特許 7244156 シリコンリング電界効果トランジスタアレイによる活性アンテナ装置

(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】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】シリコンリング電界効果トランジスタアレイによる活性アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20230314BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20230314BHJP

   G01R 29/08 20060101ALI20230314BHJP

   G01R 29/10 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 301J

G01R29/08 F

G01R29/10 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022511118

(86)(22)【出願日】2021-09-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-30

(86)【国際出願番号】 KR2021012114

(87)【国際公開番号】W WO2022050816

(87)【国際公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-02-21

(31)【優先権主張番号】10-2020-0113599

(32)【優先日】2020-09-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】515351884

【氏名又は名称】ユニスト（ウルサン ナショナル インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー）

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】キム、ギョン ロク

(72)【発明者】

【氏名】チャン、イ サン

(72)【発明者】

【氏名】リュ、ミン ウ

(72)【発明者】

【氏名】アン、サン ヒョ

【審査官】岩本 勉

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００８００１０（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００９１００８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５００７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０９００４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｇ０１Ｒ ２９／０８

Ｇ０１Ｒ ２９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナ装置であって、
第１タイプドーピングのシリコン基板と、
前記シリコン基板で前記第１タイプドーピングとは区別される第２タイプドーピングによって形成される少なくとも２つの第１ドーピング領域と、
前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域を取り囲む形態のチャネル領域の外側で第２タイプドーピングによって形成される第２ドーピング領域と、
前記シリコン基板の表面上に形成される誘電層の上段で、前記シリコン基板と離隔して前記チャネル領域に対応して配置される少なくとも２つのゲートと、
を含み、
前記少なくとも２つのゲートがテラヘルツ電磁波を受信する場合に応答して、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域と前記第２ドーピング領域が前記テラヘルツ電磁波のうち一部の周波数帯域の電磁波を吸収する、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記第１ドーピング領域はソース及びドレインのうちの１つであり、
前記第２ドーピング領域は、前記第１ドーピング領域がソースである場合にドレインであり、前記第１ドーピング領域がドレインである場合にソースである、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記第１タイプドーピングは、ｎタイプドーピング及びｐタイプドーピングであり、前記第２タイプドーピングは、残りのタイプドーピングである、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記一部の周波数帯域は、前記アンテナ装置の共振周波数に基づいて決定される、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記少なくとも２つの第１ドーピング領域の各中心と前記少なくとも２つの第１ドーピング領域をそれぞれ取り囲むチャネル領域の中心は互いに離隔している、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域は円形であり、前記少なくとも２つのゲートはリング状である、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記少なくとも２つのゲートは、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記チャネル領域を取り囲む領域で形成される、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記少なくとも２つのゲートに対して印加される外部電圧に応じて前記アンテナ装置の共振周波数が調整される、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記少なくとも２つのゲートがテラヘルツ電磁波を受信する場合、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域と前記第２ドーピング領域が前記テラヘルツ電磁波を吸収することで前記シリコン基板の表面上に電場が形成される、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

前記少なくとも２つのゲートで測定される電場のパターン及び量がテラヘルツ光源の分極に応じて変化する、請求項９に記載のアンテナ装置。

【請求項11】

前記少なくとも２つのゲートは、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記第２ドーピング領域内の仮想の格子及び前記第２ドーピング領域の周縁のうちの１つに沿って互いに離隔して配置される、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項12】

前記第２ドーピング領域は、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、互いに連結して対向する扇形の対（ｐａｉｒ ｏｆｓｅｃｔｏｒｓ）を含む領域、円形領域（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｒｅｇｉｏｎ）、多角形領域（ｐｏｌｙｇｏｎａｌ ｒｅｇｉｏｎ）、及び楕円領域（ｅｌｌｉｐｓｅ ｒｅｇｉｏｎ）のいずれか１つである、請求項１に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電界効果トランジスタを用いたテラヘルツ検出器に関し、より詳しくは、ゲートアレイの電界効果トランジスタを用いてテラヘルツ電磁波を検出するテラヘルツ検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、電界効果トランジスタ基盤テラヘルツ（Ｔｈｚ）電磁波検出器の場合、電界効果トランジスタの３つの接続端子（ソース、ドレイン、ゲート）のうちゲートとソースとの間に交流信号であるテラヘルツ電磁波を集光させる。また、電界効果トランジスタ基盤テラヘルツ電磁波検出器は、ソースとドレインとの間の下部半導体チャネル領域（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｒｅｇｉｏｎ）の電荷量の非対称性を誘導し、非対称的な電荷分布による出力端子であるドレインの直流電圧で光反応性（Ｐｈｏｔｏｒｅｓｐｏｎｓｅ）を検出することで、テラヘルツ電磁波信号を検出することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、ゲートアレイの電界効果トランジスタを用いてテラヘルツ電磁波を検出するテラヘルツ検出器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一実施形態に係るアンテナ装置（ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｖｉｃｅ）は、第１タイプドーピングのシリコン基板と、前記シリコン基板で前記第１タイプドーピングとは区別される第２タイプドーピングによって形成される少なくとも２つの第１ドーピング領域と、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域を取り囲む形態のチャネル領域の外側で第２タイプドーピングによって形成される第２ドーピング領域と、前記シリコン基板の表面上に形成される誘電層の上段で、前記シリコン基板と離隔して前記チャネル領域に対応して配置される少なくとも２つのゲートとを含み、前記少なくとも２つのゲートがテラヘルツ電磁波を受信する場合に応答して、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域と前記第２ドーピング領域が前記テラヘルツ電磁波のうち一部の周波数帯域の電磁波を吸収することができる。

【0005】

一実施形態に係るアンテナ装置において、前記第１ドーピング領域はソース及びドレインのうちの１つであり、前記第２ドーピング領域は残りのドーピング領域であってもよい。

【0006】

一実施形態に係るアンテナ装置において、前記第１タイプドーピングは、ｎタイプドーピング及びｐタイプドーピングのいずれか１タイプのドーピングであり、前記第２タイプドーピングは、残りのタイプドーピングであってもよい。

【0007】

一実施形態に係るアンテナ装置において、前記一部の周波数帯域は、前記アンテナ装置の共振周波数に基づいて決定されることができる。
一実施形態に係るアンテナ装置において、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域の各中心と前記少なくとも２つの第１ドーピング領域をそれぞれ取り囲むチャネル領域の中心は互いに離隔していてもよい。

【0008】

一実施形態に係るアンテナ装置は、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域は円形であり、前記少なくとも２つのゲートはリング状であってもよい。

【0009】

一実施形態に係るアンテナ装置において、前記少なくとも２つのゲートは、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記チャネル領域を取り囲む領域で形成されることができる。

【0010】

一実施形態に係るアンテナ装置は、前記少なくとも２つのゲートに対して印加される外部電圧に応じて前記アンテナ装置の共振周波数が調整されるこいとができる。
一実施形態に係るアンテナ装置は、前記少なくとも２つのゲートがテラヘルツ電磁波を受信する場合、前記少なくとも２つの第１ドーピング領域と前記第２ドーピング領域が前記テラヘルツ電磁波を吸収することで前記シリコン基板の表面上に電場が形成されることができる。

【0011】

一実施形態に係るアンテナ装置において、前記少なくとも２つのゲートで測定される電場のパターン及び量がテラヘルツ光源の分極に応じて変化することができる。
一実施形態に係るアンテナ装置において、前記少なくとも２つのゲートは、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、前記第２ドーピング領域内の仮想の格子及び前記第２ドーピング領域の周縁のうちの１つに沿って互いに離隔して配置されることができる。

【0012】

一実施形態に係るアンテナ装置において、前記第２ドーピング領域は、前記シリコン基板に垂直な方向から見るとき、互いに連結して対向する扇形の対（ｐａｉｒ ｏｆｓｅｃｔｏｒｓ）を含む領域、円形領域（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｒｅｇｉｏｎ）、多角形領域（ｐｏｌｙｇｏｎａｌ ｒｅｇｉｏｎ）、及び楕円領域（ｅｌｌｉｐｓｅ ｒｅｇｉｏｎ）のいずれか１つであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】リング状の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ、ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の側面図である。

【図2】リング状の電界効果トランジスタの断面図である。

【図3】リング状の電界効果トランジスタの平面図である。

【図4】アンテナ装置がテラヘルツ電磁波を吸収することでシリコン基板の表面上の電場分布を示す。

【図5】一実施形態に係るアンテナ装置を示す。

【図6】一実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。

【図7】外部電圧が個別的にゲートに印加されるアンテナ装置を示す。

【図8】テラヘルツ電磁波の導波管モード（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｍｏｄｅ）による電場パターンを示す。

【図9】アンテナ装置の少なくとも２つ以上のゲートがドレイン領域で配置される例示的な形態を示す。

【図10】アンテナ装置の少なくとも２つ以上のゲートがドレイン領域で配置される例示的な形態を示す。

【図11】一実施形態に係るアンテナ装置の第２ドーピング領域の例示的な形態を示す。

【図12】一実施形態に係るアンテナ装置の第２ドーピング領域の例示的な形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付の図面を参照して実施形態について詳説する。しかし、本明細書で開示する特定の構造的又は機能的な説明は単に実施形態を説明するための目的として例示したものであり、実施形態は様々な異なる形態で実施され、本発明は本明細書で説明した実施形態に限定されるものではない。実施形態に対するすべての変更、均等物ないし代替物が権利範囲に含まれているものと理解されなければならない。

【0015】

実施形態で用いられる用語は、単に、説明を目的として使用されたものであり、限定しようとする意図として解釈されることはない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。

【0016】

異なるように定義さがれない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。

【0017】

また、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に関係なく、同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略することにする。実施形態の説明において、関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にするものと判断される場合、その詳細な説明を省略する。

【0018】

また、実施形態の構成要素の説明において、第１，第２，Ａ，Ｂ，（ａ），（ｂ）などの用語を使用することがある。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものにすぎず、その用語によって該当の構成要素の本質や順番又は順序などが限定されない。

【0019】

いずれか一つの実施形態に含まれている構成要素と、共通の機能を含む構成要素は、他の実施形態で同じ名称を用いて説明することにする。反対となる記載がない以上、いずれか一つの実施形態に記載した説明は、他の実施形態にも適用され、重複する範囲において具体的な説明は省略することにする。

【0020】

以下、本発明に係る好ましい実施形態を添付の図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、リング状の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ、ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の側面図である。

【0021】

図１において、ゲートメタルをアンテナとして活用したリング状のテラヘルツ波検出用電界効果トランジスタを説明する。図１に示すように、アンテナ装置１００は、シリコン基板１１０に形成される１つのソース１２０、チャネル領域１３０、ドレイン１４０、及び１つのゲート１５０を含む。参考として、チャネル領域１３０は、ドレインとソースとの間に電荷が移動する通路であるチャネルが形成される領域を示す。

【0022】

アンテナ装置１００のシリコン基板１１０は、第１タイプでドーピングされてもよい。アンテナ装置１００のソース１２０は、第１タイプドーピングのシリコン基板１１０において、第１タイプドーピングとは区別される第２タイプドーピングによって形成される。チャネル領域１３０は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、ソース１２０を取り囲む形態を示す。また、ドレイン１３０は、ソースを取り囲む形態のチャネル領域１３０の外側で第２タイプドーピングによって形成されてもよい。ここで、ソース１２０は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき円形であってもよい。また、ドレイン１４０は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、リング状（ｒｉｎｇ ｆｏｒｍ）であってもよい。参考として、明細書の全般にわたって、第１タイプドーピングは、ｎタイプドーピング及びｐタイプドーピングのいずれか１つのタイプドーピングであってもよく、第２タイプドーピングは残りのタイプドーピングを示す。

【0023】

誘電層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）は、ソース１２０、チャネル領域１３０、及びドレイン１４０の上段に形成されている。ゲート１５０は、シリコン基板の表面上に形成される誘電層の上段でシリコン基板１１０と離隔し、チャネル領域１３０に対応して配置される。また、ゲート１５０は、シリコン基板１１０に垂直な方向から見るとき、チャネル領域１３０を含む領域に配置されてもよい。さらに、ゲート１５０は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、一部の面積がソース１２０の一部及びドレイン１４０の一部とオーバーラップ（ｏｖｅｒｌａｐ）されるように構成されてもよい。

【0024】

電界効果トランジスタ（ＦＥＴ、ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基盤のテラヘルツ（Ｔｈｚ）電磁波検出器であるアンテナ装置１００は、テラヘルツ電磁波１６０をゲート１５０を通じて受信する。アンテナ装置１００のソース１２０とドレイン１４０との間に発生する電流及び電圧でテラヘルツ電磁波１６０信号を検出することができる。テラヘルツ電磁波信号は、０．３～３テラヘルツ（Ｔｈｚ）の間の周波数を有する電磁波信号として、テラヘルツ波とも示す。

【0025】

図２は、リング状の電界効果トランジスタの断面図である。
図１を参照して説明したように、アンテナ装置２００は、ゲートメタルをアンテナとして活用したリング状のテラヘルツ波検出用電界効果トランジスタである。アンテナ装置２００は、第１タイプドーピングのシリコン基板２１０、シリコン基板２１０で第２タイプドーピングにより形成される１つのソース２２０、ソースを取り囲む形態のチャネル領域２３０の外側で第２タイプドーピングによって形成されるドレイン２４０、シリコン基板の表面上に形成される誘電層２６０の上段に配置されるゲート２５０を含む。

【0026】

図３は、リング状の電界効果トランジスタの平面図である。
図３は、図１に示すリング状の電界効果トランジスタをシリコン基板に垂直な方向から見た平面図である。アンテナ装置３００は、図１に示すように、ソース３２０とソース３２０を取り囲むチャネル領域３３０を含んで構成される。ソース３２０は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき円形領域で形成され、チャネル領域３３０は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき周縁が円形であってもよい。アンテナ装置３００において、ソースの中心３２１とチャネルの中心３３１は偏心（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ）されてもよい。例えば、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、アンテナ装置３００において、ソースの中心３２１とチャネルの中心３３１は離隔しており、非対称性が最大化される。例えば、ソース３２０の直径をｄ_１、チャネル３３０の直径をｄ_２、ソース３２０の周縁とチャネル領域３３０の周縁との最も短い距離をＬ_ｇ、ソース３２０の周縁とチャネル領域３３０の周縁との最も長い距離をＬとすれば、ｄ_２はｄ_１、Ｌ_ｇ、Ｌを合わせた値と同一である。

【0027】

先に説明したように、アンテナ装置３００において、シリコン基板に垂直な方向から見るとき。ソースの仮想の中心３２１とチャネル領域の仮想の中心３３１が互いに離隔してもよい。例えば、アンテナ装置３００は、Ｌの値とＬ_ｇの値が互いに異なってもよい。ソース３２０からドレイン３４０に向かう電荷の到達距離は、Ｌ_ｇからＬまで変わる構造を有してもよい。上述した非対称性により、アンテナ装置３００のゲート３５０とソース３２０との間の電界が強化される。アンテナ装置３００は、ソースの仮想の中心とチャネル領域の仮想の中心が偏心される非対称性の構造を通じて、テラヘルツ帯域に対して最大化された光反応性に基づいてテラヘルツ電磁波を敏感に検出することができる。

【0028】

図４は、アンテナ装置がテラヘルツ電磁波を吸収することでシリコン基板の表面上の電場（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）分布を示す。
アンテナ装置がテラヘルツ電磁波を受信する場合に応答して、ドレインとソースがテラヘルツ電磁波のうち一部の周波数帯域の電磁波を吸収することができる。アンテナ装置がテラヘルツ電磁波を吸収することでソース及びドレインで電流及び電圧が発生し、シリコン基板の表面上に電場が形成される。例えば、アンテナ装置は、ゲートから受信されるテラヘルツ電磁波によって励起（ｅｘｃｉｔｅ）し、ドレインの周辺に電気双極子モーメント（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｉｐｏｌｅ ｍｏｍｅｎｔ）が生成される。

【0029】

図５は、一実施形態に係るアンテナ装置を示す。
一実施形態に係るアンテナ装置５００は、複数のリング状電界効果トランジスタゲートアレイ（ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）の形態を有することができる。即ち、一実施形態に係るアンテナ装置５００は、少なくとも２つのゲートを含んでもよく、少なくとも２つのゲートの様々な配置が考慮され得る。

【0030】

一実施形態に係るアンテナ装置５００は、シリコン基板５１０に形成される２つの第１ドーピング領域５２１，５２２、ソースを取り囲む形態のチャネル領域の外側に形成されている第２ドーピング領域５４０、誘電層５６０の上段でシリコン基板５１０と離隔し、チャネル領域に対応して配置される２つのゲート５５１，５５２を含んで構成される。以下は、一実施形態に係るアンテナ装置５００の構造をより詳細に説明する。

【0031】

本明細書において、第１ドーピング領域はソース及びドレインのうちの１つであり、第２ドーピング領域はその残りに対応する。例えば、第１ドーピング領域がソースとして動作する場合、第２ドーピング領域がドレインとして動作する。第１ドーピング領域がドレインとして動作する場合、第２ドーピング領域がソースとして動作する。以下では、一実施形態に係るアンテナ装置５００において、第１ドーピング領域がソースとして動作し、第２ドーピング領域がドレインとして動作すると仮定する。しかし、これに限定されることなく、一実施形態に係るアンテナ装置５００において、第１ドーピング領域はドレインとして動作してもよく、第２ドーピング領域はソースとして動作してもよい。

【0032】

一実施形態に係るアンテナ装置５００のシリコン基板５１０は、第１タイプでドーピングされてもよい。また、アンテナ装置５００の第１ソース５２１及び第２ソース５２２は、第１タイプドーピングとは区別される第２タイプドーピングにより形成されてもよい。ここで、アンテナ装置５００の第１ソース５２１及び第２ソース５２２は互いに離隔して形成される。例えば、第１ソース５２１及び第２ソース５２２は、第１ソース５２１を取り囲むチャンネル領域と第２ソース５２２を取り囲むチャンネル領域とが互いにオーバーラップ（ｏｖｅｒｌａｐ）されないようにシリコン基板で形成されてもよい。第１ソース５２１及び第２ソース５２２は、シリコン基板５１０に垂直な方向から見るとき、円形（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｆｏｒｍ）であってもよい。

【0033】

アンテナ装置５００のドレイン５４０は、シリコン基板５１０に垂直な方向から見るとき、第１ソース５２１及び第２ソース５２２を取り囲む形態のチャネル領域の外側で第２タイプドーピングにより形成されてもよい。図５に示すように、ドレイン５４０は、シリコン基板５１０に垂直な方向から見るとき円形であってもよいが、これに限定されず、ドレイン５４０は、互いに接続して対向する扇形の対（ｐａｉｒ ｏｆｓｅｃｔｏｒｓ）を含む領域、多角形領域（ｐｏｌｙｇｏｎａｌ ｒｅｇｉｏｎ）、及び楕円領域（ｅｌｌｉｐｓｅ ｒｅｇｉｏｎ）のうちの１つであってもよい。下記、図１１～図１２Ｂを参照して後述する。

【0034】

アンテナ装置５００において、誘電層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）は、第１ソース領域５２１、第２ソース領域５２２、チャネル領域、及びドレイン領域５４０の上段に形成されてもよい。即ち、アンテナ装置において誘電層５６０は、シリコン基板５１０の表面上に形成されることができる。例えば、誘電層５６０は、ケイ素酸化物（例えば、二酸化ケイ素）のような酸化物から構成されてもよい。

【0035】

アンテナ装置５００の第１ゲート５５１及び第２ゲート５５２は、シリコン基板５１０の表面上に形成されている誘電層５６０に配置される。第１ゲート５５１及び第２ゲート５５２は、シリコン基板５１０と離隔してチャネル領域に対応して配置されてもよい。第１ゲート５５１及び第２ゲート５５２は、シリコン基板５１０に垂直な方向から見るとき、リング状の形態を有してもよい。例えば、シリコン基板５１０に垂直な方向から見るとき、第１ゲート５５１は、第１ソース５２１を取り囲むチャネル領域をカバーする領域として形成されてもよく、第２ゲート５５２は、第２ソース５２２を取り囲むチャネル領域をカバーする領域として形成されてもよい。例えば、シリコン基板５１０に垂直な方向から見るとき、第１ゲート５５１は、第１ソース５２１を取り囲むチャネル領域にマッチングする領域として形成されてもよく、第２ゲート５５２は、第２ソース５２２を取り囲むチャネル領域にマッチングする領域として形成されてもよい。

【0036】

追加的に、アンテナ装置５００の第１ゲート５５１及び第２ゲート５５２は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、チャネル領域を含んでソース及びドレインと一部オーバーラップされるように配置することができる。例えば、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、第１ゲート５５１の一部は、第１ソース５２１の一部及びドレイン５４０の一部とオーバーラップされるように形成され、第２ゲート５５２の一部は、第２ソース５２２の一部及びドレイン５４０の一部とオーバーラップされるように形成されてもよい。上述したように、ドレイン及びソースがオーバーラップされるアンテナ装置５００の構造については、アンテナ装置５００の非対称性を追加的に増加させてもよい。

【0037】

また、一実施形態に係るアンテナ装置５００において、第１ソースの仮想の中心と第１ソースを取り囲むチャネル領域の仮想の中心とが互いに離隔してもよい。同様に、第２ソースの仮想の中心と第２ソースを取り囲むチャネル領域の仮想の中心も互いに離隔してもよい。第１ソースの中心がチャネル領域の中心と比較して偏心されている方向と、第２ソースの中心がチャネル領域の中心と比較して偏心されている方向は、同じ方向であってもよい。

【0038】

テラヘルツ電磁波５８０は、アンテナ装置５００に印加される。一実施形態に係るアンテナ装置５００の第１ゲート５５１及び第２ゲート５５２はテラヘルツ電磁波５８０を受信し、ドレイン５４０及びソース５５１，５５２は、テラヘルツ電磁波のうち一部の周波数帯域の電磁波を吸収することができる。一実施形態に係るアンテナ装置５００が吸収するテラヘルツ電磁波の周波数帯域は、アンテナ装置５００の共振周波数（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に基づいて決定されることができる。

【0039】

１つ以上のゲートを含む電界効果トランジスタのアンテナ装置は、共振周波数（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有してもよい。アンテナの共振周波数は、下記の数式（１）のように容量成分及びインダクタンス成分に表現される。

【0040】

【数1】

上述した数式（１）において、ｆは電磁波を用いた生体センサに含まれているアンテナの共振周波数、Ｌはアンテナのインダクタンス、Ｃはアンテナのキャパシタンスを示す。１つ以上のゲートを含む電界効果トランジスタのアンテナ装置のドーピング領域は、ダイポールアンテナ（ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）として作動することができる。

【0041】

図５において、２つのゲートから構成されるアンテナ装置に関して記述しているが、これに限定されず、一実施形態に係るアンテナ装置は、２つ以上のゲートで構成されてもよい。一実施形態に係るアンテナ装置は、第１タイプドーピングのシリコン基板、シリコン基板において第１タイプドーピングとは区別される第２タイプドーピングによって形成される少なくとも２つの第１ドーピング領域、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、少なくとも２つの第１ドーピング領域を取り囲む形態のチャネル領域の外側で第２タイプドーピングにより形成される第２ドーピング領域、シリコン基板の表面に形成されている誘電層の上段でシリコン基板と離隔してチャネル領域に対応して配置される少なくとも２つのゲートを含む。ここで、一実施形態に係るアンテナ装置において、少なくとも２つの第１ドーピング領域の各仮想の中心と少なくとも２つの第１ドーピング領域をそれぞれ取り囲むチャネル領域の中心は互いに離隔してもよい。また、一実施形態に係るアンテナ装置の少なくとも２つのゲートがテラヘルツ電磁波を受信する場合、少なくとも２つの第１ドーピング領域と第２ドーピング領域がテラヘルツ電磁波のうち一部の周波数帯域の電磁波を吸収することができる。一実施形態に係るアンテナ装置の少なくとも２つのゲートアレイの配置については、図９～図１０を参照して説明する。

【0042】

図６は、一実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。
図６は、図５に示す複数のゲートアレイを含むアンテナ装置をシリコン基板に垂直な方向から見た平面図である。図６に示すように、アンテナ装置６００は、シリコン基板に形成されている２つの第１ドーピング領域６２１，６２２、第１ドーピング領域を取り囲む形態のチャネル領域の外側で形成されている第２タイプドーピング領域６４０、誘電層の上段にシリコン基板と離隔して配置されている２つのゲート６５１，６５２を含んで構成されている。

【0043】

図７では、外部電圧が個別的にゲートに印加されるアンテナ装置を示す。
図７は、図５に示す複数のゲートアレイを含むアンテナ装置の断面図である。図５に示すように、アンテナ装置７００は、シリコン基板７１０に形成されている２つの第１ドーピング領域７２１，７２２、第１ドーピング領域を取り囲む形態のチャネル領域７３０の外側で形成される第２タイプドーピング領域７４０、誘電層７６０の上段にシリコン基板７１０と離隔して配置されている第１ゲート７５１及び第２ゲート７５２を含んで構成されている。ここで、一実施形態に係るアンテナ装置７００の第１ゲート７５１に外部電圧Ｖ_Ｇ１が印加され、第２ゲート７５２に外部電圧Ｖ_Ｇ２が個別的に印加されてもよい。

【0044】

例えば、一実施形態に係るアンテナ装置７００のシリコン基板７１０は、ｐタイプでドーピングされてもよい。ここで、アンテナ装置の第１ゲート７５１に閾値電圧以上の電圧が印加される場合、第１ソース７２１で第１ソース７２１を取り囲むチャネル領域に電流が流れないことがある。また、アンテナ装置の第１ゲート７５１に閾値電圧以下の電圧が印加される場合、第１ソース７２１で第１ソース７２１を取り囲むチャネル領域に電流が流れる。即ち、シリコン基板がｐタイプでドープされたアンテナ装置７００においてゲートに電圧が閾値電圧未満に印加される場合、テラヘルツ検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）のゲートが作動する。反対に、シリコン基板がｐタイプでドープされたアンテナ装置７００においてゲートに電圧が閾値電圧以上に印加される場合、テラヘルツ検出器の作動が中断される。アンテナ装置７００の第１ゲート７５１及び第２ゲート７５２はそれぞれ印加される外部電圧Ｖ_Ｇ１、Ｖ_Ｇ２により個別的に作動したり、作動しない。

【0045】

一実施形態に係るアンテナ装置７００のゲートごとに印加される外部電圧のパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）に応じて、アンテナ装置の特性インピーダンス（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が決定されることができる。例示的に、特性インピーダンスは電圧波と電流波の比率を示し、下記の数式（２）のように表現されることができる。

【0046】

【数2】

上述の数式（２）において、Ｒはアンテナの抵抗、Ｌはアンテナのインダクタース、Ｃはアンテナのキャパシタンス、Ｇはアンテナのレジスタンス、ｗは電磁波の角速度を示す。

【0047】

一実施形態に係るアンテナ装置の特性インピーダンスは、第１ゲート７５１及び第２ゲート７５２に個別的に印加される外部電圧に応じて調整され、アンテナ装置の特性インピーダンスによりアンテナ装置７００の共振周波数（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が決定される。言い換えれば、一実施形態に係るアンテナ装置７００は、ゲートごとに個別的に外部電圧を印加してアンテナ装置７００の特性インピーダンスを変化させ、アンテナ装置７００は、印加されるテラヘルツ電磁波のうち、インピーダンスマッチングされた周波数帯域の電磁波を吸収することができる。一実施形態に係るアンテナ装置７００は、２つのゲートに対して印加される外部電圧に応じて共振周波数が調整され得る。

【0048】

一実施形態に係る２つ以上のゲートを含むアンテナ装置においても同様に、ゲートごとに外部電圧が個別的に印加されてもよい。また、アンテナ装置のゲートに印加される外部電圧のパターンに応じて、アンテナ装置の特性抵抗が調整され、決定されたアンテナ装置の特性抵抗によりアンテナ装置の共振周波数が決定されることができる。

【0049】

図８は、テラヘルツ電磁波の導波管モード（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｍｏｄｅ）による電場パターン（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｐａｔｔｅｒｎ）を示す。
図８に示す電場パターン８００は、吸収するテラヘルツ電磁波光源の導波管モードによる電場パターンを示す。例えば、電場パターン８００は、テラヘルツ電磁波光源のＴＥモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍｏｄｅ）に対する電場パターンを示す。ここで、ｌとｍはモード係数を示す。

【0050】

一実施形態に係る少なくとも２つのゲートを含むアンテナ装置を用いて集光されるテラヘルツ電磁波光源の分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）情報を取得することができる。テラヘルツ電磁波の分極情報とは、テラヘルツ電磁波が有する偏光情報を意味する。偏光情報とは、電磁波が進行するとき、波を構成している電場又は磁場が特定の方向に振動する情報を意味する。

【0051】

一実施形態に係るアンテナ装置は、テラヘルツ電磁波をゲートによって受信され、ソース及びドレインは、特定の導波管モードを有するテラヘルツ電磁波を吸収することができる。

【0052】

一実施形態に係る少なくとも２つのゲートがテラヘルツ電磁波を受信する場合、アンテナ装置の少なくとも２つの第１ドーピング領域と第２ドーピング領域がテラヘルツ電磁波を吸収することで、シリコン基板の表面上に電場が形成される。ここで、アンテナ装置の少なくとも２つのゲートは、シリコン基板の表面上で位置が互いに異なるため、ゲートごとに測定される電場の強度は互いに異なってもよい。従って、ゲートごとに測定される電場の強度を測定し、アンテナ装置のテラヘルツ電磁波による電場のパターンを取得することができる。

【0053】

一実施形態に係るアンテナ装置の少なくとも２つのゲートによって測定される電場のパターン及び量に応じてテラヘルツ光源の分極情報を取得できる。言い換えれば、テラヘルツ電磁波光源の分極情報により、アンテナ装置のゲートによって測定される電場のパターン及び量が変化するため、ゲートで形成又は観測される電場のパターン及び量に応じてテラヘルツ光源の分極情報を取得することができる。具体的に、テラヘルツ電磁波を吸収するアンテナ装置の少なくとも２つのゲートで測定された電場のパターンと、テラヘルツ電磁波の導波管モードによる特定電場パターン８００とを互いに比較することで、テラヘルツ光源の偏光情報を取得することができる。

【0054】

一実施形態に係るアンテナ装置は、各ゲートにおける電場強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）の分布（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に応じて、テラヘルツ電磁波の導波管モードによる電場パターン８００と比較し、テラヘルツ電磁波の導波管モードを決定する。

【0055】

図９～図１０は、アンテナ装置の少なくとも２つ以上のゲートがドレインで配置される例示的な形態を示す。
図９において、一実施形態に係るアンテナ装置の少なくとも２つのゲートは、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、第２ドーピング領域内仮想の格子（ｌａｔｔｉｃｅ）に沿って互いに離隔して配置されている。例えば、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、少なくとも２つのゲートのうち一部のゲートは、第２ドーピング領域を横切る仮想の第１直線に沿って互いに離隔し、他の一部のゲートは、第１直線に交差している第２直線に沿って互いに離隔してもよい。例えば、第１直線は第２ドーピング領域の中心を通過し、第２直線は第２ドーピング領域の中心で第２直線に直交してもよい。追加的に、更なる一部のゲートが第１直線及び第２直線と交差する１つ以上の第３直線に沿って互いに離隔して配置されてもよい。第１直線、第２直線、及び１つ以上の第３直線などは格子を形成することができる。

【0056】

図１０において、一実施形態に係るアンテナ装置の少なくとも２つのゲートは、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、第２ドーピング領域の周縁に沿って互いに離隔して配置されてもよい。

【0057】

図９～図１０において、一実施形態に係るアンテナ装置は、少なくとも２つの第１ドーピング領域の仮想の各中心と少なくとも２つの第１ドーピング領域をそれぞれ取り囲むチャネル領域の仮想の中心が互いに離隔してもよい。例えば、少なくとも２つの第１ドーピング領域の仮想の中心がチャネル領域の中心と比較して偏心されている方向は全て同じ方向であってもよい。

【0058】

図１１～図１２は、一実施形態に係るアンテナ装置の第２ドーピング領域の例示的な形態を示す。
図１１において、一実施形態に係るアンテナ装置１１００の第２ドーピング領域は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき楕円領域であってもよい。

【0059】

図１２Ａにおいて、一実施形態に係るアンテナ装置１２０１の第２ドーピング領域は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、１つの互いに連結して対向する扇形の対を含む領域である。図１２Ｂにおいて、一実施形態に係るアンテナ装置１２０２の第２ドーピング領域は、シリコン基板に垂直な方向から見るとき、２つの互いに連結して対向する扇形の対を含む領域である。ここで、２つの互いに連結して対向している扇形の対は、互いに交差しないことがある。

【0060】

一実施形態に係るアンテナ装置は、第２ドーピング領域の形態によりテラヘルツ電磁波のうち一部の周波数帯域の電磁波を吸収することができる。例えば、一実施形態に係るアンテナ装置の第２ドーピング領域が円形である場合、アンテナ装置は、第２ドーピング領域の直径の長さの２倍又は４倍の波長を有するテラヘルツ電磁波を吸収してもよい。更なる例において、一実施形態に係るアンテナ装置の第２ドーピング領域が楕円形である場合、アンテナ装置は、第２ドーピング領域の短縮（ｍｉｎｏｒ ａｘｉｓ）の長さの２倍ないし長軸（ｍａｊｏｒ ａｘｉｓ）の長さの２倍の間の波長、及び短縮の長さの４倍ないし長軸の長さの４倍の間の波長を有するテラヘルツ電磁波の周波数帯域を吸収してもよい。

【0061】

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当技術分野で通常の知識を有する者であれば前記に基づいて様々な技術的修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行される、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合せわされる、他の構成要素又は均等物によって代替、置換されても適切な結果が達成されることができる。

【0062】

従って、他の実現、他の実施形態及び特許請求の範囲と均等のものなども後述する権利要求の範囲に属する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】