KR20190067646A - 광자 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광자 검출기는 제1 방향으로 서로 이격된 입력 영역 및 검출 영역과, 상기 입력 영역 및 상기 검출 영역 사이의 변환 영역을 포함하는 광 도파로, 변환 영역의 광 도파로 상에 배치되는 나노 패턴 및 검출 영역의 광 도파로 상에 배치되는 나노 와이어를 포함하되, 나노 패턴은 제1 방향으로 연장된 제1 패턴 및 제2 패턴을 포함하고, 제1 패턴 및 제2 패턴은 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 이격될 수 있다.

Description

광자 검출기{Photon detector}
본 발명은 광자 검출기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 와이어를 포함하는 광자 검출기에 관한 것이다.
광자 검출기는 빛의 최소 단위인 단일광자(single photon)까지 검출할 수 있는 초고감도 광학센서이다. 광자 검출기는 양자 광 집적회로 분야에 응용될 수 있다. 최근 양자 광 집적회로에 대한 관심의 증가로 새로운 광자검출기의 개발이나 또는 종래의 검출기의 검출효율을 높이려는 연구가 대학, 공공연구소, 산업계에서 활발히 진행되고 있다.
광자 검출기에는 애벌런치 광다이오드(Avalanche PhotoDiode; APD) 기반의 광자 검출기와 초전도 물질 기반의 광자 검출기가 있다. 초전도 물질 기반의 광자 검출기는 광 통신파장 영역에서 80% 이상의 검출 효율을 가질 수 있으며, 구조가 간단하고 고집적화가 용이한 이점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광자 검출 효율이 향상된 광자 검출기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기는 제1 방향으로 서로 이격된 입력 영역 및 검출 영역과, 상기 입력 영역 및 상기 검출 영역 사이의 변환 영역을 포함하는 광 도파로; 상기 변환 영역의 상기 광 도파로 상에 배치되는 나노 패턴; 및 상기 검출 영역의 상기 광 도파로 상에 배치되는 나노 와이어를 포함하되, 상기 나노 패턴은 상기 제1 방향으로 연장된 제1 패턴 및 제2 패턴을 포함하고, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 이격될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 나노 패턴은 상기 검출 영역과 인접한 일측 및 상기 일측에 대향하는 타측을 갖고, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 일측으로부터 상기 타측까지 일정한 폭을 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 사이의 거리는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 폭 보다 작을 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 나노 패턴은 금속을 포함하고, 상기 나노 패턴은 상기 광 도파로와 광 결합될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 변환 영역은 상기 광 도파로의 입력 영역으로 입력된 광을 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP: surface plasmon-polaritons)으로 변환시키도록 구성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 광 도파로 및 상기 나노 패턴 사이의 버퍼층을 더 포함하되, 상기 버퍼층은 상기 광 도파로보다 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 버퍼층은 상기 광 도파로 및 상기 나노 패턴과 직접 접촉할 수 있다.
실시예들에 따르면, 나노 와이어는 초전도 물질을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 나노 와이어의 양 단부의 각각을 덮는 금속 패드들을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 나노 와이어는 상기 제1 방향으로 연장되고, 서로 이격되는 제1 부분들 및 상기 제1 부분들을 연결하는 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 나노 패턴의 일단과 인접하게 배치될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 광 도파로는 상기 광 도파로의 일 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 상기 일 측면과 대향하는 타 측면으로부터 돌출된 제2 돌출부를 포함하고, 상기 나노 와이어는 상기 제1 돌출부의 상면 상으로부터 상기 제2 돌출부의 상면 상으로 연장될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 나노 와이어는 직선의 형태를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 광 도파로는 연장 영역을 더 포함하되, 상기 연장 영역은 상기 검출 영역으로부터 상기 변환 영역과 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 나노 와이어의 일부가 상기 광 도파로 및 상기 나노 패턴의 사이에 위치할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 나노 와이어는 상기 제1 방향으로 연장되고, 서로 이격되는 제1 부분들 및 상기 제1 부분들을 연결하는 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분의 적어도 일부는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제작이 용이하고, 광자 검출 효율이 증가될 수 있으며, 광자 검출 속도가 우수한 광자 검출기가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 I~I’선에 다른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II~II”선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 도 6의 III~III’선에 따른 단면도이다.
도 8은 도 6의 A 부분을 확대한 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
이하 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2는 도 1의 I~I’선에 다른 단면도이다. 도 3은 도 1의 II~II”선에 따른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기는 광 도파로(100), 나노 패턴(110) 및 나노 와이어(120)를 포함할 수 있다.
광 도파로(100)는 제1 방향(D1)을 따라 연장될 수 있다. 광 도파로(100)는 제1 방향(D1)을 따라 배열된 입력 영역(IR), 변환 영역(CR) 및 검출 영역(DR)을 포함할 수 있다. 변환 영역(CR)은 입력 영역(IR) 및 검출 영역(DR)의 사이에 배치될 수 있다. 광 도파로(100)는 제1 방향(D1)을 따라 광자를 전송할 수 있다. 다시 말해서, 입력 영역(IR), 변환 영역(CR) 및 검출 영역(DR)이 광 도파로(100) 내의 광자의 진행방향을 따라 순차적으로 형성될 수 있다.
일 예에 따르면, 광 도파로(100)는 광 도파로(100)의 선단(front-surface, 100f)으로부터 후단(rear-surface, 100r)까지 일정한 폭(w1) 및 일정한 높이(h1)를 가질 수 있다. 광 도파로(100)의 내부로 전송될 수 있는 광의 파장은 광 도파로(100)의 물질, 폭(w1) 및 높이(h1)와 관련될 수 있다. 광 도파로(100)는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 광 도파로(100)는 300nm 내지 700nm의 폭(w1)을 가질 수 있다. 광 도파로(100)는 150nm 내지 300nm의 높이(h1)를 가질 수 있다. 이로써, 광 도파로(100)는 광 통신에 사용되는 파장대역의 광을 전송할 수 있다. 예컨대, 광 도파로(100)는 500nm 내지 1.7μm의 파장의 광을 전송할 수 있도록 구성될 수 있다.
광 도파로(100)의 입력 영역(IR)은 외부로부터 광자를 수신하기 위한 영역일 수 있다. 예컨대, 광 도파로(100)의 선단(100f)은, 도 2에 도시된 것과 유사하게, 사각형의 형태를 가질 수 있다. 광 도파로(100)의 선단(100f)은 편평할 수 있다. 일 예에 따르면, 광 도파로(100)의 선단(100f)에는 광 회로 또는 광 소자가 결합될 수 있다. 광 도파로(100)는 광 회로 또는 광 소자와 맞대기 결합(butt-coupling)되거나 또는 광 섬유를 통해 광 결합될 수 있다. 즉, 광 도파로(100)의 입력 영역(IR)은 광자 검출기 외부의 광 회로 또는 광 소자로부터 광자를 수신하도록 구성될 수 있다.
나노 패턴(110)이 변환 영역(CR)의 광 도파로(100) 상에 배치될 수 있다. 나노 패턴(110)은 광 도파로(100)의 상면을 따라 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 나노 패턴(110)은 박막의 형태를 가질 수 있다. 나노 패턴(110)의 두께(h2)는, 예컨대, 10nm 내지 50nm의 범위를 가질 수 있다. 나노 패턴(110)은, 평면적 관점에서, 그를 가로지르는 슬릿(slit)이 형성된 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 나노 패턴(110)은 슬릿을 통해 광 도파로(100)를 노출할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 나노 패턴(110)은 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)을 포함할 수 있다. 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)의 폭(w2)은 나노 패턴(110)의 일단(110f)으로부터 나노 패턴(110)의 타단(110r)에 이르기 까지 일정할 수 있다. 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b) 사이의 거리(d)는 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)의 폭(w2)보다 작을 수 있다. 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)의 폭(w2)은, 예컨대, 20nm 내지 350nm의 범위를 가질 수 있다. 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b) 사이의 거리(d)는, 예컨대, 10nm 내지 100mn의 범위를 가질 수 있다. 나노 패턴(110)은 금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 나노 패턴(110)은 광학 상수(optical constant)의 실수부(real part)가 음수이면서, 허수부(imaginary part)가 작은 값을 갖는 금속을 포함할 수 있다. 나노 패턴(110)은, 예컨대, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
나노 패턴(110)은 광 도파로(100)와 광 결합될 수 있다. 다시 말해서, 광 도파로(100)의 입력 영역(IR)으로 입력된 광자는 나노 패턴(110)으로 전달될 수 있다. 나노 패턴(110)은 광 도파로(100)의 입력 영역(IR)으로 입력된 광자를 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP: surface plasmon-polaritons)으로 변환시킬 수 있다. 표면 플라즈몬 폴라리톤은 음의 유전 함수(dielectric function)를 갖는 물질과 양의 유전 함수를 갖는 물질의 계면을 따라 전파하는 자유전자가스(free electron gas)들의 집단적인 진동(collective oscillation)으로 정의될 수 있다. 나노 패턴(110)은 플라즈몬 폴라리톤을 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)의 사이에 집중시킬 수 있다. 나노 패턴(110)은 입력 영역(IR)으로 입력된 광자를 플라즈몬 폴라리톤으로 변환하기 위한 적절한 길이(l)를 가질 수 있다. 나노 패턴(110)의 길이(l)는 100nm 내지 10μm의 범위를 가질 수 있다.
나노 와이어(120)가 광 도파로(100)의 검출 영역(DR) 상에 배치될 수 있다. 나노 와이어(120)는 나노 패턴(110)과 인접하거나 또는 중첩되어 배치될 수 있다. 나노 와이어(120)의 직경은 5nm 내지 40nm의 범위를 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 나노 와이어(120)는 U자의 형상을 가질 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 나노 와이어(120)는 M자의 형상을 갖거나, 또는, 직선의 형상을 가질수도 있다. 본 예에서는, U자의 형상을 갖는 나노 와이어(120)에 대하여 설명한다. 구체적으로, 나노 와이어(120)는 제1 부분들(120a) 및 제2 부분(120b)을 포함할 수 있다. 제1 부분들(120a)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제1 부분들(120a)은 제2 방향으로 서로 이격될 수 있다. 제1 부분들(120a)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제2 부분(120b)은 제1 부분들(120a)을 연결할 수 있다. 예컨대, 제2 부분(120b)은 나노 패턴(110)과 인접한 제1 부분들(120a)의 단부들의 각각을 연결할 수 있다. 제2 부분(120b)은 나노 패턴(110)의 후단(110r)과 인접하게 배치될 수 있다.
나노 와이어(120)는 초전도 물질을 포함할 수 있다. 나노 와이어(120)는, 예컨대, 질화니오비움(NbN), 니오비움주석(Nb3Sn), 니오비움게르마늄(Nb3Ge), 니오비움티타늄(NbTi), 붕화마그네슘(MgB2) 이트륨바륨구리산화물(YBCO: Yttrium barium copper oxide) 니오비움티타늄질화물(NbTiN)을 포함할 수 있다. 또한, 나노 와이어(120)는, 에컨대, 란타늄(La), 바륨(Ba), 구리(Cu), 산소(O)의 화합물을 포함할 수 있다. 나노 와이어(120)는, 광자 검출을 위하여, 초전도 상태로 유지될 수 있다. 일 예에 따르면, 광자 검출기는 냉각챔버(미도시)내에 제공될 수 있다. 냉각 챔버의 내부는 나노 와이어(120)가 초전도 상태를 달성할 수 있는 임계 온도 이하로 유지될 수 있다. 초전도 상태의 나노 와이어(120)는 나노 패턴(110)의 타단(110r)으로부터 출력된 광자 또는 표면 플라즈몬 폴라리톤을 흡수하여, 국소적으로 초전도 상태가 깨질 수 있다. 즉, 광자 또는 표면 플라즈몬 폴라리톤을 흡수한 나노 와이어(120)는 일시적으로 저항이 증가될 수 있다.
일 예에 따르면, 광자 검출기는 나노 와이어(120)를 외부 소자와 전기적으로 연결시키기 위한 금속 패드들(122)을 포함할 수 있다. 금속 패드들(122)은 나노 와이어(120)의 양 단부의 각각을 덮을 수 있다. 금속 패드들(122)은 예컨대, 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 버퍼층(102)이 광 도파로(100) 및 나노 패턴(110)의 사이에 배치될 수 있다. 버퍼층(102)은 변환 영역(CR)의 광 도파로(100)의 상면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 버퍼층(102)은 광 도파로(100) 및 나노 패턴(110)과 직접 접촉할 수 있다. 버퍼층(102)은 광 도파로(100) 보다 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 버퍼층(102)은, 예컨대, 실리콘 옥사이드(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4)를 포함할 수 있다. 버퍼층(102)은 광 도파로(100)와 나노 패턴(110)의 광 결합을 용이하게 할 수 있다. 또한 버퍼층(102)은 광 도파로(100) 및 나노 패턴(110)의 계면에서 광이 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 변환되는 것을 도울 수 있다. 일 예에 따르면, 버퍼층(102)은 입력 영역(IR)의 광 도파로(100)의 상면으로부터 검출 영역(DR)의 광 도파로의 상면으로 연장될 수 있다. 예컨대, 버퍼층(102)은 광 도파로(100)의 상면을 전부 덮을 수 있다. 버퍼층(102)은, 검출 영역(DR)에서, 나노 와이어(120) 및 광 도파로(100)의 사이에 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 광 도파로(100)는 리지 도파로(ridge waveguide)일 수 있다. 달리 얘기하면, 광자 검출기는 기판(200) 및 절연층(202)을 더 포함할 수 있다. 광 도파로(100)는 순차적으로 적층된 기판(200) 및 절연층(202) 상에 배치될 수 있다. 기판(200)은 반도체 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(200)은 절연체를 포함할 수 있다. 절연층(202)은 기판(200) 보다 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 기판(200) 및 절연층(202)은 제1 방향(D1) 및 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 연장되는 평탄면을 제공할 수 있다. 광 도파로는 기판(200) 및 절연층(202)의 평탄면 상에 제공될 수 있다
다시 도 1 내지 도 3을 참조하여, 상술된 광자 검출기의 동작 방법을 보다 상세하게 설명한다. 광 도파로(100)의 입력 영역(IR)이 외부로부터 광자를 수신할 수 있다. 수신된 광자는 광 도파로(100)가 연장된 방향을 따라 변환 영역(CR)으로 진행할 수 있다. 광자는 광 도파로(100)의 입력 영역(IR)에서 도파로 모드로 진행할 수 있다.
도파로 모드의 광자는 변환 영역(CR)에서 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 변환될 수 있다. 구체적으로, 도파로 모드의 광자는 변환 영역(CR)의 내부에서 나노 패턴(110)과 커플링 될 수 있다. 나노 패턴(110)과 커플링 된 도파로 모드의 광자는 변환 영역(CR) 내에서 제1 방향(D1)으로 진행함에 따라 나노 패턴(110) 내의 자유전자들을 진동시켜 표면 플라즈몬 폴라리톤을 발생시킬 수 있다. 표면 플라즈몬 폴라리톤은 도파로 모드의 광 세기에 비하여 수십 내지 수백배의 전자기파의 세기를 가질 수 있다. 또한, 표면 플라즈몬 폴라리톤은 도파로 모드의 광에 비하여 작은 면적에 집중될 수 있다. 일 예에 따르면, 표면 플라즈몬 폴라리톤은 나노 패턴(110)의 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)의 사이에 집중될 수 있다. 표면 플라즈몬 폴라리톤은 나노 패턴(110)의 후단(110r)으로 출력될 수 있다.
초전도 상태로 제공된 나노 와이어(120)는 나노 패턴(110)의 후단(110r)으로부터 출력된 표면 플라즈몬 폴라리톤을 흡수하여 저항이 변화될 수 있다. 초전도체는 초전도체에 의해 운반되는 전류의 양, 초전도체의 온도 및 초전도체를 둘러싸고 있는 외부 전기장이 임계값으로 언급되는 소정의 값 이하에서 지속될 때에만 초전도 상태를 유지한다. 초전도 상태의 나노 와이어(120)는 광 도파로(100) 및 나노 패턴(110)으로부터 광자 및/또는 표면 플라즈몬 폴라리톤을 전달받아 초전도 상태에서 약간의 저항을 갖는 상태로 변화될 수 있다. 나노 와이어(120)의 양단 사이의 저항변화는 금속 패드들(122)과 연결된 외부 소자(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
변환 영역(CR) 및 변환 영역(CR) 내의 나노 패턴(110)이 광자를 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 변환시키도록 구성됨에 따라, 광자의 검출 효율이 증가될 수 있다. 또한, 나노 패턴(110)이 구비됨에 따라 나노 와이어(120)의 길이를 짧게 형성할 수 있으므로, 나노 와이어(120)의 인덕턴스를 감소시킬 수 있으며, 광자 검출 속도를 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 평면도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 5를 참조하면, 광 도파로(100)는 제1 돌출부(104a) 및 제2 돌출부(104b)를 포함할 수 있다. 제1 돌출부(104a)는 검출 영역(DR)의 광 도파로(100)의 일 측면으로부터 돌출될 수 있다. 제2 돌출부(104b)는 검출 영역(DR)의 광 도파로(100)의 타 측면으로부터 돌출될 수 있다. 다시 말해서, 검출 영역(DR)은 제2 방향(D2)으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 광자 검출기의 제1 방향(D1)의 길이가 짧아질 수 있다.
나노 와이어(120)는 제1 돌출부(104a)의 상면 상으로부터 제2 돌출부(104b)의 상면 상으로 연장될 수 있다. 나노 와이어(120)는 제2 방향(D2)을 따라 연장된 직선의 형태를 가질 수 있다. 나노 와이어(120)의 단부들이 돌출부 상에 위치함에 따라, 금속 패드들(122) 또한 제1 돌출부(104a) 및 제2 돌출부(104b) 상에 위치할 수 있다.
광 도파로(100)는 검출 영역(DR)의 후단에 형성된 연장 영역(ER)을 더 포함할 수 있다. 검출 영역(DR)의 후단에 연장 영역(ER)이 형성됨에 따라 광자 검출기의 말단에서의 신호반사에 의한 노이즈가 감소될 수 있다. 구체적으로, 연장 영역(ER)은 검출 영역(DR)을 사이에 두고 변환 영역(CR)과 이격될 수 있다. 연장 영역(ER)은 검출 영역(DR)과 멀어지는 방향(즉, 제1 방향(D1))으로 연장될 수 있다. 연장 영역(ER)의 제2 방향(D2)의 폭은 입력 영역(IR) 및 변환 영역(CR)의 제2 방향(D2)의 폭과 동일할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 광자 검출기를 설명하기 위한 평면도이다. 도 7은 도 6의 III~III’선에 따른 단면도이다. 도 8은 도 6의 A 부분을 확대한 확대도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 나노 와이어(120)의 일부가 광 도파로(100) 및 상기 나노 패턴(110)의 사이에 위치할 수 있다. 달리 얘기하면, 나노 와이어(120) 및 나노 패턴(110)은 수직적으로 중첩될 수 있다.
구체적으로, 나노 와이어(120)의 제1 부분들(120a)은 일 방향으로 연장되어 나노 패턴(110)에 삽입될 수 있다. 나노 와이어(120)는 나노 패턴(110)의 타단(110r)에 삽입되어 그 일부가 나노 패턴(110)의 내에 위치할 수 있다. 나노 와이어(120)의 제2 부분(120b)은 나노 패턴(110)의 제1 패턴(110a)의 내부로부터 제2 패턴(110b)의 내부로 연장될 수 있다. 나노 와이어(120)의 제2 부분(120b)의 적어도 일부는 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)의 사이에 위치할 수 있다. 즉, 나노 와이어(120)의 제2 부분(120b)의 적어도 일부는 제1 패턴(110a) 및 제2 패턴(110b)에 의해 노출될 수 있다. 나노 와이어(120) 및 나노 패턴(110)이 수직적으로 중첩됨에 따라, 광자 검출기의 제1 방향(D1)의 길이가 감소될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (16)

  1. 제1 방향으로 서로 이격된 입력 영역 및 검출 영역과, 상기 입력 영역 및 상기 검출 영역 사이의 변환 영역을 포함하는 광 도파로;
    상기 변환 영역의 상기 광 도파로 상에 배치되는 나노 패턴; 및
    상기 검출 영역의 상기 광 도파로 상에 배치되는 나노 와이어를 포함하되,
    상기 나노 패턴은 상기 제1 방향으로 연장된 제1 패턴 및 제2 패턴을 포함하고,
    상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 이격된 광자 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 패턴은 상기 검출 영역과 인접한 일측 및 상기 일측에 대향하는 타측을 갖고,
    상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 일측으로부터 상기 타측까지 일정한 폭을 갖는 광자 검출기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 평행하게 배치되는 광자 검출기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 사이의 거리는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 폭 보다 작은 광자 검출기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 패턴은 금속을 포함하고,
    상기 나노 패턴은 상기 광 도파로와 광 결합되는 광자 검출기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 변환 영역은 상기 광 도파로의 입력 영역으로 입력된 광을 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP: surface plasmon-polaritons)으로 변환시키도록 구성되는 광자 검출기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 도파로 및 상기 나노 패턴 사이의 버퍼층을 더 포함하되,
    상기 버퍼층은 상기 광 도파로보다 굴절률이 낮은 물질을 포함하는 광자 검출기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 광 도파로 및 상기 나노 패턴과 직접 접촉하는 광자 검출기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 초전도 물질을 포함하는 광자 검출기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어의 양 단부의 각각을 덮는 금속 패드들을 더 포함하는 광자 검출기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 상기 제1 방향으로 연장되고, 서로 이격되는 제1 부분들 및 상기 제1 부분들을 연결하는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제2 부분은 상기 나노 패턴의 일단과 인접하게 배치되는 광자 검출기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 도파로는 상기 광 도파로의 일 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 상기 일 측면과 대향하는 타 측면으로부터 돌출된 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 나노 와이어는 상기 제1 돌출부의 상면 상으로부터 상기 제2 돌출부의 상면 상으로 연장되는 광자 검출기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 직선의 형태를 갖는 광자 검출기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 도파로는 연장 영역을 더 포함하되,
    상기 연장 영역은 상기 검출 영역으로부터 상기 변환 영역과 멀어지는 방향으로 연장되는 광자 검출기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어의 적어도 일부는 상기 광 도파로 및 상기 나노 패턴의 사이에 위치하는 광자 검출기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 상기 제1 방향으로 연장되고, 서로 이격되는 제1 부분들 및 상기 제1 부분들을 연결하는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제2 부분의 적어도 일부는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이에 위치하는 광자 검출기.
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