JP5641420B2 - テラヘルツ検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、複数の帯域のテラヘルツ波を同時に検出することができるテラヘルツ検出器を提供することを目的とする。
図1〜図4は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ検出器に使用されるテラヘルツ検出素子の概略構成を示している。図1はテラヘルツ検出素子の平面図、図2は図1のA−A断面図、図3は図1のB−B断面図、図4は図1のC−C断面図である。
本実施形態におけるテラヘルツ検出素子10は、互いに異なる複数の帯域のテラヘルツ波(テラヘルツ光)を同時に検出できるように構成されており、図1に示すように、基板11と、基板11上に形成された複数(ここでは三つ)のアンテナ部(第1〜第3アンテナ部)13a〜13cと、基板11上に形成された複数(アンテナ部と同数)の超伝導トンネル接合素子(第1〜第3STJ素子)15a〜15cと、を備える。
本実施形態において、第1アンテナ部13aと第1STJ素子15a、第2アンテナ部13bと第2STJ素子15b、及び、第3アンテナ部13cと第3STJ素子15cはそれぞれ基板11上に一体形成されており、換言すれば、テラヘルツ検出素子10は、基板11上に、アンテナ部を備えたSTJ素子を複数有している。
第1〜第3アンテナ部13a〜13cは、それぞれテラヘルツ帯における異なる周波数をその共振周波数として形成され、基板11上に所定の間隔をあけて配置されている。本実施形態におけるテラヘルツ帯とは、0.1〜10THz(好ましくは0.1〜5THz)程度の周波数帯域のことをいい、第1アンテナ部13aはテラヘルツ帯における第1の周波数をその共振周波数として有し、第2アンテナ部13bはテラヘルツ帯における第2の周波数をその共振周波数として有し、第3のアンテナ部13はテラヘルツ帯における第3の周波数をその共振周波数として有している。これら第1の周波数、第2の周波数及び第3の周波数は、テラヘルツ検出器の仕様等に応じて任意に設定することができる。
ここで、図1に示すように、本実施形態における第1〜第3アンテナ部13a〜13cは、いわゆるボウタイアンテナとして形成されている。但し、これに限るものではなく、各アンテナ部が異なる周波数をそれぞれの共振周波数として有していればよい。
なお、第2アンテナ部13b及び第3アンテナ部13cについても同様であり、第2アンテナ部13bの形状は、該第2アンテナ部13bの共振周波数がテラヘルツ帯における第2の周波数に一致するように設定され、第3アンテナ部13cの形状は、その共振周波数がテラヘルツ帯における第3の周波数に一致するように設定される。
図6(b)に示す第6工程では、スパッタリングによって層間絶縁層(SiO2など)74を堆積させる。
図6(d)に示す第8工程では、上記第3工程と同様の方法によって層間絶縁層74を削り、その後、残ったレジスト75を取り除く。これにより、層間絶縁膜23及びコンタクトホール27が形成される。
図7(b)に示す第10工程では、上記第2工程と同様の方法によって上部配線23及びPAD25の形状にパターニングされたレジスト77を形成する。
図7(c)に示す第11工程では、上記第3工程と同様の方法によって上部配線層76を削り、その後、残ったレジスト77を取り除く。これにより、上部配線25及びPAD29が形成される。
以上の第1〜第11工程によってテラヘルツ検出素子10が作製される。
なお、以上ではスパッタリングによって各層を堆積させているが、これに限るものではなく、他の方法(例えば蒸着)によって各層を堆積させるようにしてもよい。
上述したように、基板11上には、第1〜第3アンテナ部13a〜13cがボウタイアンテナとして形成されており、第1〜第3アンテナ部13a〜13cは、それぞれテラヘルツ帯における第1の周波数、第2の周波数、第3の周波数をその共振周波数として有している。そして、第1STJ素子15aは第1アンテナ部13aの中心に、第2STJ素子15bは第2アンテナ部13bの中心に、第3STJ素子15cは第3アンテナ部13cの中心に配置されている。
このため、基板11上にテラヘルツ波が照射されると、各アンテナ部の共振効果によって各アンテナの中心に電界の集中が起こり、集中した電磁波(電磁場)によって各STJ素子の下部電極51内のクーパー対が破壊されて準粒子が生成される。そして、各STJ素子は、下部電極51内で生成された準粒子がトンネルバリア53をトンネルする際に流れるトンネル電流を検出信号として出力する。
基板11上に、テラヘルツ帯域における異なる周波数をそれぞれの共振周波数として有する複数のアンテナ部が形成され、各STJ素子が各アンテナ部に接続されているので、同時に複数の帯域のテラヘルツ波を検出することができる。これにより、広帯域性と波長フィルタリング機能(テラヘルツ光の分光機能)とを併せ持ったテラヘルツ検出器(テラヘルツ検出素子)を実現できる。また、例えばさまざまな周波数のテラヘルツ波を物質にあてた際の周波数ごとの吸収の分布(スペクトル)等を計測することも可能になるから、その計測結果を利用して当該物質の種類の推定などを行う装置に利用できる。
例えば、上記実施形態では、基板11の上面(表面)にテラヘルツ波(テラヘルツ光)を照射させているが、テラヘルツ光を基板11の下面(裏面)に照射させるようにしてもよい。但し、この場合には、基板11として例えばサファイアのようにテラヘルツ光の反射や吸収をほとんど行わずに透過させる材質からなる基板を使用し、基板11の上面に形成された各アンテナ部にテラヘルツ光が照射されるようにテラヘルツ検出素子を構成する必要がある。一方、基板11の上面にテラヘルツ光を照射させる場合には、上記実施形態のように各アンテナ部上にSiO2(二酸化ケイ素)のようなテラヘルツ光を反射する層を形成してはならない点に留意する必要がある。なお、上記実施形態におけるテラヘルツ検出素子においては、基板11としてサファイア基板を採用することにより、基板11の上面にテラヘルツ光を照射させる場合と基板11の下面にテラヘルツ光を照射させる場合との両方に対応することができる。
Claims (2)
- テラヘルツ帯における異なる周波数をそれぞれの共振周波数として有する複数のアンテナ部と、各アンテナ部に対応して設けられた超伝導トンネル接合素子とが基板上に形成されたテラヘルツ検出器であって、
テラヘルツ光を前記基板上の特定領域に集光させる集光手段を備え、
前記複数のアンテナ部及び超伝導トンネル結合素子は、前記集光手段による前記テラヘルツ光のスポット内に円状に配置されている、テラヘルツ検出器。 - 前記複数のアンテナ部のそれぞれはボウタイアンテナとして形成され、
各アンテナ部の中心に前記超伝導トンネル接合素子が配置されている、請求項1に記載のテラヘルツ検出器。
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