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ライス大、オンチップ色検出にCMOS適合アルミを使用

August, 27, 2014, Houston--ライス大ナノフォトニクス研究所(LANP)の研究チームは、人の目と同じ方法で赤、緑、青の光に直接反応するCMOS適合、性体模倣の色検出器を作製した。
この新しいデバイスはアルミのグレーティング(回折格子)を使用しており、シリコンマイクロチップ業界の中核技術CMOSでシリコンフォトディテクタ(PD)に追加できる。
従来のPDは光を電気信号に変換するが、元来色感度はない。色画像を捉えるにはPDメーカーは、色成分を分離するカラーフィルタを追加する必要がある。このカラーフィルタリングは通常、オフチップの誘電体膜を用いている。カラーフィルタは、太陽光で劣化し、またイメージングセンサとの調整も難しい。
カラーPDは、海軍研究局が600万ドルの資金を提供する研究計画の成果である。目的は、メタマテリアルを使って頭足類の皮膚を真似ることだった。
タコやイカなどの頭足類は擬装に精通しているが、色覚異常でもある。海洋生物学者、ロジャー・ハンロン氏(Roger Hanlon)を含む研究チームは、頭足類は皮膚を通じて直接色を検出するのではないかと見ている。
そのような仮定に基づいて論文筆頭著者のLANP院生ボブ・ジェン氏(Bob Zheng)は、色のついた光を検出するフォトニックシステムの設計を開始した。
ジェン氏のカラーPDはバンドエンジニアリングとプラズモングレーティングの組合せを使用している。グレーティングは、縞が並んだ櫛のようなアルミ構造。CMOSプロセスで一般に利用される電子ビーム蒸着を使い、薄いアルミ層を、極薄酸化膜でコーティングしたシリコンPDに蒸着した。
色の選択は、プラズモニックグレーティングとPDの表面の干渉を利用して行う。酸化膜の厚さとスリット(縞)の幅と間隔を慎重に調整することによって、Zhengは異なる色を選択的にシリコンPDに向かわせたり、それを自由空間に反射して戻すことができるようになった。
金属ナノ構造は表面プラズモンを利用する。特定の波長の光がプラズモンを励起することができる。
(詳細は、 www.rice.edu)