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INFRARED DETECTOR

Foreign code F070001559
File No. B15-02WO
Posted date Apr 6, 2007
Country WIPO
International application number 2005JP012486
International publication number WO 2006/006469
Date of international filing Jul 6, 2005
Date of international publication Jan 19, 2006
Priority data
  • P2004-368579 (Dec 20, 2004) JP
  • P2004-203879 (Jul 9, 2004) JP
Title INFRARED DETECTOR
Abstract An infrared detector which is capable of a high-efficiency detection of a singlephoton over a broad wavelength range from several m to several hundredsof m and is suitable for being formed into an array, wherein an infraredphoton (37) having a vibration field parallel to the surface of the patch unit(36) of a micro strip antenna is shone and resonates, the vibration field is convertedinto a z-direction vibration field (38z), and an electron (39) in a normal-statesub-band (30) in a quantum dot (24a) absorbs a z-direction vibration field (38z),is excited to a first excitation state sub-band (31), tunnels through a potentialbarrier (32), escapes to a -z-direction quantum well (26), and is absorbed. Sincethe ionized field of a quantum dot (24a) by the escape of the electron (39) changesthe conductivity of a point contact (26e) to ensure a prolonged ionized state,an integrated value of a change in current (42) running from a source (26a) to adrain (26b) becomes large enough to be detectable and sensitivity that enablesthe detection of one infrared photon can be attained.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】入射赤外光子を吸収し励起電子を生成する、周囲から電気的に孤立した孤立2次元電子層と、上記入射赤外光子を上記孤立2次元電子層に集中する手段と、上記入射赤外光子の吸収により励起された電子を上記孤立2次元電子層から脱出させて孤立2次元電子層を帯電させる手段と、上記孤立2次元電子層の帯電によって電流が変化し、且つ、帯電状態が持続する間この電流変化が維持される電荷敏感トランジスタとを有する赤外光検出器において、上記入射赤外光子を上記孤立2次元電子層に集中すると共に、孤立2次元電子層面に垂直な入射赤外光子の振動電場成分を生成し、上記孤立2次元電子層内の電子を選択的に2次元サブバンド間励起させる手段を付加したことを特徴とする、赤外光検出器。

【請求項2】前記孤立2次元電子層が量子ドットであり、前記選択的に2次元サブバンド間励起させる手段が、上記量子ドットを挟んで配するマイクロストリップアンテナであり、前記孤立2次元電子層を帯電させる手段が、上記量子ドットの下面に配するトンネル障壁層と、このトンネル障壁層の下面に配するポイントコンタクト・トランジスタのソース電極及びドレイン電極とからなり、前記電荷敏感トランジスタが、上記ポイントコンタクト・トランジスタであることを特徴とする、請求の範囲1に記載の赤外光検出器。

【請求項3】前記孤立2次元電子層が量子ドットであり、前記選択的に2次元サブバンド間励起させる手段が、上記量子ドットを挟んで配するマイクロストリップアンテナであり、前記孤立2次元電子層を帯電させる手段が、上記量子ドットの面内方向横手に配するゲート電極とこのゲート電極の横手に配する脱出電極とからなり、前記電荷敏感トランジスタが、上記量子ドット直上に配する単電子トランジスタであることを特徴とする、請求の範囲1に記載の赤外光検出器。

【請求項4】前記孤立2次元電子層が量子ドットであり、前記選択的に2次元サブバンド間励起させる手段が、上記量子ドットを挟んで配するマイクロストリップアンテナであり、前記孤立2次元電子層を帯電させる手段が上記量子ドットの面内方向横手に配するゲート電極とこのゲート電極の横手に配する脱出電極とからなり、前記電荷敏感トランジスタが、上記ゲート電極の横手に配するポイントコンタクト・トランジスタであることを特徴とする、請求の範囲1に記載の赤外光検出器。

【請求項5】前記孤立2次元電子層が量子ドットであり、前記選択的に2次元サブバンド間励起させる手段が、上記量子ドットを挟んで形成したマイクロストリップアンテナであり、前記孤立2次元電子層を帯電させる手段が、上記量子ドットの面内方向横手に配するゲート電極とこのゲート電極の横手に配する脱出電極とからなり、前記電荷敏感トランジスタが、上記量子ドットの直下に配するポイントコンタクト・トランジスタであることを特徴とする、請求の範囲1に記載の赤外光検出器。

【請求項6】前記孤立2次元電子層が量子プレートであり、前記選択的に2次元サブバンド間励起させる手段が、上記量子プレートを挟んで配するマイクロストリップアンテナであり、前記孤立2次元電子層を帯電させる手段が、上記量子プレートの下面に配するトンネル障壁層と、このトンネル障壁層を介して配するポイントコンタクト・ネットワーク・トランジスタの2次元電子層とからなり、前記電荷敏感トランジスタが、上記ポイントコンタクト・ネットワーク・トランジスタであることを特徴とする、請求の範囲1に記載の赤外光検出器。

【請求項7】前記孤立2次元電子層、前記選択的に2次元サブバンド間励起させる手段、前記孤立2次元電子層を帯電させる手段及び前記電荷敏感トランジスタが、同一の半導体多層ヘテロエピタキシャル成長基板から形成されることを特徴とする、請求の範囲1に記載の赤外光検出器。

【請求項8】前記ポイントコンタクト・トランジスタは、2次元電子層と、この2次元電子層の2次元電子の存在領域をサブミクロン・サイズまで狭窄するゲート電極と、サブミクロン・サイズまで狭窄した2次元電子の存在領域であるポイントと接続するソース電極及びドレイン電極とからなることを特徴とする、請求の範囲2、4又は5の何れかに記載の赤外光検出器。

【請求項9】前記ポイントコンタクト・ネットワーク・トランジスタは、2次元電子層と、この2次元電子層を空乏化直前まで空乏化し、サブミクロン・サイズまで狭窄した2次元電子の存在領域であるポイントコンタクトからなるネットワークを形成する裏面ゲート電極と、上記2次元電子層の両端に接続するソース電極及びドレイン電極とからなることを特徴とする、請求の範囲6に記載の赤外光検出器。

【請求項10】請求の範囲1~9の何れかに記載の赤外光検出器を、直列アレー型に接続したことを特徴とる、赤外光検出器。

【請求項11】請求の範囲1~9の何れかに記載の赤外光検出器を、2次元マトリクス型に接続したことを特徴とする、赤外光検出器。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • Japan Science And Technology Agency
  • Inventor
  • Komiyama, Susumu
  • An, Zhenghua
  • Cheng, Jeng-chung
IPC(International Patent Classification)
Reference ( R and D project ) SORST Selected in Fiscal 2001
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