(57)【要約】  本発明は、基板層（１５）と界面層（５０）とを含む感光性画素構造体（１０）であって、前記界面層（５０）が、前記基板層（１５）の前側表面の少なくとも一部に設けられており、前記界面層（５０）が、第１の材料層（５１）を少なくとも一部含み、前記界面層（５０）が、前記第１の材料層（５１）を被覆する第２の材料層（５２）を少なくとも一部含み、前記第１の材料層（５１）が少なくとも一部、前記第２の材料層（５２）と前記基板（１５）との間に挟まれている。本発明は、更に、そのような画素構造体を含むアレイ及びインプラント、並びに画素構造体を提供する方法に関し、更に、前記第２の材料層の厚みが、２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲、好ましくは３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲、最も好ましくは３２０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲である。【選択図】図４
2018534089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板層（１５）と界面層（５０）とを含む感光性画素構造体（１０）であって、前記界面層（５０）が、前記基板層（１５）の前側表面の少なくとも一部に設けられており、前記界面層（５０）が、第１の材料層（５１）を少なくとも一部含み、前記界面層（５０）が、前記第１の材料層（５１）を被覆する第２の材料層（５２）を少なくとも一部含み、前記第１の材料層（５１）が少なくとも一部、前記第２の材料層（５２）と前記基板（１５）との間に挟まれており、更に、前記第２の材料層（５２）の厚みが、２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲、好ましくは３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲、最も好ましくは３２０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲であることを特徴とする感光性画素構造体（１０）。
【請求項２】
前記第１の材料層（５１）が、酸化物層、好ましくはＳｉＯ２を含む層である請求項１に記載の感光性画素構造体（１０）。
【請求項３】
前記第２の材料層（５２）が、セラミック又はセラミック様材料層を含む及び／又は前記第２の材料層（５２）が、ポリマー層を含む請求項１から２のいずれかに記載の感光性画素構造体（１０）。
【請求項４】
前記セラミック又はセラミック様材料層が、ＳｉＣ、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、アルミナ、及び／又は酸化チタンの少なくとも１つを含む請求項３に記載の感光性画素構造体（１０）。
【請求項５】
前記ポリマー層が、シリコーン、パリレン、ポリイミド、及び／又はポリウレタンの少なくとも１つを含む請求項３から４のいずれかに記載の感光性画素構造体（１０）。
【請求項６】
前記第１の材料層（５１）の厚みが、１００ｎｍ未満、好ましくは６０ｎｍ未満、最も好ましくは１０ｎｍ〜６０ｎｍである請求項１に記載の感光性画素構造体（１０）。
【請求項７】
前記第１の材料層（５１）の厚みが、２００ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは２５０ｎｍ〜３５０ｎｍであり、最も好ましくは、前記第１の材料層（５１）の厚みが、約３００ｎｍである請求項１に記載の感光性画素構造体（１０）。
【請求項８】
少なくとも１つの更なる材料層が、前記基板（１５）の裏側表面の少なくとも一部に設けられ、前記更なる材料層が反射層を含む請求項１に記載の感光性画素構造体（１０）。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の画素構造体（１０）を少なくとも１つ、好ましくは複数含む感光性画素アレイ（１）であって、前記画素構造体（１０）が、画素アレイに配置されていることを特徴とする感光性画素アレイ（１）。
【請求項１０】
請求項９に記載の感光性画素アレイ（１）を含むことを特徴とするインプラント。
【請求項１１】
網膜下インプラントである請求項１０に記載のインプラント。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれかに記載の画素構造体（１０）を設ける方法であって、
−  基板（１５）を準備する工程と、
−  界面層（５０）を、前記基板層（１５）の前側表面の少なくとも一部に設け、前記界面層（５０）が、第１の材料層（５１）を少なくとも一部含み、前記界面層（５０）が、前記第１の材料層（５１）を被覆する第２の材料層（５２）を少なくとも一部含み、前記第１の材料層（５１）が、前記第２の材料層（５２）と前記基板（１５）との間に挟まれる工程と、
を含む方法。
【請求項１３】
前記第１の材料層（５１）が、熱成長により堆積される、酸化物層、好ましくはＳｉＯ２層である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の材料層（５２）が、プラズマ促進化学蒸着によって堆積される、セラミック層又はセラミック様層である請求項１２から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記基板（１５）の上に、少なくとも感光性ダイオード（１２、１２’）及び／又は刺激電極（１４）を設ける工程を含む請求項１２から１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光性画素構造体と、そのような画素構造体を有するアレイ及びインプラントに関する。更に、本発明は、感光性画素構造体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、網膜色素変性症などの変性疾患により視力を失った患者の視覚の少なくとも一部の回復を助けるインプラントシステムが知られている。網膜組織の一部が変性しているが、網膜の大部分が無傷のままであり、依然として、光に依存する電気刺激によって直接刺激することができるという事実に基づくことで、視覚は、インプラントで少なくともある程度回復させることができる。この電気刺激は、インプラントシステムによって与えることができる。そのようなシステムは、通常、患者の眼の前方に配置される特別なゴーグルと、インプラント、特に、生体組織又は細胞に接触する複数の電極を含む網膜下インプラントとを含む。
【０００３】
ゴーグルには、通常、カメラが設けられる。カメラは、患者の前方の場面を撮像するようになっている。この撮像された場面は、視覚情報から所定のＩＲ光パルス信号に変換されることができる。そのような場合のインプラントは、ＩＲ光パルスを受光するようになっており、これに応答して、カメラによって受光された場面内容に基づいてインプラント上の感光性領域が刺激される。次いで、インプラントは、受光した光を、網膜に残存している細胞を刺激することができる電流に変換する。
【０００４】
その目的のために、インプラントは、１つ以上の画素アレイを含み、各個々の画素構造体は、通常、１つ以上のダイオード領域と、刺激電極と、場合により、対向電極とを含む。
【０００５】
光パルスが画素に向けられる又は画素の感光性領域に向けられる場合、この光パルスの光子の一部が基板に吸収され、基板内の光電効果により電子−ホール対が生成される。これらの電子−ホール対は、画素構造体の各極に移動し、それに応答して対応する光ダイオード回路によって、電極上に電荷が生成することができる。その結果、基板に吸収される光子が多いほど、画素構造体によって生成される電荷は高くなることができる。光子の吸収又は吸収率は、入射光の波長、材料の性質、発生領域、即ち、光活性領域、及び吸収基板の厚みに依存する場合がある。入射光の吸収を上げる、即ち、最終的には、画素構造体における電荷生成を上げるために、例えば、基板の厚みを厚くすることができる。しかしながら、意図した用途によっては、基板の厚みを厚くすることが常に望ましい又は可能であるという訳ではないことがある。
【０００６】
非特許文献１は、厚いアモルファスシリコンカーバイド層を基板上に設けることを提案している。
【０００７】
非特許文献２は、更なる７０ｎｍの窒化ケイ素層と共に、基板上に熱成長させた６０ｎｍの二酸化シリコン層の使用を提案しており、これは、水−窒化ケイ素界面における反射率を低減させるように設計されている。
【０００８】
感光性画素構造体を含む神経刺激用インプラント又はアレイが知られている。そのようなインプラントにおいて、残存細胞を高い信頼性で刺激するためには、電流密度、即ち、電磁パルス（例えば、光パルス、特にＩＲパルス）当たりの位相当たりの、所定時間に画素構造体によって運ばれる電荷をできる限り高くして、残存細胞を十分に刺激する必要がある。同時に、インプラントは、低侵襲のために、できる限り小さいサイズを維持する、特に、できるだけ薄くする。したがって、理想的には、インプラントは、１００μｍ未満の厚みを有し、理想的には５０μｍ未満、好ましくは３０μｍ以下の厚みを有する。薄いインプラントは、更に、製造を容易にすることができ、特に、インプラントの全厚みを通って延在する構造に関して製造を容易にすることができる。
【０００９】
同様に、感光性アレイの解像度を上げるために、個々の画素のサイズ、即ち、電荷発生のために十分な光を検出するために各画素が必要とする表面積は、小さくすることが望ましい。これは、インプラント及び他の感光性構造体（例えば、カメラの感光性チップ、検出デバイスなど）に適用可能であることができる。それは、インプラントの感光性領域の上の任意の層において、入射光に対する高透過率と低吸収率と必要とする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｃｏｇａｎら、「Ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ  ａｓ  ａｎ  ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏａｔｉｎｇ」  Ｊ  Ｂｉｏｍｅｄ  Ｍａｔｅｒ  Ｒｅｓ  Ａ．  ２００３  Ｄｅｃ  １；６７（３）：８５６−６７
【非特許文献２】Ｗａｎｇら、「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｒｅｔｉｎａｌ  ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ  ｆｏｒ  ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ  ｓｉｇｈｔ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｂｌｉｎｄ：  ｉｍｐｌａｎｔ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ８２４８，  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＸＶＩＩ，  ８２４８０５  （７  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２０１２）
【発明の概要】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、先行技術の問題点の少なくとも１つを解消することにある。特に、本発明の目的は、向上した画素構造体を提供することにある。望ましくは、画素構造体の入射面を通る光の透過を上昇させる。更に、サイズが小さくされた感光性画素構造体を提供することが目的であることができる。更に、上昇した解像度を有する画素アレイ又はインプラントを提供することが本発明の目的であることができる。
【００１２】
問題点は、本発明にしたがって、独立請求項１に記載の画素構造体、請求項９に記載の画素アレイ、請求項１０に記載のインプラント、及び請求項１２に記載の方法によって解決される。有利な形態は、従属請求項にしたがう。
【００１３】
本発明の態様によれば、基板層と界面層とを含む感光性画素構造体が提供される。界面層は、基板層の前側表面の少なくとも一部に設けられる。また、基板の前側表面は、基板の入射面又は第１の表面と記述することができる。界面層は、第１の材料層を少なくとも一部含み、更に、界面層は、第１の材料層を被覆する第２の材料層を少なくとも一部含む。第１の材料層は、第１の材料層が、少なくとも一部、第２の材料層と基板との間に挟まれるように第２の材料層によって被覆される。その結果、第２の材料層は、画素基板の上層である。なお、刺激及び／又はリターン電極を含む画素構造体において、第１及び／又は第２の材料層を含む界面層は、通常、画素構造体上に堆積された電極のいずれにも占領されていない領域における基板の上に設けられる。
【００１４】
更に、第２の材料層は、２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の厚みを有する。好ましくは、第２の材料層は、３００ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有する。最も好ましくは、第２の材料層の厚みは、３２０ｎｍ〜４５０ｎｍである。第２の材料層のそのような厚み範囲は、コーティング層全体としての、即ち、第１の材料層と第２の材料層の積層体としての透過性を上げることができると同時に、第２の材料層によって被覆された領域の密閉封止を可能にする。２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の第２の材料層の製造は、不可避の製造公差が依然として許容されるので、更に有利である。したがって、本発明の知見により、基板上の材料層積層体の透過係数を最適化するために、第１の材料層の厚みを自由に選択すること、及び第２の材料層の厚みを適合させることが可能になる。
【００１５】
本明細書に関して、「前側」、「上側」、又は「上部」という用語は、画素構造体上の光入射方向に向けられた、基板の方向又は位置を指す点に留意すべきである。
【００１６】
少なくとも２つの材料層、即ち、第１の材料層と第２の材料層を含む界面層を設けることによって、画素構造体に、材料層の一方、例えば、第２の材料層による密閉被覆を設けることができる。同時に、向上した光透過特性を有する画素構造体のコーティングを設けることができる。このように、画素構造体から反射される光をより少なくすることができ、画素構造体に入射面で入射し、これにより、光吸収性基板内に透過させることができる。この層、即ち、界面層は、そのため、反射防止コーティングということもできる。本発明によれば、界面層の一部である更なる材料層、即ち、第１の材料層を設け、これにより、表面再結合を低減することで基板内の電荷発生を向上させることができる。したがって、本発明によれば、画素構造体効率、即ち、光ダイオード効率を、光透過の上昇と、発生電荷の表面再結合の低下との両方によって、著しく上昇させることができる。
【００１７】
更に、画素構造体又は画素構造体の外側表面層である第２の材料層を、生体適合性層として、及び／又は耐腐食性であり且つ画素構造体に密閉封止を与える層として設けることができる。
【００１８】
当業者は、第１の材料層を、基板の入射面上の一部、特に、電荷再結合が生じ得る場所、即ち、画素構造体にダイオードが設けられる場所にも設けることができることに気づくであろう。したがって、第２の材料層を、生体適合性層若しくは密閉封止又はその両方が望ましい、画素構造体の位置に設けることができる。したがって、第１の材料層と第２の材料層を、一緒に設けてもよいし、少なくとも一部互いから分離させて設けてもよい。
【００１９】
したがって、第１の材料層、即ち、基板の表面を少なくとも一部被覆している材料層は、酸化物層であることができる。即ち、埋め込み酸化物などの酸化物を含むことができる。この酸化物層は、好ましくは、ＳｉＯ２を含むか又はからなることができ、好ましくは、熱成長させる。そのような酸化物層、例えば、ＳｉＯ２層は、また、有利なことに、基板上に容易に成長させることができる。或いは、ＳｉＯ２の他に、他の酸化物又は材料層も適用することができ、その結果、基板材料の酸化物は、電荷の表面再結合を避けることができる。材料の選択は、用いられる基板材料に依存することがある。
【００２０】
本発明の幾つかの実施形態においては、第２の材料層は、セラミック又はセラミック様材料層を含む。これに加えて又はこれに代えて、第２の材料層は、ポリマー層を含むことができる。
【００２１】
そのようなセラミック又はセラミック様材料層及び／又はポリマー層は、向上した生体適合性及び／又は画素構造体の良好な密閉性をもたらすことができる。したがって、生体組織又は細胞（特に、神経組織又は神経細胞）を刺激するインプラントなどのインプラントのための画素構造体の使用が可能となる。
【００２２】
本発明の文脈における「セラミック様」という用語は、技術的又は化学的意味におけるセラミックではなく、セラミック材料から知られるような同様の性質（例えば、硬度、耐摩耗性、化学的振る舞い、熱的及び電気的性質、その他）を有する材料を意味する。
【００２３】
本発明の幾つかの実施形態においては、セラミック又はセラミック様材料層は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、又はアルミニウム又はチタンの酸化物（アルミナ及び／又は酸化チタンなど）を含むことができる。第２の材料層は、また、アモルファスＳｉＣ（ａ−ＳｉＣとも称される）などのアモルファス材料を含むことができる。
【００２４】
更に、本発明の幾つかの実施形態においては、ポリマー層は、設けられる場合、シリコーン、パリレン、ポリイミド、ポリウレタン、及び／又はその他の少なくとも１つを含むことができる。
【００２５】
材料又は複数の材料の具体的な選択は、用途のための具体的意図に依存することがあるが、１つを超える材料を使用することも本発明の範囲内である。したがって、本発明に係る画素構造体は、第１の材料層及び／又は第２の材料層のいずれか及びそれら個々の成分の材料をそれぞれ選択することによって、各種用途に適合させることができる。
【００２６】
材料層を通る光の透過を上げるために、第１の材料層、即ち、酸化物層は、比較的薄いことが好ましい。特に、第１の材料層と第２の材料層、即ち、全界面層は、所定波長の光に光透過性である。通常、神経組織、特に眼の神経組織を刺激するために用いられる画層構造体は、近赤外波長の光に対して受容性であるように設計され、その結果、眼に残る残存視力が妨害されない。したがって、第１の材料層、即ち、酸化物層は、本発明に係る所定波長又は波長範囲の赤外光、特に近赤外光に対して光透過性である。同様に、第２の材料層は、対応する波長の赤外光、特に近赤外光に対して光透過性である。
【００２７】
本発明において検討される透過率又は透過係数は、異なる屈折率を有する２つの媒体の間、例えば、組織と第２の材料層、第２の材料層と第１の材料層、及び第１の材料層と基板の間における入射面上での光透過を記述する。ここで、光は所定波長、例えば、８８０ｎｍで、隣接層間の界面の法線入射で照射される。
【００２８】
好ましくは、第１の材料層と第２の材料層の厚みは、透過が最大限になるように最適化される。組織（例えば、網膜）、ＳｉＣの層、ＳｉＯ２の層、及びシリコンの基板層からなる典型的な層積層体の透過率、即ち、透過係数は、第２の材料層の厚みの増加に伴って変化することを示すことができた。第１の材料層の所定厚みでの透過率の変化は、第２の材料層の厚みの増加に伴って周期的である。好ましくは、酸化物層は、最良の透過率を得るために、できるだけ薄くすべきである。更に、より薄い層は、材料の堆積厚みの精度を高めることができることがある。これは、以下に論じるように、より薄い層の目標厚みは、絶対厚みのばらつきに関する製造公差がより小さくなるからである。第１の材料層の厚みは、好ましい実施形態によれば、１００ｎｍ未満である。より好ましくは、第１の材料層の厚みは、６０ｎｍ未満である。最も好ましくは、第１の材料層の厚みは、１０ｎｍ〜６０ｎｍである。
【００２９】
或いは、本発明の幾つかの実施形態によれば、第１の材料層は、また、２００ｎｍ〜４００ｎｍの厚みを有することができることを示すことができた。好ましくは、そのような実施形態においては、第１の材料層の厚みは、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍである。最も好ましくは、そのような実施形態においては、第１の材料層の厚みは、約３００ｎｍである。
【００３０】
既に示したように、材料層積層体、即ち、網膜とシリコン基板との間の第１の材料層と第２の材料層の絶対透過率は、第２の材料層の厚みに依存し、次いで、第１の材料層の厚みに依存することがある。
【００３１】
本発明の実施形態の前記好ましい値は、入射光の波長を８８０ｎｍと仮定して与えられている。入射光の様々な波長で、同様の結論及び結果を予想することができ、各値は、前記好ましい値に対して僅かに変わる可能性がある。一般に、入射光の波長は、８００〜１０００ｎｍの範囲から選択されることが好ましく、好ましくは８３０ｎｍ〜９１５ｎｍ、より好ましくは８５０ｎｍ〜９００ｎｍから選択される。
【００３２】
代替の実施形態、特に、密閉性が問題ではない、又は密閉性が低いコーティングが許容される実施形態においては、第２の材料層の厚みは、約５０ｎｍ〜３００ｎｍ、特に、１５０ｎｍ〜２６０ｎｍの範囲内で変化し得る。
【００３３】
同様に、第２の材料層の厚みは、また、６００ｎｍ超であることができる。６００ｎｍ超のそのような比較的厚い第２の材料層構造体は、画素構造体により高い安定性を与えることができる。
【００３４】
層厚みに関する前記検討に関して、通常、第２の材料層の製造における薄膜堆積の製造上の制約により、最大＋／−１０％、よくても＋／−５％の堆積物間及び堆積物内の厚みのばらつきを生じることを考慮する必要がある。これは、第２の材料層（例えば、ＳｉＣ層）の厚みは、＋／−１０％の精度、通常、よくても＋／−５％の精度であり得ることを意味する。同様に、第１の材料層（例えば、ＳｉＯ２）の場合、通常、＋／−５％の厚みのばらつきを達成することができる。そのため、製造中、そのような製造公差による厚みのばらつきに関する妥協が必要なことがある。画素構造体又は画素アレイ内のこれらのばらつきを考慮すると、画素構造体に同等の性質を与えることを可能にするために、透過が極大値にできるだけ近くなるように、層の厚みを与えることが試みられている。このようにすると、厚みのばらつきが透過に対して与える影響は最も小さくなる。これは、個々の層の厚み変化に伴う変化率がその極大値近くで最も小さいからである。
【００３５】
本発明の発明者らは、また、少なくとも、第１の材料層がＳｉＯ２であり、第２の材料層がＳｉＣを含む実施形態の場合において、第１の材料層の所定厚みに関する積層構造体の透過率のばらつきの近似周期を同定することができた。これらの場合において、第２の材料層上の更なる材料の各１７０ｎｍ程度に生じる最大透過係数を同定した。
【００３６】
本発明の発明者らは、更に、第１の材料層の厚みがより厚い場合において、第１の材料層の厚みがより薄い場合におけるよりも、最大透過係数の位置が第２の材料層の厚みに伴ってより顕著に変わることを示すことができた。
【００３７】
このことは、それぞれの第１材料の厚みについて、理想的な第２材料の厚みを同定することができることを意味する。逆に、このことは、所望の第２の材料層の厚みについて、例えば、十分な密閉性を与えるために、適切な第１の材料厚みを同定することができることを意味する。
【００３８】
本発明の態様によれば、少なくとも１つの更なる材料層を、基板の裏側表面（又は第２の表面）の少なくとも一部に含む感光性画素構造体であって、前記更なる材料層が反射層を含む感光性画素構造体を提供することができる。反射層は、例えば、基板そのものの表面上での構造体の熱成長又はドーピングなどによって、基板の、それと一体である一部（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｐａｒｔ）であることもできる。反射層又は全ての更なる材料層は、基板の表面に別の層として設けることもでき、例えば、電気化学堆積、真空堆積などの従来知られた方法によって堆積させることができる。
【００３９】
基板を通って基板と第１の材料層との間の界面、即ち、基板の裏側表面に入射する光の反射率を変える、特に、上昇させることができる任意の材料を、そのような実施形態における「反射材料」又は「反射層」と考えることができると理解される。そのような反射層の反射率の値は、基板材料単独の固有の反射率と比較することができる。更なる材料層における反射材料としての使用が好適な材料は、例えば、アルミニウム、チタン、白金、及び／又はパラジウム、又はその合金（例えば、ニチノールとしても知られるチタン−ニッケル合金など）を含むことができる。上昇した反射率を与えることができる更なる材料は、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミック層であることができ、これらは、インプラントに好適な密閉封止性及び／又は生体適合性特性を与えることもできる。そのような性質を達成するためには、各層の厚みを変えることが必要な場合があり、例えば、密閉被覆を与えるためには、厚くすることが必要な場合がある。
【００４０】
前述のように、「前側表面」は、入射光がその上に又はそれを通して与えられ、その後、基板の外側から基板内に透過する表面を記述するものとする。したがって、「裏側表面」は、「前側表面」に対して基板の反対側である基板又は各層の表面である。基板の「裏側表面」は、前側表面に入射し基板を透過する光が、基板の内部から入射する表面を特性付ける。
【００４１】
反射層又は反射構造体、例えば、層状構造体を基板内又は基板の裏側表面上に設けることによって、基板の前側表面から基板を透過したときに吸収されない光の部分を、少なくとも一部、基板内に反射させることができる。このようにして、基板の前側表面に元々入射した光のうち吸収される部分を増やすことができる。したがって、より高い電荷を画素構造体で生成することができると同時に、基板又は画素構造体全体の厚みは、厚くならない又は厚くなっても無視できる程度である。
【００４２】
そのような裏側表面材料層を材料の積層体で設計することにおいて又はそのような材料層若しくは複数の材料層の具体的な製造プロセスにおいて各種選択肢が存在し、これらも本発明の範囲内であるとみなされることが理解されるべきである。
【００４３】
本発明の他の態様によれば、少なくとも１つ、好ましくは複数の本発明の第１の態様に係る画素構造体を含む感光性画素アレイが提供される。この画素アレイにおいては、複数の画素構造体は、画素アレイを形成するためにアレイ状に配置される。
【００４４】
本発明に係る改良点、例えば、基板の入射面における透過率を上げることによって、より多くの光が基板内に透過されることができ、そのため、画素構造体の光活性領域における電荷発生に利用可能になり得ることに、当業者は気付くであろう。このように、画素構造体は、電荷発生に関する画素構造体の効率を低減させることなしに、サイズを小さくすることもできる。したがって、個々の画素構造体のサイズを低減することができ、所定の領域において、個々の画素構造体の数、例えば、画素アレイ内の数を低下させることができる。これにより、画素アレイ又は画素アレイを有するインプラントの解像度を上げることができることがある。画素構造体が、組織（例えば、神経組織）又は細胞を電気的に刺激するのに好適な電極を含む場合、個々に刺激することができる組織領域又は個々の細胞の数も増やすことができる。これにより、そのような画素アレイの患者に対する利益を上げることができることがある。
【００４５】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様に係る感光性画素アレイを有する又は本発明の第１の態様に係る感光性画素構造体を有するインプラントが提供される。本発明の幾つかの有利な実施形態によれば、そのようなインプラントは、特に、網膜下インプラントであることができる。
【００４６】
本発明の前記態様に係る画素構造体及び／又は画素アレイを含むインプラントを設けることにより、特定の神経組織又は細胞の区別された刺激を可能にすることがある。本発明に係るインプラントの好ましい実施形態は網膜インプラントであるものの、本発明に係る思想は、例えば、耳内の（特に、内耳の）神経組織、又は心筋などの筋肉細胞、又は一般に、例えば脊椎などにおける神経組織又は他の神経繊維若しくは神経索などの様々な異なる種類の組織にも適合することができる。
【００４７】
本発明の第４の態様によれば、本発明の第１の態様に係る画素構造体を提供する方法が提案される。この方法は、基板を準備し、前記基板の前側表面の少なくとも一部に界面層を設ける工程を含む。基板の第１の表面の上の界面層は、少なくとも部分的に第１の材料層と第２の材料層を含む。第２の材料層は、第１の材料層を少なくとも部分的に被覆するように設けられ、その結果、第１の材料層は、第２の材料層と基板との間に挟まれる。
【００４８】
そのため、基板内に生成された電荷の表面再結合率を下げることによって光ダイオードの効率を上げるために第１の材料層が設けられる。対照的に、第２の材料層は、密閉コーティングのために役立つができ、且つ、体内に埋め込まれるインプラント内に画素構造体を用いるときに必要な生体適合性を提供することができる。本発明の幾つかの実施形態においては、第１の材料層は、埋め込み酸化物層などの酸化物層であり、好ましくは、ＳｉＯ２層である。この層は、提案の方法の実施形態によれば、熱成長により基板上に堆積される。
【００４９】
提案の方法の更なる実施形態によれば、第２の材料層は、セラミック層又はセラミック様層であり、これらは、プラズマ促進化学蒸着により堆積される。
【００５０】
本発明に係る層構造体を提供するために使用される方法は、既に示した方法に加えて、イオン堆積、電気化学堆積、物理蒸着（例えば、スパッタリング及び電子ビーム蒸発など）又はその他の方法も含む。
【００５１】
本発明に係る画素構造体又はインプラント用画素アレイを提供する方法は、更に、基板上に、少なくとも感光性ダイオード及び／又は刺激電極を設ける工程を含むことができる。なお、感光性ダイオードは、原子ドーピング又は、例えば、半導体製造プロセスなどから知られた同様なプロセスにより設けることができる。
【００５２】
本発明は、反射防止コーティング性は、各種層の屈折率と厚みにより決まるという事実を利用する。したがって、基板の表面における層積層体の透過率を上げるために、層厚を具体的に選択することによって、層界面での光の建設的及び相殺的干渉を用いることができる。
【００５３】
本発明の更なる詳細、好ましい実施形態、及び利点は、図面を参照しつつ以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る、電極を有する感光性画素の例を示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る、２つの隣接する画素を有する半導体構造体の模式的横断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る電極アレイを示す。
【図４】図４は、（ａ）網膜層の下に設けられた共通基板の模式断面図を示し、（ｂ）界面層が表示されている、網膜層の下にある本発明の実施形態に係る感光性画素構造体の模式断面図を示し、（ｃ）個々の界面層が表示されている、網膜層の下にある本発明の実施形態に係る感光性画素構造体の模式断面図を示し、（ｄ）個々の界面層が表示されている、網膜層の下にある本発明の実施形態に係る感光性画素構造体の模式断面図を示す。
【図５】図５は、第１の層材料の各種厚みの場合における、本発明の実施形態に係る画素構造体の前側表面の上の第２の材料層の厚みに依存する、材料積層体を通る透過係数を示す図を示す。
【図６】図６は、第１の層材料の各種厚みの場合における、本発明の別の実施形態に係る画素構造体の前側表面の上の第２の材料層の厚みに依存する、材料積層体を通る透過係数を示す図を示す。
【００５５】
図１は、例示的な感光性画素構造体１０を示す。示される実施形態に係る感光性画素構造体１０（以下、画素とも称する）は、２つの感光性ダイオード１２、１２’、中心電極１４、及び抵抗体１６を含む。画素構造体１０の外周には、リターン電極ともしばしば称する対向電極１８が設けられている。対向電極１８は、各画素構造体１０上、例えば、図１に示されるように、各画素構造体１０の周囲に載置することができる。これは、リターン電極がローカルであり、画素構造体のアレイ１の異なる中心電極の間にあることを意味する。これは、通常、「バイポーラ」構成とも称される。
【００５６】
そのようなバイポーラ配置の場合、２つの構成が可能である。リターン電極は、相互の接続を断つことができる。これは、この場合の画素は、互いから完全に独立していることを意味する。或いは、一種のグリッド様構造体を効果的に形成するために、個々の画素構造体又は画素構造体群のリターン電極全て又はリターン電極群を互いに接続することができる。そのような構造体は、例えば、全画素アレイ１上に延在することができる複数の六角形状画素を含むことができる。そのような画素アレイの例を図３に示す。
【００５７】
更なる代替として、中心リターン電極（図示せず）を、画素構造体１０とは別に載置することができ、例えば、画素構造体から遠く離れた画素アレイ上の位置に載置することができる。そのような中心リターン電極は、特に、インプラント又は画素アレイの遠く離れた場所に設けることができる。そのような構成は、また、モノポーラ構成と称することもある。そのような実施形態においては、リターン電極は、必ずしもインプラントの幾何学的中心にある必要はない。更に、複数のそのような中心リターン電極は、インプラント又は画素アレイ上に分布させ、それぞれ複数の画素に結合させることが可能である。本発明は、これらの構成のいずれにも好適に用いることができることが理解される。
【００５８】
図１の実施形態における画素構造体１０は、略対称的な六角形状を有する。この六角形状は、画素構造体の周りに配置され且つ画素構造体を隣接する構造体から電気的に絶縁する溝２０によって画定される。図１に示される実施形態の六角形の各辺に隣接して、更なる画素１０’を設けることができる。画素１０の画素アレイ１（本発明の文脈において、電極アレイとも称する）の実施形態の例を図３に示す。他の実施形態においては、また、個々の画素の形状は、異なっていることができる。例えば、画素は、八角形状又は矩形状を有することができる。画素は、また、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、円形状又はダイヤモンド状又は他の形状、更に任意の形状を有することもできる。
【００５９】
個々の画素は、溝２０によって互いに分離されている。溝２０は、電気的絶縁材料を含む。個々の隣接する画素１０、１０’は、互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。図１の実施形態において示される対向電極１８は、画素１０の活性領域の周囲を囲む溝２０の延在部に沿って配置されており、同一の外形（ここでは、六角形）を有する。画素構造体１０’の断面図を、隣接して配置される画素構造体１０’と共に図２に示す。
【００６０】
図１の実施形態に係る２つのダイオード１２、１２’は、六角形状画素の領域内に彫られて配置されている。好ましくは、ダイオード１２、１２’は、対称的に配置される。ダイオード１２と１２’との間に、絶縁溝２０’が設けられる。ダイオード１２と１２’との間の絶縁溝２０’は、通常、絶縁溝２０と同じ性質を有する。そのため、画素１０の異なるダイオード１２、１２’は、基本的に、互いに電気的に絶縁される。画素内（即ち、感光性素子の基板１５）に配置された溝２０’にかかわらず、溝２０、２０’によって分離絶縁された物体間の電気的コンタクトは、依然として達成することができることが理解されるべきである。図１に係る実施形態においては、例えば、ダイオード１２、１２’は、電気的コンタクト２２によって接続される。このように、ダイオード１２、１２’は、図１に係る実施形態においては、互いに直列に接続されている。
【００６１】
図１に係る実施形態の投影図において、ダイオード１２、１２’は、画素１０の感光性領域を表す。この実施形態においては、ダイオード１２、１２’の表面領域、即ち、感光性領域は、画素１０の対称軸の周りに本質的に対称である。図１の実施形態においては、そのような対称軸が、例えば、画素１０のダイオード１２、１２’を分離する溝２０’と一致することができる。他の実施形態においては、ダイオードの数が異なることができる。特に、ダイオード１２を１つだけ設けることができる。これにより、画素１０内の個々のダイオードを分離するために溝２０’を設ける必要がないので、画素の感光性領域を広げることが可能になる。更なる実施形態においては、３つのダイオード又は３超のダイオードを、１つの画素に設けることができる。２超のダイオードを画素１０に設ける場合、前記２ダイオード画素構造体について既に述べたように、個々のダイオードを互いに直列に接続することもできる。
【００６２】
図１において更に見ることができるように、画素構造体１０の中心に、電極１４が設けられる。その中心位置によって、電極１４は、中心電極とも称する。更に、通常、この電極は刺激に用いられるので、この電極は、刺激電極とも称する。図示される実施形態においては、円形状を有する刺激電極１４が設けられる。電極は、種々の形状、例えば、画素１０の外形を反映するリターン電極１８又は溝２０の形状に類似した形状などを有することもできる。ここで図示された実施形態の円形状は、刺激電極１４からの電場が均一になることができるように選択した。意図される用途によって、形状は、より均一ではない、局所的に上昇した場分布を可能とする形状も含むことができる。
【００６３】
本発明の幾つかの実施形態によれば、画素１０の電極１４は、周辺組織、好ましくは神経組織、特にｉｎ  ｖｉｖｏにおける網膜の神経組織の刺激に適合されるものとする。通常、電極は、白金、酸化イリジウム及び／又は窒化チタンを含む。或いは、イリジウム、白金イリジウム、ドープされたダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、他の知られた材料を、電極材料として用いることができる。電極材料の好ましい構造は、特に、高度な多孔質構造であることができ、例えば、多孔質又はフラクタルＴｉＮ、白金構造、又はＳＩＲＯＦがある。そのような構造は、例えば、「ブラックプラチナム」又は「多孔質白金」であると記述されていることが知られている。電極の厚みは、約１００ｎｍ〜３μｍまで様々な厚みであることができる。しかしながら、電極厚みを最大１０μｍ又は１０μｍ超、又は１００ｎｍ未満にすることも可能である。
【００６４】
図１に示される実施形態において、リターン電極１８が、画素を囲み、画素周囲の外形（即ち、図示される実施形態における溝２０の延在方向）に沿う細長い電極として設けられる。代替の実施形態においては、リターン電極は、複数の電極を含むこともでき、これらは、画素構造体１０の周り及び刺激電極１４の周りに、規則的に又は任意の分布で分布される。これは、特に、電極アレイの周辺部で行うことができる。
【００６５】
更に、刺激電極１４と対向電極１８との間に、抵抗体１６（シャント抵抗体とも称する）が配置される。本発明の図１に示される実施形態に係る抵抗体１６は、刺激電極１４と対向電極１８に電気的に接続される。
【００６６】
上に示すように、受領した光信号に対する応答として電圧を上げる必要がある場合、１つの画素１０について、複数のダイオード、例えば、２つ又は３つのダイオードを設けることができる。そのような場合においては、ダイオードは、直列に接続することができ、ここで、Ｎ個のダイオードの電圧は、１つのみのダイオードで生じる電圧よりもＮ倍高い。他方、ダイオードの個数を増やすことは、一画素当たり、各ダイオードが集める光がより少なくなることを意味する。したがって、直列接続されたダイオードのそれぞれによって生成される電流は、１つだけ又は数個のダイオードを有する場合に比べて、複数のダイオードを有する場合、著しく低下することがある。通常、Ｎ個のダイオードを有する回路の電流は、１つのダイオードを有する回路の電流よりもＮ倍小さい。したがって、これは選択の問題であり、どのパラメータ（即ち、電流又は電圧）が、個々の用途にとってより望ましいかという問題である。神経刺激の具体的な場合においては、必要な刺激パラメータは、励起すべき組織及び／又は個々の細胞、特に神経細胞、インプラントの位置、患者個々の具体的情報、年齢、疾患の状態、及び一般的な生理的状態に依存する場合がある。
【００６７】
発生電流を増やすために、個々のダイオードにおいて基板における光吸収を増やすことが望ましい。図２は、電極アレイ１の一部の断面側面図であり、２つの隣接する画素１０、１０’を示す。画素１０、１０’は、図１に示される実施形態に係る画素構造体の画素に対応し、２つのダイオード１２、１２’を有する。２ダイオード画素のための図１に示されるのと同じ層構造を、本質的に、１ダイオード又は３ダイオード画素にも同様に設けることができる。
【００６８】
更に、図２には、界面層５０が示されており、これは、外部光源からの光が入射する、基板の第１の表面、即ち、基板の外側表面に設けられる。界面層５０は、画素構造体１０の表面の反射率を低減するために設けられる。界面層５０は、第１の材料層５１を含み、これは、基板１５の第１の表面に設けられる。
【００６９】
第１の材料層５１は、基板１５の前側表面に隣接して且つこれに続いて設けられる。第１の材料層５１は、例えば、埋め込み酸化物層、特に、ＳｉＯ２層を含むことができる。埋め込み酸化物層は、基板１５から熱成長させることができる。特に、基板は、シリコンを含むことができる。
【００７０】
一般に、基板は、赤外光、好ましくは、近赤外範囲の赤外光を吸収するようにすることができる。具体的には、基板は、約７８０〜１０００ｎｍの範囲内の赤外光、特に約８３０〜９１５ｎｍの波長の光、好ましくは、８８０ｎｍの波長の光を吸収するように構成することができる。基板の代替材料として、ゲルマニウムも用いることができる。したがって、第１の材料層５１は、第１の材料層５１が、基板１５が吸収できる波長の光に対して透明であるように、そのような材料を含む及び／又は基板上に設けられる。
【００７１】
本発明及び説明に関して、「前側」、「上側」、又は「上部」という用語は、図２においては、図示されるように図２の上側部である画素構造体上の光入射方向に向けられた、基板の方向又は位置を指す点に留意すべきである。
【００７２】
図２に係る実施形態においては、第１の材料層５１に隣接する第２の材料層５２が、第１の材料層５１の、基板１５の反対側を向く表面に設けられる。したがって、第２の材料層５２は、各画素構造体１０、１０’の外側且つ上側の表面である。第２の材料層５２は、例えば、ＳｉＣ又は他のセラミック若しくはセラミック様材料を含むことができる。図２に示されるように、第２の材料層５２は、電極１４、１８又は電極１４、１８の少なくとも一部が設けられる又は例えば周囲組織と接触することが意図される領域を除く全画素構造体１０の上部に設けることができる。
【００７３】
「層」としての定義、特に、第１の材料層５１に関する「層」としての定義は、画素構造体１０の特性をよりよく記述するために用いられることが理解される。しかしながら、本発明に係る画素構造体１０を製造するために用いられる方法の結果として、基板１５、第１の材料層５１又は第２の材料層５２などの個々の層は、他の層と一体化されてもよい。その結果、製造される画素構造体は、機能的には、層、例えば、本発明の実施形態に係る層が実際には設けられているものの、実際には、層の構造を有している又は別々の層であるように見えない場合もある。
【００７４】
したがって、基板１５と第１の材料層５１が、基板の層の熱酸化によって共に成長する図２に示される実施形態の場合におけるように、第１の材料層５１及び／又は第２の材料層５２は、基板１５の一体である一部として形成することができる。或いは、言うまでもなく、第１の材料層５１は、基板１５に堆積される層であってもよい。
【００７５】
図３は、画素構造体１０、１０’のアレイ（即ち、画素アレイ１）を示す。図３に示される実施形態において、画素アレイ１は、画素構造体１０、１０’のアレイであり、画素構造体１０、１０’のそれぞれは、細胞又は生体組織を刺激するように構成された刺激電極１４を含む。したがって、画素アレイ１は、電極アレイとも称することがある。アレイ１における個々の画素構造体１０、１０’のサイズは、異なることができ、したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、各種用途に合わせて調整することができる。図３に示すアレイ１において、各画素１０、１０’は、六角形状に形成され、基板１５上でのスペースに関して能率的な分布を可能にする。このように、基板１５上及びアレイ１内の光感受性領域に利用可能なスペースを広げ且つ理想的には最大限にすることができる。図３に示す画素アレイ１は、細胞又は組織、特に、神経組織などの生体組織、又は神経細胞を刺激するために、例えば、インプラントに用いることができる。
【００７６】
本発明の実施形態によれば、図３には見られないが、第１及び／又は第２の材料層を、アレイの前側表面全体、即ち、個々の画素構造体の複数の前側表面による表面ビルドに形成することができる。更に、第１及び／又は第２の材料層は、図２に見られるように、アレイ１に封止及び／又は保護を提供するために、アレイ１の少なくとも１つの縁部の周りに形成することができる。
【００７７】
図４（ａ）は、生体組織、ここでは例えば、網膜３の下に埋め込まれる画素アレイ１の模式断面図を示す。画素アレイ１は、基板１５で表されており、ダイオード又は電極などの表面構造体は、同図に示していない。
【００７８】
一般に、画素アレイ１又はインプラントを網膜３内又は下に埋め込むとき、基板１５は、図４（ａ）において矢印４０で表される眼に入射する入射光が網膜を横断し、基板１５の前側表面に入射できるように配置される。光は、基板１５の前側表面を透過し、基板１５に入って横断し、ここで、基板１５の材料、入射光の波長、及び他の要素に応じて吸収される。通常用いられる基板１５は、シリコンからなる又はシリコンを含む。基板１５が、視力を回復させるためにインプラントに用いられる場合、基板１５を含む画素構造体１０の刺激は、網膜の残存視力が妨害されないように、スペクトルの赤外又は近赤外領域であることが好ましい。
【００７９】
網膜３と基板１５との間の界面で、図４（ａ）の矢印４４で示されるように、光の一部が反射される。入射光のこの屈折された部分は、基板に吸収されないことがあり、そのため光電変換で失われる。図４（ａ）の矢印４３で示される入射光の他の部分は、基板内に、より正確には、画素構造体１０のダイオード領域に電荷を発生させるために、基板１５の表面を透過し、基板に吸収されることができる。
【００８０】
図４（ｂ）は、本発明に係る画素構造体１０を示す基板１５を示し、界面層５０が組織、ここでは網膜３と、基板１５との間に設けられている。本発明に係る界面層は、基板１５の表面の反射率を低下させるため、即ち、基板１５の表面の透過係数を上昇させるために、基板１５の前側表面に設けられる。模式的に示されるように、本発明に係る適切な界面層５０を設けることによって、入射面から反射された光の部分が低減され、界面を透過し、基板１５に入る光の部分が増える。
【００８１】
図４（ｃ）は、図４（ｂ）の実施形態を示し、界面層５０が、材料層の積層体として示されている。第１の材料層５１が、基板１５の前側表面に配置されている。第２の材料層５２は、第１の材料層５１上に設けられ、図４（ｃ）に示される実施形態に係る画素構造体１０の外側層を形成する。本発明の好ましい実施形態に係る第１の材料層５１と第２の材料層５２の厚みを調整すると、光の透過される部分を最大限にすることができる。このように、画素構造体の効率と、その結果として画素アレイ又はインプラント全体の効率を上げることができる。
【００８２】
図４（ｄ）は、図４（ｃ）の実施形態を示し、これによれば、第１の材料層３０は、基板１５の裏側表面の上において、基板１５に設けられている。更に、第２の材料層３２が、第１の材料層３０に設けられている。第１の材料層３０は、反射材料層を少なくとも含み、これは、基板の裏側表面における反射率を上昇させる。第２の材料層３２は、基板１５の裏側表面における反射率を更に上昇させることが可能である。したがって、吸収率が更に上昇する。これによって、図４０の矢印４１によって示されるように、吸収されずに基板１５を当初透過した光の多くの部分を、反射させて基板１５に戻すことができる。これにより、光電反応で失われる光（矢印４２によって示される）は、より少なくなる。第２の材料層３２は、光透過に関する密閉封止を可能にする材料であることができる。そのような材料は、例えば、チタンであることができる。そのような材料を選択することによって、裏側表面における反射率を更に上昇させることができ、一方で、同時に、画素構造体１０又は画素領域１全体又はインプラント全体が、その裏側表面を通る光透過に関して光学的に封止されていてもよい。更に、密閉被覆層、コーティング、又はハウジングを提供する材料は、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、などのセラミック層であることができる。しかしながら、第１の材料層３０と第２の材料層３２ではなく、１層のみの材料層３０又は３２が基板１５の裏側表面に位置していてもよい。
【００８３】
第１の材料層５１と第２の材料層５２の厚みの調整を行うことができる間隔の例を、図５に示す。ここでは、ＳｉＯ２層が、それぞれ１０ｎｍ、４０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍ、及び３００ｎｍの各種厚みで第１の材料層として設けられる。図５に見られるように、網膜及び材料層の積層体への入射光の透過係数は、同図の横軸としてプロットされる第２の材料層（ここではＳｉＣ層）の厚みに応じて変化する。
【００８４】
第１の材料層の厚みが厚い層の例を図６に示す。図５の図においては、第２の材料層５２（ここではＳｉＣ層）は、網膜及び、ＳｉＣ層、ＳｉＯ２層、Ｓｉの基板層を含む材料層の積層体への入射光の透過係数（％）に対するものである。第１の材料層（ここではＳｉＯ２）は、厚み２５０ｎｍ、２７５ｎｍ、３００ｎｍ、３２５ｎｍ、及び３５０ｎｍの場合が示される。
【００８５】
なお、いずれの場合も、材料層の積層体を通る透過の少なくとも極大が、全て約１７０ｎｍの頻度で周期的に現れる。したがって、好ましい実施形態が、第２の材料の厚みの特定の間隔で論じられていても、本発明は、第１及び／又は第２の材料層の可能な全ての厚みの範囲をカバーすることが意図される。
【図１】
2018534089.tif 000003
【図２】
2018534089.tif 000004
【図３】
2018534089.tif 000005
【図４】
2018534089.tif 000006
【図５】
2018534089.tif 000007
【図６】
2018534089.tif 000008
【国際調査報告】
2018534089.tif 000009
2018534089.tif 000010
2018534089.tif 000011