(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】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】光学センサデバイス、及び光学センサデバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
G01J 1/02 20060101AFI20241001BHJP
H01L 31/10 20060101ALI20241001BHJP
B82Y 20/00 20110101ALI20241001BHJP
B82Y 40/00 20110101ALI20241001BHJP
【ＦＩ】
G01J1/02 B ZNM
H01L31/10 A
B82Y20/00
B82Y40/00
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021001497
(22)【出願日】2021-01-07
(65)【公開番号】P2022106476
(43)【公開日】2022-07-20
【審査請求日】2023-10-12
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、防衛装備庁、安全保障技術研究推進制度、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】乘松 正明
(72)【発明者】
【氏名】近藤 大雄
【審査官】田中 洋介
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１２１４０８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／０１８１５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０５１７３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特許第６１１３３７２（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０１３－０９３３８５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｊ １／００－１／６０
Ｈ０１Ｌ ２７／１４－２７／１４８
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／２０
Ｇ０１Ｊ ５／００－５／９０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の上に配置されるグラフェン層と、前記グラフェン層に電気的に接続される一対の電極と、
前記グラフェン層を覆う樹脂の保護層と、
を有し、
前記グラフェン層に周期的な孔が設けられており、
前記保護層に、前記孔に連通する周期的な開口が設けられており、
前記孔の側面と前記開口の内壁は絶縁性の薄膜で連続的に覆われている、
光学センサデバイス。
【請求項2】
前記保護層は、目的の波長領域において透明であり、かつ電子線ビームによる描画が可能な材料で形成されている、請求項１に記載の光学センサデバイス。
【請求項3】
前記薄膜の一部は前記グラフェン層と前記保護層の界面にある、請求項１または２に記載の光学センサデバイス。
【請求項4】
前記基板に設けられるゲート電極と、前記グラフェン層と前記ゲート電極の間に配置される絶縁膜、
をさらに有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学センサデバイス。
【請求項5】
基板の上の絶縁膜の上にグラフェン層を形成し、前記グラフェン層と電気的に接続される一対の電極を形成し、
前記グラフェン層を覆う樹脂の保護層を形成し、
前記保護層に周期的な開口を形成し、
前記開口が形成された前記保護層をマスクとして、前記グラフェン層に周期的な孔を形成し、
前記孔と前記開口が形成された基板の全面に、原子層堆積法で薄膜を形成する、
光学センサデバイスの製造方法。
【請求項6】
前記開口を電子ビーム描画により形成する、請求項５に記載の光学センサデバイスの製造方法。
【請求項7】
前記孔をイオンビームエッチングで形成する、請求項５または６に記載の光学センサデバイスの製造方法。
【請求項8】
前記基板にゲート電極を形成する、請求項５～７のいずれか１項に記載の光学センサデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光学センサデバイス、及び光学センサデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
赤外線センサは、熱をもつ物体が発する赤外線を検出し、自動ドア、監視カメラ、インフラ点検等に適用されている。入射光に応じた量の電荷を生成する量子型の赤外線センサとして、化合物半導体を用いた赤外線センサが開発され、製造されている。量子型センサでは、半導体材料の組み合わせ、組成、膜厚等を制御することで、一定の波長帯の赤外光に感度をもたせることができる。量子型の赤外線センサは、熱雑音の影響を抑制するために６０Ｋ～１００Ｋの極低温で使用され、冷却装置が必要である。
【0003】
赤外線を受光したときの熱による温度変化を利用して抵抗変化を検出する熱型の赤外線検出器は、常温で使用することができるが、量子型の赤外線センサと比較して、感度が劣る。プラズモンを利用したホットキャリア生成に基づくグラフェン赤外線検出器が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１７－１３０６６９号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】Alireza Sataei, et al., 'Dirac plasmon-assisted asymmetric hot carrier generation for room-temperature infrared detection', Nat. Comm., 10, 3498 (2019)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
赤外線の波長領域は広く、室温で動作する広帯域、高感度のセンサが求められている。本開示は、室温で動作する広帯域、高感度の光学センサデバイスとその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一形態では、光学センサデバイスは、基板の上に配置されるグラフェン層と、前記グラフェン層に電気的に接続される一対の電極と、前記グラフェン層を覆う樹脂の保護層と、を有し、
前記グラフェン層に周期的な孔が設けられており、
前記保護層に、前記孔に連通する周期的な開口が設けられており、
前記孔の側面と前記開口の内壁は絶縁性の薄膜で連続的に覆われている。
前記グラフェン層に周期的な孔が設けられており、
前記保護層に、前記孔に連通する周期的な開口が設けられており、
前記孔の側面と前記開口の内壁は絶縁性の薄膜で連続的に覆われている。
【発明の効果】
【0008】
室温で動作する広帯域、高感度の光学センサデバイスが実現される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施形態の光学センサデバイスの平面模式図である。
【図3A】光学センサデバイスの製造工程図である。
【図3B】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図3C】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図3D】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図3E】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図3F】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図3G】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図3H】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図3I】実施形態の受光素子基板の製造工程図である。
【図4】光学センサデバイスの変形例である。
【図5】耐候性改善の必要性を説明する図である。
【図6】ＡＬＤ層の効果を示す図である。
【図7】ＡＬＤ層の効果を示す図である。
【図8】ＡＬＤ層の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施形態では、広い波長範囲の赤外線検出を可能にするために、受光層にグラフェンを用いる。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、高い移動度をもち、広い波長帯域で光を吸収する。これは、グラフェンの特徴的なエネルギーバンド構造による。グラフェン光センサで問題になるのが、環境による電気特性の変化である。デバイス表面の水分等により、ディラックポイント、すなわち、ドレイン電流が最小になるゲート電圧が変動する。別の問題として、グラフェンに微細加工を施す際にグラフェンが過剰に除去されて剥離や水分の侵入の原因となり、センサ特性が劣化するという課題がある。後述するように、実施形態ではこれらの課題を解決して、安定して動作する広帯域、高感度の光学センサデバイスを実現する。
【0011】
グラフェンの伝導帯と価電子帯は、ディラック点（波数空間のＫ点またはＫ'点）で頂点が接する対称な円錐で模擬され得る。伝導帯と価電子帯がディラック点で交わり、バンドギャップを持たないため、広い波長範囲の光を吸収する。グラフェンの炭素原子の４つの電子のうちの３つは、隣接する原子と結合しているが、４番目の電子はグラフェン面から垂直に延びた軌道にあり、自由電子としてグラフェン面内を高速で移動する。
【0012】
図１は、実施形態の光学センサデバイス１０の平面模式図、図２は、図１のＩ－Ｉ'ラインに沿った断面模式図である。光学センサデバイス１０では、基板１１の上の絶縁膜１２の上に、周期的な孔１５１の配列を有するグラフェン層１５が配置されている。基板１１としてシリコン基板を用いる場合は、絶縁膜１２は熱酸化膜であってもよいし、シリコン窒化膜、酸化アルミニウムなど、その他の絶縁膜であってもよい。
【0013】
光学センサデバイス１０では、グラフェン層１５に孔１５１を設けることで、受光時に光の吸収を高めることができる。光の入射により、グラフェン層１５の表面にプラズモン、すなわち入射光による自由電子の集団的振動が励起される。孔１５１のエッジ近傍では光の振動電界に対する閉じ込めが強く、孔１５１が形成されていないグラフェン膜と比較して、光の吸収が大きい。すなわち、入射光に対する検出感度を向上できる。孔１５１は必ずしも完全にグラフェンを貫通して絶縁膜１２に到達していなくてもよい。
【0014】
グラフェン層１５の両端に、グラフェン層１５とオーバーラップするように一対の電極１４ａと１４ｂが配置されている。電極１４ａと１４ｂの一方はソース電極であり、他方はドレイン電極である。電極１４ａ、及び１４ｂには、電極パッド１６ａ、及び１６ｂがそれぞれ接続され、グラフェン層１５に流れる電流を外部から検出できる。基板１１の裏面、すなわち電極１４ａ及び１４ｂと反対側の面にゲート電極１９が設けられ、バックゲート型のトランジスタ構成となっている。
【0015】
グラフェン層１５の表面は保護層２１で覆われている。保護層２１にもグラフェン層１５の孔１５１に対応する周期的な開口２２が形成されている。保護層２１の開口２２はグラフェン層１５の孔１５１と連通している。保護層２１の表面と開口２２の内壁、及び、グラフェン層１５の孔１５１の側面は、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により形成された薄膜２５で覆われている。ＡＬＤ法では、原子層レベルで膜厚をコントロールすることができ、薄く緻密な成膜が可能である。以下では、薄膜２５を成膜法にちなんで「ＡＬＤ層２５」と呼ぶ。
【0016】
ＡＬＤ層２５は、グラフェン層１５と保護層２１の間の隙間を埋めて、デバイスの耐候性を改善する。耐候性は、一般的には屋外の自然環境とその変化に耐えうる性質をいう。光学センサデバイス１０の場合、耐候性は、光学センサデバイス１０が用いられる環境が変わっても、ディラックポイントの変動が抑制されている性質を含む。
【0017】
保護層２１もまた、耐候性を高めるために用いられる。保護層２１として、グラフェン層１５に孔１５１を形成するときのレジストマスクを利用する場合、グラフェン層１５の疎水的な性質のため、グラフェン層１５と保護層２１の間に隙間が生じる場合がある。このような隙間は、剥離や水分侵入の原因となり、センサの特性に影響する。グラフェン層１５の孔１５１の側面と、保護層２１の開口２２の内壁をＡＬＤ層２５で覆うことで、剥離や水分の侵入を防止する。これにより、後述するように、ディラックポイントの変動を小さく抑える。
【0018】
動作時に、ソース及びドレインとなる電極１４ａと１４ｂの間に一定のバイアス電圧を印加して、グラフェン層１５を流れる電流の変化（すなわち、抵抗の変化）を観察する。電流の変化は、光吸収量に比例する。ゲート電極１９にゲート電圧を印加することで、グラフェン層１５の電子、ホール等のキャリア密度が制御される。光吸収特性、抵抗率、ゼーベック係数といったグラフェンの物性は、グラフェンのキャリア密度に影響される。ゲート電圧によって、光学センサデバイス１０の光吸収特性は最適に制御される。
【0019】
電極１４ａと電極１４ｂ間に電圧を印加することによりグラフェン層１５に電界が印加され、デバイス上方から照射される赤外線から発生した電子－正孔対が、グラフェン層を流れる。このドレイン電流はゲート電圧で制御することができる。光がＯＦＦの状態でドレイン電流が最小になるゲート電圧を印加しておけば光照射によりドレイン電流－ゲート電圧特性がシフトする。光の入射によりドレイン電流が増加するので、これを検知することで、光入射を検出できる。
【0020】
光学センサデバイス１０では、グラフェン層１５を用いることで、室温で動作し、かつ広い波長帯域の光（可視光及び赤外光を含む）を検知する。グラフェン層１５に周期的な孔１５１を設けることで、光吸収を高めて感度を向上する。さらに、ＡＬＤ層２５を設けることで、耐候性を高め、デバイス動作の信頼性を維持する。
【0021】
図３Ａから図３Ｉは、光学センサデバイス１０の製造工程図である。図３Ａから図３Ｉに示す工程は、光学センサデバイス１００を作製するときのひとつの工程例であり、以下で述べる材料、パラメータ等に限定されない。
【0022】
図３Ａで、たとえば、熱酸化膜付きのシリコン基板を用意する。シリコン基板を基板１１として用い、熱酸化膜を絶縁膜１２として用いる。基板１１の絶縁膜１２と反対側の面（裏面）に、電子ビーム（ＥＢ；Electron Beam）蒸着で金属層を形成し、バックゲートとなるゲート電極１９を形成する。形成する金属層として、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の２層構成としてもよい。
【0023】
図３Ｂで、絶縁膜１２の全面にグラフェン層１５を設ける。グラフェン層１５は、機械的剥離法、転写法などで絶縁膜１２の上に配置されてもよい。あるいは、絶縁膜１２上に触媒金属をスパッタリングで堆積し、ＣＶＤ法により直接、絶縁膜１２にグラフェンを成長してもよい。グラフェン層１５は、単層グラフェンであってもよいし、数原子層の厚さの層であってもよい。グラフェン層１５を設けた後に、絶縁膜１２とグラフェンの密着性を高めるために、１５０～２００℃の温度でアニールしてもよい。
【0024】
図３Ｃで、グラフェン層１５を所定の形状にパターニングする。グラフェンは、酸素アッシング、酸素イオンビーム等で加工することができる。
【0025】
図３Ｄで、加工されたグラフェン層１５と電気的に接続される一対の電極１４ａ、及び１４ｂを形成する。電極１４ａ、及び１４ｂは、Ａｕ、パラジウム（Ｐｄ）、等の良導体で形成される。Ａｕは、電気伝導は良いが剥離し易いので、Ａｕ膜の下地としてＴｉやクロム（Ｃｒ）の膜を形成して、下層との密着性を向上してもよい。この場合、電気伝導をなるべく高く保つために、下地の金属膜の厚さをできるだけ薄くするのが望ましい。
【0026】
図３Ｅで全面に保護層２１を形成する。保護層２１として、検出する光の波長領域で透明、かつＥＢ描画でパターニングが可能な低誘電率の樹脂を用いてもよい。このような樹脂として、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）等を用いることができる。またはこれらを複数種類重畳しても良い。たとえば、ＰＭＭＡ層の上にＨＳＱを塗布して保護層２１を形成してもよい。保護層２１の厚さは、１～数μｍである。
【0027】
図３Ｆで、保護層２１を所定の形状に加工する。露光及び現像により保護層２１を加工してもよい。加工された保護層２１に、ＥＢ描画により開口２２を形成し、開口２２内にグラフェン層１５の一部を露出させる。開口２２の直径は２００～４００ｎｍである。
【0028】
図３Ｇで、開口２２を有する保護層２１をマスクとして、イオンビームエッチングによりグラフェン層１５に孔１５１を形成する。イオンビームシャワー装置を用い、１０秒間のイオンビーム照射を１０秒のインターバルを入れて数回繰り返す。回数はグラフェンの厚さで決まる。イオンビームエッチングを用いることで、グラフェン層１５を選択的にエッチングすることができ、かつ、保護層２１に覆われた部分のグラフェン層１５を、維持することができる。一般的に樹脂の除去に用いられる酸素アッシングでは、保護層２１の下にあるグラフェン層１５もエッチングされてしまう。イオンビームエッチングすることで、孔１５１以外の領域のグラフェン層１５が維持され、グラフェン層１５を流れる電流を検知することができる。
【0029】
図３Ｈで、全面にたとえばＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ層２５を堆積する。ＡＬＤ層の製膜時には真空状態で加熱して表面の水分等を飛ばした状態でおこなう（真空アニールの効果）。ＡＬＤ層２５の原料ガス、たとえばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と水蒸気は開口２２に入り込み、開口２２の内壁とグラフェン層１５の側面だけでなく、グラフェン層１５と保護層２１の界面に入り込む。ＡＬＤ層２５は、グラフェン層１５と保護層２１の隙間を埋め、かつ孔１５１の側面と開口２２の内壁を連続して覆う。したがって、ＡＬＤ層２５の一部は、グラフェン層１５とＡＬＤ層２５の界面にも存在する。ＡＬＤ層２５を設けることで、グラフェン層１５と保護層２１の間の隙間が埋め込まれ、グラフェン層１５への水分や不純物の侵入が防止される。
【0030】
図３Ｉで、ＡＬＤ層２５の所定の位置にコンタクトホールを形成し、電極１４ａに接続される電極パッド１６ａと、電極１４ｂに接続される電極パッド１６ｂを形成して、光学センサデバイス１０が得られる。
【0031】
図４は、変形例として、光学センサデバイス１０Ａを示す。光学センサデバイス１０Ａは、バックゲートに替えて、埋め込み型のゲート電極１８を有する。熱酸化膜を用いた絶縁膜１２の上にゲート電極１８が設けられ、ゲート電極１８を覆って、別の絶縁膜１７が設けられる。グラフェン層１５は、絶縁膜１７の上に配置される。グラフェン層１５の下の絶縁膜１７は、ゲート絶縁膜となる。絶縁膜１７を介してグラフェン層１５にゲート電圧を印加することで、グラフェン層１５の電子、ホール等のキャリア密度が制御される。
【0032】
光学センサデバイス１０Ａでも、グラフェン層１５に周期的な孔１５１の配列が形成され、孔１５１のエッジ及び側面と保護層２１の開口２２の内壁が、ＡＬＤ層２５で覆われている。光学センサデバイス１０Ａの感度と耐候性が向上し、動作の信頼性が得られる。
【0033】
図５は、耐候性改善の必要性を説明する図である。図５の横軸はゲート電圧［Ｖ］、縦軸はドレイン電流［Ａ］である。実線は、真空アニールを施したときの電気特性、一点鎖線はアニールなしのサンプルの電気特性である。
【0034】
上述のように、環境変化により光学センサデバイスの電気特性は変化し得る。アニールの有無で、デバイス表面の水分の存否または水分の量が変わる。デバイス表面の水分量の変化は、環境の変化とみることができる。環境が変わることで、ディラックポイントが変化する。ここで、ディラックポイントは、光入射がない状態でドレイン電流が最小になるときのゲート電圧である。理想的には、ゲート電圧０Ｖにディラックポイントがあることが望ましい。
【0035】
測定用のサンプルとして、ＡＬＤ層２５を設けていない光学センサデバイスを２種類、作製する。ひとつは、作製したデバイスに、１５０℃で１時間、真空アニールを施したサンプル、もうひとつは、アニールなしのサンプルである。サンプルで、Ａｕ／Ｃｒの電極１４ａ、及び１４ｂを形成する。電極間の間隔は４．０７μｍである。電極１４ａと１４ｂの幅（図１の縦方向の長さ）は８．２４μｍ、グラフェン層１５の幅（図１の縦方向の長さ）は５μｍ、長さ（図１の横方向の長さ）は２０μｍである。グラフェン層１５に、直径２００ｎｍの孔を形成する。光入射のない状態で、ゲート電圧を－４０Ｖから＋４－Ｖまで変化させて、流れるドレイン電流を測定する。なお、真空アニールしたサンプルは槽から出さずに冷却して真空中で測定する。
【0036】
アニールなしのサンプルでは、デバイス表面の水分の影響で、ディラックポイントは４０Ｖの近傍にあり、かつ、測定範囲にわたってドレイン電流が大きく変化している。これは、湿度の高い環境でのセンサ特性を表している。一方、真空アニール処理を行ったサンプルのディラックポイントは０Ｖに近づき、ゲート電圧の絶対値を大きくしても、ドレイン電流の変化はそれほど大きくない。これは、水分の影響の少ない環境でのセンサ特性を表している。
【0037】
環境が変わっても、実線の電気特性が維持されることが望ましい。光学センサデバイス１０及び１０Ａでは、ＡＬＤ層２５を設けることで、水分の侵入を防止してディラックポイントのシフトを抑制する。ＡＬＤ層２５により、アニール処理を施したサンプルと同様の電気特性が実現される。
【0038】
図６は、ＡＬＤ層２５の効果を示す図である。実線は、ＡＬＤの後にアニールしたサンプルの電気特性、破線は、ＡＬＤの後にアニールせずに真空中で測定した電気特性、一点鎖線は、ＡＬＤの後にアニールせずに大気中で測定した電気特性である。真空中の測定は常温での環境を表している。
【0039】
アニールの有無にかかわらず、ディラックポイント、すなわち光入射のない状態でのドレイン電流が最小になるポイントはほぼ一定であり、かつゲート電圧０Ｖの近傍にある。これは、ＡＬＤ層２５を設けることの効果である。ＡＬＤ層２５を設けた場合、その後のアニールは不要である。アニールなしでもディラックポイントの変動は抑制されるからである。
【0040】
ディラックポイントでは、光が入射したときの電流変化が大きい。ソース・ドレイン間にバイアス電圧をかけることで、電流変化を高感度に読み取ることができる。
【0041】
図７は、ＡＬＤ層２５の効果を示す別の図である。横軸は初期ディラックポイント、縦軸はディラックポイントの測定値である。図中の破線の直線は、初期ディラックポイントの特性を示す。初期ディラックポイントは、１０～１９Ｖである。測定点が破線上に載ればＡＬＤの効果が無いことになるが、測定点が破線よりも下側にあれば、ディラックポイントが小さくなり、かつ０Ｖに近づいていることを示す。
【0042】
グレイの丸は、イオンビームエッチングでグラフェン層１５に孔１５１を形成した後に真空アニールしたときのディラックポイントの測定値、白丸は、ＡＬＤ層２５を形成した後に真空アニールしたときのディラックポイントの測定値である。グラフェン層１５をイオンビームエッチングで孔１５１を形成した後にアニールすることで、ディラックポイントを初期ディラックポイントよりも下げることができる。ＡＬＤ層２５を形成した後にアニールしたサンプルでは、ディラックポイントをさらに０Ｖに近づけることができる。このように、ＡＬＤ層２５により、ディラックポイントを低減し、０Ｖに近づける効果が得られていることがわかる。
【0043】
図８は、ＡＬＤ層２５の効果を示す別の図である。図７と同様に、横軸は初期ディラックポイント、縦軸はディラックポイントの測定値である。白丸は、グラフェン層１５に孔１５１を形成する前のディラックポイントの測定値、黒丸は、孔１４１を形成した後のディラックポイントの測定値である。いずれもアニールを施していない。ディラックポイントの測定値は、イオンビームエッチング後のサンプルは４０Ｖの近傍にあり、図５のアニールなしのサンプルの特性と一致する。イオンビームエッチング前でも、ディラックポイントは３５Ｖの近傍にある。
【0044】
グレイの丸は、グラフェン層１５のエッチングの後にアニールしたときのディラックポイントの測定値、白の三角は、グラフェン層１５のエッチング後にアニールせずにＡＬＤ層２５を形成し、大気中で測定したディラックポイントの測定値である。アニールすることで、ディラックポイントを１０Ｖ以下に低減することにできる。この測定結果は、図５のアニール有りのサンプルの特性と一致する。
【0045】
別途にアニール処理を施さなくても、ＡＬＤ層２５を形成することで、ディラックポイントをさらに０Ｖに近づけることができる。ＡＬＤ層２５を形成することで、グラフェン層１５の孔１５１を形成後に真空アニールするときと同等以上の効果が達成される。換言すると、グラフェン層１５への孔１５１の形成後にアニール処理を施さなくても、ＡＬＤ層２５を形成する際にアニールされ、グラフェンへの水分、不純物等の侵入を防止して、ディラックポイントを０Ｖ近傍に低減できる。
【0046】
プロセス的には、アニール処理を施すよりも、ＡＬＤ層２５を形成する方が容易であり短時間ですむ。また、ディラックポイントが０Ｖの近傍にあるということは、光入射のない初期の状態でのゲート電圧を０Ｖの近傍に設定できるので、消費電力を低減できる。また、図６を参照して説明したように、ＡＬＤ層２５を設けることで、周囲環境が変化してもディラックポイントの変動は抑制され、耐候性に優れた光学センサデバイス１０または１０Ａが実現される。
【0047】
以上、特定の例に基づいて本開示を説明してきたが、本開示は、上述した例に限定されない。グラフェン層１５の形状（幅、長さを含む）、層数は、適切に設計され得る。グラフェン層１５に形成される孔１５１は円形孔に限定されず、多角形、楕円等の孔であってもよい。孔１５１の配置は、図１のようにマトリクス状の配置に限定されず、互い違いの配置、または細密配置であってもよい。ＡＬＤ層２５はＡｌ２Ｏ３に限定されず、プラズマＡＬＤでＨｆＯ２、ＳｉＯ２等の金属酸化物や、ＴａＮｘ、ＳｉＮｘのような金属窒化物の薄膜を形成してもよい。
【符号の説明】
【0048】
１０、１０Ａ 光学センサデバイス
１１ 基板
１２ 絶縁膜
１４ａ、１４ｂ 電極
１５ グラフェン層
１５１ 孔
１６ａ、１６ｂ 電極パッド
１８、１９ ゲート電極
２１ 保護層
２２ 開口
２５ ＡＬＤ層（薄膜）
１１ 基板
１２ 絶縁膜
１４ａ、１４ｂ 電極
１５ グラフェン層
１５１ 孔
１６ａ、１６ｂ 電極パッド
１８、１９ ゲート電極
２１ 保護層
２２ 開口
２５ ＡＬＤ層（薄膜）
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図3I】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】