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公開番号2024171220
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-11
出願番号2023088181
出願日2023-05-29
発明の名称ダイオードおよび光電変換装置
出願人国立大学法人東北大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01L 21/329 20060101AFI20241204BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電気抵抗が低く、高い整流特性を有するダイオードを提供する。
【解決手段】本発明のダイオード100は、第一金属層101と、第二金属層102と、第一金属層101と第二金属層102との間に挟まれた第一絶縁体層103と、を備えるMIM型の積層構造を有するダイオードであって、第一絶縁体層103と第一金属層101との間で、第一絶縁体層103の表面に沿って、互いに離間して分布する複数の金属ナノ粒子104と、金属ナノ粒子104と第一金属層101との間で、金属ナノ粒子104を覆う第二絶縁体層105と、をさらに備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第一金属層と、第二金属層と、前記第一金属層と前記第二金属層との間に挟まれた第一絶縁体層と、を備えるＭＩＭ型の積層構造を有するダイオードであって、
前記第一絶縁体層と前記第一金属層との間で、前記第一絶縁体層の表面に沿って、互いに離間して分布する複数の金属ナノ粒子と、
前記金属ナノ粒子と前記第一金属層との間で、前記金属ナノ粒子を覆う第二絶縁体層と、をさらに備えることを特徴とするダイオード。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
前記積層構造の積層方向と直交する方向において、前記金属ナノ粒子の粒径は、前記第一絶縁体層の厚みの０．５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のダイオード。
【請求項３】
隣接する前記金属ナノ粒子間の距離は、前記金属ナノ粒子の粒径の０．５倍以上、１０倍以下であることを特徴とする請求項２に記載のダイオード。
【請求項４】
前記積層方向からの平面視において、前記金属ナノ粒子の合計面積が、前記第一絶縁体層の面積の０．０３倍以上、０．７９倍以下であることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のダイオード。
【請求項５】
前記第二絶縁体層の厚みは、前記金属ナノ粒子の粒径の０．３倍以上、１倍以下であることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のダイオード。
【請求項６】
請求項１または２のいずれかに記載のダイオードを備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
前記ダイオードが、前記積層構造の積層方向において、前記第一金属層から前記第一絶縁体層までを貫通し、前記第二金属層の内部まで到達する凹部を有することを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードおよび光電変換装置に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
整流作用を有する電子部品として、ダイオードが知られている。ｐ型半導体とｎ型半導体を接合させたｐｎ接合ダイオード、金属と半導体を接合させたショットキーダイオードは、マイクロ波等の電磁波に応答し、整流を行う素子として広く用いられているが、１０
１２
Ｈｚを超える高周波数の光に応答することが難しい。一方、絶縁体を挟んで二種類の金属を接合させたＭＩＭダイオードは、１０
１２
Ｈｚを超える高周波数の光に対して応答可能であるため、光の周波数で動作するレクテナ等の光電変換装置（特許文献１）に適用することができる。レクテナは、アンテナとダイオードで構成され、アンテナで電磁波を吸収し、それに伴って発生する電場の内部振動を、ダイオードで整流する機能を有する。
【０００３】
しかしながら、ＭＩＭダイオードでは、電気抵抗を下げることと整流特性を向上させることがトレードオフの関係にあり、両方を同時に実現させることが難しい。例えば、ＭＩＭダイオードの電気抵抗を低くするためには、絶縁体を薄くする必要があるが、絶縁体を薄くすると、トンネルバリアのエネルギーバンド形状の非対称性が低くなり、整流特性が下がってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１１１７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電気抵抗が低く、高い整流特性を有するダイオード、および、そのダイオードを備えた光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
【０００７】
（１）本発明の一態様に係るダイオードは、第一金属層と、第二金属層と、前記第一金属層と前記第二金属層との間に挟まれた第一絶縁体層と、を備えるＭＩＭ型の積層構造を有するダイオードであって、前記第一絶縁体層と前記第一金属層との間で、前記第一絶縁体層の表面に沿って、互いに離間して分布する複数の金属ナノ粒子と、前記金属ナノ粒子と前記第一金属層との間で、前記金属ナノ粒子を覆う第二絶縁体層と、をさらに備える。
【０００８】
（２）上記（１）に記載のダイオードにおいて、前記積層構造の積層方向と直交する方向において、前記金属ナノ粒子の粒径は、前記第一絶縁体層の厚みの０．５倍以下であることが好ましい。
【０００９】
（３）上記（１）または（２）のいずれかに記載のダイオードにおいて、隣接する前記金属ナノ粒子間の距離は、前記金属ナノ粒子の粒径の０．５倍以上、１０倍以下であることが好ましい。
【００１０】
（４）上記（１）～（３）のいずれか一つに記載のダイオードにおいて、前記積層方向からの平面視において、前記金属ナノ粒子の合計面積が、前記第一絶縁体層の面積の０．０３倍以上、０．７９倍以下であることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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