JP6595014B2 - 光子を放射し検出するためのデバイスおよびそれを製造する方法 - Google Patents

Description

本開示の例は、光子を放射し検出するための装置およびその装置を提供する方法に関する。特に、それらは、設定可能なアレイの中で提供され得る光子を放射し検出するための装置およびその装置を提供する方法に関する。

背景

光子検出器は広範な用途に使用される。例えば、光子検出器は、吸収測定を行い、あるいは光信号の妨害を検出するために使用され得る。幾つかの例では、光子検出器は、その検出器の他に光子放出器を必要とし得る。そのような例において、これは２つの別々のコンポーネント、光子放射器および光子検出器、を必要とし、これらは別々に実装される。このことは、そのような光子検出器のアレイの分解能に対する制約を生じさせるであろう。

改善された光子検出デバイスを提供することが有益である。

摘要

必ずしも全ての例を挙げているわけではないが、本開示の種々の例によれば、装置が提供され得、その装置は半導電層と導電層との間に位置する活性材料を有し、半導電層および導電層は、第１動作モードにおいては活性材料が光子放射器として機能し、第２動作モードにおいては活性材料が光子検出器として機能するように、構成される。

幾つかの例では、第１動作モードでは半導電層と導電層との間に電場が加えられ得る。

幾つかの例では、第２動作モードにおいて半導電層が電界効果トランジスタ内にチャネルを提供するように半導電層はソース電極およびドレイン電極に接続され得る。

幾つかの例では、半導電層および導電層は、装置が第１時点で第１動作モードに設定され、第２の、異なる時点で第２動作モードに設定され得るように、構成され得る。

幾つかの例では、活性材料は量子ドットを有し得る。

幾つかの例では、半導電層はグラフェンを有し得る。グラフェンは、グラフェン電界効果トランジスタを形成し得る。

幾つかの例では、活性材料と導電層との間に誘電体層が設けられ得る。

幾つかの例では、活性材料と半導電層との間に正孔輸送層が設けられ得る。

幾つかの例では、活性材料と導電層との間に電子輸送層が設けられ得る。

幾つかの例では、装置は、隣接する装置からの照明を妨げるように構成されたバリアを有し得る。

幾つかの例では、装置は、隣接する装置からの照明を妨げるように構成されたマイクロレンズ・アレイまたは光ファイバ・フェースプレートを有し得る。

幾つかの例では、装置は、装置の動作モードを制御するように構成された制御回路を有し得る。

必ずしも全ての例を挙げているわけではないが、本開示の種々の例によれば、複数の上記の様な装置を有するアレイが提供され得る。

幾つかの例では、複数の装置のうちの第１サブセットは第１動作モードに設定され得、複数の装置のうちの第２サブセットは第２動作モードに設定され得る。

幾つかの例では、少なくとも１つの装置は、異なる時点で異なるサブセット内に配置され得る。

必ずしも全ての例を挙げているわけではないが、本開示の種々の例によれば、方法が提供され得、その方法は、半導電層と導電層との間に活性材料を設けることと、第１動作モードにおいては活性材料が光子放射器として機能し第２動作モードにおいては活性材料が光子検出器として機能するように半導電層および導電層を構成することと、を有する。

幾つかの例では、第１動作モードにおいて半導電層と導電層との間に電場が加えられ得る。

幾つかの例では、半導電層は、第２動作モードで半導電層が電界効果トランジスタ内にチャネルを提供するように、ソース電極およびドレイン電極に接続され得る。

幾つかの例では、この方法は、活性材料を第１時点では第１動作モードに設定し第２の、異なる時点では第２動作モードに設定することを有し得る。

幾つかの例では、活性材料は量子ドットを有し得る。

幾つかの例では、半導電層はグラフェンを有し得る。グラフェンはグラフェン電界効果トランジスタを形成し得る。

幾つかの例では、この方法は、活性材料と導電層との間に誘電体層を設けることを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、活性材料と半導電層との間に正孔輸送層を設けることを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、活性材料と導電層との間に電子輸送層を設けることを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、隣接する装置からの照明を妨げるように構成されたバリアを設けることを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、隣接する装置からの照明を妨げるように構成されたマイクロレンズ・アレイまたは光ファイバ・フェースプレートを設けることを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、活性材料の動作モードを制御するように制御回路を構成することを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、複数の上記のような装置を有するアレイを設けることを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、複数の装置のうちの第１サブセットが第１動作モードに設定され複数の装置のうちの第２サブセットが第２動作モードに設定されるように設定することを有し得る。

幾つかの例では、この方法は、少なくとも１つの装置を異なる時点で異なるサブセット内に設定することを有し得る。

必ずしも全ての例を挙げているわけではないが、本開示の種々の例によれば、添付されている請求項に記載された例が提供され得る。

詳細な説明を理解するうえで役に立つ種々の例のより良い理解のために、ここで単なる例として添付図面が参照される。

例示的装置を示す。 例示的装置を示す。 例示的装置を示す。 複数の装置を有する例示的デバイスを示す。 例示的アレイを示す。 例示的アレイを示す。 方法を示す。

詳細説明

図は、半導電層３と導電層７との間に位置する活性材料５を有する装置１を示し、半導電層３と導電層７とは、第１動作モードでは活性材料５は光子放射器として機能し第２動作モードでは活性材料５は光子検出器として機能するように、構成される。

装置１は、統合光子放射器光子兼検出器を提供し得る。装置１は、複数の他の装置を有するアレイ４３を成すように配置され得る。アレイ４３は、改善された画像化を可能にし得る高い分解能を有し得る。アレイ４３は、同様に改善された画像化を可能にし得る光子放射器および光子検出器の設定可能なパターンを有し得る。幾つかの例では、装置１は生物測定パラメータを観察可能とするために使用され得る。

図１は、例示的装置１を概略的に示す。装置１は、半導電層３、活性材料５および導電層７を有する。

活性材料５は、半導電層３と導電層７との間に位置する。活性材料５は、光子放射および光子検出の両方に設定され得る任意の材料を有し得る。装置１は、活性材料５が第１時点では光子を放射し、第２の、異なる時点では光子を検出するように整えられるように、整えられ得る。活性材料５が光子を放射するように設定されるか光子を検出するように設定されるかは、半導電層３および導電層７がどのように活性化されるかにより決定され得る。

幾つかの例では、活性材料５は量子ドットを有し得る。量子ドットは、第１動作モードでは光子発生源として、第２動作モードでは光子検出器として、機能し得る。

本開示の他の例では他の材料が活性材料５として使用され得る。例えば、他の例では、活性材料５は発光ポリマー、Ｊ凝集体染料または他の任意の適切な材料を有し得るであろう。

活性材料５は、半導電層３を覆うように設けられ得る。半導電層３は、任意の導電性材料を有し得る。幾つかの例では、半導電層３は、グラフェン、グラフェンオキシド、カーボンナノチューブのような炭素ベースの材料、または他の任意の適切な材料を有し得る。

半導電層３は、半導電層３と活性材料５との間での電荷移送を可能にするように構成され得る。半導電層３は、活性材料５内で入射光子により生じた電荷が半導電層３に移送されるように構成され得る。これらの電荷は、半導電層３の導電率を変化させ得る。

幾つかの例では、活性材料５は、半導電層３と活性材料５との間に介在する材料が存在しないように、半導電層３を直に覆うように設けられ得る。他の例では、半導電層３と活性材料５との間に１つ以上の層を設けることができる。例えば、或る装置１では、半導電層３と活性材料５との間に正孔注入層を設けることができる。正孔注入層は、半導電層３と活性材料５との間での正電荷の移送を可能にし得る。

導電層７は、活性材料５を覆うように設けられる。導電層７は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ：ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、アルミニウム・ドープ酸化亜鉛（ＡｌＺｎｏ：ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）のような透明な導電性材料を有し得る。他の例では、透明な導電性材料は、ポリ（２、３−ジヒドロチエノ−１、４−ダイオキシン）−ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ：ｐｏｌｙ（２，３−ｄｉｈｙｄｒｏｔｈｉｅｎｏ−１，４−ｄｉｏｘｉｎ）−ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））、ポリピロール（Ｐｐｙ：ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、その複合物を含むグラフェン・ベースの材料、グラフェンまたは他の任意の適切な材料を有し得る。導電層７は、光子が活性材料５によって検出され放射され得るように、透明であり得る。

導電層７は、半導電層３と導電層７との間に電場を与え得るように構成され得る。活性材料５は、その電場の中に位置し得る。

幾つかの例では、活性材料５と導電層７との間に１つ以上の層を設けることができる。例えば、幾つかの装置１において、活性材料５を不動態化するために活性材料５を覆う誘電体材料を設けることができる。幾つかの装置１において、活性材料５と導電層７との間での負電荷の移送を可能にするために電子輸送層を設けることができる。

図２は、例示的装置１をより詳しく示す。例示的装置１は、基板２１、電界効果トランジスタ２３および被覆電極２５を有する。

基板２１は、装置１のコンポーネントを支持する手段を提供し得る。装置１のコンポーネントは、基板２１上に印刷され得る。幾つかの例では、基板２１は可撓性材料を有し得る。

基板２１は、任意の適切な材料から作られ得る。幾つかの例では、基板２１は絶縁性材料を有し得る。例えば、基板２１は、ガラス、シリコン、クオーツ、ポリエチレン２，６−ナフタレート（ＰＥＮ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ２，６−ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリイミド（ＰＩ：ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリカーボネート（ＰＣ：ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリウレタン（ＰＵ：ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリスチレン（ＰＳ：ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、天然ゴム、例えば、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレン、ニトリルブタジエンおよびスチレンブタジエン、飽和エラストマー材料、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、フルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ：ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）熱可塑性エラストマー、例えば、スチレンブロックコポリマー、熱可塑性ポリオレフィン、熱可塑性加硫ゴム、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ：ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）熱可塑性コポリエステル、溶融加工可能なゴムまたは他の任意の適切な材料を有し得る。

他の例では、基板２１は金属箔などの導電性材料を有し得るであろう。その金属箔は、平面化された金属箔を有し得る。電界効果トランジスタ２３は、この金属箔上に作られ得る。

図２の例では装置１は１つだけ示されているが、他の例では複数の装置１を同じ基板２１上に設け得ることが認識されるべきである。

図２の例示的装置１は同様に電界効果トランジスタ２３を有する。電界効果トランジスタ２３は、装置１が光子を検出することを可能にするように構成され得る。電界効果トランジスタは、基板２１上に設けられ得る。電界効果トランジスタ２３は、薄膜トランジスタ、グラフェン電界効果トランジスタまたは他の任意の適切なタイプのトランジスタであり得る。

電界効果トランジスタ２３は、ソース電極１１、ゲート電極１３およびドレイン電極１５を有する。図２の例では、電極１１、１３、１５は平坦化層２７内に設けられる。平坦化層２７は、任意の適切な絶縁材料から作られ得る。電極１１、１３、１５は、任意の適切な導電性材料から作られ得る。

半導電層３は、電界効果トランジスタ２３内にチャネルを与えるためにソース電極１１とドレイン電極１５とを接続する。半導電層３は、装置１が検出動作モードであるときに半導電層３の抵抗率が活性材料５により検出される光子に依存するように、活性材料５に結合される。半導電層３は、グラフェン、グラフェンオキシドまたはカーボンナノチューブなどのカーボンベースの材料の層を有し得る。本開示の他の例では他の材料が使用され得る。

図２の例では、平坦化層２７と半導電層３との間に誘電体層１９が設けられる。誘電体層１９は、ゲート電極１３と半導電層３との間に設けられ得る。誘電体層１９は、ＳｉＯ_２、ＬｉＦ、Ｓｉ_３Ｎ_４、アルミナ、チタニア、酸化ハフニウムなどの絶縁性酸化物材料または他の任意の適切な材料を有し得る。

半導電層３を覆う活性材料５の層が設けられる。活性材料５は、１つの波長範囲内の光子を検出し放射するように調整され得る。例えば、装置１が生物測定パラメータを監視するために使用されている場合、装置１は赤外線周波数範囲内の光子を検出し放射するように調整され得る。

幾つかの例では、活性材料５の層は、量子ドットの層を有し得る。量子ドットは、半導電層３上に堆積され得る。

量子ドットは、入射光子に応答して電荷を生じさせるように構成され得るナノ結晶を有し得る。量子ドットは、量子ドットに移送された電荷または量子ドットに加えられた電場に応答して光子を放射するようにも構成され得る。

量子ドットは、非常に薄い層の中に設けられ得る。幾つかの例では、量子ドット層は、単分子層であり得、従って実際上２次元であり得る。幾つかの例では、量子ドット層の厚さは約２００ｍｍであり得る。薄い層を持てば、量子ドットと半導電層３との間での最適な電荷移送が可能となり得る。

量子ドットは、特定周波数の電磁放射に対して鋭敏であるように構成され得る。幾つかの例では、量子ドットは、赤外線に対して鋭敏であるように構成され得る。そのような例では、量子ドットのために使用される材料は、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣＺＴＳ、Ｃｕ_２Ｓ、Ｂｉ_２Ｓ_３、Ａｇ_２Ｓ、ＨｇＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｇｅ、ＣＩＳ、ＣＩＧＳまたは他の任意の適切な材料を有し得る。

使用される量子ドットのサイズは、使用される材料と、検出されるべき光の波長とにより得る。

幾つかの例では、量子ドット同士を接続するためにリガンドを設けることができる。リガンドは、量子ドットを半導電層３に接続するようにも構成され得る。リガンドは、量子ドットが導電性固体を形成するように量子ドット同士を架橋結合するように構成され得る。リガンドは、エタンジチオール、エチレンジアミン、エタンチオール、プロパンチオール、ベンゼンジチオール、チオグリセロール、ジチオグリセリン、ヒドラジン、蟻酸、蓚酸、酢酸、もしくは、ＳｎＳ_４、ＰｂＢｒ_２、ＰｂＩ_２、ＰｂＣｌ_２などの無機部分または他の適切な材料などの、任意の適切な材料または材料の組み合わせを含み得る。

量子ドットの半導電層３への結合は、量子ドット内に発生したエキシトンが電子−正孔対に分離されることを可能にして、正孔または電子は半導電層３に移送される。

幾つかの例では、量子ドット活性材料５は、付加的な感光性の半導体材料を含み得る。その付加的な感光性半導体材料は、量子ドット活性材料５の光電感度性を高めることができる。付加的な感光性半導体材料は、共役ポリマーもしくは染料または他の任意の適切な材料を有し得る。

量子ドット活性材料５は、非常に高いレベルの量子効率を有し得る。特に赤外線波長における、量子効率量子ドット活性材料５は、低電力入力で大面積にわたって測定を行うことを可能にする。

活性材料５を覆うさらなる誘電体層１７が設けられる。このさらなる誘電体層１７は、活性材料５のためにパッシベーション層を提供するように構成され得る。さらなる誘電体層１７は、任意の適切な材料、例えば、ＳｉＯ_２のような絶縁性酸化物材料、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＬｉＦ、アルミナ、チタニア、酸化ハフニウム、または他の任意の適切な材料を含み得る。

さらなる誘電体層１７を覆う導電層７が設けられる。導電層７は被覆電極２５を提供し得る。被覆電極２５は、透明な導電性材料を含み得る。幾つかの例では、透明な導電性材料は、導電性金属酸化物、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、アルミニウム・ドープ酸化亜鉛（ＡｌＺｎＯ）、を含み得る。他の例において、透明な導電性材料は、ポリ（２、３−ジヒドロチエノ−１、４−ダイオキシン）−ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリピロール（Ｐｐｙ）、銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、その複合物を含むグラフェン・ベースの材料、グラフェンまたは他の任意の適切な材料を含み得る。

半導電層３と導電層７との間に電場を加え得るように、導電層７は電源２９に接続される。これにより、活性材料５に電場を加えることができる。

装置１は、第１動作モードでまたは第２動作モードで操作され得る。装置１は、第１動作モードまたは第２動作モードで動作し得るように制御され得る。装置１は、第１時点では第１動作モードで、第２の異なる時点では第２動作モードで動作し得るように、異なる動作モード間で切り替わるように制御され得る。

第１動作モードでは、半導電層３と導電層７との間に電場が加えられる。加えられる電場は、交番電場であり得る。ソース電極１１とドレイン電極１５とは短絡され得る。幾つかの例では、加えられる電場は、半導電層３と導電層７との間に活性材料５を通して電流を流すことを可能にし得る。加えられる電場は、活性材料５によって光子が放射されることを可能にし得る。

第２動作モードでは、半導電層３が電界効果トランジスタ２３内にチャネルを与えるように、半導電層３はソース電極１１およびドレイン電極１５に接続される。光子が活性材料５に入射すると、活性材料５は光子を吸収して電荷を半導電層３に移送させる。これにより、検出された光子に依存する抵抗を有するチャネルが与えられる。

第２動作モードでは、導電層７によって電場が供給されないように、導電層７は電源２９から切り離され得る。

従って、装置１の中の半導電層３と導電層７との構成に依存して、装置１は光子検出器または光子放射器として使用され得る。

図２の例示的装置に対して改変および変形を成し得ることが認識されるべきである。例えば、幾つかの例示的装置１において、誘電体層１７、１９は正孔注入層および電子輸送層に置き換えられ得る。幾つかの例では、正孔注入層は活性材料５と半導電層３との間に設けられ、電子輸送層は活性材料５と導電層７との間に設けられ得る。正孔注入層および電子輸送層として使用される材料は、量子ドットおよび半導電層３の仕事関数により得る。幾つかの例では、正孔注入層および電子輸送層は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸）（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、ＰＶＫ（ｐｏｌｙ Ｎ−ｖｉｎｙｌ ｃａｒｂａｚｏｌｅ（ポリＮ−ビニルカルバゾール））、ＺｎＯナノ粒子などの材料または他の任意の適切な材料を含み得るであろう。そのような例では、装置１が第１動作モードで半導電層３と導電層７との間に電場が加えられているときには正孔注入層および電子輸送層はデバイスを通して電流を流れさせ得るであろう。

幾つかの例では、装置１内にバイアスを生じさせるために装置１内に正孔注入層および／または電子輸送層を設けることができる。例えば、幾つかの装置１において、活性材料５は、検出された光子に応答して正孔を半導電層３に移送することができる。そのような装置１は、ＰｂＳ量子ドットを含む活性材料５と、グラフェン含む半導電層３とを有し得る。そのような装置１では、活性材料５を覆うパッシベーション層として電子輸送層を設けることができる。この電子輸送層は、装置１が光子を検出しているとき活性材料５から負電荷を除去するのに役立ち得る。

上記の例示的装置１では、活性材料は量子ドットを含む。他の例では他の材料が使用され得ることが認識されるべきである。例えば、幾つかの例では、活性材料５はポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、有機遷移金属錯体または他の任意の適切な材料などの材料を含み得る。幾つかの例では、活性材料５は有機光起電力層を含み得る。有機光起電力層は、ｎ型材料、またはｐ型材料、またはｎ型およびｐ型材料の両方の混合物を含み得る。使用され得るｐ型材料の例は、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンを含む。使用され得るｎ型材料の例は、フラーレン、ジチエノ［３，２−ｂ：２'，３'−ｄ］ピロール（ＤＴＰ）（ｄｉｔｈｉｅｎｏ［３，２−ｂ：２'，３'−ｄ］ｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリ（^１置換ジチエノ［３，２−ｂ：２'，３'−ｄ］ピロール（ＰＤＴＰ：ｐｏｌｙ（^１ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｄｉｔｈｉｅｎｏ［３，２−ｂ：２'，３'−ｄ］ｐｙｒｒｏｌｅ））を含む。

幾つかの例では、装置１を覆うマイクロレンズが設けられ得るであろう。それらのマイクロレンズは、装置１が放射動作モードであるときに光を装置１の表面にほぼ垂直に向けるように構成され得る。それらのマイクロレンズは、装置が検出動作モードであるときに光を装置１の中心の方へ向けるようにも構成され得る。

複数の装置１が設けられる例では、複数の装置１を覆う光ファイバ・フェースプレートを設けることができる。光ファイバ・フェースプレートは、マイクロレンズと同じまたは類似の仕方で光を向けるであろう。光ファイバ・フェースプレートは、さらに、隣接するピクセルへの光の横方向の広がりを妨げ、従って、隣接する放射ピクセルと検出ピクセルとの間のクロストークを減らすことができる。

装置１は小型であり得る。幾つかの例では、装置１は１０〜１００μｍ程度の横寸法を持ち得る。複数のそのような装置１同士を結合させて、以下に記載されるようにアレイ４３を形成することができる。アレイ４３は、非常に高い空間分解能を与えるように構成され得る。

図３は、互いに隣接して位置する２つの例示的装置１を示す。例示的装置１は、各々、上記のようであり得る半導電層３と活性材料５と導電層７とを有する。装置１は基板２１上に取り付けられている。装置１は、複数の同一のおよび／または類似の装置１を有するアレイ４３の一部を形成し得る。

図３の例では、隣接する装置１同士の間にバリア３１が設けられる。図３の例では、バリア３１は導電層７の高さより上へ伸びる。バリア３１は、第１装置１から放射された光が第２装置１に干渉を引き起こすのを防止するように構成され得る。

図３の例では、バリア３１は、ソース電極１１およびドレイン電極１５から形成され得る。このような例では各装置１は、装置１の両側にバリア３１を有し得る。このことにより、各々の隣接する装置１の対の間に２つのバリア３１が与えられ得る。幾つかの例では、１つの電極１１、１５が隣接する装置１の間で共有され得る。

図３の例示的装置では、光子の検出を可能にするとともに装置１同士の干渉を防止するためにも電極１１、１５を使用し得る。複数の機能を実行するために同じコンポーネントを使用することにより、装置１のサイズを小さくし得る。このことにより、さらに、隣接する装置１間の間隔を小さくすることも可能になるであろう。このことは、高空間分解能イメージングを提供するように装置１のアレイ４３を構成することを可能にし得る。このことは、さらに、アレイ４３内の隣接する装置１同士のクロストークを低減し得る。

図４は、複数の装置１を有する例示的デバイス４１を示す。例示的デバイス４１は、複数の装置１を有するアレイ４３と制御回路４５とを有する。

アレイ４３は、複数の装置１を有する。アレイ４３内の複数の装置１は、上記のようであり得る。アレイ４３内の装置１の動作モードは、制御回路４５により制御され得る。

複数の装置１は、様々なサブセットに配置され得る。複数の装置１の第１サブセットは、第１サブセットが光子放射器として機能するように第１動作モードに設定され得る。これにより、アレイ４３の第１部分は放射器として機能し得る。複数の装置１の第２サブセットは、装置１の第２サブセットが光子検出器として機能するように第２動作モードに設定され得る。これにより、アレイ４３の第２部分は検出器として機能し得るであろう。制御回路４５は、装置１が異なる時点で異なるサブセット内に配置され得るように、アレイ４３を制御し得る。第１時点で装置１は光子放射器として機能し得て、第２時点で装置１は光子検出器として機能し得る。これにより、アレイ４３の異なる部分が異なる時点で検出器および放射器として機能することを可能にし得る。

図５Ａ〜６Ｂは、例示的アレイ４３と、これらのアレイのためのいろいろな構成を示す。

図４の例示的デバイス４１では、制御回路４５は、アレイ４３内の任意の装置１をアドレス指定してどの装置１が第１動作モードに設定されどの装置１が第２動作モードに設定されるかを制御するように構成され得る。

制御回路４５は、処理回路４７およびメモリ回路４９を有し得る。処理回路４７は、メモリ回路４９から読み出し、メモリ回路４９に書き込むように構成され得る。処理回路４７は１つ以上のプロセッサを有し得る。処理回路４７は、データおよび／またはコマンドが処理回路４７により出力される出力インターフェースと、データおよび／またはコマンドが処理回路４７に入力される入力インターフェースも有し得る。

メモリ回路４９は、処理回路４７にロードされたときアレイ４３内の装置１の動作を制御するコンピュータ・プログラム命令（コンピュータ・プログラム・コード５３）を含むコンピュータ・プログラム５１をストアするように構成され得る。処理回路４７は、メモリ回路４９を読むことにより、コンピュータ・プログラム５１をロードし実行することができる。

コンピュータ・プログラム５１は、任意の適切なデリバリ・メカニズムを介してデバイス４１に到達し得る。デリバリ・メカニズムは、例えば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータ・プログラム製品、メモリ・デバイス、記録媒体、例えばコンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ：ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ：ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）、または、コンピュータ・プログラムを具体的に表現する製造物品であり得る。デリバリ・メカニズムは、コンピュータ・プログラム５１を確実に転送するように構成された信号であり得る。装置は、コンピュータ・プログラム５１をコンピュータ・データ信号として伝播させまたは送信することができる。幾つかの例では、コンピュータ・プログラム・コード５３は、無線プロトコル、例えばブルートゥース（登録商標）、ブルートゥース・ロー・エナジー（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）、ブルートゥース・スマート（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔ）、６ＬｏＷＰａｎ（低消費電力パーソナル・エリア・ネットワークでのＩＰｖ６）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＡＮＴ＋、ニアー・フィールド・コミュニケーション（ＮＦＣ：ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、無線周波数アイデンティフィケーション（Ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ）または他の任意の適切なプロトコル、を用いてデバイス６１に送信され得る。

メモリ回路４９は図において単一のコンポーネントとして示されているが、メモリ回路４９は、その一部または全部が、統合型／リムーバルであり得および／または永久／半永久／ダイナミック／キャッシュ記憶を提供し得る１つ以上の別々のコンポーネントとして実装され得ることが認識されるべきである。

処理回路４７は図において単一のコンポーネントとして示されているが、処理回路４７は、その一部または全部が統合型／リムーバルであり得る１つ以上の別々のコンポーネントとして実装され得ることが認識されるべきである。

"コンピュータ可読記憶媒体"、"コンピュータ・プログラム製品"、"具体的に表現されたコンピュータ・プログラム"など、または"コントローラ"、"コンピュータ"、"プロセッサ"などへの言及は、様々なアーキテクチャ、例えばシングル／マルチ・プロセッサ・アーキテクチャ、縮小命令セット・コンピューティング（ＲＩＳＣ：Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）およびシーケンシャル（フォン・ノイマン）／パラレル・アーキテクチャ、を有するコンピュータだけではなくて、専用回路、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、信号処理デバイスおよび他の処理回路、をも包含すると理解されるべきである。コンピュータ・プログラム、命令、コードなどへの言及は、プログラマブルなプロセッサのためのソフトウェアまたはファームウェア、例えば、プロセッサのための命令であれ、固定機能デバイス、ゲート・アレイもしくはプログラマブルな論理デバイス等のための設定値であれ、ハードウェア・デバイスのプログラマブルなコンテンツ、を含むと理解されるべきである。

本出願で用いられるとき、"回路"という用語は下記の全てを指す：
（ａ）ハードウェアのみの回路実装（例えば、アナログおよび／またはデジタル回路だけでの実装）および
（ｂ）回路およびソフトウェア（および／またはファームウェア）の組み合わせ、例えば（該当するとき）：（ｉ）１つまたは複数のプロセッサの組み合わせ、または（ｉｉ）１つまたは複数のプロセッサ／ソフトウェアの部分（協同して携帯電話もしくはサーバ等の装置に種々の機能を実行させる１つもしくは複数のデジタル信号処理装置、ソフトウェア、または１つもしくは複数のメモリを含む）および
（ｃ）たとえそのソフトウェアまたはファームウェアが物理的に存在しなくても、動作するためにソフトウェアまたはファームウェアを必要とする回路、例えば１つもしくは複数のマイクロプロセッサまたは１つもしくは複数のマイクロプロセッサの部分。
"回路"のこの定義は、どの請求項における使用をも含めて本出願においてはこの用語のあらゆる使用に当てはまる。さらなる例として、本出願で使用されるとき、"回路"という用語は、単なる１つのプロセッサ（または複数のプロセッサ）もしくは１つのプロセッサの部分ならびにそれに（もしくは、それらに）付随するソフトウェアおよび／またはファームウェアの実装をも含むであろう。"回路"という用語は、例えば、特定の請求項要素に当てはまるならば、携帯電話用のベースバンド集積回路もしくはアプリケーション・プロセッサ集積回路、または、サーバ、セルラ・ネットワーク・デバイス、もしくは他のネットワーク・デバイス内の類似する集積回路をも含むであろう。

例示的デバイス４１は図４に示されていない他の特徴を有し得、例えば、幾つかの例では、デバイス４１はユーザに着用されるように構成され得るウェアラブル・デバイスであり得る。そのような例では、デバイス４１はユーザの生物測定パラメータを監視するように構成され得る。そのような例では、デバイス４１は、デバイス４１をユーザの身体に確保することを可能にし得る取り付け手段をも有し得る。そのような例では、デバイス４１は、デバイス４１がユーザの身体に取り付けられるとアレイ４３がユーザの肌に隣接するように、構成され得る。このことは、ユーザの身体の一部分を照明し、その部分により吸収される光を測定するためにアレイ内の装置１を使用することを可能にし得る。

図５Ａおよび５Ｂは、幾つかの例示的デバイス４１において使用され得る例示的アレイ４３を示す。図５Ａおよび５Ｂの例では、放射動作モードに設定されている装置１は暗めに網掛けされており、検出モードに設定されている装置１は明るめに網掛けされている。

図５Ａおよび５Ｂの例示的アレイ４３は、矩形アレイ４３に配置された複数の装置１を有する。アレイ４３は、複数の行と、これらの行に対して垂直な複数の列とを有する。

図５Ａおよび５Ｂは、２つの異なる時点での同じ例示的アレイ４３を示す。図５Ａの例では、全ての装置１が検出器として設定される。制御回路５は、全ての装置１を検出動作モードに設定する制御信号を提供することができる。

異なる時点で、全ての装置１は、図５Ｂに示されているように、放射器として設定される。制御回路５は、全ての装置を放射動作モードに設定する制御信号を提供することができる。

図５Ａおよび５Ｂの例示的配置は、非常に高い分解能を持つアレイ４３を提供することができる。全ての装置１が検出器として設定され得るので。検出する装置１の間に放射する装置１を設ける必要はない。このことは、検出する装置１同士の間に小さくされた離隔距離を与えることができて、アレイ４３の分解能を高めることができる。さらに、全ての装置１が放射器として使用され得るので、このことは、増やされた量の光を提供することができる。このことは、アレイ４３の効率および精度を改善することができる。

図６Ａおよび６Ｂは、異なる設定の類似アレイ４３を示す。図６Ａおよび６Ｂの例では、アレイ４３は光子放射器および光子検出器の両方を同時に提供するように設定される。制御回路４５は、どの装置１が放射モードに設定されどの装置１が検出モードに設定されるかを制御する制御信号をアレイ４３に提供するように構成される。

図６Ａの例では、アレイ４３は、第１行が検出する装置１のみを有するように設定される。第１行に隣接する第２行は、交互の放射する装置１および検出する装置１を有する。このパターンはアレイ４３全体にわたって繰り返される。これは、アレイ４３の全体にわたって放射器および検出器の規則的パターンを提供する。これは、アレイ４３の全体にわたって一様な照明および検出を提供することができる。

図６Ｂは、異なる設定のアレイ４３を示す。アレイ４３は、異なる時点での図６Ａの同じアレイであり得る。図６Ｂの例では、装置１は、光子の放射を特定の位置に集中させるように配置される。

図６Ｂにおいて、アレイ４３は第１放射部分６１を有する。第１放射部分６１は、装置群を有し、指定された領域が照明されることを可能にし得る。アレイ４３は、第２放射部分６３も有する。第２放射部分６３は、照明されるべき特徴に対応するように形成され得る。その特徴は、静脈や動脈などの、ユーザの生物測定特徴を含み得る。

異なる特徴を監視しまたは照明するために同じアレイ４３が使用され得るように、放射部分６１、６３の形状および配置は異なる時点で変化し得る。

図５Ａ〜６Ｂの例では、アレイ４３は線形である。他の例では非線形アレイ４３を使用し得ることが認識されるべきである。そのような例では、装置１は、螺旋形、同心円、曲線形配置または他の任意の適切な配置など、非線形配置に配置され得る。幾つかの例では、装置１の形状は、覆われる領域を最大化するように配置され得る。例えば、図５Ａ〜６Ｂの線形アレイでは装置１は矩形である。非線形配置では、装置１は円形、三角形、６角形、菱形、矩形または他の任意の形状であり得る。幾つかの例では、アレイ４３内の全ての装置１が同じ波長の光子を放射しおよび／または検出するように構成され得る。他の例では、異なる装置１が異なる波長の光子を放射しおよび／または検出するように構成され得る。

図７は、方法を示す。この方法は、上記の装置１およびデバイス４１を用いて実行され得る。この方法は、ブロック７１で、半導電層３と導電層７との間に活性材料５を設けることを含む。この方法は、ブロック７３で、第１動作モードにおいては活性材料５が光子放射器として機能し第２動作モードにおいては活性材料５が光子検出器として機能するように、半導電層３と導電層７とを構成することも含む。

本開示の例は、光子放射器および光子検出器の両方として設定され得る装置１を提供する。装置１は、異なる時点で検出器または放射器として動作するように設定され得る。このことは、装置１が必要に応じて異なる動作モード間で切り替えられることを可能にし得る。このことは、放射器および検出器の任意の適切な配置に設定され得る装置１のアレイを提供し得る。

幾つかの例では、アレイ４３は、ユーザの生物測定特徴を監視しおよび／または特定することを可能にするように設定され得る。例えば、アレイ４３は、心拍数、心拍数変動度、血液酸素化レベル、血圧または人の組織の他の散在光学特性を測定するために使用され得るであろう。アレイ４３内の装置１は放射器または光子検出器として容易に再設定され得るので、このことにより、アレイをユーザの生物測定特徴に関連するように設定することを可能にし得る。幾つかの例では、生物測定特徴は、ユーザの生物測定パラメータを監視することを可能にし得る。幾つかの例では、生物測定特徴は、血管、静脈、動脈もしくは毛細血管、または健全な組織もしくはメラノーマもしくは創傷のような傷ついた組織の特定の領域を含み得る。

幾つかの例では、デバイス４１は、第１間隔を置いた第１照明点の系列と、この系列に続く、第２間隔を置いた第２照明点の系列とを提供するように設定され得る。このような構成は、ユーザの脈拍における時間遅れを測定するために使用され得るであろう。そのような測定を用いてユーザの血圧を計算し得るであろう。

幾つかの例では、光線療法または他の、ユーザに対する療法を提供するためにデバイス４１を使用し得るであろう。アレイ４３は設定可能であって高い分解能も持ち得るので、このことは、ユーザの処置を必要とする領域、例えば創傷または病変、の方へ光線療法を向けることを可能にし得る。

例示的装置１およびデバイス４１は上記以外の用途に使用され得ることが認識されるべきである。特に、装置１は、生物測定パラメータの測定または監視以外の用途に使用され得るであろう。

この文書において"有する、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）"という用語は排他的ではなくて包括的意味で使用される。すなわち、Ｙを有するもしくは含むＸへの全ての言及は、Ｘが唯一のＹを有し得るもしくは含み得ることまたは２つ以上のＹを有し得るもしくは含み得るということを意味する。排他的意味で"有する、含む"を使用することを意図している場合には、そのことは、"唯一の・・・を有するもしくは含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｏｎｌｙ ｏｎｅ・・・）"ことに言及することにより、または"成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）"を用いることによって、文脈において明らかにされるであろう。

この詳細な説明において、種々の例が言及されている。１つの例と関連する特徴または機能についての説明は、それらの特徴または機能がその例に存在することを意味する。本文における"例（ｅｘａｍｐｌｅ）"もしくは"例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）"もしくは"し得る（ｍａｙ）"という用語の使用は、明示的に述べられていてもいなくても、そのような特徴または機能が、例として記載されていてもいなくても、少なくとも記載された例に存在すること、ならびに、そのような特徴または機能が、必ずしもそうとは限らないが、他の例のうちの幾つかもしくは全てに存在し得ることを意味する。従って、"例"、"例えば"または"し得る"は、複数の例の集合のうちの１つの特定の実例を指す。その実例の属性は、その実例のみの属性、または、その集合の属性、もしくはその集合の、全ての実例ではなくて一部の実例を含む部分集合の属性であり得る。従って、１つの例に関連して記載されているが他の１つの例に関連しては記載されていない特徴は、可能な場合、その他の１つの例で使用され得るけれども必ずしもその他の１つの例で使用されなくてもよいということが暗に開示されている。

本発明の実施態様が前の段落で種々の例に関して記載されているけれども、請求項に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、与えられた例に対する改変を成し得ることが認識されるべきである。

前の説明に記載されている特徴は、明示的に記載された組み合わせ以外の組み合わせで使用され得る。

或る特徴に関して機能が記載されているけれども、それらの機能は、記載されているか否かに関わらず、他の特徴によっても実行可能であり得る。

或る実施態様に関して特徴が記載されているけれども、それらの特徴は、記載されているか否かに関わらず、他の実施態様にも存在し得る。

本明細書において本発明の特に重要であると思われる特徴に注意を引き寄せるべく努力しているが、出願人は、上で言及されおよび／または図に示されている特許性のある特徴または特徴の組み合わせに関して、それらが特別に強調されているか否かに関わらず、保護を要求していることが理解されるべきである。

Claims (12)

1. 半導電層と導電層との間に位置する材料を有する装置であって、
   前記半導電層はグラフェンを有し、前記グラフェンはグラフェン電界効果トランジスタを形成し、
   前記半導電層および前記導電層は、第１動作モードにおいては前記材料が光子放射器として機能するように、前記半導電層と前記導電層との間に電場が加えられ、第２動作モードにおいては前記材料が光子検出器として機能するように、前記導電層によって電場が供給されず、前記半導電層が電界効果トランジスタ内にチャネルを提供するように前記半導電層はソース電極およびドレイン電極に接続されるように構成される、
   装置。
2. 前記半導電層および前記導電層は、前記装置が第１時点で前記第１動作モードに設定され、第２の、異なる時点で前記第２動作モードに設定され得るように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記材料は量子ドットを有する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記材料と前記導電層との間に誘電体層が設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記材料と前記半導電層との間に正孔輸送層が設けられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記材料と前記導電層との間に電子輸送層が設けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の装置であって、該装置から放射される光が横方向へ伝搬することを妨げるように構成されたバリア、マイクロレンズ・アレイまたは光ファイバ・フェースプレートのうちの少なくとも１つを有する、装置。
8. 前記装置の動作モードを制御するように構成された制御回路を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 複数の装置を有するアレイであって、前記複数の装置のうちの少なくとも１つは、それぞれ、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置を有する、アレイ。
10. 前記複数の装置のうちの１つ以上の装置の第１サブセットは前記第１動作モードに設定され、前記複数の装置のうちの１つ以上の装置の第２サブセットは前記第２動作モードに設定される、請求項９に記載のアレイ。
11. 少なくとも１つの装置が、異なる時点で異なるサブセット内に配置され得る、請求項９または１０に記載のアレイ。
12. 半導電層と導電層との間に材料を設けることと、
    第１動作モードにおいては前記材料が光子放射器として機能するように、前記半導電層と前記導電層との間に電場が加えられ、第２動作モードにおいては前記材料が光子検出器として機能するように、前記導電層によって電場が供給されず、前記半導電層が電界効果トランジスタ内にチャネルを提供するように前記半導電層はソース電極およびドレイン電極に接続されるように、前記半導電層および前記導電層を構成することと、
    を有する方法であって、前記半導電層はグラフェンを有し、前記グラフェンはグラフェン電界効果トランジスタを形成する、方法。
    

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