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公開番号2025044458
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152027
出願日2023-09-20
発明の名称受光装置
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人iX
主分類H10F 30/28 20250101AFI20250326BHJP()
要約【課題】広い波長範囲の光に対して強い応答が可能な受光装置の提供。
【解決手段】受光装置は、光の受光部を有するグラフェンと、前記グラフェンと電気的に接続された主電極であって、ソース電極とドレイン電極とを有し、前記受光部が前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置する、主電極と、前記グラフェンの前記受光部と容量結合を介して電気的に接続されたゲート電極と、前記主電極及び前記ゲート電極と電気的に接続され、前記主電極及び前記ゲート電極に電圧を印加し、前記主電極に流れる電流を測定する回路部と、前記グラフェンの前記受光部に接し、酸解離定数が3以上の陰イオンと、酸解離定数が11以下の陽イオンのいずれかであるイオン性物質と、を備える。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
光の受光部を有するグラフェンと、
前記グラフェンと電気的に接続された主電極であって、ソース電極とドレイン電極とを有し、前記受光部が前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置する、主電極と、
前記グラフェンの前記受光部と容量結合を介して電気的に接続されたゲート電極と、
前記主電極及び前記ゲート電極と電気的に接続され、前記主電極及び前記ゲート電極に電圧を印加し、前記主電極に流れる電流を測定する回路部と、
前記グラフェンの前記受光部に接し、酸解離定数が３以上の陰イオンと、酸解離定数が１１以下の陽イオンのいずれかであるイオン性物質と、
を備える受光装置。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記ゲート電極は、前記グラフェンを支持する基板を有する請求項１に記載の受光装置。
【請求項３】
前記ゲート電極は、イオン液体を介して、前記グラフェンの前記受光部と電気的に接続されている請求項１に記載の受光装置。
【請求項４】
前記イオン液体は、前記受光部の下面に接する請求項３に記載の受光装置。
【請求項５】
前記イオン液体は、塩素イオンを含み、
前記ゲート電極は、銀／塩化銀電極である請求項３または４に記載の受光装置。
【請求項６】
前記受光部は、加湿空間に位置する請求項１～４のいずれか１つに記載の受光装置。
【請求項７】
前記受光部を加湿雰囲気に曝露する機構をさらに備える請求項１～４のいずれか１つに記載の受光装置。
【請求項８】
前記受光部は、電解質溶液中に位置する請求項１～４のいずれか１つに記載の受光装置。
【請求項９】
前記イオン性物質は、親水性物質とともに前記受光部に接している請求項１～４のいずれか１つに記載の受光装置。
【請求項１０】
前記イオン性物質は、クエン酸、リン酸、ＨＥＰＥＳ（4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid）、トリスヒドロキシメチルアミノメタン（Ｔｒｉｓ）、核酸、アミノ基、または、エチレンジアミン誘導体である請求項１～４のいずれか１つに記載の受光装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、受光装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ゼロギャップ材料であるグラフェンにおいてフェルミ準位がディラック点にある場合、赤外線を含む全波長の光を吸収できるため、広帯域の受光素子としての応用が期待されている。光検出能力を上げるため、グラフェンに蛍光色素や金ナノ粒子を積層する構成が提案されている。しかしながら、そのような構成では、蛍光色素やプラズモンの励起スペクトルに依存するため、特定の波長にしか応答しなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
「Synergistic Effects of Plasmonics and Electron Trapping in Graphene Short-Wave Infrared Photodetectors with Ultrahigh Responsivity」、Zefeng Chen, Xinming Li, Jiaqi Wang, Li Tao, Mingzhu Long, Shi-Jun Liang, Lay Kee Ang, Chester Shu, Hon Ki Tsang, Jian-Bin Xu、ACS Nano 2017 Jan 24;11(1):430-437. doi: 10.1021/acsnano.6b06172. Epub 2017 Jan 12.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、広い波長範囲の光に対して強い応答が可能な受光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、受光装置は、光の受光部を有するグラフェンと、前記グラフェンと電気的に接続された主電極であって、ソース電極とドレイン電極とを有し、前記受光部が前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置する、主電極と、前記グラフェンの前記受光部と容量結合を介して電気的に接続されたゲート電極と、前記主電極及び前記ゲート電極と電気的に接続され、前記主電極及び前記ゲート電極に電圧を印加し、前記主電極に流れる電流を測定する回路部と、前記グラフェンの前記受光部に接し、酸解離定数が３以上の陰イオンと、酸解離定数が１１以下の陽イオンのいずれかであるイオン性物質と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１実施形態の受光装置の模式図である。
第２実施形態の受光装置の模式図である。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
図３Ａの測定において光照射時のドレイン電流と光消灯時のドレイン電流とをゲート電圧に対してプロットしたグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
図３Ｃの測定において光照射時のドレイン電流と光消灯時のドレイン電流とをゲート電圧に対してプロットしたグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
図３Ｅの測定において光照射時のドレイン電流と光消灯時のドレイン電流とをゲート電圧に対してプロットしたグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
光の照射によるドレイン電流の測定結果を示すグラフである。
実施形態の受光装置の作用を説明するための図である。
（ａ）及び（ｂ）は、グラフェンとクエン酸イオンのエネルギー準位の関係を示す模式図である。
ＤＮＡを付着させたグラフェンＦＥＴの光応答を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、同一または同様の要素には、同じ符号を付している。
【０００８】
図１Ａは、第１実施形態の受光装置１の模式図である。受光装置１は、グラフェン２０と、主電極３１、３２と、ゲート電極９１と、回路部６０と、イオン性物質１００とを備える。
【０００９】
グラフェン２０は、光源７０からの光８０を受光可能に光学的に露出した受光部２０Ａを有する。グラフェン２０は、単層グラフェンが好ましい。グラフェン２０は、基板１０上に絶縁膜４０を介して設けられている。基板１０として、例えば、シリコン基板を用いることができる。絶縁膜４０として、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。
【００１０】
主電極は、ソース電極３１とドレイン電極３２とを有し、グラフェン２０と電気的に接続されている。ソース電極３１とドレイン電極３２とが互いに離れて絶縁膜４０上に位置する。ソース電極３１の一部はグラフェン２０に接し、ドレイン電極３２の一部はグラフェン２０に接する。グラフェン２０の受光部２０Ａが、ソース電極３１とドレイン電極３２との間に位置する。
（【００１１】以降は省略されています）

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