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テラヘルツ波検出装置およびアレイセンサ NEW

国内特許コード P190016009
整理番号 (S2016-0425-N0)
掲載日 2019年5月9日
出願番号 特願2018-514736
出願日 平成29年4月28日(2017.4.28)
国際出願番号 JP2017016947
国際公開番号 WO2017188438
国際出願日 平成29年4月28日(2017.4.28)
国際公開日 平成29年11月2日(2017.11.2)
優先権データ
  • 特願2016-091298 (2016.4.28) JP
発明者
  • 河野 行雄
  • 鈴木 大地
出願人
  • 国立大学法人東京工業大学
発明の名称 テラヘルツ波検出装置およびアレイセンサ NEW
発明の概要 本発明のテラヘルツ波検出装置(10)は、基板(11)に形成された低次元電子系材料(12)と、低次元電子系材料(12)の2次元平面上に対向配置された第1電極(13)および第2電極(14)と、を備え、第1電極(13)と第2電極(14)は、異なる熱伝導率を有する金属からなる。8素子アレイセンサ(20)は、8個のテラヘルツ波検出装置(10)を整列配置してアレイ化する。
または、本発明のテラヘルツ波検出装置(10)は、カーボンナノチューブの膜(12)と、カーボンナノチューブ(12)の膜における一方側に配置される第1電極(13)と他方側に配置される第2電極(14)とを備え、第1電極(13)と第2電極(14)とは、異なる熱伝導率または同じ熱伝導率を有している。
従来技術、競合技術の概要


テラヘルツ(THz)波は、周波数が0.1~30THz(1THz=1012Hz)の領域、すなわち波長が0.01mm~3mmのサブミリ波から遠赤外線領域の電磁波を意味する。
THz波は、エレクトロニクスによる電子制御の高周波極限であり、オプティクスやフォトニクスによる光制御の低エネルギ極限でもあるため、未開拓とされてきた。そのため、他周波数帯に比べて光源や検出器という基本的な素子が未開拓の現状にある。また、THz波の波長は可視光に比べて2、3桁長いことから、イメージングの空間分解能が低いという特徴がある。



特許文献1には、表面から一定の位置に2次元電子ガスが形成された半導体チップと、該半導体チップの表面に密着して設けられたカーボンナノチューブ、導電性のソース電極、ドレイン電極及びゲート電極とを備えるテラヘルツ光検出装置が記載されている。前記カーボンナノチューブは、半導体チップの表面に沿って延び、かつその両端部がソース電極とドレイン電極に接続され、前記ゲート電極は、カーボンナノチューブの側面から一定の間隔を隔てて位置する。さらに、前記ソース電極とドレイン電極の間に所定の電圧を印加し、その間のSD電流を検出するSD電流検出回路と、前記ソース電極とゲート電極の間に可変ゲート電圧を印加するゲート電圧印加回路と、前記半導体チップに可変磁場を印加する磁場発生装置と、を備える。



また、テラヘルツ波の周波数を検出できる検出器として、例えば、非特許文献1~4がある。周波数を選択できる検出器は、非特許文献3,4である。従来のTHz検出器は、光子1個の吸収に対して伝導電子1個の励起となるため、必然的に検出感度に限界がある。
これに対して、非特許文献4には、カーボンナノチューブ(CNT:Carbon Nanotube)アレイ、グラフェン(graphene)、半導体ヘテロ界面2次元電子ガス(Two-Dimensional Electron Gas:2DEG)という低次元電子系の機能を利用した、新しいTHz波検出・分光・撮像技術が示されている。非特許文献4には、カーボンナノチューブ(CNT)量子ドットと半導体中2次元電子ガスが結合したハイブリッド構造を作製し、2次元電子中で励起されたキャリアをCNTによる高感度電荷センサで読み取る新機構が記載されている。

産業上の利用分野


本発明は、テラヘルツ波検出装置およびアレイセンサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板に形成された低次元電子系材料と、
前記低次元電子系材料の2次元平面上に対向配置された第1電極および第2電極と、を備え、
前記第1電極と前記第2電極は、異なる熱伝導率を有する金属からなる
ことを特徴とする記載のテラヘルツ波検出装置。

【請求項2】
前記第1電極の熱伝導率と前記第2電極の熱伝導率との差が所定値以上であることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。

【請求項3】
前記低次元電子系材料は、
前記2次元平面の2次元方向に高精度で配向されたカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。

【請求項4】
前記カーボンナノチューブは、単層である
ことを特徴とする請求項3に記載のテラヘルツ波検出装置。

【請求項5】
前記低次元電子系材料は、
単層または複数層のグラフェンである
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。

【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のテラヘルツ波検出装置を複数個整列配置したアレイセンサであって、
前記低次元電子系材料の表面にTHz波を照射し、当該低次元電子中でTHz励起されたキャリアを検出するアレイセンサ。

【請求項7】
前記第1電極の熱伝導率と前記第2電極の熱伝導率との差は、前記低次元電子系材料にテラヘルツ波が照射された際に検出信号を取得できる値である
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。

【請求項8】
カーボンナノチューブの膜と、
前記カーボンナノチューブの膜における一方側に配置される第1電極と他方側に配置される第2電極とを備え、
前記第1電極と前記第2電極とは、異なる熱伝導率または同じ熱伝導率を有している
ことを特徴とする記載のテラヘルツ波検出装置。

【請求項9】
前記第1電極と前記第2電極との間のNEPが700pW/√Hz以下である
ことを特徴とする請求項1から請求項5または請求項7または請求項8のいずれか1項に記載のテラヘルツ波検出装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018514736thum.jpg
出願権利状態 公開
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