电磁波检测器以及电磁波检测器阵列制造技术

电磁波检测器包括基板、设置于基板之上的绝缘层、设置于绝缘层之上的石墨烯层、夹着石墨烯层设置于绝缘层之上的一对电极以及夹在石墨烯层与电极之间并将它们隔离的缓冲层。电磁波检测器阵列包括阵列状地配置的相同或者相互不同的电磁波检测器。

Electromagnetic wave detector and electromagnetic wave detector array

The electromagnetic wave detector comprises a substrate, an insulating layer is arranged on the substrate and arranged on the insulation layer of the graphene layer, sandwiched graphene layer arranged on the insulating layer and a pair of electrodes sandwiched between the electrodes and the graphene layer and their isolation buffer layer. The electromagnetic wave detector array includes an array of identical or different electromagnetic wave detectors.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁波检测器以及电磁波检测器阵列
本专利技术涉及将石墨烯用于检测层的电磁波检测器以及电磁波检测器阵列，特别涉及在检测层与电极之间设置有缓冲层的高灵敏度的电磁波检测器以及电磁波检测器阵列。
技术介绍
在以往的电磁波检测器中，一般使用半导体材料作为电磁波检测层，但半导体材料由于具有规定的带隙，所以存在只能检测到具有比带隙大的能量的电磁波这样的问题。因此，作为下一代的检测层的材料，带隙为零或者极小的石墨烯受到关注，例如在引用文献1中提出了如下电磁波检测器，在该电磁波检测器中，在基板上设置栅极氧化膜，在其上堆积石墨烯的沟道层，在沟道层的两端形成源极以及漏极。现有技术文献专利文献1:日本特表2013－502735号公报
技术实现思路
然而，在检测层是石墨烯单体的情况下，电磁波的吸收率为几％，非常低，存在即使能够检测的波长范围变宽，检测灵敏度也变低这样的问题。因此，本专利技术的目的在于，提供检测波长范围宽并且检测灵敏度高的将石墨烯用作检测层的材料的电磁波检测器。本专利技术涉及一种电磁波检测器，其特征在于，包括：基板；绝缘层，设置于基板之上；石墨烯层，设置于绝缘层之上；一对电极，夹着石墨烯层设置于绝缘层之上；以及缓冲层，夹在石墨烯层与电极之间并将它们隔离。在本专利技术中，由于包括石墨烯的检测层与电极之间存在缓冲层，所以妨碍石墨烯与电极之间的电荷的移动，形成与石墨烯主体的狄拉克点(DPg)不同的石墨烯－电极间的狄拉克点(DPe)。因此，在检测光入射的情况下，在电极表面发生电荷的移动以消除入射电场，在石墨烯与电极之间，电荷的移动也增加而DPe消失。由此，石墨烯中的DPg移动，取出电流增大，检测灵敏度变高。附图说明图1是本专利技术的实施方式1的电磁波检测器的俯视图。图2是图1的电磁波检测器的I－I方向上的剖视图。图3a是本专利技术的实施方式1的其他电磁波检测器的剖视图。图3b是本专利技术的实施方式1的其他电磁波检测器的剖视图。图3c是本专利技术的实施方式1的其他电磁波检测器的剖视图。图3d是本专利技术的实施方式1的其他电磁波检测器的剖视图。图3e是本专利技术的实施方式1的其他电磁波检测器的剖视图。图3f是本专利技术的实施方式1的其他电磁波检测器的剖视图。图4是对本专利技术的实施方式1的电磁波检测器有光照射和无光照射的情况下的电气特性。图5是本专利技术的实施方式1的电磁波检测器的电路图。图6是本专利技术的实施方式2的电磁波检测器的俯视图。图7是图6的电磁波检测器的V－V方向上的剖视图。图8是本专利技术的实施方式3的电磁波检测器的剖视图。图9是本专利技术的实施方式4的电磁波检测器的剖视图。图10是本专利技术的实施方式5的电磁波检测器的剖视图。图11是本专利技术的实施方式5的电磁波检测器的电极的俯视图。图12是本专利技术的实施方式5的电磁波检测器的电极的俯视图。图13是本专利技术的实施方式6的电磁波检测器的石墨烯层的俯视图。图14是本专利技术的实施方式6的电磁波检测器的石墨烯层的俯视图。图15是本专利技术的实施方式8的电磁波检测器阵列的俯视图。图16是本专利技术的实施方式9的电磁波检测器阵列的俯视图。(符号说明)1石墨烯；2电极；3绝缘层；4基板；5缓冲层；6、7电极；8、9缓冲层；10、11凹部；12石墨烯层；13保护膜；14电极；100、110、120、130电磁波检测器；1000、2000电磁波检测器阵列。具体实施方式在本专利技术的实施方式中，关于电磁波检测器，使用可见光或者红外光来进行说明，但本专利技术除这些光之外，作为例如紫外光、近红外光、太赫兹(THz)波、微波等电波区域的检测器也是有效的。此外，在本专利技术的实施方式中，将这些光、电波统称地记为电磁波。在本专利技术的实施方式中，作为电磁波检测器使用具有源极与漏极这2个电极以及背栅电极的构造来进行说明，但本专利技术也能够应用于具备4端子电极构造、顶栅构造等其他电极构造的电磁波检测器。另外，关于作为金属表面与光的相互作用的表面等离激元共振现象或等离激元共振现象、可见光域及近红外光域以外的对金属表面施加的共振这样的含义下的被称为伪表面等离激元共振的现象、或者通过波长以下的尺寸的构造来操作特定的波长这样的含义下的被称为超材料或等离激元超材料的现象，不专门通过名称来对它们进行区分，从现象所带来的效果这方面看来，进行等同的处置。在这里，将这些共振称为表面等离激元共振、等离激元共振，或者简称为共振。实施方式1.图1是由100表示整体的本专利技术的实施方式1的电磁波检测器的俯视图，图2是图1的I－I处的剖视图。电磁波检测器100例如包括包含Si的基板4。基板4保持电磁波检测器100整体，例如由半导体基板构成，使用高电阻硅基板、形成热氧化膜而使绝缘性提高的基板等。或者，也可以使用如后所述为了形成背栅而进行了掺杂的硅基板。在具有热氧化膜的基板的情况下，热氧化膜也可以兼作绝缘层3。在基板4之上设置例如包括氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化铝、氧化镍、氮化硼(BN)等的绝缘层3。氮化硼的原子排列与石墨烯相似，所以不会由于与石墨烯的接触而妨碍电荷移动，不造成不良影响，不阻碍电子迁移率等石墨烯的性能，所以作为石墨烯的基底膜是优选的。将一对电极2设置于绝缘层3之上。电极2例如包括Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr、Pd等金属。也可以在电极2与其下方的绝缘层3之间形成包括Cr、Ti的密合膜(未图示)。电极2只要是能够输出电信号的大小、厚度，则对形状没有特别限制。将缓冲层5设置于电极2之上。缓冲层5可以是例如氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiN)等绝缘物、例如LiF、Li2O3、Li2CO3、Ca、Ba、Cs、Cs2CO3、TiO2等活性金属、碱金属、碱土类金属、例如V2O5、WO3、MoO3等过渡性金属氧化物、有机物或这些金属与有机物的混合膜。或者，使OH基介于电极2与石墨烯之间等，在电极2与石墨烯之间存在中介物即可。即，只要是由缓冲层5妨碍石墨烯与电极之间的电荷的移动、且除石墨烯主体的狄拉克点以外在石墨烯－电极间形成狄拉克点DPe的材料，则可以是任意材料。此外，缓冲层5使用“层”这样的表述，但在以原子层水平观察的情况下，也可以存在有疏密或者不连续的区域。具体来说，也可以使用纳米粒子。将石墨烯层1设置于绝缘层3之上。在石墨烯层1与电极2之间夹着缓冲层5。石墨烯层1包括单层或者2层以上的石墨烯。如果增加石墨烯的层叠数，则光吸收率增加，电磁波检测器100的灵敏度变高。石墨烯是2维碳晶体的单原子层，单层石墨烯的厚度为与1个碳原子相当的0.34nm，非常薄。石墨烯在配置成6边形状的各链具有碳原子。在石墨烯层1包括2层以上的石墨烯的层叠构造的情况下，层叠构造中包括的任意的2层石墨烯的六方晶格的晶格矢量的方向也可以不一致、即方向存在偏移。另外，也可以是晶格矢量完全一致的层叠构造。特别是，如果层叠2层以上的石墨烯，则形成带隙，所以能够赋予波长选择效果。另外，在使用纳米带状的石墨烯的情况下，也可以做成石墨烯纳米带单体或者排列有多个石墨烯纳米带的构造。石墨烯层1既可以无掺杂，也可以掺杂为p型或者n型。通过将石墨烯层1掺杂为n型或者p型，能够如后所述控制石墨烯中的狄拉克点(DPg)的位置。这样，在本专利技术的实施方式1的电磁波检测器100中，通过在石墨烯层1与电极2之间具有缓冲层5，能够根据有没本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁波检测器，其特征在于，包括：基板；绝缘层，设置于该基板之上；石墨烯层，设置于该绝缘层之上；一对电极，夹着该石墨烯层设置于该绝缘层之上；以及缓冲层，夹在该石墨烯层与该电极之间并将它们隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.28 JP 2015-0141831.一种电磁波检测器，其特征在于，包括：基板；绝缘层，设置于该基板之上；石墨烯层，设置于该绝缘层之上；一对电极，夹着该石墨烯层设置于该绝缘层之上；以及缓冲层，夹在该石墨烯层与该电极之间并将它们隔离。2.根据权利要求1所述的电磁波检测器，其特征在于，在所述石墨烯层与所述电极之间形成有与该石墨烯层中的狄拉克点不同的狄拉克点(DPe)。3.根据权利要求1或者2所述的电磁波检测器，其特征在于，所述电极包括金属，所述缓冲层包括该金属的氧化物。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电磁波检测器，其特征在于，以覆盖所述石墨烯层以及所述缓冲层的方式设置有保护膜。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电磁波检测器，其特征在于，在所述一对电极中，电极与所述石墨烯层夹着所述缓冲层而相向的部分的面积在该电极之间不同。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的电磁波检测器，其特征在于，所述一对电极的材料在该电极之间不同。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川新平，藤泽大介，岛谷政彰，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP