特許 7124080 垂直集積マルチスペクトル撮像センサ、および垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-15

(45)【発行日】2022-08-23

(54)【発明の名称】垂直集積マルチスペクトル撮像センサ、および垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/02 20060101AFI20220816BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20220816BHJP

   H01L 31/0264 20060101ALI20220816BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20220816BHJP

【ＦＩ】

H01L31/02 A

G01J1/02 C

G01J1/02 B

H01L31/08 L

H01L27/146 C

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020528236

(86)(22)【出願日】2018-11-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-15

(86)【国際出願番号】 IB2018059296

(87)【国際公開番号】W WO2019106516

(87)【国際公開日】2019-06-06

【審査請求日】2021-04-23

(31)【優先権主張番号】15/827,785

(32)【優先日】2017-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(72)【発明者】

【氏名】ツァオ、チン

(72)【発明者】

【氏名】タン、ジアンシ

(72)【発明者】

【氏名】リー、ニン

【審査官】原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２１９８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０１０９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０５８６５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５７５０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１８４０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０９８３３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２５８７８６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０３９２

Ｈ０１Ｌ ３１／０８－３１／１１９

Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０

Ｈ０１Ｌ ２７／１４－２７／１４８

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直集積マルチスペクトル撮像センサであって、
基板上に配置された第１の金属コンタクト層と、
前記第１の金属コンタクト層上に配置され、第１の検出器素子がその内部の孔に埋め込まれたＳｉＯ_２層と、
前記第１の検出器素子を覆う第１のグラフェン層と、
前記第１のグラフェン層の一方の側で前記ＳｉＯ_２層上に配置された第２の金属コンタクト層であって、前記第２の金属コンタクト層の縁部が前記第１のグラフェン層の側面に接触する、前記第２の金属コンタクト層と、
前記ＳｉＯ_２層上に配置されたＡｌ_２Ｏ_３層であって、該Ａｌ_２Ｏ_３層において第２の検出器素子が、前記第１のグラフェン層の上の孔に埋め込まれている、前記Ａｌ_２Ｏ_３層と、
前記第２の検出器素子上に配置された第２のグラフェン層と、
前記第２のグラフェン層に隣接して前記Ａｌ_２Ｏ_３層上に配置された第３の金属コンタクト層であって、前記第３の金属コンタクト層の縁部が前記第２のグラフェン層の側面に接触している、前記第３の金属コンタクト層と、
を含み、
前記第１の検出器素子の材料が、前記第２の検出器素子の材料とは異なる電磁スペクトルの波長帯域に感度がある、
垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項2】

前記基板が、ガラス、シリコン・ウエハ、または可撓性材料から形成されている、請求
項１に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項3】

前記第１のグラフェン層が、前記第１の検出器素子の縁部を越えて、前記ＳｉＯ_２層に部分的に重なるように延在する、請求項１に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項4】

前記第１の金属コンタクト層が、前記基板上で長手方向に延在するストライプを形成する、請求項１に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項5】

前記埋め込まれた第２の検出器素子の側面が、前記第１のグラフェン層の側面に連続して繋がる、請求項１に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項6】

前記第２のグラフェン層が、前記第２の検出器素子の縁部を越えて、前記Ａｌ_２Ｏ_３層に部分的に重なるように延在する、請求項１に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項7】

前記第２の金属コンタクト層が、前記第１の金属コンタクト層に対して垂直な幅方向に延在する、前記ＳｉＯ_２層上のストライプを形成する、請求項４に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項8】

前記第３の金属コンタクト層が、前記第２の金属コンタクト層に対して垂直な長手方向に延在する、前記Ａｌ_２Ｏ_３層上のストライプを形成する、請求項７に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項9】

前記第１の検出器素子および前記第２の検出器素子が、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、またはＣｄＳを含むグループからそれぞれ選択され、前記第１の検出器素子が前記第２の検出器素子とは異なる、請求項１に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項10】

前記第１の金属コンタクト層、前記第２の金属コンタクト層、および前記第３の金属コンタクト層が、それぞれ導電性金属から形成されている、請求項１に記載の垂直集積マルチスペクトル撮像センサ。

【請求項11】

垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法であって、
基板上に第１の金属コンタクト層を堆積させ、前記第１の金属コンタクト層をパターニングするステップと、
前記基板および第１の金属コンタクト層の上にＳｉＯ_２層を堆積させ、前記ＳｉＯ_２層をパターニングして、前記基板のほぼ中央に前記第１の金属コンタクト層を露出させる孔を形成するステップと、
前記孔に第１の検出器材料を堆積させるステップと、
グラフェン層を前記ＳｉＯ_２層上に転写し、前記グラフェン層をパターニングして、前記第１の検出器材料を覆う第１のグラフェン層を形成するステップと、
第２の金属コンタクト層を前記ＳｉＯ_２層上に堆積させ、パターニングするステップであって、前記第２の金属コンタクト層が前記第１のグラフェン層に隣接し、前記第１のグラフェン層と接触している、前記堆積させ、パターニングするステップと、
Ａｌ_２Ｏ_３層を前記ＳｉＯ_２層の上に堆積させるステップであって、Ａｌ_２Ｏ_３が前記第１のグラフェン層上に蓄積することなく、前記第１のグラフェン層を取り囲む孔を形成する、前記堆積させるステップと、
第２の検出器材料を前記第１のグラフェン層上の前記孔に堆積させるステップと、
別のグラフェン層を前記Ａｌ_２Ｏ_３層および前記第２の検出器材料上に転写し、前記グラフェン層をパターニングして、前記第２の検出器材料を覆う第２のグラフェン層を形成
するステップと、
第３の金属コンタクト層を前記Ａｌ_２Ｏ_３層上に堆積させ、パターニングするステップであって、前記第３の金属コンタクト層が前記第２のグラフェン層に隣接して接触している、前記堆積させ、パターニングするステップと、
を含み、
前記第１の検出器材料が、前記第２の検出器材料とは異なる電磁スペクトルの波長帯域に感度がある、
垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法。

【請求項12】

前記第１の金属コンタクト層が、前記基板上で長手方向に延在するストライプを形成するようにパターニングされる、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の検出器材料および前記ＳｉＯ_２層の上面が、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスによって平滑化される、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記第２の金属コンタクト層が、前記第１の金属コンタクト層に対して垂直な、前記ＳｉＯ_２層上の幅方向に延在するストライプを形成するようにパターニングされる、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記第３の金属コンタクト層が、前記Ａｌ_２Ｏ_３層上で長手方向、かつ前記第２の金属コンタクト層に対して垂直に延在するストライプを形成するようにパターニングされる、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記Ａｌ_２Ｏ_３層を原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積させる、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記第１の検出器材料および前記第２の検出器材料が、それぞれＰｂＳｅ、ＰｂＳ、またはＣｄＳを含むグループから選択され、前記第１の検出器材料が、前記第２の検出器材料とは異なる、請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

前記第１の金属コンタクト層、前記第２の金属コンタクト層、および前記第３の金属コンタクト層が、それぞれ導電性金属から形成されている、請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、マルチスペクトル撮像センサを対象とする。

【背景技術】

【0002】

マルチスペクトル撮像は、医療用撮像および地質調査などの多くの用途にとって重要である。マルチスペクトル画像は、電磁スペクトル全体にわたって複数の特定の波長領域内の画像データをキャプチャした画像である。図１は、マルチスペクトル画像を取得するために使用される典型的な機器を示す。ここで本図を参照すると、従来のマルチスペクトル検出器１０は、可視スペクトル検出器１１、赤外線（ＩＲ）開孔１３を備えたＩＲ検出器１２、および紫外線（ＵＶ）検出器１４を含む。マルチスペクトル検出器１０はまた、可視およびＵＶ開孔１５、第１の調整可能なＵＶミラー１６、第２の固定されたＵＶミラー１８、およびＵＶチャネル１９を含む。図からわかるように、各検出器には個別のレンズとフィルタが必要である。従来のマルチスペクトル検出器に関連付けられたいくつかの課題がある。これらには、高コストおよび製造上の課題、複数のチャネルの光学的アライメントの維持、制限された視野などが含まれる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本開示の例示的な実施形態は、グラフェンが電極および拡散バリアとして使用される垂直集積マルチスペクトル撮像センサに関する。

【0004】

本開示の一実施形態によると、基板上に配置された第１の金属コンタクト層と、第１の検出器素子が内部の孔に埋め込まれた第１の金属コンタクト上のＳｉＯ_２層と、第１の検出器素子を覆う第１のグラフェン層と、第１のグラフェン層の一方の側でＳｉＯ_２層上に配置された第２の金属コンタクト層であって、第２の金属コンタクト層の縁部が第１のグラフェン層の側面に接触する、第２の金属コンタクト層と、ＳｉＯ_２層上に配置されたＡｌ _２ Ｏ _３ 層であって、第２の検出器素子が、第１のグラフェン層の上の孔に埋め込まれている、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層と、第２の検出器素子上に配置された第２のグラフェン層と、第２のグラフェン層に隣接してＡｌ _２ Ｏ _３ 層上に配置された第３の金属コンタクト層であって、第３の金属コンタクト層の縁部が第２のグラフェン層の側面に接触している、第３の金属コンタクト層と、を含む垂直集積マルチスペクトル撮像センサが提供される。第１の検出器素子の材料は、第２の検出器素子の材料とは異なる電磁スペクトルの波長帯域に感度がある。

【0005】

本開示のさらなる実施形態によると、基板は、ガラス、シリコン・ウエハ、または可撓性材料から形成される。

【0006】

本開示のさらなる実施形態によると、第１のグラフェン層は、第１の検出器素子の縁部を越えて、ＳｉＯ_２層に部分的に重なるように延在する。

【0007】

本開示のさらなる実施形態によると、第１の金属コンタクト層は、基板上で長手方向に延在するストライプを形成する。

【0008】

本開示のさらなる実施形態によると、埋め込まれた第２の検出器素子の側面は、第１のグラフェン層の側面と同じ広がりを有する。

【0009】

本開示のさらなる実施形態によると、第２のグラフェン層は、第２の検出器素子の縁部を越えて、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層に部分的に重なるように延在する。

【0010】

本開示のさらなる実施形態によると、第２の金属コンタクト層は、第１の金属コンタクト層に対して垂直な幅方向に延在するＳｉＯ_２層上のストライプを形成する。

【0011】

本開示のさらなる実施形態によると、第３の金属コンタクト層は、第２の金属コンタクト層に対して垂直な長手方向に延在するＡｌ _２ Ｏ _３ 層上のストライプを形成する。

【0012】

本開示のさらなる実施形態によると、第１の検出器素子および第２の検出器素子は、それぞれＰｂＳｅ、ＰｂＳ、またはＣｄＳを含むグループから選択され、第１の検出器素子が第２の検出器素子とは異なる。

【0013】

本開示のさらなる実施形態によると、第１の金属コンタクト層、第２の金属コンタクト層、および第３の金属コンタクト層は、それぞれ導電性金属から形成される。

【0014】

本開示の別の実施形態によると、基板上に第１の金属コンタクト層を堆積させ、第１の金属コンタクト層をパターニングすることと、基板および第１の金属コンタクト層の上にＳｉＯ_２層を堆積させ、ＳｉＯ_２層をパターニングして、基板のほぼ中央に第１の金属コンタクト層を露出させる孔を形成することと、孔に第１の検出器材料を堆積させることと、グラフェン層をＳｉＯ_２層上に転写し、グラフェン層をパターニングして、第１の検出器材料を覆う第１のグラフェン層を形成することと、第２の金属層をＳｉＯ_２層上に堆積させ、パターニングすることであって、第２の金属層が第１のグラフェン層に隣接し、第１のグラフェン層と接触している、堆積させ、パターニングすることと、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層をＳｉＯ_２層の上に堆積させることであって、Ａｌ _２ Ｏ _３ が第１のグラフェン層上に蓄積することなく、第１のグラフェン層を取り囲む孔を形成する、堆積させることと、第２の検出器材料を第１のグラフェン層上の孔に堆積させることと、別のグラフェン層をＡｌ _２ Ｏ _３ 層および第２の検出器材料上に転写し、グラフェン層をパターニングして、第２の検出器材料を覆う第２のグラフェン層を形成することと、第３の金属層をＡｌ _２ Ｏ _３ 層上に堆積させ、パターニングすることであって、第３の金属層が第２のグラフェン層に隣接して接触している、堆積させ、パターニングすることと、を含む、垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法が提供される。第１の検出器材料は、第２の検出器材料とは異なる電磁スペクトルの波長帯域に感度がある。

【0015】

本開示のさらなる実施形態によると、第１の金属コンタクト層は、基板上で長手方向に延在するストライプを形成するようにパターニングされる。

【0016】

本開示のさらなる実施形態によると、第１の検出器材料およびＳｉＯ_２層の上面は化学的機械研磨（ＣＭＰ）プロセスによって平滑化される。

【0017】

本開示のさらなる実施形態によると、第２の金属層は、第１の金属コンタクト層に対して垂直な、ＳｉＯ_２層上の幅方向に延在するストライプを形成するようにパターニングされる。

【0018】

本開示のさらなる実施形態によると、第３の金属コンタクト層は、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層上で長手方向、かつ第２の金属コンタクト層に対して垂直に延在するストライプを形成するようにパターニングされる。

【0019】

本開示のさらなる実施形態によると、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層を原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積させる。

【0020】

本開示のさらなる実施形態によると、第１の検出器材料および第２の検出器材料は、それぞれＰｂＳｅ、ＰｂＳ、またはＣｄＳを含むグループから選択され、第１の検出器素子が第２の検出器素子とは異なる。

【0021】

本開示のさらなる実施形態によると、第１の金属コンタクト層、第２の金属コンタクト層、および第３の金属コンタクト層は、それぞれ導電性金属から形成される。

【0022】

ここで、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】従来のマルチスペクトル検出器である。

【図2】本開示の一実施形態による、選択的ＡＬＤによる拡散バリアとしてのグラフェンの使用を示す図である。

【図3】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてのグラフェンを有する垂直集積マルチスペクトル撮像センサである。

【図4】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを使用する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法である。

【図5】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを使用する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法である。

【図6】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを使用する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法である。

【図7】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを使用する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法である。

【図8】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを使用する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法である。

【図9】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを使用する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法である。

【図10】本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを使用する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本明細書で説明される開示の例示的な実施形態は、一般に、垂直集積マルチスペクトル撮像センサを提供する。実施形態は、様々な修正形態および代替形態が可能であるが、それらの具体的な実施形態が、例として図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、本開示を、開示された特定の形態に限定する意図はなく、逆に、本開示は、本開示の思想および範囲に含まれるすべての修正形態、等価形態、および代替形態を網羅していることを理解されたい。

【0025】

グラフェンは、選択的原子層堆積（ＡＬＤ）による拡散バリアとして使用されている。グラフェンは、電子および正孔がその伝導帯内を自由に移動するため、透明で導電性が高いが、グラフェン層を構成する炭素原子は、原子および分子が通過するのを阻止するのに十分に稠密であるため、グラフェンは、拡散シールドとして機能することができる。したがって、グラフェンは、異なる波長帯域の光に感度がある検出器材料と組み合わされて、積層マルチスペクトル撮像センサを形成することができる。グラフェンは、透明なため、異なる波長帯域に感度がある検出器間に配置することができ、その導電性により、電流を金属コンタクトに流出させることができ、異なる検出器間の拡散バリアとして機能する。例示的で非限定的な検出器には、約０．２７ｅＶのバンドギャップを有し、３～約５μｍの波長帯域の近赤外線および中赤外線に感度があるＰｂＳｅ、約０．３７ｅＶのバンドギャップを有し、１～約２．５μｍの波長帯域の近赤外線に感度があるＰｂＳ、ならびに約２．４５ｅＶのバンドギャップを有し、２００～約６００ｎｍの波長帯域の可視光、ＵＶＡ、ＵＶＢ、およびより長波長のＵＶＣ放射線に感度があるＣｄＳが含まれる。

【0026】

しかしながら、ボイドが容易に形成されるため、完全なグラフェン単分子層を形成することは困難である。図２を参照すると、上側の画像は１０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３ＡＬＤ後の銅亜鉛硫化スズ（ＣＺＴＳ）表面のグラフェンを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。Ａｌ_２Ｏ_３は、グラフェンの孔２０の内部の露出したＣＺＴＳを含めて、ＣＺＴＳを均一にコーティングしている。グラフェン表面は、均一にコーティングされていないため、画像のコントラストが暗い。下側の画像は、グラフェン／ＣＺＴＳ表面の拡大画像であり、グラフェンが存在しないクラック内部の露出したＣＺＴＳが均一にコーティングされている。対照的に、グラフェンによって覆われた領域のＡｌ_２Ｏ_３核生成は、はるかに疎らにコーティングされている。

【0027】

しかしながら、Ａｌ _２ Ｏ _３ を使用するＡＬＤを行うことによって、Ａｌ _２ Ｏ _３ は、グラフェンのボイドを覆うように孔内で核生成されるが、グラフェンが化学的に不活性であり、Ａｌ _２ Ｏ _３ と結合しないため、グラフェン自体には接着しない。Ａｌ _２ Ｏ _３ とグラフェンの組み合わせは、連続拡散バリアを形成する。グラフェンのボイドは、電子および正孔が容易にボイドを回避することができるため、実質的にその導電性に影響しないことに留意されたい。

【0028】

本開示の実施形態によると、垂直集積マルチスペクトル撮像センサは、電極および拡散バリアとしてグラフェンを用いる。図３は、グラフェンを電極および拡散バリアとして使用し、異なる波長帯域に感度がある２つの埋め込み検出器を有する例示的な垂直集積マルチスペクトル撮像センサを示す。図３は、説明を明確にし、図面を簡略化するために２つの埋め込み検出器を示しており、２つの検出器を有するマルチスペクトル撮像センサに含まれる概念は、当業者によって、３つ以上の検出器を有するマルチスペクトル撮像センサに拡張することができる。ＰｂＳｅ検出器およびＰｂＳ検出器の描写は、例示的かつ非限定的であり、２つの検出器のどちらかを、ＣｄＳ検出器などの別の検出器で置き換えることができる。

【0029】

ここで、図を参照すると、本発明の実施形態による垂直集積マルチスペクトル撮像センサは、基板３０上の第１の金属コンタクト層３１と、ＳｉＯ_２層３２の孔に、埋め込まれたＰｂＳｅ検出器素子３９を有する、第１の金属コンタクト層３１上のＳｉＯ_２層３２と、を含む。基板は、材料がＡＬＤに関連付けられた温度に耐えることができる限り、ガラスもしくはシリコン・ウエハ、または必要に応じて可撓性材料とすることができる。金属コンタクト層は、グラフェン層を外部コンタクトと相互接続して、グラフェン内で生成される電流を伝導する役割を果たし、Ｃｕ、Ａｌ、またはＡｇなどの任意の適切な導電性金属とすることができる。第１の金属コンタクト層３１は、基板上で長手方向に延在するストライプを形成する。ＰｂＳｅ検出器素子３９は、一部の実施形態では、ＰｂＳｅ検出器素子３９の縁部を越えてＳｉＯ_２層３２に部分的に重なるように延在する第１のグラフェン層３７によって覆われている。ＳｉＯ_２層３２は、第１のグラフェン層３７の上に孔を有するＡｌ _２ Ｏ _３ 層３３によって覆われ、この孔内で、ＰｂＳ検出器素子３６が、ＰｂＳｅ検出器素子３９の上の第１のグラフェン層３７上に埋め込まれている。一部の実施形態では、埋め込まれたＰｂＳ検出器素子３６は、その側面が第１のグラフェン層３７の側面と同一の広がりを有するように延在する。第２の金属コンタクト層３４は、第１のグラフェン層３７の一方の側において、ＳｉＯ_２層３２とＡｌ _２ Ｏ _３ 層３３との間に配置されている。第２の金属コンタクト層３４の縁部は、第１のグラフェン層３７の側部に接触する。第２の金属コンタクト層３４は、第１の金属コンタクト層３１とに対して垂直な幅方向に延在するストライプを形成する。第２のグラフェン層３８は、ＰｂＳ検出器素子３６を覆い、一部の実施形態では、第２のグラフェン層３８は、ＰｂＳ検出器素子３６の縁部を越えて、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層３３に部分的に重なるように延在する。第３の金属コンタクト層３５は、第２のグラフェン層３８に隣接してＡｌ _２ Ｏ _３ 層３３上に形成されている。第３の金属コンタクト層３５の縁部は、第２のグラフェン層３８の側部に接触する。第３の金属コンタクト層３５は、第２の金属コンタクト層３４に対して垂直な長手方向に延在するストライプを形成する。

【0030】

グラフェンは、グラフェンが透明であり、光を下方の層まで透過させることができるため、ＰｂＳ検出器素子３６の頂部、およびＰｂＳ検出器素子３６とＰｂＳｅ検出器素子３９との間に使用される。光は、ＰｂＳｅ検出器素子３９の下には透過しないため、ＰｂＳｅ検出器素子３９の下にはグラフェン層は、存在しない。

【0031】

本開示の実施形態によると、図３のマルチスペクトル撮像センサでは、グラフェン層は、透明な電気コンタクトおよび拡散バリアの両方として機能する。図３に示すようなマルチスペクトル撮像センサは、アライメントの必要がない単一の光学系と、幅広い視野とを有する。

【0032】

図４～図１０は、本開示の一実施形態による、電極および拡散バリアとしてグラフェンを有する垂直集積マルチスペクトル撮像センサを製造する方法を示す。図４～図１０のそれぞれにおいて、上側の画像は、基板の平面図または上面図であり、下側の画像は、基板の中央部に沿った長手方向の基板の断面図である。図４を参照すると、プロセスは、第１の金属コンタクト層３１を基板３０上に堆積させ、コンタクト層３１をパターニングすることによって開始する。第１の金属コンタクト層３１は、任意の適切なプロセスによって堆積させることができ、基板上にストライプを形成するようにパターニングされる。図５を参照すると、ＳｉＯ_２層３２を堆積させ、パターニングして、基板のほぼ中央に第１の金属コンタクト層３１を露出させる孔５２を形成する。図６を参照すると、狭いバンドギャップを有するＰｂＳｅ材料を孔５２に堆積させ、堆積させたＰｂＳｅ材料およびＳｉＯ_２層３２の上面を化学的機械研磨（ＣＭＰ）プロセスによって平滑化してＰｂＳｅ検出器素子３９を形成する。

【0033】

図７を参照すると、グラフェン層がＳｉＯ_２層３２上に転写され、パターニングされて、主にＰｂＳｅ検出器素子３９を覆う第１のグラフェン層３７が形成され、その後、第２の金属層３４を堆積させ、パターニングする。実施形態によると、グラフェンを、銅膜上に別個に成長させ、知られている方法によって銅膜から除去し、ＳｉＯ_２層３２上に転写する。第２の金属層３４は、第１のグラフェン層３７の一方の側に隣接し、かつ第１の金属コンタクト層３１に対して垂直な、ＳｉＯ_２層３２上の幅方向に延在するストライプを形成するようにパターニングされる。

【0034】

図８を参照すると、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層３３を、ＡＬＤによってＳｉＯ_２層３２の上に堆積させる。グラフェンは、化学的に不活性であるため、Ａｌ _２ Ｏ _３ は、グラフェンに結合せず、Ａｌ _２ Ｏ _３ がグラフェン上に蓄積することなく、凹みにあるグラフェンがＡｌ _２ Ｏ _３ 層３３によって取り囲まれている孔８２を形成する。しかしながら、第１のグラフェン層３７のボイドは、Ａｌ _２ Ｏ _３ で充填され、連続層を形成する。図９を参照すると、ＰｂＳｅよりも広いバンドギャップの光センサを有する材料であるＰｂＳを孔８２に堆積させて、ＰｂＳ検出器素子３６を形成する。

【0035】

図１０を参照すると、別のグラフェン層が、第１のグラフェン層３７の形成に使用されたものと実質的に同様のプロセスで、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層３３およびＰｂＳ検出器素子３６上に転写され、パターニングされて、ＰｂＳ検出器素子３６を覆う第２のグラフェン層３８が形成される。別の金属層を堆積させ、パターニングして、第２のグラフェン層３８の一方の側に隣接し、かつ第２の金属コンタクト層３４に対して垂直な、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層３３上の長手方向に延在するストライプとして第３の金属コンタクト層３５を形成する。第２のグラフェン層３８は、頂部コンタクトであるため、ボイドを充填する必要はない。

【0036】

本開示の実施形態は、例示的な実施形態を参照して詳細に説明されたが、当業者には、添付された特許請求の範囲に記載されている本開示の思想および範囲から逸脱することなく、様々な修正および置換を行うことができることが理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】