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超高感度画像検出装置およびその製造方法、検出方法 UPDATE

国内特許コード P06P004530
整理番号 P2004-223
掲載日 2006年8月18日
出願番号 特願2005-020265
公開番号 特開2006-210620
登録番号 特許第4982729号
出願日 平成17年1月27日(2005.1.27)
公開日 平成18年8月10日(2006.8.10)
登録日 平成24年5月11日(2012.5.11)
発明者
  • 陽 完治
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 超高感度画像検出装置およびその製造方法、検出方法 UPDATE
発明の概要 【課題】 光子1個が入ったことを高感度で検出できるような超高感度画像検出装置およびその製造方法を実現する。
【解決手段】 本発明の画像検出装置1は、量子ドット12を集積したトランジスタ構造を有し、単一光子の吸収の有無を、上記量子ドット12中の1個の電子の減少に基づく上記トランジスタのチャンネル中の電流の増加というマクロ的な観測量によって検知するミクロ/マクロ変換を行うようになっている。画像検出装置1は、単一光子吸収の前後におけるチャンネル電流の差分を検出することで画像を検出する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


従来から、光子1個が入ると電子1個分の電流が流れるフォトダイオードが一般に知られている。電子1個分の電流は微量であるが、これに対し、ガラス繊維を束ねた構造のチャンネルプレート(二次電子倍増管)で、励起電子の数を増加させることができることが知られている。

産業上の利用分野


本発明は、超高感度画像検出装置およびその製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
量子ドットを集積したトランジスタ構造を有し、
単一光子が、上記量子ドットに捕獲された電子に吸収され、その電子が励起されて上記量子ドットから飛び出し、上記量子ドット周辺に電子が存在しなくなることで、ドレイン電流が、ゲート電圧-ドレイン電流の履歴曲線の低電流パスから高電流パスにジャンプするときの電流の増加を検知することによって、単一光子の吸収の有無を、上記量子ドット中の1個の電子の減少に基づく上記トランジスタのチャンネル中の電流の増加というマクロ的な観測量によって検知する、ミクロ/マクロ変換を行うことを特徴とする超高感度画像検出装置。

【請求項2】
上記単一光子の吸収の前後におけるチャンネル電流の差分を微分回路によって検出することで画像を検出することを特徴とする請求項1に記載の超高感度画像検出装置。

【請求項3】
上記量子ドット中に電子を捕獲するときの量子ドット中の量子準位として、量子ドットに1つ目の電子が入った場合の準位を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の超高感度画像検出装置。

【請求項4】
上記量子ドット中に電子を捕獲するときの量子ドット中の量子準位として、量子ドットに2つ目の電子が入った場合の準位を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の超高感度画像検出装置。

【請求項5】
請求項1ないし4のいずれかに記載の超高感度画像検出装置の製造方法であって、
上記トランジスタをMOS構造により作製し、上記量子ドットを、ゲート酸化膜中に埋め込んだシリコン微粒子により作製することを特徴とする超高感度画像検出装置の製造方法。

【請求項6】
請求項1ないし4のいずれかに記載の超高感度画像検出装置の製造方法であって、
上記トランジスタを半導体ヘテロ構造により作製し、上記量子ドットを、ヘテロ構造中に埋め込む歪成長を用いた自然形成法により作製することを特徴とする超高感度画像検出装置の製造方法。

【請求項7】
請求項1ないし4のいずれかに記載の超高感度画像検出装置を用いて、
単一光子が、上記量子ドットに捕獲された電子に吸収され、その電子が励起されて上記量子ドットから飛び出し、上記量子ドット周辺に電子が存在しなくなることで、ドレイン電流が、ゲート電圧-ドレイン電流の履歴曲線の低電流パスから高電流パスにジャンプするときの電流の増加を検知することによって、単一光子の吸収の有無を、上記量子ドット中の1個の電子の減少に基づく上記トランジスタのチャンネル中の電流の増加というマクロ的な観測量によって検知する、ミクロ/マクロ変換を行うことを特徴とする超高感度画像検出方法。

【請求項8】
上記単一光子の吸収の前後におけるチャンネル電流の差分を検出することで画像を検出することを特徴とする請求項7に記載の超高感度画像検出方法。

【請求項9】
上記トランジスタのゲート電極に加えるパルス列として、しきい値電圧以下で固定し、待機する時間をできるだけ長くし、スキャンスピードのタイムチャートを制御することで、単一光子の検出率を増加させるような計測手順を有することを特徴とする請求項7または8に記載の超高感度画像検出方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005020265thum.jpg
出願権利状態 登録
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