本發(fā)明涉及將石墨烯用于檢測層的電磁波檢測器以及電磁波檢測器陣列，特別涉及在檢測層與電極之間設(shè)置有緩沖層的高靈敏度的電磁波檢測器以及電磁波檢測器陣列。

背景技術(shù)：

在以往的電磁波檢測器中，一般使用半導體材料作為電磁波檢測層，但半導體材料由于具有規(guī)定的帶隙，所以存在只能檢測到具有比帶隙大的能量的電磁波這樣的問題。

因此，作為下一代的檢測層的材料，帶隙為零或者極小的石墨烯受到關(guān)注，例如在引用文獻1中提出了如下電磁波檢測器，在該電磁波檢測器中，在基板上設(shè)置柵極氧化膜，在其上堆積石墨烯的溝道層，在溝道層的兩端形成源極以及漏極。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻1:日本特表2013－502735號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

然而，在檢測層是石墨烯單體的情況下，電磁波的吸收率為幾％，非常低，存在即使能夠檢測的波長范圍變寬，檢測靈敏度也變低這樣的問題。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供檢測波長范圍寬并且檢測靈敏度高的將石墨烯用作檢測層的材料的電磁波檢測器。

本發(fā)明涉及一種電磁波檢測器，其特征在于，包括：基板；絕緣層，設(shè)置于基板之上；石墨烯層，設(shè)置于絕緣層之上；一對電極，夾著石墨烯層設(shè)置于絕緣層之上；以及緩沖層，夾在石墨烯層與電極之間并將它們隔離。

在本發(fā)明中，由于包括石墨烯的檢測層與電極之間存在緩沖層，所以妨礙石墨烯與電極之間的電荷的移動，形成與石墨烯主體的狄拉克點(dpg)不同的石墨烯－電極間的狄拉克點(dpe)。因此，在檢測光入射的情況下，在電極表面發(fā)生電荷的移動以消除入射電場，在石墨烯與電極之間，電荷的移動也增加而dpe消失。由此，石墨烯中的dpg移動，取出電流增大，檢測靈敏度變高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式1的電磁波檢測器的俯視圖。

圖2是圖1的電磁波檢測器的i－i方向上的剖視圖。

圖3a是本發(fā)明的實施方式1的其他電磁波檢測器的剖視圖。

圖3b是本發(fā)明的實施方式1的其他電磁波檢測器的剖視圖。

圖3c是本發(fā)明的實施方式1的其他電磁波檢測器的剖視圖。

圖3d是本發(fā)明的實施方式1的其他電磁波檢測器的剖視圖。

圖3e是本發(fā)明的實施方式1的其他電磁波檢測器的剖視圖。

圖3f是本發(fā)明的實施方式1的其他電磁波檢測器的剖視圖。

圖4是對本發(fā)明的實施方式1的電磁波檢測器有光照射和無光照射的情況下的電氣特性。

圖5是本發(fā)明的實施方式1的電磁波檢測器的電路圖。

圖6是本發(fā)明的實施方式2的電磁波檢測器的俯視圖。

圖7是圖6的電磁波檢測器的v－v方向上的剖視圖。

圖8是本發(fā)明的實施方式3的電磁波檢測器的剖視圖。

圖9是本發(fā)明的實施方式4的電磁波檢測器的剖視圖。

圖10是本發(fā)明的實施方式5的電磁波檢測器的剖視圖。

圖11是本發(fā)明的實施方式5的電磁波檢測器的電極的俯視圖。

圖12是本發(fā)明的實施方式5的電磁波檢測器的電極的俯視圖。

圖13是本發(fā)明的實施方式6的電磁波檢測器的石墨烯層的俯視圖。

圖14是本發(fā)明的實施方式6的電磁波檢測器的石墨烯層的俯視圖。

圖15是本發(fā)明的實施方式8的電磁波檢測器陣列的俯視圖。

圖16是本發(fā)明的實施方式9的電磁波檢測器陣列的俯視圖。

(符號說明)

1石墨烯；2電極；3絕緣層；4基板；5緩沖層；6、7電極；8、9緩沖層；10、11凹部；12石墨烯層；13保護膜；14電極；100、110、120、130電磁波檢測器；1000、2000電磁波檢測器陣列。

具體實施方式

在本發(fā)明的實施方式中，關(guān)于電磁波檢測器，使用可見光或者紅外光來進行說明，但本發(fā)明除這些光之外，作為例如紫外光、近紅外光、太赫茲(thz)波、微波等電波區(qū)域的檢測器也是有效的。此外，在本發(fā)明的實施方式中，將這些光、電波統(tǒng)稱地記為電磁波。

在本發(fā)明的實施方式中，作為電磁波檢測器使用具有源極與漏極這2個電極以及背柵電極的構(gòu)造來進行說明，但本發(fā)明也能夠應用于具備4端子電極構(gòu)造、頂柵構(gòu)造等其他電極構(gòu)造的電磁波檢測器。

另外，關(guān)于作為金屬表面與光的相互作用的表面等離激元共振現(xiàn)象或等離激元共振現(xiàn)象、可見光域及近紅外光域以外的對金屬表面施加的共振這樣的含義下的被稱為偽表面等離激元共振的現(xiàn)象、或者通過波長以下的尺寸的構(gòu)造來操作特定的波長這樣的含義下的被稱為超材料或等離激元超材料的現(xiàn)象，不專門通過名稱來對它們進行區(qū)分，從現(xiàn)象所帶來的效果這方面看來，進行等同的處置。在這里，將這些共振稱為表面等離激元共振、等離激元共振，或者簡稱為共振。

實施方式1.

圖1是由100表示整體的本發(fā)明的實施方式1的電磁波檢測器的俯視圖，圖2是圖1的i－i處的剖視圖。

電磁波檢測器100例如包括包含si的基板4。基板4保持電磁波檢測器100整體，例如由半導體基板構(gòu)成，使用高電阻硅基板、形成熱氧化膜而使絕緣性提高的基板等?；蛘?，也可以使用如后所述為了形成背柵而進行了摻雜的硅基板。在具有熱氧化膜的基板的情況下，熱氧化膜也可以兼作絕緣層3。

在基板4之上設(shè)置例如包括氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、氧化鋁、氧化鎳、氮化硼(bn)等的絕緣層3。氮化硼的原子排列與石墨烯相似，所以不會由于與石墨烯的接觸而妨礙電荷移動，不造成不良影響，不阻礙電子遷移率等石墨烯的性能，所以作為石墨烯的基底膜是優(yōu)選的。

將一對電極2設(shè)置于絕緣層3之上。電極2例如包括au、ag、cu、al、ni、cr、pd等金屬。也可以在電極2與其下方的絕緣層3之間形成包括cr、ti的密合膜(未圖示)。電極2只要是能夠輸出電信號的大小、厚度，則對形狀沒有特別限制。

將緩沖層5設(shè)置于電極2之上。緩沖層5可以是例如氧化硅(sio2)、氧化鋁(al2o3)、氮化硅(sin)等絕緣物、例如lif、li2o3、li2co3、ca、ba、cs、cs2co3、tio2等活性金屬、堿金屬、堿土類金屬、例如v2o5、wo3、moo3等過渡性金屬氧化物、有機物或這些金屬與有機物的混合膜?；蛘撸筼h基介于電極2與石墨烯之間等，在電極2與石墨烯之間存在中介物即可。即，只要是由緩沖層5妨礙石墨烯與電極之間的電荷的移動、且除石墨烯主體的狄拉克點以外在石墨烯－電極間形成狄拉克點dpe的材料，則可以是任意材料。

此外，緩沖層5使用“層”這樣的表述，但在以原子層水平觀察的情況下，也可以存在有疏密或者不連續(xù)的區(qū)域。具體來說，也可以使用納米粒子。

將石墨烯層1設(shè)置于絕緣層3之上。在石墨烯層1與電極2之間夾著緩沖層5。石墨烯層1包括單層或者2層以上的石墨烯。如果增加石墨烯的層疊數(shù)，則光吸收率增加，電磁波檢測器100的靈敏度變高。石墨烯是2維碳晶體的單原子層，單層石墨烯的厚度為與1個碳原子相當?shù)?.34nm，非常薄。石墨烯在配置成6邊形狀的各鏈具有碳原子。

在石墨烯層1包括2層以上的石墨烯的層疊構(gòu)造的情況下，層疊構(gòu)造中包括的任意的2層石墨烯的六方晶格的晶格矢量的方向也可以不一致、即方向存在偏移。另外，也可以是晶格矢量完全一致的層疊構(gòu)造。特別是，如果層疊2層以上的石墨烯，則形成帶隙，所以能夠賦予波長選擇效果。

另外，在使用納米帶狀的石墨烯的情況下，也可以做成石墨烯納米帶單體或者排列有多個石墨烯納米帶的構(gòu)造。石墨烯層1既可以無摻雜，也可以摻雜為p型或者n型。通過將石墨烯層1摻雜為n型或者p型，能夠如后所述控制石墨烯中的狄拉克點(dpg)的位置。

這樣，在本發(fā)明的實施方式1的電磁波檢測器100中，通過在石墨烯層1與電極2之間具有緩沖層5，能夠根據(jù)有沒有電磁波照射而分別形成使石墨烯層1的電荷遷移率變化的閾值電場。因此，通過對石墨烯層1照射光，石墨烯層1的狄拉克點(dpg)發(fā)生位移。其結(jié)果，發(fā)生大的電流變化，石墨烯層1的電阻值變化。通過配置于石墨烯層1的外部的電極2來檢測該電阻值的變化，從而能夠?qū)⑷肷涞娜我獠ㄩL的電磁波的強度作為電信號來高靈敏度地進行檢測。

另外，也可以與本電磁波檢測器100一起，將使用石墨烯的輸出放大電路設(shè)置于電磁波檢測器100的鄰接部或下層部。由此，與由硅系的半導體材料形成的輸出放大電路相比動作變快，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的電磁波檢測器。

另外，通過將石墨烯用于讀出電路等外圍電路，能夠?qū)崿F(xiàn)高速讀出、制造工藝的簡化。

圖3a～圖3f是本發(fā)明的實施方式1的其他電磁波檢測器的剖視圖。在圖3a～圖3f中，與圖1、2相同的符號表示相同或者相當?shù)牟课弧?/p>

在圖3a所示的電磁波檢測器100a中，在絕緣層3之上形成石墨烯層1，并在其上依次形成緩沖層5、電極2。在緩沖層5、電極2的形成中優(yōu)選使用對石墨烯層1不造成損傷的蒸鍍等方法。

在圖3b所示的電磁波檢測器100b中，關(guān)于一個電極(在圖3b中，左側(cè)的電極)，在電極2之上隔著緩沖層5設(shè)置石墨烯層1，關(guān)于另一個電極(在圖3b中，右側(cè)的電極)，在石墨烯層1之上隔著緩沖層5設(shè)置電極2。

在圖3c所示的電磁波檢測器100c中，形成2層石墨烯層1、12，石墨烯層12在其上隔著緩沖層5形成電極2，另一方面，石墨烯層1隔著緩沖層5形成于電極2之上。

在圖3d所示的電磁波檢測器100d中，以覆蓋石墨烯層1、緩沖層5、電極2的方式形成有保護膜13。在緩沖層5包括自然氧化膜等薄膜的情況下，通過設(shè)置保護膜13，能夠防止由于周邊環(huán)境的影響而緩沖層5的性質(zhì)變化。特別是在高溫、低溫環(huán)境下使用電磁波檢測器的情況下，保持石墨烯層1與緩沖層5的接觸變得重要。即，通過設(shè)置保護膜13，穩(wěn)定的動作得到保障。保護膜13例如包括氧化硅(sio2)、氧化鋁(al2o3)、氮化硅(sin)等絕緣膜。

在圖3e所示的電磁波檢測器100e中，在保護膜13之上設(shè)置有電極14。該電極14作為頂柵電極而進行動作。相反地，也可以是從基板4的背側(cè)(在圖3e中，下側(cè))施加電壓而檢測對電極2施加的電信號的背柵型(參照圖5)。

在圖3f所示的電磁波檢測器100f中，電極2的上表面與絕緣層3的上表面為同一平面。緩沖層5介于石墨烯層1與電極2之間。

接下來，說明本發(fā)明的實施方式1的電磁波檢測器100的動作原理。在電磁波檢測器100中，在石墨烯層1與電極2之間存在氧化膜等緩沖層5。在沒有緩沖層5的情況下，無論將什么樣的偏置電壓施加到石墨烯層1，石墨烯層1與電極2的接點的電位都是相同電位，但如在圖4中所示的實際的測定結(jié)果，在存在緩沖層5的情況下，石墨烯與電極之間的電荷的移動受到妨礙，所以形成與石墨烯主體的狄拉克點dp(以下稱為“dpg1”)不同的由于石墨烯－電極間的緩沖層5的影響而形成的能級。在本發(fā)明中，稱為形成于石墨烯－電極間的狄拉克點dp(以下，稱為“dpe”)。dpe能夠定義為成為根據(jù)有沒有光照射使石墨烯的電荷遷移率變化的閾值電場的點。即，能夠簡單地認為通過緩沖層5妨礙石墨烯層1與電極2間的電荷的移動而形成有dpe。

在這里，緩沖層5的膜厚只要是在將電磁波照射到石墨烯層1的情況下能夠經(jīng)由緩沖層5在石墨烯層1與電極2之間發(fā)生電荷的移動的厚度即可。如果緩沖層5過厚，則在石墨烯層1與電極2之間不能發(fā)生電荷的移動，所以緩沖層5的膜厚通常優(yōu)選為幾個原子層～10nm左右非常薄的厚度。但是根據(jù)緩沖層5的材料，有時即使比該膜厚厚，也能夠發(fā)生電荷的移動。

此外，在照射電磁波時，只要所照射的電磁波能夠到達石墨烯層1、電極2以及其間的緩沖層5，則也可以將保護膜等形成于它們之上。

一般來說，在光入射到電磁波檢測器100的情況下，在電極2的表面發(fā)生電荷的移動以消除入射光的電場。通過該能量，電荷隧穿緩沖層5地進行移動，所以在石墨烯層1與電極2之間，電荷的移動也增加，石墨烯－電極間的狄拉克點dpe消失?；蛘?，作為電極以外的效果，石墨烯吸收光而增加的電荷被緩沖層5阻攔并蓄積，以某個偏置電壓為界限，隧穿緩沖層5。其結(jié)果，電磁波檢測器100的石墨烯層1的內(nèi)部的電荷部分布發(fā)生變化，dpe消失，所以作為結(jié)果，dpg1移動而變成dpg2。根據(jù)以上的原理，在照射光的情況下，由于緩沖層5的影響而光電流增加。

圖4是在對實施方式1的電磁波檢測器100照射光的情況下和不照射光的情況下的石墨烯層1的電氣特性的測定結(jié)果。在圖4中，橫軸是背柵電壓，縱軸是在2個電極2之間流過的電流。石墨烯層1包括單層的石墨烯，2個電極2的間隔是5μm、電極2的長度(圖1的上下方向)是15μm。電極2包括金屬的多層構(gòu)造，最表面是金，厚度是30nm。在與絕緣層3之間，為了提高密合性，形成有厚度5nm的ti膜?；?包括摻雜為n型的硅?；?作為從背面施加電壓的背柵型而進行動作。絕緣層3包括硅的熱氧化膜(sio2)，厚度是290nm。緩沖層5做成通過uv臭氧處理使電極2的表面的金氧化而形成的金的氧化膜。厚度是幾nm以下。或者，也可以是oh基等中介物。

以上的尺寸是圖4的測定中使用的樣品的尺寸，電磁波檢測器100不限定于這些尺寸，能夠根據(jù)電磁波檢測器100的靈敏度等適當設(shè)計。在這里，將2個電極2中的一個設(shè)為源極，將另一個設(shè)為漏極，從基板4的背面施加電壓，從而作為背柵而進行動作(參照圖5)。

在圖4中，明確地出現(xiàn)無光照射的情況下的dpg1、dpe以及由于光照射而移動的dpg2。如圖4所示，dpg1與dpg2的vbg之差為20v左右，非常大。由于光照射所致的狄拉克點的變動，電流例如在背柵電壓vbg為25v左右的情況下變成100μa。如果計算通過上述實驗得到的靈敏度，則實現(xiàn)幾100a/w這樣的非常大的靈敏度。沒有dpe的石墨烯的情況下的電流變化量非常小，所以與它相比得到高靈敏度的光響應。

如上所述，將石墨烯層1形成于電極2上，使用具有利用金屬表面的氧化膜的緩沖層5的電極2與石墨烯層1的接觸點處的狄拉克點和石墨烯自身的狄拉克點的非對稱性、以及電極2的金屬部處的光照射時的電場移動所致的該非對稱性的解除，其結(jié)果，能夠使光照射時的取出電流增大。另外，在背柵型的情況下，最好摻雜硅基板。特別是在vbg為正的電壓的區(qū)域形成dpe的情況下，通過n型硅基板，dpg1與dpg2之差有增大的趨勢。另外，在vbg為負的電壓的區(qū)域形成dpe的情況下，通過p型硅基板，dpg1與dpg2之差有增大的趨勢。但是，這些效果與緩沖層等的效果復合地產(chǎn)生。

在檢測器的動作狀態(tài)下，有時也檢測通過電磁波入射到石墨烯層1而產(chǎn)生的光電流。在該情況下，在處于石墨烯層1的光電流產(chǎn)生路徑的兩端的電極2之間，無論施加還是不施加外部偏壓，電磁波檢測器100都進行動作。但是通過施加偏壓，所產(chǎn)生的載流子的檢測效率變高。

對石墨烯層1經(jīng)由電極2連接有用于取出外部偏壓等光電流的變化的電路。例如，作為電信號的讀出方法，當將電壓vd施加到2個電極2之間時，根據(jù)石墨烯層1內(nèi)的電阻值變化這樣的電信號，在電極2之間流過的電流量id變化。通過檢測該電流量的變化，能夠檢測入射的電磁波的大小。在2個電極2之間也可以附加流過恒定電流的電路，檢測電壓值的變化量。

另外，如圖5所示，也可以將基板4的背面作為背柵端子并與2個端子的電極2組合，從而做成晶體管構(gòu)造來取出電信號。在該情況下，通過對基板4的背面施加電壓，能夠使石墨烯層1產(chǎn)生更大的電場，能夠高效地檢測由于電磁波的入射而產(chǎn)生的載流子。

另外，也可以僅形成1個電極2，使用它來檢測電磁波的入射所致的石墨烯層1的電位變化。

另外，也可以在石墨烯層1上形成氧化膜，在氧化膜上做成柵極端子并與2個端子的電極2進行組合，從而做成形成有晶體管構(gòu)造的頂柵構(gòu)造來取出電信號(參照圖3e)。

在本發(fā)明的實施方式1中，為了簡化，以形成一對電極2并檢測其間的電阻的情況為例進行了說明，但也可以應用晶體管構(gòu)造等其他構(gòu)造。

接下來，簡單地說明電磁波檢測器100的制造方法。電磁波檢測器100的制造方法包括以下的工序1～5。

工序1：首先，準備硅等的平坦的基板4。

工序2：在基板4之上形成絕緣層3。關(guān)于絕緣層3，例如在基板4是硅的情況下，也可以通過熱氧化形成氧化硅(sio2)。另外，也可以通過cvd、濺射形成其他絕緣膜。

工序3：形成包括au、ag、cu、al、ni、cr等的電極2。此時，為了提升與下部的絕緣層3的密合性，也可以形成cr、ti的密合膜。電極2的形成是在使用照相制版、eb繪圖等來形成抗蝕劑掩模之后，在其上通過蒸鍍、濺射等堆積包括au、ag、cu、al、ni、cr等的金屬層來進行的。

工序4：使包括金屬的電極2的表面氧化來形成緩沖層5。電極2的氧化是在臭氧環(huán)境中通過uv照射(uv臭氧處理)、等離子體照射或者自然氧化等來進行的。也可以使用溶液等來形成氧化膜。或者也可以在電極2之上的與石墨烯層1接觸的區(qū)域?qū)ρ趸?sio2)、氧化鋁(al2o3)、氮化硅(sin)等絕緣膜進行成膜。進一步地，也可以通過活性金屬、堿金屬、堿土類金屬例如lif、li2o3、li2co3、ca、ba、cs、cs2co3、tio2、過渡性金屬氧化物例如v2o5、wo3、moo3、有機物或有機物與這些金屬的混合膜等來形成。即，只要是通過緩沖層5在石墨烯主體的狄拉克點以外形成dpe的材料，可以用任意材料來形成膜。

工序5：在電極2以及絕緣層3之上形成石墨烯。石墨烯既可以通過外延生長而形成，也可以轉(zhuǎn)印并粘附預先使用cvd法形成的石墨烯層。另外，也可以轉(zhuǎn)印通過機械剝離等剝離而得到的石墨烯。接下來，通過照相制版等用抗蝕劑掩模包覆石墨烯，通過氧等離子體進行蝕刻并圖案化。由此，去除溝道部分、與電極2相接的區(qū)域以外的不需要的部分的石墨烯，形成石墨烯層1。

通過以上的工序1～5，完成本發(fā)明的實施方式1的電磁波檢測器100。

實施方式2.

圖6是由110表示整體的本發(fā)明的實施方式2的電磁波檢測器的俯視圖，圖7是圖6的v－v處的剖視圖。在圖6、7中，與圖1、2相同的符號表示相同或者相當?shù)牟课弧?/p>

實施方式2的電磁波檢測器110與實施方式1的電磁波檢測器100的不同點在于，石墨烯層1隔著緩沖層5而與電極2重疊的部分的面積(在圖6中用虛線顯示)在2個電極2之間、即源極電極與漏極電極之間不同。這樣的構(gòu)造在實施方式1中的石墨烯的加工工序(工序5)中以使源極與漏極之上的石墨烯的面積不同的方式進行加工即可。

在源極電極和漏極電極處，如果石墨烯層1與電極2重疊的面積不同，則與此相應地，從構(gòu)成電極2的金屬向石墨烯層1的電荷的移動量也不同。即，在源極電極與漏極電極之間能隙不同。由此，在照射光的情況下，由于所產(chǎn)生的載流子，在2個電極2之間產(chǎn)生偏壓，光電流增大?；蛘撸纬膳c石墨烯主體的狄拉克點dp不同的石墨烯－電極間的狄拉克點dpe，在光照射時產(chǎn)生與實施方式1相同的現(xiàn)象，光電流的變化增大。

如上所述，在實施方式2的電磁波檢測器110中，能夠使光照射時的光電流增大，能夠提高電磁波檢測器110的靈敏度。

實施方式3.

圖8是由120表示整體的本發(fā)明的實施方式3的電磁波檢測器的剖視圖。在圖8中，與圖1、2相同的符號表示相同或者相當?shù)牟课弧?/p>

實施方式3的電磁波檢測器120與實施方式1的電磁波檢測器100的不同點在于，電極6(例如源極電極)與電極7(例如漏極電極)由不同的金屬形成。關(guān)于石墨烯，根據(jù)所接觸的金屬的種類，費米能級移動，或者接觸電阻不同。因此，在由不同的金屬形成電極6與電極7的情況下，在源極與漏極之間能隙不同。因此，在照射光的情況下，由于所產(chǎn)生的載流子，在電極5、6之間產(chǎn)生偏壓，光電流增大，能夠提高電磁波檢測器120的靈敏度。

實施方式4.

圖9是由130表示整體的本發(fā)明的實施方式4的電磁波檢測器的剖視圖。在圖9中，與圖1、2相同的符號表示相同或者相當?shù)牟课弧?/p>

實施方式4的電磁波檢測器130與實施方式1的電磁波檢測器100的不同點在于，形成于2個電極2之上的緩沖層8、9包括不同的氧化物。其結(jié)果，在2個電極2、即源極電極與漏極電極處，電極－石墨烯間的接觸電阻不同，在源極與漏極之間能隙不同。因此，在照射光的情況下，由于所產(chǎn)生的載流子，在2個電極2之間產(chǎn)生偏壓，光電流增大，能夠提高電磁波檢測器130的靈敏度。

實施方式5.

圖10是由140表示整體的本發(fā)明的實施方式5的電磁波檢測器的剖視圖。在圖10中，與圖1、2相同的符號表示相同或者相當?shù)牟课弧?/p>

實施方式5的電磁波檢測器140與實施方式1的電磁波檢測器100的不同點在于，電極2的表面形成有周期性的凹部10。圖11、12是電極2的俯視圖。凹部10包括例如圖11所示的以規(guī)定的間隔2維地配置的圓柱狀的凹部。配置也可以是正方形格子、三角型格子等任意的周期排列。代替圓柱，也可以是棱柱、三棱柱、四棱柱、橢圓柱等其他形狀的凹部。另外，凹部11例如也可以是圖12所示的并排配置的1維的槽。這些凹部10、11既可以貫通也可以不貫通電極2，分別發(fā)生等離激元共振。適當?shù)剡M行用于探測作為目標的波長的圖案設(shè)計即可。

通過將這樣的周期性的凹部10、11設(shè)置于電極2的表面，在特定的波長下發(fā)生高強度地局部存在于金屬表面的等離激元共振。電極2的材料只要是發(fā)生表面等離激元共振的金屬，則可以是任意的金屬，例如使用au、ag、al等。

在這里，說明了將周期性的凹部10、11形成于電極2的表面的情況，但也可以形成周期性的凸部。發(fā)生具有等同效果的等離激元共振。

在這里，等離激元共振的共振波長取決于周期構(gòu)造地確定。通過將這樣的周期構(gòu)造形成于電極2之上，能夠在電極表面僅吸收具有特定的共振波長的電磁波。即，在電磁波檢測器100中，能夠僅高強度地檢測具有特定的共振波長的電磁波，能夠使特定波長的檢測靈敏度變高。

實施方式6.

圖13、14是僅示出本實施方式6的電磁波檢測器中使用的石墨烯層1的俯視圖。與實施方式1的電磁波檢測器100的不同點在于，石墨烯層1形成有一維或者二維的周期性的凹部20、21。凹部20、21也可以是貫通石墨烯層1的孔。在石墨烯層1是單層的情況下，凹部20、21是貫通石墨烯層1的孔。在石墨烯層1是多層的情況下，如果是僅貫通其中任意層的孔，則凹部20、21不貫通石墨烯層1。另外，如果是貫通全部多層的孔，則凹部20、21貫通石墨烯層1。

這樣，在將周期性的構(gòu)造形成于石墨烯層1的情況下，也與將周期性的構(gòu)造形成于上述電極2的情況同樣地，能夠吸收與周期構(gòu)造相應的特定波長的電磁波。石墨烯由于是半金屬，所以在原理上基于與金屬相同的等離激元共振。

2維的周期配置也可以是正方型格子、三角型格子等任意的周期排列。另外，凹部20的形狀也可以是圓柱、棱柱、三棱柱、四棱柱、橢圓柱等任意形狀的凹部。但是，在三棱柱等從上表面觀察的形狀具有非對稱性的情況下，在石墨烯層1吸收的光中產(chǎn)生偏振依賴性，所以能夠形成僅檢測特定的偏振光的電磁波檢測器。

1維的周期配置例如也可以是圖14所示的并排配置的1維的槽。

通過將這樣的周期構(gòu)造形成于石墨烯層1之上，能夠在石墨烯層1的表面僅吸收具有特定的共振波長的電磁波。即，在電磁波檢測器100中，能夠僅高強度地檢測具有特定的共振波長的電磁波，能夠使特定波長的檢測靈敏度變高。

在這里，說明了將周期性的凹部20、21形成于石墨烯層1的表面的情況，但也可以是形成周期性的凸部的圖案。

實施方式7.

本實施方式7的電磁波檢測器(未圖示)與實施方式1的電磁波檢測器100相比，在代替石墨烯層1而使用過渡性金屬硫族化合物或者黑磷(blackphosphorus)等2維材料這一點上不同。其他構(gòu)造與電磁波檢測器100相同。過渡性金屬硫族化合物、黑磷等2維材料具有與石墨烯相同的原子層狀構(gòu)造，所以稱為2維材料，例如包括mos2、ws2、wse2等過渡性金屬硫族化合物、黑磷。另外，也可以是將這些材料中的同種材料或者不同的材料彼此層疊而成的構(gòu)造?；蛘咭部梢越雍镶}鈦礦與石墨烯或者2維材料這樣的異種材料。

這些過渡性金屬硫族化合物材料、黑磷等2維材料具有規(guī)定的帶隙。因此，截止電流大致為零，所以電磁波檢測器的噪聲變小，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁波檢測器的高性能化。

另外，能夠根據(jù)層疊過渡性金屬硫族化合物、黑磷等2維材料的層數(shù)來調(diào)整帶隙，所以能夠根據(jù)層數(shù)來選擇所檢測的電磁波的波長。由此，能夠得到僅探測特定的波長的電磁波的波長選擇型電磁波檢測器。由于不需要如以往的半導體檢測器那樣根據(jù)半導體材料的組成來控制帶隙，所以容易制作。另外，由于也不需要使用作為典型的波長選擇方法的光學濾波器，所以能夠使光學構(gòu)件的件數(shù)降低，進一步地，還能夠降低由于通過濾波器導致的入射光的損失。

另外，在使用過渡性金屬硫族化合物、黑磷等2維材料的情況下，通過做成包括多層的層疊構(gòu)造，能夠得到偏振依賴性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)僅選擇性地檢測特定的偏振光的電磁波檢測器。

進一步地，通過將這些過渡性金屬硫族化合物、黑磷等2維材料中的不同的2種以上的材料進行組合，或者將過渡性金屬硫族化合物、黑磷等2維材料與石墨烯進行組合來做成異質(zhì)結(jié)，從而在異種材料之間能夠?qū)崿F(xiàn)與以往的半導體材料中的量子阱構(gòu)造、隧道電流相同的效果。由此，能夠使噪聲降低，并且能夠使復合降低，所以能夠?qū)崿F(xiàn)電磁波檢測器的高靈敏度化。

實施方式8.

圖15是由1000表示整體的本發(fā)明的實施方式8的電磁波檢測器陣列的俯視圖。在圖15中，2×2地配置實施方式1的電磁波檢測器100，但配置的個數(shù)不限定于此。

在電磁波檢測器陣列1000中，不僅可以陣列狀地配置電磁波檢測器100，也可以陣列狀地配置其他實施方式2～7的電磁波檢測器。

這樣，通過使用石墨烯的電磁波檢測器陣列，能夠檢測紫外光至微波的非常寬的波長范圍的電磁波。因此，例如在將電磁波檢測器陣列應用于車載傳感器的情況下，白天能夠用作可見光圖像用相機，另一方面，晚上還能夠用作紅外線相機，不需要根據(jù)檢測波長而區(qū)分使用相機。

此外，優(yōu)選在電磁波檢測器陣列1000之外設(shè)置讀出從各個電磁波檢測器100得到的電信號的電路、行列選擇電路等。

實施方式9.

圖16是由2000表示整體的本發(fā)明的實施方式9的電磁波檢測器陣列的俯視圖。在圖16中，2×2地配置種類相互不同的電磁波檢測器100、200、300、400，但配置的個數(shù)不限定于此。

在本實施方式9的電磁波檢測器陣列2000中，通過1維或者2維的陣列狀地配置實施方式1～8中敘述的種類不同的電磁波檢測器，能夠賦予作為圖像傳感器的功能。

例如，在圖16所示的電磁波檢測器陣列2000中，由檢測波長各自不同的電磁波檢測器形成電磁波檢測器100、200、300、400。具體來說，陣列狀地排列在實施方式5～7中記載的具有檢測波長選擇性的電磁波檢測器。由此，電磁波檢測器陣列2000至少能夠檢測2個以上不同的波長的電磁波。

通過這樣陣列狀地配置具有不同的檢測波長的電磁波檢測器，與在可見光域中使用的圖像傳感器同樣地，在紫外光、紅外光、太赫茲波、電波的波長區(qū)域中也能夠得到彩色化的圖像。

另外，作為圖像傳感器以外的用途，即使以少的像素數(shù)也能夠用作物體的位置探測用傳感器。通過電磁波檢測器陣列2000的構(gòu)造，能夠制造檢測多個波長的電磁波的光強度的圖像傳感器。由此，能夠在不使用以往在cmos傳感器等中所需的彩色濾波器的情況下檢測多個波長的電磁波而得到彩色圖像。

進一步地，通過使所探測的偏振光不同的電磁波檢測器陣列化，還能夠形成偏振光識別圖像傳感器，例如能夠進行人造物與自然物的識別。