ナノワイヤボロメータ光検出器
放射電磁エネルギーを検出するための光検出器が、光子トラップ（205, 305, 405, 605）内において少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのボロメータナノワイヤ（100）を備える。該少なくとも１つのナノワイヤ（100）は、少なくともある黒く染められた表面（110）を有する。該黒く染められた表面は、遠赤外線光から可視光までの範囲に及ぶ放射電磁エネルギーを吸収するよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本出願は、Alexandre M. Bratkovski他の名前において2008年10月20日にファイリングされた米国暫定特許出願シリアル番号第６１／１０６，９６１号からの優先権を主張して特許請求するものである。
【０００２】
背景
ボロメータは、電磁放射線を吸収する材料の物理特性における測定可能な変化に従って、該電磁放射線を検出することが可能な装置である。該吸収する材料は、例えば、電磁エネルギーにさらされた時には、温度が増加することとなる可能性があり、該電磁エネルギーは該材料の抵抗に影響を及ぼす。従って、幾つかのボロメータは、制御された条件の下で、既知の寸法を有した吸収材料のある部分の抵抗を測定して、該材料によって吸収されている電磁放射線（電磁放射エネルギー）における決定された量の推定を行い、ひいては（その延長線上において）、該吸収材料の付近に存在する電磁放射線（電磁放射エネルギー）の量の推定を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボロメータは、熱放射を測定するために構成された電子機器用の光検出器内において頻繁に用いられる。例えば、あるタイプの暗視センサは、各ピクセルにおいて赤外線の光を検出するための光検出器に基づいてボロメータを用いる。現在利用可能なボロメータは、利用可能な用途（アプリケーション）に限定されるが、このことは、熱エネルギーを表す波長の狭帯域内における放射線だけしかそれらが検出しないという事実に起因する。更にいえば、現在利用可能な多くのボロメータは、周囲温度（例えば、200〜300Ｋ）において感受性が低くなっている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】本明細書内において記載された原理の様々な例示的な実施形態による、光検出器の用途において使用されるための例示的なボロメータナノワイヤを示す図である。
【図１Ｂ】本明細書内において記載された原理の様々な例示的な実施形態による、光検出器の用途において使用されるための例示的なボロメータナノワイヤを示す図である。
【図１Ｃ】本明細書内において記載された原理の様々な例示的な実施形態による、光検出器の用途において使用されるための例示的なボロメータナノワイヤを示す図である。
【図２】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ検出器における部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図３】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の断面図を示す図である。
【図４】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図５】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図６】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図７】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図８】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、放射された電磁エネルギーを検出する例示的な一方法の流れ図である。
【実施例】
【０００５】
添付図面は、本明細書内において記載された原理の様々な実施形態を例示しており、本明細書の一部である。それらの示された実施形態は、単なる例であり、特許請求の範囲を限定しない。
【０００６】
図面全体にわたり、同一の参照番号は、同様の要素であるが、必ずしも同一であるとは限らない要素を指す。
【０００７】
詳細な説明
上述のように、電子機器の光検出器内においてボロメータは使用され得る。しかしながら、現在利用可能なボロメータは、比較的狭い帯域の波長からだけしか、それらが放射線（放射エネルギー）を検知することができないように制限されている。
【０００８】
遠赤外線から可視光までの波長の範囲にわたる放射電磁エネルギーの広範囲な温度スペクトラム（又は熱スペクトラム）を検出することが可能な、ボロメータベースの光検出器を本明細書は開示する。該光検出器は、光子トラップ内において少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのナノワイヤを含み、該少なくとも１つのナノワイヤは、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面を含む。この帯域内において、光検出器により検出される光の量は、少なくとも１つのナノワイヤにおける抵抗の変化を測定することによって決定され得る。
【０００９】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「ナノワイヤ」は、典型的には５０ｎｍ未満の半径を有した細長い構造のことを指す。
【００１０】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「光子トラップ」は、ある構造内へと向けられた放射電磁エネルギーを、該構造内における内部反射（内面反射）に、該構造の外側に逃がすことなく、少なくとも一時的に制限するよう設計された該構造のことを指す。
【００１１】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「光」は、約２０μｍから約３８０ｎｍまでの間の波長を有した放射電磁エネルギーのことを指す。
【００１２】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「可視光」は、約３８０ｎｍから約７６０ｎｍまでの間の波長を有した放射電磁エネルギーのことを指す。
【００１３】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「遠赤外線」は、約８μｍから約１ｍｍまでの間の波長を有した放射電磁エネルギーのことを指す。
【００１４】
以下の記載では、説明することを目的として、本システム及び方法の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細事項が記載されている。しかしながら、本システム及び方法を、これらの特定の詳細事項無しに実践することができることが、当業者であれば理解されよう。本明細書内における「一実施形態」か、「一例」か、又は類似の言葉への言及は、該実施形態又は例に関連して説明されるある特定の特徴か、構造か、又は特性が、少なくともその１つの実施形態内に含まれるが、他の実施形態内には必ずしも含まれるとは限らないということを意味する。語句「一実施形態において」か又は本明細書内の様々な箇所における類似の語句の様々な事例は、必ずしも全てが同じ実施形態のことを指しているとは限らない。
【００１５】
例示的なナノワイヤボロメータ、例示的な光検出器、及び光検出の例示的な方法に関して、本明細書内において開示した原理が次に説明される。
【００１６】
例示的なナノワイヤボロメータ
次に、図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃを参照すると、例示的なボロメータナノワイヤ（１００）が示されている（必ずしも一定の縮尺に従っているとは限らない）。図１Ａは、ボロメータナノワイヤ（１００）の外部の斜視図を示しており、図１Ｂ及び図１Ｃは、図１Ａのナノワイヤ（１００）についての異なる実現可能な実施形態の断面図である。
【００１７】
ナノワイヤ（１００）には、本明細書内において記載された原理のある特定用途に適合可能な任意の技法を用いて製造された半導体コア（１０５）を含めることができる。半導体コア（１０５）には、シリコン、ゲルマニウム、及びそれらの合金などの、少なくとも１つの半導体材料を含めることができる（但しそれらに限定されない）。本明細書の原理に一致するナノワイヤ（１００）は、約３０μｍ〜約５０ｎｍまでの間の半径を有することが可能である。
【００１８】
図１Ａ、図１Ｂ、及び図Ｃ内に示されているように、ナノワイヤ（１００）には、黒く染められた表面（１１０）を含めることができる。ナノワイヤ（１００）の半導体材料が本質的に透過性であるような波長において電磁放射線を吸収するよう構成された少なくとも１つの染料を有したポリマーにより、ナノワイヤ（１００）の外部（外側）をコーティングすることによって、この黒染めを成し遂げることができる。例えば、ポリマー内に含まれ得る１つの染料は、カーボンブラック染料である。追加的には或いは代替的には、出来るだけ多くの範囲の波長の電磁エネルギーの吸収を助長するために、複数の染料か、又は光を吸収する他の類のものを、ポリマー内に含めることができる。ナノワイヤ（１００）上において所望の黒染め効果を達成させるために、ある実施形態では、ポリマーの、複数のコート（コーティング膜）が、半導体材料のコアに対して提供され得る。
【００１９】
図１Ｃ内に示されているように、ある実施形態において、半導体コア（１０５）の両端部（１１５、１２０）は、それぞれの電極に対する電気的な伝達を容易にするために、ｐ型ドーピングか又はｎ型ドーピングがなされ得る。代替的には、図１Ｂ内に示されるように、半導体コア（１０５）は、ナノワイヤ（１００）の長さに沿って、本来備わったままの（固有な）ものであることが可能である。
【００２０】
例示的な光検出器
次に図２を参照すると、ある例示的な光検出器（２００）が示されている。該光検出器は、光子トラップ（２０５）内に配置された図１Ａ〜図１Ｃのナノワイヤに一致する、複数の黒く染められたナノワイヤ（１００）を含む。光子トラップ（２０５）には、半導体基板（２１０）上に形成された開放型反射性キャビティ（open reflective cavity）を含めることができる。光子トラップ（２０５）の壁（２１５、２２０）は、ドープされた半導体材料から形成され得り、電気的に及び物理的にナノワイヤ（１００）に対して結合され得る。該ナノワイヤ（１００）は、第１の壁（２１５）から第２の壁（２２０）まで水平に延在することが可能である。酸化物（２２５）の１つか又は複数の層は、第１及び第２の壁（２１５、２２０）を、互いに絶縁させることが可能であり、且つ、半導体基板（２１０）から絶縁させることが可能である。
【００２１】
光子トラップ（２０５）の内面は、例えば、銀及び／又はアルミニウムの層のような反射層（２３０）でコーティングされ得る。反射層（２３０）及び壁（２１５、２２０）の導電性のドープされた部分間に配置される絶縁層及び／又は反射層（２３０）内の、例えばある不連続性によって、壁（２１５、２２０）は、互いに電気的に絶縁されたままであることが可能である。追加的には或いは代替的には、ナノワイヤボロメータ（１００）が壁（２１５、２２０）をつなぎ合わせる場所であるナノワイヤボロメータ（１００）の各側部の周辺境界線の周囲の壁（２１５、２２０）の各々の中の領域は、反射層（２３０）の反射性材料を取り除くことができる。この例では、光子トラップ（２０５）の第１の壁（２１５）の内面は、半導体基板（２１０）からある角度をなしており、それにより、傾斜した鏡が形成されている。本明細書内において記載された原理のある特定の用途に最も適合することが可能であるように、反射面における多くの異なる形状とコンフィギュレーションとが、光子トラップ（２０５）内において使用され得る。構造内へと向けられた放射電磁エネルギーを、該構造内における内部反射（内面反射）に少なくとも一時的に制限するよう光子トラップ（２０５）内の反射面の配向が構成（設定）され得り、その結果として、受け取った光を、ナノワイヤ（１００）付近に集中させることができる。例えば、光源（２４５）からの放射光の例示的な経路（２３５、２４０）が、図２内に示されている。すなわち、光子トラップ（２０５）を放射光が出ていく前に、該経路（２３５、２４０）は、光子トラップ（２０５）内における複数の跳ね返りを含んでいる。
【００２２】
光子トラップ（２０５）内において配置されたボロメータナノワイヤ（１００）を有する光検出器（２００）の物理的な特性の簡単な説明が、吸収される電磁放射線の影響に関連して次になされる。
【００２３】
１つか又は複数のナノワイヤによって吸収される、放射線の電力量は、ΦＮＷ＝ΦＳＡ／Ｎに等しい。ここで、ΦＳは、放射電力（電力束）の密度であり、Ａ＝Ｌ２は、感光領域（例えば、Ｌ＝３０μｍ）の面積であり、Ｎは、ナノワイヤの数である。遠赤外線から可視光までの範囲内の電磁放射線を吸収する黒く染められた表面を有したシリコンか又はゲルマニウムのナノワイヤ（１００）のセットから作られた光集線装置を有した光検出器（２００）において、ネット・ヒートバランス式を、次のように記載することができる。
【００２４】
【数１】
式１において、ｃ及びρは、それぞれ、ナノワイヤ（１００）のコア内の半導体材料の特定の熱及び密度である。Ｔは、平均ナノワイヤ温度であり、ｖ０＝ｓＬ０、ｓ０＝πｒ０２、Ｓ０＝２πｒ０Ｌ０、ｒ０、及びＬ０は、それぞれ、ナノワイヤ（１００）の体積、断面積、表面積、半径、及び、長さである。ηは、吸収の量子効率を表す。式１内のＪＲ、Ｊａｉｒ、Ｊｔｈは、放射冷却、外気への熱拡散、及び、ナノワイヤ（１００）の端部を通じた流出量、に対応する熱流量を表す。ナノワイヤ（１００）の長軸に沿ったｘ軸と、ナノワイヤ（１００）の該長軸に垂直な動径ベクトルであるｒとを有した円筒座標を、選択することができる。信号放射電力ΦＳの小ささを考慮して、前記流量を、次のように表すことができる。
【００２５】
【数２】
更にまた、式１を、次の形に書き換えることができる。
【数３】
ここで、σ＝５．６７×１０−８Ｗ／ｍ２Ｋ４（ステファン・ボルツマン定数）であり、Ｋ及びＫａｉｒは、それぞれ、ナノワイヤ（１００）の半導体コアの熱伝導率、及び空気の熱伝導率であり、及び、Ｌａｉｒは、空気中の熱拡散の長さである。
【数４】
ここで、Ｃａｉｒ及びρａｉｒは、それぞれ、空気の特定の熱及び密度である。ボロメータの不活発さ（inertia）は、ナノワイヤ（１００）の端部を通じた熱拡散により決定されるということを、評価（推定）が示している。従って、式３を、次のように表すことができる。
【００２６】
【数５】
５０μｍの長さを有したシリコンナノワイヤ（１００）の場合には、
【数６】
である。典型的なリフレッシュレートは、４０Ｈｚであるので、式５から、ボロメータナノワイヤ（１００）の温度変動は、次のようになる。
【数７】
半径ｒ０＝３０ｎｍを有するナノワイヤ（１００）の抵抗は、１０９Ω／ｃｍを越える可能性がある。長さＬ０＝５０μｍのナノワイヤ（１００）は、抵抗ＲＮＷ≧５×１０６Ωを有する。全抵抗は、Ｒ＝ＲＮＷ／Ｎである。ナノワイヤ抵抗の、典型的な温度依存性は、次のように表される。
【数８】
電圧変動は、次式により提供される。
【数９】
式６及び式７に従って、電圧及び電流感度は、次式に等しい。
【数１０】
典型的なシリコンパラメータを用いると、
【数１１】
従って、Ｎ＞１５の場合には、電流感度ＳＩ＞９である。相対的に、光検出器及びｐ-ｉ-ｎダイオードの電流感度は、次式に等しい。
【数１２】
従って、３〜５μｍ、η≦０．８の範囲内のＩＲ検出器の場合には、ＳＩ≦４ Ａ／Ｗにする。それ故に、Ｎ＞１６での黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）に基づく、本光検出器（２００）は、従来の光検出器及びｐ-ｉ-ｎダイオードを上まわって、４倍よりも多く増加するＳＩを提供する。
【００２７】
ボロメータナノワイヤ（１００）の検出能（detectivity）を、エネルギーの平均自乗変動（mean-square fluctuation）を用いて推定することができる。エネルギーの該平均自乗変動は、標準的な熱力学に従って、次のように表される。
【数１３】
エネルギー変動のばらつき（分散）は、次式により与えられる。
【数１４】
（ｒ＝１０−４秒、及びω＜１０３Ｈｚ） 続いて、式１２及び式７から次式が得られる。
【数１５】
（ｃｍＨｚ１／２／Ｗの単位における）検出能は、次式により決定される。
【００２８】
【数１６】
Ｌ＝Ｌ０＝３×１０−５ｍ、ｒ０＝３０ｎｍ、Φ＝２［Ｗ／ｍ．Ｋ］、Ｔ＝２００Ｋ、η＝０．８においては、
【数１７】
が得られる。このことは、光子トラップ（２０５）による集光に起因して、シリコンボロメータナノワイヤ（１００）に基づく光検出器（２００）が、Background Limited Photodetection（ＢＬＩＰ）の限界に近い検出能を有することができるということを意味する。ここで、
【数１８】
重要なことには、光子トラップ（２０５）内において配置されたボロメータナノワイヤ（１００）を有する光検出器（２００）は、８〜１２μｍの範囲を含む全ての波長における熱放射を吸収することができる。従って、本ボロメータベースの光検出器を用いて、０．５μｍ〜１２μｍの波長範囲内における電磁放射線を検出することができ、そのことにより、Ｔ＝３００Ｋの常温においてでさえ、Ｄ＊＝（２〜３）×１０１０に対応するＢＬＩＰ検出能が可能になる。
【００２９】
次に図３を参照すると、半導体基板（３１０）上に作られた光子トラップ（３０５）内において配置された複数の黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）を含む別の例示的な光検出器（３００）の側面断面図が示されている。該ボロメータナノワイヤ（１００）は、光子トラップ（３０５）におけるドープされた第１の壁（３１５）と第２の壁（３２０）との間につるされている。図２内に示された光検出器（図２の２００）と同様に、酸化物層（３２５）によって、光子トラップ（３０５）の第１及び第２の壁（３１５、３２０）は、互いに電気的に絶縁されており、及び、半導体基板（３１０）から絶縁されている。反射層（３３０）がまた、キャビティの底と、第１及び第２の壁（３１５、３２０）の内面とを含めて、光子トラップ（３０５）の該キャビティの内面上に配置されている。第１及び第２の壁（３１５、３２０）は、図２に関して上記に開示した任意の対策を利用することによって、互いに電気的に絶縁されたままであることが可能である。図２に示された光検出器（図２の２００）とは異なり、この例の光検出器（３００）の図示された壁（３１５、３２０）が両方とも、半導体基板（３１０）に対して角度付けられており、それにより、少なくとも２つの傾斜した鏡が形成されている。
【００３０】
ボロメータナノワイヤ（１００）の抵抗における変化を監視することによって、電磁放射線を検出することができる。例えば、電圧源（３５０）を用いて、ナノワイヤ（１００）のどちらの端部にも接続された２つの端子間に既知の電圧差を印加することができる。この例では、ドープされた壁（３１５、３２０）は、ナノワイヤ（１００）に電気的に接続されており、電極として機能する。ナノワイヤ（１００）によって吸収される放射エネルギーの量の変化が、ナノワイヤ（１００）の抵抗に変化を生じさせることとなり、そのことが更に、端子に印加されている既知の電圧差の結果として、２つの端子間に流れる電流に変化を生じさせることとなる。電流の電気的特性におけるこれらの変化を、計測器（３５５）により測定することができる。この例では、計測器（３５５）は、電圧源（３５０）と直列に接続された電流メータである。回路を通じて流れるその測定された電流を、次いで用いて、ナノワイヤ（１００）の抵抗における変化を決定することができ、ひいては（その延長線上において）、ナノワイヤ（１００）により吸収された放射電磁エネルギーの量を決定することができる。追加的には或いは代替的には、本明細書内において記載された原理の特定用途に適合することができるように、任意の他の計測器（３５５）を用いて電流の特性の変化を測定することができる。
【００３１】
次に図４を参照すると、別の例示的な光検出器（４００）が示されている。以前の例と同様に、光検出器（４００）は、半導体基板（４１０）上に作られた光子トラップ（４０５）内において配置された複数の黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）を含む。該ボロメータナノワイヤ（１００）は、光子トラップ（４０５）におけるドープされた第１の壁（４１５）と第２の壁（４２０）との間につるされている。酸化物層（４２５）によって、光子トラップ（４０５）の第１及び第２の壁（４１５、４２０）は、互いに電気的に絶縁されており、及び、半導体基板（４１０）から絶縁されている。反射層（４３０）がまた、キャビティの底と、第１及び第２の壁（４１５、４２０）の内面とを含めて、光子トラップ（４０５）の該キャビティの内面上に配置されている。第１及び第２の壁（４１５、４２０）は、図２に関して以前に記載した任意の対策を利用することによって、互いに電気的に絶縁されたままとすることができる。
【００３２】
この例の光子トラップ（４０５）は、光子トラップ（４０５）のキャビティの上に配置された上部反射器（４４５）を有した開放型反射性キャビティを含む。上部反射器（４４５）の少なくとも下側には、放射電磁エネルギーを光子トラップ（４０５）のキャビティ内へと戻すように反射させるよう構成された上部鏡を形成する反射層（４５０）を含めることができ、それにより、ボロメータナノワイヤ（１００）近辺内へと該電磁エネルギーが向けられる回数が増加する。
【００３３】
次に図５を参照すると、別の例示的な光検出器（５００）が示されている。この光検出器（５００）は、この例のボロメータナノワイヤ（１００）が、底部電極（５０５）から上部反射器（４４５）へと上に向かって延在している（上部反射器はまた、第２の電極として機能する）ということを除いて、図４の光検出器に類似している。
【００３４】
次に図６を参照すると、別の例示的な光検出器（６００）が示されている。以前の例と同様に、光検出器（６００）は、半導体基板（６１０）上に作られた光子トラップ（６０５）内において配置された複数の黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）を含む。該ボロメータナノワイヤ（１００）は、光子トラップ（６０５）におけるドープされた第１の壁（６１５）と第２の壁（６２０）との間につるされている。光子トラップ（６０５）のキャビティの内面上に反射層（６３０）が配置されており、上部反射器（６４５）が、光子トラップ（６０５）のキャビティの上に配置されている。第１及び第２の壁（４１５、４２０）は、図２に関して以前に記載した任意の対策を利用することによって互いに電気的に絶縁され得る。
【００３５】
追加的には、光子トラップ（６０５）キャビティの反射性の内面と、上部反射器（６４５）の反射面とには、１つか又は複数のＶ型溝（６５０、６５５、６６０）を含めることができる。該Ｖ型溝（６５０、６５５、６６０、６６５）は、ボロメータナノワイヤ（１００）に向って放射電磁エネルギーが反射することの助けとなることができる。
【００３６】
図７は、図６の光検出器に類似したある例示的な光検出器（７００）を示す。この光検出器（７００）の上部反射器（６４５）の反射面（７５０）は、形状が円錐形である。
【００３７】
任意の様々なジオメトリ、寸法、及び材料が、本明細書における原理に一致する光子トラップにおいて使用され得るということが理解されるべきである。例えば、円錐形の屈折器及び／又は反射器と、反射面内において変動する回折格子又は溝と、つるされた全内面屈折器と、これらに類するものとを含む、より複雑なトラップが、本明細書内において記載された原理のある特定用途に最も適合することが可能であるように使用され得る。
【００３８】
例示的な方法
次に図８を参照すると、光を検出する例示的な一方法（８００）の流れ図が示されている。該方法（８００）を、例えば、１つか又は複数の電子機器によって実施することができる。該１つか又は複数の電子機器は、光子トラップ内において配置された１つか又は複数の黒く染められたナノワイヤを含んでいる少なくとも１つの光検出器を含む。
【００３９】
方法（８００）は、少なくとも１つの黒く染められたナノワイヤを有した光子トラップ内へと放射エネルギーを受け取り（ステップ８０５）、及び、該少なくとも１つのナノワイヤの抵抗を測定すること（ステップ８１０）を含む。例えば、前記少なくとも１つのナノワイヤの両端に、ある既知の電圧差を印加して（ステップ８１５）、該既知の電圧差によって結果として生じる、該ナノワイヤを通じて流れる電流を、測定する（ステップ８２０）ことによって、前記少なくとも１つのナノワイヤの抵抗を測定することができる（ステップ８１０）。該電流は、該ナノワイヤの抵抗に線形に関連付けられている。
【００４０】
前記少なくとも１つのナノワイヤの抵抗か又は電流が測定されると（ステップ８１０）、前記少なくとも１つのナノワイヤによって吸収された放射エネルギーの相対量が、該測定された抵抗と、該ナノワイヤの固有の物理特性とから決定され得る（ステップ８２５）。
【００４１】
上記の説明は、記載した原理の実施形態及び例を図示し及び説明するためにのみ提示されてきた。この説明は、網羅的となることを、或いは開示した任意の正確な形態にこれらの原理を限定することを意図していない。上記教示を踏まえて多くの修正及び変形形態が可能である。
【背景技術】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本出願は、Alexandre M. Bratkovski他の名前において2008年10月20日にファイリングされた米国暫定特許出願シリアル番号第６１／１０６，９６１号からの優先権を主張して特許請求するものである。
【０００２】
背景
ボロメータは、電磁放射線を吸収する材料の物理特性における測定可能な変化に従って、該電磁放射線を検出することが可能な装置である。該吸収する材料は、例えば、電磁エネルギーにさらされた時には、温度が増加することとなる可能性があり、該電磁エネルギーは該材料の抵抗に影響を及ぼす。従って、幾つかのボロメータは、制御された条件の下で、既知の寸法を有した吸収材料のある部分の抵抗を測定して、該材料によって吸収されている電磁放射線（電磁放射エネルギー）における決定された量の推定を行い、ひいては（その延長線上において）、該吸収材料の付近に存在する電磁放射線（電磁放射エネルギー）の量の推定を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボロメータは、熱放射を測定するために構成された電子機器用の光検出器内において頻繁に用いられる。例えば、あるタイプの暗視センサは、各ピクセルにおいて赤外線の光を検出するための光検出器に基づいてボロメータを用いる。現在利用可能なボロメータは、利用可能な用途（アプリケーション）に限定されるが、このことは、熱エネルギーを表す波長の狭帯域内における放射線だけしかそれらが検出しないという事実に起因する。更にいえば、現在利用可能な多くのボロメータは、周囲温度（例えば、200〜300Ｋ）において感受性が低くなっている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】本明細書内において記載された原理の様々な例示的な実施形態による、光検出器の用途において使用されるための例示的なボロメータナノワイヤを示す図である。
【図１Ｂ】本明細書内において記載された原理の様々な例示的な実施形態による、光検出器の用途において使用されるための例示的なボロメータナノワイヤを示す図である。
【図１Ｃ】本明細書内において記載された原理の様々な例示的な実施形態による、光検出器の用途において使用されるための例示的なボロメータナノワイヤを示す図である。
【図２】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ検出器における部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図３】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の断面図を示す図である。
【図４】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図５】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図６】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図７】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、例示的なナノワイヤボロメータ光検出器の部分的な断面の斜視図を示す図である。
【図８】本明細書内において記載された原理の例示的な一実施形態による、放射された電磁エネルギーを検出する例示的な一方法の流れ図である。
【実施例】
【０００５】
添付図面は、本明細書内において記載された原理の様々な実施形態を例示しており、本明細書の一部である。それらの示された実施形態は、単なる例であり、特許請求の範囲を限定しない。
【０００６】
図面全体にわたり、同一の参照番号は、同様の要素であるが、必ずしも同一であるとは限らない要素を指す。
【０００７】
詳細な説明
上述のように、電子機器の光検出器内においてボロメータは使用され得る。しかしながら、現在利用可能なボロメータは、比較的狭い帯域の波長からだけしか、それらが放射線（放射エネルギー）を検知することができないように制限されている。
【０００８】
遠赤外線から可視光までの波長の範囲にわたる放射電磁エネルギーの広範囲な温度スペクトラム（又は熱スペクトラム）を検出することが可能な、ボロメータベースの光検出器を本明細書は開示する。該光検出器は、光子トラップ内において少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのナノワイヤを含み、該少なくとも１つのナノワイヤは、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面を含む。この帯域内において、光検出器により検出される光の量は、少なくとも１つのナノワイヤにおける抵抗の変化を測定することによって決定され得る。
【０００９】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「ナノワイヤ」は、典型的には５０ｎｍ未満の半径を有した細長い構造のことを指す。
【００１０】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「光子トラップ」は、ある構造内へと向けられた放射電磁エネルギーを、該構造内における内部反射（内面反射）に、該構造の外側に逃がすことなく、少なくとも一時的に制限するよう設計された該構造のことを指す。
【００１１】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「光」は、約２０μｍから約３８０ｎｍまでの間の波長を有した放射電磁エネルギーのことを指す。
【００１２】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「可視光」は、約３８０ｎｍから約７６０ｎｍまでの間の波長を有した放射電磁エネルギーのことを指す。
【００１３】
本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられると、用語「遠赤外線」は、約８μｍから約１ｍｍまでの間の波長を有した放射電磁エネルギーのことを指す。
【００１４】
以下の記載では、説明することを目的として、本システム及び方法の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細事項が記載されている。しかしながら、本システム及び方法を、これらの特定の詳細事項無しに実践することができることが、当業者であれば理解されよう。本明細書内における「一実施形態」か、「一例」か、又は類似の言葉への言及は、該実施形態又は例に関連して説明されるある特定の特徴か、構造か、又は特性が、少なくともその１つの実施形態内に含まれるが、他の実施形態内には必ずしも含まれるとは限らないということを意味する。語句「一実施形態において」か又は本明細書内の様々な箇所における類似の語句の様々な事例は、必ずしも全てが同じ実施形態のことを指しているとは限らない。
【００１５】
例示的なナノワイヤボロメータ、例示的な光検出器、及び光検出の例示的な方法に関して、本明細書内において開示した原理が次に説明される。
【００１６】
例示的なナノワイヤボロメータ
次に、図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃを参照すると、例示的なボロメータナノワイヤ（１００）が示されている（必ずしも一定の縮尺に従っているとは限らない）。図１Ａは、ボロメータナノワイヤ（１００）の外部の斜視図を示しており、図１Ｂ及び図１Ｃは、図１Ａのナノワイヤ（１００）についての異なる実現可能な実施形態の断面図である。
【００１７】
ナノワイヤ（１００）には、本明細書内において記載された原理のある特定用途に適合可能な任意の技法を用いて製造された半導体コア（１０５）を含めることができる。半導体コア（１０５）には、シリコン、ゲルマニウム、及びそれらの合金などの、少なくとも１つの半導体材料を含めることができる（但しそれらに限定されない）。本明細書の原理に一致するナノワイヤ（１００）は、約３０μｍ〜約５０ｎｍまでの間の半径を有することが可能である。
【００１８】
図１Ａ、図１Ｂ、及び図Ｃ内に示されているように、ナノワイヤ（１００）には、黒く染められた表面（１１０）を含めることができる。ナノワイヤ（１００）の半導体材料が本質的に透過性であるような波長において電磁放射線を吸収するよう構成された少なくとも１つの染料を有したポリマーにより、ナノワイヤ（１００）の外部（外側）をコーティングすることによって、この黒染めを成し遂げることができる。例えば、ポリマー内に含まれ得る１つの染料は、カーボンブラック染料である。追加的には或いは代替的には、出来るだけ多くの範囲の波長の電磁エネルギーの吸収を助長するために、複数の染料か、又は光を吸収する他の類のものを、ポリマー内に含めることができる。ナノワイヤ（１００）上において所望の黒染め効果を達成させるために、ある実施形態では、ポリマーの、複数のコート（コーティング膜）が、半導体材料のコアに対して提供され得る。
【００１９】
図１Ｃ内に示されているように、ある実施形態において、半導体コア（１０５）の両端部（１１５、１２０）は、それぞれの電極に対する電気的な伝達を容易にするために、ｐ型ドーピングか又はｎ型ドーピングがなされ得る。代替的には、図１Ｂ内に示されるように、半導体コア（１０５）は、ナノワイヤ（１００）の長さに沿って、本来備わったままの（固有な）ものであることが可能である。
【００２０】
例示的な光検出器
次に図２を参照すると、ある例示的な光検出器（２００）が示されている。該光検出器は、光子トラップ（２０５）内に配置された図１Ａ〜図１Ｃのナノワイヤに一致する、複数の黒く染められたナノワイヤ（１００）を含む。光子トラップ（２０５）には、半導体基板（２１０）上に形成された開放型反射性キャビティ（open reflective cavity）を含めることができる。光子トラップ（２０５）の壁（２１５、２２０）は、ドープされた半導体材料から形成され得り、電気的に及び物理的にナノワイヤ（１００）に対して結合され得る。該ナノワイヤ（１００）は、第１の壁（２１５）から第２の壁（２２０）まで水平に延在することが可能である。酸化物（２２５）の１つか又は複数の層は、第１及び第２の壁（２１５、２２０）を、互いに絶縁させることが可能であり、且つ、半導体基板（２１０）から絶縁させることが可能である。
【００２１】
光子トラップ（２０５）の内面は、例えば、銀及び／又はアルミニウムの層のような反射層（２３０）でコーティングされ得る。反射層（２３０）及び壁（２１５、２２０）の導電性のドープされた部分間に配置される絶縁層及び／又は反射層（２３０）内の、例えばある不連続性によって、壁（２１５、２２０）は、互いに電気的に絶縁されたままであることが可能である。追加的には或いは代替的には、ナノワイヤボロメータ（１００）が壁（２１５、２２０）をつなぎ合わせる場所であるナノワイヤボロメータ（１００）の各側部の周辺境界線の周囲の壁（２１５、２２０）の各々の中の領域は、反射層（２３０）の反射性材料を取り除くことができる。この例では、光子トラップ（２０５）の第１の壁（２１５）の内面は、半導体基板（２１０）からある角度をなしており、それにより、傾斜した鏡が形成されている。本明細書内において記載された原理のある特定の用途に最も適合することが可能であるように、反射面における多くの異なる形状とコンフィギュレーションとが、光子トラップ（２０５）内において使用され得る。構造内へと向けられた放射電磁エネルギーを、該構造内における内部反射（内面反射）に少なくとも一時的に制限するよう光子トラップ（２０５）内の反射面の配向が構成（設定）され得り、その結果として、受け取った光を、ナノワイヤ（１００）付近に集中させることができる。例えば、光源（２４５）からの放射光の例示的な経路（２３５、２４０）が、図２内に示されている。すなわち、光子トラップ（２０５）を放射光が出ていく前に、該経路（２３５、２４０）は、光子トラップ（２０５）内における複数の跳ね返りを含んでいる。
【００２２】
光子トラップ（２０５）内において配置されたボロメータナノワイヤ（１００）を有する光検出器（２００）の物理的な特性の簡単な説明が、吸収される電磁放射線の影響に関連して次になされる。
【００２３】
１つか又は複数のナノワイヤによって吸収される、放射線の電力量は、ΦＮＷ＝ΦＳＡ／Ｎに等しい。ここで、ΦＳは、放射電力（電力束）の密度であり、Ａ＝Ｌ２は、感光領域（例えば、Ｌ＝３０μｍ）の面積であり、Ｎは、ナノワイヤの数である。遠赤外線から可視光までの範囲内の電磁放射線を吸収する黒く染められた表面を有したシリコンか又はゲルマニウムのナノワイヤ（１００）のセットから作られた光集線装置を有した光検出器（２００）において、ネット・ヒートバランス式を、次のように記載することができる。
【００２４】
【数１】
式１において、ｃ及びρは、それぞれ、ナノワイヤ（１００）のコア内の半導体材料の特定の熱及び密度である。Ｔは、平均ナノワイヤ温度であり、ｖ０＝ｓＬ０、ｓ０＝πｒ０２、Ｓ０＝２πｒ０Ｌ０、ｒ０、及びＬ０は、それぞれ、ナノワイヤ（１００）の体積、断面積、表面積、半径、及び、長さである。ηは、吸収の量子効率を表す。式１内のＪＲ、Ｊａｉｒ、Ｊｔｈは、放射冷却、外気への熱拡散、及び、ナノワイヤ（１００）の端部を通じた流出量、に対応する熱流量を表す。ナノワイヤ（１００）の長軸に沿ったｘ軸と、ナノワイヤ（１００）の該長軸に垂直な動径ベクトルであるｒとを有した円筒座標を、選択することができる。信号放射電力ΦＳの小ささを考慮して、前記流量を、次のように表すことができる。
【００２５】
【数２】
更にまた、式１を、次の形に書き換えることができる。
【数３】
ここで、σ＝５．６７×１０−８Ｗ／ｍ２Ｋ４（ステファン・ボルツマン定数）であり、Ｋ及びＫａｉｒは、それぞれ、ナノワイヤ（１００）の半導体コアの熱伝導率、及び空気の熱伝導率であり、及び、Ｌａｉｒは、空気中の熱拡散の長さである。
【数４】
ここで、Ｃａｉｒ及びρａｉｒは、それぞれ、空気の特定の熱及び密度である。ボロメータの不活発さ（inertia）は、ナノワイヤ（１００）の端部を通じた熱拡散により決定されるということを、評価（推定）が示している。従って、式３を、次のように表すことができる。
【００２６】
【数５】
５０μｍの長さを有したシリコンナノワイヤ（１００）の場合には、
【数６】
である。典型的なリフレッシュレートは、４０Ｈｚであるので、式５から、ボロメータナノワイヤ（１００）の温度変動は、次のようになる。
【数７】
半径ｒ０＝３０ｎｍを有するナノワイヤ（１００）の抵抗は、１０９Ω／ｃｍを越える可能性がある。長さＬ０＝５０μｍのナノワイヤ（１００）は、抵抗ＲＮＷ≧５×１０６Ωを有する。全抵抗は、Ｒ＝ＲＮＷ／Ｎである。ナノワイヤ抵抗の、典型的な温度依存性は、次のように表される。
【数８】
電圧変動は、次式により提供される。
【数９】
式６及び式７に従って、電圧及び電流感度は、次式に等しい。
【数１０】
典型的なシリコンパラメータを用いると、
【数１１】
従って、Ｎ＞１５の場合には、電流感度ＳＩ＞９である。相対的に、光検出器及びｐ-ｉ-ｎダイオードの電流感度は、次式に等しい。
【数１２】
従って、３〜５μｍ、η≦０．８の範囲内のＩＲ検出器の場合には、ＳＩ≦４ Ａ／Ｗにする。それ故に、Ｎ＞１６での黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）に基づく、本光検出器（２００）は、従来の光検出器及びｐ-ｉ-ｎダイオードを上まわって、４倍よりも多く増加するＳＩを提供する。
【００２７】
ボロメータナノワイヤ（１００）の検出能（detectivity）を、エネルギーの平均自乗変動（mean-square fluctuation）を用いて推定することができる。エネルギーの該平均自乗変動は、標準的な熱力学に従って、次のように表される。
【数１３】
エネルギー変動のばらつき（分散）は、次式により与えられる。
【数１４】
（ｒ＝１０−４秒、及びω＜１０３Ｈｚ） 続いて、式１２及び式７から次式が得られる。
【数１５】
（ｃｍＨｚ１／２／Ｗの単位における）検出能は、次式により決定される。
【００２８】
【数１６】
Ｌ＝Ｌ０＝３×１０−５ｍ、ｒ０＝３０ｎｍ、Φ＝２［Ｗ／ｍ．Ｋ］、Ｔ＝２００Ｋ、η＝０．８においては、
【数１７】
が得られる。このことは、光子トラップ（２０５）による集光に起因して、シリコンボロメータナノワイヤ（１００）に基づく光検出器（２００）が、Background Limited Photodetection（ＢＬＩＰ）の限界に近い検出能を有することができるということを意味する。ここで、
【数１８】
重要なことには、光子トラップ（２０５）内において配置されたボロメータナノワイヤ（１００）を有する光検出器（２００）は、８〜１２μｍの範囲を含む全ての波長における熱放射を吸収することができる。従って、本ボロメータベースの光検出器を用いて、０．５μｍ〜１２μｍの波長範囲内における電磁放射線を検出することができ、そのことにより、Ｔ＝３００Ｋの常温においてでさえ、Ｄ＊＝（２〜３）×１０１０に対応するＢＬＩＰ検出能が可能になる。
【００２９】
次に図３を参照すると、半導体基板（３１０）上に作られた光子トラップ（３０５）内において配置された複数の黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）を含む別の例示的な光検出器（３００）の側面断面図が示されている。該ボロメータナノワイヤ（１００）は、光子トラップ（３０５）におけるドープされた第１の壁（３１５）と第２の壁（３２０）との間につるされている。図２内に示された光検出器（図２の２００）と同様に、酸化物層（３２５）によって、光子トラップ（３０５）の第１及び第２の壁（３１５、３２０）は、互いに電気的に絶縁されており、及び、半導体基板（３１０）から絶縁されている。反射層（３３０）がまた、キャビティの底と、第１及び第２の壁（３１５、３２０）の内面とを含めて、光子トラップ（３０５）の該キャビティの内面上に配置されている。第１及び第２の壁（３１５、３２０）は、図２に関して上記に開示した任意の対策を利用することによって、互いに電気的に絶縁されたままであることが可能である。図２に示された光検出器（図２の２００）とは異なり、この例の光検出器（３００）の図示された壁（３１５、３２０）が両方とも、半導体基板（３１０）に対して角度付けられており、それにより、少なくとも２つの傾斜した鏡が形成されている。
【００３０】
ボロメータナノワイヤ（１００）の抵抗における変化を監視することによって、電磁放射線を検出することができる。例えば、電圧源（３５０）を用いて、ナノワイヤ（１００）のどちらの端部にも接続された２つの端子間に既知の電圧差を印加することができる。この例では、ドープされた壁（３１５、３２０）は、ナノワイヤ（１００）に電気的に接続されており、電極として機能する。ナノワイヤ（１００）によって吸収される放射エネルギーの量の変化が、ナノワイヤ（１００）の抵抗に変化を生じさせることとなり、そのことが更に、端子に印加されている既知の電圧差の結果として、２つの端子間に流れる電流に変化を生じさせることとなる。電流の電気的特性におけるこれらの変化を、計測器（３５５）により測定することができる。この例では、計測器（３５５）は、電圧源（３５０）と直列に接続された電流メータである。回路を通じて流れるその測定された電流を、次いで用いて、ナノワイヤ（１００）の抵抗における変化を決定することができ、ひいては（その延長線上において）、ナノワイヤ（１００）により吸収された放射電磁エネルギーの量を決定することができる。追加的には或いは代替的には、本明細書内において記載された原理の特定用途に適合することができるように、任意の他の計測器（３５５）を用いて電流の特性の変化を測定することができる。
【００３１】
次に図４を参照すると、別の例示的な光検出器（４００）が示されている。以前の例と同様に、光検出器（４００）は、半導体基板（４１０）上に作られた光子トラップ（４０５）内において配置された複数の黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）を含む。該ボロメータナノワイヤ（１００）は、光子トラップ（４０５）におけるドープされた第１の壁（４１５）と第２の壁（４２０）との間につるされている。酸化物層（４２５）によって、光子トラップ（４０５）の第１及び第２の壁（４１５、４２０）は、互いに電気的に絶縁されており、及び、半導体基板（４１０）から絶縁されている。反射層（４３０）がまた、キャビティの底と、第１及び第２の壁（４１５、４２０）の内面とを含めて、光子トラップ（４０５）の該キャビティの内面上に配置されている。第１及び第２の壁（４１５、４２０）は、図２に関して以前に記載した任意の対策を利用することによって、互いに電気的に絶縁されたままとすることができる。
【００３２】
この例の光子トラップ（４０５）は、光子トラップ（４０５）のキャビティの上に配置された上部反射器（４４５）を有した開放型反射性キャビティを含む。上部反射器（４４５）の少なくとも下側には、放射電磁エネルギーを光子トラップ（４０５）のキャビティ内へと戻すように反射させるよう構成された上部鏡を形成する反射層（４５０）を含めることができ、それにより、ボロメータナノワイヤ（１００）近辺内へと該電磁エネルギーが向けられる回数が増加する。
【００３３】
次に図５を参照すると、別の例示的な光検出器（５００）が示されている。この光検出器（５００）は、この例のボロメータナノワイヤ（１００）が、底部電極（５０５）から上部反射器（４４５）へと上に向かって延在している（上部反射器はまた、第２の電極として機能する）ということを除いて、図４の光検出器に類似している。
【００３４】
次に図６を参照すると、別の例示的な光検出器（６００）が示されている。以前の例と同様に、光検出器（６００）は、半導体基板（６１０）上に作られた光子トラップ（６０５）内において配置された複数の黒く染められたボロメータナノワイヤ（１００）を含む。該ボロメータナノワイヤ（１００）は、光子トラップ（６０５）におけるドープされた第１の壁（６１５）と第２の壁（６２０）との間につるされている。光子トラップ（６０５）のキャビティの内面上に反射層（６３０）が配置されており、上部反射器（６４５）が、光子トラップ（６０５）のキャビティの上に配置されている。第１及び第２の壁（４１５、４２０）は、図２に関して以前に記載した任意の対策を利用することによって互いに電気的に絶縁され得る。
【００３５】
追加的には、光子トラップ（６０５）キャビティの反射性の内面と、上部反射器（６４５）の反射面とには、１つか又は複数のＶ型溝（６５０、６５５、６６０）を含めることができる。該Ｖ型溝（６５０、６５５、６６０、６６５）は、ボロメータナノワイヤ（１００）に向って放射電磁エネルギーが反射することの助けとなることができる。
【００３６】
図７は、図６の光検出器に類似したある例示的な光検出器（７００）を示す。この光検出器（７００）の上部反射器（６４５）の反射面（７５０）は、形状が円錐形である。
【００３７】
任意の様々なジオメトリ、寸法、及び材料が、本明細書における原理に一致する光子トラップにおいて使用され得るということが理解されるべきである。例えば、円錐形の屈折器及び／又は反射器と、反射面内において変動する回折格子又は溝と、つるされた全内面屈折器と、これらに類するものとを含む、より複雑なトラップが、本明細書内において記載された原理のある特定用途に最も適合することが可能であるように使用され得る。
【００３８】
例示的な方法
次に図８を参照すると、光を検出する例示的な一方法（８００）の流れ図が示されている。該方法（８００）を、例えば、１つか又は複数の電子機器によって実施することができる。該１つか又は複数の電子機器は、光子トラップ内において配置された１つか又は複数の黒く染められたナノワイヤを含んでいる少なくとも１つの光検出器を含む。
【００３９】
方法（８００）は、少なくとも１つの黒く染められたナノワイヤを有した光子トラップ内へと放射エネルギーを受け取り（ステップ８０５）、及び、該少なくとも１つのナノワイヤの抵抗を測定すること（ステップ８１０）を含む。例えば、前記少なくとも１つのナノワイヤの両端に、ある既知の電圧差を印加して（ステップ８１５）、該既知の電圧差によって結果として生じる、該ナノワイヤを通じて流れる電流を、測定する（ステップ８２０）ことによって、前記少なくとも１つのナノワイヤの抵抗を測定することができる（ステップ８１０）。該電流は、該ナノワイヤの抵抗に線形に関連付けられている。
【００４０】
前記少なくとも１つのナノワイヤの抵抗か又は電流が測定されると（ステップ８１０）、前記少なくとも１つのナノワイヤによって吸収された放射エネルギーの相対量が、該測定された抵抗と、該ナノワイヤの固有の物理特性とから決定され得る（ステップ８２５）。
【００４１】
上記の説明は、記載した原理の実施形態及び例を図示し及び説明するためにのみ提示されてきた。この説明は、網羅的となることを、或いは開示した任意の正確な形態にこれらの原理を限定することを意図していない。上記教示を踏まえて多くの修正及び変形形態が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）内において少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのボロメータナノワイヤ（１００）を備える光検出器（２００、３００、４００、５００、６００、７００）であって、
遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面（１１０）を前記ナノワイヤ（１００）が含むことからなる、光検出器。
【請求項２】
シリコン、ゲルマニウム、及びシリコンとゲルマニウムの合金、のうちの少なくとも１つを、前記ナノワイヤ（１００）が含むことからなる、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）が、開放型反射性キャビティを含むことからなる、請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）に対して傾斜した側部反射器と、円錐形の反射器と、少なくとも１つのＶ型溝を有する反射器と、のうちの少なくとも１つを、前記開放型反射性キャビティが含むことからなる、請求項３に記載の光検出器。
【請求項５】
前記キャビティの上に配置された反射器（４４５、６４５）であって、前記キャビティ内へと光を反射させるよう構成された該反射器（４４５、６４５）を、前記光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）が更に含むことからなる、請求項３又は４に記載の光検出器。
【請求項６】
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）が、前記反射性キャビティ上に水平につるされていることからなる、請求項３乃至５のいずれかに記載の光検出器。
【請求項７】
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）は、前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）の第１の端部に配置された第１の電極と、前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）の第２の端部に配置された第２の電極とに電気的に結合されていることからなる、請求項１乃至６のいずれかに記載の光検出器。
【請求項８】
カーボンブラック層と、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された光を吸収する類のものが組み込まれた状態のポリマー層と、のうちの少なくとも１つの層を、前記黒く染められた表面（１１０）が含むことからなる、請求項１乃至７のいずれかに記載の光検出器。
【請求項９】
光検出器（３００）であって、
反射性キャビティの対向する両側部上に配置された第１及び第２の電極（３１５、３２０）と、
前記反射性キャビティ内において少なくとも部分的に配置された複数のナノワイヤ（１００）であって、前記第１の電極（３１５）に電気的に結合された第１の端部と、前記第２の電極（３２０）に電気的に結合された第２の端部と、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面（１１０）とを、前記ナノワイヤ（１００）の各々が含むことからなる、複数のナノワイヤと、
前記第１の電極（３１５）と前記第２の電極（３２０）との間の電圧差を印加するよう構成された電圧源（３５０）と、
前記第１の電極（３１５）と前記第２の電極（３２０）との間を流れる電流の少なくとも１つの電気的特性を監視して、前記少なくとも１つの電気的特性から、前記ナノワイヤ（１００）によって吸収された光の量を決定するよう構成された計測器（３５５）
とを備える、光検出器。
【請求項１０】
シリコン、ゲルマニウム、及びシリコンとゲルマニウムの合金、のうちの少なくとも１つを、前記ナノワイヤ（１００）が含むことからなる、請求項９に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記電気的特性は、前記電流の、測定された大きさであることからなる、請求項９又は１０に記載の光検出器。
【請求項１２】
前記反射性キャビティの上に配置された上部反射器（４４５、６４５）を更に備える、請求項９乃至１１のいずれかに記載の光検出器。
【請求項１３】
放射エネルギーを検出する方法であって、
光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）内において少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのナノワイヤ（１００）を含む前記光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）内へと前記放射エネルギーを受け取り、ここで、前記ナノワイヤ（１００）は、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面（１１０）を有しており、
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）の抵抗を測定し、及び、
前記測定した抵抗から、前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）によって吸収された光の量を決定する
ことを含むことからなる、方法。
【請求項１４】
前記光子トラップが、反射性キャビティを含むことからなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記反射性キャビティの上に配置された上部反射器（４４５、６４５）であって、放射電磁エネルギーを前記キャビティ内へと向けるよう構成された該上部反射器を、前記光子トラップが更に含むことからなる、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１】
光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）内において少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのボロメータナノワイヤ（１００）を備える光検出器（２００、３００、４００、５００、６００、７００）であって、
遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面（１１０）を前記ナノワイヤ（１００）が含むことからなる、光検出器。
【請求項２】
シリコン、ゲルマニウム、及びシリコンとゲルマニウムの合金、のうちの少なくとも１つを、前記ナノワイヤ（１００）が含むことからなる、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）が、開放型反射性キャビティを含むことからなる、請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）に対して傾斜した側部反射器と、円錐形の反射器と、少なくとも１つのＶ型溝を有する反射器と、のうちの少なくとも１つを、前記開放型反射性キャビティが含むことからなる、請求項３に記載の光検出器。
【請求項５】
前記キャビティの上に配置された反射器（４４５、６４５）であって、前記キャビティ内へと光を反射させるよう構成された該反射器（４４５、６４５）を、前記光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）が更に含むことからなる、請求項３又は４に記載の光検出器。
【請求項６】
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）が、前記反射性キャビティ上に水平につるされていることからなる、請求項３乃至５のいずれかに記載の光検出器。
【請求項７】
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）は、前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）の第１の端部に配置された第１の電極と、前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）の第２の端部に配置された第２の電極とに電気的に結合されていることからなる、請求項１乃至６のいずれかに記載の光検出器。
【請求項８】
カーボンブラック層と、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された光を吸収する類のものが組み込まれた状態のポリマー層と、のうちの少なくとも１つの層を、前記黒く染められた表面（１１０）が含むことからなる、請求項１乃至７のいずれかに記載の光検出器。
【請求項９】
光検出器（３００）であって、
反射性キャビティの対向する両側部上に配置された第１及び第２の電極（３１５、３２０）と、
前記反射性キャビティ内において少なくとも部分的に配置された複数のナノワイヤ（１００）であって、前記第１の電極（３１５）に電気的に結合された第１の端部と、前記第２の電極（３２０）に電気的に結合された第２の端部と、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面（１１０）とを、前記ナノワイヤ（１００）の各々が含むことからなる、複数のナノワイヤと、
前記第１の電極（３１５）と前記第２の電極（３２０）との間の電圧差を印加するよう構成された電圧源（３５０）と、
前記第１の電極（３１５）と前記第２の電極（３２０）との間を流れる電流の少なくとも１つの電気的特性を監視して、前記少なくとも１つの電気的特性から、前記ナノワイヤ（１００）によって吸収された光の量を決定するよう構成された計測器（３５５）
とを備える、光検出器。
【請求項１０】
シリコン、ゲルマニウム、及びシリコンとゲルマニウムの合金、のうちの少なくとも１つを、前記ナノワイヤ（１００）が含むことからなる、請求項９に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記電気的特性は、前記電流の、測定された大きさであることからなる、請求項９又は１０に記載の光検出器。
【請求項１２】
前記反射性キャビティの上に配置された上部反射器（４４５、６４５）を更に備える、請求項９乃至１１のいずれかに記載の光検出器。
【請求項１３】
放射エネルギーを検出する方法であって、
光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）内において少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのナノワイヤ（１００）を含む前記光子トラップ（２０５、３０５、４０５、６０５）内へと前記放射エネルギーを受け取り、ここで、前記ナノワイヤ（１００）は、遠赤外線から可視光までを吸収するよう構成された黒く染められた表面（１１０）を有しており、
前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）の抵抗を測定し、及び、
前記測定した抵抗から、前記少なくとも１つのナノワイヤ（１００）によって吸収された光の量を決定する
ことを含むことからなる、方法。
【請求項１４】
前記光子トラップが、反射性キャビティを含むことからなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記反射性キャビティの上に配置された上部反射器（４４５、６４５）であって、放射電磁エネルギーを前記キャビティ内へと向けるよう構成された該上部反射器を、前記光子トラップが更に含むことからなる、請求項１３又は１４に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５０６０５６（Ｐ２０１２−５０６０５６Ａ）
【公表日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３３１９０（Ｐ２０１１−５３３１９０）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３７０１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４７８４４
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（５１１０７６４２４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (155)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３７０１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４７８４４
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（５１１０７６４２４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (155)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．
【Ｆターム（参考）】
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