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公開番号2025093416
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2023209033
出願日2023-12-12
発明の名称赤外線センサ、及び赤外線センサの製造方法
出願人富士通株式会社
代理人個人,個人
主分類H10F 30/00 20250101AFI20250617BHJP()
要約【課題】グラフェンの光吸収量を向上した赤外線センサと、その製造方法を提供する。
【解決手段】赤外線センサは、基板と、前記基板の表面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配置されるグラフェン層と、前記グラフェン層の一方の端部に接続される第1電極と、前記グラフェン層の反対側の端部に接続される第2電極と、前記グラフェン層の上方または下方に設けられ、レジストまたは減圧下もしくは非減圧下の気体で形成されているキャビティと、前記キャビティを挟んで前記グラフェン層と向かい合うミラー層と、を備える、
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に配置されるグラフェン層と、
前記グラフェン層の一方の端部に接続される第１電極と、
前記グラフェン層の反対側の端部に接続される第２電極と、
前記グラフェン層の上方または下方に設けられ、レジストまたは減圧下もしくは非減圧下の気体で形成されているキャビティと、
前記キャビティを挟んで前記グラフェン層と向かい合うミラー層と、
を備える、
赤外線センサ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記キャビティは、前記グラフェン層の上方でレジスト層により形成されており、
前記ミラー層は前記レジスト層の表面に設けられている、
請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記キャビティは、前記グラフェン層の上方で空気層により形成されており、
前記ミラー層は前記空気層を覆っている、
請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記キャビティは、前記グラフェン層の下方で前記基板の表面から所定の深さに達し、
前記ミラー層は前記キャビティの底面に配置され、前記キャビティを間に挟んで前記グラフェン層と対向する、
請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前層記キャビティの中にレジスト層が配置され、前記絶縁膜は前記レジスト層と前記グラフェン層の間に配置されている、
請求項４に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記キャビティの中は空気層であり、前記空気層を覆う第２のグラフェン層と、前記第２のグラフェン層に接続される第３電極と、を有する
請求項４に記載の赤外線センサ。
【請求項７】
表面に絶縁膜が形成された基板を用意し、
前記絶縁膜の上に所定の形状のグラフェン層を形成し、
前記グラフェン層の一方の端部に第１電極を接続し、前記グラフェン層の反対側の端部に第２電極を接続し、
前記グラフェン層の上方にレジスト層、または減圧下もしくは非減圧下の気体のキャビティを形成し、
前記キャビティを挟んで前記グラフェン層と向かい合うミラー層を設ける、
赤外線センサの製造方法。
【請求項８】
前記第１電極と前記第２電極の間で前記グラフェン層の上方に前記レジスト層で前記キャビティを形成し、
前記レジスト層の表面に前記ミラー層を形成する、
請求項７に記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項９】
前記第１電極と前記第２電極の間の領域を除いて、前記第１電極と前記第２電極の周囲を囲む分離壁を形成し、
前記グラフェン層の上方に前記分離壁によってブリッジされるミラー層を形成し、
前記ミラー層と前記グラフェン層の間に空気層の前記キャビティを得る、
請求項７に記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項１０】
基板の表面から所定の深さの凹部を形成し、
前記凹部の底面にミラー層を形成し、
前記ミラー層が形成された前記凹部の内部に、レジスト、または減圧下もしくは非減圧下の気体のキャビティを形成し、
前記キャビティを挟んで前記ミラー層と対向する位置にグラフェン層を形成し、
前記グラフェン層の一方の端部に第１電極を接続し、前記グラフェン層の他方の端部に第２電極を接続する。
赤外線センサの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、赤外線センサ、及び赤外線センサの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
熱をもつ物体が放射する赤外光を検知する赤外線センサは、自動ドア、監視カメラ、インフラ点検等に広く適用されている。赤外光の波長に感度を持つ材料として、グラフェンや、遷移金属ダイカルコゲナイド（ＴＭＤＣ）などの二次元の層状材料が用いられる。中でもグラフェンは、炭素原子が２次元ハニカム状に配列された２次元材料であり、その特徴的なバンド構造から、紫外域からテラヘルツ帯におよぶ広い波長範囲の光を吸収する。二次元材料の光吸収効率は数パーセント程度であり、二次元材料を多層にする、あるいは表面プラズモン共鳴を利用するなど、光吸収率を高める工夫がされている。二次元炭素格子構造を含むマイクロキャビティを用いた光電子デバイスが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１３－０１０７３４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、グラフェンの光吸収量を向上した赤外線センサを提供することをひとつの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、赤外線センサは、
基板と、
前記基板の表面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に配置されるグラフェン層と、
前記グラフェン層の一方の端部に接続される第１電極と、
前記グラフェン層の反対側の端部に接続される第２電極と、
前記グラフェン層の上方または下方に設けられ、レジストまたは減圧下もしくは非減圧下の気体で形成されているキャビティと、
前記キャビティを挟んで前記グラフェン層と向かい合うミラー層と
を備える。
【発明の効果】
【０００６】
グラフェンの光吸収量を向上した赤外線センサが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１実施形態の赤外線センサの上面図とＩ－Ｉ断面図である。
図１の赤外線センサで用いられるグラフェン層のパターン例を示す図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第１実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
図１の赤外線センサを用いた赤外線センサアレイの上面図とＩＩ－ＩＩ断面図である。
図１の赤外線センサの第１変形例の上面図とIII－III断面図である。
図１の赤外線センサの第２変形例のIII－III断面図である。
図１の赤外線センサの第３変形例のIII－III断面図である。
第２実施形態の赤外線センサの平面模式図である。
図８のＩＶ－ＩＶ断面図である。
図８のＶ－Ｖ断面図である。
第２実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第２実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第２実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第２実施形態の赤外線センサの製造工程図である。
第３実施形態の赤外線センサの断面模式図である。
図１１の赤外線センサの製造工程図である。
図１１の赤外線センサの製造工程図である。
図１１の赤外線センサの製造工程図である。
図１１の赤外線センサの製造工程図である。
図１１の赤外線センサの製造工程図である。
第３実施形態の赤外線センサの変形例の断面模式図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
図１３の赤外線センサの製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下で、図面を参照しながら発明を実施するための形態を説明する。下記で述べる実施形態は、発明の技術思想を具体化するための例示であり、本発明を下記の構成や数値に限定するものではない。図面中、同一の機能を有する構成要素には、同一符号を付して、重複する記載を省略する場合がある。異なる実施形態や構成例の間での部分的な置換または組み合わせは可能である。各図面が示す各部材の大きさ、位置関係等は、発明の理解を容易にするために誇張して描かれている場合がある。位置関係で「上に」または「下に」というときは積層方向の上下を指し、絶対的な方向ではない。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の赤外線センサ１０の上面図（ａ）と、Ｉ－Ｉ断面図（ｂ）である。赤外線センサ１０は、基板１１と、基板１１の表面１１１に設けられた絶縁膜１２と、絶縁膜１２の上に配置されるグラフェン層１５と、グラフェン層１５の一方の端部に接続される第１電極１７と、グラフェン層１５の反対側の端部に接続される第２電極１８と、を有する。図１の座標系で、基板１１の表面１１１と平行な面内をＸ－Ｙ面、Ｘ－Ｙ面に垂直な方向をＺ方向とする。赤外線センサ１０の積層方向はＺ方向である。
【００１０】
赤外線センサ１０は、グラフェン層１５の上方に設けられるキャビティ１９と、キャビティ１９を間に挟んでグラフェン層１５と向かい合うミラー層１４と、を有する。図１の構成例では、キャビティ１９はレジスト層１９１で形成されており、レジスト層１９１の表面にミラー層１４が設けられている。基板１１の裏面１１２が光入射面であり、グラフェン層１５は、入射する赤外光を感知する光吸収層として機能する。
（【００１１】以降は省略されています）

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