기 에너지를 제한하도록 설계된 구조를 일컫는다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이,"광(light)"이라는 용어는 약 20 ㎛ 내지 약 380 nm 사이의 파장을 갖는 방사 전자기 에너지를 일컫는다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "가시광(visible light)"이라는 용어는 약 380 nm 내지 약 760 nm 사이의 파장을 갖는 방사 전자기 에너지를 일컫는다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "원적외(far-infrared)"라는 용어는 약 8 ㎛ 내지 약 1 mm 사이의 파장을 갖는 방사 전자기 에너지를 일컫는다.
이하의 설명에 있어서, 설명을 위해서, 본 시스템과 방법의 완전한 이해를 제공하기 위하여 수많은 구체적인 세부사항들이 명시된다. 그러나, 당업자라면, 본 시스템과 방법은 이러한 구체적인 세부사항들이 없이도 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 명세서에서 "실시예(embodiment)", "일례"(example)", 또는 유사한 말은 실시예 또는 일례와 관련하여 설명되는 특정한 특징, 구조, 또는 특성은 다른 실시예는 반드시 아니더라도 적어도 그 일 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 곳에서의 "일 실시예에 있어서"라는 어구 또는 유사한 어구의 다양한 예들은 동일한 실시예를 지칭할 필요는 없다.
이하, 본 명세서에 개시된 원리를 나노와이어 볼로미터의 일례, 광 검출기의 일례, 및 광 검출 방법의 일례에 대하여 설명한다.
나노와이어 볼로미터의 일례
도 1a, 도 1b, 및 도 1c를 참조하면, 볼로미터 나노와이어(100)의 일례가 도시되어 있다(반드시 스케일될 필요는 없다). 도 1a는 볼로미터 나노와이어(100)의 외부 사시도이며, 도 1b 및 도 1c는 도 1a의 나노와이어(100)에 대한 다른 가능한 실시예의 단면도이다.
나노와이어(100)는 본 명세서에서 설명하는 원리의 특정한 적용예에 적합할 수 있는 임의의 기법을 사용하여 제조되는 반도체 코어(105)를 포함할 수 있다. 반도체 코어(105)는, 이에 한하지는 않지만, 실리콘, 게르마늄, 및 그 합금 등의 적어도 하나의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서의 원리에 따른 나노와이어(100)는 약 30 ㎛와 약 50 nm 사이의 반경을 가질 수 있다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 나노와이어(100)는 흑체 표면(110)을 포함할 수 있다. 이러한 흑체는 나노와이어(100)의 외부를 나노와이어(100)의 반도체 물질이 본질적으로 투명한 파장에서 전자기 방사를 흡수하도록 구성되는 적어도 하나의 염료를 갖는 폴리머로 코팅함으로써 성취될 수 있다. 예를 들어, 폴리머에 포함될 수 있는 하나의 염료는 카본 블랙 염료이다. 이에 더하여 또는 이에 대체하여, 가능한 넓은 범위의 파장의 전자기 에너지의 흡수를 촉진하기 위하여 폴리머에 다수의 염료 또는 기타의 광 흡수류들이 포함될 수 있다. 특정한 실시예에 있어서, 나노와이어(100) 상에서의 소망하는 흑체 효과를 성취하기 위하여 반도체 물질의 코어에 다수의 폴리머 코팅이 적용될 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 특정한 실시예에 있어서, 반도체 코어(105)의 단부(115, 120)는 해당 전극에 대한 전기적 통신을 가능하게 하도록 p-도핑 또는 n-도핑될 수 있다. 이에 대체하여, 도 1b에 도시된 바와 같이, 반도체 코어(105)는 나노와이어(100)의 길이에 걸쳐 진성으로(intrinsic) 유지될 수 있다.
광 검출기의 일례
도 2를 참조하면, 광 검출기(200)의 일례가 도시되어 있다. 광 검출기는 광자 트랩(205) 내에 배치되는 도 1a 내지 도 1c에 따른 다수의 흑체 나노와이어(100)를 포함한다. 광자 트랩(205)은 반도체 기판(210) 상에 형성된 개방 반사 공동(open reflective cavity)을 포함할 수 있다. 광자 트랩(205)의 벽체(215, 220)는 도핑된 반도체 물질로 형성되며, 제1 벽체(215)에서부터 제2 벽체(220)까지 수평적으로 연장할 수 있는 나노와이어(100)에 전기적 물리적으로 결합될 수 있다. 하나 이상의 산화물층(225)이 제1 벽체 및 제2 벽체(215 및 220)를 서로 그리고 반도체 기판(210)으로부터 절연시킬 수 있다.
광자 트랩(205)의 내부 표면은, 예를 들어, 은 및/또는 알루미늄의 층 등의 반사층(230)으로 코팅될 수 있다. 벽체(215 및 220)는, 예를 들어, 벽체(215 및 220)와 반사층(230)의 전기적으로 도전성의 도핑된 부분들 사이에 배치되는 절연층 및/또는 반사층(230)에서의 비연속성에 의해 서로 전기적으로 절연성을 유지할 수 있다. 이에 더하여 또는 이에 대체하여, 나노와이어 볼로미터(100)가 벽체(215 및 220)와 합쳐지는 나노와이어 볼로미터(100)의 각각의 측부의 인접 외주부 주위의 벽체(215 및 220) 각각의 면적은 반사층(230)의 반사 물질과는 무관할 수 있다. 본 예에 있어서, 광자 트랩(205)의 제1 벽체(215)의 내부 표면은 반도체 기판(210)으로부터 각도를 가져, 경사 미러를 형성한다. 본 명세서에 기재된 원리의 특정한 적용예에 가장 잘 맞을 수 있도록 광자 트랩(205)에 반사 표면의 많은 상이한 형태와 구성이 사용될 수 있다. 광자 트랩(205)의 반사 표면의 배향은 구조로 향하는 방사 전자기 에너지를 구조 내의 내부 반사에 적어도 임시적으로 제한하여 나노와이어(100) 인근에 수신된 광을 결과적으로 집중시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 소스(245)로부터 조사된 광의 일례의 경로(235 및 240)가 도 2에 도시되어 있다; 경로(235 및 240)는 조사된 광이 광자 트랩(205)을 이탈하기 전에 광자 트랩(205) 내에 다수의 바운스들을 포함한다.
이하, 광자 트랩(205) 내에 배치되는 볼로미터 나노와이어(100)를 갖는 광 검출기(200)의 물성을 흡수된 전자기 방사의 효과를 기준으로 간략하게 설명한다.
하나 이상의 나노와이어에 의해 흡수되는 방사 전력량은
Figure pct00001
와 같으며, 여기서, φs는 방사전력의 밀도(전력 선속(power flux))이며, A=L2은 감광 영역의 면적(예컨대, L=30㎛)이며, N은 나노와이어의 수이다. 원적외광에서부터 가시광까지의 범위의 전자기 방사를 흡수하는 흑체 표면을 갖는 실리콘 또는 게르마늄 나노와이어(100)의 셋트로 이루어지는 광집중기(light concentrator)를 갖는 광 검출기(200)에 있어서, 순 열평형 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00002
수식 1에서, c 및 ρ는 각각 나노와이어(100) 코어의 반도체 물질의 비열과 밀도이다. T는 평균 나노와이어 온도이며, v0=sL0, s0=πr0 2, S0=2πr0L0, r0, 및 L0는 각각 나노와이어(100)의 부피, 단면적, 표면적, 반경, 및 길이이다. η는 양자 흡수 효율을 나타낸다. 수식 1에서 JR, Jair, Jth은 방사 냉각, 주변 공기에 대한 열확산, 및 나노와이어(100)의 단부를 통과하는 유출량을 나타낸다. 나노와이어(100)의 길이축을 따르는 x-축으로 원기둥 좌표가 선택될 수 있으며, r은 나노와이어(100)의 길이축에 수직하는 반경 벡터이다. 신호 방사 전력(φS)이 작다고 고려하면, 다음과 같이 선속(flow)들이 표현될 수 있다.
Figure pct00003
수식 1은 다음과 같이 재표현될 수 있다.
Figure pct00004
여기서, σ= 5.67 x 10-8 W/m2 K4 스테판-볼쯔만 상수이며, k 및 kair는 각각 나노와이어(100)의 반도체 코어와 공기의 열전도율이며, Lair는 공기 내의 열확산 길이이다.
Figure pct00005
여기서, cair 및 ρair는 각각 공기의 비열 및 밀도이다. 추정치는 나노와이어(100)의 단부를 통한 열확산에 의해 볼로미터 관성이 결정된다는 것을 나타낸다. 따라서, 수식 3은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00006
50㎛ 길이의 실리콘 나노와이어(100)에 있어서, τ
Figure pct00007
2 x 10-4 초이다. 전형적인 리프레시율(refresh rate)은 40 Hz이므로, 볼로미터 나노와이어(100)의 온도 변화는 수식 5로부터 다음과 같이 된다.
Figure pct00008
반경 r0=30nm를 갖는 나노와이어(100)의 저항은 109Ω/cm를 초과할 수 있다. 길이 L0=50㎛의 나노와이어(100)는 RNW≥5x106 Ω의 저항을 갖는다. 총 저항은 R=RNW/N이다. 나노와이어 저항의 전형적인 온도 의존성은 다음과 같다.
Figure pct00009
전압 변동은 다음과 같다.
Figure pct00010
수식 6 및 수식 7에 따르면, 전압 및 전류 감도는 다음과 같다.
Figure pct00011
통상적인 실리콘 파라미터를 사용하면,
Figure pct00012
따라서, 전류 감도는 N>15에 대하여 S1>9가 된다. 이와 비교하여, 포토다이오드와 p-i-n 다이오드의 전류 감도는 다음과 같다.
Figure pct00013
따라서, 3 내지 5 ㎛ 범위의 IR 검출기의 경우, η≤0.8 이므로, S1≤4 A/W이다. 그러므로, N>16을 갖는 흑체 볼로미터 나노와이어(100)에 기초한 본 광 검출기(200)는 전통적인 포토다이오드와 p-i-n 다이오드에 비하여 S1의 증가가 4배 초과가 된다.
볼로미터 나노와이어(100)의 검출도는 에너지의 평균 제곱 변동을 이용하여 표준 열역학에 따라서 다음과 같이 추정될 수 있다.
Figure pct00014
에너지 변동의 확산은 다음과 같다.
Figure pct00015
여기서, τ=10-4 sec 이며, ω<103 Hz이다. 수식 12 및 수식 7로부터 다음와 같이 된다.
Figure pct00016
이하에 의해 검출도(cm Hz1/2/W 단위)가 판정된다.
Figure pct00017
L=L0=3x10-5m, r0=30nm, φ=2[W/m.K], T=200K, η=0.8 에서,
Figure pct00018
를 얻는다. 이는 광자 트랩(205)에 의한 광 집중으로 인하여, 실리콘 볼로미터 나노와이어(100)에 기초한 광 검출기(200)가 BLIP(Background Limited Photodetection)에 대한 제한에 가까운 검출도를 가질 수 있음을 의미하며, 다음과 같다.
Figure pct00019
중요하게도, 광자 트랩(205) 내에 배치되는 볼로미터 나노와이어(100)를 갖는 광 검출기(200)는 8 내지 12 ㎛ 범위를 포함하는 모든 파장에서 열적 방사를 흡수할 수 있다. 따라서, 본 발명의 볼로미터 기반의 광 검출기는 0.5 ㎛ 내지 12 ㎛ 파장 범위 내의 전자기 방사를 검출하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 T=300K의 정상 온도에서도
Figure pct00020
에 해당하는 BLIP 검출도를 가능하게 한다.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(310) 상에 제조되는 광자 트랩(305) 내에 배치되며 광자 트랩(305)의 도핑된 제1 벽체 및 제2 벽체(315 및 320) 사이에 걸쳐진 복수의 흑체 볼로미터 나노와이어(100)를 포함하는 또 다른 예시적인 광 검출기(300)의 단면도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 광 검출기(도 2, 200)와 같이, 광자 트랩(305)의 제1 벽체 및 제2 벽체(315 및 320)는 산화물층(325)에 의해 반도체 기판(310)으로부터 전기적으로 서로 절연된다. 제1 벽체 및 제2 벽체(315 및 320)의 공동의 바닥과 내부 표면을 포함하여, 광자 트랩(305)의 공동의 내부 표면 상에는 반사층(330)이 또한 배치된다. 제1 벽체 및 제2 벽체(315 및 320)는 도 2에 대하여 상기한 방법 중 임의의 조치를 취함으로써 서로 전기적으로 절연되어 유지될 수 있다. 도 2에 도시된 광 검출기(도 2, 200)와는 달리, 본 예의 광 검출기(300)의 도시된 양측 벽체(315 및 320)는 반도체 기판(310)에 대하여 각도를 가져, 적어도 2개의 경사 미러를 형성한다.
볼로미터 나노와이어(100)의 저항 변화를 모니터링함으로써 전자기 방사가 검출될 수 있다. 예를 들어, 나노와이어(100)의 어느 단부에 연결된 2개의 단자 사이에 알려진 전압차를 인가하기 위하여 전압원(350)이 사용될 수 있다. 본 예에 있어서, 도핑된 벽체(315 및 320)는 나노와이어(100)에 전기적으로 연결되어 전극으로서 기능한다. 나노와이어(100)에 의해 흡수되는 방사 에너지량의 변화는 나노와이어(100)의 저항에 변화를 일으키고, 이어서, 단자들에 인가되는 알려진 전압차의 결과로서 2개의 전극 간에 흐르는 전류에 변화를 일으키게 된다. 전류의 전기적 특성의 이러한 변화는 미터기(355)에 의해 측정될 수 있다. 본 예에 있어서, 미터기(355)는 전압원(350)에 직렬 연결되는 전류 미터기이다. 회로를 흐르는 측정 전류는 그 후 나노와이어(100)의 저항 변화를 판정하기 위하여 나아가서는, 나노와이어(100)에 의해 흡수되는 방사 전자기 에너지량을 판정하기 위하여 사용될 수 있다. 이에 더하여 또는 이에 대체하여, 본 명세서에 개시된 원리의 특정한 적용예에 적합할 수 있도록 전류의 특성의 변화를 측정하기 위하여 임의의 다른 미터기(355)가 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 또 다른 예시적인 광 검출기(400)가 도시되어 있다. 이전의 예들과 같이, 광 검출기(400)는 반도체 기판(410) 상에 제조되는 광자 트랩(405) 내에 배치되며, 광자 트랩(405)의 도핑된 제1 벽체 및 제2 벽체(415 및 420) 사이에 걸쳐진 복수의 흑체 볼로미터 나노와이어(100)를 포함한다. 광자 트랩(405)의 제1 벽체 및 제2 벽체(415 및 420)는 서로 전기적으로 절연되며, 산화물층(425)에 의해 반도체 기판(410)과 전기적으로 절연된다. 제1 벽체 및 제2 벽체(415 및 420)의 내부 표면과 공동의 바닥을 포함하는 광자 트랩(405)의 공동의 내부 표면 상에는 제1 반사층(430)이 또한 배치된다. 제1 벽체 및 제2 벽체(415 및 420)는 도 2에 대하여 앞서 설명한 임의의 조치를 취함으로써 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
본 예의 광자 트랩(405)은 광자 트랩(405)의 공동 상에 배치되는 최상부 반사기(445)를 갖는 개방 반사 공동을 포함한다. 최상부 반사기(445)의 적어도 하부측에는 방사된 전자기 에너지를 다시 광자 트랩(405)의 공동 내로 반사시켜 전자기 에너지가 볼로미터 나노와이어(100) 근처에 향하도록 하는 횟수를 증가시키도록 구성되는 상부 미러를 생성하는 반사층(450)을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 또 다른 일례의 광 검출기(500)가 도시되어 있다. 본 광 검출기(500)는 본 예의 볼로미터 나노와이어(100)는 저부 전극(505)에서부터 최상부 반사기(445)까지 연장하여, 또한 제2 전극으로서 기능한다는 점을 제외하고, 도 4의 것과 유사하다.
도 6을 참조하면, 또 다른 일례의 광 검출기(600)가 도시되어 있다. 앞서의 예들과 마찬가지로, 광 검출기(600)는 반도체 기판(610) 상에 제조되는 광자 트랩(605) 내에 배치되며 광자 트랩(605)의 도핑된 제1 벽체 및 제2 벽체(615 및 620) 사이에 걸쳐 있는 복수의 흑체 볼로미터 나노와이어(100)를 포함한다. 광자 트랩(605)의 공동의 내부 표면 상에는 반사층(630)이 배치되며, 광자 트랩(605)의 공동 위에는 최상부 반사기(645)가 배치된다. 제1 벽체 및 제2 벽체(615 및 620)은 도 2에 대하여 앞서 설명한 임의의 조치를 취함으로써 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
또한, 광자 트랩(605) 공동의 반사 내부 표면과 최상부 반사기(645)의 반사 표면은 하나 이상의 V자 홈(650, 655, 및 660)을 포함할 수 있다. V자 홈(650, 655, 660, 및 665)은 볼로미터 나노와이어(100)를 향하는 조사된 전자기 에너지를 반사하는데 도움을 줄 수 있다.
도 7은 도 6의 것과 유사한 예시적인 광 검출기(700)를 나타낸다. 본 광 검출기(700)의 최상부 반사기(645)의 반사 표면(750)은 원추 형상이다.
본 명세서의 원리에 따르는 광자 트랩에는 임의의 다양한 기하형태, 치수, 및 물질이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 원추의 회절기 및/또는 반사기를 포함하고, 반사 표면 내의 격자나 홈이 변경되고 총 내부 반사기가 걸쳐져 있는 등의 더 정교한 트랩들이 본 명세서에 기재된 원리의 특정한 적용예에 맞도록 사용될 수 있다.
방법의 일례
도 8을 참조하면, 광을 검출하는 예시적인 방법(800)의 흐름도가 도시되어 있다. 본 방법(800)은, 예를 들어, 광자 트랩 내에 배치되는 하나 이상의 흑체 나노와이어를 포함하여 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 하나 이상의 전자 장치에 의해 수행될 수 있다.
본 방법(800)은 적어도 하나의 흑체 나노와이어를 갖는 광자 트랩 내로 방사 에너지를 수신하는 단계(805) 및 적어도 하나의 나노와이어의 저항을 측정하는 단계(단계 810)를 포함한다. 적어도 하나의 나노와이어의 저항의 측정(단계 810)은, 예를 들어, 적어도 하나의 나노와이어 양단에 알려진 전압차를 인가하고(단계 815), 알려진 전압차로부터 야기되는 나노와이어를 통하는 전류를 측정함으로써(단계 820) 이루어질 수 있다. 전류는 나노와이어의 저항에 선형적으로 관계된다.
일단 적어도 하나의 나노와이어의 저항 또는 전류가 측정되었다면(단계 810), 나노와이어의 본질적인 물성과 측정된 저항으로부터 적어도 하나의 나노와이어에 의해 흡수되는 방사 에너지의 상대적인 양이 판정될 수 있다(단계 825).
개시된 원리의 예들과 실시예들을 예시하고 설명하기 위해서만 상기 설명이 주어진 것이다. 이 설명은 개시된 임의의 구체적인 형태에 이러한 원리를 한정하거나 망라하고자 의도한 것은 것이다. 많은 개조예와 변형예들이 상기 교시에 비추어 가능할 수 있다.

Claims (15)

  1. 광자 트랩(205,305,405,605) 내에 적어도 부분적으로 배치되는 적어도 하나의 볼로미터 나노와이어(100)를 포함하는 광 검출기(200,300,400,500,600,700)로서, 상기 나노와이어(100)는 원적외광에서부터 가시광까지를 흡수하도록 구성되는 흑체(blackened) 표면(110)을 포함하는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노와이어(100)는 실리콘, 게르마늄, 및 실리콘과 게르마늄의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광자 트랩(205,305,405,605)은 개방 반사 공동을 포함하는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개방 반사 공동은 상기 적어도 하나의 나노와이어(100)에 대하여 경사를 갖는 측부 반사기, 원추 반사기, 및 적어도 하나의 V자 홈을 갖는 반사기 중 적어도 하나를 포함하는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 광자 트랩(205,305,405,605)은 상기 공동 위에 배치되며 상기 공동으로 광을 반사하도록 구성되는 반사기(445,645)를 더 포함하는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노와이어(100)는 상기 반사 공동 위에 수평적으로 걸쳐 있는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노와이어(100)는 상기 적어도 하나의 나노와이어(100)의 제1 단부에 배치되는 제1 전극과 상기 적어도 하나의 나노와이어(100)의 제2 단부에 배치되는 제2 전극에 전기적으로 결합되는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흑체 표면(110)은 원적외광에서부터 가시광까지를 흡수하도록 구성되는 내장형(embedded) 광흡수류를 갖는 폴리머 및 카본 블랙의 층 중 적어도 하나를 포함하는 광 검출기(200,300,400,500,600,700).
  9. 광 검출기(300)로서,
    반사 공동의 대향하는 측면들 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극(315,320);
    상기 반사 공동 내에 적어도 부분적으로 배치되는 복수의 나노와이어(100) - 상기 나노와이어(100) 각각은 상기 제1 전극(315)에 전기적으로 결합되는 제1 단부, 상기 제2 전극(320)에 전기적으로 결합되는 제2 단부, 및 원적외광에서부터 가시광까지를 흡수하도록 구성되는 흑체 표면(110)을 포함함 -;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극(315,320) 사이에 전압차를 인가하도록 구성되는 전압원(350); 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극(315,320) 사이에 흐르는 전류의 적어도 하나의 전기적 특성을 모니터링하여 상기 적어도 하나의 전기적 특성으로부터 상기 나노와이어들(100)에 의해 흡수되는 광량을 판정하도록 구성되는 미터기(355)
    를 포함하는 광 검출기(300).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 나노와이어들(100)은 실리콘, 게르마늄, 및 실리콘과 게르마늄의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 광 검출기(300).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 상기 전류의 측정된 크기인 광 검출기(300).
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 공동 위에 배치되는 최상부 반사기(445,645)를 더 포함하는 광 검출기(300).
  13. 방사된 에너지를 검출하는 방법으로서,
    광자 트랩(205,305,405,605) 내로 상기 방사된 에너지를 수신하는 단계 - 상기 광자 트랩(205,305,405,605)은 상기 광자 트랩(205,305,405,605) 내에 적어도 부분적으로 배치되는 적어도 하나의 나노와이어(100)를 포함하며, 상기 나노와이어(100)는 원적외광에서부터 가시광까지를 흡수하도록 구성되는 흑체 표면(110)을 가짐 -;
    상기 적어도 하나의 나노와이어(100)의 저항을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 저항으로부터 상기 적어도 하나의 나노와이어(100)에 의해 흡수된 광량을 판정하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광자 트랩은 반사 공동을 포함하는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 광자 트랩은 상기 반사 공동 위에 배치되어 상기 공동 내로 방사 전자기 에너지를 지향시키도록 구성되는 최상부 반사기(445, 645)를 더 포함하는 방법.
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