新しいプラズモニックメタル

Jun 22, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14029 (2023) この記事を引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

色の検出は、生物学的応用と工業的応用の両方において最も注目されているものの 1 つです。 特に、光波特性の決定はフォトニクス技術において極めて重要です。 色彩感覚の特徴の一つとして、その波長や色を知る必要があります。 この研究では、効率的な方法で RGB 色を個別に検出するために使用できる構造を提案します。 提案された検出器は、必要な波長 (赤、緑、青) を感知するプラズモニック フィルターと、受信した光子を電流に変換する PN ダイオードで構成されます。 入力強度 1 mW × cm−2 では、青、緑、赤の電流密度はそれぞれ 27、35、48 μA × cm−2 です。 0.1μA×cm−2の電流密度を得るのに必要な強度は、青、緑、赤のスペクトルでそれぞれ3.94、2.98、2.25μW×cm−2であることが示されている。 PIN ダイオードなどの高精度の光検出器構造を使用すると、最小検出レベルを下げることができることに注意してください。 所望の波長に合わせた簡単な調整と、異なる入力強度に対する線形動作が、設計された構造の特徴です。 この検出器は CMOS テクノロジーと互換性があり、電荷結合素子、ディスプレイ、カメラなどのさまざまなアプリケーションで簡単に利用できます。

フォトニック技術の出現以来、効率的な検出器の設計は研究者にとって大きな関心を集めてきました。 光検出器は、入射光の強度が電流に変換されるデバイスです。 一般に、この変換は入射光の波長に敏感です。 赤外線 (IR) および可視光検出器 (VLD) は、医療および軍事画像処理、光通信、最新のカメラなどのフォトニックベースの問題に無数の用途があります1、2、3、4、5、6、7、8。 400 ～ 700 nm の電磁スペクトルは可視光と呼ばれ、VLD を通して検出する必要があります。 赤、緑、青 (RGB) の色を個別かつ効率的に検出することは、VLD の基本的な義務です。 言い換えれば、これらの検出器ではカラー フィルタリングを実行する必要があります。

色検出は、CMOS ベースのもの 9、10、11 や多色ホログラム 12 などの画像検出デバイスの基本機能です。 顔料および染料に基づくカラーフィルターは、伝統的に有機発光デバイス (OLED) および液晶ディスプレイ (LCD) で使用されてきました 13、14。 有機材料は化学的安定性が低いため、これらのフィルターの信頼性は十分ではありません11。 さらに、有機フィルタ材は統合プロセスと互換性がありません11。 メタマテリアル、ナノワイヤ導波路、量子ドット、およびプラズモニクスの利用は、カラー フィルターの設計に代わる手段です 15、16、17、18。 プラズモニック現象では、表面プラズモン共鳴（SPR）と呼ばれる金属と絶縁体の界面での表面共鳴を利用して、所望の波長をトラップし、フィルターとして機能する多層構造を設計できます19、20、21。 プラズモニック構造のシンプルな実装により、研究者は導波路、光センシング、吸収体、フィルターなどの幅広い用途でプラズモニクスを使用できるようになります22、23、24、25。 フィルタリングの観点から、プラズモニック構造は絶縁体層の厚さによって簡単に調整でき、共振周波数を変更し、その後フィルタリングされたスペクトルを変更できます26、27、28。

プラズモニック フィルターは、主に静的フィルターと動的フィルターの 2 つのタイプに分類できます29。 静的な場合とは対照的に、動的な場合は、入射光の偏光 30、31、デバイスに加えられる熱、または機械的ストレス 32、33、34 に応じて異なる特性を示します。 格子、周期的、サブ波長、およびハイブリッド化されたナノホール 35、36、37、およびナノディスク アレイ 17、37 は、静的フィルターに導入されたいくつかの例です。 プラズモニック フィルターの耐久性と分解能は、非プラズモニック フィルターよりも優れています。 このため、カラーフィルターの設計にプラズモニックベースの構造を使用しました29、38、39、40。