JP2007043150A - Wavelength-sensitive detector with elongated nanostructure - Google Patents
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Abstract
Description
細長いナノ構造体を使用する波長センシティブ検出器が提供される。より詳しくは、光検出器、モノクロメータ及び光学素子を含む光検出システム等の検出システムと、入射光子ビームについてのスペクトル情報を得るのに使用できる技術と、ナノワイヤ（ＮＷ）又はナノチューブ、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等の細長いナノ構造体の使用とが提供される。 A wavelength sensitive detector is provided that uses an elongated nanostructure. More particularly, a detection system such as a light detection system including a photodetector, a monochromator and optical elements, a technique that can be used to obtain spectral information about the incident photon beam, and a nanowire (NW) or nanotube, such as carbon And the use of elongated nanostructures such as nanotubes (CNT).
光検出器は、入射光子の個数に比例した電気信号を出力することによって、入射光子ビームの強度を測定する装置である。光子エネルギーが光検出器材料のバンドギャップより大きい場合、光検出器は入射光子に対して感度を有する。従来の構成では、限定されたスペクトル範囲の光子だけが光検出器に入射するように、例えば、スペクトルフィルタを光検出器の前方に使用することにより、波長感度が得られる。もしこれらのフィルタが光検出器基板の上に作られる場合、処理費用は非常に高くなる。所望の波長の回りで鋭いパスブロック・トランジションを有する材料を開発することは、それ自身、研究話題である。それに加えて、検出し得る最小光子エネルギーは、やはり光検出器材料によって決定される。波長感度を得る別の方法は、検出器の前方にモノクロメータを使用することである。モノクロメータは入射光子ビームを回折し、グレーティングが、次に、入射光子ビームの特定（狭い）スペクトル範囲を選択し、その入射光子ビームは、次に、検出器に入射される。モノクロメータのグレーティングを走査することにより、入射光子ビームの全体スペクトル密度を決定することができる。同時に、モノクロメータは、しばしば、大きな空間を占めると共に、モノクロメータのグレーティングを制御する追加装置を必要とする。 A photodetector is a device that measures the intensity of an incident photon beam by outputting an electrical signal proportional to the number of incident photons. If the photon energy is greater than the band gap of the photodetector material, the photodetector is sensitive to incident photons. In conventional configurations, wavelength sensitivity is obtained, for example, by using a spectral filter in front of the photodetector so that only photons in a limited spectral range are incident on the photodetector. If these filters are made on a photodetector substrate, the processing costs are very high. Developing materials with sharp passblock transitions around the desired wavelength is a research topic in itself. In addition, the minimum photon energy that can be detected is also determined by the photodetector material. Another way to obtain wavelength sensitivity is to use a monochromator in front of the detector. The monochromator diffracts the incident photon beam and the grating then selects a specific (narrow) spectral range of the incident photon beam, which is then incident on the detector. By scanning the monochromator grating, the overall spectral density of the incident photon beam can be determined. At the same time, monochromators often take up a lot of space and require additional equipment to control the monochromator's grating.
今日、ナノクリスタル（ＮＣ）とナノワイヤ（ＮＷ）は、このような小寸法システムに存在する興味深い基本的な性質により大きな注目を受けており、これらの材料をナノテクノロジーに利用する刺激的な見込みが電子及び光子の用途を可能にした。 Today, nanocrystals (NCs) and nanowires (NWs) have received a lot of attention due to the interesting basic properties that exist in such small-dimension systems, and there is an exciting prospect of using these materials for nanotechnology. It enabled the use of electrons and photons.
ナノワイヤの光子用途、特に、単一インジウム・ホスファイド・ナノワイヤからの依存性フォトルミネッセンスが、グディクセン（Gudiksen)等によって「J. Phys. Chem. B 106, 4036, 2002」に記載されている。この刊行物は、ナノワイヤの直径が変動するにつれてのナノワイヤのフォトルミネッセント・スペクトルのピーク周波数の変化を示す。この効果は、狭いナノワイヤ内における電子及びホールの半径方向量子閉込めによって説明される。この刊行物は、いくつかの材料と異なる直径のワイヤを同時に使用する可能性を述べるが、これは、例えば、入射光の周波数を決定するためにモノクロメータを使用することを含む従来の構成である。 Photonic applications of nanowires, in particular dependent photoluminescence from single indium phosphide nanowires, are described by Gudiksen et al. In “J. Phys. Chem. B 106, 4036, 2002”. This publication shows the change in the peak frequency of the nanowire photoluminescent spectrum as the nanowire diameter varies. This effect is explained by the radial quantum confinement of electrons and holes in narrow nanowires. This publication describes the possibility of using several materials and different diameter wires at the same time, but in a conventional configuration including, for example, using a monochromator to determine the frequency of incident light. is there.
ワン（Wang）等は、「サイエンス２９３、１４５５、２００１」に、単一インジウム・ホスファイド・ナノワイヤからの高偏光フォトルミネッセンスと単一インジウム・ホスファイド・ナノワイヤによる偏光センシティブ光検出を記載する。この刊行物は、フォトコンダクタとして使用される水平ナノワイヤを示すと共に、入射光の偏光に対するナノワイヤの感度を説明する。ナノワイヤの他の材料の使用についての示唆がなされている。 Wang et al. In "Science 293, 1455, 2001" describe highly polarized photoluminescence from a single indium phosphide nanowire and polarization sensitive light detection with a single indium phosphide nanowire. This publication shows a horizontal nanowire used as a photoconductor and explains the sensitivity of the nanowire to the polarization of incident light. There are suggestions for the use of other materials of nanowires.
好ましい実施の形態は、波長センシティブ検出器に関する。前記センシティブ検出器は、少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットを備える。前記フォトコンダクタユニットは、平面内に位置する基板上に配置される。少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットの各々は、第１長手方向を有する第１電極と、第１長手方向に平行な第１平面内に位置する第１側壁と、第２長手方向を有する第２電極と、第２長手方向に平行な第２平面内に位置する第２側壁とを備え、更に、第１平面と第２平面は、互いに大略平行であると共に、基板の平面に対して大略垂直である。 The preferred embodiment relates to a wavelength sensitive detector. The sensitive detector includes at least a first photoconductor unit and a second photoconductor unit. The photoconductor unit is disposed on a substrate located in a plane. At least each of the first photoconductor unit and the second photoconductor unit includes a first electrode having a first longitudinal direction, a first side wall located in a first plane parallel to the first longitudinal direction, and a second longitudinal direction. And a second side wall located in a second plane parallel to the second longitudinal direction, and the first plane and the second plane are substantially parallel to each other and in the plane of the substrate It is generally perpendicular to it.
各個々のフォトコンダクタユニットは複数の細長いナノ構造体を更に備え、又、各細長いナノ構造体は長手軸心を有し、更に、細長いナノ構造体の軸心は、互いに平行であると共に、第１電極の第１平面と第２電極の第２平面に対して大略垂直である。複数の細長いナノ構造体を第１電極と第２電極の間に位置決めすることができる。 Each individual photoconductor unit further comprises a plurality of elongated nanostructures, each elongated nanostructure has a longitudinal axis, and the elongated nanostructure axes are parallel to each other and It is substantially perpendicular to the first plane of one electrode and the second plane of the second electrode. A plurality of elongated nanostructures can be positioned between the first electrode and the second electrode.
第１フォトコンダクタユニットは、更に、複数の第１型の細長いナノ構造体を備える一方、第２フォトコンダクタユニットは複数の第２型の細長いナノ構造体を備え、更に、第１型の細長いナノ構造体は第２型の細長いナノ構造体と異なる。 The first photoconductor unit further comprises a plurality of first type elongated nanostructures, while the second photoconductor unit comprises a plurality of second type elongated nanostructures, and further comprises a first type elongated nanostructure. The structure is different from the second type of elongated nanostructure.
波長センシティブ検出器は、平面内に位置する基板上に少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットを備え、第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットの各々は、第１長手方向及び第１長手方向に平行な第１平面内に位置する第１側壁を有する第１電極と、第２長手方向及び第２長手方向に平行な第２平面内に位置する第２側壁を有する第２電極とを備え、又、フォトコンダクタユニットの第１平面と第２平面は、互いに大略平行であると共に、基板の平面に対して大略垂直であり、更に、第１フォトコンダクタユニットは、第１フォトコンダクタユニットの第１電極と第２電極の間に配置された複数の第１型の細長いナノ構造体を備える共に、第１型の細長いナノ構造体の各々は長手軸心を有して、第１型の細長いナノ構造体の長手軸心は、互いに大略平行であると共に、第１フォトコンダクタユニットの第１電極の第１平面と第２電極の第２平面に対して大略垂直であり、更に、第２フォトコンダクタユニットは、第２フォトコンダクタユニットの第１電極と第２電極の間に配置された複数の第２型の細長いナノ構造体を備える共に、第２型の細長いナノ構造体の各々は長手軸心を有して、第２型の細長いナノ構造体の長手軸心は、互いに大略平行であると共に、第２フォトコンダクタユニットの第１電極の第１平面と第２電極の第２平面に対して大略垂直であり、且つ、第１型の細長いナノ構造体は第２型の細長いナノ構造体と異なる。 The wavelength sensitive detector includes at least a first photoconductor unit and a second photoconductor unit on a substrate located in a plane, and each of the first photoconductor unit and the second photoconductor unit includes a first longitudinal direction and a second photoconductor unit. 1st electrode which has the 1st side wall located in the 1st plane parallel to one longitudinal direction, and the 2nd electrode which has the 2nd side wall located in the 2nd plane parallel to the 2nd longitudinal direction and the 2nd longitudinal direction The first plane and the second plane of the photoconductor unit are substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the plane of the substrate, and the first photoconductor unit includes the first photoconductor unit. A plurality of first type elongated nanostructures disposed between the first electrode and the second electrode of the unit, each of the first type elongated nanostructures having a longitudinal axis And the longitudinal axes of the first type of elongated nanostructures are substantially parallel to each other and with respect to the first plane of the first electrode and the second plane of the second electrode of the first photoconductor unit. The second photoconductor unit comprises a plurality of second type elongated nanostructures disposed between the first electrode and the second electrode of the second photoconductor unit; Each of the elongated nanostructures of the second type has a longitudinal axis, the longitudinal axes of the second type of elongated nanostructures being substantially parallel to each other and the first plane of the first electrode of the second photoconductor unit. And the second type elongated nanostructure is different from the second type elongated nanostructure.
本明細書で使用する用語「細長いナノ構造体」は、広い用語で、当業者にその通常の且つ通例の意味を与えるべきであって（特別な又はあつらえた意味に制限されない）、制限無しに、ワイヤ（ナノワイヤ）、チューブ（ナノチューブ）、ロッド（ナノロッド）及び長手軸心を有する同様の細長い大略円筒状又は多角形のナノ構造体の形状の中実材料の２次元で境界付けられたどんなピースも指す。細長いナノ構造体の交差寸法は、１〜５００ナノメートルの範囲内にあることが好ましい。好ましい実施の形態によれば、例えば、カーボンナノチューブ等の有機の細長いナノ構造体又は半導電性ナノワイヤ（例えば、シリコンナノワイヤ）等の無機の細長いナノ構造体を使用することができる。 As used herein, the term “elongated nanostructure” is a broad term and should give those skilled in the art its ordinary and customary meaning (not limited to a special or custom meaning) without limitation. Any two-dimensionally bound piece of solid material in the form of a wire (nanowire), tube (nanotube), rod (nanorod) and similar elongated generally cylindrical or polygonal nanostructure with a longitudinal axis Also refers to. The cross dimension of the elongated nanostructure is preferably in the range of 1 to 500 nanometers. According to a preferred embodiment, organic elongated nanostructures such as carbon nanotubes or inorganic elongated nanostructures such as semiconductive nanowires (eg silicon nanowires) can be used.
各フォトコンダクタの細長いナノ構造体は、半導電性材料で形成されることが好ましい。複数の細長いナノ構造体は、例えば、単一壁カーボンナノチューブであり得る。 The elongated nanostructure of each photoconductor is preferably formed of a semiconductive material. The plurality of elongated nanostructures can be, for example, single-walled carbon nanotubes.
第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットの各々における複数の細長いナノ構造体は、大略同じ直径を有することが好ましいと共に、同じ材料で形成し得る。好ましい実施の形態によれば、第１フォトコンダクタユニットの複数の細長いナノ構造体（「第１型の細長いナノ構造体」とも呼ぶ）と第２フォトコンダクタユニットの複数の細長いナノ構造体（「第２型の細長いナノ構造体」とも呼ぶ）は互いに異なる。例えば、それらは、材料及び／又は直径において互いに異なる。 The plurality of elongated nanostructures in each of the first photoconductor unit and the second photoconductor unit preferably have substantially the same diameter and may be formed of the same material. According to a preferred embodiment, a plurality of elongated nanostructures of the first photoconductor unit (also referred to as “first-type elongated nanostructures”) and a plurality of elongated nanostructures of the second photoconductor unit (“first” Are also different from each other. For example, they differ from each other in material and / or diameter.
代わりに、波長センシティブ検出器は、少なくとも１個のフォトコンダクタユニットを備え、そのフォトコンダクタユニット内にｐｎダイオードが作製されるように、第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットの少なくとも一方における複数の細長いナノ構造体が部分的にｎドープされると共に部分的にｐドープされる。 Instead, the wavelength sensitive detector comprises at least one photoconductor unit and a plurality of at least one of the first photoconductor unit and the second photoconductor unit such that a pn diode is fabricated in the photoconductor unit. The elongated nanostructures are partially n-doped and partially p-doped.
好ましい構成において、フォトコンダクタユニットの複数の細長いナノ構造体は、互いに隣合わせに及び／又は互いの上側に積層される。複数の細長いナノ構造体は、細長いナノ構造体の行列を備えるアレイ内に位置決めされ得る。いくつかの実施の形態によれば、そのアレイは周期アレイであり得る。 In a preferred configuration, the plurality of elongated nanostructures of the photoconductor unit are stacked next to each other and / or on top of each other. A plurality of elongated nanostructures can be positioned in an array comprising a matrix of elongated nanostructures. According to some embodiments, the array can be a periodic array.
フォトコンダクタユニットの第１電極と第２電極は、例えば、金属、合金、ポリＳ、金属ケイ化物等の導電性材料から成ることが好ましい。 The first electrode and the second electrode of the photoconductor unit are preferably made of a conductive material such as a metal, an alloy, poly S, or a metal silicide.
少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットで使用される複数の細長いナノ構造体は、好ましくは０．３〜３００ｎｍの直径、より好ましくは、１００ｎｍ未満の直径、即ち、０．３〜１００ｎｍの直径を有する。 The plurality of elongated nanostructures used in at least the first photoconductor unit and the second photoconductor unit are preferably 0.3 to 300 nm in diameter, more preferably less than 100 nm, ie 0.3 to 100 nm. Has a diameter of
フォトコンダクタユニットで使用される複数の細長いナノ構造体は、第ＩＶ族材料又はその２元化合物、第ＩＩＩ／Ｖ族材料又はその２元化合物、３元化合物又は４元化合物、第ＩＩ／ＶＩ族材料又はその２元化合物、３元化合物及び４元化合物のいずれかから成り得る。 The plurality of elongated nanostructures used in the photoconductor unit are Group IV materials or binary compounds thereof, Group III / V materials or binary compounds thereof, ternary compounds or quaternary compounds, and Groups II / VI. It can consist of any of the materials or their binary, ternary and quaternary compounds.
オプションとして、フォトコンダクタユニットで使用される複数の細長いナノ構造体はドーピングプロファイルを有する。 Optionally, the plurality of elongated nanostructures used in the photoconductor unit have a doping profile.
オプションとして、フォトコンダクタユニットの複数の細長いナノ構造体は、検出すべき波長の範囲内又は関心光子エネルギーの範囲内で透明な材料に埋込まれる。 Optionally, the plurality of elongated nanostructures of the photoconductor unit are embedded in a transparent material within the range of wavelengths to be detected or within the range of photon energy of interest.
好ましい実施の形態の波長センシティブ検出器のための好ましい代わりの構成は、少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットを備え、第１フォトコンダクタユニットが、基板と第２フォトコンダクタユニットの間に配置される。第２フォトコンダクタユニットは、（下方の）第１フォトコンダクタユニットの複数の第１型の細長いナノ構造体より大きなバンドギャップを有する複数の第２型の細長いナノ構造体を有するとして更に特長付けられ、及び／又は、第１フォトコンダクタユニットの複数の第１型の細長いナノ構造体の方向に対して大略垂直な方向に方位設定された複数の第２型の細長いナノ構造体を有するとして特長付けられる。 A preferred alternative arrangement for the wavelength sensitive detector of the preferred embodiment comprises at least a first photoconductor unit and a second photoconductor unit, wherein the first photoconductor unit is between the substrate and the second photoconductor unit. Be placed. The second photoconductor unit is further characterized as having a plurality of second type elongated nanostructures having a larger band gap than the plurality of first type elongated nanostructures of the first photoconductor unit (below). And / or characterized as having a plurality of second type elongated nanostructures oriented in a direction generally perpendicular to a direction of the plurality of first type elongated nanostructures of the first photoconductor unit. It is done.
好ましい実施の形態の波長センシティブ検出器を、入射放射線、例えば、光の周波数を決定するのに使用することができる。 The wavelength sensitive detector of the preferred embodiment can be used to determine the frequency of incident radiation, eg, light.
好ましい実施の形態の波長センシティブ検出器を、入射放射線、例えば、光の偏光方向を決定するのに使用することができる。入射放射線、例えば、光の偏光方向を決定するために、波長センシティブ検出器は、少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットを備え、第１フォトコンダクタユニットは、第１方向に方位設定された第１型の細長いナノ構造体を備える一方、第２フォトコンダクタユニットは、第２方向に方位設定された第２型の細長いナノ構造体を備える。第１方向と第２方向は、互いに大略垂直であることが好ましい。 The wavelength sensitive detector of the preferred embodiment can be used to determine the polarization direction of incident radiation, eg, light. In order to determine the polarization direction of incident radiation, eg light, the wavelength sensitive detector comprises at least a first photoconductor unit and a second photoconductor unit, the first photoconductor unit being oriented in the first direction. The second photoconductor unit comprises a second type of elongated nanostructure oriented in a second direction. The first direction and the second direction are preferably substantially perpendicular to each other.
好ましい実施の形態の波長センシティブ検出器は、光信号を電気信号に変換すると同時に、入射光の周波数を決定するのに使用することができる。 The wavelength sensitive detector of the preferred embodiment can be used to determine the frequency of incident light while simultaneously converting the optical signal to an electrical signal.
好ましい実施の形態の波長センシティブ検出器は、色検知カメラの１画素を表すのに使用することができる。 The wavelength sensitive detector of the preferred embodiment can be used to represent one pixel of a color sensing camera.
好ましい実施の形態は、波長センシティブ検出器ユニットを製造する方法を提供する。その方法は、平面内に位置する基板を設けるステップと、基板上に第１ォトコンダクタユニットと第２ォトコンダクタユニットを設けるステップを備える。フォトコンダクタユニットを設けるステップは、第１長手方向及び第１長手方向に大略平行な第１平面内に位置する第１側壁を有する第１電極を設けるステップと、第２長手方向及び第２長手方向に大略平行な第２平面内に位置する第２側壁を有する第２電極を設けるステップとを備え、第１平面と第２平面は、互いに大略平行であると共に、基板の平面に大略垂直である。フォトコンダクタユニットを設けるステップは、更に、両端を有する複数の細長いナノ構造体を設けるステップを備え、細長いナノ構造体の両端が第１電極の第１側壁と第２電極の第２側壁に止着され、又、各細長いナノ構造体は長手軸心を有し、更に、複数の細長いナノ構造体の長手軸心は、互いに大略平行であると共に、第１電極の第１平面と第２電極の第２平面に対して大略垂直である。好ましい実施の形態によれば、第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットを設けるステップは、第１型の細長いナノ構造体を有する第１フォトコンダクタユニットと、第２型の細長いナノ構造体を有する第２フォトコンダクタユニットとを設けるステップを備え、第１型の細長いナノ構造体は第２型の細長いナノ構造体と異なる。 The preferred embodiment provides a method of manufacturing a wavelength sensitive detector unit. The method includes providing a substrate located in a plane and providing a first photoconductor unit and a second photoconductor unit on the substrate. Providing the photoconductor unit includes providing a first electrode having a first side wall located in a first plane that is substantially parallel to the first longitudinal direction and the first longitudinal direction, and a second longitudinal direction and a second longitudinal direction. Providing a second electrode having a second side wall located in a second plane generally parallel to the first plane, the first plane and the second plane being substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the plane of the substrate . Providing the photoconductor unit further comprises providing a plurality of elongated nanostructures having both ends, and the ends of the elongated nanostructure are fixed to the first sidewall of the first electrode and the second sidewall of the second electrode. In addition, each elongated nanostructure has a longitudinal axis, and the longitudinal axes of the plurality of elongated nanostructures are substantially parallel to each other, and the first plane of the first electrode and the second electrode It is substantially perpendicular to the second plane. According to a preferred embodiment, the step of providing a first photoconductor unit and a second photoconductor unit comprises: a first photoconductor unit having a first type of elongated nanostructure; and a second type of elongated nanostructure. And providing a second photoconductor unit having a first type of elongated nanostructure different from the second type of elongated nanostructure.
第１電極の第１側壁は、細長いナノ構造体の成長用の触媒として使用することができる。別のやり方として、細長いナノ構造体の成長の前に、触媒粒子を第１電極に蒸着することができる。 The first sidewall of the first electrode can be used as a catalyst for the growth of elongated nanostructures. Alternatively, catalyst particles can be deposited on the first electrode prior to growth of the elongated nanostructure.
更に、第２長手方向と第２長手方向に大略平行な第２平面内に位置する第２側壁を有する第２電極が設けられ、第１電極の第１平面と第２平面は、互いに大略平行であると共に、基板の平面に対して大略垂直である。 Furthermore, a second electrode having a second side wall located in a second plane substantially parallel to the second longitudinal direction and the second longitudinal direction is provided, and the first plane and the second plane of the first electrode are substantially parallel to each other. And substantially perpendicular to the plane of the substrate.
フォトコンダクタユニットユニット内では、複数の細長いナノ構造体の始点と夫々の終点が、夫々、第１電極の第１側壁と第２電極の第２側壁に止着され、換言すれば、複数の細長いナノ構造体が、第１電極と第２電極の間に位置決めされ、更に、複数の細長いナノ構造体は、互いに大略平行であると共に第１電極の第１平面と第２電極の第２平面に大略垂直である軸心を有する。好ましい実施の形態によれば、第１フォトコンダクタユニットを設けるステップは、複数の第１型の細長いナノ構造体を設けるステップを備え、第２フォトコンダクタユニットを設けるステップは、複数の第２型の細長いナノ構造体を設けるステップを備え、第１型の細長いナノ構造体と第２型のナノ構造体は、互いに異なり、例えば、直径において異なったり、異なる材料から成る。 In the photoconductor unit unit, the start points and the respective end points of the plurality of elongated nanostructures are fixed to the first sidewall of the first electrode and the second sidewall of the second electrode, in other words, the plurality of elongated nanostructures. A nanostructure is positioned between the first electrode and the second electrode, and the plurality of elongated nanostructures are generally parallel to each other and in the first plane of the first electrode and the second plane of the second electrode. It has an axis that is generally vertical. According to a preferred embodiment, providing the first photoconductor unit comprises providing a plurality of first type elongated nanostructures, and providing the second photoconductor unit comprises a plurality of second type of nanostructures. Providing a step of providing an elongated nanostructure, wherein the first type of elongated nanostructure and the second type of nanostructure are different from each other, for example, differing in diameter or made of different materials.
複数の細長いナノ構造体を設けるステップは、化学気相成長法（ＣＶＤ）又はパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）によって細長いナノ構造体を成長させることによって行うことができる。複数の細長いナノ構造体を設けるステップは、第１電極の第１側壁上で細長いナノ構造体を成長させることによって行うことができる。 Providing a plurality of elongated nanostructures can be performed by growing the elongated nanostructures by chemical vapor deposition (CVD) or pulsed laser deposition (PLD). Providing a plurality of elongated nanostructures can be performed by growing elongated nanostructures on the first sidewall of the first electrode.
好ましい実施の形態によれば、複数の細長いナノ構造体を成長させる前に、細長いナノ構造体の成長を開始するのに使用できる触媒粒子を、第１電極の第１側壁上に蒸着させることができる。 According to a preferred embodiment, before growing a plurality of elongated nanostructures, catalyst particles that can be used to initiate the growth of the elongated nanostructures are deposited on the first sidewall of the first electrode. it can.
オプションとして、透明材料を複数の細長いナノ構造体の間に蒸着させることができる。この材料は、少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットの製造の後に除去できる犠牲材料であり得る。 Optionally, a transparent material can be deposited between the plurality of elongated nanostructures. This material can be a sacrificial material that can be removed at least after the manufacture of the first and second photoconductor units.
波長センシティブ検出器を製造する方法は、更に、少なくとも第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットに付加の信号処理回路追加するステップを備える。 The method of manufacturing the wavelength sensitive detector further comprises the step of adding additional signal processing circuits to at least the first photoconductor unit and the second photoconductor unit.
以下の記載と例は、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。当業者は、本発明の範囲に包含される本発明の多数の変形例と修正例があることを理解するだろう。従って、好ましい実施の形態の説明は、本発明の範囲を制限するものと見做すべきではない。 The following description and examples illustrate preferred embodiments of the invention in detail. Those skilled in the art will appreciate that there are numerous variations and modifications of this invention that are encompassed by its scope. Accordingly, the description of a preferred embodiment should not be construed as limiting the scope of the invention.
特に、好ましい実施の形態はナノワイヤに関する。しかしながら、これは、制限的に意図したものではない。「ナノワイヤ」が本明細書で使用される時はいつでも、これは、より一般的な用語「細長いナノ構造体」として読まれ且つ理解されるべきであると理解すべきである。ナノワイヤは、他の適当な細長いナノ構造体、特に、ワイヤ（ナノワイヤ）、チューブ（ナノチューブ）、ロッド（ナノロッド）の形状の２次元的に限定されたピースと、長手軸心を有する同様に細長い大略円筒状又は多角形のナノ構造体とに置換することができる。 In particular, a preferred embodiment relates to nanowires. However, this is not intended to be limiting. It should be understood that whenever “nanowire” is used herein, it should be read and understood as the more general term “elongated nanostructure”. Nanowires are other suitable elongated nanostructures, particularly two-dimensionally limited pieces in the form of wires (nanowires), tubes (nanotubes), rods (nanorods), and similarly elongated elongated generally with a longitudinal axis. It can be replaced by a cylindrical or polygonal nanostructure.
波長センシティブ光検出器、より詳しくは、ナノワイヤ（ＮＷ）に基づく波長センシティブ光検出器が提供される。ナノワイヤの交差寸法は、１〜５００ナノメートルであることが好ましい。好ましい実施の形態によれば、例えば、カーボンナノチューブ等の有機ナノワイヤや半導電性（例えば、シリコン）ナノワイヤ等の無機ナノワイヤを使用することができる。より詳しくは、水平に積層されたナノワイヤのユニットを備える１個のシリコンチップが作製されることにより、これらのユニットの組立物は波長センシティブ検出器として機能する。水平に積層されたナノワイヤの単一ユニットは、更に、ＮＷ又はＣＮＴを備えるユニットとして特長付けられる。ここで、上記のＮＷ又はＣＮＴは、同じ材料から成ると共に、大略同じ直径と長さを有する。水平に積層されたＮＷ又はＣＮＴを備える異なるユニットが組合されることにより、これらのユニットの組立物は波長センシティブで検出器として機能する。より詳しくは、ナノワイヤの各ユニットは、光の光子エネルギーがある値を超える時にオンにされるフォトコンダクタとして働く。波長センシティブ検出器を形成するようにチップ上で組合された異なるユニットは、材料及び／又は直径において互いに異なる。ＮＷの異なるユニット又はフォトコンダクタユニットは単一チップ上に配置されるのが最も好ましい。同じ材料の水平に積層されたナノワイヤを備える個々の各フォトコンダクタユニットは、ナノワイヤの積層がフォトコンダクタユニットが止着される基板（例えば、シリコンウエハ）に平行であるように設けられることが好ましい。ＮＷの材料は半導電性でることが好ましく、カーボンナノチューブの場合、いわゆる「金属」カーボンナノチューブを使用することもできる。上記半導電性ＮＷを製造するのに使用できる材料の例は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ等の第ＩＶ族材料及びその２元化合物、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｂ、Ｎ等の第ＩＩＩ／Ｖ族材料及びその２元、３元、４元化合物と、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ等の第ＩＩ／ＶＩ族材料及びその２元、３元、４元化合物である。好ましい例は、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＯ、ＧａＡｓｘＰｙ、ＡｌＧａＡｓ、半導電性カーボンナノチューブ等である。上記ナノワイヤ（カーボンナノチューブ）の直径は、０．３〜３００ｎｍであることが好ましい。ナノワイヤは、独立型であることが好ましいが、関心のある光子エネルギーの範囲において透明な材料に埋込むこともできる。上記フォトコンダクタユニットにおいて、好ましくは、水平に積層されたナノワイヤの両側（又は、換言すれば、両端）は電極に接続され、該電極は、信号処理箱に更に接続される導電性材料である。ナノワイヤの両端を接続するのに使用される電極の導電性材料は同じ材料であることが最も好ましい。これらの電極の好ましい材料は、金属、ポリＳｉ、合金又はケイ化物である。 Wavelength sensitive photodetectors, and more particularly, wavelength sensitive photodetectors based on nanowires (NW) are provided. The cross dimension of the nanowire is preferably 1 to 500 nanometers. According to a preferred embodiment, for example, organic nanowires such as carbon nanotubes and inorganic nanowires such as semiconductive (eg silicon) nanowires can be used. More specifically, by fabricating a single silicon chip comprising horizontally stacked nanowire units, the assembly of these units functions as a wavelength sensitive detector. A single unit of horizontally stacked nanowires is further characterized as a unit comprising NW or CNT. Here, the NW or CNT is made of the same material and has substantially the same diameter and length. By combining different units with horizontally stacked NWs or CNTs, the assembly of these units is wavelength sensitive and functions as a detector. More specifically, each unit of nanowires acts as a photoconductor that is turned on when the photon energy of light exceeds a certain value. Different units combined on the chip to form a wavelength sensitive detector differ in material and / or diameter. Most preferably, the different units or photoconductor units of the NW are arranged on a single chip. Each individual photoconductor unit comprising horizontally stacked nanowires of the same material is preferably provided such that the stack of nanowires is parallel to the substrate (eg, silicon wafer) to which the photoconductor unit is attached. The NW material is preferably semiconductive, and in the case of carbon nanotubes, so-called “metal” carbon nanotubes can also be used. Examples of materials that can be used to produce the semiconductive NW are Group IV materials such as Si, Ge, C and the binary compounds thereof, In, Ga, As, Sb, Al, P, B, N, etc. Group III / V materials and their binary, ternary and quaternary compounds and Group II / VI materials such as Cd, Zn, S, Se, Te and O and their binary, ternary and quaternary compounds It is. Preferred examples include, for example, GaAs, InP, ZnO, GaAs x P y , AlGaAs, and semiconductive carbon nanotube. The diameter of the nanowire (carbon nanotube) is preferably 0.3 to 300 nm. The nanowires are preferably stand-alone, but can also be embedded in transparent materials in the range of photon energies of interest. In the photoconductor unit, preferably, both sides (or in other words, both ends) of the horizontally stacked nanowires are connected to electrodes, and the electrodes are conductive materials that are further connected to the signal processing box. Most preferably, the conductive materials of the electrodes used to connect the ends of the nanowire are the same material. Preferred materials for these electrodes are metals, poly-Si, alloys or silicides.
波長センシティブ光検出器を作製するには、異なるフォトコンダクタユニットを、好ましくは、同じ基板上で組合せる必要がある。異なるユニットは、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ等の第ＩＶ族材料及びその２元化合物、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｂ、Ｎ等の第ＩＩＩ／Ｖ族材料及びその２元、３元、４元化合物と、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ等の第ＩＩ／ＶＩ族材料及びその２元、３元、４元化合物から生じる異なる材料のナノワイヤから成る。これらの材料の例は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＯ、ＧａＡｓｘＰｙ、ＡｌＧａＡｓ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等であったり、異なるユニットは、材料が同じであるが直径の異なるナノワイヤから成る。このようにして、各ユニット内のナノワイヤのバンドギャップは異なる。従って、もし特定の周波数の光子ビームがチップを照射するならば、光子ビームがバンドギャップを超える全てのユニットはオンにされ、光の光子エネルギーがバンドギャップより下である全てのユニットはオフのままである。このようにして、そのチップは波長センシティブ光検出器として働く。全ての個々のフォトコンダクタユニットの信号処理は、好ましくは、オンチップであるが、部分的にオフチップ（＝ソフトウエアプログラム）であってもよい。 To make a wavelength sensitive photodetector, it is necessary to combine different photoconductor units, preferably on the same substrate. Different units include, for example, Group IV materials such as Si, Ge, C and their binary compounds, Group III / V materials such as In, Ga, As, Sb, Al, P, B, N, and their binary. It consists of ternary and quaternary compounds and Group II / VI materials such as Cd, Zn, S, Se, Te, O, and nanowires of different materials arising from the binary, ternary and quaternary compounds. Examples of these materials are GaAs, InP, ZnO, GaAs x P y , AlGaAs, carbon nanotubes (CNT), etc., or different units consist of nanowires of the same material but different diameters. In this way, the band gaps of the nanowires in each unit are different. Therefore, if a photon beam of a specific frequency illuminates the chip, all units whose photon beam exceeds the band gap are turned on, and all units whose light photon energy is below the band gap remain off. It is. In this way, the chip acts as a wavelength sensitive photodetector. The signal processing of all individual photoconductor units is preferably on-chip, but may also be partially off-chip (= software program).
好ましい実施の形態において、個々のナノワイヤを製作する方法も提供されている。好ましくは、個々のナノワイヤ（又はカーボンナノチューブ）を作製する方法は、触媒粒子の製造と蒸着で開始される。結晶ナノワイヤ又はカーボンナノワイヤが、次に、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）によって成長させられる。ナノワイヤの成長の前後に追加の回路を製作することができる。好ましい実施の形態の構造物を製造するのに多くの異なる代替策があることが明らかである。例えば、ナノワイヤを、前もって製造しておいて、次に、後で基板上に組込むこともできる。 In a preferred embodiment, a method for fabricating individual nanowires is also provided. Preferably, the method of making individual nanowires (or carbon nanotubes) begins with the production and deposition of catalyst particles. Crystalline nanowires or carbon nanowires are then grown, for example, by chemical vapor deposition (CVD). Additional circuits can be fabricated before and after nanowire growth. It is clear that there are many different alternatives for producing the structure of the preferred embodiment. For example, the nanowires can be manufactured in advance and then assembled on the substrate later.
好ましい実施の形態において、２Ｄアレイ内の水平ワイヤの個数を増加させることにより、又は、３Ｄ構造を使用することにより、個々のフォトコンダクタユニットの感度を上げることのできる方法が提供される。垂直寸法におけるナノワイヤ材料の長さが、大部分の光が上方に位置するナノワイヤによって吸収される点である吸収長さ以下である限り、垂直積層は感度を増大させる。入射ビームがチップ全体を同時に照射するので、感度は、又、チップの大きさによって決定される。 In a preferred embodiment, a method is provided that can increase the sensitivity of individual photoconductor units by increasing the number of horizontal wires in a 2D array or by using a 3D structure. As long as the length of the nanowire material in the vertical dimension is less than or equal to the absorption length, which is the point where most of the light is absorbed by the overlying nanowire, vertical stacking increases sensitivity. Since the incident beam illuminates the entire chip simultaneously, the sensitivity is also determined by the size of the chip.
光検出器の波長感度は、異なるユニットの垂直積層によって改良することができる。最上ユニットは、そのバンドギャップが下にあるユニットのバンドギャップより大きいことが好ましい。この場合、下にあるユニットに当たる光は、最上ユニットによって吸収される光子を最早含まない。従って、下にあるユニットによって生成される信号は、そのユニットのバンドギャップより上であるが最上ユニットの吸収範囲内にはないスペクトル範囲の光子だけに基づく。 The wavelength sensitivity of the photodetector can be improved by vertical stacking of different units. The top unit is preferably larger than the band gap of the underlying unit. In this case, the light hitting the underlying unit no longer contains photons absorbed by the top unit. Thus, the signal generated by the underlying unit is based solely on photons in the spectral range above the unit's bandgap but not within the absorption range of the top unit.
大略同じナノワイヤを有するが直角の方位を有するユニットを製造することにより、入射光の偏光は決定することもできる。これは、光の偏光がナノワイヤ長さの方向に沿う場合に入射光が吸収されるだけだからである。 The polarization of the incident light can also be determined by manufacturing units with approximately the same nanowires but with a right angle orientation. This is because incident light is only absorbed when the polarization of the light is along the length of the nanowire.
個々のフォトコンダクタユニットに使用されるナノワイヤの直径は、結晶ワイヤの成長が可能となるのに十分なだけ小さいことが好ましい。これは、典型的に１００ｎｍ未満のナノワイヤ直径を必要とする。減少直径でバンドギャップシフトを得るには、直径は、閉込め効果が出現するのに十分なだけ小さくなければならない。これが始まる直径は材料に依存するが、シフトは、約１０ｎｍの直径で始まる。もしナノワイヤがカーボンナノチューブであれば、直径は、典型的に、０．５〜６ｎｍの程度である。 The diameter of the nanowires used for the individual photoconductor units is preferably small enough to allow crystal wire growth. This typically requires a nanowire diameter of less than 100 nm. In order to obtain a band gap shift with a reduced diameter, the diameter must be small enough for a confinement effect to appear. The diameter at which this begins depends on the material, but the shift begins with a diameter of about 10 nm. If the nanowire is a carbon nanotube, the diameter is typically on the order of 0.5-6 nm.
別の実施の形態において、フォトコンダクタユニットの半導電性ナノワイヤは、ドーピングプロファイルを有すると共に、ｐｎダイオード、ｐ−ｉ−ｎダイオード、アバランシェフォトダイオード等のフォトダイオードを形成する。フォトダイオードを含むフォトコンダクタユニットは、次に、フォトダイオードユニットと呼ばれる。一般に、フォトダイオードユニットの電気的応答は、前記フォトコンダクタユニットよりも速い。 In another embodiment, the semiconductive nanowires of the photoconductor unit have a doping profile and form a photodiode such as a pn diode, a pin diode, an avalanche photodiode, or the like. A photoconductor unit that includes a photodiode is then referred to as a photodiode unit. In general, the electrical response of the photodiode unit is faster than that of the photoconductor unit.
好ましい実施の形態のフォトコンダクタユニットはいくつかの用途において有用である。第１の用途領域は、例えば、ナノワイヤを備える３個の異なるフォトコンダクタユニットが、色検知カメラの１画素を表す色検知カメラの分野である。 The photoconductor unit of the preferred embodiment is useful in several applications. The first application area is in the field of color detection cameras, for example, where three different photoconductor units comprising nanowires represent one pixel of the color detection camera.
第２の用途領域は、波長センシティブ検出器が、光信号を電気信号に変換すると同時に、入射光線の周波数を決定する電気通信の分野である。 The second application area is in the field of telecommunications where wavelength sensitive detectors convert optical signals into electrical signals and at the same time determine the frequency of incident light.
第３の用途は、入射光の周波数とオプションとして入射光の偏光を決定するのに使用できる波長センシティブ検出器を作成する分光学の分野である。 A third application is in the field of spectroscopy creating wavelength sensitive detectors that can be used to determine the frequency of the incident light and optionally the polarization of the incident light.
以下の記載は、第１部において、ナノワイヤ（又はカーボンナノワイヤ）を備える好ましい実施の形態のフォトコンダクタユニットを用いた波長センシティブ光検出装置の作製の構成を説明する。第２部において、いくつかの用途領域が、好ましい実施の形態の波長センシティブ光検出装置を使用して示される。 In the first part, the following description explains the configuration of the production of a wavelength-sensitive photodetection device using the photoconductor unit of a preferred embodiment provided with nanowires (or carbon nanowires). In the second part, several application areas are shown using the preferred embodiment wavelength sensitive photodetector.
（第１部）ナノワイヤを備えるフォトコンダクタユニットを用いた波長センシティブ光検出装置の作製の構成
ナノワイヤ（ＮＷ）又はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に基づく波長センシティブ光検出器が提供される。ＮＷは、共通基板に対して平行であると共に、１個以上の平行ナノワイヤのユニットに組分けされる。ナノワイヤの両側に電極が設けられることにより、同じユニット内の全てのナノワイヤは同じ２個の電極によって接触させられる。ナノワイヤユニットから電気信号を読出す回路が追加される。ナノワイヤを形成する材料が異なると共に、ナノワイヤの直径が異なるから、各ユニットのナノワイヤの状態の電子密度は異なる。従って、特定波長情報を、提供された装置で導出できるように、ナノワイヤの各ユニットは、入射光子に対して異なる応答をする。
(Part 1) Configuration of Fabrication of Wavelength Sensitive Photodetector Using Photoconductor Unit Comprising Nanowires A wavelength sensitive photodetector based on nanowires (NW) or carbon nanotubes (CNT) is provided. The NW is parallel to the common substrate and grouped into one or more parallel nanowire units. By providing electrodes on both sides of the nanowire, all nanowires in the same unit are brought into contact by the same two electrodes. A circuit for reading an electrical signal from the nanowire unit is added. Since the materials forming the nanowires are different and the diameters of the nanowires are different, the electron density of the nanowire state of each unit is different. Thus, each unit of nanowires responds differently to incident photons so that specific wavelength information can be derived with the provided device.
バンドギャップの直径依存と併せて、Ｓｉチップ上の異なる材料のナノワイヤの結晶成長は、波長センシティブである（＝波長を識別する追加のハードウエアを使用しない）と共に、（オプションとして）偏光センシティブである多用途検出器を作るように組合される。 Combined with the bandgap diameter dependence, the nanowire crystal growth of different materials on the Si chip is wavelength sensitive (= does not use additional hardware to identify the wavelength) and (optionally) polarization sensitive Combined to make a versatile detector.
異なるフォトコンダクタユニットを備える上記波長センシティブ光検出器を作製する好ましい構成が、図１に図示されて以下に詳しく説明される。１個のフォトコンダクタユニットを図３に概略的に示すように、開始点は基板１であり、該基板１は、シリコン又はＳｉＯ２基板であることが好ましい。垂直構造部材２が基板１上に作製され、該垂直構造部材２は、金属、合金、ポリＳｉ、ケイ化物等の導電性材料から成ることが好ましく、これらの構造部材は、波長センシティブ光検出器において電極として使用することができる。垂直構造部材２の間で、少なくとも１個、好ましくは１個より多いナノワイヤ（又はカーボンナノチューブ）が成長させられる。１個の特定のフォトコンダクタユニット内のナノワイヤ３は、同じ材料、直径と長さであることが好ましい。ナノワイヤの材料は、半導電性材料であることが好ましい。これらの材料の例は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ等の第ＩＶ族材料及びその２元化合物、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｂ、Ｎ等の第ＩＩＩ／Ｖ族材料及びその２元、３元、４元化合物と、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ等の第ＩＩ／ＶＩ族材料及びその２元、３元、４元化合物である。これらの材料の好ましい例は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＯ、ＧａＡｓｘＰｙ、ＡｌＧａＡｓ、半導電性カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である。ナノワイヤの直径は、０．３〜３００ｎｍであることが好ましい。異なるフォトコンダクタユニットは、異なる材料から成るか、又は、異なる直径の同じ材料から成る（及び／又はＣＮＴの場合はカイラリティ）。もし異なるユニット間で直径の相違点のみがあるならば、ユニットの状態の電子密度が異なるように直径が変動される。材料の状態密度は直径に依存するので、一旦ナノワイヤの直径が非常に小さいと量子閉込め効果が発生する。量子閉込め効果の一つが、図６及び図７に図示するように、半導電性材料のバンドギャップが直径の減少につれて増大することである。図６（Ａ）は、変動するナノワイヤ直径におけるフォトルミネッセンススペクトルを示す一方、図６（Ｂ）は、フォトルミネッセンススペクトルのピーク極大の光子エネルギーを示す。図７は、金属カーボンナノチューブａと半導電性カーボンナノチューブｂについてのファンホーベ特異点の片浦プロット（理論計算）である。１個のフォトコンダクタユニットのナノワイヤは、互いに平行であると共に、下にある基板に平行である。ナノワイヤは、独立型であることが好ましいが、関心のある光子エネルギーの範囲において透明な材料に埋込むこともできる。各ユニットは、更に、入射光を受けて電気的出力信号を処理する回路を含み得る。 A preferred configuration for fabricating the above wavelength sensitive photodetector with different photoconductor units is illustrated in FIG. 1 and described in detail below. As shown schematically in FIG. 3 for one photoconductor unit, the starting point is the substrate 1, which is preferably a silicon or SiO 2 substrate. A vertical structural member 2 is fabricated on a substrate 1, and the vertical structural member 2 is preferably made of a conductive material such as metal, alloy, poly-Si, silicide, etc., and these structural members are wavelength sensitive photodetectors. Can be used as an electrode. At least one, preferably more than one nanowire (or carbon nanotube) is grown between the vertical structural members 2. The nanowires 3 in one particular photoconductor unit are preferably of the same material, diameter and length. The material of the nanowire is preferably a semiconductive material. Examples of these materials are Group IV materials such as Si, Ge, C and the binary compounds thereof, Group III / V materials such as In, Ga, As, Sb, Al, P, B, N, and the like. An original, ternary, and quaternary compound, a Group II / VI material such as Cd, Zn, S, Se, Te, and O, and its binary, ternary, and quaternary compounds. Preferred examples of these materials are GaAs, InP, ZnO, GaAs x P y , AlGaAs, and semiconductive carbon nanotubes (CNT). The diameter of the nanowire is preferably 0.3 to 300 nm. Different photoconductor units can be made of different materials or the same material of different diameters (and / or chirality in the case of CNTs). If there is only a difference in diameter between different units, the diameter is varied so that the electron density in the unit state is different. Since the density of states of the material depends on the diameter, once the nanowire diameter is very small, a quantum confinement effect occurs. One of the quantum confinement effects is that the band gap of the semiconductive material increases with decreasing diameter, as illustrated in FIGS. 6A shows the photoluminescence spectrum at varying nanowire diameters, while FIG. 6B shows the photon energy at the peak maximum of the photoluminescence spectrum. FIG. 7 is a Kataura plot (theoretical calculation) of Van Hove singularities for metal carbon nanotubes a and semiconductive carbon nanotubes b. The nanowires of one photoconductor unit are parallel to each other and parallel to the underlying substrate. The nanowires are preferably stand-alone, but can also be embedded in transparent materials in the range of photon energies of interest. Each unit may further include circuitry that receives the incident light and processes the electrical output signal.
ナノワイヤを作製するいくつかの製作方法を実施することができる。好ましい製作方法は、最初に大略同じ直径と材料の触媒を製造することから始まる。これらの触媒粒子は、基板１上の垂直構造部材２の側壁に直接蒸着させることができる。結晶ナノワイヤ又はカーボンナノチューブが、次に、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）によって成長させられる。別のやり方として、ナノワイヤ（又はカーボンナノチューブ）を、最初に犠牲基板上に成長させ、その後に、最終基板１に移送することもできる。ナノワイヤの成長又は最終基板への移送の後に、垂直構造部材２の一方又は両方を作製することもできる。透明な又は犠牲の材料を、製作プロセス中の機械的支持のために、オプションとしてナノワイヤ（カーボンナノチューブ）の間に蒸着することができる。ナノワイヤの成長の前又は後に、追加の信号処理回路を製作することができる。好ましい実施の形態の構造物を製造するための多くの異なる代替策がある。上記手順は、例示としてのみ与えられる。 Several fabrication methods for making nanowires can be implemented. A preferred fabrication method begins by first producing a catalyst of approximately the same diameter and material. These catalyst particles can be directly deposited on the side wall of the vertical structural member 2 on the substrate 1. Crystalline nanowires or carbon nanotubes are then grown, for example, by chemical vapor deposition (CVD). Alternatively, nanowires (or carbon nanotubes) can be first grown on the sacrificial substrate and then transferred to the final substrate 1. One or both of the vertical structural members 2 can also be fabricated after nanowire growth or transfer to the final substrate. Transparent or sacrificial materials can optionally be deposited between the nanowires (carbon nanotubes) for mechanical support during the fabrication process. Additional signal processing circuitry can be fabricated before or after nanowire growth. There are many different alternatives for manufacturing the preferred embodiment structure. The above procedure is given as an example only.
波長センシティブ光検出装置の操作は次のように説明することができる。入射ビームの光は、基板に当たると共に、全てのユニットに同時に入射する。入射光子（の一部）の光子エネルギーが、これらの光子がナノワイヤによって吸収される程度であるそれらのユニットだけが電気信号を生成する。吸収を得るに必要な条件は、光子エネルギーがナノワイヤのバンドギャップより上であることである。従って、どのユニットがオンにされ、どのユニットがオフのままであるかを評価することによって、その構造は、例えば、入射光線の最小光子エネルギーの決定を許容する。ユニットによって生成された信号は、又、吸収された光子の個数に比例する。異なるユニットのナノワイヤの状態の電子密度の理解と、オンにされた異なるユニットの信号強度の比較とは、別のスペクトル情報を提供する。一例として、もしあるユニットが光子をＥ１を超えるエネルギーで吸収し、第２ユニットが光子をＥ２を超えるエネルギーで吸収し、更に、もしＥ１＞Ｅ２であれば、第１ユニットによって吸収されるエネルギーを有する全ての光子は、第２ユニットによっても吸収され得る。従って、両ユニットの信号強度は関連し、比較することによって、入射光線のスペクトルを再構築することができる。別の例として、一旦ナノワイヤが十分に狭いと、状態密度は、１次元挙動（図８参照）に接近し、これは、強力な吸収があるバンドギャップ超え光子の部分があることと、非常に弱い吸収がある部分があることを意味する。従って、各ユニットの信号は、入射光子ビームのスペクトルとユニット内のナノワイヤのスペクトル応答関数との掛け算の全体である。より多くのユニットが存在すれば、入射スペクトルはより良好に再構築することができる。合成スペクトルの分解能は、異なるユニットの間の状態の電子密度の差異によって決定することができる。典型的に、３ｅＶまでの殆どの光学スペクトルに対して１０ｍｅＶ以下の分解能が期待される。 The operation of the wavelength sensitive photodetector can be described as follows. The light of the incident beam strikes the substrate and enters all units simultaneously. Only those units in which the photon energy of (part of) the incident photons is such that these photons are absorbed by the nanowire will produce an electrical signal. The necessary condition for obtaining absorption is that the photon energy is above the band gap of the nanowire. Thus, by evaluating which units are turned on and which units remain off, the structure allows, for example, the determination of the minimum photon energy of incident light. The signal generated by the unit is also proportional to the number of absorbed photons. Understanding the electron density in the state of different units of nanowires and comparing the signal strength of different units turned on provides different spectral information. As an example, if a unit absorbs photons with energy above E 1, the second unit absorbs photons with energy above E 2, further If E 1> is E 2, absorbed by the first unit All photons with the energy to be absorbed can also be absorbed by the second unit. Therefore, the signal intensities of both units are related and can be compared to reconstruct the spectrum of the incident light. As another example, once the nanowire is sufficiently narrow, the density of states approaches one-dimensional behavior (see FIG. 8), which means that there are portions of the photon beyond the band gap with strong absorption, It means that there is a part with weak absorption. Thus, the signal of each unit is the total multiplication of the spectrum of the incident photon beam and the spectral response function of the nanowires in the unit. If there are more units, the incident spectrum can be reconstructed better. The resolution of the composite spectrum can be determined by the difference in state electron density between different units. Typically, a resolution of 10 meV or less is expected for most optical spectra up to 3 eV.
波長センシティブ光検出器の感度は、水平ワイヤの個数を増加したり、図３に示すように３次元積層を使用することによって上げることができる。垂直寸法のナノワイヤ材料の長さが、大部分の光が上方に位置するナノワイヤによって吸収される吸収長さ以下である限り、垂直積層が感度を増大させる。 The sensitivity of a wavelength sensitive photodetector can be increased by increasing the number of horizontal wires or using a three-dimensional stack as shown in FIG. As long as the length of the vertically dimensioned nanowire material is less than or equal to the absorption length where most of the light is absorbed by the overlying nanowires, vertical stacking increases sensitivity.
光検出器の波長選択性は、図４に示すように異なるユニットの垂直積層によって改良することができる。最上ユニットは、そのバンドギャップが下のユニットのバンドギャップより大きいことが好ましい。この場合、下のユニットに当たる光は、最上ユニットによって吸収される光子を最早含まない。従って、下のユニットによって生成される信号は、そのユニットのバンドギャップより上のスペクトル範囲内にあるが最上ユニットの吸収の範囲内にない光子のみに基づく。 The wavelength selectivity of the photodetector can be improved by vertical stacking of different units as shown in FIG. The uppermost unit preferably has a band gap greater than that of the lower unit. In this case, the light hitting the lower unit no longer contains photons absorbed by the top unit. Thus, the signal generated by the lower unit is based only on photons that are in the spectral range above that unit's band gap but not in the uppermost unit's absorption range.
ナノワイヤ(カーボンナノチューブ）の大きさは、結晶ワイヤの成長が十分に可能である程小さい。これは、典型的に、１００ｎｍ未満のナノワイヤ直径を意味する。減少する直径と共にバンドギャップシフトを得るには、閉込め効果が観察されるのに十分なだけその直径が小さい。これが始まる直径は材料に依存するが、そのシフトは、典型的に、約１０ｎｍの直径で始まる。もしナノワイヤがカーボンナノチューブであるならば、その直径は、典型的に、０．５〜６ｎｍの程度である。 The size of the nanowire (carbon nanotube) is so small that the crystal wire can be grown sufficiently. This typically means a nanowire diameter of less than 100 nm. To obtain a band gap shift with a decreasing diameter, the diameter is small enough that a confinement effect is observed. The diameter at which this begins depends on the material, but the shift typically begins with a diameter of about 10 nm. If the nanowire is a carbon nanotube, its diameter is typically on the order of 0.5-6 nm.
光検出器の有する広いスペクトル範囲を有するには、異なるフォトコンダクタユニット内の材料はそれに応じて選択される。単壁カーボンナノチューブは、０．３ｅＶから３ｅＶを超える範囲内の波長選択性を提供する（半導電性カーボンナノチューブがｂで表される図７参照）、ＩｎＰナノワイヤは、１．４ｅＶから１．５５ｅＶを超える範囲内の選択性を提供し、ＧａＡｓナノワイヤは、約１．４ｅＶのエネルギーにおいて感度を提供し、ＺｎＯナノワイヤは、約３．２ｅＶのエネルギーにおいて感度を提供する。 In order to have the wide spectral range that the photodetector has, the materials in the different photoconductor units are selected accordingly. Single-walled carbon nanotubes provide wavelength selectivity in the range from 0.3 eV to over 3 eV (see FIG. 7 where semiconducting carbon nanotubes are represented by b), while InP nanowires are 1.4 eV to 1.55 eV GaAs nanowires provide sensitivity at an energy of about 1.4 eV, and ZnO nanowires provide sensitivity at an energy of about 3.2 eV.
波長センシティブ光検出器の波長分解能は、２個の後続フォトコンダクタユニットのバンドギャップエネルギーの違いによって決定される。典型的に、３ｅＶまでの殆どの光学スペクトルに対して１０ｍｅＶ以下の分解能が期待される。 The wavelength resolution of the wavelength sensitive photodetector is determined by the difference in band gap energy between the two subsequent photoconductor units. Typically, a resolution of 10 meV or less is expected for most optical spectra up to 3 eV.
同じナノワイヤで、しかし、図２に示すように直角の方位でユニットを製造することにより、入射光の偏光を決定することができる。これは、偏光がナノワイヤ長さの方向に沿う場合に入射光は吸収されるだけだからである。 By manufacturing the unit with the same nanowire, but with a perpendicular orientation as shown in FIG. 2, the polarization of the incident light can be determined. This is because incident light is only absorbed when the polarization is along the length of the nanowire.
別の実施の形態において、上記フォトコンダクタユニットの（半導電性）ナノワイヤは、ドーピングプロファイルを有して、ｐｎダイオード、ｐｉｎダイオード、アバランシェフォトダイオード等のフォトダイオードを形成し得る。フォトダイオードを含むフォトコンダクタユニットは、次に、フォトダイオードユニットと呼ばれる。一般に、フォトダイオードは、ｐドープ部とｎドープ部を含む。ｐドープ部は、一定の又は変動するｐ型ドーピングプロファイルを有し、ｎドープ部は、一定の又は変動するｎ型ドーピングプロファイルを有する。ｐｎダイオードの場合、各フォトダイオードユニットは、図５に示すようにｐドープ部（例えば、左側部分）とｎドープ部（例えば、右側部分）の２個の部分から成るナノワイヤを間に設けた２個の電極から成る。ｐｎダイオードから成るフォトダイオードユニットを有する波長センシティブ光検出器は、高速用途に好ましい。ｐｉｎダイオードナノワイヤの場合、ナノワイヤは、不図示のｐドープ部（左）、真性部（中心）とｎドープ部（右）の３個の部分から成る。ｐｉｎダイオードに基づくユニットは、速度と量子効率の両方が望ましい場合に好ましい（量子効率は、入射光子当たりに発生される電子ホール対の個数である）。アバランシェフォトダイオードは、高逆バイアス電圧で動作すると共にｐｎダイオードと類似の構造を有するフォトダイオードである。一般に、フォトダイオードユニットにおいて、電気的応答が前出のフォトコンダクタユニットよりも速い。 In another embodiment, the (semiconductive) nanowires of the photoconductor unit may have a doping profile to form a photodiode such as a pn diode, a pin diode, an avalanche photodiode. A photoconductor unit that includes a photodiode is then referred to as a photodiode unit. In general, a photodiode includes a p-doped portion and an n-doped portion. The p-doped portion has a constant or varying p-type doping profile, and the n-doped portion has a constant or varying n-type doping profile. In the case of a pn diode, each photodiode unit has a nanowire composed of two parts, a p-doped part (for example, the left part) and an n-doped part (for example, the right part), as shown in FIG. It consists of electrodes. A wavelength sensitive photodetector having a photodiode unit consisting of a pn diode is preferred for high speed applications. In the case of a pin diode nanowire, the nanowire is composed of three parts, not shown, a p-doped part (left), an intrinsic part (center), and an n-doped part (right). Pin diode based units are preferred when both speed and quantum efficiency are desired (quantum efficiency is the number of electron hole pairs generated per incident photon). An avalanche photodiode is a photodiode that operates at a high reverse bias voltage and has a similar structure to a pn diode. Generally, in the photodiode unit, the electrical response is faster than that of the above-described photoconductor unit.
上記の別の実施の形態の組合せは、例えば、直角方位のナノワイヤを有する２個のフォトコンダクタユニットの垂直積層、フォトダイオードユニットの垂直積層等として提供される。これらの実施の形態の装置がどのように応答するかとそれらがどのように作られるかは当業者に明らかである。 The combination of the above-described other embodiments is provided as, for example, a vertical stack of two photoconductor units having nanowires with a right-angle orientation, a vertical stack of photodiode units, and the like. It will be clear to those skilled in the art how the devices of these embodiments respond and how they are made.
ナノワイヤに基づく光検出器は、従来の波長線センシティブ光検出システムに対していくつかの利点をもたらす。第１の利点は、好ましい実施の形態の光検出器が、入射光線の波長についての情報を得るのに追加の又は外部の部品を全く必要としないという事実である。オンにされるユニットが、入射光の波長についての情報を提供する。 Nanowire-based photodetectors offer several advantages over conventional wavelength-sensitive photodetection systems. The first advantage is the fact that the photodetector of the preferred embodiment does not require any additional or external components to obtain information about the wavelength of the incident light. The unit that is turned on provides information about the wavelength of the incident light.
好ましい実施の形態の装置の別の利点は、半導電性材料のバンドギャップが今日よく知られているため、異なるバンドギャップと状態の異なる電子密度を有するユニットの選択が非常に系統的になされ得ると共に、量子閉込め効果による状態の電子密度の変動を理論的計算によって予想できることである。 Another advantage of the preferred embodiment device is that the band gap of semiconducting materials is well known today, so the selection of units with different band gaps and different electron densities in the state can be made very systematic. At the same time, fluctuations in the state electron density due to the quantum confinement effect can be predicted by theoretical calculation.
別の利点は、好ましい実施の形態のナノワイヤに基づく光検出器によってカバーされる極めて広いスペクトル範囲である。従来の光検出器とフィルタのシステムのスペクトル範囲は、光検出器材料のスペクトル範囲によって制限される一方、従来の分光計構成（モノクロメータ＋光検出器）のスペクトル範囲は、分光計のグレーティングによって更に制限される。しかしながら、好ましい実施の形態において、最高に広いスペクトル範囲が１個の検出器によってカバーされるように、非常に高いバンドギャップ材料と非常に低いバンドギャップ材料のナノワイヤを有するユニットを組合せることができる。 Another advantage is the very wide spectral range covered by the preferred embodiment nanowire-based photodetectors. The spectral range of a conventional photodetector and filter system is limited by the spectral range of the photodetector material, while the spectral range of a conventional spectrometer configuration (monochromator + photodetector) is limited by the spectrometer grating. Further limitations. However, in a preferred embodiment, units with very high band gap material and very low band gap material nanowires can be combined so that the widest spectral range is covered by a single detector. .
別の利点は、ナノワイヤユニットは本来小さいと共に、入射光のフィルタリングと検出が同じユニット内で起こることである。波長センシティブ光検出器は、入射ビームの光信号を電気信号に変換すると同時に入射ビームの周波数を決定するので、これは電気通信用途に特に望ましい。いくつかの追加のオンチップ論理回路で、信号を、ハードウエア部品だけで特定の周波数用のポストプロセッシングボックスに指向させることができる。 Another advantage is that the nanowire unit is inherently small and that incident light filtering and detection occur within the same unit. This is particularly desirable for telecommunications applications because wavelength sensitive photodetectors convert the optical signal of the incident beam into an electrical signal and at the same time determine the frequency of the incident beam. With some additional on-chip logic, the signal can be directed to a post-processing box for a specific frequency with only hardware components.
（第２部）ナノワイヤ（カーボンナノワイヤ）を備える波長センシティブ光検出装置を使用する用途領域
好ましい実施の形態の波長センシティブ光検出装置の３個の用途分野が簡単に示されると共に記載される。その用途の各々において、各用途の要件が満たされるように、フォトコンダクタユニットは、互いに組合されると共に好ましくは単一チップ上に配置される好ましくは同じ特性のナノワイヤの積層を利用する。しかしながら、下記の用途に対するいくつかの代替策が可能であり、よって、装置構造は、下記のものに制限されない。
(Part 2) Application Areas Using Wavelength Sensitive Photodetectors with Nanowires (Carbon Nanowires) Three application fields of the preferred embodiment wavelength sensitive photodetectors are briefly shown and described. In each of its applications, the photoconductor units utilize a stack of nanowires, preferably of the same properties, that are combined with each other and preferably arranged on a single chip so that the requirements of each application are met. However, several alternatives for the following applications are possible, so the device structure is not limited to:
第１の用途分野は、カメラの分野、より詳しくは、色検知カメラの分野である。従来、色検知カメラの各画素は、３個のシリコン検出器から成り、各シリコン検出器は、赤、緑と青の３原色を識別するように、それの前方に色検知フィルタを有する。各画素は、図１の基本構造の３個のユニット（より高い色分解能が望ましい場合はより多くのユニット）で表される。より詳しくは、各画素は、単一チップ上に位置する、ＮＷ（又はＣＮＴ）に基づくフォトコンダクタユニットによって表される。更に、３個のフォトコンダクタユニットのバンドギャップは可視レジームを均等にカバーする、即ち、例えば、（図８参照）１個のユニットは、最低可視光子エネルギー（赤、約７００ｎｍ＝１．７８ｅＶ）に近いバンドギャップを有し、１個のユニットは、緑色光の開始（約６００ｎｍ＝２．０７ｅＶ）に近いバンドギャップを有し、１個のユニットは、青色光の開始（約５００ｎｍ＝２．４８ｅＶ）に近いバンドギャップを有する。可視光のみを透過させるフィルタが、オプションとしてナノワイヤカメラチップの前に用いられる。各ユニット内の構造部材の光学的性質（吸収長さ、状態密度、感度等）が決定される。図８は、色検知カメラ用途を図示する。図８は、色検知カメラの１画素を表す、ＮＷ（又はＣＮＴ）を備えてＵ１、Ｕ２とＵ３と呼ばれる３個のフォトコンダクタユニットに対する入射光子ビームのポテンシャルスペクトルと好ましいバンドギャップ選択を図示する。 The first field of application is the field of cameras, more specifically the field of color sensing cameras. Conventionally, each pixel of a color detection camera consists of three silicon detectors, and each silicon detector has a color detection filter in front of it to identify the three primary colors red, green and blue. Each pixel is represented by three units of the basic structure of FIG. 1 (more units if higher color resolution is desired). More specifically, each pixel is represented by a photoconductor unit based on NW (or CNT) located on a single chip. In addition, the band gap of the three photoconductor units covers the visible regime equally, ie, for example (see FIG. 8) one unit has the lowest visible photon energy (red, about 700 nm = 1.78 eV). One unit has a band gap close to the start of green light (about 600 nm = 2.07 eV) and one unit has a blue light start (about 500 nm = 2.48 eV). ). A filter that only transmits visible light is optionally used in front of the nanowire camera chip. The optical properties (absorption length, density of states, sensitivity, etc.) of the structural members in each unit are determined. FIG. 8 illustrates a color sensing camera application. FIG. 8 shows the potential spectrum of the incident photon beam and preferred bandgap selection for three photoconductor units called U 1 , U 2 and U 3 with NW (or CNT) representing one pixel of the color sensing camera. Illustrated.
色決定の機構は次のように説明することができる。フォトコンダクタユニットＵ３の信号は、図８に示すように青色光（５００ｎｍ−４００ｎｍ）に対応するスペクトル範囲の光量を決定する。Ｕ３の信号からとフォトコンダクタユニットＵ２の光学的性質の知識に基づいて、（５００ｎｍ−４００ｎｍ）のスペクトル範囲の光によるＵ２のバックグラウンド信号Ｓ2,backgroundを決定することができる。次に、Ｕ２の信号マイナス信号Ｓ2,backgroundは、緑色光（６００ｎｍ−５００ｎｍ）に対応するスペクトル範囲の光量を決定する。Ｕ３とＵ２の信号からとＵ１の光学的性質の知識に基づいて、（６００ｎｍ−４００ｎｍ）のスペクトル範囲の光によるＵ１のバックグラウンド信号Ｓ1,backgroundを決定することができる。次に、Ｕ１の信号マイナス信号Ｓ1,backgroundは、赤色光（７００ｎｍ−６００ｎｍ）に対応するスペクトル範囲の光量を決定する。 The mechanism of color determination can be explained as follows. Signal photoconductor unit U 3 determines the amount of spectral range corresponding to blue light (500 nm-400 nm) as shown in FIG. Based from signal U 3 on the knowledge of the optical properties of photoconductor unit U 2, it is possible to determine the spectral range of the background signal S 2, background of U 2 by light (500nm-400nm). Next, signal minus signal S 2, background of U 2 determines the amount of spectral range corresponding to green light (600nm-500nm). Based from U 3 and U 2 of the signal on the knowledge of the optical properties of U 1, it is possible to determine the spectral range of the background signal S 1, background of U 1 with light of (600nm-400nm). Next, signal minus signals S 1 of U 1, background determines the amount of spectral range corresponding to red light (700nm-600nm).
フォトコンダクタユニットＵ１の好ましい材料は、例えば、Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓ、ＩｎＰ又はＧａＡｓである。フォトコンダクタユニットＵ２の好ましい材料は、例えば、Ｃｕ２Ｏであり、フォトコンダクタユニットＵ３の好ましい材料は、例えば、ＣｄＳである。 A preferred material of the photoconductor unit U 1 is, for example, Al 1-x Ga x As, InP, or GaAs. Preferred materials for photoconductor unit U 2 is, for example, Cu 2 O, the preferred materials for photoconductor unit U 3 is, for example, CdS.
第２の用途分野は電気通信の分野であり、より詳しくは、入射光線の周波数が決定されると同時に、波長センシティブ検出器が、光信号を電気信号に変換するのに使用される。光子エネルギーが、オンにされるユニットの最も狭いバンドギャップを有するナノワイヤユニットのバンドギャップによって与えられるように、電気通信用の典型的光線は狭いスペクトル範囲を有する。従って、全ての入射光線の信号は同じ検出器に当たり、いくつかの追加オンチップ回路により、得られた周波数情報は、信号を特定の周波数のためのポストプロセッシングに指向させることができる。 The second field of application is that of telecommunications, and more particularly, the frequency of the incident light is determined and at the same time a wavelength sensitive detector is used to convert the optical signal into an electrical signal. Typical light beams for telecommunications have a narrow spectral range, as photon energy is provided by the band gap of the nanowire unit with the narrowest band gap of the unit being turned on. Thus, all incident light signals hit the same detector, and with some additional on-chip circuitry, the resulting frequency information can direct the signal to post processing for a particular frequency.
第３の用途分野は分光学の分野であり、より詳しくは、好ましい実施の形態の波長センシティブ検出器が、入射光子の周波数スペクトルを決定するのに使用される。もし全てのユニットのスペクトル応答が既知で、且つ、ポストプロセッシングが使用されるならば、入射光の光学スペクトルを構築することができる。これは、（異なるフォトコンダクタユニットの較正により得ることのできる）異なるフォトコンダクタユニットのスペクトル応答と、大きなバンドギャップを有するユニットの信号から、（この高エネルギー光子による）より小さいバンドギャップを有するユニットの最小期待信号を決定することができる。より詳しくは、もし特定のユニットに対して、信号が、高エネルギー光子により予想最小信号より強くて、考察しているユニットのバンドギャップと高エネルギーバンドギャップの最小のものを有するユニットのバンドギャップの間のスペクトル範囲の光があると結論付けることができる。 The third field of application is in the field of spectroscopy, and more particularly, the preferred embodiment wavelength sensitive detector is used to determine the frequency spectrum of the incident photons. If the spectral response of all units is known and post-processing is used, the optical spectrum of the incident light can be constructed. This is due to the spectral response of different photoconductor units (which can be obtained by calibration of different photoconductor units) and the signal of the unit with a large bandgap, for units with a smaller bandgap (due to this high energy photon). A minimum expected signal can be determined. More specifically, for a particular unit, the signal of the band gap of the unit having a minimum of the band gap of the unit under consideration and the minimum of the high energy band gap is stronger than the expected minimum signal due to the high energy photons. It can be concluded that there is light in the spectral range between.
図９に概略的に示すように、もし個々のフォトコンダクタユニットのナノワイヤが、状態プロファイルの１次元密度に接近すれば、吸収は連続的でない。ある波長範囲における吸収の不足と他の波長範囲における高吸収は、検出器の波長識別性を改良するから、この事実は分光学の分野において利用することができる。 As schematically shown in FIG. 9, absorption is not continuous if the nanowires of the individual photoconductor units approach the one-dimensional density of the state profile. This fact can be used in the field of spectroscopy, since lack of absorption in one wavelength range and high absorption in other wavelength ranges improve the wavelength discrimination of the detector.
当業者は、前述した全ての呈示した用途の組合せを実施及び／又は変更して、他の代替策及び用途に導くことができる。これらの代替策も、又、好ましい実施の形態の一部である。 One of ordinary skill in the art can implement and / or modify all of the presented application combinations described above to lead to other alternatives and applications. These alternatives are also part of the preferred embodiment.
感光性波長検出器を作製するのに使用することができるフォトコンダクタユニットを作製するように、好ましくは大略同じ直径、長さと材料のナノワイヤを２個の電極の間に垂直積層することが、好ましい実施の形態において分光学、電気通信と色検知カメラの分野で説明されているが、当業者は、積層ナノワイヤを備えるフォトコンダクタユニットを使用することのできるいくつかの他の可能な用途においてそれを実施することができる。 Preferably, nanowires of approximately the same diameter, length and material are preferably vertically stacked between two electrodes so as to make a photoconductor unit that can be used to make a photosensitive wavelength detector. Although described in the field of spectroscopy, telecommunications and color sensing cameras in the embodiments, those skilled in the art will see that in some other possible applications where a photoconductor unit comprising stacked nanowires can be used. Can be implemented.
全ての参照符号は、全体が参考として本明細書に組込まれている。参考として組込まれた刊行物、特許又は特許出願が明細書に含まれる開示内容と矛盾する程度まで、明細書は、このような矛盾する資料に取って代わる及び／又は優先するように意図されている。 All reference signs are incorporated herein by reference in their entirety. To the extent that publications, patents or patent applications incorporated by reference conflict with the disclosure contained in the specification, the specification is intended to replace and / or supersede such conflicting material. Yes.
本明細書に使用される用語「備える」（comprising）は、「含む」（including）、「含有する」（containing）又は「特徴とする」（characterized by）と同意語であると共に、包含的且つ非制限的であって、追加の列挙しない要素や方法ステップを除外しない。 As used herein, the term “comprising” is synonymous with “including”, “containing” or “characterized by” and includes inclusive and It is non-limiting and does not exclude additional non-enumerated elements or method steps.
本明細書と請求項で使用される成分量、反応条件等を表す全ての数字は、全ての場合において用語「約」で修飾されると理解すべきである。従って、別なように示されていなければ、本明細書と添付請求項に記載の数値パラメータは、本発明で得ようとする所望の性質に応じて変動する近似である。少なくとも、請求項の範囲に均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは、有効数字の個数と通常の丸め操作に照らして解釈されるべきである。 It should be understood that all numbers representing component amounts, reaction conditions, etc. used in the specification and claims are modified in all cases by the term “about”. Thus, unless indicated otherwise, the numerical parameters set forth in this specification and the appended claims are approximations that vary depending on the desired properties sought to be obtained with the present invention. Each numerical parameter should be interpreted in the light of the number of significant digits and normal rounding operations, at least not as an attempt to limit the application of doctrine of equivalence to the scope of the claims.
１ 基板
２ 垂直構造部材
３ ナノワイヤ
1 Substrate 2 Vertical member 3 Nanowire
Claims (27)
第１フォトコンダクタユニットの平面と第２フォトコンダクタユニットの平面が、互いに大略平行であると共に、基板の平面に対して大略垂直であり、又、各フォトコンダクタユニットは、第１長手方向及び第１長手方向に平行な第１平面内に位置する第１側壁を有する第１電極と、第２長手方向及び第２長手方向に平行な第２平面内に位置する第２側壁を有する第２電極とを備え、更に、第１フォトコンダクタユニットは、第１フォトコンダクタユニットの第１電極と第２電極の間に配置された複数の第１型の細長いナノ構造体を備え、且つ、第１型の細長いナノ構造体の各々は長手軸心を有し、又、第１型の細長いナノ構造体の長手軸心は、互いに大略平行であると共に、第１フォトコンダクタユニットの第１電極の平面と第２電極の平面に対して大略垂直である一方、第２フォトコンダクタユニットは、第２フォトコンダクタユニットの第１電極と第２電極の間に配置された複数の第２型の細長いナノ構造体を備え、且つ、第２型の細長いナノ構造体の各々は長手軸心を有し、又、第２型の細長いナノ構造体の長手軸心は、互いに大略平行であると共に、第２フォトコンダクタユニットの第１電極の平面と第２電極の平面に対して大略垂直であり、更に、第１型の細長いナノ構造体は第２型の細長いナノ構造体と異なる波長センシティブ検出器。 In a wavelength sensitive detector comprising a first photoconductor unit and a second photoconductor unit on a substrate,
The plane of the first photoconductor unit and the plane of the second photoconductor unit are substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the plane of the substrate, and each photoconductor unit has the first longitudinal direction and the first photoconductor unit. A first electrode having a first sidewall located in a first plane parallel to the longitudinal direction; a second electrode having a second sidewall located in a second plane parallel to the second longitudinal direction and the second longitudinal direction; The first photoconductor unit further comprises a plurality of first type elongated nanostructures disposed between the first electrode and the second electrode of the first photoconductor unit, and the first type Each of the elongated nanostructures has a longitudinal axis, and the longitudinal axes of the first type of elongated nanostructures are substantially parallel to each other, and the first electrode plane of the first photoconductor unit and the first electrode 2 electrode flat The second photoconductor unit comprises a plurality of second type elongated nanostructures disposed between the first electrode and the second electrode of the second photoconductor unit, and Each of the second type elongated nanostructures has a longitudinal axis, and the longitudinal axes of the second type elongated nanostructures are substantially parallel to each other and the first electrode of the second photoconductor unit. The wavelength sensitive detector is substantially perpendicular to the plane of the second electrode and the plane of the second electrode, and the first type elongated nanostructure is different from the second type elongated nanostructure.
基板上に第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットを設けるステップを備え、又、フォトコンダクタユニットを設けるステップが、第１長手方向及び第１長手方向に平行な第１平面内に位置する第１側壁を有する第１電極を設けるステップと、第１平面と第２平面が、互いに大略平行であると共に、基板の平面に対して大略垂直であるように、第２長手方向及び第２長手方向に平行な第２平面内に位置する第２側壁を有する第２電極を設けるステップと、各々が第１端と第２端を有する複数の細長いナノ構造体を設けるステップとを備え、更に、細長いナノ構造体の第１端を第１電極の第１側壁に止着する一方、細長いナノ構造体の第２端を第２電極の第２側壁に止着し、又、各細長いナノ構造体が長手軸心を有し、更に、細長いナノ構造体の長手軸心が、互いに大略平行であると共に、第１平面と第二平面に対して大略垂直であり、更に、第１フォトコンダクタユニットと第２フォトコンダクタユニットを設けるステップが、第１型の細長いナノ構造体を有する第１フォトコンダクタユニットと第２型の細長いナノ構造体を有する第２フォトコンダクタユニットを設けるステップを備え、且つ、第１型の細長いナノ構造体が第２型の細長いナノ構造体と異なる方法。 In a method of manufacturing a wavelength sensitive detector comprising a first photoconductor unit and a second photoconductor unit on a substantially flat substrate,
Providing a first photoconductor unit and a second photoconductor unit on the substrate, and the step of providing the photoconductor unit includes a first plane located in a first plane parallel to the first longitudinal direction and the first longitudinal direction. Providing the first electrode having one side wall; and the second longitudinal direction and the second longitudinal direction so that the first plane and the second plane are substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the plane of the substrate. Providing a second electrode having a second sidewall located in a second plane parallel to the substrate, and providing a plurality of elongated nanostructures each having a first end and a second end; The first end of the nanostructure is secured to the first sidewall of the first electrode, while the second end of the elongated nanostructure is secured to the second sidewall of the second electrode, and each elongated nanostructure is Has a longitudinal axis The longitudinal axes of the elongated nanostructures are substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the first plane and the second plane, and further comprising the steps of providing a first photoconductor unit and a second photoconductor unit. Providing a first photoconductor unit having a first type of elongated nanostructure and a second photoconductor unit having a second type of elongated nanostructure, and the first type of elongated nanostructure is A different method from the two types of elongated nanostructures.
The method of claim 21, further comprising the step of adding additional signal processing circuitry to each of the photoconductor units.
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Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007317961A (en) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Sharp Corp | Integrated circuit device, its manufacturing method, and display device |
| JP2008288585A (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Dongbu Hitek Co Ltd | Image sensor and method for manufacturing the same |
| JP2009210458A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | National Institute For Materials Science | Electronic device and manufacturing method therefor |
| WO2010047844A2 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-29 | Hewlett-Packard Development Company, L. P. | Nanowire bolometer photodetector |
| KR100976865B1 (en) | 2008-04-28 | 2010-08-23 | 한국기계연구원 | Wavelength detection appratus and fabricating method thereof |
| JP2010532093A (en) * | 2007-06-26 | 2010-09-30 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Nanowire photodiode and method of fabricating nanowire photodiode |
| JP2010230674A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-14 | Qinghua Univ | Apparatus and method for detecting electromagnetic wave |
| JP2010271310A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Qinghua Univ | Apparatus and method for detecting electromagnetic wave |
| JP2011503834A (en) * | 2007-04-25 | 2011-01-27 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Optoelectronic devices based on nanowires |
| WO2011021454A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | 日立造船株式会社 | Solar cell and solar cell device |
| JP2011049188A (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-10 | Hitachi Zosen Corp | Solar cell and solar cell device |
| JP2011108763A (en) * | 2009-11-16 | 2011-06-02 | Hitachi Zosen Corp | Solar cell and method of manufacturing the same, and solar cell device |
| CN102112901A (en) * | 2008-07-31 | 2011-06-29 | 惠普开发有限公司 | Nano-wire optical block devices for amplifying, modulating, and detecting optical signals |
| JP2012502466A (en) * | 2008-09-04 | 2012-01-26 | クナノ アーベー | Nanostructured photodiode |
| KR101191481B1 (en) | 2011-03-24 | 2012-10-15 | 성균관대학교산학협력단 | TRANSPARENT ZnO NANOSTRUCTURE-BASED ULTRAVIOLET PHOTODECTORS AND FIRE MONITORING APPARATUS USING TRANSPARENT ZnO NANOSTRUCTURE-BASED ULTRAVIOLET PHOTODECTORS |
| TWI397701B (en) * | 2009-04-17 | 2013-06-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Device and method for detecting electromagnetic wave |
| JP2013545102A (en) * | 2010-11-15 | 2013-12-19 | アメリカ合衆国 | Perforated contact electrodes on vertical nanowire arrays |
| KR101845139B1 (en) | 2015-12-29 | 2018-05-18 | 전자부품연구원 | Avalanche photodiode using silicon nanowire and silicon nanowire photomultiplier using the same |
| US10501316B2 (en) | 2010-11-15 | 2019-12-10 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Nanowire arrays for trace vapor preconcentration |
| WO2020225987A1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Imaging device |
| CN114586182A (en) * | 2019-10-31 | 2022-06-03 | 松下知识产权经营株式会社 | Photoelectric conversion element, electronic device, and light-emitting device |
| CN114586182B (en) * | 2019-10-31 | 2024-04-19 | 松下知识产权经营株式会社 | Photoelectric conversion element, electronic device, and light-emitting device |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58105569A (en) * | 1981-12-16 | 1983-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor photo detector |
| JPH04296060A (en) * | 1991-03-26 | 1992-10-20 | Hitachi Ltd | Solar cell |
| US20020172820A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-11-21 | The Regents Of The University Of California | Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom |
| JP2003282924A (en) * | 2002-03-25 | 2003-10-03 | Fujitsu Ltd | Photo detector and method of manufacturing the same |
| WO2004013915A1 (en) * | 2002-08-01 | 2004-02-12 | Sanyo Electric Co.,Ltd. | Optical sensor, method for manufacturing and driving optical sensor, and method for measuring light intensity |
| JP2004193527A (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Canon Inc | Semiconductor device array and its manufacturing method |
| WO2005008787A1 (en) * | 2003-07-18 | 2005-01-27 | Japan Science And Technology Agency | Optical sensor |
-
2006
- 2006-07-26 JP JP2006203330A patent/JP2007043150A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58105569A (en) * | 1981-12-16 | 1983-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor photo detector |
| JPH04296060A (en) * | 1991-03-26 | 1992-10-20 | Hitachi Ltd | Solar cell |
| US20020172820A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-11-21 | The Regents Of The University Of California | Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom |
| JP2003282924A (en) * | 2002-03-25 | 2003-10-03 | Fujitsu Ltd | Photo detector and method of manufacturing the same |
| WO2004013915A1 (en) * | 2002-08-01 | 2004-02-12 | Sanyo Electric Co.,Ltd. | Optical sensor, method for manufacturing and driving optical sensor, and method for measuring light intensity |
| JP2004193527A (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Canon Inc | Semiconductor device array and its manufacturing method |
| WO2005008787A1 (en) * | 2003-07-18 | 2005-01-27 | Japan Science And Technology Agency | Optical sensor |
Cited By (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007317961A (en) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Sharp Corp | Integrated circuit device, its manufacturing method, and display device |
| US8129768B2 (en) | 2006-05-26 | 2012-03-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Integrated circuit device, manufacturing method thereof, and display device |
| US8357926B2 (en) | 2007-04-25 | 2013-01-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Gain-clamped semiconductor optical amplifiers |
| JP2011503834A (en) * | 2007-04-25 | 2011-01-27 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Optoelectronic devices based on nanowires |
| JP2008288585A (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Dongbu Hitek Co Ltd | Image sensor and method for manufacturing the same |
| JP2010532093A (en) * | 2007-06-26 | 2010-09-30 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Nanowire photodiode and method of fabricating nanowire photodiode |
| JP2009210458A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | National Institute For Materials Science | Electronic device and manufacturing method therefor |
| KR100976865B1 (en) | 2008-04-28 | 2010-08-23 | 한국기계연구원 | Wavelength detection appratus and fabricating method thereof |
| US8873893B2 (en) | 2008-07-31 | 2014-10-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nano-wire optical block devices for amplifying, modulating, and detecting optical signals |
| CN102112901A (en) * | 2008-07-31 | 2011-06-29 | 惠普开发有限公司 | Nano-wire optical block devices for amplifying, modulating, and detecting optical signals |
| JP2011529637A (en) * | 2008-07-31 | 2011-12-08 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Nanowire optical block device for amplifying, modulating and detecting optical signals |
| JP2012502466A (en) * | 2008-09-04 | 2012-01-26 | クナノ アーベー | Nanostructured photodiode |
| WO2010047844A2 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-29 | Hewlett-Packard Development Company, L. P. | Nanowire bolometer photodetector |
| WO2010047844A3 (en) * | 2008-10-20 | 2010-07-01 | Hewlett-Packard Development Company, L. P. | Nanowire bolometer photodetector |
| JP2012506056A (en) * | 2008-10-20 | 2012-03-08 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Nanowire bolometer photodetector |
| US8178842B2 (en) | 2008-10-20 | 2012-05-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nanowire bolometer photodetector |
| CN102187237A (en) * | 2008-10-20 | 2011-09-14 | 惠普开发有限公司 | Nanowire bolometer photodetector |
| JP2010230674A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-14 | Qinghua Univ | Apparatus and method for detecting electromagnetic wave |
| TWI397701B (en) * | 2009-04-17 | 2013-06-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Device and method for detecting electromagnetic wave |
| JP2010271310A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Qinghua Univ | Apparatus and method for detecting electromagnetic wave |
| JP2011044511A (en) * | 2009-08-20 | 2011-03-03 | Hitachi Zosen Corp | Solar cell and method of manufacturing the same, and solar cell device |
| WO2011021454A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | 日立造船株式会社 | Solar cell and solar cell device |
| JP2011049188A (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-10 | Hitachi Zosen Corp | Solar cell and solar cell device |
| JP2011108763A (en) * | 2009-11-16 | 2011-06-02 | Hitachi Zosen Corp | Solar cell and method of manufacturing the same, and solar cell device |
| JP2013545102A (en) * | 2010-11-15 | 2013-12-19 | アメリカ合衆国 | Perforated contact electrodes on vertical nanowire arrays |
| JP2016029370A (en) * | 2010-11-15 | 2016-03-03 | アメリカ合衆国 | Perforated contact electrode on vertical nanowire array |
| US10501316B2 (en) | 2010-11-15 | 2019-12-10 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Nanowire arrays for trace vapor preconcentration |
| KR101191481B1 (en) | 2011-03-24 | 2012-10-15 | 성균관대학교산학협력단 | TRANSPARENT ZnO NANOSTRUCTURE-BASED ULTRAVIOLET PHOTODECTORS AND FIRE MONITORING APPARATUS USING TRANSPARENT ZnO NANOSTRUCTURE-BASED ULTRAVIOLET PHOTODECTORS |
| KR101845139B1 (en) | 2015-12-29 | 2018-05-18 | 전자부품연구원 | Avalanche photodiode using silicon nanowire and silicon nanowire photomultiplier using the same |
| WO2020225987A1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Imaging device |
| CN114586182A (en) * | 2019-10-31 | 2022-06-03 | 松下知识产权经营株式会社 | Photoelectric conversion element, electronic device, and light-emitting device |
| CN114586182B (en) * | 2019-10-31 | 2024-04-19 | 松下知识产权经营株式会社 | Photoelectric conversion element, electronic device, and light-emitting device |
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