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特許7264349テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に適した炭素膜およびテラヘルツ波検出装置
(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】2023-04-17
(45)【発行日】2023-04-25
(54)【発明の名称】テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に適した炭素膜およびテラヘルツ波検出装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/08 20060101AFI20230418BHJP
H01L 31/10 20060101ALI20230418BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20230418BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20230418BHJP
【ＦＩ】
H01L31/08 Z
H01L31/10 H
G01J1/02 C
H01L29/06 601N
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019503034
(86)(22)【出願日】2018-02-27
(86)【国際出願番号】 JP2018007347
(87)【国際公開番号】W WO2018159638
(87)【国際公開日】2018-09-07
【審査請求日】2021-01-20
(31)【優先権主張番号】P 2017036214
(32)【優先日】2017-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 １．応用物理学会、第７７回応用物理学会秋季学術講演会 講演予稿集、講演番号：１６ａ－Ｂ２－１２、発行年月日：平成２８年９月１日 ２．第７７回応用物理学会秋季学術講演会（１６ａ－Ｂ２－１２）、開催日：平成２８年９月１６日 ３．応用物理学会、第７７回応用物理学会秋季学術講演会 講演予稿集、講演番号：１６ａ－Ｂ２－１３、発行年月日：平成２８年９月１日 ４．第７７回応用物理学会秋季学術講演会（１６ａ－Ｂ２－１３）、開催日：平成２８年９月１６日 ５．掲載日：平成２８年１１月１４日、 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｕｒｅ．ｃｏｍ／ｎｐｈｏｔｏｎ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｕｒｅ．ｃｏｍ／ｎｐｈｏｔｏｎ／ｊｏｕｒｎａｌ／ｖ１０／ｎ１２／ｆｕｌｌ／ｎｐｈｏｔｏｎ．２０１６．２０９．ｈｔｍｌ、 ６．掲載日：平成２８年１１月９日、 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ、 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｐｄｆ／ｔｏｋｙｏｔｅｃｈｐｒ２０１６１１０９＿ｋａｗａｎｏ．ｐｄｆ ７．東工大プレスリリース記者説明会、開催日：平成２８年１１月１１日 ８．掲載日：平成２８年１１月１５日、 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ 、 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／２０１６／０３６６８６．ｈｔｍｌ ９．掲載日：平成２８年１１月１７日、 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ 、 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｅｎｇｌｉｓｈ／ｎｅｗｓ／２０１６／０３６６５２．ｈｔｍｌ １０．日本経済新聞社、日経産業新聞の朝刊第８面、発行日：平成２８年１１月１６日 １１．日刊工業新聞社、日刊工業新聞の朝刊第２５面、発行日：平成２８年１１月１６日 １２．電波新聞社、電波新聞の朝刊第３面、発行日：平成２８年１１月１８日 １３．科学新聞社、科学新聞の第４面、発行日：平成２８年１２月１６日 １４．掲載日：平成２９年１月２４日、 ｈｔｔｐ：／／ｔｅｃｈｏｎ．ｎｉｋｋｅｉｂｐ．ｃｏ．ｊｐ／ａｔｃｌ／ｍａｇ／１５／３２０９２５／０１２３００１３０／
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 １５．掲載日：平成２８年１１月２２日 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｂｉ－ａｗａｒｄ．ｊｐ／ｓｅｎｔａｎ／ｊｕｓｙｏｕ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(73)【特許権者】
【識別番号】000229117
【氏名又は名称】日本ゼオン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】河野 行雄
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 大地
(72)【発明者】
【氏名】落合 雄輝
(72)【発明者】
【氏名】長宗 勉
(72)【発明者】
【氏名】山岸 智子
【審査官】桂城 厚
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５０２７５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１９０８２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５３８８５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２０５２７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２８３９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１６５１１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】HE, Xiaowei et al.，Carbon-based terahertz devices，Proc. of SPIE，SPIE，2015年05月28日，Vol.9476，pp.947612-1 - 947612-9，DOI:10.1117/12.2185159
【文献】ERIKSON, Kristopher J. et al.，Figure of Merit for Carbon Nanotube Photothermoelectric Detectors，ACS nano，ACS Publications，2015年10月29日，Vol.15, No.12，pp.11618-11627，DOI:10.1021/acsnano.5b06160
【文献】SUZUKI, D. et al.，Mechanism of carbon nanotubes terahertz detectors based on photothermoelectric effect，2016 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz)，IEEE，2016年09月30日，DOI:10.1109/IRMMW-THz.2016.7758937
(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
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に使用される炭素膜であって、当該炭素膜は、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されたカーボンナノチューブ構造体からなるカーボンナノチューブ膜であり、
前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ膜の厚さと幅によって規定される伝熱面積を有し、
前記カーボンナノチューブ膜の前記幅を所定値に設定した場合において、前記カーボンナノチューブ膜の厚みが、１μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記カーボンナノチューブ膜は、支持体が存在していなくとも膜としての形状を保つことができる、膜厚１０ｎｍ～３μｍ、面積が１ｍｍ２～１００ｃｍ２のサイズの自立膜である
ことを特徴とする炭素膜。
【請求項2】
テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に使用される炭素膜であって、当該炭素膜は、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されたカーボンナノチューブ構造体からなるカーボンナノチューブ膜であり、
前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ膜の厚さと幅によって規定される伝熱面積を有し、
前記カーボンナノチューブ膜の前記幅を所定値に設定した場合において、前記カーボンナノチューブ膜の厚みが、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、
前記カーボンナノチューブ膜は、支持体が存在していなくとも膜としての形状を保つことができる、膜厚１０ｎｍ～３μｍ、面積が１ｍｍ２～１００ｃｍ２のサイズの自立膜である
ことを特徴とする炭素膜。
【請求項3】
テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に使用される炭素膜であって、当該炭素膜は、支持膜上に形成された、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されたカーボンナノチューブ構造体からなるカーボンナノチューブ膜であり、
前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ膜の厚さと幅によって規定される伝熱面積を有し、
前記カーボンナノチューブ膜の前記幅を所定値に設定した場合において、前記カーボンナノチューブ膜の厚みが、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、
前記カーボンナノチューブ膜は、支持体が存在していなくとも膜としての形状を保つことができる、膜厚１０ｎｍ～３μｍ、面積が１ｍｍ２～１００ｃｍ２のサイズの自立膜である
ことを特徴とする炭素膜。
【請求項4】
前記カーボンナノチューブは、単層、二層、及び多層のカーボンナノチューブのうちの少なくとも何れかである
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の炭素膜。
【請求項5】
前記カーボンナノチューブ構造体を構成する複数のカーボンナノチューブは、その５０重量％以上が、単層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の炭素膜。
【請求項6】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の炭素膜と、前記炭素膜上の、Ｘ方向の一方側に配置される第１電極と、
前記炭素膜上の、前記Ｘ方向の他方側に配置される第２電極と、を備えるテラヘルツ波検出装置であって、
前記第１電極および前記第２電極の電極種は、
Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔを含む貴金属元素、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎを含むアルミニウム族元素、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗを含むクロム族元素、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏを含む鉄族元素、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｔｈを含むスズ族元素、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎを含むマグネシウム族元素、より選択される少なくとも二種の金属または元素、さらにこれらの金属または元素の合金であり、
前記炭素膜は、前記Ｘ方向に直交するＹ方向に沿った寸法である幅寸法（Ｗ）が８ｎｍ以上である
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項7】
前記カーボンナノチューブ膜のＸ方向の一方側にソース電極が設置され、Ｘ方向の他方側にドレイン電極が設置されており、前記ソース電極近くの前記カーボンナノチューブ膜にアンテナを備えることを特徴とする請求項６に記載のテラヘルツ波検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に適した炭素膜およびテラヘルツ波検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電磁波において、周波数１００ＧＨｚから３０ＴＨｚ程度はテラヘルツ波と称される周波数領域である。テラヘルツ波は電波と光波の中間帯にある。
テラヘルツ波は、良質の光源や信号源、検出器がなく、利用困難な電磁波の領域とされてきた。すなわち、テラヘルツ波はエレトロニクスによる電子制御の高周波極限であり、光制御の低エネルギ極限にある。
テラヘルツ波は、良質の光源や信号源、検出器がなく、利用困難な電磁波の領域とされてきた。すなわち、テラヘルツ波はエレトロニクスによる電子制御の高周波極限であり、光制御の低エネルギ極限にある。
【0003】
ところで、テラヘルツ波は、電波としての透過性や、光波としての直進性、水に対する高い吸収率をもち、固体中電子や高分子の物性解析に有力という特性を有している。
そこで、テラヘルツ波は、材料科学、生体分子分光学等の基礎学術分野から、セキュリティ、情報通信、環境、医療等の実用分野に至る幅広い応用が期待されている。
そこで、テラヘルツ波は、材料科学、生体分子分光学等の基礎学術分野から、セキュリティ、情報通信、環境、医療等の実用分野に至る幅広い応用が期待されている。
【0004】
特許文献１には、表面から一定の位置に２次元ガスが形成された半導体チップと、該半導体チップの表面に密着して設けられたカーボンナノチューブ、導電性のソース電極、ドレイン電極およびゲート電極とを備えるテラヘルツ波検出装置が記載されている。カーボンナノチューブは、半導体チップの表面に沿って延び、その両端部がソース電極とドレイン電極に接続され、ゲート電極は、カーボンナノチューブの側面から一定の間隔を隔てて位置する。
【0005】
また、テラヘルツ波の周波数を検出できる検出器として、例えば非特許文献１に記載がある。非特許文献１には、カーボンナノチューブアレイ、グラフェン、半導体ヘテロ界面２次元電子ガスという低次元電子系の機能を利用した新しいテラヘルツ波検出・分光・撮像技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１０－６０２８４号公報
【非特許文献】
【0007】
【文献】河野行雄、“低次元電子系の機能に基づくテラヘルツ波検出・分光・撮像デバイス”、応用物理学会誌「応用物理」Vol．84，pp．643-647（2015）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、テラヘルツ波検出装置については、実験レベルで使用可能な室温動作テラヘルツ波検出が実現され始めている。しかし、パッシブイメージング等で微弱な電磁波を検出するためには、検出器の感度は十分なものとは言えず、感度の向上が強く求められている。
このように産業応用については、感度が低い、検出可能な周波数帯域が限られている、検出器における最適条件が分らないという課題がある。
このように産業応用については、感度が低い、検出可能な周波数帯域が限られている、検出器における最適条件が分らないという課題がある。
【0009】
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、高感度、高性能な、テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に適した炭素膜およびテラヘルツ波検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記課題を解決するため、第１の本発明の炭素膜は、テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に使用される炭素膜であって、当該炭素膜は、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されたカーボンナノチューブ構造体からなるカーボンナノチューブ膜であり、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ膜の厚さと幅によって規定される伝熱面積を有し、前記カーボンナノチューブ膜の前記幅を所定値に設定した場合において、前記カーボンナノチューブ膜の前記厚みが、１μｍ以上１００μｍ以下であり、前記カーボンナノチューブ膜は、支持体が存在していなくとも膜としての形状を保つことができる、膜厚１０ｎｍ～３μｍ、面積が１ｍｍ
２
～１００ｃｍ
２
のサイズの自立膜であることを特徴とする炭素膜である。
【0011】
第２の本発明の炭素膜は、テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に使用される炭素膜であって、当該炭素膜は、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されたカーボンナノチューブ構造体からなるカーボンナノチューブ膜であり、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ膜の厚さと幅によって規定される伝熱面積を有し、前記カーボンナノチューブ膜の前記幅を所定値に設定した場合において、前記カーボンナノチューブ膜の前記厚みが、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、前記カーボンナノチューブ膜は、支持体が存在していなくとも膜としての形状を保つことができる、膜厚１０ｎｍ～３μｍ、面積が１ｍｍ
２
～１００ｃｍ
２
のサイズの自立膜であることを特徴とする炭素膜である。
【0012】
第３の本発明の炭素膜は、テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に使用される炭素膜であって、当該炭素膜は、支持膜上に形成された、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されたカーボンナノチューブ構造体からなるカーボンナノチューブ膜であり、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ膜の厚さと幅によって規定される伝熱面積を有し、前記カーボンナノチューブ膜の前記幅を所定値に設定した場合において、前記カーボンナノチューブ膜の前記厚みが、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、前記カーボンナノチューブ膜は、支持体が存在していなくとも膜としての形状を保つことができる、膜厚１０ｎｍ～３μｍ、面積が１ｍｍ
２
～１００ｃｍ
２
のサイズの自立膜であることを特徴とする炭素膜である。
【0013】
第９の本発明のテラヘルツ波検出装置は、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の炭素膜と、前記炭素膜上の、Ｘ方向の一方側に配置される第１電極と、前記炭素膜上の、前記Ｘ方向の他方側に配置される第２電極と、を備えるテラヘルツ波検出装置であって、前記第１電極および前記第２電極の電極種は、金属電極の熱伝導率に基づいて選定され、前記炭素膜は、前記Ｘ方向に直交するＹ方向に沿った寸法である幅寸法（Ｗ）が８ｎｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、高感度、高性能な、テラヘルツ波を利用した、受光素子ならびに給電素子に適した炭素膜およびテラヘルツ波検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施形態１に係るテラヘルツ波検出装置の構成を示す模式図。
【図2】テラヘルツ波の照射状態を示す拡大斜視図。
【図3】１．４ＴＨｚのテラヘルツ波を照射した場合のテラヘルツ波検出装置のＩ－Ｖ特性を示す図。
【図4】電極の材料（Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ）の熱伝導率とテラヘルツ波の応答信号を示す図。
【図5】第１電極近くのカーボンナノチューブ膜上に、テラヘルツ波が照射された際のカーボンナノチューブ膜内部の熱分布を示す図。
【図7A】膜厚、バンドル径の評価に用いた第１電極、カーボンナノチューブ膜、および第２電極の寸法を示す上面図。
【図8】テラヘルツ波の照射時の実験状態を示す図。
【図9】２９ＴＨｚ、２２ｍＷのテラヘルツ波を照射した場合のカーボンナノチューブ膜の膜厚と光熱起電力との関係を示す図。
【図10】光熱電効果を示す模式図。
【図11】３９ＴＨｚのテラヘルツ波を照射した場合のカーボンナノチューブ膜の過渡応答を示すカーボンナノチューブ膜の膜厚と時定数との関係を示す図。
【図12】カーボンナノチューブ膜の膜厚と抵抗の関係を示す図。
【図13】バンドル径約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜の拡大写真。
【図14】バンドル径約２００ｎｍのカーボンナノチューブ膜の拡大写真。
【図15】バンドル径約２００ｎｍと約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜とゼーベック係数との関係を示す図。
【図16】２９ＴＨｚのテラヘルツ波を照射した場合のカーボンナノチューブ膜の膜厚と雑音等価パワーの関係を示す図。
【図17A】本発明の実施形態２に係るシミレーションと実験で使用したテラヘルツ波検出供試体の斜視図。
【図17B】テラヘルツ波検出供試体のカーボンナノチューブ膜の温度分布の一例を示す図。
【図18A】シミュレーションのカーボンナノチューブ膜の膜厚と時定数の関係を示す図。
【図18B】カーボンナノチューブ膜の膜厚と時定数の関係の実験結果を示す図。
【図20A】シミュレーションのカーボンナノチューブ膜の膜厚とカーボンナノチューブ膜の最高温度と最低温度の温度差の関係を示す図。
【図20B】カーボンナノチューブ膜の膜厚とテラヘルツ波検出供試体のテラヘルツ波応答との関係を規格化した実験結果を示す図。
【図21A】シミュレーションのカーボンナノチューブ膜の膜厚とカーボンナノチューブ膜の最高温度と最低温度の温度差の関係を示す図。
【図21B】カーボンナノチューブ膜の幅とテラヘルツ波検出供試体のテラヘルツ波応答を規格化したものとの関係の実験結果を示す図。
【図22A】評価に使用したテラヘルツ波検出供試体を示す図。
【図22B】３９ＴＨｚのテラヘルツ波を照射された際のカーボンナノチューブ膜の膜厚に応じたテラヘルツ波による温度を示す図。
【図23A】評価に使用したテラヘルツ波検出供試体を示す図。
【図23B】３９ＴＨｚのテラヘルツ波を照射された際のカーボンナノチューブ膜の幅に応じたテラヘルツ波による温度を示す図。
【図24】変形例のカーボンナノチューブ膜にボウタイアンテナを設置した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明の実施形態１に係るテラヘルツ波検出装置１０の構成を示す模式図である。
本実施形態では、テラヘルツ波検出装置１０の検出素子として使用されるカーボンナノチューブ（Carbon Nanotubes）の最適条件を明らかにする。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明の実施形態１に係るテラヘルツ波検出装置１０の構成を示す模式図である。
本実施形態では、テラヘルツ波検出装置１０の検出素子として使用されるカーボンナノチューブ（Carbon Nanotubes）の最適条件を明らかにする。
【0017】
テラヘルツ波検出装置１０は、チップキャリア基板１７上にカーボンナノチューブ膜（炭素膜）１１と、カーボンナノチューブ膜１１の一方の端部に接合される第１電極１２および他方の端部に接合される第２電極１３とを備えている。
【0018】
すなわち、テラヘルツ波検出装置１０は、チップキャリア基板１７上に形成されたカーボンナノチューブ膜１１と、カーボンナノチューブ膜１１の２次元平面上に対向して配置される第１電極１２および第２電極１３とを備えている。
第１電極１２と第２電極１３は、同じ熱伝導率を有する金属や異なる熱伝導率を有する金属等である。実施形態では、第１電極１２と第２電極１３は、熱伝導率が高い金（図５参照）を用いている。なお、第１電極１２と第２電極１３に金合金を用いてもよい。
第１電極１２と第２電極１３は、同じ熱伝導率を有する金属や異なる熱伝導率を有する金属等である。実施形態では、第１電極１２と第２電極１３は、熱伝導率が高い金（図５参照）を用いている。なお、第１電極１２と第２電極１３に金合金を用いてもよい。
【0019】
チップキャリア基板１７は、非ノイズ性、低熱伝導率、絶縁性、耐候性、所定の強度等の支持基板としての必要な条件を満たせば、如何なる材質の基板でもよい。
【0020】
第１電極１２と第２電極１３間には、電流計１４が接続される。図１では、後記するように、第１電極１２の近くのカーボンナノチューブ膜１１にテラヘルツ波４０が照射され起電力が発生するので、第１電極１２がソース電極であり、第２電極１３がドレイン電極である。なお、ＩＶ特性を測るためにバッテリを接続してもよい。
【0021】
図２は、テラヘルツ波４０の照射状態を示す拡大斜視図である。
第１電極１２と第２電極１３間の第１電極１２近くのカーボンナノチューブ膜１１上に、テラヘルツ波４０が照射される。なお、第１電極１２と第２電極１３間の第２電極１３近くのカーボンナノチューブ膜１１上に、テラヘルツ波４０を照射する構成としてもよい。
第１電極１２と第２電極１３間の第１電極１２近くのカーボンナノチューブ膜１１上に、テラヘルツ波４０が照射される。なお、第１電極１２と第２電極１３間の第２電極１３近くのカーボンナノチューブ膜１１上に、テラヘルツ波４０を照射する構成としてもよい。
【0022】
＜カーボンナノチューブ膜１１＞
カーボンナノチューブは、高い電気伝導性と高い機械的強度を兼ね備え、柔軟性をもつ。カーボンナノチューブは、ＤＣに近い周波数から紫外光領域に至る、極めて広い周波数帯での電磁波を吸収する。特に、サブテラヘルツから紫外光までの極めて広い周波数帯域の光を吸収可能である。そこで、カーボンナノチューブがテラヘルツ波検出装置１０の検出素子に適用される。
カーボンナノチューブは、高い電気伝導性と高い機械的強度を兼ね備え、柔軟性をもつ。カーボンナノチューブは、ＤＣに近い周波数から紫外光領域に至る、極めて広い周波数帯での電磁波を吸収する。特に、サブテラヘルツから紫外光までの極めて広い周波数帯域の光を吸収可能である。そこで、カーボンナノチューブがテラヘルツ波検出装置１０の検出素子に適用される。
【0023】
検出素子として使用されるカーボンナノチューブ膜１１は、下記の特徴をもつ。
カーボンナノチューブ膜１１は、一例としてp-typeである。また、カーボンナノチューブ膜１１は、n-typeであってもよく、p-typeとn-typeとを組み合わせたものでもよい。
カーボンナノチューブ膜１１は、一例としてp-typeである。また、カーボンナノチューブ膜１１は、n-typeであってもよく、p-typeとn-typeとを組み合わせたものでもよい。
【0024】
カーボンナノチューブ膜１１は、単層カーボンナノチューブ（SWCNTs : Single-Walled Carbon Nanotubes）(カーボンナノチューブ構造体)、二層カーボンナノチューブ（DWCNTs : Dubble-Walled Carbon Nanotubes）(カーボンナノチューブ構造体)、多層カーボンナノチューブ（MWCNTs : Multi-Walled Carbon Nanotubes）(カーボンナノチューブ構造体)を、それぞれ単独で使用、および/又は、併用しても構わない。カーボンナノチューブ膜１１は、単層カーボンナノチューブが５０重量％以上を含むことが好ましく、８０重量％以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、平均直径に対する標準偏差に３を乗じた値の比が（３×標準偏差／平均直径）が０．２０より大きく、０．６０未満を満たし、吸着等温線から得られるｔ－プロットが上に凸な形状を示す単層カーボンナノチューブを使用する事が好適である。
カーボンナノチューブ膜１１は、カーボンナノチューブ以外の繊維状炭素ナノ構造体(カーボンナノチューブ構造体)との混合物であってもよい。
カーボンナノチューブ膜１１は、７５重量％以上が繊維状炭素ナノ構造体(カーボンナノチューブ構造体)で構成されていることが好ましい。
カーボンナノチューブ膜１１は、カーボンナノチューブ以外の繊維状炭素ナノ構造体(カーボンナノチューブ構造体)との混合物であってもよい。
カーボンナノチューブ膜１１は、７５重量％以上が繊維状炭素ナノ構造体(カーボンナノチューブ構造体)で構成されていることが好ましい。
【0025】
カーボンナノチューブ膜１１は、支持体が存在していなくとも膜としての形状を保つことができる自立膜であるとよい。具体的には、カーボンナノチューブ膜１１は、膜厚１０ｎｍ～３μｍ、面積が１ｍｍ２～１００ｃｍ２のサイズにおいて支持体無しで膜としても形状を保つことがより好ましい。
【0026】
カーボンナノチューブ膜１１は、一例として、ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／００２５５２で開示される繊維状炭素ナノ構造体分散液を用いて製造される。繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体と溶媒とを含有する混合物である。溶媒は特に限定されることなく、例えば、水、メタノール、エタノール、ｎ―プロパノール、イソプロパノール，ｎ－ブタノール、イソブタノール、パラジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類等が挙げられる。これらは、溶媒として、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0027】
カーボンナノチューブ膜１１の製造方法は、繊維状炭素ナノ構造体(カーボンナノチューブ構造体)と溶媒とを含有する繊維状炭素ナノ構造体分散液から溶媒を除去して、炭素膜を成膜する工程を含む。カーボンナノチューブ膜１１の成膜工程は下記の何れかの方法が用いられる。
（Ａ）繊維状炭素ナノ構造体分散液を成膜基材上に塗布した後、塗布した繊維状炭素ナノ構造体分散液を乾燥させる。
（Ｂ）多孔質の成膜基材を用いて繊維状炭素ナノ構造体分散液をろ過し、得られたろ過物を乾燥させる。詳細は、ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／００２５５２を参照のこと。
なお、カーボンナノチューブ膜１１は上述以外の方法を用いて作製してもよい。
（Ａ）繊維状炭素ナノ構造体分散液を成膜基材上に塗布した後、塗布した繊維状炭素ナノ構造体分散液を乾燥させる。
（Ｂ）多孔質の成膜基材を用いて繊維状炭素ナノ構造体分散液をろ過し、得られたろ過物を乾燥させる。詳細は、ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／００２５５２を参照のこと。
なお、カーボンナノチューブ膜１１は上述以外の方法を用いて作製してもよい。
【0028】
＜第１電極および第２電極＞
第１電極１２（ソース電極）および第２電極１３（ドレイン電極）は、金属からなる。前記したように、電極（１２、１３）に用いた金属は、Ａｕである。
その他、電極材料としては、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉがある。ただし、貴金属ではＡｕ以外のＣｕ、Ａｇ、Ｐｔなど、アルミニウム族元素ではＡｌ以外のＧａ、Ｉｎなど、クロム族元素ではＭｏ以外のＣｒ、Ｗなど、鉄族元素ではＮｉ以外のＦｅ、Ｃｏなど、スズ族元素ではＴｉ以外のＺｒ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｔｈなど、マグネシウム族元素のＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎなど、さらにこれらの金属の合金が使用できると考えられる。
第１電極１２（ソース電極）および第２電極１３（ドレイン電極）は、金属からなる。前記したように、電極（１２、１３）に用いた金属は、Ａｕである。
その他、電極材料としては、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉがある。ただし、貴金属ではＡｕ以外のＣｕ、Ａｇ、Ｐｔなど、アルミニウム族元素ではＡｌ以外のＧａ、Ｉｎなど、クロム族元素ではＭｏ以外のＣｒ、Ｗなど、鉄族元素ではＮｉ以外のＦｅ、Ｃｏなど、スズ族元素ではＴｉ以外のＺｒ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｔｈなど、マグネシウム族元素のＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎなど、さらにこれらの金属の合金が使用できると考えられる。
【0029】
第１電極１２と第２電極１３とは、実施形態のように、同種金属を用いてもよいし、異種金属を用いてもよい。
電極材料は、熱伝導率（熱伝導度）が高い金属が好ましい。熱伝導率は、熱の流れに垂直な単位面積を通って単位時間に流れる熱量を、単位長さ当たりの温度差（温度勾配）で割った値である。
電極材料は、熱伝導率（熱伝導度）が高い金属が好ましい。熱伝導率は、熱の流れに垂直な単位面積を通って単位時間に流れる熱量を、単位長さ当たりの温度差（温度勾配）で割った値である。
【0030】
＜テラヘルツ波検出装置１０のＩ－Ｖ特性＞
図３は、１．４ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した場合のテラヘルツ波検出装置１０のＩ－Ｖ特性（室温下）を示す図である。横軸にソース－ドレイン電圧[mV]をとり、縦軸にソース－ドレイン電流[μA]）をとる。また、図３のＩ－Ｖ特性の細実線は、テラヘルツ波４０の照射がない場合（Off）を示し、太実線は、テラヘルツ波４０の照射がある場合（On）を示す。
図３は、１．４ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した場合のテラヘルツ波検出装置１０のＩ－Ｖ特性（室温下）を示す図である。横軸にソース－ドレイン電圧[mV]をとり、縦軸にソース－ドレイン電流[μA]）をとる。また、図３のＩ－Ｖ特性の細実線は、テラヘルツ波４０の照射がない場合（Off）を示し、太実線は、テラヘルツ波４０の照射がある場合（On）を示す。
【0031】
図３に示すように、１．４ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した場合、テラヘルツ波４０の照射に伴い電流ないし電圧の応答が発生しており、光熱起電力による室温でのテラヘルツ波の検出が確認できる。１．４ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した場合、Ｉ－Ｖ特性は線形であり、Ｉ－Ｖ特性のシフトが観測された。
【0032】
＜電極（１２、１３）の材料の熱伝導率とテラヘルツ波４０の応答信号＞
図４は、電極の材料（Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ）の熱伝導率（Thermal conductance [W/m/K]）（左縦軸）とテラヘルツ波４０の応答信号（Response[μA]）（右縦軸）を示す図である。応答信号（Response[μA]）は、テラヘルツ波４０を照射した際の応答電流で示される。電極の材料の熱伝導率（左縦軸）は、図４の折れ線グラフで示し、応答信号（右縦軸）は、棒グラフで示す。なお、電極の厚さ２０ｎｍである。
図４は、電極の材料（Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ）の熱伝導率（Thermal conductance [W/m/K]）（左縦軸）とテラヘルツ波４０の応答信号（Response[μA]）（右縦軸）を示す図である。応答信号（Response[μA]）は、テラヘルツ波４０を照射した際の応答電流で示される。電極の材料の熱伝導率（左縦軸）は、図４の折れ線グラフで示し、応答信号（右縦軸）は、棒グラフで示す。なお、電極の厚さ２０ｎｍである。
【0033】
図４に示すように、熱伝導率（折れ線グラフ）は、Ａｕ＞Ａｌ＞Ｍｏ＞Ｎｉ＞Ｔｉの順に大きい。
各電極の材料の応答信号（Response[μA]）（棒グラフ）は、Ａｕ＞Ａｌ＞Ｍｏ＞Ｎｉ＞Ｔｉの順に感度が変化する。図７Ａ、図７Ｂに示す電極の材料の中では、Ａｕの応答電流が最も大きく、次いでＡｌとなる。そして、感度はＡｌから略半減してＭｏ、Ｎｉ、Ｔｉと続く。以上より、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉにおける熱伝導率（折れ線グラフ）の大小関係と応答信号（棒グラフ）の大小関係とは同じ関係にある。
すなわち、図４から分るように、熱伝導率が高いほど高感度である。そのため、電極（１１、１２）の熱伝導率を高めることで、検出感度を向上させ得る。
各電極の材料の応答信号（Response[μA]）（棒グラフ）は、Ａｕ＞Ａｌ＞Ｍｏ＞Ｎｉ＞Ｔｉの順に感度が変化する。図７Ａ、図７Ｂに示す電極の材料の中では、Ａｕの応答電流が最も大きく、次いでＡｌとなる。そして、感度はＡｌから略半減してＭｏ、Ｎｉ、Ｔｉと続く。以上より、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉにおける熱伝導率（折れ線グラフ）の大小関係と応答信号（棒グラフ）の大小関係とは同じ関係にある。
すなわち、図４から分るように、熱伝導率が高いほど高感度である。そのため、電極（１１、１２）の熱伝導率を高めることで、検出感度を向上させ得る。
【0034】
＜テラヘルツ波４０照射時のカーボンナノチューブ膜１１の熱分布＞
図５は、第１電極１２近くのカーボンナノチューブ膜１１上に、テラヘルツ波４０が照射された際のカーボンナノチューブ膜１１内部の熱分布を示す図である。
カーボンナノチューブ膜１１の内部の熱分布をみると、第１電極１２がある部分が高温に、第１電極１２がない部分が低温になっている。
図５は、第１電極１２近くのカーボンナノチューブ膜１１上に、テラヘルツ波４０が照射された際のカーボンナノチューブ膜１１内部の熱分布を示す図である。
カーボンナノチューブ膜１１の内部の熱分布をみると、第１電極１２がある部分が高温に、第１電極１２がない部分が低温になっている。
【0035】
この結果は、第１電極１２の金属が一種の熱源のような役割を果たしていることを示唆している。カーボンナノチューブ膜１１は照射された電磁波を吸収し発熱するが、第１電極１２と接している部分では熱が急激に第１電極１２の側に吸熱される。そのため、まず第１電極１２の全域の温度が上がり、次に第１電極１２が接触している部分のカーボンナノチューブ膜１１の温度が上昇する。結果として、第１電極１２との界面を形成するカーボンナノチューブ膜１１内で大きな温度勾配が生じる。この温度勾配によってキャリアが第１電極１２の側からカーボンナノチューブ膜１１の第１電極１２から遠い側に熱拡散し応答が発生するのである。
【0036】
図６は、２９Ｈｚのテラヘルツ波を図２に示すようにカーボンナノチューブ膜１１に照射した際のテラヘルツ応答を示す図である。
キャリアが正孔であるため電源側（第１電極１２側）では正、ＧＮＤ側（第２電極１３側）では負の電流応答を示す。
キャリアが正孔であるため電源側（第１電極１２側）では正、ＧＮＤ側（第２電極１３側）では負の電流応答を示す。
【0037】
すなわち、テラヘルツ波４０の検出原理は光熱起電力効果（ゼーベック効果）である。第１電極１２とカーボンナノチューブ膜１１の境界にテラヘルツ波を照射すると、カーボンナノチューブ膜１１がテラヘルツ波を吸収して発熱し、熱勾配ができる。この熱勾配によりキャリアが拡散し、テラヘルツ波応答の起電力が生じる。
これらの実験結果等により、電極金属がテラヘルツ波の照射によって熱源として動作し、この熱勾配によって起電力が発生するというメカニズムであることが分かる。
これらの実験結果等により、電極金属がテラヘルツ波の照射によって熱源として動作し、この熱勾配によって起電力が発生するというメカニズムであることが分かる。
【0038】
＜供試カーボンナノチューブ膜＞
図７Ａ、図７Ｂは、膜厚、バンドル径の評価に用いた第１電極１２、カーボンナノチューブ膜１１、および第２電極１３の寸法を示しており、図７Ａは上面図、図７Ｂは図７ＡのＩ方向矢視図である。
る。
第１電極１２は、長手方向寸法３．５ｍｍ、短手方向寸法２ｍｍ、厚さ５０ｎｍである。同様に、第２電極１３は、長手方向寸法３．５ｍｍ、短手方向寸法２ｍｍ、厚さ５０ｎｍである。
カーボンナノチューブ膜１１は、長手方向寸法１０ｍｍ、短手方向寸法２ｍｍであり、膜厚を変え評価した。
図７Ａ、図７Ｂは、膜厚、バンドル径の評価に用いた第１電極１２、カーボンナノチューブ膜１１、および第２電極１３の寸法を示しており、図７Ａは上面図、図７Ｂは図７ＡのＩ方向矢視図である。
る。
第１電極１２は、長手方向寸法３．５ｍｍ、短手方向寸法２ｍｍ、厚さ５０ｎｍである。同様に、第２電極１３は、長手方向寸法３．５ｍｍ、短手方向寸法２ｍｍ、厚さ５０ｎｍである。
カーボンナノチューブ膜１１は、長手方向寸法１０ｍｍ、短手方向寸法２ｍｍであり、膜厚を変え評価した。
【0039】
図８は、テラヘルツ波４０の照射時の実験状態を示す図である。
カーボンナノチューブ膜１１の最適条件を見出すテラヘルツ波４０の検出実験に際して、カーボンナノチューブ膜１１の第１電極１２（ソース電極）は第１結線１５にドータイト（登録商標）等の導電性高分子接着剤１５ａを介して接続されている。また、カーボンナノチューブ膜１１の第２電極１３（ドレイン電極）は第２結線１６にドータイト等の導電性高分子接着剤１６ａを介して接続されている。
カーボンナノチューブ膜１１の最適条件を見出すテラヘルツ波４０の検出実験に際して、カーボンナノチューブ膜１１の第１電極１２（ソース電極）は第１結線１５にドータイト（登録商標）等の導電性高分子接着剤１５ａを介して接続されている。また、カーボンナノチューブ膜１１の第２電極１３（ドレイン電極）は第２結線１６にドータイト等の導電性高分子接着剤１６ａを介して接続されている。
【0040】
検出実験に際しては、カーボンナノチューブ膜１１は下地のチップキャリア基板１７（図１参照）から離れている。これにより、カーボンナノチューブ膜１１だけの特性を評価した。
【0041】
＜カーボンナノチューブ膜１１の膜厚に依る図７Ａ、図７Ｂの依存性と時定数の依存性＞
カーボンナノチューブ膜１１の膜厚を変化させた場合の図７Ａ、図７Ｂの依存性と時定数の依存性を評価した。
図９は、２９ＴＨｚ、２２ｍＷのテラヘルツ波４０を照射した場合のカーボンナノチューブ膜１１の膜厚と光熱起電力との関係を示す図である。横軸にカーボンナノチューブ膜１１の膜厚（μｍ）をとり、縦軸にカーボンナノチューブ膜１１に生じた光熱起電力（ｍＶ）をとっている。
カーボンナノチューブ膜１１の膜厚を変化させた場合の図７Ａ、図７Ｂの依存性と時定数の依存性を評価した。
図９は、２９ＴＨｚ、２２ｍＷのテラヘルツ波４０を照射した場合のカーボンナノチューブ膜１１の膜厚と光熱起電力との関係を示す図である。横軸にカーボンナノチューブ膜１１の膜厚（μｍ）をとり、縦軸にカーボンナノチューブ膜１１に生じた光熱起電力（ｍＶ）をとっている。
【0042】
図９より、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど、光熱起電力が大きい、すなわち、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほどテラヘルツ波４０の応答性がよいことが分る。例えば、膜厚１５０μｍ程度で０．１ｍＶ程度の起電力が、膜厚１０μｍ以下で約２ｍＶの起電力が発生可能であり、例えば、膜厚４μｍで１．９８ｍＶの光熱起電力が確認された。つまり、膜厚を薄くすることで、約２０倍感度が向上する。
【0043】
【0044】
また、熱の伝わり易さを示す熱伝導率ｋは、熱移動量をＱ、伝熱面積をＡとすると、下式（２）の関係がある。
ｋ ＝ Ｑ ×Ａ ／ ΔＴ （２）
ｋ ＝ Ｑ ×Ａ ／ ΔＴ （２）
【0045】
Ｓをゼーベック係数、σを電気伝導度、ＺＴを無次元性能指数とすると、下式（３）の関係がある。
【数2】
【0046】
カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いと伝熱面積Ａが小さいので、式（２）より熱の伝達が遅く、カーボンナノチューブ膜１１の長手方向の温度勾配ΔＴが大きい。そのため、式（１）より起電力ΔＶが上がり、感度が上がると考えられる。また、膜厚が薄いと伝熱面積Ａが小さく式（２）より熱伝達率ｋが低下するので、式（３）より、無次元性能指数ＺＴが向上する。
従って、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど、光熱起電力が大きいことが確認された。
従って、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど、光熱起電力が大きいことが確認された。
【0047】
図１１は、３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した場合のカーボンナノチューブ膜１１の過渡応答を示しており、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚と時定数との関係を示す図である。横軸にカーボンナノチューブ膜１１の膜厚（μｍ）をとり、縦軸に時定数（ｓ）をとっている。
図１１より、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど、時定数が低下することが確認された。例えば、膜厚１５０μｍ程度で約０．８ｓの時定数が、膜厚２μｍで４０ｍｓの時定数となる。すなわち、膜厚を１５０μｍから２μｍにすることで、約２０倍時定数が低下し、高速化が可能である。これは、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど、熱キャパシタンス成分が減るためである。
図１１より、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど、時定数が低下することが確認された。例えば、膜厚１５０μｍ程度で約０．８ｓの時定数が、膜厚２μｍで４０ｍｓの時定数となる。すなわち、膜厚を１５０μｍから２μｍにすることで、約２０倍時定数が低下し、高速化が可能である。これは、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど、熱キャパシタンス成分が減るためである。
【0048】
図１２は、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚と抵抗の関係を示す図である。横軸にカーボンナノチューブ膜１１の膜厚（μｍ）をとり、縦軸に抵抗（Ω）をとっている。
カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が厚いほど、抵抗が小さくなることが確認される。
抵抗Ｒ、カーボンナノチューブ膜１１の断面積Ａ１、カーボンナノチューブ膜１１の長手方向長さｌとすると、抵抗Ｒは下式（４）で表される。
Ｒ ∝ ｌ ／ Ａ１ （４）
図１１のカーボンナノチューブ膜１１の膜厚を薄くするとＡ１は小さくなるので、抵抗Ｒが大となる。また、熱容量が低減し、テラヘルツ波吸収による温度上昇が生じやすくなる。
そのため、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど光熱起電力が大となる。
カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が厚いほど、抵抗が小さくなることが確認される。
抵抗Ｒ、カーボンナノチューブ膜１１の断面積Ａ１、カーボンナノチューブ膜１１の長手方向長さｌとすると、抵抗Ｒは下式（４）で表される。
Ｒ ∝ ｌ ／ Ａ１ （４）
図１１のカーボンナノチューブ膜１１の膜厚を薄くするとＡ１は小さくなるので、抵抗Ｒが大となる。また、熱容量が低減し、テラヘルツ波吸収による温度上昇が生じやすくなる。
そのため、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄いほど光熱起電力が大となる。
【0049】
従って、テラヘルツ波検出装置１０の高感度化、高速化のためには、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚は薄いほどよい。
しかし、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄過ぎると破ける。また、膜厚が薄過ぎると照射テラヘルツ光に対する吸光度が減少するため熱の発生量が僅少になる。また、カーボンナノチューブ膜１１が自立できない、すなわちカーボンナノチューブ膜１１がフリースタンディングでないと支持基板に載せる必要がある。
これらのことから、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚は、１μｍ以上であることが好ましい。
しかし、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚が薄過ぎると破ける。また、膜厚が薄過ぎると照射テラヘルツ光に対する吸光度が減少するため熱の発生量が僅少になる。また、カーボンナノチューブ膜１１が自立できない、すなわちカーボンナノチューブ膜１１がフリースタンディングでないと支持基板に載せる必要がある。
これらのことから、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚は、１μｍ以上であることが好ましい。
【0050】
ところで、カーボンナノチューブ膜１１を検出器として用いる場合、膜厚５０μｍ程度は望まれる。膜厚が厚過ぎるとテラヘルツ波検出装置１０の高感度化、高速化が阻害されるので、膜厚は、１００μｍ以下が好ましい。
従って、テラヘルツ波検出装置１０におけるカーボンナノチューブ膜１１の膜厚は、１μｍ以上１００μｍ以下が好適である。
従って、テラヘルツ波検出装置１０におけるカーボンナノチューブ膜１１の膜厚は、１μｍ以上１００μｍ以下が好適である。
【0051】
＜カーボンナノチューブ膜１１の優位性＞
カーボンナノチューブを用いたカーボンナノチューブ膜１１はテラヘルツ波４０をほぼ１００％吸収する。すなわち、テラヘルツ波４０の波長よりも薄くしても、式（１）の温度勾配ΔＴをとれる。これに対して、カーボンナノチューブ以外の材料のみを使用した場合では、膜厚を薄くするとテラヘルツ光が透過して温まらない。
従って、バルクの材料を検出素子として、板厚を薄くして波長よりも薄くすると検出効率が低下するという問題をカーボンナノチューブの膜を検出素子とすることで解決できる。
カーボンナノチューブを用いたカーボンナノチューブ膜１１はテラヘルツ波４０をほぼ１００％吸収する。すなわち、テラヘルツ波４０の波長よりも薄くしても、式（１）の温度勾配ΔＴをとれる。これに対して、カーボンナノチューブ以外の材料のみを使用した場合では、膜厚を薄くするとテラヘルツ光が透過して温まらない。
従って、バルクの材料を検出素子として、板厚を薄くして波長よりも薄くすると検出効率が低下するという問題をカーボンナノチューブの膜を検出素子とすることで解決できる。
【0052】
＜カーボンナノチューブ膜１１のバンドル径とゼーベック係数＞
次に、カーボンナノチューブ膜１１に含まれるカーボンナノチューブのバンドル径とゼーベック係数Ｓとの関係を評価した。
なお、バンドル径とは、複数本のカーボンナノチューブが繊維状の形状を保って寄り集まったものの径である。
次に、カーボンナノチューブ膜１１に含まれるカーボンナノチューブのバンドル径とゼーベック係数Ｓとの関係を評価した。
なお、バンドル径とは、複数本のカーボンナノチューブが繊維状の形状を保って寄り集まったものの径である。
【0053】
評価に際して、カーボンナノチューブの束のバンドル径約１０ｎｍ、約２００ｎｍの２種類のフィルム（膜）を用意した。
バンドル径約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜は界面活性剤水溶液中で、カーボンナノチューブを公知の超音波分散機にて分散処理したカーボンナノチューブ分散液を使用してカーボンナノチューブ膜１１を作製した。バンドル径約２００ｎｍのカーボンナノチューブはエタノール溶媒中で、カーボンナノチューブを公知の超音波分散機にて分散処理したカーボンナノチューブ分散液を使用してカーボンナノチューブ膜１１を作製した。
バンドル径約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜は界面活性剤水溶液中で、カーボンナノチューブを公知の超音波分散機にて分散処理したカーボンナノチューブ分散液を使用してカーボンナノチューブ膜１１を作製した。バンドル径約２００ｎｍのカーボンナノチューブはエタノール溶媒中で、カーボンナノチューブを公知の超音波分散機にて分散処理したカーボンナノチューブ分散液を使用してカーボンナノチューブ膜１１を作製した。
【0054】
図１３は、バンドル径約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１の拡大写真である。図１４は、バンドル径約２００ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１の拡大写真である。図１３、図１４において、繊維状に目視できるのがバンドルである。
【0055】
図１５は、バンドル径、約２００ｎｍと約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１とゼーベック係数との関係を示す棒グラフである。
図１５において、バンドル径、約２００ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は膜厚２μｍ、３０μｍ、５７μｍでゼーベック係数を測定し、バンドル径、約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は膜厚３２μｍ、５１μｍ、９７μｍでゼーベック係数を測定した。
図１５において、バンドル径、約２００ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は膜厚２μｍ、３０μｍ、５７μｍでゼーベック係数を測定し、バンドル径、約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は膜厚３２μｍ、５１μｍ、９７μｍでゼーベック係数を測定した。
【0056】
図１５より、バンドル径、約２００ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は、ゼーベック係数Ｓが平均約５７μＶ／Ｋであり、バンドル径、約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は、ゼーベック係数Ｓが平均約４８μＶ／Ｋであった。すなわち、バンドル径、約１０ｎｍを約２００ｎｍに変更することで感度が約１．２倍向上する。
この結果より、バンドル径が大きい方がゼーベック係数Ｓが大きく熱電効果が向上し、高感度であることが分かる。
この結果より、バンドル径が大きい方がゼーベック係数Ｓが大きく熱電効果が向上し、高感度であることが分かる。
【0057】
図１６は、２９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した場合のカーボンナノチューブ膜１１の膜厚と雑音等価パワー（ＮＥＰ：Noise equivalent power )の関係を示す図である。横軸に膜厚（μｍ）をとり、縦軸にＮＥＰ（ｐＷ/√Ｈｚ）をとっている。図１６において、黒丸がバンドル径約２００ｎｍであり、白丸がバンドル径約１０ｎｍである。
【0058】
図１６より、カーボンナノチューブ膜１１の膜厚に拘わらず、バンドル径約２００ｎｍがバンドル径約１０ｎｍよりＮＥＰが低い。すなわち、バンドル径が大きいカーボンナノチューブ膜１１は、バンドル径が小さいカーボンナノチューブ膜１１より感度が良好である。
【0059】
これは、ゼーベック効果が大きい方が式（１）、式（３）より熱電効果が大きく、テラヘルツ波検出装置１０のテラヘルツ波４０の応答感度がよいことを示す。バンドル径がより大きいカーボンナノチューブ膜１１はカーボンナノチューブの特性が残り易い。カーボンナノチューブはゼーベック係数が大きい。
【0060】
ここで、バンドル径約２００ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は、バンドル径約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１より、カーボンナノチューブの性質を保持し易い。そのため、バンドル径約２００ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１は、バンドル径約１０ｎｍのカーボンナノチューブ膜１１よりゼーベック係数が大きいと考えられる。
結果として、カーボンナノチューブの状態を崩さない方が好ましいことを示す。
結果として、カーボンナノチューブの状態を崩さない方が好ましいことを示す。
【0061】
以上から、バンドル径が大きい方が、ＮＥＰが小さく感度がよい。しかし、バンドル径５００ｎｍを超えるとフィルム（膜）にすることが困難になる。
一方、バンドル径が小さいとＮＥＰが大きくなり感度が低下するので、実用上、バンドル径は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のカーボンナノチューブ膜１１が、感度が良好で、実用性が高く好適である。
一方、バンドル径が小さいとＮＥＰが大きくなり感度が低下するので、実用上、バンドル径は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のカーボンナノチューブ膜１１が、感度が良好で、実用性が高く好適である。
【0062】
上記構成によれば、テラヘルツ波検出装置１０において、膜厚を１～１００μｍのカーボンナノチューブ膜１１にすることで、テラヘルツ波検出装置１０の高感度化、高速化が行える。
さらに、カーボンナノチューブ膜１１のバンドル径を１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで、感度をさらに向上できる。
さらに、カーボンナノチューブ膜１１のバンドル径を１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで、感度をさらに向上できる。
【0063】
テラヘルツ波検出装置１０の検出素子として、カーボンナノチューブ等のカーボンナノチューブを用いることで、テラヘルツ波４０を効果的にセンシングできる。
カーボンナノチューブ膜１１における第１電極１２の近くの箇所または第２電極１３の近くの箇所にテラヘルツ波４０が照射することで、電極（１２、１３）からカーボンナノチューブ膜１１内に温度勾配（温度差）ΔＴが発生し、ゼーベック効果を生起させることができる（式（１）、（３）参照）。
カーボンナノチューブ膜１１における第１電極１２の近くの箇所または第２電極１３の近くの箇所にテラヘルツ波４０が照射することで、電極（１２、１３）からカーボンナノチューブ膜１１内に温度勾配（温度差）ΔＴが発生し、ゼーベック効果を生起させることができる（式（１）、（３）参照）。
【0064】
第１電極１２、第２電極１３に、金を用いれば、熱伝導率が良いため、テラヘルツ波４０の検出感度を向上できる（図４参照）。
【0065】
＜＜実施形態２＞＞
実施形態２では、テラヘルツ波検出供試体１０Ｔの特性のシミュレーションと実験結果を比較対照し、カーボンナノチューブ膜２１のサイズを検討した。
図１７Ａに、本発明の実施形態２に係るシミュレーションと実験で使用したテラヘルツ波検出供試体１０Ｔを示す。
テラヘルツ波検出供試体１０Ｔは、幅ｗと膜厚ｔ１をもつカーボンナノチューブ膜２１の一方側に、金（Ａｕ）の電極２２が設置されている。なお、他方の電極は図示を省略している。
実施形態２では、テラヘルツ波検出供試体１０Ｔの特性のシミュレーションと実験結果を比較対照し、カーボンナノチューブ膜２１のサイズを検討した。
図１７Ａに、本発明の実施形態２に係るシミュレーションと実験で使用したテラヘルツ波検出供試体１０Ｔを示す。
テラヘルツ波検出供試体１０Ｔは、幅ｗと膜厚ｔ１をもつカーボンナノチューブ膜２１の一方側に、金（Ａｕ）の電極２２が設置されている。なお、他方の電極は図示を省略している。
【0066】
図１７Ａに示すように、テラヘルツ波検出供試体１０Ｔに、３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した。
図１７Ｂに、テラヘルツ波検出供試体１０Ｔのカーボンナノチューブ膜２１の温度分布の一例を示す。
テラヘルツ波４０が照射された金の電極２２近傍のカーボンナノチューブ膜２１の温度が最も高いことが分る。カーボンナノチューブ膜２１の最大温度は４８℃であり、最低温度は２２℃であった。
図１７Ｂに、テラヘルツ波検出供試体１０Ｔのカーボンナノチューブ膜２１の温度分布の一例を示す。
テラヘルツ波４０が照射された金の電極２２近傍のカーボンナノチューブ膜２１の温度が最も高いことが分る。カーボンナノチューブ膜２１の最大温度は４８℃であり、最低温度は２２℃であった。
【0067】
＜シミュレーション＞
カーボンナノチューブ膜２１の熱伝導のシミュレーションは以下のように行った。
熱伝導のデバイス形状依存度をシミュレーションするため、定常状態の熱解析と過渡的熱解析とを、ＡＮＳＹＳソフトウェアパッケージ（商品名）を使用して行った。
シミュレーションは、３００Ｋの安定的な温度下でカーボンナノチューブ膜２１のＸ－Ｙ平面の熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ、Ｚ軸の熱伝導率０．１Ｗ／ｍＫ、電極金属（金）の熱伝導率３１５Ｗ／ｍＫ、空気の熱伝達率１０Ｗ／ｍＫの条件下で行われた。
なお、Ｘ－Ｙ平面とはカーボンナノチューブ膜２１の幅方向を含む平面をいい、Ｚ軸とは、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚方向をいう。
カーボンナノチューブ膜２１の熱伝導のシミュレーションは以下のように行った。
熱伝導のデバイス形状依存度をシミュレーションするため、定常状態の熱解析と過渡的熱解析とを、ＡＮＳＹＳソフトウェアパッケージ（商品名）を使用して行った。
シミュレーションは、３００Ｋの安定的な温度下でカーボンナノチューブ膜２１のＸ－Ｙ平面の熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ、Ｚ軸の熱伝導率０．１Ｗ／ｍＫ、電極金属（金）の熱伝導率３１５Ｗ／ｍＫ、空気の熱伝達率１０Ｗ／ｍＫの条件下で行われた。
なお、Ｘ－Ｙ平面とはカーボンナノチューブ膜２１の幅方向を含む平面をいい、Ｚ軸とは、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚方向をいう。
【0068】
テラヘルツ波の出力はカーボンナノチューブ膜２１に吸収され、熱に変換されると仮定して、カーボンナノチューブ膜２１の表面に熱を加える。
カーボンナノチューブ膜２１は基材無しで自立する形状であり、大気に晒される。外気温は２２℃に設定した。
カーボンナノチューブ膜２１の温度分布は、温度をＴ、時間をｔで表し、次式（５）の熱伝導方程式を解くことで計算した。
カーボンナノチューブ膜２１は基材無しで自立する形状であり、大気に晒される。外気温は２２℃に設定した。
カーボンナノチューブ膜２１の温度分布は、温度をＴ、時間をｔで表し、次式（５）の熱伝導方程式を解くことで計算した。
【0069】
【数3】
【0070】
＜カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１と時定数＞
図１８Ａに、シミュレーションのカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１と時定数の関係を示し、図１８Ｂに、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１と時定数（ｓ）の関係の実験結果を示す。図１８Ａ、図１８Ｂの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１（μｍ）をとり、縦軸に時定数（ｓ）をとっている。
図１８Ａに、シミュレーションのカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１と時定数の関係を示し、図１８Ｂに、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１と時定数（ｓ）の関係の実験結果を示す。図１８Ａ、図１８Ｂの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１（μｍ）をとり、縦軸に時定数（ｓ）をとっている。
【0071】
図１９は、図１８Ｂで用いた実験での時定数（ｓ）の求め方を示している。図１９に、テラヘルツ波検出供試体１０Ｔの過渡応答を示す。図１９は横軸に経過時間（ｓ）をとり、縦軸にＶ／Ｖmax（検出電圧比）をとっている。
図１９中、経過時間（ｓ）が０秒から３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した。
図１９中のプロットが実験結果であり、図１９中の破線は下式（６）を使用して求めた、実験結果にフィッティングする時定数τを用いて示したものである。
Ｖ／Ｖmax＝（１－ｅｘｐ（－ｔ／τ）） （６）
図１９中、経過時間（ｓ）が０秒から３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した。
図１９中のプロットが実験結果であり、図１９中の破線は下式（６）を使用して求めた、実験結果にフィッティングする時定数τを用いて示したものである。
Ｖ／Ｖmax＝（１－ｅｘｐ（－ｔ／τ）） （６）
【0072】
式（６）を用いて、図１９から、実験結果にフィッティングする時定数τを求めた。
シミュレーションの図１８Ａ、実験結果の図１８Ｂに示すように、シミュレーションと実験結果とが良く一致する結果が得られた。
時定数τは、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほど小さい。従って、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほどセンサの感度がよいことが分る。
シミュレーションの図１８Ａ、実験結果の図１８Ｂに示すように、シミュレーションと実験結果とが良く一致する結果が得られた。
時定数τは、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほど小さい。従って、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほどセンサの感度がよいことが分る。
【0073】
＜カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とテラヘルツ波応答＞＞
図２０Ａに、シミュレーションのカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴの関係を示す。図２０Ａの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１（μｍ）をとり、縦軸にカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴ（Ｋ）をとっている。
図２０Ｂに、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答との関係を規格化した実験結果を示す。図２０Ａの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１（μｍ）をとり、縦軸にテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答を規格化したものを示す。
図２０Ａに、シミュレーションのカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴの関係を示す。図２０Ａの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１（μｍ）をとり、縦軸にカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴ（Ｋ）をとっている。
図２０Ｂに、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答との関係を規格化した実験結果を示す。図２０Ａの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１（μｍ）をとり、縦軸にテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答を規格化したものを示す。
【0074】
シミュレーションの図２０Ａ、実験結果の図２０Ｂに示すように、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とテラヘルツ波応答のシミュレーションと実験結果とが良く一致する結果が得られた。
テラヘルツ波応答は、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほど良い。これは、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほど熱抵抗が大きくなり、熱の局在効果が高まるためと考えられる。
テラヘルツ波応答は、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほど良い。これは、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほど熱抵抗が大きくなり、熱の局在効果が高まるためと考えられる。
【0075】
＜カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗとテラヘルツ波応答＞＞
図２１Ａに、シミュレーションのカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴの関係を示す。図２１Ａの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の幅ｗ（ｍｍ）をとり、縦軸にカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴ（Ｋ）をとっている。
図２１Ｂに、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗとテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答を規格化したものとの関係の実験結果を示す。図２１Ｂの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の幅ｗ（ｍｍ）をとり、縦軸にテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答を規格化したものを示す。
図２１Ａに、シミュレーションのカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴの関係を示す。図２１Ａの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の幅ｗ（ｍｍ）をとり、縦軸にカーボンナノチューブ膜２１の最高温度と最低温度の温度差ΔＴ（Ｋ）をとっている。
図２１Ｂに、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗとテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答を規格化したものとの関係の実験結果を示す。図２１Ｂの横軸にカーボンナノチューブ膜２１の幅ｗ（ｍｍ）をとり、縦軸にテラヘルツ波検出供試体１０Ｔのテラヘルツ波応答を規格化したものを示す。
【0076】
シミュレーションの図２１Ａ、実験結果の図２１Ｂに示すように、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗとテラヘルツ波応答のシミュレーションと実験結果とは良く一致する結果が得られた。
テラヘルツ波応答は、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗが狭いほど良い。これは、膜厚ｔ１と同様、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗが狭いほど熱抵抗が大きくなり、熱の局在効果が高まるためと考えられる。
テラヘルツ波応答は、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗが狭いほど良い。これは、膜厚ｔ１と同様、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗが狭いほど熱抵抗が大きくなり、熱の局在効果が高まるためと考えられる。
【0077】
＜カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１とテラヘルツ波４０を受けた際の温度上昇の関係＞
次に、テラヘルツ波検出供試体２０Ｔのカーボンナノチューブ膜２１がテラヘルツ波４０を受けた際の膜厚ｔ１の違いによる温度上昇を評価した。カーボンナノチューブ膜３１に３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した。
図２２Ａに、評価に使用したテラヘルツ波検出供試体２０Ｔを示し、図２２Ｂに、３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射された際のカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１に応じたテラヘルツ波４０による温度を示す。
次に、テラヘルツ波検出供試体２０Ｔのカーボンナノチューブ膜２１がテラヘルツ波４０を受けた際の膜厚ｔ１の違いによる温度上昇を評価した。カーボンナノチューブ膜３１に３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した。
図２２Ａに、評価に使用したテラヘルツ波検出供試体２０Ｔを示し、図２２Ｂに、３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射された際のカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１に応じたテラヘルツ波４０による温度を示す。
【0078】
図２２Ａに示すように、テラヘルツ波検出供試体２０Ｔは、カーボンナノチューブ膜２１の一方側に第１電極３２を設置し、他方側に第２電極３３を設置したものを用いた。
カーボンナノチューブ膜２１は幅寸法１ｍｍのものを用い、膜厚ｔ１を図２２Ｂに示すように、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、１００μｍ、２００μｍｍと変えて評価した。
カーボンナノチューブ膜２１は幅寸法１ｍｍのものを用い、膜厚ｔ１を図２２Ｂに示すように、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、１００μｍ、２００μｍｍと変えて評価した。
【0079】
図２２Ｂに示すように、カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１が薄いほど、つまり、膜厚ｔ１が２００μｍから２μｍに薄くなるほど、カーボンナノチューブ膜２１の温度上昇が大きい結果が得られた。
【0080】
＜カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗとテラヘルツ波４０を受けた際の温度上昇の関係＞
次に、テラヘルツ波検出供試体２０Ｔのカーボンナノチューブ膜２１がテラヘルツ波４０を受けた際の幅ｗの差異による温度上昇を評価した。カーボンナノチューブ膜２１に３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した。
図２３Ａに、評価に使用したテラヘルツ波検出供試体２０Ｔを示し、図２３Ｂに、３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射された際のカーボンナノチューブ膜２１の幅ｗに応じたテラヘルツ波４０による温度を示す。
次に、テラヘルツ波検出供試体２０Ｔのカーボンナノチューブ膜２１がテラヘルツ波４０を受けた際の幅ｗの差異による温度上昇を評価した。カーボンナノチューブ膜２１に３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射した。
図２３Ａに、評価に使用したテラヘルツ波検出供試体２０Ｔを示し、図２３Ｂに、３９ＴＨｚのテラヘルツ波４０を照射された際のカーボンナノチューブ膜２１の幅ｗに応じたテラヘルツ波４０による温度を示す。
【0081】
図２２Ａに示すように、テラヘルツ波検出供試体２０Ｔは、カーボンナノチューブ膜２１の一方側に第１電極３２を設置し、他方側に第２電極３３を設置したものを用いた。
カーボンナノチューブ膜３１は膜厚２μｍのものを用い、図２３Ｂに示すように、幅ｗ１を５００μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変えて評価した。
図２３Ｂに示すように、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗが狭いほど、つまり、幅ｗが１０ｍｍから５００μｍに薄くなるほど、カーボンナノチューブ膜２１の温度上昇が大きい結果が得られた。
カーボンナノチューブ膜３１は膜厚２μｍのものを用い、図２３Ｂに示すように、幅ｗ１を５００μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変えて評価した。
図２３Ｂに示すように、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗが狭いほど、つまり、幅ｗが１０ｍｍから５００μｍに薄くなるほど、カーボンナノチューブ膜２１の温度上昇が大きい結果が得られた。
【0082】
【0083】
＜カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値＞
カーボンナノチューブ膜２１は、支持体がない場合と支持体（支持膜）がある場合の２つの態様が可能である。
支持体がない場合のカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は３０ｎｍ程度である。
一方、支持体がある場合のカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は１０ｎｍ程度と薄くできる。
カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は１０ｎｍ以上が好ましい。膜厚ｔ１が１０ｎｍ未満であると欠陥が生じ易くなるからである。
カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は、より好ましくは３０ｎｍ以上である。膜厚ｔ１が３０ｎｍ以上の場合、よりテラヘルツ波の吸収が良くなり、製造時の欠陥が生じにくくなるからである。
カーボンナノチューブ膜２１は、支持体がない場合と支持体（支持膜）がある場合の２つの態様が可能である。
支持体がない場合のカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は３０ｎｍ程度である。
一方、支持体がある場合のカーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は１０ｎｍ程度と薄くできる。
カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は１０ｎｍ以上が好ましい。膜厚ｔ１が１０ｎｍ未満であると欠陥が生じ易くなるからである。
カーボンナノチューブ膜２１の膜厚ｔ１の下限値は、より好ましくは３０ｎｍ以上である。膜厚ｔ１が３０ｎｍ以上の場合、よりテラヘルツ波の吸収が良くなり、製造時の欠陥が生じにくくなるからである。
【0084】
＜カーボンナノチューブ膜３１の幅ｗの下限値と上限＞
カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗの下限値は、テラヘルツ波４０の波長の１／４程度である。つまり、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗは、テラヘルツ波４０の波長の１／４以上または波長の１／４近傍以上に設定できる。
カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗの下限値は、テラヘルツ波４０の波長の１／４程度である。つまり、カーボンナノチューブ膜２１の幅ｗは、テラヘルツ波４０の波長の１／４以上または波長の１／４近傍以上に設定できる。
【0085】
＜＜変形例＞＞
図２４に、変形例のカーボンナノチューブ膜３１にボウタイアンテナ３１ａを設置した状態を示す。
図２４に示すように、カーボンナノチューブ膜３１のＸ方向の一方側にソース電極４２が設置され、Ｘ方向の他方側にドレイン電極４３が設置されている。ソース電極４２近くのカーボンナノチューブ膜３１にボウタイアンンテナ３１ａを設置する。この構成により、ボウタイアンテナ３１ａでテラヘルツ波を受信でき、カーボンナノチューブ膜３１での感度を向上できる。
図２４に、変形例のカーボンナノチューブ膜３１にボウタイアンテナ３１ａを設置した状態を示す。
図２４に示すように、カーボンナノチューブ膜３１のＸ方向の一方側にソース電極４２が設置され、Ｘ方向の他方側にドレイン電極４３が設置されている。ソース電極４２近くのカーボンナノチューブ膜３１にボウタイアンンテナ３１ａを設置する。この構成により、ボウタイアンテナ３１ａでテラヘルツ波を受信でき、カーボンナノチューブ膜３１での感度を向上できる。
【0086】
そのため、カーボンナノチューブ膜３１にアンテナがある場合、Ｘ方向に直交するＹ方向に沿った寸法である幅ｗの下限値は８ｎｍとできる。つまり、アンテナがある場合、カーボンナノチューブ膜３１の幅ｗは８ｎｍ以上に設定できる。
一方、カーボンナノチューブ膜３１のＹ方向に沿った寸法の幅ｗの上限は制限されない。しかし、カーボンナノチューブ膜３１の幅ｗが広くなると性能が飽和する傾向にある。
一方、カーボンナノチューブ膜３１のＹ方向に沿った寸法の幅ｗの上限は制限されない。しかし、カーボンナノチューブ膜３１の幅ｗが広くなると性能が飽和する傾向にある。
【0087】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．なお、テラヘルツ波検出装置１０を、チップキャリア基板１７を用いず構成してもよい。
１．なお、テラヘルツ波検出装置１０を、チップキャリア基板１７を用いず構成してもよい。
【0088】
２．前記実施形態で説明したカーボンナノチューブ膜１１（炭素膜）の光をよく吸収し熱ならびに起電力が発生する性質は、給電素子への応用も可能であり、本発明で得られた知見が給電素子にも適用可能である。給電素子として使用する際は、太陽光をカーボンナノチューブ膜１１（炭素膜）に照射することで起電力を得る。あるいは熱の印加による同様の機構も可能である。カーボンナノチューブ膜は紫外光からテラヘルツ光に至るすべての周波数帯の光を高い吸収率で吸収できるため、高効率な給電素子として利用できる。人体、かばん、衣類などにカーボンナノチューブ膜を貼り付けることで、太陽光や熱によって常に電力を供給可能な素子として機能させられる。
【0089】
３．なお、前記実施形態１、前記実施形態２、前記変形例等を説明したが、これらの構成を適宜組み合わせて構成してもよい。
【0090】
４．なお、前記実施形態は、本発明の一例を示したものであり、特許請求の範囲内で様々な具体的形態、変形形態が可能である。
【符号の説明】
【0091】
１０ テラヘルツ波検出装置
１１、２１、３１ カーボンナノチューブ膜（炭素膜、カーボンナノチューブ構造体）
１２ 第１電極
１３ 第２電極
ｔ１ 膜厚（厚み）
ｗ 幅
１１、２１、３１ カーボンナノチューブ膜（炭素膜、カーボンナノチューブ構造体）
１２ 第１電極
１３ 第２電極
ｔ１ 膜厚（厚み）
ｗ 幅
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24】