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JP2019039813A - Electromagnetic wave measuring device - Google Patents

Electromagnetic wave measuring device Download PDF

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JP2019039813A
JP2019039813A JP2017162145A JP2017162145A JP2019039813A JP 2019039813 A JP2019039813 A JP 2019039813A JP 2017162145 A JP2017162145 A JP 2017162145A JP 2017162145 A JP2017162145 A JP 2017162145A JP 2019039813 A JP2019039813 A JP 2019039813A
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喜彦 加茂
Yoshihiko Kamo
喜彦 加茂
亮太 田中
Ryota Tanaka
亮太 田中
暢之 栗田
Nobuyuki Kurita
暢之 栗田
孝寛 伊田
Takahiro Ida
孝寛 伊田
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Abstract

To provide an electromagnetic wave measuring device which has a wide dynamic range and can detect an electromagnetic wave with high sensitivity.SOLUTION: The electromagnetic wave measuring device comprises: a first photoconductive element having a first substrate, a first photoconductive layer formed on the first substrate and having a region irradiated with pulse light, and a first electrode pair formed on the first photoconductive layer and separate from each other in the irradiated region; and a second photoconductive element having a second substrate, a second photoconductive layer formed on the second substrate and having a top face smaller than the top face of the first photoconductive layer, and having a region irradiated with pulse light, and a second electrode pair formed on the second photoconductive layer and separate from each other in the irradiated region.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、計測用の電磁波を発生させる光伝導素子及び当該電磁波を検出する光伝導素子を含む電磁波計測装置に関する。   The present invention relates to a photoconductive element that generates an electromagnetic wave for measurement and an electromagnetic wave measuring apparatus including the photoconductive element that detects the electromagnetic wave.

従来から、電波と赤外光との間の周波数帯(例えば0.1〜10THz)の電磁波であるテラヘルツ波を対象物に照射し、当該対象物からの反射波又は透過波を時間領域分光法によって計測(分析)する技術が知られている。このような分析システムは、テラヘルツ波を発生させる光伝導素子と、当該発生素子によって発生したテラヘルツ波の対象物からの反射波又は透過波を検出する光伝導素子と、を含む。   Conventionally, a target object is irradiated with a terahertz wave that is an electromagnetic wave in a frequency band (for example, 0.1 to 10 THz) between radio waves and infrared light, and a reflected wave or a transmitted wave from the target object is subjected to time domain spectroscopy. A technique for measuring (analyzing) by means of is known. Such an analysis system includes a photoconductive element that generates a terahertz wave and a photoconductive element that detects a reflected wave or a transmitted wave from an object of the terahertz wave generated by the generating element.

例えば、テラヘルツ波などの電磁波を発生又は検出する光伝導素子は、光伝導性を有する半導体層及び当該半導体層に接続された電極とを含む。例えば、特許文献1には、基板上に成長された複数の半導体層を有する光伝導素子及びこれを用いたテラヘルツ時間領域分光装置が開示されている。   For example, a photoconductive element that generates or detects electromagnetic waves such as terahertz waves includes a semiconductor layer having photoconductivity and an electrode connected to the semiconductor layer. For example, Patent Document 1 discloses a photoconductive element having a plurality of semiconductor layers grown on a substrate and a terahertz time domain spectroscopic device using the photoconductive element.

特開2014-197669号公報JP-A-2014-197669

例えば、電磁波の計測を行う場合、電磁波発生素子としての光伝導素子は高出力の電磁波を発生させること、また、検出素子としての光伝導素子は高感度且つ高精度で電磁波を検出することが好ましい。具体的には、例えば、発生素子から発生する電磁波(信号)の振幅が大きいこと、また、検出素子が検出した電磁波を表す電気信号内にノイズが少ないことが好ましい。   For example, when measuring electromagnetic waves, it is preferable that the photoconductive element as the electromagnetic wave generating element generates high output electromagnetic waves, and the photoconductive element as the detection element detects the electromagnetic waves with high sensitivity and high accuracy. . Specifically, for example, it is preferable that the amplitude of the electromagnetic wave (signal) generated from the generating element is large, and that there is little noise in the electric signal representing the electromagnetic wave detected by the detecting element.

また、例えばテラヘルツ時間領域分光法を用いて対象物の分析を行う場合、検出素子から得られるテラヘルツ波の時間波形の振幅が大きいこと、当該時間波形から得られるテラヘルツ波のスペクトルのS/N比やダイナミックレンジが大きいことが好ましい。   For example, when analyzing an object using terahertz time domain spectroscopy, the amplitude of the time waveform of the terahertz wave obtained from the detection element is large, and the S / N ratio of the spectrum of the terahertz wave obtained from the time waveform It is preferable that the dynamic range is large.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジが大きく且つ高感度で電磁波を検出することが可能な電磁波計測装置を提供することを課題の1つとしている。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an electromagnetic wave measuring apparatus having a large dynamic range and capable of detecting electromagnetic waves with high sensitivity.

請求項1に記載の発明は、第1の基板、第1の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第1の光伝導層及び第1の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第1の電極対を有する第1の光伝導素子と、第2の基板、第2の基板上に形成されて第1の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第2の光伝導層及び第2の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第2の電極対を有する第2の光伝導素子と、を有することを特徴としている。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a first substrate, a first photoconductive layer formed on the first substrate and having an irradiation region of pulsed light, and the first photoconductive layer formed on the first photoconductive layer. A first photoconductive element having a first electrode pair spaced apart from each other on the irradiation region; a second substrate; and an upper surface formed on the second substrate and having a smaller upper surface than the upper surface of the first photoconductive layer. And a second photoconductive element having a second photoconductive layer formed on the second photoconductive layer and having a second electrode pair formed on the second photoconductive layer and spaced apart from each other on the irradiated region. It is characterized by having.

また、請求項5に記載の発明は、第1の基板、第1の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第1の光伝導層及び第1の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第1の電極対を有する第1の光伝導素子と、第2の基板、第2の基板上に形成されて第1の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第2の光伝導層及び第2の基板上に形成され且つ被照射領域において第2の光伝導層を挟む第2の電極対を有する第2の光伝導素子と、を有することを特徴としている。   The invention according to claim 5 is formed on the first substrate, the first photoconductive layer formed on the first substrate and having the irradiated region of the pulsed light, and the first photoconductive layer. And a first photoconductive element having a first electrode pair spaced from each other on the irradiated region, a second substrate, and an upper surface formed on the second substrate and smaller than the upper surface of the first photoconductive layer And a second photoconductive layer having a region irradiated with pulsed light and a second electrode pair formed on the second substrate and sandwiching the second photoconductive layer in the irradiated region And a photoconductive element.

実施例1に係る電磁波計測装置の斜視図である。1 is a perspective view of an electromagnetic wave measurement device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子及び電磁波検出素子の上面図である。3 is a top view of an electromagnetic wave generating element and an electromagnetic wave detecting element in the electromagnetic wave measuring apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る電磁波計測システムの模式的な回路図である。1 is a schematic circuit diagram of an electromagnetic wave measurement system according to Example 1. FIG. 実施例1に係る電磁波計測システムによって得られた信号のダイナミックレンジを示す図である。It is a figure which shows the dynamic range of the signal obtained by the electromagnetic wave measurement system which concerns on Example 1. FIG. 実施例1の変形例1に係る電磁波計測装置における電磁波検出素子の斜視図である。6 is a perspective view of an electromagnetic wave detection element in an electromagnetic wave measurement device according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施例1の変形例1に係る電磁波計測装置における電磁波検出素子の断面図である。6 is a cross-sectional view of an electromagnetic wave detection element in an electromagnetic wave measurement device according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施例1の変形例2に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子の上面図である。6 is a top view of an electromagnetic wave generating element in an electromagnetic wave measuring apparatus according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 実施例1の変形例3に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子の上面図である。6 is a top view of an electromagnetic wave generating element in an electromagnetic wave measurement device according to Modification 3 of Embodiment 1. FIG. 実施例2に係る電磁波計測装置の斜視図である。6 is a perspective view of an electromagnetic wave measuring apparatus according to Embodiment 2. FIG. 実施例2に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子及び電磁波検出素子の上面図である。6 is a top view of an electromagnetic wave generating element and an electromagnetic wave detecting element in an electromagnetic wave measuring apparatus according to Example 2. FIG.

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。   Examples of the present invention will be described in detail below.

図1は、実施例1に係る電磁波計測装置(以下、単に計測装置と称する場合がある)10の斜視図である。計測装置10は、パルス光P1を受けて電磁波W1を発生させる電磁波発生素子(第1の光伝導素子、以下、発生素子と称する場合がある)20と、パルス光P2を受けて電磁波W2を検出する電磁波検出素子(第2の光伝導素子、以下、検出素子と称する場合がある)30と、を含む。   FIG. 1 is a perspective view of an electromagnetic wave measuring apparatus (hereinafter, simply referred to as a measuring apparatus) 10 according to the first embodiment. The measuring device 10 receives the pulsed light P1 and generates the electromagnetic wave W1, and detects the electromagnetic wave W2 upon receiving the pulsed light P2 and the electromagnetic wave generating element 20 (hereinafter sometimes referred to as a generating element) 20. An electromagnetic wave detecting element (second photoconductive element, hereinafter may be referred to as a detecting element) 30.

本実施例においては、発生素子20は、パルス光P1としてフェムト秒のパルス幅を有するようにパルス化されたレーザ光を受けて、電磁波W1としてテラヘルツ波を放出する。また、検出素子30は、パルス光P2としてパルス光P1と同様のレーザ光を受けて、電磁波W2としてテラヘルツ波を検出する。   In the present embodiment, the generating element 20 receives a laser beam pulsed to have a femtosecond pulse width as the pulsed light P1, and emits a terahertz wave as the electromagnetic wave W1. The detection element 30 receives the same laser beam as the pulsed light P1 as the pulsed light P2, and detects a terahertz wave as the electromagnetic wave W2.

本実施例においては、検出素子30は、試料Sによって反射又は透過された電磁波W1を電磁波W2として検出する。すなわち、計測装置10は、テラヘルツ波を発生させ、テラヘルツ波を用いて試料Sの分析を行う分析装置である。   In the present embodiment, the detection element 30 detects the electromagnetic wave W1 reflected or transmitted by the sample S as the electromagnetic wave W2. That is, the measuring device 10 is an analyzer that generates a terahertz wave and analyzes the sample S using the terahertz wave.

図2は、発生素子20及び検出素子30の模式的な上面図である。図1及び図2を用いて、発生素子20及び検出素子30について説明する。まず、発生素子20について説明する。   FIG. 2 is a schematic top view of the generation element 20 and the detection element 30. The generation element 20 and the detection element 30 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, the generating element 20 will be described.

図1に示すように、発生素子20は、基板(第1の基板)21及び基板21上に形成された光伝導材料からなる光伝導層(第1の光伝導層)22を有する。本実施例においては、基板21は半導体基板であり、光伝導層22は当該半導体基板上に形成された光伝導性を有する半導体層である。例えば、光伝導層22は、基板21を成長用基板とし、基板21上に、公知の結晶成長法によって光伝導層22をエピタキシャル成長させることによって形成することができる。   As shown in FIG. 1, the generation element 20 includes a substrate (first substrate) 21 and a photoconductive layer (first photoconductive layer) 22 made of a photoconductive material formed on the substrate 21. In this embodiment, the substrate 21 is a semiconductor substrate, and the photoconductive layer 22 is a photoconductive semiconductor layer formed on the semiconductor substrate. For example, the photoconductive layer 22 can be formed by using the substrate 21 as a growth substrate and epitaxially growing the photoconductive layer 22 on the substrate 21 by a known crystal growth method.

本実施例においては、図2に示すように、光伝導層22は、矩形の上面22Sを有する。また、本実施例においては、基板21は矩形の上面形状を有する。光伝導層22は、基板21の上面全体に形成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the photoconductive layer 22 has a rectangular upper surface 22S. In the present embodiment, the substrate 21 has a rectangular upper surface shape. The photoconductive layer 22 is formed on the entire top surface of the substrate 21.

基板21は、例えば、単結晶のGaAs、InP、Siなどからなる。光伝導層22は、例えば、GaAs、AlGaAs、InGaP、AlAs、InP、InAlAs、InGaAs、GaAsSb、InGaAsP、InAs、InSbなどからなり、複数の半導体層が積層された構造を有する。   The substrate 21 is made of, for example, single crystal GaAs, InP, Si, or the like. The photoconductive layer 22 is made of, for example, GaAs, AlGaAs, InGaP, AlAs, InP, InAlAs, InGaAs, GaAsSb, InGaAsP, InAs, or InSb, and has a structure in which a plurality of semiconductor layers are stacked.

発生素子20は、光伝導層22上に形成された一対の駆動電極(第1の電極対、以下、駆動電極対と称する場合がある)23を有する。駆動電極対23は、各々が光伝導層22の上面22S上に形成され、所定距離(第1の距離)G1をおいて互いに離間して配置された第1及び第2の電極膜23A及び23Bからなる。第1及び第2の電極膜23A及び23Bは、例えばITOやIZOなどの透明導電膜、また、AuやAuSnなどの金属膜からなる。また、本実施例においては、駆動電極対23には、電圧源などの電源PSが接続されている。   The generation element 20 has a pair of drive electrodes (a first electrode pair, hereinafter may be referred to as a drive electrode pair) 23 formed on the photoconductive layer 22. The drive electrode pair 23 is formed on the upper surface 22S of the photoconductive layer 22, and the first and second electrode films 23A and 23B are spaced apart from each other with a predetermined distance (first distance) G1. Consists of. The first and second electrode films 23A and 23B are made of a transparent conductive film such as ITO or IZO, or a metal film such as Au or AuSn. In this embodiment, the drive electrode pair 23 is connected to a power source PS such as a voltage source.

また、図2に示すように、第1及び第2の電極膜23A及び23Bは、それぞれ、互いに対向する第1及び第2の対向部23A1及び23B1を有する。また、第1の電極膜23Aは、第1の対向部23A1に接続された第1の接続部23A2を有する。また、第2の電極膜23Bは、第2の対向部23B1に接続された第2の接続部23B2を有する。本実施例においては、駆動電極対23は、第1及び第2の対向部23A1及び23B1が所定距離G1をおいて互いに対向する構成を有する。   As shown in FIG. 2, the first and second electrode films 23A and 23B have first and second facing portions 23A1 and 23B1 facing each other. The first electrode film 23A has a first connection portion 23A2 connected to the first facing portion 23A1. The second electrode film 23B has a second connection portion 23B2 connected to the second facing portion 23B1. In this embodiment, the drive electrode pair 23 has a configuration in which the first and second facing portions 23A1 and 23B1 face each other with a predetermined distance G1.

駆動電極対23は、例えば、光伝導層22を形成した後に光伝導層22上にパターニングされた透明導電膜又は金属膜を成膜することで形成することができる。当該成膜手段としては、例えば、種々のリソグラフィーやエッチング技術を用いることができる。   The drive electrode pair 23 can be formed, for example, by forming a photoconductive layer 22 and then forming a patterned transparent conductive film or metal film on the photoconductive layer 22. As the film forming means, for example, various lithography and etching techniques can be used.

光伝導層22は、光伝導層22の上面22Sにおける第1及び第2の電極膜23A及び23B間の領域であり、パルス光P1が照射される被照射領域22Gを有する。発生素子20は、駆動電極対23によって電圧が印加された状態で光伝導層22の被照射領域22Gにパルス光(ポンプ光)P1が照射されると、光伝導層22内に光励起キャリア(すなわち光電流)が生ずる。光伝導層22は、パルス光P1のパルス幅に応じた波長(周波数)の電磁波W1を放出する。   The photoconductive layer 22 is a region between the first and second electrode films 23A and 23B on the upper surface 22S of the photoconductive layer 22, and has an irradiated region 22G to which the pulsed light P1 is irradiated. When the pulsed light (pump light) P1 is irradiated to the irradiated region 22G of the photoconductive layer 22 in a state where a voltage is applied by the drive electrode pair 23, the generating element 20 has photoexcited carriers (ie, Photocurrent) occurs. The photoconductive layer 22 emits an electromagnetic wave W1 having a wavelength (frequency) corresponding to the pulse width of the pulsed light P1.

本実施例においては、光伝導層22の被照射領域22Gには、パルス光P1として、フェムト秒のパルス幅を有するレーザ光が照射される。また、本実施例においては、発生素子20は、光伝導層22によってフェムト秒のパルスレーザを受けて、テラヘルツ波を放出するテラヘルツ波発生素子である。   In the present embodiment, the irradiated region 22G of the photoconductive layer 22 is irradiated with a laser beam having a femtosecond pulse width as the pulsed light P1. In the present embodiment, the generating element 20 is a terahertz wave generating element that receives a femtosecond pulse laser by the photoconductive layer 22 and emits a terahertz wave.

換言すれば、発生素子20は、基板21、基板21上に形成され且つパルス光P1の被照射領域22Gを有する光伝導層22と、光伝導層22上に設けられ且つ被照射領域22G上において互いに離間する一対の駆動電極23とを有する。また、駆動電極対23は、被照射領域22G上において所定距離(第1の距離)G1だけ互いに離間している。また、発生素子20は、パルス光P1の被照射領域22Gへの照射によって電磁波W1を発生させる。   In other words, the generating element 20 is formed on the substrate 21, the substrate 21 and the photoconductive layer 22 having the irradiated region 22G of the pulsed light P1, and the photoconductive layer 22 provided on the irradiated region 22G. And a pair of drive electrodes 23 spaced apart from each other. The drive electrode pairs 23 are separated from each other by a predetermined distance (first distance) G1 on the irradiated region 22G. The generating element 20 generates the electromagnetic wave W1 by irradiating the irradiated region 22G with the pulsed light P1.

次に、検出素子30について説明する。図1に示すように、検出素子30は、基板(第2の基板)31及び基板31上に形成された光伝導材料からなる光伝導層(第2の光伝導層)32を有する。検出素子30の光伝導層32は、光伝導層32の上面32S上にパルス光P2が照射される被照射領域32Gを有する。   Next, the detection element 30 will be described. As shown in FIG. 1, the detection element 30 includes a substrate (second substrate) 31 and a photoconductive layer (second photoconductive layer) 32 made of a photoconductive material formed on the substrate 31. The photoconductive layer 32 of the detection element 30 has an irradiated region 32G to which the pulsed light P2 is irradiated on the upper surface 32S of the photoconductive layer 32.

また、検出素子30は、光伝導層32上に形成され、被照射領域32G上において互いに離間する一対の検出電極(第2の電極対、以下、検出電極対と称する場合がある)33を有する。また、本実施例においては、検出素子30の検出電極対33には、電流計などの計測器MEが接続されている。   The detection element 30 has a pair of detection electrodes (second electrode pair, hereinafter may be referred to as a detection electrode pair) 33 formed on the photoconductive layer 32 and spaced apart from each other on the irradiated region 32G. . In this embodiment, a measuring instrument ME such as an ammeter is connected to the detection electrode pair 33 of the detection element 30.

検出電極対33は、被照射領域32G上において所定距離(第2の距離)G2だけ互いに離間している。本実施例においては、検出電極対33は、所定距離G2をおいて互いに対向する第1及び第2の対向部33A1及び33B1を有する。   The detection electrode pairs 33 are separated from each other by a predetermined distance (second distance) G2 on the irradiated region 32G. In the present embodiment, the detection electrode pair 33 includes first and second facing portions 33A1 and 33B1 facing each other with a predetermined distance G2.

具体的には、検出電極対33は、第1及び第2の電極膜33A及び33Bを有する。また、第1及び第2の電極膜33A及び33Bは、それぞれ、所定距離(第2の距離)G2をおいて互いに対向する第1及び第2の対向部33A1及び33B1を有する。また、第1の電極膜33Aは、第1の対向部33A1に接続された第1の接続部33A2を有する。また、第2の電極膜33Bは、第2の対向部33B1に接続された第2の接続部33B2を有する。   Specifically, the detection electrode pair 33 includes first and second electrode films 33A and 33B. The first and second electrode films 33A and 33B include first and second facing portions 33A1 and 33B1 that face each other with a predetermined distance (second distance) G2. The first electrode film 33A has a first connection portion 33A2 connected to the first facing portion 33A1. The second electrode film 33B includes a second connection portion 33B2 connected to the second facing portion 33B1.

検出素子30における光伝導層32の上面32Sは、発生素子20における光伝導層22の上面22Sよりも小さい。具体的には、本実施例においては、検出素子30の基板31は、発生素子20の基板21と同様の形状を有し、同程度の上面サイズを有する。また、発生素子20の光伝導層22は、基板21上の全体に形成されている。   The upper surface 32S of the photoconductive layer 32 in the detection element 30 is smaller than the upper surface 22S of the photoconductive layer 22 in the generating element 20. Specifically, in this embodiment, the substrate 31 of the detection element 30 has the same shape as the substrate 21 of the generation element 20 and has the same top surface size. Further, the photoconductive layer 22 of the generating element 20 is formed on the entire substrate 21.

一方、図2に示すように、本実施例においては、検出素子30の光伝導層32は、基板31上の一部の領域に形成されている。従って、光伝導層32の上面32Sは、光照射領域32Gを除いてその大部分が検出電極対33(第1及び第2の電極膜33A及び33B)に覆われている。また、検出素子30の基板31は、その上面が部分的に露出している。   On the other hand, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the photoconductive layer 32 of the detection element 30 is formed in a partial region on the substrate 31. Therefore, most of the upper surface 32S of the photoconductive layer 32 is covered with the detection electrode pair 33 (first and second electrode films 33A and 33B) except for the light irradiation region 32G. Further, the upper surface of the substrate 31 of the detection element 30 is partially exposed.

基板31、光伝導層32及び検出電極対33の各々は、発生素子20の基板21、光伝導層22及び駆動電極対23と同様の材料からなる。例えば、基板31は半導体基板からなり、光伝導層32は当該半導体基板上に成長された複数の半導体層からなる。また、検出電極対33は、透明導電膜又は金属膜からなる。   Each of the substrate 31, the photoconductive layer 32, and the detection electrode pair 33 is made of the same material as the substrate 21, the photoconductive layer 22, and the drive electrode pair 23 of the generating element 20. For example, the substrate 31 is made of a semiconductor substrate, and the photoconductive layer 32 is made of a plurality of semiconductor layers grown on the semiconductor substrate. The detection electrode pair 33 is made of a transparent conductive film or a metal film.

検出素子30においては、光伝導層32の被照射領域32Gにパルス光(プローブ光)P2が照射された状態で光伝導層32内に電磁波W2が入射すると、光伝導層32内において光励起キャリア(すなわち光電流)が変動する。この光励起キャリアは、検出電極対33に電流(検出信号)として表れる。すなわち、検出素子30は、パルス光P2の被照射領域32Gへの照射によって電磁波W2を検出する。   In the detection element 30, when the electromagnetic wave W <b> 2 enters the photoconductive layer 32 in a state where the irradiated region 32 </ b> G of the photoconductive layer 32 is irradiated with the pulsed light (probe light) P <b> 2, photoexcited carriers ( That is, the photocurrent fluctuates. This photoexcited carrier appears as a current (detection signal) in the detection electrode pair 33. That is, the detection element 30 detects the electromagnetic wave W2 by irradiating the irradiated region 32G with the pulsed light P2.

本実施例においては、光伝導層32の被照射領域32Gには、パルス光P2として、フェムト秒のパルス幅を有するレーザ光が照射される。また、本実施例においては、検出素子30は、光伝導層32によってフェムト秒のパルスレーザを受けて、テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出素子である。   In this embodiment, the irradiated region 32G of the photoconductive layer 32 is irradiated with laser light having a femtosecond pulse width as the pulsed light P2. In the present embodiment, the detection element 30 is a terahertz wave detection element that receives a femtosecond pulse laser by the photoconductive layer 32 and detects a terahertz wave.

図3は、計測装置10を含むテラヘルツ時間領域分光法を用いた測定システム60の構成を模式的に示す回路図である。図3を参照して、この測定システム60について説明する。以下においては、発生素子20から放出される電磁波W1をテラヘルツ波として説明し、検出素子30に入射される電磁波W2をテラヘルツ波として説明する。   FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing a configuration of a measurement system 60 using the terahertz time domain spectroscopy including the measurement apparatus 10. The measurement system 60 will be described with reference to FIG. Hereinafter, the electromagnetic wave W1 emitted from the generating element 20 will be described as a terahertz wave, and the electromagnetic wave W2 incident on the detection element 30 will be described as a terahertz wave.

測定システム60は、発生素子20によって発生されたテラヘルツ波W1が伝播する経路中に試料(測定対象物)Sを配置し、試料Sを透過した(又は試料Sなどによって反射された)テラヘルツ波W2の時間波形と、試料Sの無い状態でのテラヘルツ波W2の時間波形と、をフーリエ変換して、テラヘルツ波W2の振幅と位相の情報を得るように構成されている。測定システム60によって、例えば、試料Sの複素屈折率や複素誘電率などの詳細な物性を測定することができる。   The measurement system 60 places the sample (measurement object) S in the path through which the terahertz wave W1 generated by the generation element 20 propagates, and transmits the sample S (or reflected by the sample S or the like). And the time waveform of the terahertz wave W2 without the sample S are Fourier transformed to obtain information on the amplitude and phase of the terahertz wave W2. The measurement system 60 can measure detailed physical properties such as the complex refractive index and complex dielectric constant of the sample S, for example.

測定システム60は、パルス光P1及びP2としてフェムト秒のパルスレーザ光を発生するレーザ照射装置61と、レーザ照射装置61からのパルス光P1及びP2を分離するビームスプリッタ62と、発生素子20及び検出素子30と、検出素子30に入射するパルス光P2を遅延させる遅延回路63と、発生素子20に電圧を印加する電源PSと、検出素子30からの検出信号を計測する計測器ME及びこれを含む信号処理回路68と、を備えている。   The measurement system 60 includes a laser irradiation device 61 that generates femtosecond pulsed laser light as the pulsed light P1 and P2, a beam splitter 62 that separates the pulsed light P1 and P2 from the laser irradiation device 61, the generation element 20 and the detection. Including a device 30, a delay circuit 63 that delays the pulsed light P2 incident on the detection device 30, a power source PS that applies a voltage to the generation device 20, a measuring device ME that measures a detection signal from the detection device 30, and the same And a signal processing circuit 68.

また、測定システム60は、時間領域分光法を用いた測定システムとして一般的な構成を有している。例えば、測定システム60は、発生素子20に接合され、テラヘルツ波W1を効率良く取り出す半球レンズ等の第1の光学系64と、検出素子30に接合され、テラヘルツ波W2を効率よく取り込む半球レンズ等の第2の光学系65を含む。   The measurement system 60 has a general configuration as a measurement system using time domain spectroscopy. For example, the measurement system 60 is bonded to the generating element 20 and the first optical system 64 such as a hemispherical lens that efficiently extracts the terahertz wave W1 and the hemispherical lens that is bonded to the detecting element 30 and efficiently captures the terahertz wave W2. The second optical system 65 is included.

まず、レーザ照射装置61から発せられたパルス光P1及びP2を含むレーザ光は、ビームスプリッタ62により、ポンプ光(パルス光P1)とプローブ光(パルス光P2)とに分けられる。   First, laser light including pulsed light P1 and P2 emitted from the laser irradiation device 61 is divided into pump light (pulsed light P1) and probe light (pulsed light P2) by the beam splitter 62.

パルス光P1は、集光レンズCL1により集光され、発生素子20の被照射領域22Gに入射する。発生素子20は、駆動電極対23に電圧を印加しておくことで、テラヘルツ波W1を発生させる。テラヘルツ波W1は、第1の光学系64を通過して第3の光学系66で集光され、試料Sに照射される。試料Sを透過したテラヘルツ波W2は、第4の光学系67で集光され、第2の光学系65を介して検出素子30に入射される。   The pulsed light P1 is condensed by the condensing lens CL1 and enters the irradiated region 22G of the generating element 20. The generating element 20 generates a terahertz wave W <b> 1 by applying a voltage to the drive electrode pair 23. The terahertz wave W <b> 1 passes through the first optical system 64, is collected by the third optical system 66, and is applied to the sample S. The terahertz wave W <b> 2 that has passed through the sample S is collected by the fourth optical system 67 and is incident on the detection element 30 via the second optical system 65.

一方、パルス光P2は、複数の反射鏡Mを有する遅延回路63によって時間遅延を与えられ、集光レンズCL2により集光されて検出素子30の被照射領域32Gに入射する。検出素子30によって検出された信号は、計測器MEによって計測され、信号処理回路68に入力される。   On the other hand, the pulsed light P2 is given a time delay by a delay circuit 63 having a plurality of reflecting mirrors M, is condensed by a condenser lens CL2, and enters the irradiated region 32G of the detection element 30. The signal detected by the detection element 30 is measured by the measuring instrument ME and input to the signal processing circuit 68.

信号処理装置68は、試料Sを透過したテラヘルツ波W2の時間波形及び試料Sが無い状態でのテラヘルツ波W2の時間波形を各々時系列データとして記憶し、これをフーリエ変換処理して周波数空間に変換する。このようにして、測定システム60は、試料Sからのテラヘルツ波W2の強度振幅や位相の分光スペクトルを得る。   The signal processing device 68 stores the time waveform of the terahertz wave W2 that has passed through the sample S and the time waveform of the terahertz wave W2 in the absence of the sample S as time-series data, respectively, and performs Fourier transform processing on this in the frequency space. Convert. In this way, the measurement system 60 obtains a spectrum of intensity amplitude and phase of the terahertz wave W2 from the sample S.

図4は、測定システム60から得られたテラヘルツ波W2のスペクトルのダイナミックレンジを示す図である。なお、図4の結果を得るために、不純物を含むIn53Ga47As及び不純物を含まないIn53Ga47Asからなる2つの光伝導層22をそれぞれ有する発生素子20と、これらの比較例1及び2として光伝導層22を部分的に除去した光伝導層を有する発生素子と、を準備した。また、これらの4つの発生素子に対してそれぞれ一般的な検出素子を用いて測定システムを構成し、テラヘルツ波の測定を行った。そして、図4の左側4つの結果を得た。 FIG. 4 is a diagram showing the dynamic range of the spectrum of the terahertz wave W2 obtained from the measurement system 60. As shown in FIG. In order to obtain the results of Figure 4, the generating element 20 having two photoconductive layer 22 made of an In 53 Ga 47 not containing As and impurity an In 53 Ga 47 As impure each of these Comparative Example 1 And 2, a generator element having a photoconductive layer from which the photoconductive layer 22 was partially removed was prepared. In addition, a measurement system was configured using a general detection element for each of these four generation elements, and terahertz waves were measured. The four results on the left side of FIG. 4 were obtained.

また、図4の結果を得るために、BeがドープされたIn53Ga47Asからなる光伝導層32を有する検出素子30と、比較例3として光伝導層32を基板31の全面に形成した検出素子と、を準備した。また、これら2つの検出素子に対して一般的な発生素子を用いて測定システムを構成し、テラヘルツ波の測定を行った。そして、図4の右側2つの結果を得た。 Further, in order to obtain the result of FIG. 4, the detection element 30 having the photoconductive layer 32 made of In 53 Ga 47 As doped with Be and the photoconductive layer 32 as the comparative example 3 were formed on the entire surface of the substrate 31. A detection element was prepared. In addition, a measurement system was configured using a general generation element for these two detection elements, and terahertz waves were measured. Then, two results on the right side of FIG. 4 were obtained.

図4に示すように、不純物を含むIn53Ga47Asで発生素子20を構成した場合、比較例1の発生素子の場合に対してダイナミックレンジが2.4dB向上した。同様に、不純物を含まないIn53Ga47Asで発生素子20を構成した場合、比較例2の発生素子の場合に対してダイナミックレンジが1.3dB向上した。また、BeがドープされたIn53Ga47Asで検出素子30を構成した場合、比較例3の検出素子の場合に対してダイナミックレンジが2.7dB向上した。 As shown in FIG. 4, when the generating element 20 is made of In 53 Ga 47 As containing impurities, the dynamic range is improved by 2.4 dB compared to the generating element of Comparative Example 1. Similarly, when the generating element 20 is made of In 53 Ga 47 As containing no impurities, the dynamic range is improved by 1.3 dB as compared with the generating element of Comparative Example 2. When the detection element 30 is made of In 53 Ga 47 As doped with Be, the dynamic range is improved by 2.7 dB compared to the detection element of Comparative Example 3.

従って、本実施例に係る発生素子20(すなわち全面に形成された光伝導層22)を用いた場合、大きなダイナミックレンジの検出信号を得ることができていることがわかる。一方、本実施例に係る検出素子30(すなわち部分的に除去された光伝導層32)を用いた場合、大きなダイナミックレンジの検出信号を得ることができていることがわかる。   Therefore, it can be seen that when the generating element 20 according to this example (that is, the photoconductive layer 22 formed on the entire surface) is used, a detection signal having a large dynamic range can be obtained. On the other hand, it can be seen that a detection signal with a large dynamic range can be obtained when the detection element 30 according to the present embodiment (that is, the photoconductive layer 32 partially removed) is used.

このダイナミックレンジの増大は、発生素子20においては、光伝導層22を大きく形成することでパルス光P1によって励起される(発生する)キャリアの量が多くなり、高出力なテラヘルツ波W1が生成されたことに起因すると解される。また、検出素子30においては、光伝導層32におけるテラヘルツ波W2の検出領域であるパルス光P2の被照射領域32Gを残し、他の領域を部分的に除去したことに起因すると解される。   This increase in the dynamic range is because the generation element 20 has a large photoconductive layer 22 to increase the amount of carriers excited (generated) by the pulsed light P1, and a high-power terahertz wave W1 is generated. It is understood that it is caused by this. Further, in the detection element 30, it is understood that the irradiation region 32G of the pulsed light P2 that is the detection region of the terahertz wave W2 in the photoconductive layer 32 is left and the other regions are partially removed.

なお、仮に検出素子30において光伝導層32を広く形成した場合、被照射領域32G以外でもパルス光P2の照射によって励起キャリアが発生する場合がある。この被照射領域32G以外の領域での励起キャリアの発生は、ノイズの発生につながる可能性がある。従って、光伝導層32の面積(体積)を比較的小さくすることで、ノイズの発生が抑制され、検出感度及び検出精度が向上することとなる。   In addition, if the photoconductive layer 32 is widely formed in the detection element 30, excited carriers may be generated by irradiation with the pulsed light P2 other than the irradiated region 32G. Generation of excited carriers in a region other than the irradiated region 32G may lead to noise. Therefore, by making the area (volume) of the photoconductive layer 32 relatively small, generation of noise is suppressed, and detection sensitivity and detection accuracy are improved.

なお、検出素子30における検出電極対33の離間距離G2は、発生素子20における駆動電極対23の離間距離G1よりも小さいことが好ましい。すなわち、駆動電極対23は光伝導層22の被照射領域22Gにおいて距離G1だけ互いに離間し、検出電極対33は光伝導層32の被照射領域32Gにおいて当該距離G1よりも小さな距離G2だけ互いに離間していることが好ましい。   The separation distance G2 of the detection electrode pair 33 in the detection element 30 is preferably smaller than the separation distance G1 of the drive electrode pair 23 in the generation element 20. That is, the drive electrode pair 23 is separated from the irradiated region 22G of the photoconductive layer 22 by a distance G1, and the detection electrode pair 33 is separated from the irradiated region 32G of the photoconductive layer 32 by a distance G2 smaller than the distance G1. It is preferable.

発生素子20においては、駆動電極対23を比較的大きく離間させることでキャリアの発生領域が大きくなり、電磁波W1の出力が向上する。また、検出素子30においては、検出電極対33の離間距離を小さくすることで検出精度を妨げ得る不要なキャリアの発生が抑制される。従って、検出信号内のノイズが抑制される。   In the generation element 20, the carrier generation region is increased by separating the drive electrode pair 23 relatively large, and the output of the electromagnetic wave W1 is improved. Moreover, in the detection element 30, generation | occurrence | production of the unnecessary carrier which can interfere with a detection precision is suppressed by making the separation distance of the detection electrode pair 33 small. Therefore, noise in the detection signal is suppressed.

なお、本実施例においては、発生素子20は基板21の全面に光伝導層22を有し、検出素子30は被照射領域32G以外の検出電極対33から露出した部分が除去された光伝導層32を有する場合について説明した。また、本実施例においては、発生素子20及び検出素子30は、互いに同一サイズ及び同一形状の基板21及び31を有する場合について説明した。   In the present embodiment, the generating element 20 has the photoconductive layer 22 on the entire surface of the substrate 21, and the detecting element 30 is a photoconductive layer from which a portion exposed from the detection electrode pair 33 other than the irradiated region 32G is removed. The case of having 32 has been described. In the present embodiment, the generation element 20 and the detection element 30 have been described as having the substrates 21 and 31 having the same size and the same shape.

しかし、光伝導層22及び32の構成はこれに限定されない。検出素子30の光伝導層32の上面32Sの面積が発生素子20の光伝導層22の上面22Sの面積よりも小さければよい。   However, the configuration of the photoconductive layers 22 and 32 is not limited to this. It is sufficient that the area of the upper surface 32S of the photoconductive layer 32 of the detection element 30 is smaller than the area of the upper surface 22S of the photoconductive layer 22 of the generating element 20.

また、上記した駆動電極対23及び検出電極対33の構成は一例に過ぎない。例えば、本実施例においては、駆動電極対23及び検出電極対33がダイポールアンテナを形成する場合について説明した。しかし、駆動電極対23及び検出電極対33は、例えば、ボウタイ型アンテナ、ストリップライン型アンテナ又はスパイラル型アンテナ等の任意のアンテナを形成するように構成及び配置されていてもよい。   The configuration of the drive electrode pair 23 and the detection electrode pair 33 described above is only an example. For example, in the present embodiment, the case where the drive electrode pair 23 and the detection electrode pair 33 form a dipole antenna has been described. However, the drive electrode pair 23 and the detection electrode pair 33 may be configured and arranged to form an arbitrary antenna such as a bow-tie antenna, a stripline antenna, or a spiral antenna.

上記したように、計測装置10は、光伝導層22及び駆動電極対23を有する発生素子20と、光伝導層32及び検出電極対33を有する検出素子30とを有する。また、検出素子30の光伝導層32は、発生素子20の光伝導層22の上面22Sよりも小さな上面32Sを有する。これによって、高出力な発生素子20及び高感度な検出素子30を有する計測装置10を提供することができる。   As described above, the measurement apparatus 10 includes the generation element 20 having the photoconductive layer 22 and the drive electrode pair 23, and the detection element 30 having the photoconductive layer 32 and the detection electrode pair 33. Also, the photoconductive layer 32 of the detection element 30 has an upper surface 32S that is smaller than the upper surface 22S of the photoconductive layer 22 of the generating element 20. As a result, it is possible to provide the measuring apparatus 10 having the high-output generation element 20 and the high-sensitivity detection element 30.

図5は、実施例1の変形例1に係る計測装置10Aにおける検出素子30Aの斜視図である。図6は、検出素子30Aの断面図であり、図5のV−V線に沿った断面図である。図5及び図6を用いて、計測装置10Aの検出素子30Aについて説明する。検出素子30Aは、光伝導層32Aの構成を除いては、計測装置10の検出素子30と同様の構成を有する。   FIG. 5 is a perspective view of the detection element 30A in the measurement apparatus 10A according to the first modification of the first embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of the detection element 30A, and is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. The detection element 30A of the measurement apparatus 10A will be described with reference to FIGS. The detection element 30A has the same configuration as that of the detection element 30 of the measurement apparatus 10 except for the configuration of the photoconductive layer 32A.

検出素子30Aにおいては、光伝導層32Aが被照射領域32Gおいて上面32Sから突出した突出部32Pを有する。本変形例においては、第1及び第2の電極膜33A及び33Bにおける第1及び第2の対向部33A1及び33B1間の領域(空間)は、光伝導層32Aの突出部32Pによって充填されている。また、本変形例においては、光伝導層32Aは、検出電極対33の上面と光伝導層32Aにおける突出部32Pの上面とが同一平面となるように構成されている。   In the detection element 30A, the photoconductive layer 32A has a protruding portion 32P protruding from the upper surface 32S in the irradiated region 32G. In this modification, the region (space) between the first and second facing portions 33A1 and 33B1 in the first and second electrode films 33A and 33B is filled with the protruding portion 32P of the photoconductive layer 32A. . In the present modification, the photoconductive layer 32A is configured such that the upper surface of the detection electrode pair 33 and the upper surface of the protruding portion 32P in the photoconductive layer 32A are in the same plane.

本変形例においては、突出部32Pの上面は、パルス光P2の被照射領域32Gとして機能する。また、突出部32Pは、第1及び第2の電極膜33A及び33B(第1及び第2の対向部33A1及び33B1)に物理的且つ電気的に接している。従って、パルス光P2が突出部32Pに照射されることで、突出部32P内で励起キャリアが集中的に発生し、この突出部32P内の励起キャリアに対応する電流(検出信号)が検出電極対33に表れる。   In the present modification, the upper surface of the protrusion 32P functions as an irradiation region 32G of the pulsed light P2. The protrusion 32P is in physical and electrical contact with the first and second electrode films 33A and 33B (first and second opposing portions 33A1 and 33B1). Accordingly, when the projecting portion 32P is irradiated with the pulsed light P2, excited carriers are intensively generated in the projecting portion 32P, and a current (detection signal) corresponding to the excited carrier in the projecting portion 32P is detected by the detection electrode pair. It appears in 33.

従って、突出部32P以外の光伝導層32Aの領域での検出動作、すなわちノイズの発生が抑制される。従って、検出素子30Aの検出感度及び検出精度が向上する。   Therefore, the detection operation in the region of the photoconductive layer 32A other than the protrusion 32P, that is, the generation of noise is suppressed. Therefore, the detection sensitivity and detection accuracy of the detection element 30A are improved.

図7は、実施例1の変形例2に係る計測装置10Bにおける発生素子20Aの模式的な上面図である。また、図8は、実施例1の変形例3に係る計測装置10Cにおける発生素子20Bの模式的な上面図である。発生素子20A及び20Bは、それぞれ光伝導層22A及び22Bの構成を除いては、計測装置10の発生素子20と同様の構成を有する。   FIG. 7 is a schematic top view of the generating element 20A in the measurement apparatus 10B according to the second modification of the first embodiment. FIG. 8 is a schematic top view of the generating element 20B in the measuring apparatus 10C according to the third modification of the first embodiment. The generation elements 20A and 20B have the same configuration as that of the generation element 20 of the measurement apparatus 10 except for the configuration of the photoconductive layers 22A and 22B, respectively.

まず、光伝導層22Aにおいては、上面22S1が矩形の形状を有する。また、光伝導層22Bにおいては、上面22S2が円形の形状を有する。光伝導層22A及び22Bは、基板21の全面に光伝導材料を層状に形成した後、その一部を除去することで形成することができる。   First, in the photoconductive layer 22A, the upper surface 22S1 has a rectangular shape. In the photoconductive layer 22B, the upper surface 22S2 has a circular shape. The photoconductive layers 22A and 22B can be formed by forming a photoconductive material in layers on the entire surface of the substrate 21 and then removing a part thereof.

これらの変形例のように、基板21の上面全体に光伝導層が設けられる必要はない。発生素子20A及び20Bは、少なくとも検出素子30の光伝導層32の上面32Sよりも大きな面積を有していればよい。これによって、検出素子30に対して、高出力な電磁波W1を発生させることができる。   It is not necessary to provide a photoconductive layer on the entire top surface of the substrate 21 as in these modifications. The generation elements 20 </ b> A and 20 </ b> B need only have an area larger than at least the upper surface 32 </ b> S of the photoconductive layer 32 of the detection element 30. As a result, a high-power electromagnetic wave W <b> 1 can be generated with respect to the detection element 30.

なお、本実施例においては、発生素子20が電磁波発生用の光伝導素子であり、検出素子30が電磁波検出用の光伝導素子である場合について説明した。しかし、例えば発生する電磁波の波形を優先し、また微弱な電磁波を高感度で検出する場合など、用途によっては、光伝導素子の構成が反対であってもよい。すなわち、大きな光伝導層22の光伝導素子20を検出素子として用い、小さな光伝導層32の光伝導素子30を発生素子として用いてもよい。この場合、光伝導素子30の電極対33には電源PSを接続し、光伝導素子20の電極対23には計測器MEを接続すればよい。   In this embodiment, the case where the generating element 20 is a photoconductive element for generating electromagnetic waves and the detecting element 30 is a photoconductive element for detecting electromagnetic waves has been described. However, the configuration of the photoconductive element may be reversed depending on the application, for example, when giving priority to the waveform of the generated electromagnetic wave and detecting weak electromagnetic waves with high sensitivity. That is, the photoconductive element 20 of the large photoconductive layer 22 may be used as the detection element, and the photoconductive element 30 of the small photoconductive layer 32 may be used as the generating element. In this case, the power source PS may be connected to the electrode pair 33 of the photoconductive element 30, and the measuring instrument ME may be connected to the electrode pair 23 of the photoconductive element 20.

上記したように、本実施例においては、計測装置10は、第1の基板21、当該第1の基板21上に形成され且つパルス光P1の被照射領域22Gを有する第1の光伝導層22及び当該第1の光伝導層22上に形成され且つ被照射領域22G上において互いに離間する第1の電極対23を有する第1の光伝導素子20を有する。   As described above, in this embodiment, the measuring device 10 includes the first photoconductive layer 22 that is formed on the first substrate 21 and the irradiated region 22G of the pulsed light P1 that is formed on the first substrate 21. And a first photoconductive element 20 having a first electrode pair 23 formed on the first photoconductive layer 22 and spaced apart from each other on the irradiated region 22G.

また、計測装置10は、第2の基板31、第2の基板22上に形成され、第1の光伝導層22の上面22Sよりも小さな上面32Sを有し且つパルス光P2の被照射領域32Gを有する第2の光伝導層32及び第2の光伝導層32上に設けられ且つ被照射領域32G上において互いに離間する第2の電極対33を有する第2の光伝導素子30を有する。従って、ダイナミックレンジが大きく且つ高感度で電磁波を検出することが可能な電磁波計測装置10を提供することができる。   The measuring device 10 is formed on the second substrate 31 and the second substrate 22, has an upper surface 32S smaller than the upper surface 22S of the first photoconductive layer 22, and is irradiated with the pulsed light P2 32G. The second photoconductive layer 32 and the second photoconductive element 30 having the second electrode pair 33 provided on the second photoconductive layer 32 and spaced apart from each other on the irradiated region 32G. Therefore, it is possible to provide the electromagnetic wave measuring apparatus 10 having a large dynamic range and capable of detecting electromagnetic waves with high sensitivity.

図9は、実施例2に係る計測装置40の斜視図である。計測装置40は、計測装置10と同様の発生素子(第1の光伝導素子)20と、電磁波W2を検出する電磁波検出素子(第2の光伝導素子、以下、単に検出素子と称する場合がある)50とを有する。図10は、発生素子20及び検出素子50の模式的な上面図である。   FIG. 9 is a perspective view of the measuring apparatus 40 according to the second embodiment. The measuring device 40 may be referred to as a generating element (first photoconductive element) 20 similar to the measuring apparatus 10 and an electromagnetic wave detecting element (second photoconductive element, hereinafter simply referred to as a detecting element) that detects the electromagnetic wave W2. ) 50. FIG. 10 is a schematic top view of the generation element 20 and the detection element 50.

計測装置40は、検出素子50の構成を除いては、計測装置10と同様の構成を有する。検出素子50は、基板(第1の基板)51と、基板51上に形成され且つパルス光P2が照射される光伝導層(第2の光伝導層)52と、基板51上に形成され且つ光伝導層52を挟んで互いに離間する一対の検出電極(第2の電極対、以下、検出電極対と称する場合がある)53とを有する。   The measurement device 40 has the same configuration as the measurement device 10 except for the configuration of the detection element 50. The detection element 50 is formed on the substrate (first substrate) 51, the photoconductive layer (second photoconductive layer) 52 formed on the substrate 51 and irradiated with the pulsed light P2, the substrate 51, and And a pair of detection electrodes (second electrode pair, hereinafter may be referred to as detection electrode pairs) 53 that are spaced apart from each other with the photoconductive layer 52 interposed therebetween.

本実施例においては、基板51の一部の上面領域(部分上面領域)51Gが光伝導層52の形成用領域として機能し、光伝導層52は基板51の部分上面領域51G上に形成されている。また、検出電極対53は、基板51上に形成され、部分上面領域51G上において光伝導層52を挟む。また検出電極対53は、光伝導層52の側面に接している。   In this embodiment, a part of the upper surface region (partial upper surface region) 51G of the substrate 51 functions as a region for forming the photoconductive layer 52, and the photoconductive layer 52 is formed on the partial upper surface region 51G of the substrate 51. Yes. The detection electrode pair 53 is formed on the substrate 51 and sandwiches the photoconductive layer 52 on the partial upper surface region 51G. The detection electrode pair 53 is in contact with the side surface of the photoconductive layer 52.

本実施例においては、検出電極対53は、光伝導層52を介して所定距離G2だけ互いに離間し、その各々の側面が光伝導層52の側面に接する第1及び第2の電極膜53A及び53Bからなる。第1及び第2の電極膜53A及び53Bは、検出素子30の検出電極対33における第1及び第2の電極膜33A及び33Bと同様の材料からなる。   In the present embodiment, the detection electrode pair 53 is separated from each other by a predetermined distance G2 through the photoconductive layer 52, and the first and second electrode films 53A, whose side surfaces are in contact with the side surfaces of the photoconductive layer 52, and 53B. The first and second electrode films 53A and 53B are made of the same material as the first and second electrode films 33A and 33B in the detection electrode pair 33 of the detection element 30.

また、第1及び第2の電極膜53A及び53Bは、光伝導層52を挟んで互いに対向し第1及び第2の対向部53A1及び53B1を有する。本実施例においては、第1及び第2の対向部53A1及び53B1が光伝導層52に接する。また、第1の電極膜53Aは、第1の対向部53A1に接続された第1の接続部53A2を有する。また、第2の電極膜53Bは、第2の対向部53B1に接続された第2の接続部53B2を有する。   The first and second electrode films 53A and 53B are opposed to each other with the photoconductive layer 52 interposed therebetween, and have first and second facing portions 53A1 and 53B1. In the present embodiment, the first and second facing portions 53A1 and 53B1 are in contact with the photoconductive layer 52. The first electrode film 53A includes a first connection portion 53A2 connected to the first facing portion 53A1. Further, the second electrode film 53B has a second connection portion 53B2 connected to the second facing portion 53B1.

本実施例においては、光伝導層52は、基板51上における部分上面領域51G上のみに形成されている。一方、本実施例においては、発生素子20の光伝導層22は、基板21上の全体に形成されている。なお、本実施例においても、検出素子50の光伝導層52は、発生素子20の光伝導層22の上面22Sよりも小さな上面52Sを有する。   In the present embodiment, the photoconductive layer 52 is formed only on the partial upper surface region 51G on the substrate 51. On the other hand, in this embodiment, the photoconductive layer 22 of the generating element 20 is formed on the entire substrate 21. Also in this embodiment, the photoconductive layer 52 of the detection element 50 has an upper surface 52S that is smaller than the upper surface 22S of the photoconductive layer 22 of the generating element 20.

本実施例においては、光伝導層52は、その上面52Sの全体がパルス光P2の被照射領域52Gとして形成されている。また、光伝導層52は、その全体が電磁波W2の検出領域として機能する。このように、例えば、発生素子20によって十分な出力の電磁波W1を発生させることによって、検出電極対53の間のみに光伝導層52を設けることが可能となる。本実施例においては、検出される電磁波W2の信号にノイズが含まれることが大幅に抑制される。従って、検出素子50における電磁波W2の検出感度及び検出精度が大幅に向上する。   In the present embodiment, the entire upper surface 52S of the photoconductive layer 52 is formed as an irradiated region 52G of the pulsed light P2. The entire photoconductive layer 52 functions as a detection region for the electromagnetic wave W2. Thus, for example, by generating the electromagnetic wave W <b> 1 having a sufficient output by the generating element 20, the photoconductive layer 52 can be provided only between the detection electrode pair 53. In the present embodiment, the presence of noise in the signal of the detected electromagnetic wave W2 is greatly suppressed. Therefore, the detection sensitivity and detection accuracy of the electromagnetic wave W2 in the detection element 50 are greatly improved.

なお、本実施例においては、発生素子20が基板21の上面全体に光伝導層22を有する場合について説明した。しかし、本実施例においても、発生素子20の光伝導層22は、検出素子50の光伝導層52よりも大きな上面22Sを有していれば、基板21の上面全体に設けられていなくてもよい。例えば、計測装置40は、発生素子20に代えて、計測装置10Bにおける発生素子20A又は計測装置10Cにおける発生素子20Bを有していてもよい。   In the present embodiment, the case where the generating element 20 has the photoconductive layer 22 on the entire upper surface of the substrate 21 has been described. However, also in this embodiment, the photoconductive layer 22 of the generating element 20 may not be provided on the entire upper surface of the substrate 21 as long as it has a larger upper surface 22S than the photoconductive layer 52 of the detection element 50. Good. For example, the measuring device 40 may include the generating element 20A in the measuring device 10B or the generating element 20B in the measuring device 10C instead of the generating element 20.

また、検出素子50の光伝導層52は、発生素子20の光伝導層22よりも小さい上面52Sを有していれば、部分上面領域51G以外の他の領域上に形成されていてもよい。すなわち、光伝導層52においては、その上面52Sの全体がパルス光P2の被照射領域52Gとして機能する場合に限定されない。光伝導層52は、光伝導層22の上面22Sよりも小さな上面52Sを有し且つパルス光P2の被照射領域52Gを有していればよい。   Further, the photoconductive layer 52 of the detection element 50 may be formed on a region other than the partial upper surface region 51G as long as it has a smaller upper surface 52S than the photoconductive layer 22 of the generating device 20. That is, the photoconductive layer 52 is not limited to the case where the entire upper surface 52S functions as the irradiated region 52G of the pulsed light P2. The photoconductive layer 52 only has to have an upper surface 52S smaller than the upper surface 22S of the photoconductive layer 22 and an irradiated region 52G of the pulsed light P2.

上記したように、本実施例においては、計測装置40は、第1の基板21、第1の基板21上に形成され且つパルス光P1の被照射領域22Gを有する第1の光伝導層22及び第1の光伝導層22上に形成され且つ被照射領域22G上において互いに離間する第1の電極対23を有する第1の光伝導素子20と、第2の基板51、第2の基板51上に形成されて第1の光伝導層22の上面22Sよりも小さな上面52Sを有し且つパルス光P2の被照射領域を有する第2の光伝導層52及び第2の基板51上に形成され且つ被照射領域51Gにおいて第2の光伝導層52を挟む第2の電極対53を有する第2の光伝導素子50と、を有する。従って、ダイナミックレンジが大きく且つ高感度で電磁波を検出することが可能な電磁波計測装置40を提供することができる。   As described above, in this embodiment, the measurement device 40 includes the first photoconductive layer 22 formed on the first substrate 21, the first substrate 21, and the irradiated region 22G of the pulsed light P1. On the first photoconductive element 20 having the first electrode pair 23 formed on the first photoconductive layer 22 and spaced apart from each other on the irradiated region 22G, the second substrate 51, and the second substrate 51 Formed on the second photoconductive layer 52 and the second substrate 51 having an upper surface 52S smaller than the upper surface 22S of the first photoconductive layer 22 and having an irradiated region of the pulsed light P2. A second photoconductive element 50 having a second electrode pair 53 sandwiching the second photoconductive layer 52 in the irradiated region 51G. Therefore, it is possible to provide the electromagnetic wave measuring device 40 that has a large dynamic range and can detect electromagnetic waves with high sensitivity.

10、10A、10B、10C、40 電磁波計測装置
20、20A、20B 電磁波発生素子
22、22A、22B 光伝導層
30、30A、50 電磁波検出素子
32、32A、52 光伝導層
10, 10A, 10B, 10C, 40 Electromagnetic wave measuring device 20, 20A, 20B Electromagnetic wave generating element 22, 22A, 22B Photoconductive layer 30, 30A, 50 Electromagnetic wave detecting element 32, 32A, 52 Photoconductive layer

Claims (6)

第1の基板、前記第1の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第1の光伝導層及び前記第1の光伝導層上に形成され且つ前記被照射領域上において互いに離間する第1の電極対を有する第1の光伝導素子と、
第2の基板、前記第2の基板上に形成されて前記第1の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第2の光伝導層及び前記第2の光伝導層上に形成され且つ前記被照射領域上において互いに離間する第2の電極対を有する第2の光伝導素子と、を有する電磁波計測装置。
A first substrate, a first photoconductive layer formed on the first substrate and having an irradiated region of pulsed light, and formed on the first photoconductive layer and spaced apart from each other on the irradiated region A first photoconductive element having a first electrode pair that
A second substrate, a second photoconductive layer formed on the second substrate and having an upper surface smaller than the upper surface of the first photoconductive layer and having an irradiation region of pulsed light, and the second And a second photoconductive element having a second electrode pair formed on the photoconductive layer and spaced apart from each other on the irradiated region.
前記第1の光伝導層は、前記第1の基板上の全体に形成され、
前記第2の光伝導層は、前記第2の基板上の一部の領域のみに形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁波計測装置。
The first photoconductive layer is formed over the first substrate;
The electromagnetic wave measurement apparatus according to claim 1, wherein the second photoconductive layer is formed only in a partial region on the second substrate.
前記第2の光伝導層は、前記被照射領域上において前記上面から突出し且つ前記第2の電極対の各々に接する突出部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁波計測装置。   3. The electromagnetic wave measurement apparatus according to claim 1, wherein the second photoconductive layer has a protruding portion that protrudes from the upper surface and contacts each of the second electrode pairs on the irradiated region. . 前記第1の電極対は、前記第1の光伝導層の前記被照射領域上において第1の距離だけ互いに離間し、
前記第2の電極対は、前記第2の光伝導層の前記被照射領域上において前記第1の距離よりも小さい第2の距離だけ互いに離間することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の電磁波計測装置。
The first electrode pairs are separated from each other by a first distance on the irradiated region of the first photoconductive layer;
The second electrode pair is separated from each other by a second distance smaller than the first distance on the irradiated region of the second photoconductive layer. Electromagnetic wave measuring apparatus as described in any one.
第1の基板、前記第1の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第1の光伝導層及び前記第1の光伝導層上に形成され且つ前記被照射領域上において互いに離間する第1の電極対を有する第1の光伝導素子と、
第2の基板、前記第2の基板上に形成されて前記第1の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第2の光伝導層及び前記第2の基板上に形成され且つ前記被照射領域において前記第2の光伝導層を挟む第2の電極対を有する第2の光伝導素子と、を有する電磁波計測装置。
A first substrate, a first photoconductive layer formed on the first substrate and having an irradiated region of pulsed light, and formed on the first photoconductive layer and spaced apart from each other on the irradiated region A first photoconductive element having a first electrode pair that
A second substrate, a second photoconductive layer formed on the second substrate and having an upper surface smaller than the upper surface of the first photoconductive layer and having an irradiation region of pulsed light, and the second And a second photoconductive element having a second electrode pair formed on the substrate and sandwiching the second photoconductive layer in the irradiated region.
前記第1の光伝導層は、前記第1の基板上の全体に形成され、
前記第2の光伝導層は、前記上面の全体が前記被照射領域として形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電磁波計測装置。
The first photoconductive layer is formed over the first substrate;
The electromagnetic wave measuring apparatus according to claim 5, wherein the second photoconductive layer has the entire upper surface formed as the irradiated region.
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