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公開番号2025006133
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023106734
出願日2023-06-29
発明の名称センサ素子構造体、固体量子センサモジュールおよびセンサ装置
出願人大日本印刷株式会社
代理人個人,個人
主分類G01R 33/20 20060101AFI20250109BHJP(測定;試験)
要約【課題】色中心を有する固体素子を含むセンサ素子構造体であり、放出するフォトルミネッセンスの強度を向上させることが可能なセンサ素子構造体を提供する。
【解決手段】第1光学機能層、色中心を有する固体素子、および第2光学機能層を、厚さ方向において、この順に備え、上記固体素子は、第1の波長の光を含む励起光によって、上記色中心を基底状態から励起状態に励起し、第2の波長の光を含むフォトルミネッセンスを放出し、上記厚さ方向に延びる溝によって、互いに孤立した複数の素子部を有するキャビティ構造を有し、上記第1光学機能層は、上記第2の波長の光を反射し、上記第2光学機能層は、上記第2の波長の光を透過および反射する、センサ素子構造体を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１光学機能層、色中心を有する固体素子、および第２光学機能層を、厚さ方向において、この順に備え、
前記固体素子は、
第１の波長の光を含む励起光によって前記色中心を基底状態から励起状態に励起し、第２の波長の光を含むフォトルミネッセンスを放出し、前記厚さ方向に延びる溝によって、互いに孤立した複数の素子部を有するキャビティ構造を有し、
前記第１光学機能層は、前記第２の波長の光を反射し、
前記第２光学機能層は、前記第２の波長の光を透過および反射する、センサ素子構造体。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第１光学機能層は、前記第１の波長の光を透過する、請求項１に記載のセンサ素子構造体。
【請求項３】
前記固体素子と前記第１光学機能層との間、および、前記固体素子と前記第２光学機能層との間の少なくとも一方に、厚さ調整層を備える、請求項１に記載のセンサ素子構造体。
【請求項４】
前記素子部は、
前記厚さ方向に対して垂直な方向に延在し、前記厚さ方向に沿って所定の間隔を空けて並んで配置された、複数の色中心層を有する、請求項１に記載のセンサ素子構造体。
【請求項５】
前記固体素子は、ＮＶ中心を有するダイヤモンドである、請求項１に記載のセンサ素子構造体。
【請求項６】
第１主面および前記第１主面の反対側に位置する第２主面を有する基板と、
前記基板の前記第１主面側に位置する、請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載のセンサ素子構造体と、
前記基板と前記センサ素子構造体との間に位置する導光板と、
前記センサ素子構造体よりも前記基板側に位置するマイクロ波場送信用アンテナと、
前記基板の前記第１主面側に位置し、前記第１の波長の光を含む励起光を前記導光板に向けて放出する光源と、
前記基板の前記第１主面側に位置し、前記第２の波長の光を含むフォトルミネッセンスを検出する光検出器と、を備え、
前記センサ素子構造体は、前記第１光学機能層が前記基板側となるように位置している、固体量子センサモジュール。
【請求項７】
前記光検出器は、前記基板の前記第１主面の法線方向に沿って見た場合に、前記マイクロ波場送信用アンテナと重ならない、請求項６に記載の固体量子センサモジュール。
【請求項８】
前記光源は、前記基板の前記第１主面の法線方向に沿って見た場合に、前記マイクロ波場送信用アンテナと重ならない、請求項６に記載の固体量子センサモジュール。
【請求項９】
前記マイクロ波場送信用アンテナは、前記導光板よりも前記基板側に位置する、請求項６に記載の固体量子センサモジュール。
【請求項１０】
前記マイクロ波場送信用アンテナが、前記第１の波長の光を透過可能な透過アンテナであり、前記基板の前記第１主面の法線方向において、前記導光板が、前記光源と前記マイクロ波場送信用アンテナとの間に位置する、請求項６に記載の固体量子センサモジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、センサ素子構造体、固体量子センサモジュールおよびセンサ装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドの結晶構造中において、結晶格子の炭素原子の位置に置き換わる形で入った窒素原子と、その窒素原子に隣接した位置に存在する空孔との対からなる複合欠陥（ＮＶ中心（Nitrogen Vacancy center））が知られている。ダイヤモンドの結晶構造には、ＮＶ中心以外にも、珪素-空孔中心（ＳｉＶ中心）、スズ－空孔中心（ＳｎＶ中心）等と呼ばれる複合欠陥が知られており、ＮＶ中心を含むこれらの複合欠陥は、色中心と呼ばれている。
【０００３】
ＮＶ中心は、電子が捕獲された状態（以下「ＮＶ
－
」と呼ぶ）においては、スピン三重項と呼ばれる状態を形成し、単一スピンとして振る舞う。ＮＶ
－
の単一スピンは外部の磁場に反応して変化し、このスピン状態の測定も室温下で可能であるため、ＮＶ中心を含むダイヤモンドは、磁場センサ装置、電場センサ装置等の材料として利用できる。
【０００４】
特許文献１には、基板と、基板上に配置された複数の格子点欠陥を含む電子スピン欠陥層と、マイクロ波場送信器と、光源と、電子スピン欠陥層の少なくとも一部を含み、電子スピン欠陥層を通る前記光を再循環させるように配置されている光共鳴器キャビティと、電子スピン欠陥層から放出されているフォトルミネッセンスを検出する光検出器と、電子スピン欠陥層に隣接して配置されている磁石と、を含む磁力計が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２０２２－５５００４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＮＶ中心を有するダイヤモンド素子に代表される固体素子を使用したセンサ装置には、高感度なセンシング性能が求められており、これに伴い、固体素子が放出するフォトルミネッセンスの強度の向上が求められる。
【０００７】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、色中心を有する固体素子を含むセンサ素子構造体であり、放出するフォトルミネッセンスの強度を向上させることが可能なセンサ素子構造体を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一実施形態は、第１光学機能層、色中心を有する固体素子、および第２光学機能層を、厚さ方向において、この順に備え、上記固体素子は、第１の波長の光を含む励起光によって上記色中心を基底状態から励起状態に励起し、第２の波長の光を含むフォトルミネッセンスを放出し、上記厚さ方向に延びる溝によって互いに孤立した複数の素子部を有するキャビティ構造を有し、上記第１光学機能層は、上記第２の波長の光を反射し、上記第２光学機能層は、上記第２の波長の光を透過および反射する、センサ素子構造体を提供する。
【０００９】
本開示の他の実施形態は、第１主面および上記第１主面の反対側に位置する第２主面を有する基板と、上記基板の上記第１主面側に位置する、上述のセンサ素子構造体と、上記基板と上記センサ素子構造体との間に位置する導光板と、上記センサ素子構造体よりも上記基板側に位置するマイクロ波場送信用アンテナと、上記基板の上記第１主面側に位置し、上記第１の波長の光を含む励起光を、上記導光板に向けて放出する光源と、上記基板の上記第１主面側に位置し、上記第２の波長の光を含むフォトルミネッセンスを検出する光検出器と、を備え、上記センサ素子構造体は、上記第１光学機能層が上記基板側となるように位置している、固体量子センサモジュールを提供する。
【００１０】
本開示の他の実施形態は、上述の固体量子センサモジュールを備える、センサ装置を提供する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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