[发明专利]电磁波检测器、电磁波检测器阵列以及电磁波检测方法

说明书

电磁波检测器包括：受光石墨烯以及参照石墨烯，并排配置于绝缘层之上；第1电极以及第2电极，隔着受光石墨烯以及参照石墨烯而对置配置；栅极电极，对受光石墨烯以及参照石墨烯施加栅极电压；平衡电路，连接于第2电极之间；以及检测电路，受光石墨烯在电磁波入射的情况下由于带内跃迁而产生光载流子，参照石墨烯在电磁波入射的情况下由于泡利阻塞效应而不产生光载流子，在电磁波不入射到受光石墨烯以及参照石墨烯的状态下，平衡电路使第1电极和第2电极成为相同电位，在电磁波入射到受光石墨烯以及参照石墨烯的状态下，检测第2电极之间的电信号。

技术领域

本发明涉及电磁波检测器、电磁波检测器阵列以及电磁波检测方法，特别涉及将石墨烯用作检测层的电磁波检测器、电磁波检测器阵列以及电磁波检测方法。

背景技术

在以往的电磁波检测器中，一般而言，使用半导体材料作为电磁波检测层，但半导体材料具有预定的带隙，所以只能检测具有比带隙大的能量的电磁波。相对于此，作为下一代的电磁波检测器的电磁波检测层的材料，带隙为零或者极小的石墨烯受到关注，例如，提出了一种电磁波检测器，该电磁波检测器在基板上设置有栅极氧化膜，在其之上沉积石墨烯的沟道层，在沟道层的两端形成有源极以及漏极(例如专利文献1、2参照)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-31666号公报

专利文献2：日本特表2013-502735号公报

发明内容

然而，在由石墨烯单质形成电磁波检测层的情况下，电磁波的吸收率非常低，低到几％左右，即使能够检测的波长频带扩展，仍存在检测灵敏度下降这样的问题。另外，石墨烯具有双极特性，所以与一般的半导体材料不同，难以进行关断动作，在用作电磁波检测器时，还存在无法使暗电流为零这样的问题。

因而，本发明的目的在于提供能够检测的电磁波的波长频带宽、检测灵敏度高且能够进行关断动作的、将石墨烯用作电磁波检测层的材料的电磁波检测器、电磁波检测器阵列以及电磁波检测方法。

本发明的第1方案为一种电磁波检测器，将预定的检测波长的电磁波变换为电信号来检测，所述电磁波检测器的特征在于，包括：

基板；

绝缘层，设置于基板之上；

受光石墨烯以及参照石墨烯，并排配置于绝缘层之上；

第1电极以及第2电极，隔着受光石墨烯以及参照石墨烯而对置配置，第1电极为在受光石墨烯以及参照石墨烯的一端与双方电连接的1个电极，第2电极为与受光石墨烯以及参照石墨烯的另一端分别电连接的两个电极；

栅极电极，对受光石墨烯以及参照石墨烯施加栅极电压；

平衡电路，连接于两个第2电极之间；以及

检测电路，检测两个第2电极之间的电信号，

在受光石墨烯中，掺杂有载流子，在具有检测波长的电磁波入射的情况下由于带内跃迁而产生光载流子，

在参照石墨烯中，掺杂有载流子，在具有检测波长的电磁波入射的情况下由于泡利阻塞效应而不产生光载流子，

在具有检测波长的电磁波不入射到受光石墨烯以及参照石墨烯的状态下，平衡电路使第1电极和第2电极成为相同电位，

在检测波长的电磁波入射到受光石墨烯以及参照石墨烯的状态下，检测电路检测第2电极之间的电信号，

所述电磁波检测器输出具有检测波长的电磁波入射的状态的电信号。

本发明的第2方案为一种电磁波检测器，将预定的检测波长的电磁波变换为电信号来检测，所述电磁波检测器的特征在于，包括：