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INTEGRATED CIRCUIT AND SENSOR SYSTEM

Foreign code F200010195
File No. (S2018-0911-N0)
Posted date Jul 29, 2020
Country WIPO
International application number 2019JP036193
International publication number WO 2020054860
Date of international filing Sep 13, 2019
Date of international publication Mar 19, 2020
Priority data
  • P2018-172948 (Sep 14, 2018) JP
Title INTEGRATED CIRCUIT AND SENSOR SYSTEM
Abstract The present invention has: a thin film which has a band gap of at least 2.2 eV and in which crystals contain atomic holes and electrons; a microwave irradiation system which, upon being driven from the outside, applies a microwave to the thin film; an excitation unit which excites the electrons contained in the thin film upon being driven from the outside; and a detection unit which detects, as an electric signal, the intensity of light outputted from the thin film when electrons make a transition from an excited state to a ground state and/or an excitation-based change in conductivity of the thin film.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Detect light at a center of the magnetic resonance NV(Nitrogen-Vacancy) diamond (ODMR: Optically Detected Magnetic Resonance) is used, the magnetic field inside the semiconductor device, measuring a parameter such as temperature or electric field has been proposed a technique (for example, Patent Document 1).
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 バンドギャップが2.2eV以上であって結晶に原子の空孔と電子を含む薄膜と、
 外部からの駆動に応じて、前記薄膜に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射系と、
 外部からの駆動に応じて、前記薄膜に含まれる電子を励起させる励起部と、
 電子が励起状態から基底状態に遷移するときに前記薄膜から出力される光の強度、及び励起に基づく前記薄膜の導電率の変化の少なくともいずれかを電気信号として検出する検出部と
 を有することを特徴とする集積回路。

[請求項2]
 炭素原子を置換した窒素(N)と該窒素に隣接する空孔(V)の複合体(NVセンタ)を含む領域を備えたダイヤモンド膜と、
 外部からの駆動に応じて、前記ダイヤモンド膜からなる薄膜に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射系と、
 外部からの駆動に応じて、前記薄膜に含まれる電子を励起させる励起部と、
 電子が励起状態から基底状態に遷移するときに前記薄膜から出力される光の強度、及び励起に基づく前記薄膜の導電率の変化の少なくともいずれかを電気信号として検出する検出部と
 を有することを特徴とする集積回路。

[請求項3]
 前記検出部は、
 前記薄膜から出力される光を電気信号に変換する光電変換素子であること
 を特徴とする請求項1又は2に記載の集積回路。

[請求項4]
 前記検出部は、
 前記薄膜の導電率の変化を電気信号として検出する電気回路であること
 を特徴とする請求項1又は2に記載の集積回路。

[請求項5]
 前記検出部は、
 前記薄膜を挟むように設けられたP型半導体及びN型半導体を備えて電子を検出すること
 を特徴とする請求項1又は2に記載の集積回路。

[請求項6]
 前記励起部は、
 前記薄膜を挟むように設けられたP型半導体及びN型半導体を備えて電子を励起状態とすること
 を特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の集積回路。

[請求項7]
 前記薄膜、前記P型半導体及び前記N型半導体は、
 PINダイオードを構成すること
 を特徴とする請求項6に記載の集積回路。

[請求項8]
 前記励起部は、
 光を通すクラッド層に挟まれて光を通すコア層を備えた導波路を介して、外部から入射される励起光を前記薄膜に照射すること
 を特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の集積回路。

[請求項9]
 前記クラッド層は、
 前記コア層と前記薄膜との間に挟まれた領域の厚さが、外部から入射される励起光の導光方向に進むにつれて徐々に薄くなるように形成されていること
 を特徴とする請求項8に記載の集積回路。

[請求項10]
 前記コア層は、
 前記薄膜に向けて励起光を回折させるように、回折格子が形成されていること
 を特徴とする請求項8又は9に記載の集積回路。

[請求項11]
 前記回折格子は、
 外部から入射される励起光の導光方向に進むにつれて周期が短くなるように形成されていること
 を特徴とする請求項10に記載の集積回路。

[請求項12]
 前記薄膜は、
 NVセンタを含むダイヤモンド、若しくは結晶に原子の空孔があるシリコンカーバイド(SiC)、ガリウムナイトライド(GaN)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)、又は酸化ガリウム(Ga 2O 3)であること
 を特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の集積回路。

[請求項13]
 前記薄膜は、
 約10~15%の希ガスを含む混合気を用いた化学気相成長により形成されていること
 を特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載の集積回路。

[請求項14]
 前記希ガスは、
 アルゴンガスであること
 を特徴とする請求項13に記載の集積回路。

[請求項15]
 バンドギャップが2.2eV以上であって結晶に原子の空孔と電子を含む薄膜を備えた集積回路と、
 前記薄膜に対して照射するマイクロ波を生成するマイクロ波生成部と、
 前記薄膜に含まれる電子を励起させるように駆動する励起駆動部と、
 電子が励起状態から基底状態に遷移するときに前記薄膜から出力される光の強度、及び励起に基づく前記薄膜の導電率の変化の少なくともいずれかを電気信号として検出する検出回路と
 を有し、
 前記集積回路は、
 外部からの駆動に応じて前記薄膜に対して前記マイクロ波を照射するマイクロ波照射系、外部からの駆動に応じて前記薄膜に含まれる電子を励起させる励起部、電子が励起状態から基底状態に遷移するときに前記薄膜から出力される光の強度を電気信号として検出する光電変換素子、及び励起に基づく前記薄膜の導電率の変化を電気信号として検出する電気回路の少なくともいずれかが集積されていること
 を特徴とするセンサシステム。

[請求項16]
 炭素原子を置換した窒素(N)と該窒素に隣接する空孔(V)の複合体(NVセンタ)を含む領域を備えたダイヤモンド膜を備えた集積回路と、
 前記ダイヤモンド膜に対して照射するマイクロ波を生成するマイクロ波生成部と、
 前記ダイヤモンド膜に含まれる電子を励起させるように駆動する励起駆動部と、
 電子が励起状態から基底状態に遷移するときに前記ダイヤモンド膜から出力される光の強度、及び励起に基づく前記ダイヤモンド膜の導電率の変化の少なくともいずれかを電気信号として検出する検出回路と
 を有し、
 前記集積回路は、
 外部からの駆動に応じて前記ダイヤモンド膜に対して前記マイクロ波を照射するマイクロ波照射系、外部からの駆動に応じて前記ダイヤモンド膜に含まれる電子を励起させる励起部、電子が励起状態から基底状態に遷移するときに前記ダイヤモンド膜から出力される光の強度を電気信号として検出する光電変換素子、及び励起に基づく前記ダイヤモンド膜の導電率の変化を電気信号として検出する電気回路の少なくともいずれかが集積されていること
 を特徴とするセンサシステム。

[請求項17]
 複数の前記集積回路を備え、
 複数の前記集積回路は、
 計測対象の表面にアレイ状に配置可能にされていること
 を特徴とする請求項15又は16に記載のセンサシステム。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
  • Inventor
  • HATANO, Mutsuko
  • IWASAKI, Takayuki
  • NISHIYAMA, Nobuhiko
  • MASUYAMA, Yuta
  • MUROOKA, Takuya
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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