(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝導効果と、エネルギーバンドギャップと、トラップ準位とを有する材料を用いた情報記憶装置であって、
前記材料に形成された複数のメモリ領域と、
前記メモリ領域のそれぞれに第１の光を照射する手段と、
前記メモリ領域のそれぞれに第２の光を照射する手段と、
前記メモリ領域のそれぞれに流れる電流を測定する手段と、
を有し、
前記第１の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
前記第１の光の照射によって、前記メモリ領域のそれぞれに発生したキャリアが前記メモリ領域内のトラップ準位に捕獲されることで情報の書き込みが行われ、
前記第２の光の照射によって、前記メモリ領域内のトラップ準位に捕獲されたキャリアが励起されることで前記メモリ領域のそれぞれに書き込まれた情報の読み出しが行われ、
前記第２の光の照射によって、前記メモリ領域のそれぞれに書き込まれた情報のうち少なくとも一部の情報を消去できるようにしてなることを特徴とする情報記憶装置。
【請求項２】
前記材料はダイヤモンドであることを特徴とする請求項１記載の情報記憶装置。
【請求項３】
前記材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＰｂＯ、ＣｓＳｅ、またはＣｄＴｅであることを特徴とする請求項１記載の情報記憶装置。
【請求項４】
前記メモリ領域のそれぞれに書き込まれた情報は、異なる重み付けがされた情報であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の情報記憶装置。
【請求項５】
光伝導効果と、エネルギーバンドギャップと、トラップ準位とを有する材料を用いた情報演算装置であって、
前記材料に形成された複数の素子領域と、
前記素子領域のそれぞれに第１の光を照射する手段と、
前記素子領域のそれぞれに第２の光を照射する手段と、
前記素子領域のそれぞれに流れる電流を測定する手段と、
を有し、
前記第１の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
前記第１の光の照射によって、前記素子領域のそれぞれに発生したキャリアが前記素子領域内のトラップ準位に捕獲されることで情報の書き込みが行われ、
前記第２の光の照射によって、前記素子領域内のトラップ準位に捕獲されたキャリアが励起されることで前記素子領域のそれぞれに書き込まれた情報の読み出しが行われ、
前記第２の光の照射によって、前記素子領域のそれぞれに書き込まれた情報のうち少なくとも一部の情報を消去できるようにしてなることを特徴とする情報演算装置。
【請求項６】
光伝導効果と、エネルギーバンドギャップと、トラップ準位とを有する材料を用いた情報演算装置であって、
前記材料にマトリクス状に形成された複数の素子領域と、
前記素子領域のそれぞれに第１の光を照射する手段と、
前記素子領域のそれぞれに第２の光を照射する手段と、
前記素子領域のそれぞれに流れる電流を測定する手段と、
を有し、
前記第１の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
前記第１の光の照射によって、前記素子領域のそれぞれに発生したキャリアが前記素子領域内のトラップ準位に捕獲されることで情報の書き込みまたは加法が行われ、
前記第２の光の照射によって、前記素子領域内のトラップ準位に捕獲されたキャリアが励起されることで前記素子領域のそれぞれに書き込まれた情報の読み出し、消去、または減法が行われることを特徴とする情報演算装置。
【請求項７】
前記素子領域のそれぞれに書き込まれた情報は、異なる重み付けがされた情報であることを特徴とする請求項５または６記載の情報演算装置。
【請求項８】
光伝導効果と、エネルギーバンドギャップと、トラップ準位とを有する材料を用いた情報演算装置であって、
前記材料にマトリクス状に形成された複数の素子領域と、
前記素子領域のそれぞれに第１の光を照射する手段と、
前記素子領域のそれぞれに第２の光を照射する手段と、
前記素子領域のそれぞれに流れる電流を測定する手段と、
を有し、
前記第１の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は前記材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
前記第１の光の照射によって、前記素子領域のそれぞれに発生したキャリアが前記素子領域内のトラップ準位に捕獲されることで重み付けされた情報の書き込みが行われ、
前記第２の光の照射によって、前記素子領域内のトラップ準位に捕獲されたキャリアが励起されることで前記素子領域のそれぞれに書き込まれた、重み付けされた情報の読み出しが行われ、
前記情報の重みをＺ座標で示し、前記素子領域のそれぞれの位置をＸ座標及びＹ座標で示すことによって、３次元像で示される情報を扱えるようにしてなり、
前記第１の光の照射によって前記３次元像で示される情報の加法を行い、前記第２の光の照射によって前記３次元像で示される情報の減法を行えるようにしてなることを特徴とする情報演算装置。
【請求項９】
前記材料はダイヤモンドであることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項記載の情報演算装置。
【請求項１０】
前記材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＰｂＯ、ＣｓＳｅ、またはＣｄＴｅであることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項記載の情報演算装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、以下に示す機能を少なくとも一つ有する電子装置に関する。
・光を検出する機能
・光の光量を検出する機能
・光の照射エネルギーを積算して蓄える機能
・光の照射光量を積算して蓄える機能
・光によって情報を書き込む機能
・光によって書き込まれた情報を読み出す機能
・光を入力とし、電流を出力とする機能
・演算機能
【０００２】
【従来の技術】
光を検出する装置としては、半導体が有する光感度を利用したもの、感光物質を用いたもの、光電効果を利用したもの、等々が知られている。
【０００３】
従来より広く知られている光を検出する装置としては、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力効果を利用したもの、光の照射によって半導体の導電率が変化する光伝導効果を利用したものがある。前者としては、珪素半導体のＰＮ接合やＰＩＮ接合を利用した光電変換素子、後者としては、フォトダイオードやフォトトランジスタが知られている。
【０００４】
紫外線を検出する方法としては、紫外線に感度を持った蛍光物質であるアルカリトライド系蛍光体を用いる方法が知られている。また光電子増倍管等も知られている。これらは紫外線に対し感度を有してはいるが、その情報を積算して記憶する機能を有するものではない。
【０００５】
また、ダイヤモンドを利用した紫外線検出器も提案され、その光感度も測定されている。しかしこれは、ダイヤモンドの有する紫外線に対する光感度を利用したので、通常の珪素等を用いた光電変換装置と原理的に異なるものでない。即ち、紫外線が照射されることでダイヤモンドの電気伝導度が変化する特性を利用したものに過ぎない。そして、照射された紫外線の情報を記憶する機能を有するものではない。
【０００６】
一方、照射された光や放射線の照射量を当該材料の発光現象によって測定する技術も知られている。これは光刺激ルミネッセンス（Optically Stimulated Luminescence:略してＯＳＬ）と呼ばれる現象を利用した技術である。（（固体物理２(SOLID STATE PHYSICS) No.324 Vol.28 1993 p.49 〜58））
【０００７】
このＯＳＬと呼ばれる現象は、EuをドープしたBaFBr やTlをドープしたRbBr等に紫外線あるいは可視光線を照射し、さらに刺激光である赤外線を照射すると、その際の発光量または発光強度が最初の紫外線あるいは可視光線の照射光量に対応するという現象である。
【０００８】
上記の光刺激ルミネッセンス現象は、大体以下の様なモデルで理解される。
蛍光体であるEuをドープしたBaFBr 等にその蛍光体のバンドギャップより大きなエネルギーをもつ紫外線が照射されると、蛍光体中に電子−正孔の対が生成され、それらの一部は格子欠陥や不純物による正孔あるいは電子の捕獲中心に捕らえられる。この捕獲中心はバンドギャップ中の深い所にあるため、室温においてもこの捕獲中心に捕らえられた電子や正孔はその状態で安定に存続する。この捕獲中心の存在するエネルギーのレベルは赤外線領域の持つ光のエネルギーに相当する。従って、このレベルに相当する光を刺激光として蛍光体に照射することにより、捕獲中心に捕獲されていた電子と正孔が再結合し発光する。
【０００９】
この発光強度は紫外線の照射光量に比例する。従って原理的にはこのことを利用して紫外線の照射光量を記憶させ、さらに読み出すという動作を行なうことができる。しかしながら上記現象を利用することにより、照射された紫外線の光量を測定しようとしても、蛍光体の発光強度が小さく実用的ではない。この発光強度を高めるには、蛍光体の膜厚を厚くすることが有用であるが、蛍光体の膜厚を厚くすると、照射する紫外線やその照射された光量を読み出すための刺激光の強度を強くしなければならい。しかしながら、読み出すための光の強度を強くすることは、光照射に従う局所的な加熱が生じ、この熱の周辺への拡散により情報の読み出しの分解能の低下をきたし、さらに蛍光体の膜厚を厚くすることで光の散乱が増大するのでやはり書込みや読み出しに際する分解能が低下してしまう。
【００１０】
以上のように光刺激ルミネッセンス（ＯＳＬと呼ばれる）を利用した紫外線の検出は、刺激光を照射して発光させ、しかもその発光を観測しなければならないという動作に根本的な難点がある。即ち情報の読み出しを行なう動作において、弱い発光を観測しなければならないという根本的な欠点があり、実用性が低い。
【００１１】
〔発明の背景〕
以下において本発明に至る背景について説明する。
図２(a),(b) に示すのは、ダイヤモンド薄膜(21)、一対の電極(22)と(23)、一対の取り出し電極(24)と(25)、から構成されている素子である。図２において、(a) は上面図であり、(b) はＡ−Ａ’の断面図である。
【００１２】
図１には、図２(a),(b) に示す素子のダイヤモンド薄膜(21)に照射される光のエネルギー（PHOTO ENERGY）と光感度（PHOTOSENSITIVITY）の対数値との関係、さらにはダイヤモンド薄膜に照射される光のエネルギー（PHOTO ENERGY）とダイヤモンド薄膜の透過率(TRANSMISSION)との関係が示されている。ここで横軸は光のエネルギー（PHOTO ENERGY）で表記されているが、実際に対応するのは光の波長である。即ち図１における横軸は光の波長を電子ボルト(eV)単位に換算したもの（光子のエネルギーｈνで示されるので、以下光子エネルギーという）である。
【００１３】
図１において、白丸で示されるプロット点は、ダイヤモンド薄膜の透過率の波長依存性を示すものであり、右側のスケールで読み取る。また、黒塗りの三角で示されるプロット点は、180nm 〜380nm （eV単位換算で約6.9ev 〜約3.3eV に相当する）の波長を有する重水素ランプを15μＷ/cm2の強度で照射しながら横軸に示すエネルギーに相当する波長を有する光を照射し、その際におけるダイヤモンド薄膜(21)の光感度を示したものである。また黒丸は、重水素ランプを照射すること無しに、単に横軸に相当する単一の波長を有する光を照射した際の光感度を示したものである。
【００１４】
重水素ランプは、190nm 付近に一番強いスペクトルを有している。そして、それ以上の波長では、ほぼ直線的にその強度は小さくなる。例えば、300nm 付近における照射強度は、190nm 付近における照射強度に比較して、約1/10となる。（光励起プロセスハンドブック第１版（サイエンスフォーラム発行），p91.図８）
【００１５】
また単一の波長を有する光は、分光器によって得たものを用いた。
【００１６】
なお、本明細書においては、波長（λnm）を光子エネルギーのeV単位（Ｅ（λ）で表記される）に換算する概算式として、λ×Ｅ（λ）＝1240を用いることとする。
【００１７】
図１において、白丸で示されるプロット点に着目すると、5.5eV 付近から透過率が急激に低下していることが見て取れる。このことよりこのダイヤモンド薄膜のエネルギーバンドギャップがおよそ5.5eV(波長換算で約230nm 弱に相当）であることが分かる。また黒丸のプロット点に着目すると、照射光の光子エネルギーが高くなるにつれて、即ち照射光の波長が短くなるにつれて、光感度が増大する特性を示していることが見て取れる。
【００１８】
また黒塗りの三角点で示されるプロット点に着目すると、約2.8eV(波長換算で約440nm)以上の光子エネルギーを有する波長領域において、光感度がほとんど一定の値をとり、約５eV（波長換算で約250nm)付近からは重水素ランプによる紫外線の照射が無い場合である黒丸のプロット点と近い値をとることが見て取れる。また、重水素ランプによる紫外線を照射しながら光感度を測定した場合のプロット点（黒塗りの三角点）と重水素ランプによる紫外線を照射しないで光感度を測定した場合のプロット点（黒丸）とを比較した場合、約５eV以上においては、両者のプロット点が示す曲線がほとんど同一の軌跡を示しているのに対し、約５eV以下においては、その曲線の軌跡が大きく異なっていることが分かる。
【００１９】
そしてこの約５eVというエネルギーはダイヤモンドのエネルギーバンドギャップである約5.5eV に極めて近い値であり、両者は概略一致していると見ることができる。
【００２０】
図１を見ると、重水素ランプからの紫外線を同時に照射することによって、約５eV以下（波長換算で約250nm 以上）に相当する光に対する光感度が影響を受けていることが見てとれる。一方、前述のように重水素ランプのスペクトルは、190nm 付近に強いピークを有している。即ち、光子エネルギーに換算して、５eV以上に強いピークを有している。これらのことから、約５eV以下の光子エネルギーの光を照射した際の光感度の値は、重水素ランプからの紫外線の内５eV以上の光の照射に関する情報を含んでいることが結論される。
【００２１】
以上のことから、ダイヤモンドのエネルギーバンドギャップに概略相当する波長より短い波長の紫外線がダイヤモンドに照射された場合、その情報は、同時にダイヤモンドのエネルギーバンドギャップに概略相当する波長より長い波長の光をダイヤモンドに照射し、その際の光感度の値から読み出すことができる、ということが結論される。
【００２２】
図３に図２(a),(b) に示す素子に180nm 〜350nm の波長を有する重水素ランプからの光を照射した時の照射時間(UV IRRADIATION TIME) と光伝導電流(PHOTOCURRENT)との関係を示す。即ち図３は図２(a),(b) に示す素子における、180nm 〜350nm の波長を持つ紫外線に対する光伝導電流の時間依存性を示したものである。この場合の光伝導電流は、ダイヤモンド薄膜(21)に上記重水素ランプからの光を照射した状態で、その間隔が0.7mm の一対の電極(22)と(23)とにバイアス電圧として一定の電圧（約10Ｖ）を印加し、その際にダイヤモンド薄膜(21)に流れる電流値を測定したものである。この測定は、光伝導電流（ピコアンペアオーダー）をオペアンプによって電流増幅し、該増幅された電流を１ＧΩの抵抗によって電圧に変換し、この電圧をプロッターによって出力し、該出力から実際の数値を得たものである。
【００２３】
図３には３つの曲線が示されているが、白丸が34μＷ／cm2 の強度で紫外線を照射した場合のデータであり、黒塗りの三角が15μＷ／cm2 の強度で紫外線を照射した場合のデータであり、黒点（曲線で補間してあるプロット点）が７μＷ／cm2 の強度で紫外線を照射した場合のデータである。
【００２４】
また黒点で示すデータの右端は、パルス状の光伝導電流が流れたことを示すものであるが、このデータは重水素ランプの照射終了後に360nm 〜800nm の波長を有する白色光をダイヤモンド薄膜(21)に照射し、その際に流れる光伝導電流を示すものである。
【００２５】
図３より、重水素ランプの照射光の強さによって、飽和する光伝導電流の値が異なることがわかる。この関係を調べたデータを図４に示す。図４に示すのは、重水素ランプの照射光の強さの対数値（横軸）と、重水素ランプの非照射時における光伝導電流と重水素ランプの照射によって飽和した光伝導電流の対数比（縦軸）との関係を示したものである。即ち図４は、図２(a),(b) に示す素子に紫外線を照射した場合の照射強度と、明と暗の光伝導電流の比との関係を示すものである。
図４より、紫外線の強度と飽和する光伝導電流との関係において、およそ３桁の範囲で明確な比例関係が成立していることが分かる。
【００２６】
さらに、この重水素ランプを用いた紫外線の照射強度（横軸）と光伝導電流が飽和するのに要する時間（縦軸）との関係を示したデータを図５に示す。図５において、縦軸は光伝導電流が90％飽和するまでに要する時間を示す。
【００２７】
図５を見ると、紫外線の照射強度が弱い時は光伝導電流が飽和するのに長い時間を要するが、紫外線の照射強度が強いときは飽和する時間が短いということが分かる。
【００２８】
図３に示すグラフの右側には、ダイヤモンド薄膜(21)に、７μＷ／cm2 の照射強度で重水素ランプからの紫外線を十分照射した後において、同様にダイヤモンド薄膜(21)に、白色光を照射した際における光伝導電流の変化が示されている。図３に示されるように、重水素ランプからの紫外線を照射を止めた(UV OFF)後に、白色光を照射(WHITE LIGHT ON)することで、パルス状の光伝導電流が流れる。
【００２９】
この重水素ランプからの紫外線の照射光量（μＷｓ／cm2 ) と、紫外線の照射後における白色光の照射に従う光伝導電流の最大値（Arbitary Unit(相対値）で示す）との関係を図６のデータ（イ）で示す。（イ）のデータは左側のスケールで読み取る。また、（ロ）のデータは、重水素ランプからの紫外線の照射光量と、５分間白色光を照射した際における光伝導電流の総量（Arbitary unit(相対値))との関係を示し、右側のスケールで読み取る。
【００３０】
光伝導電流の最大値とは、図３に示されているパルス状の光伝導電流の尖頭値（ピーク値）のことを意味する。
【００３１】
図６に示される光伝導電流の総量は、図３に示される白色光の照射に従う光伝導電流の５分間に流れた積分値（図３でいうとその面積、即ち光伝導電流を時間で積分した値）を示すものであり、図６においてはその相対値が示されている。
【００３２】
照射光量は、（照射強度×照射時間）で定義されドーズ量とも呼ばれる。ここでは、その単位はμＷｓ／cm2 で表される。
【００３３】
図６のデータ（イ）を見ると、ダイヤモンド薄膜(21)への紫外線の照射光量と、紫外線照射後において白色光をダイヤモンド薄膜(21)へ照射した際における光伝導電流の最大値とは、比例関係にあることがわかる。また（イ）のデータから、紫外線の各照射強度に対応したプロット点（黒丸、黒三角、白丸）が概略同一直線上に乗っており、このことから、白色光の照射に伴う光伝導電流の最大値は、紫外線の照射強度ではなく、その照射光量を正確に反映したものであることが分かる。
【００３４】
また（ロ）のデータより、ダイヤモンド薄膜に照射された紫外線の照射光量と、紫外線照射後において白色光を５分間照射し、その際に流れた光伝導電流の総量とは比例関係にあることが分かる。このことから、白色光の照射に従う光伝導電流の総量より、紫外線の照射光量を求めることができることが理解される。
【００３５】
以上図６に示す実験データより、
「ダイヤモンド薄膜(21)に照射された重水素ランプからの紫外線の光量を、ダイヤモンド薄膜(21)に照射される白色光に対する光伝導電流の最大値または所定時間内の光伝導電流の総量を測定することで、知ることができる」
ということが結論される。即ち、ダイヤモンド薄膜に照射された紫外線の光量を読み出すための読み出し光として、白色光を用いることが可能であることが結論される。
【００３６】
なお、白色光の照射に従う光伝導電流の最大値の値は、微小な時間における光伝導電流の総量（光伝導電流の値と微小時間との積分値）と考えれることができる。よって、この微小な時間を所定の時間として定義すると、光伝導電流の最大値を測定することも、所定時間内の光伝導電流の総量を測定することも、本質的には同じことであると理解される。
【００３７】
また、図３の右側に示すように、紫外線の照射後に白色光を照射し、その際における光伝導電流の最大値を測定すると、白色光の照射に従って、その最大値は減少していく。このことから、照射された紫外線に関する情報は、白色光の照射に従って読み出されて消去されてしまうことが理解される。
【００３８】
図３に示すのは、読み出し光として360nm 〜800nm の波長を有する白色光を用いた例であるが、単一の波長を有する光を上記の読み出し光として用いた場合のデータを図７に示す。図７は、横軸として波長をｅＶ単位の光子エネルギーに換算した値をとり、縦軸として横軸に相当する波長の読み出し光を照射した際の光伝導電流が最大値から90％減少するまでの時間、即ち光伝導電流が10％に減少するまでの時間をとったものである。なお単一の波長を有する光を得る手段としては、分光器を用いた。
【００３９】
図７を見ると、紫外線の光量を読み出すための読み出し光の波長のエネルギー（光子エネルギー）が小さい程、即ちその波長が長いほど、長い時間をかけて光伝導電流が減少していくことがわかる。また読み出しのための光の波長のエネルギーが大きいと、早く光伝導電流が減少してしまうことがわかる。このことから、紫外線の光量を読み出すための読み出し光の波長のエネルギーが小さい程、読み出してしまうのに時間がかかることが分かる。逆に、波長のエネルギーが大きければ、短時間に読み出してしまうことができることが理解される。
【００４０】
読み出しのための光（読み出し光）を連続して照射すると、その波長によって変化があるものの図３の右側に示されているように光伝導電流が徐々に減少していってしまう。そして十分に読み出し光を照射した後において、即ち光伝導電流が十分減少してしまった後において、一端読み出し光の照射を止め、再び読み出し光を照射しても図３に示すような光伝導電流が流れることはない。このことは、十分な光量の読み出し光を照射すると、照射された紫外線の光量に関する情報は失われてしまうことを意味する。特に図３に示すのは読み出し光として白色光を用いた場合の例であり、この場合図３に示すように短時間でその情報が読み出されてしまう。しかしこのことを利用し、紫外線によって書き込まれた情報を消去することができる。
【００４１】
一方、照射時間の短いパルス光を読み出し光として用いた場合、やはり図６に示すような紫外線の照射光量と読み出し光の照射に従う光伝導電流の最大値との比例関係が得られる。この場合、パルスでもって読み出し光を照射する度に紫外線の照射光量をほぼ正確に反映した光伝導電流の最大値または所定時間内の光伝導電流の総量を得ることができるので、紫外線の照射光量を複数回のわたり読み出すことができる。勿論読み出しを重ねるていくと、徐々に読み出し光の照射に従う光伝導電流の最大値またはその総量は程度の差はあるにしても、徐々に減少していく。
【００４２】
この読み出しの回数は、図７に示すデータによって概略知ることができる。例えば、読み出し光として、2.4eV に相当するエネルギーを有する波長約520nm の光を用い、一回の読み出しに要する照射時間をミリセカンドオーダーとすると、103 回以上の読み出しにおいて紫外線の照射光量を知ることができる。さらにこの場合、単に紫外線が照射されたかどうかを知るだけであるならば、104 回以上の読み出しを行うことができる。当然、読み出しのためのパルス光の波長を短くすると、正確な紫外線の照射光量を読み出すことのできる回数は、図７（縦軸に読み出し回数、横軸にパルス光の波長に相当するエネルギーの値をとればよい）に示すような傾向で減少する。
【００４３】
また、読み出し光としてパルス光を用いた場合でも、その照射強度が大きいと紫外線の照射光量の正確な測定の回数は少なくなる。逆に読み出し光の強度が小さいと、それだけ読み出し回数は多くできることになる。
【００４４】
なお以上図１、及び図３〜図７に示す基礎データは、紫外線の光源として波長180nm 〜350nm の領域を有する重水素ランプを用いた場合のものである。この場合、この重水素ランプの光には、書込み光として作用する波長領域と、読み出し光として作用する波長領域との両方が含まれていることになる。従って、書込み光として作用する波長領域の光の照射光量に関する情報がダイヤモンド薄膜中に書き込まれると同時に、読み出し光として作用する波長領域の光によって、同時に読み出し動作が行われることになる。
【００４５】
しかし、この実験に用いた重水素ランプの照射強度スペクトルは、短波長側が強く、長波長になるに従って低下していく形をしているので、ダイヤモンドのエネルギーバンドギャップに相当する約230nm 以上の波長を有する光の影響は小さいものと考えられる。
【００４６】
この考察を確かめるために重水素ランプの照射と同時に230nm 以上の波長に強い強度分布を有する水銀ランプからの照射光をまず照射し、その後に白色光の照射に従う光伝導電流を測定した。この場合、光伝導電流の値は小さいことが確認されている。従って、約230nm 以上の照射光は、約230nm 以下の波長の光の照射に大きな影響を与えていることが理解される。一方、重水素ランプから照射される約230nm 以上の波長の光の影響は小さいことが理解される。また重水素ランプからの紫外線の照射を行なわずに、水銀ランプからの照射のみを行い、その後に白色光の照射に従う光伝導電流を測定した場合、一応図３に類するような光伝導電流が観測されたが、その値は小さく、また水銀ランプからの照射光の照射光量を測定できるデータではなかった。これは、水銀ランプからの光に含まれる波長領域のほとんどが、ダイヤモンドのエネルギーバンドギャップの値である約5.5eV 以下のエネルギーに相当するものであるからであると考えられる。なおこの現象は、水銀ランプの照射と同時に白色光の照射を行なった場合であっても同様であった。
【００４７】
一方、普通の室内や屋外程度の光（白色光と理解することができる）が照射された状態においては、図３や図６に示すデータが再現性良く得られることが確認されている。即ち、読み出し光が照射されている状態であっても、その読み出し光のスペクトルが当該材料のバンドギャップより十分低い波長に中心を有していれば、書込み光の照射により、照射光量の積算作用を阻害するものでないことが理解される。従って、ダイヤモンドを用いた場合には、普通の屋内や屋外での紫外線の検出はフィルター等を必要とせずに選択的に行なうことができる。
【００４８】
以上の考察によって得られたことを以下にまとめる。
（その１）
ダイヤモンドに照射された当該ダイヤモンドのエネルギーバンドギャップより高い光子エネルギーを有する紫外線に関する情報は、ダイヤモンドのエネルギーバンドギャップより低い光子エネルギーを有する読み出し光に対する光伝導電流から知ることができる。即ち、ダイヤモンドに照射された約230nm より短い波長を有する紫外線に関する情報を、このダイヤモンドに照射される約230nm より長い波長を有する読み出し光により読み出すことができる。特に紫外線の照射光量に関しては、高い精度で読み出すことができる。
（その２）
読み出し光をパルス光とすることで、複数回の読み出しを行うことができる。
（その３）
読み出し光の波長を長くすることで、読み出し回数を多くすることができる。
（その４）
読み出し光の強度を弱くすることで、読み出し回数を多くすることができる。
（その５）
読み出し光として白色光を用いたり、読み出し光の照射光量を多くし、時間をかけて書き込まれた情報を読み出してしまうことにより、照射された紫外線の光量に関する情報を消去することができる。
【００４９】
上記（その１）において、「紫外線に関する情報」というのは、当該ダイヤモンド材料に照射される紫外線の、照射光量、照射の有無、波長の違い、の少なくとも一つの情報に関する情報という意味である。
【００５０】
以下において、照射された紫外線の光量に関する情報がダイヤモンド中においてどの様に蓄えられているか、その動作モデルについて考察する。
図１を見ると、約５eVより低いエネルギーに相当する光をダイヤモンドに照射し、その際の光伝導電流を測定すると、ダイヤモンドに照射された約５eVより高いエネルギーに相当する紫外線の影響が現れると考えることができる。また、黒丸のプロット点と三角のプロット点とは約５eV以下において異なる光感度を有していることが見て取れ、またその相違も約5.5eV 以下のエネルギー全域に渡っていることが分かる。このことより、ダイヤモンド薄膜に照射される紫外線に関する情報は、ダイヤモンドが有する約5.5eV のエネルギーバンドギャップ全域に渡って分布していると考えることができる。
【００５１】
ここで、以下のようなモデルを考え、図１、図３〜図７に示すような実験データについて考察する。
【００５２】
(a) ダイヤモンド結晶中には多くの不純物や格子欠陥が存在しており、これらがエネルギーバンドギャップ全域に渡ってトラップ準位を形成している。
(b) そこで、ダイヤモンド結晶中の電子を励起する紫外線が照射されることで、光励起された電子と正孔が発生し、紫外線の照射光量に関する情報に対応した状態で電子と正孔がこのトラップ準位に捕獲される。
(c) そして、このトラップ準位から励起されるに必要なエネルギーを有する光、即ちダイヤモンドのエネルギーバンドギャップ以下のエネルギーに相当する光が読み出し光として照射されると、トラップ準位に捕獲されたキャリアが励起され、バイアス電圧が加えられた状態であれば、この励起されたキャリアに起因する光伝導電流が流れる。そして、この光伝導電流から紫外線の照射光量が測定される。また図６のデータを見ると、光伝導電流の所定時間内の総量は、紫外線の照射によってトラップ準位より励起されたキャリアの数を反映したものであると理解される。また、図３に示すように白色光により紫外線の光量に関する情報を読み出して消去してしまうということは、紫外線の照射によりトラップ準位に捕獲されたキャリアが全て白色光によって光伝導電流に寄与するキャリアとして励起しつくされた状態と理解することができる。
【００５３】
このモデルによれば、前述の水銀ランプを用いた実験において、水銀ランプからの照射光量を白色光の照射に従う光伝導電流より読み取ることができなかった理由は以下のようにして一応理解される。
【００５４】
水銀ランプの照射強度スペクトルは、そのほとんどが約230nm 以上（250 〜400nm 付近に強いスペクトルを持つ）の波長領域にあるので、極わずかに存在するダイヤモンドのエネルギーバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長の光によって、キャリアはトラップ準位に捕獲されると同時に約230nm 以上の波長の光によって励起されてしまう。言い換えるならば、見かけ上トラップ準位に捕獲されたキャリアの数は極めて少なくなってしまう。
【００５５】
その結果、トラップ準位に捕獲されたキャリアの数に起因する白色光の照射に従う光伝導電流は微小なものとなってしまい、その値は水銀ランプの照射光量を正確に反映したものではなくなってしまう。
【００５６】
なお、水銀ランプからの光の照射と同時に白色光を照射し、その際の光伝導電流を測定した場合において、この光伝導電流から水銀ランプからの照射光量を測定できなかった理由も、そもそもこの場合トラップ準位に捕獲されるキャリアが極めて少ないと見なせる状況が実現されていたためと考えることによって理解することができる。
【００５７】
上記モデルを用いて、図３〜図７に示す実験データを考察した結果を以下に示す。
・紫外線が照射されるに従って電子によってトラップ準位が段々と埋まっていき、最終的には飽和する。
・読み出し光の照射に従う光伝導電流の値は、上記励起された電子が捕獲されたトラップ準位の数及び／またはトラップ準位の深さに関係していると考えられる。
・トラップ準位が埋まっていく割合いは、紫外線のトータルのエネルギー（エネルギーの総量）に依存すると考えられる。
・ダイヤモンドに照射された紫外線のエネルギーの総量によって、トラップ準位に捕獲されるキャリアの数が決まると考えられる。
・白色光の照射に従う光伝導電流は、トラップ準位に捕獲されているキャリアの数及び／またはトラップ準位の深さに依存すると考えられる。即ち、白色光の照射に従う光伝導電流は、ダイヤモンドに照射された紫外線のエネルギーの総量を反映したものであると理解される。
・紫外線のエネルギーとしては、その照射強度の他にその波長の有するエネルギーが考えられ、このことを考慮するならば、紫外線の照射光量を定め、紫外線の波長を変化させた場合、その波長のエネルギーに従ってトラップ準位に捕獲される電子の数が当然異なるはずである。
・よってこの場合、読み出し光の照射に従う光伝導電流の値は、紫外線の波長によって異なるはずである。
【００５８】
以上の考察より、「紫外線の照射光量を一定に定め、異なる波長領域を有する複数の紫外線を個別にダイヤモンドに照射し、さらに読み出し光の照射に従う光伝導電流の値を測定することにより、先に照射された紫外線の波長の違いを検出できる」ということが結論される。なお、図１や図３〜図７のデータが得られた実験は、波長領域即ちその照射強度のスペクトルが同一の紫外線（重水素ランプからの放射光）を用い、その照射光量を変化させることによって、ダイヤモンドに照射された紫外線のエネルギーの総量を変化させた場合であると理解される。
【００５９】
上記の考察結果を実験的に裏付ける実験データが得られている。この実験データは、重水素ランプの光を分光器によって特定の波長領域に分割し、その分割した紫外線を用いて、この紫外線の波長と読み出し光（白色光）の照射に従う光伝導電流の値との関係を調べたものである。この実験データより、波長180nm の紫外線と波長200nm の紫外線とでは、対応する読み出し光の照射に従う光伝導電流の値に相違が確認された。勿論照射光量はそれぞれ等しくなるように努めたことはいうまでもない。しかしながら、重水素ランプの光を分光すると、照射強度が1/10以下に大きく減衰してしまうので、読み出し光に従う十分な大きさの光伝導電流が得られず、紫外線の波長と読み出し光の照射に従う光伝導電流との明確な関係を得ることはできなかった。
【００６０】
ここで上記のモデルについて考察すると、上記のモデルが適用できる材料の条件としては、
（イ）光伝導効果を有する。（光感度を持つ）
（ロ）励起された電子を捕獲する何らかのトラップ準位を有する。
（ハ）エネルギーバンドギャップを有する。
といったことが必要であることが結論される。
上記のような物性は、基本的に半導体と呼ばれている材料全てに備わっているものである。
【００６１】
そこで本発明は、
「ダイヤモンド以外の材料でも上記（イ）〜（ハ）に示す物性を有しているならば、図１及び図３〜図７に示すような光に対する性質を原理的には有しており、その性質を利用することができる」、
言い換えるならば、
「ダイヤモンド以外の材料でも上記（イ）〜（ハ）に示す物性を有しているならば、原理的には図１及び図３〜図７に示すような実験データが得られ、その性質を利用することができる」、
という認識に至り、行われたものである。
【００６２】
上記認識に基づき、材料として上記（イ）〜（ハ）の物性を有する材料を用いるとした場合、前記（その１）〜（その５）の内容は以下のように変更される。
（その１’）
当該材料に照射された当該材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有する光に関する情報は、当該材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有する読み出し光に対する光伝導電流より知ることができる。
（その２’）
読み出し光をパルス光とすることで、複数回の読み出しを行うことができる。
（その３’）
読み出し光の波長を長くすることで、読み出し回数を多くすることができる。
（その４’）
読み出し光の強度を弱くすることで、読み出し回数を多くすることができる。
（その５’）
当該材料のエネルギーバンドギャップより低いエネルギーに相当する光（読み出し光）を、ある程度の波長領域を有せしめて（トータルのエネルギーが大きい）、あるいはある程度の光量（トータルのエネルギーが大きい）でもって、あるいはその照射時間を長くして（トータルのエネルギーが大きい）、当該材料に照射し、書き込まれた情報を読み出してしまうことにより、書き込まれた情報を消去することができる。
【００６３】
なお、上記（その１’）における「光に関する情報」というのは、当該材料に照射される当該材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーに相当する波長を有する光の、照射光量、照射の有無、波長の違い、またはその照射強度のスペクトルの違い（トータルのエネルギーが異なれば、その違いは当然トラップされたキャリアの数に関係する）、の内少なくとも一つに関する情報という意味である。
【００６４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以下に示す機能を少なくとも一つ有する電子装置を得ることを課題とする。
・光の照射光量を測定する機能。
・光の総照射エネルギーに対応した情報を積算して蓄積できる機能。
・光を用いたメモリー機能。
・光を用いた演算機能。
・光を入力とした情報を積算して蓄える機能。
・光によって入力された情報を容易に読み出すことのできる機能。
・光によって入力される膨大な情報を蓄えることのできる機能。
【００６５】
〔発明の基本的な構成〕
本発明は、所定の条件を満たす材料に所定の条件を満たした第１の光を照射し、その第１の光の総エネルギーに対応した情報を当該材料中に書き込むこと、及び前記情報が書き込まれている状態において、所定の条件を満たした第２の光を照射し、その際に当該材料に流れるパルス状の光伝導電流から前記当該材料中に書き込まれた情報を読み出すことを基本的な構成とする。
【００６６】
上記構成において、所定の条件を満たす材料とは、
▲１▼光伝導効果
▲２▼エネルギーバンドギャップ
▲３▼トラップ準位
を有している材料のことであり、例えば気相合成した多結晶ダイヤモンド薄膜を挙げることができる。
【００６７】
上記構成において、所定の条件を満たした第１の光としては、上記所定の条件を満たす材料のエネルギーバンドギャップより、大きな光子エネルギーを有していることが必要である。
【００６８】
上記構成において、所定の条件を満たした第２の光としては、上記所定の条件を満たす材料のエネルギーバンドギャップより、小さな光子エネルギーを有していることが必要である。
【００６９】
第１の光の総エネルギーとしては、例えば照射光量（照射強度×照射時間で示され、単位面積当たりの総照射エネルギー（例えばμＷｓ／cm2 ＝μＪ／cm2 で示される）に対応する）を挙げることができる。
【００７０】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な第１の発明は、
当該材料に照射された第１の光に関する情報を、
当該材料に対する第２の光の照射の際に当該材料を流れるパルス状の光伝導電流によって読み出すことを特徴とする電子装置であって、
当該材料は、光伝導効果と、
エネルギーバンドギャップと、
トラップ準位と、
を有し、
前記第１の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
ていることを特徴とする電子装置、
を要旨とするものである。
【００７１】
上記発明は、第２の光の照射によって当該材料中において光伝導効果が生じ、その電気抵抗が変化することを利用したものである。この際、当該材料に電圧（バイアス電圧）を印加しておくことによって、パルス状の光伝導電流を得ることができる。そしてこの光伝導電流を測定することで、第１の光によって書き込まれた情報を読み出すことができる。この光伝導電流を測定することは、光伝導効果に起因する抵抗値の変化を測定する一つの手段であると考えることができる。
【００７２】
上記発明において、第１の光は当該材料中に情報を書き込む為の書き込み光、第２の光は当該材料から情報を読み出す為の読み出し光として作用する。さらに第２の光は当該材料から情報を引き出す（消去する）光としても作用する。
【００７３】
〔発明の背景〕の項で説明したように、本発明は、第２の光の照射に際して当該材料中を流れる光伝導電流を測定することによって、第１の光の照射光量を知ることができる、という実験事実を利用したものである。実際の動作にあっては、図３に示すようなパルス状の光伝導電流の最大値（パルスの尖頭の値）を測定するか、一定時間内に流れる光伝導電流を時間で積分した値を測定すればよい。この一定時間内に流れる光伝導電流を時間で積分した値は、光伝導電流をＩ(t) で表した場合、∫Ｉ(t)dt で求められる。この値は当該材料中のトラップ準位から読み出されたキャリアの数に相当する。
【００７４】
光伝導効果とは、光の照射によって電子─正孔対が生成され、これらの電子または正孔が電気伝導のキャリアとなり、その電気抵抗が低下する（導電率が高くなる）現象をいう。
【００７５】
上記発明で規定する、
「当該材料は、光伝導効果と、
エネルギーバンドギャップと、
トラップ準位と、
を有した材料」
としては、一般に半導体と言われる材料を挙げることができる。特に好ましい材料としては、多結晶薄膜ダイヤモンドを挙げることができる。また、他に単結晶ダヤモンド、SiC 、その他のワイドバンドギャップ半導体材料（例えば立法晶窒化硼素、ZnO 、ZnS 、ZnSe、ZnTe、CdS 、AlN ）を挙げることができる。勿論、ワイドバンドギャップを有するその他化合物半導体を用いることもできる。なおこれら半導体の導電型はＰ型、Ｉ型、Ｎ型の何でもよく、必要に応じて選択することができる。また不純物を添加し、その電気的特性（例えば導電率やバンドギャップ）を制御したものを用いることができる。
【００７６】
また、Si、Ge、Se、AlAs、AlSb、GaP 、GaAs、GaSb、InP 、InAs、InSb、PbO 、CsSe、CdTe、その他化合物半導体、及びこれらの材料に不純物を添加した材料が利用可能である。勿論、その導電型はＰ型、Ｉ型、Ｎ型の何でもよい。
【００７７】
また上記に挙げたような半導体材料の積層体を用いてもよい。
【００７８】
しかし実用に際しては、ダイヤモンドのようにワイドバンドギャップ材料でしかも結晶構造が強固な材料であるとが好ましい。例えば、アモルファスSiのように、強い光照射によって、光に対する物性が劣化してしまうような材料は好ましくない。これは、第２の光（読み出し光）の照射に従って変化する当該材料の抵抗の変化が、トラップ準位から励起されたキャリアに依るもの以外に、当該材料の変質（例えば劣化や結晶化等の結晶構造の変化、言い換えるならば分子レベルの構造変化）によっても生じてしまい、その影響が無視できなくなるからである。
【００７９】
本発明の主要な他の発明は、
前記第１の発明において、第１の光の照射後に第２の光を照射すること、
を要旨とするものである。
第１の発明においては、第１の光の照射のタイミングと第２の光の照射のタイミングとの関係は明らかでない。因果律を考えれば、第２の光を照射した後に第１の光を照射することがないことは明らかであるが、この発明においては、第１の光の照射の後に第２の光の照射を行うことによって、第１の光の照射に関する情報を得るものである。
【００８０】
本発明の他の主要な発明は、
前記第１の発明において、第１の光と同時に第２の光を照射すること、
を要旨とするものである。
この発明の構成を採った場合、第２の光が照射される以前において照射された第１の光の情報を得ることができる。
【００８１】
本発明の主要な他の発明は、
前記第１の発明において、当該材料に照射された第１の光に関する情報が、この第１の光の当該材料に対する照射光量であること、
を要旨とするものである。
これは、多結晶ダイヤモンドにおいて得られた図６に示すデータに示されるように、第１の光の当該材料に対する照射光量を第２の光の照射によって読み出すことを要旨とする。
【００８２】
例えば、当該材料に一対の電極を設け、該一対の電極間にバイアス電圧を加えた状態で、第１の光をこの一対の電極間に照射し、しかる後に第２の光を照射し、その際に一対の電極間に流れた電流（光伝導電流）を測定することにより、図６に示すような第１の光の照射光量と光伝導電流の最大値、または第１の光の照射光量と光伝導電流を時間で積分した値、との関係を得ることができる。
【００８３】
第２の光の照射に従う光伝導電流は、図３に示すようなパルス状のものであり、実際の測定に当たっては、その最大値を測定するか、所定時間内の積分値を測定し、予め求めておいた図６に示すような関係を用いて第１の光の照射光量を知ることができる。
【００８４】
上記のパルス状の光伝導電流の最大値を測定することは、光伝導電流が流れ始めた直後の微小時間Δｔの間の光伝導電流の積分値と理解することができる。また、この光伝導電流（ここではＩで表記する）の積分値は、∫Ｉ(t)dt ＝Ｑ（電荷量）で示されるように電荷量を測定することを意味する。この電荷量Ｑは、第２の光によって当該材料中のトラップ準位から励起されたキャリアの数に対応するものといえる。
【００８５】
上記のような動作は、第１の光の照射光量を入力とした、一種のメモリーとして理解することができる。勿論一番簡単な動作として、単に第１の光が照射されたかどうかを、第２の光の照射に従う光伝導電流を測定することによって知ることもできる。即ち単位０または１という情報を扱うこともできる。
【００８６】
なお照射光量は、照射強度と照射時間との積で定義され、照射強度Ｉが時間に依存する場合は、∫Ｉ(t)dt で示される。また、その単位は例えばμＷｓ／cm2 で示される。また、本明細書中においては照射光量の概念を主に用いて説明を行うが、照射時間を単位時間に限定した場合には、照射強度の概念を用いて同様な議論を展開することができる。
【００８７】
この照射光量は、単位面積当たりに照射される光の総エネルギーであると理解することができる。これは、照射光量の単位の一例であるμＷｓ／cm2 は、μＪ／cm2 と等価であることを考えれば容易に理解できる。またこの単位面積当たりに照射される光の総エネルギーは、単位面積当たりに照射される光に含まれる全ての光子のエネルギーの和であると考えることもできる。即ち、この光の総エネルギーは、単位面積に照射された全ての光子の和（Σｈν）と考えることができる。
【００８８】
また、第１の光が照射されている最中において、第２の光を照射した場合は、第２の光が照射される以前において照射された第１の光の照射光量の積算値（照射強度を照射時間で積分した値）を光伝導電流の値から知ることができる。
【００８９】
本発明の他の構成は、
前記第１の発明において、当該材料に照射された第１の光に関する情報が、第１の光の波長の違いに関するものであること、
を要旨とするものである。
〔発明の背景〕の項で説明したように、第２の光によって読み出せるのは、第１の光の照射光量のみではなく、その波長の違いに関する情報をも含まれる。例えば、第１の光として、その照射光量が同じで、波長の違う２種類の光を用いた場合、この２種類の光はその光子エネルギー(hν) が異なるので、単位面積当たりに照射される光の総エネルギーは異なることになる。従って、第２の光の照射に際する光伝導電流の値は異なることになる。よって、この違いから、２種類の光の内どちらが照射されたかを判定することができる。
【００９０】
本発明の他の主要な構成は、
前記第１の発明において、当該材料に照射された第１の光に関する情報が、第１の光の波長と照射光量との組み合わせで構成されること、
を要旨とするのである。
【００９１】
例えば、第１の光を照射する手段として、２種類の波長の光を２種類の照射強度で照射できるものを用いた場合、それぞれの波長とその照射強度を適当に選ぶことによって、複数の組み合わせを情報として利用することができる。
【００９２】
その波長を特定できる単一の波長を有する光、例えばレーザー光や分光器で分光した光、さらには特定の波長の領域に強いスペクトルを有しており、単一波長と見なせる光を用いることが好ましい。
【００９３】
本発明の他の主要な構成は、
前記第１の発明において、
第１の光に関する情報として、第１の光のスペクトルを利用すること、
を要旨とするものである。
第１の光としてそのスペクトルが異なり、その照射光量が等しい２種類の光を用意した場合、当然そのスペクトルの違いに起因して光子エネルギーの総量（Σｈν）が異なるので、この２種類の光によって当該材料に書き込まれた情報は異なることになる。
【００９４】
なお、特別な場合として、そのスペクトルが異なっても、光子エネルギーの総量（Σｈν）が同じ値に成る場合も考えられる。この場合、その照射光量が同一であるならば、その照射の違いは判別できないことになる。
【００９５】
なお、第５の発明のように、その波長が異なる光を用いた場合も、そのスペクトルが異なる光ということができる。
【００９６】
本発明の他の主要な構成は、
前記第１の発明において、第１の光の波長の下限と、第２の光の波長の上限とは、当該材料の持つ光感度によって決まること、
を要旨とするものである。
【００９７】
前述の〔発明の背景〕の項で説明したように、本明細書中に記載されている発明（例えば第１の発明）は、当該材料が光感度を有していることを利用したものである。従って、当該材料が感度を示さない波長の光を第１の光、または第２の光として利用しても所望の効果を得ることはできない。
【００９８】
従って、当該材料が実用上利用できる光感度を有している波長領域から、第１の光と第２の光とを選択することが必要である。
【００９９】
例えば図１には、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法で形成された多結晶薄膜ダイヤモンドが約1.3eV(波長約950nm)〜約6.2eV(波長約200nm)の波長領域において、光感度を有していることが示されている。この場合は、この波長領域の中から第１の光、及び第２の光を選択することができる。なおこの場合、第１の光の波長の下限を決める光感度の値と、第２の光の上限を決める光感度の値とは同一とはならない。
【０１００】
本発明の主要な他の発明は、
前記第１の発明において、当該材料はダイヤモンドであり、
第１の光の波長の下限はγ線またはＸ線の領域であり、
第２の光の波長の上限は可視光線または赤外線の領域であること、
を要旨とするものである。
【０１０１】
天然ダイヤモンドが、γ線やＸ線の領域においても光感度を有していることは知られている。従って、天然ダイヤモンドに限らず、ＣＶＤ法や高圧法で形成されたダイヤモンドにおいても、γ線やＸ線に対して光感度を有していると考えられる。
【０１０２】
また、本発明者らの実験によれば、ＣＶＤ法で形成した多結晶薄膜ダイヤモンド（15μｍ厚）は、波長1200nmの赤外光に対しても光感度を有していることが確認されている。従って、この場合第２の光の波長の上限は、赤外線の領域であることが結論される。
【０１０３】
本発明の主要な他の構成は、
前記第１の発明において、第１の光の波長の下限は、紫外線の領域であり、
第２の光の波長の上限は、赤外線の領域であること、
を要旨とするものである。
【０１０４】
ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ材料を用いる以外においては、第１の光の波長の下限を紫外線領域またはＸ線領域、さらにはγ線領域とすることができる。勿論、材料や作製方法、さらには添加物の有無等によって、利用できる波長の下限が限定されることが考えられる。この場合は、実験的に利用でき波長の下限を決定する必要がある。
【０１０５】
また、第２の光の波長の上限は、赤外線の領域とするのが好ましい。勿論、使用する材料によって、第２の光の波長の上限の正確な値は異なるので、実際の波長の上限の設定に当たっては、実用上必要とする光感度が得られるか否か、さらには必要とする光伝導電流が得られるか否かを考慮する必要がある。
【０１０６】
本発明の主要な他の構成は、
前記第１の発明において、第１の光の光子エネルギーをＥ1 とし、第２の光の光子エネルギーをＥ2 とし、当該材料のエネルギーバンドギャップの値をＥg とすると、
Ｅ1 ＞Ｅg ＞Ｅ2 
が成り立つこと、
を要旨とするものである。
【０１０７】
光子エネルギーがＥg の光は、第１の光と同時に第２の光として作用すると考えられ、この場合は、
Ｅ1 ≧Ｅg ≧Ｅ2 
と表記されることになる。
しかしながら、図１に示すように一般にＥg の値は不明確であり、その値を特定することはできない。従って実用上は、Ｅg の値に多少の幅を認めて、上記のような関係式を満たす光を選択することが好ましい。
【０１０８】
本発明の主要な他の構成は、
前記第１の発明において、第１の光の照射によって所定の情報を当該材料中に入力すること、
を要旨とするものである。
即ち、第１の光に所定の情報を与え、この情報を当該材料中に入力、即ち書き込むことを要旨とするものである。
【０１０９】
第１の光に所定の情報を与える例を以下に説明する。
例えば、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量をＡという情報に対応させ、2000μＷｓ／cm2 の照射光量をＢという情報に対応させ、照射無しをＣという情報に対応させるとする。これで３種類の情報を当該材料に入力できることになる。当然、この３種類の情報は第２の光の照射に従う光伝導電流の値によって読み出すことができる。
【０１１０】
本発明の主要な他の構成は、
当該材料に照射された第１の光に関する情報を、
当該材料に対する第２の光の照射の際の当該材料の電気抵抗、
または当該材料に対する第２の光の照射の際に当該材料を流れる光伝導電流、
によって読み出すことを特徴とする電子装置であって、
当該材料は、光伝導効果と、
エネルギーバンドギャップと、
トラップ準位と、
を有し、
前記第１の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
前記第１の光の照射によって所定の情報が当該材料中に入力され、
該入力された情報は、積算して蓄えられること、
を要旨とするものである。
【０１１１】
上記発明は、第１の光によって当該材料中に入力（書き込まれた）された情報が、積算して当該材料中に蓄えられること、即ちメモリー機能を有していることを特徴とする。
【０１１２】
例えば、当該材料に対し、 100μＷ／cm2 の照射強度で第１の光を30秒間照射すると、3000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が当該材料中には蓄積される。そして、この状態で第２の光を照射し、その際の光伝導電流を測定すると、3000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する出力を得ることができる。
【０１１３】
また、照射強度Ｉが時間的に変化する場合には、∫Ｉ(t)dt が積算された照射光量として当該材料中に蓄積される。
【０１１４】
さらに別な例を考える。
例えば、当該材料に第１の光が何ら照射されていない状態を考える。
次に、第１の光を1000μＷｓ／cm2 の照射光量で照射する。
この状態で、当該材料中には上記1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が蓄積されている。ここで第２の光を照射し、その際の光伝導電流を測定することで、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する出力を得ることができる。
【０１１５】
ここで第２の光の照射を行わずに、さらに第１の光を1000μＷｓ／cm2 の照射光量で照射すると、当該材料には合計で2000μＷｓ／cm2 の照射光量で第１の光が照射されたことになる。
【０１１６】
この状態で第２の光を照射し、その際の光伝導電流を測定すると、第１の光が2000μＷｓ／cm2 の照射光量で照射された際の出力を得ることができる。
即ち、1000μＷｓ／cm2 の照射光量の第１の光を２回に分けて照射すると、当該材料中にはそれぞれの照射光量が積算されて蓄えられることになる。
【０１１７】
本発明の他の主要な構成は、
当該材料に照射された第１の光に関する情報を、
当該材料に対する第２の光の照射の際に当該材料を流れるパルス状の光伝導電流によって読み出すことを特徴とする電子装置であって、
当該材料は、光伝導効果と、
エネルギーバンドギャップと、
トラップ準位と、
を有し、
前記第１の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
前記第１の光の照射によって所定の情報が当該材料中に入力され、
該入力された情報は積算して蓄えられ、
該積算して蓄えられた情報の内、所定の情報を引き出すこと、
を要旨とするものである。
【０１１８】
上記発明において、「所定の情報を引き出す」というのは、例えば第１の光の照射によって入力された2000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報から、1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報を消去することを意味する。この場合、当該材料中に残存する情報は、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応したものとなる。
【０１１９】
当該材料中から情報を引き出すには、所定の光量で第２の光の照射を行えばよい。〔発明の背景〕の項において、図３や図７を用いて説明した様に、第１の光によって当該材料中に書き込まれた情報は、第２の光の照射による読み出し行為によって少なからず減少する。このことを利用して、当該材料中に書き込まれた情報の消去を行うことができる。また、全部の情報を消去するのではなく、一部の情報のみを消去することもできる。即ち、所定の情報を消去することができるような光量または特定の波長の光（これらの光は第２の光として必要な条件を満足しなければならない）を照射することによって、所定の情報のみを消去することができる。
【０１２０】
例えば上記の例でいうと、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応した情報を消去することによって、すでに当該材料中に書き込まれている2000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応した情報から1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応した情報を引き出す、という動作を実現することができる。
【０１２１】
ここで、所定の情報の書き込み、さらには引き出し、という動作を実現できることになる。即ち、1000μＷｓ／cm2 の照射光量で第１の光を当該材料に照射すれば、1000μＷｓ／cm2 に相当する情報を当該材料中に書き込むことができ、さらにまた1000μＷｓ／cm2 に相当する情報を消去してしまう光量の第２の光を照射すれば、当該材料中から1000μＷｓ／cm2 に相当する情報を引き出すことができる。
【０１２２】
このことを利用すると、例えば、
「1000μＷｓ／cm2 の第１の光の照射光量を１単位の情報に対応させ、まず最初に５単位の情報（5000μＷｓ／cm2 の第１の光の照射光量に対応）を第１の光の照射によって当該材料中に書き込み、次にその５単位の情報から２単位の情報を第２の光の照射によって引き出し、当該材料中に残存する情報を３単位とする」
といった演算処理を行うことができる。
【０１２３】
上記の説明においては、取り扱う情報が第１の光の照射光量に対応させたものであるが、この情報としては、第１の光の波長の違いに対応させたものであってもよい。この場合、ｘ1nm の光をＡという情報、ｘ2nm の光をＢという情報、という様にすればよい。
【０１２４】
また、第１の光の照射光量と波長の違いとを組み合わせたものを情報として用いてもよい。この場合、波長ｘ1nm でその光量がｙ1 μＷｓ／cm2 の第１の光をＡという情報に対応させ、波長ｘ2nm でその光量がｙ2 μＷｓ／cm2 の第１の光をＢという情報に対応させ、という様にすればよい。
【０１２５】
本発明の他の主要な構成は、
前記第１の発明において、第２の光の照射に際して減少する、あるいは自然に減少する当該材料に書き込まれた情報を補充するために、対応する光量の第１の光を照射する機能を有すること、
を要旨とするものである。
【０１２６】
上記発明は、第１の光を照射することによって、当該材料中に所定の情報を書き込むことができることを利用したものである。図３や図７を用いて説明したように、当該材料中に書き込まれた情報は、読み出し行為によって程度の差はあれ減少する。そこで、一回の読み出し行為によって、どれほどの情報が失われるのかが分かれば、その損失分を第１の光の照射によって回復することができる。即ち、失われた分の情報を新たに書き込めば、見かけ上一定の情報を維持することができる。
【０１２７】
前述のように第１の光の照射によって所定の情報を書き込み、第２の光によって所定の情報を引き出す（消去すると考えてもよい）ことができる。これは第２の光の照射によって少なからず当該材料中に書き込まれた情報が引き出されてしまうことを利用したものである。しかし逆に第１の光の照射によって、この引き出されてしまう分の情報に対応する情報を当該材料中に書き込んでやることも当然可能である。
【０１２８】
以下に動作例を示す。
まず、第１の光の照射光量に対応させてＡ1 ＝100 μＷｓ／cm2 、Ａ2 ＝200 μＷｓ／cm2 、Ａ3 ＝300 μＷｓ／cm2 、Ａ4 ＝400 μＷｓ／cm2 、Ａ5 ＝500 μＷｓ／cm2 、とＡ1 〜Ａ5 まで５つの情報を設定する。
ここでＡ1 の情報が当該材料中に書き込まれているとする。
ここで第２の光を照射し、その際の光伝導電流を測定することにより、Ａ1 の情報を読み出すとする。すると、程度の差はあれ、次回の読み出しの際には、光伝導電流が減少することになる。
【０１２９】
勿論、第２の光として波長が長く、照射強度の小さいパルス光を用いた場合等は、その差を無視できる場合もある。即ち、１回目の読み出し２回目の読み出しとを比較すると、光伝導電流の減少分がほとんど無視できる場合もある。
【０１３０】
さて、上記Ａ1 の情報の読み出しによって、20μＷｓ／cm2 の第１の光の照射光量に対応する情報が失われた（消去されたまたは引き出されたと考えることもできる）とする。即ち、Ａ1 の情報の読み出しを行い、再びＡ1 の情報の読み出しを行うと、２回目めの読み出しの際には、その出力（第２の光の光伝導電流によって与えられる）が80μＷｓ／cm2 の第１の光の照射光量に対応するのとなってしまう場合を考える。
【０１３１】
この場合、Ａ1 の情報を読み出した後に、第１の光を20μＷｓ／cm2 の照射光量で照射することで、Ａ1 の情報は維持されることになる。ここでは、当該材料中に書き込まれたＡ1 の情報を維持することについて説明したが、Ａ1 以外の情報についても同様な方法によってその情報を維持することができる。この場合、それぞれの情報を読み出すと、どれほどの情報が減少するか予め測定しておけばよい。
【０１３２】
また、本発明者らによる基礎的な実験によれば、一端書き込まれた情報は、何らの作用を及ぼさなくても長期間（数十時間単位）の放置によって減少することが判明している。従って、書き込み行為と読み出し行為との時間的間隔が開いている場合は、その減少分を補充する必要がある。この場合も、一定時間にどれほどの情報が減少するかを予め測定し、その一定時間毎に減少分に相当する第１の光の照射光量を照射し情報の維持を行えばよい。この当該材料中に書き込まれている情報を維持するために行う第１の光の照射間隔は、実施態様や当該材料の種類によって、数ｎ秒〜数百時間、好ましくは数μ秒〜数十時間の間で設定すればよい。
【０１３３】
以上の説明においては、対応する第１の光の照射光量によって、所定の情報を維持する例を挙げて説明を行った。しかし、当該材料に所定の情報を書き込む手段としては、第１の光の照射光量によるもののみではなく、その波長を変化させることによっても可能であるので、第１の光として適当な波長の光を適当な光量で照射することによって、以上の動作を行う方法を採用してもよい。
【０１３４】
例えば、書き込み光である第１の光の波長がｘ1nm 、その光量がｙ1 μＷｓ／cm2 であるとした時、上記の説明においては、ｘ1nm の光を用いて失われた情報の書き込み（補充）を行う例を示した。しかし、第１の光としての条件を満たす光であれば、ｘ1nm 以外の波長の光（例えばその波長をｘ2nm とする）であっても同様な作用を及ぼすことが原理的には可能である。この場合は、波長ｘ1nm の光の照射によるものと概略同様な数のキャリアを当該材料中のトラップ準位に捕獲させ得るように、波長ｘ2nm の光の照射光量を定めればよい。即ち、同じ情報量を書き込めるように、第１の光として同じ総照射エネルギーを有する光を選択すればよい。
【０１３５】
本発明の他の構成は、
前記第１の発明において、当該材料が異種導電型の接合、またはショットキー接合を有していること、
を要旨とするものである。
【０１３６】
光を検出する素子として、フォトダイオードやフォトトランジスタが周知である。これらの素子は、異種半導体の接合（例えばPN接合）によって生じる内部電界の作用を利用して、光照射によって発生したキャリアを効率良く取り出そうとするものである。
【０１３７】
光伝導電流を得る方法としては、前述のようにバイアス電圧を当該材料に印加しておくのが簡単である。一方、光の照射によって励起生成されたキャリアを効率良く電極に導く方法として、異種導電型の接合を利用することができる。これら異種導電型の接合の形態としては、PN接合、IN接合、IP接合、PIN 接合がある。また上記異種導電型の接合の他に、ショットキー接合を利用することも可能である。
【０１３８】
本発明の他の主要な構成は、
光伝導効果と、
エネルギーバンドギャップと、
トラップ準位と、
を有した材料を用いた電子装置であって、
当該材料には、所定の情報が書き込まれる複数の素子領域が形成されており、
当該素子領域に第１の光を照射する手段と、
当該素子領域に第２の光を照射する手段と、
当該素子領域に流れるパルス状の電流を測定する手段と、
を有し、
前記第１の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有している構成を要旨とする。
【０１３９】
上記発明において、一つの素子領域を第１の発明で規定される電子装置として見ることができる。従って、これまで説明した他の発明の構成は、この素子領域に適用できる。前述したように、第１の発明で規定される電子装置は、第１の光の照射光量に対応させた情報、または第１の光の波長の違いに対応させた情報、または第１の光の照射光量と波長の組み合わせに対応させた情報、または第１の光のスペクトルの違いに対応させた情報を扱った、センサー機能、メモリー機能、演算機能を有している。上記発明は、このような機能を有する素子が複数設けられており、複雑な情報を扱うことのできる電子装置を提供するものである。従って各構成要素の説明は、特に断らない限り、前述においてしたものと同様である。
【０１４０】
上記発明において、
「当該素子領域に流れるパルス状の電流を測定する手段」
としては、当該素子領域に設けられた一対の電極と、該一対の電極にバイアス電圧を印加するバイアス電源、流れる電流を抵抗によって電圧に変換し、その電圧を測定する電圧計、該電圧計によって測定された電圧から光伝導電流の値を測定する手段、該手段によって得られた値を積算する手段、その他必要とされる演算装置やメモリー装置を備えている構成を挙げることができる。
【０１４１】
本発明の他の主要な構成は、
第１の光の照射によって当該素子領域に所定の情報を書き込み、第２の光の照射によって、当該素子領域に書き込まれた情報のうち、所定の情報を引き出すこと、あるいは第２の光の照射によって前記所定の情報を読み出すこと、
を要旨とするものである。
【０１４２】
「所定の情報を引き出す」というのは、前述のように第２の光（または第２の光の条件を満たす光）の照射によって、所定の情報を消去してしまうことを意味する。これは、第２の光の照射によって、当該素子領域中のトラップ準位中に捕獲されているキャリアを励起させることにより、その保持されている情報を減少させることであると理解される。
【０１４３】
「所定の情報を読み出す」というのは、当該素子領域に第２の光を照射し、その際の光伝導電流の値を測定することにより、当該材料中に書き込まれている情報（例えば第１の光の照射光量に対応した情報）を読み出すことをいう。
【０１４４】
上記構成を採ることによって、複数の素子領域において、所定の情報を書き込み、さらには書き込まれた情報を読み出し、さらには書き込まれた情報を引き出し、といった演算機能を有する電子装置を得ることができる。この電子装置の特徴は、それぞれの素子領域において、情報を積算して蓄えることができ、その情報を自由に引き出したり（消去）書き込んだりすることができ、しかも積算して蓄えられている情報を外部に出力（読み出す）することができるという点である。
【０１４５】
当該材料中に複数の素子領域が設けられている構成の例としては、図８で示されるような薄膜材料（例えば多結晶薄膜ダイヤモンド）表面にＡmnで表記される複数の素子領域がマトリックス状に設けられている例を挙げることができる。
【０１４６】
ここで一つの素子領域で、第１の光の照射光量に対応させた情報を扱う場合を考える。ここでは、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量を１単位の情報として、０から３単位までの情報を扱うものとする。即ち、０単位の情報は、第１の光の当該素子領域における照射無しに対応し、１単位の情報は、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応し、２単位の情報は、第１の光の2000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応し、３単位の情報は、第１の光の3000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応し、という状態を設定する。この場合、１単位の情報が２回続けて書き込まれれば、当該素子領域には２単位の情報が蓄積されることになる。そして２単位の情報が書き込まれている状態において、第２の光の照射によって１単位の情報の引き出しを行えば、当該素子領域に蓄積されている情報は１単位ということになる。
【０１４７】
この場合、０〜３単位までの４種類の情報が、マトリックス状に設けられたｍ×ｎ個所の素子領域おいて扱われることになる。従ってこの場合、ｍ×ｎのマトリックス演算（行列演算）が実行できることになる。
【０１４８】
また、一つの素子領域に書き込まれた情報を画素として、２次元像で示される情報を扱うこともできる。
【０１４９】
前述においてマトリックス状の情報を扱う構成について説明したが、一つの素子領域を例えば数μｍ角とた場合、一つの素子領域を画素として画像情報を構成することができる。勿論、視覚的に認識することのできるものではないが、例えば３単位の情報を当該素子領域において扱う場合を考えた場合、１単位の情報を黒に対応させ、２単位を黒と白との中間色に対応させ、３単位を白に対応させ、それらを２次元平面において組み合わせることにより、白黒画像の情報を構成することができる。
【０１５０】
また画像情報の加法（足し算）や減法（引き算）を行うことができる。これは画像情報の重ね書きや、差引を行うことに相当する。このことを利用すると、画像情報に対応させた情報の演算を行うことができる。
【０１５１】
これらマトリックス情報、あるいは画像情報の演算において、加法は第１の光の照射によって行い、減法は第２の光の照射によって行なわれる。
【０１５２】
一つの素子領域において、情報の加法は、情報を積算していくことであり、これは第１の光を照射することによって実現される。また、情報の減法は、当該素子領域から情報を引き出すことであり、これは第２の光を照射することによって実現される。勿論、所定の情報を加法したり減法したりする際に必要な第１の光の照射光量、あるいは第２の光の照射光量は、予め定めておく必要がある。例えば、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報を引き出すのに必要な第２の光の照射光量は、予め定めておく必要がある。
【０１５３】
なお、上記構成において、情報を読み出すための光と情報を引き出すための光とを、別個に設けてもよい。例えば、読み出しに際しての情報の減少をなるべく少なくするために、読み出し用の光の波長は長波長とし、情報の引き出し用の光は、所望の光子のエネルギーを得るために短波長の光とする、というようにすることができる。
【０１５４】
また一つの素子領域に書き込まれた情報をＺ軸とし、複数の素子領域で構成される平面をＸ軸及びＹ軸で示すことにより、３次元像で示される情報を扱うことができる。
【０１５５】
一つの素子領域には、重みを付けた情報を加算して書き込むことができる。従って、２次元平面に設けられた素子領域で２次元情報を構成し、さらに各素子領域に書き込まれた情報を１次元情報として利用することにより、３次元像に対応させた情報を構成することができる。そしてこの３次元像に対応させた情報の加法、減法を行うことができる。
【０１５６】
素子領域がマトリックス状に配置されているのに対応させて、第１の光を照射する手段をマトリックス状に配置させることは有用である。
【０１５７】
情報の書き込み読み出し、さらには引き出し等を高速に行うためには、各素子領域に対応させた光照射手段を設けることが有用である。即ち、各素子領域がマトリックス状に配置されている場合、第１の光の照射手段をも同様にマトリックス状に配置させることによって、演算の高速化を計ることができる。
【０１５８】
さらに第２の光を照射する手段をもマトリックス状の配置とすることによって、さらに高速演算を計ることができる。
【０１５９】
これらマトリックス状に配置された第１の光または第２の光の光照射手段としては、各素子領域に対応させて半導体レーザー等を配置する方法や、一つまた複数の光源からの光を導く光ファイバーや光導波路によって各素子領域に光が導かれる構成を挙げることができる。
【０１６０】
本発明の他の主要な構成は、
当該材料に対して照射した第１の光の照射光量が、
当該材料に対する第２の光の照射に従って当該材料を流れるパルス状の光伝導電流に比例することを利用した電子装置であって、
前記当該材料は、
光伝導効果と、
エネルギーバンドギャップと、
トラップ準位と、
を有し、
前記第１の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより大きな光子エネルギーを有し、
前記第２の光は、当該材料のエネルギーバンドギャップより小さな光子エネルギーを有し、
ていることを要旨とする。
【０１６１】
上記発明は、図６に示すように、当該材料に対する第１の光の照射光量が、当該材料に対する第２の光の照射に従う光伝導電流の最大値、または所定時間内の積分値に比例することを利用したものであって、光センサー素子、光メモリー素子、光演算素子に応用できる。
【０１６２】
また本発明は、当該材料に照射された当該材料のエネルギーバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長を有する第１の光に関する情報を、
当該材料のエネルギーバンドギャップより低いエネルギーに相当する波長を有する第２の光の照射に従う当該材料の物性の変化によって得ることを特徴とするということもできる。
【０１６３】
ここで、当該材料の物性の変化は、当該材料中において第２の光のエネルギーによって励起されるキャリアに起因するものである。この当該材料の物性の変化は、当該材料の電気抵抗の変化、即ち光伝導効果として現れる。この物性の変化を電気的に読み取るには、一対の電極間においてバイアス電圧を加えた状態において、第２の光を照射し、その際に前記一対の電極間に流れるパルス状の光伝導電流を測定すればよい。
【０１６４】
また以上説明した発明の構成において、読み出し光をパルス状のものとすることによって、読み出し回数の増大を計ることができる。読み出し光をパルス状とした場合には、その照射に従う光伝導電流もパルス状のものとなる。従って、読み出しの際の出力は、パルス状の光伝導電流によるものとなる。また、当該材料への情報の書込みや情報の引出しに際して、パルス光を用いて情報の単位を構成することは有効である。例えば、１または複数パルスを情報の単位として用いることは有効である。
【０１６５】
【作用】
まず、当該材料のエネルギーバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長の第１の光を当該材料に照射する。この際、この照射された第１の光に関する情報が当該材料中に蓄えられる。この第１の光に関する情報は、照射される第１の光の総エネルギーに対応する。具体的には、第１の光の照射光量、または第１の光の波長の違い、または第１の光のスペクトルの違い、またはそれらの組合せによって、この第１の光に関する情報は表される。
【０１６６】
そして第１の光が照射されている状態、あるいは照射された後において、当該材料に当該材料のエネルギーバンドギャップより低いエネルギーに相当する波長を有する第２の光を照射し、この際のパルス状の光伝導電流の最大値あるいは所定の時間内に流れる総電流値を測定することで、この測定が行われる以前において当該材料に照射された第１の光に関する情報を得ることができる。特に、第１の光の照射光量に関しては、正確にその値を読み出すことができる。
【０１６７】
また、第２の光の照射によって、所定の情報を引き出す（消去する）ことができる。このことを利用し、第１の光の照射による情報の書込み、第２の光の照射による情報の引出し、即ち加法（足し算）と減法（引算）を行うことができる。当該材料中に書き込まれている情報の読み出しは、第２の光の照射によるパルス状の光伝導電流を測定することで行なうことができる。また、第１の光の照射によって、当該材料中に書き込まれた情報の維持を行うことができる。
【０１６８】
【実施例】
以下に示す実施例は、材料としてダイヤモンドを用いた場合の例であるが、前述の条件（イ），（ロ），（ハ）を満たす材料であれば、基本的に以下の実施例の構成においてダイヤモンドの代わりに用いることができる。尚以下に示す実施例において、ダイヤモンド以外の材料を用いた場合であっても、当該材料のエネルギーバンドギャップをＥg とし、第１の光（書込み光）の波長に相当するエネルギー（光子エネルギー）をＥ1 とし、第２の光（読み出し光）に相当する波長のエネルギー（光子エネルギー）をＥ2 とすると、
Ｅ2 ＜Ｅg ＜Ｅ1 
が基本的に成立していなければならない。勿論この場合、上記の関係を満たさない波長領域が存在していても、その光が上記の関係を満たす光に対してそのエネルギーが小さく、その影響を無視あるいは許容できるものであれば、そのような上記の関係を満たさない波長領域を有する光を用いることができる。
【０１６９】
〔実施例１〕
本実施例は、本発明を利用した素子であって、その概要を図２に示す。図２において、(a) は上面図であり、(b) はＡ−Ａ’の断面図である。この装置は、ダイヤモンド薄膜(21)、一対の電極(22)と(23)、一対の取り出し電極(24)と(25)、から構成されている。
【０１７０】
ダイヤモンド薄膜(21)は、厚さが15μｍ、大きさが１mm×１mmのもので、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法によって作製されたものである。
その作製条件を以下に示す。
原料            メチルアルコールと水素との混合気体
基板            シリコン基板
基板温度        800 度
マイクロ波出力  ４ｋＷ（2.45GHz)
【０１７１】
一般に気相法（ＣＶＤ法）によって得られたダイヤモンド薄膜は多結晶構造を有し、しかも大きなエネルギーバンドギャップを有しているので、本発明に利用するには好適である。
上記条件おいて、磁場と2.45GHz のマイクロ波との相互作用を利用してシリコン基板上にダイヤモンド薄膜を15μｍの厚さに形成する。そしてこのダイヤモンド薄膜をシリコン基板上から剥離することによりダイヤモンド薄膜単体を得る。さらに、１mm角に裁断することで図２(a),(b) に示すダイヤモンド薄膜(21)を得ることができる。そして0.7mm のギャップを有して設けられた一対の電極(22)と(23)、一対の取り出し電極(24)と(25)を設けることで紫外線を検出する素子が完成する。このダイヤモンド薄膜(21)の比抵抗は1010〜1012Ωcm以上の値を有している。また、特に導電型を付与する不純物のドーピングは行っていないので、このダイヤモンド薄膜は実質的に真正なダイヤモンド薄膜である。
【０１７２】
なお、ダイヤモンドの電気的な物性を制御する手段として、窒素の含有量を制御することは有用である。窒素の含有量を制御する方法としては、気相による合成時に添加する方法、ダイヤモンドに対してイオン注入法によって窒素イオンを添加する方法を挙げることができる。
【０１７３】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１に示した素子を利用して紫外線光量計のシステムを構成した例である。本実施例のシステムは、図２(c) に示すような構成であり、図１、図３〜図７の実験データが得られたシステムは、以下に示す本実施例の基本構成において得られたものである。
【０１７４】
図２(c) に実施例１において示した素子を用いた紫外線光量計を示す。図２（ｃ）に示すシステムは、図２(a),(b) において示した素子(31)、素子(31)に照射される紫外線(33)、紫外線(33)を遮るシャッター(32)、素子(31)に照射された紫外線の光量を読み出すための読み出し光（白色光）(36)を素子(31)に照射するすためのハロゲンランプ(34)、ハロゲンランプをON,OFFさせるためのスイッチ(35)、素子(31)にバイアス電圧を加えるための電源(37)、ハロゲンランプ(34)の電源(38)、素子(31)に流れる光伝導電流を検出する測定回路部分(39)を備えている。
【０１７５】
また、測定回路部分(39)には増幅アンプ、光伝導電流の最大値あるいは一定時間内において流れた光伝導電流の総量を測定し、該測定結果から素子(31)に照射された紫外線の光量を算出する演算部分、該演算を行なうために必要な条件が記憶されたメモリー、一定時間毎に測定結果を記録するメモリー等が組み込まれている。また、ハロゲンランプ(34)は一定時間毎に白色光を発するように構成されている。
【０１７６】
この図２(c) に示す紫外線光量計が測定できる紫外線の波長は、ダイヤモンド薄膜(21)のエネルギーバンドギャップである約5.5eV に相当する波長約230nm より短い波長の紫外線である。
【０１７７】
この紫外線光量計の動作方法を以下に説明する。まず、動作させる前に、測定しようとする紫外線の光量と測定部分(39)によって測定される光伝導電流の関係とを予め測定しメモリーする。この関係は、図６に示すような比例関係として得られる。もちろん図６に示すのは、紫外線光源として重水素ランプを用いたものであり、その比例関係は測定環境や光量測定の対象となる光のスペクトル等によって異なることは言うまでもない。また本実施例においては素子(31)としてダイヤモンドを用いた例であるが、素子(31)として他の材料を用いた場合においても図６に示すような関係を予め調べておく必要がある。
【０１７８】
なお、ここではその光量を測定しようとする紫外線の強度スペクトル（波長に対する光の強度の分布）はほとんど変化せず、その照射光量のみが変化するとものと仮定する。これは、紫外線の強度スペクトルが変化することでも白色光の照射に従う光伝導電流の値が影響をうけるからである。即ち、紫外線の強度スペクトルが変化すると、白色光の照射に従う光伝導電流が紫外線の照射光量のみに依存しなくなるからである。これは、照射される紫外線のエネルギーの総量がその光量のみではなく、その波長のエネルギーにも依存するからである。
【０１７９】
動作に際しては、まず紫外線の照射光量を測定しようとする場所にこの紫外線光量計を設置する。そして一定時間シャッター(32)を開け、紫外線(33)に紫外線検出素子(31)を曝す。次にシャッター(32)を閉めハロゲンランプ(34)を点灯させる。そしてこの際の素子(31)を流れる光伝導電流の最大値、あるいは一定時間内に流れた光伝導電流の総量を測定回路部分(39)で測定し、前述のメモリーされた照射光量と光伝導電流との関係に照合させる。この演算の結果、実測された光伝導電流から紫外線(33)の照射光量が算出される。また必要に応じて、算出された紫外線(33)の光量はメモリーに記録される。この際、予めシャッターの開閉時間を定めておけば、紫外線(33)の平均照射強度が分かる。またランプ(34)からは白色光が照射されるので、その強さと点灯時間を適当に選ぶことにより、素子(31)に蓄えられている紫外線(33)の光量に関する情報は、読み出されると同時に消去される。従って、シャッター(32)の開閉時間や開閉間隔、ハロゲンランプの点灯時間や点灯間隔を適当に設定することにより、一定時間毎の照射光量を測定することができる。
【０１８０】
また、シャッター(32)の開閉間隔とハロゲンランプ(34)の点滅間隔を短くし、短い時間毎の照射光量を測定することで、紫外線(33)の照射光量あるいは照射強度の急激な変化を検出することもできる。もちろん、紫外線の強度を測定することもできる。
【０１８１】
以上の動作は、測定部分(39)に設けられた演算回路や半導体メモリー等によって構成される簡単な電子回路によって行なうことができる。また上記構成において、シャッター(32)を開閉させずに素子(31)が紫外線(33)に曝されている状態でハロゲンランプ(34)を点滅させ、紫外線の光量を測定する方法をとることもできる。この場合、紫外線が照射された状態で白色光を照射し、この際の紫外線の照射光量と白色光の照射に従う光伝導電流との関係を予め調べておき、この結果を半導体メモリー等に記憶させておけばよい。
【０１８２】
上記構成においては、読み出し光としてハロゲンランプ(34)からの白色光を用いたが、例えば可視光半導体レーザーのような単一の波長を発する光源を(34)として用い、読み出し光をパルス状のものとすれば、紫外線検出素子(31)に書き込まれた紫外線の光量に関する情報を消去することなく、複数回に渡ってその情報を読み取ることができる。また本実施例は、紫外線を検出する装置に関するものであるが、同様な構成及び動作方法で紫外線以下の波長を有するＸ線やγ線を被測定対象とすることも可能である。
【０１８３】
なお、図１や図３〜図７に示す実験データは、蛍光灯が灯る室内（一般的な明るさの室内）において、紫外線光源として先の重水素ランプを用い、特に遮光をせずに得られたものである。即ち、一般的な白色光（約400nm 以上) の光が照射された状態では、本発明の電子装置はその動作に何ら支障が無いということである。
【０１８４】
また読み出し光として用いたハロゲンランプ(34)からの白色光を照射したままの状態で、重水素ランプからの紫外線(33)を照射し、別に光ファイバーからの強い白色光を読み出し光として、素子(31)に照射した場合でも、図６に示すようなデータを得ることができる。即ち、白色光に曝された状態において、紫外線の照射光量を読み出し光である白色光の照射によって、読み出すことができる。しかしながら、その場合の光伝導電流の値は小さくなる。
【０１８５】
従って、それほどのダイナミックレンジを要求しないのであれば、一般的に紫外線以上の波長の光が照射されている環境において、紫外線光量計として機能させることができる。即ち、読み出し光に相当する光が照射されている環境において、特別なフィルターを用いることなしに、約230nm 以下の紫外線の光量を選択的に測定することができる。
【０１８６】
ただし、250nm 以上の波長領域に強いスペクトルを有する水銀ランプを用いた実験からも分かるように、例えば200nm 〜400nm に強いスペクトル有する光において、約230nm 以下の波長の光の光量を測定する、というような動作は困難である。
【０１８７】
なお、図１や図３〜図７のデータは、図２(c) の測定回路部分(39)に示す構成において、光伝動電流をオペアンプで増幅し、該増幅された光伝動電流を抵抗を用いた電流−電圧変換によって電圧として測定し、該電圧をプロッターによって出力し、該プロッターの出力から得られた数値を基に算出したものである。
【０１８８】
また本実施例は、単一の波長を有する波長約230nm 以下の紫外線を検出する装置として用いることもできる。例えば、波長160nm の光と波長200nm の単一波長光があるとして、以下のような動作をさせることができる。以下に示す動作は、同じ照射光量で異なる波長の単一波長光を照射した場合、その総エネルギー（Σｈν）が異なることなるを利用したものである。
【０１８９】
・それぞれの光を同じ所定ん照射光量で素子(31)に照射した後に、ハロゲンランプ(34)から白色光を照射し、その際におけるそれぞれの光伝導電流の値（その最大値、または一定時間内に流れたその総量）を予め測定しメモリーしておく。
・前記所定の照射光量で波長160nm か波長200nm かいずれかの光を紫外線検出素子(31)に照射する。
・ハロゲンランプ(34)から白色光を素子(31)に照射し、その際の光伝導電流を測定回路部分(39)によって測定する。
・予めメモリーされた光伝導電流の値と実際に測定された光伝導電流の値（その最大値、または一定時間内の流れたその総量）とを比較することで、波長160n  m の光が照射されたのか、波長200nm の光が照射されたのか、を知ることができる。
【０１９０】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例２に示した紫外線光量計を実際に用いる場合の具体的な例を示す。この図２(c) に示す紫外線光量計は、コンパクトにまとめることができ、少ない消費電力で動作させることがでるので、小型の携帯用のものを作ることが可能である。
【０１９１】
この紫外線光量計の使用例としては、
(A) 人体への紫外線の影響が危惧される場所において人間が携帯し、一定時間毎の紫外線の被照射光量、あるいは浴びた紫外線の総光量を測定する光量計として用いる。
(B) 食物や食品の殺菌等に紫外線を用いることが知られているが、その際の紫外線の光量を測定する光量計として用いる。
(C) 宇宙空間において紫外線の光量を測定する光量計として用いる。
等の利用方法が考えられる。
【０１９２】
ここで(A) の利用方法を考えた場合、読み出し光として作用する波長約230nm 以上の光の影響が問題となる。そこで本実施例においては、波長約230nm 以下の光を透過させ、波長約230nm 以上の光を減衰させるフィルターを図２(C) のシャッター(32)の部分に設け、紫外線検出素子(31)に波長約230nm 以下の紫外線と同時に波長約230nm 以上の光が照射されない構成、または波長約230nm 以上の光を実用上許容できる値まで十分減衰させる構成、としたものである。
【０１９３】
本実施例の構成をとることによって、波長約230nm 以下の紫外線の正確な光量を得ることができる。動作方法については実施例２において説明したのと同様である。
【０１９４】
本実施例においてはこのフィルターとして、5.5eV 以上のエネルギーに相当する波長を有する光を透過させ、5.5eV 以下のエネルギーに相当する波長を有する光を反射させる性質を有する銅板を用いる。
【０１９５】
この性質を銅に有せしめるには、銅金属中の自由電子の数を制御することで行なわれる。具体的には、銅の作製過程において、その焼き鈍し工程を制御することによって、上記の性質を有する銅を得ることができる。この電磁波（光）の反射と透過の境界の周波数は、自由電子金属の種類やその材料の作製方法によって決まるものであり、必要とする周波数を選んでフィルターとすればよい。また特定の周波数のみを透過するようなフィルターを用いるのでもよい。
【０１９６】
本実施例の構成をとることによって、例えばオゾン層の破壊による紫外線の影響が問題となっている極地域において、波長約230nm 以下の紫外線の照射光量をダイヤモンドのエネルギーバンドギャップ以下のエネルギーに相当する波長の光（例えば可視光領域の光）の影響を受けることなく測定することができる。また本実施例の構成は、Ｘ線やγ線の検出も原理的には可能であるので、例えば医療用等に用いることも有用である。
【０１９７】
〔実施例４〕
本実施例は、約5.5eV より高い光子エネルギーを持った光、即ち約230nm より短い波長を有する紫外線をダイヤモンド薄膜への情報の書込み光として用い、約230nm より長い波長の光を書き込まれた情報の読み出し光として用いたメモリー機能を有する電子装置に関するものである。また後に示すように、この電子装置は演算素子としても動作させることができる。
【０１９８】
本発明を利用した場合、ダイヤモンド薄膜に紫外線が照射されたか否か、即ち単にON,OFFが読み出せるのみではなく、図６に基礎データを示すように紫外線の照射光量に関する情報を読み出すことができる。即ち、紫外線の照射光量の違いを反映した情報を扱うことができる。
【０１９９】
本実施例の概要を図８(a) に示す。図８(a) には、ダイヤモンド薄膜(70)に形成されるメモリ機能を有する複数の素子領域(71)、読み出し用の配線(74)、読み出し用の配線(74)との間でダイヤモンド薄膜の素子領域(71)に電圧を加えるための給電用の配線(75)、メモリ領域(71)を流れる光伝導電流を増幅し、測定するカレントアンプ(72)、給電用の配線(75)と読み出し用の配線(74)との間に電圧を加えるためのバイアス電源(73)を有している。またカレントアンプ(72)には、光伝導電流の最大値を測定する機能、光伝導電流の最大値から素子領域(71)に照射された紫外線の光量を算出する機能、該機能によって得られた紫外線の光量から書込まれた情報を算出する機能が備えられている。勿論、カレントアンプ(72)において、光伝導電流の最大値ではなく、一定時間内において素子領域(71)を流れた光伝導電流の総量を測定する構成としてもよい。
【０２００】
ダイヤモンド薄膜の作製法は、実施例１と同様に有磁場マイクロ波ＣＶＤ法で行うことができるが、他の公知の気相法や合成法を用いるのでもよい。またダイヤモンド薄膜(70)は特に導電型を付与する不純物のドーピングを行っていない実質的に真性なものを用いればよい。
【０２０１】
動作に当たっては、メモリ領域(71)に書込み光である紫外線を照射し、その照射光量に従った情報を書き込む。そしてこの情報を読み出すには、230nm より長波長のレーザー光等を読み出し光として情報が書き込まれた素子領域(71)に照射し、その際の素子領域(71)に流れる光伝導電流をカレントアンプ(72)で検出することにより、先の書き込まれた情報を読み出す。
【０２０２】
例えば、それぞれの素子領域(71)の間隔が３μｍ以上になるように読み出し用の配線(74)と給電用の配線(75)とを交互に設けた場合を考える。この場合、情報を書き込むには約230nm より短波長を有する紫外光（例えば重水素ランプの光）をレンズで細く絞り込み、約２μｍφ程度のスポット光とし、シャッターと減光器を用いて、書き込む情報を反映した光量が照射されるようにしながら３μｍ間隔に設けられた素子領域となるA11,A12,A13,A14 ・・・A1n の領域に照射を行う。さらに同様にしてA21,A22,A23,A24 ・・・A2n の領域に照射を行う。
【０２０３】
こうして紫外線によって書き込まれた情報を読み出すには、波長約230nm より長波長の光を読み出し光として用い、この光を２μｍφ程度に絞り込んで、走査させながら情報が書き込まれた素子領域A11,A12,A13,A14 ・・・A1n に照射する。そしてこれに同期してカレントアンプ(72)にて読み出し光の照射に従う素子領域の光伝導電流の最大値を測定する。そしてこの光伝導電流の最大値から各素子領域において紫外線によって書き込まれた紫外線の光量に対応させた情報を読み出すことができる。読み出し光としては、波長633nm のHe-Ne レーザーや、コンパクトディスクプレイヤー等に用いられている可視光領域のレーザー光を発する半導体レーザーを用いることができる。勿論赤外領域の光を有するレーザー光を用いるのでもよい。
【０２０４】
このようにして読み出された情報は、図８(b) に示すような信号として読みだされる。ここで重要なのは、各素子領域(71)それぞれには、書き込まれた紫外線の光量に対応した情報が書き込まれているので、単にON,OFFが読み出せるのみではないという点である。即ち、図８(b) にその出力を示すように、それぞれのメモリ領域において異なった重みを付けた情報を記憶させることができるという点である。
【０２０５】
図６を見ると分かるよう、ダイヤモンド薄膜に書き込まれた紫外線の照射光量に比例した情報は、２桁以上にわたって正確に出力することが可能である。従って、ダイヤモンド薄膜の一か所の素子領域(71)に８ビット（２５６通り）以上の情報を書き込むことが可能である。また、紫外線の照射光量に対応した連続的な値を持つ情報（アナログ信号）を扱うこともできる。
【０２０６】
例えば、図８(a) に示す構成において、各電極の幅を１μｍとし、ダイヤモンド薄膜(70)上に設けられる素子領域(71)を３μｍ角（または３μｍφ）とし、各素子領域に単にON,OFFの情報のみを記憶させた場合、１mm角に62Ｋバイト程度の情報が入力可能であるに過ぎない。しかしながら、各素子領域に８ビット程度の情報を読み込ませると、１mm2 に0.5 Ｍバイトの情報を記憶することができることになり、１cm2 で50Ｍバイトの記憶をさせることができることになる。
【０２０７】
また読み出し光として、He-Ne レーザーを用いた場合、He-Ne レーザーの波長(633nm) は約２eVに相当するので、図７から概算すると数千回以上の読み出しが可能である。またメモリー情報を消去したければ、白色光を全体に照射することでメモリーの一斉消去を行うことができる。もちろん選択的に白色光を照射することにより、部分的にメモリ情報を消去することもできる。
【０２０８】
また本実施例の場合、書込み光の波長は書込みに際して変化させていないから、ダイヤモンド材料中に蓄積される情報は、書込み光の照射光量に関するものだけである。
【０２０９】
また、書込み光によってダイヤモンド材料中に書き込まれる照射光量に関する情報は、書込み光の照射を重ねることで重ね書きすることができる。例えば、一つの素子領域に１単位の照射光量に対応する情報をまず書き込むとする。そして次に２単位の照射光量に対応する情報を書き込むとする。具体的には、先ず書込み光を10μＷｓ／cm2 の照射光量で照射し、つぎに20μＷｓ／cm2 の照射光量で照射を行なうとする。すると、当該素子領域には、３単位の情報、即ち30μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が書き込まれたことになる。
【０２１０】
本実施例において、書込み及び読み出しのためのレーザー光をダイヤモンド薄膜に対し操作移動させる構成を示したが、これは相対的な移動であればよいことはいうまでもない。また書込み光の照射と読み出し光の照射とをダイヤモンド薄膜の表面と裏面とに分けて行なう構成をとることもできる。
【０２１１】
以上の実施例においては、ダイヤモンド薄膜の作製方法として、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法を用いた例を示したが、ダイヤモンド薄膜を得る方法は他の気相法によるものでもよい。また気相法以外の他の人工ダイヤモンドを用いるのでもよい。さらに天然ダイヤモンドを用いるのでもよい。またダイヤモンド薄膜の形状や厚さも実施態様に合わせて選べばよい。また導電型を付与する不純物をドーピングしたダイヤモンドを用いることも可能である。
【０２１２】
〔実施例５〕
本実施例は、図８(a) に示す実施例４の電子装置とは別の構成を有する電子装置に関する。本実施例の概略のシステム構成を図９に示す。図９において、(70)は、図８(a) に示すダイヤモンド薄膜(70)と同じ構成を有している。即ち、図８(a) に示す電子装置と同じ構成（図９には図示しないが、ダイヤモンド薄膜(70)を上面からみた図は、図８(a) と同様である）がダイヤモンド薄膜の表面に形成されている。また周辺回路も図８(a) と同様なものが備えられている。従って、基本的な動作については特に断らないかぎり、実施例４に記載したものと同様である。
【０２１３】
(91)は第１の光、即ち書込み光を照射するために、第１の光の光源である重水素ランプ(90)からの紫外線を選択的に各素子領域へと導く機能を有する光学系である。この光学系(91)には、各素子領域に対応して設けられた光シャッターが設けられており、第１の光の照射光量に対応させてこのシャッターの開閉時間を制御することのできる構成を有している。
【０２１４】
また、第１の光を照射する手段としては、各素子領域に光ファイバーやその他光を導く手段を介して、光を照射する手段を採用するのでもよい。さらには、各素子領域毎に、第１の光を照射する手段を設けるのでもよい。
【０２１５】
(92)は、第２の光、即ち読み出し光を照射するための光学系であり、単一の波長を有する可視光光源(93)からの光を、各素子領域に対応させて設けた光シャッターによって選択的に透過させ、光源(93)からの可視光線を必要な光量でダイヤモンド薄膜(70)の当該素子領域に照射できる構成となっている。光源(93)としては、可視光半導体レーザーを用いることができる。また、第２の光の照射手段をも各素子領域毎に設ける構成としてもよい。
【０２１６】
ダイヤモンド薄膜(70)へは、図面上方から第１の光が照射され、図面下方から第２の光が照射される構成となっている。ダイヤモンド薄膜(70)自体はその強度が低いので、第２の光を透過する透光性の材料を基板（図示せず）として、その上に設けられている。即ち、光源(93)からの第２の光は、光学系(92)を透過した後、さらに透光性基板を透過し、最後にダイヤモンド薄膜(70)の当該素子領域に照射される。
【０２１７】
本実施例の構成を採用した場合、複数の素子領域に対して同時に光を照射することができるので、高速動作を期待することができる。また、実施例４の場合のように、各素子領域に対して、光学系を相対的に移動させながら光の照射を行なう必要がないので、微小な時間差で各素子領域に第１の光または第２の光を照射することができ、やはり高速動作を期待することができる。
【０２１８】
また、光源(90)または光源(93)の部分に白色光を発する光源を配置することで、書き込まれた情報を消去する構成とすることができる。
【０２１９】
〔実施例６〕
本実施例は、実施例４または実施例５に示す電子装置の動作方法に関するものである。基本的な構成、さらには情報の書込みや読み出しの方法は、特に断らないかぎり、実施例４に記載したのと同様である。
【０２２０】
本実施例は、読み出しを重ねるに従って、その際に得られる光伝導電流の値が減少していってしまい、書込み光（第１の光）の照射光量を正確に読み出せなくなってしまう、という問題を解決せんとする構成に関する。
【０２２１】
上記の問題を解決する手段として以下のような手段が考えられる。
（１）読み出し光（第２の光）の波長の長くし、その照射光量を小さくする。具体的には、波長が長く弱い強度のパルス光を用いる。
（２）読み出し光の照射に従う光伝導電流の減少分を見込んで、書込み光の照射光量を算出する。
（３）読み出し光の照射に従う光伝導電流の減少分を見込んで、バイアス電圧を制御する。
【０２２２】
上記（１）の構成をとったとしても、図７に示すような傾向で光伝導電流の値は減少する（横軸を読み出し回数、縦軸を読み出しに際する光伝導電流の値として図７を見ればよい）。
【０２２３】
しかし、書込み光の波長及び光量と、読み出し光の波長及び光量と、読み出しの際の光伝導電流の測定の仕方とが、予め定まっているのならば、読み出し回数と読み出しに際する光伝導電流の減少の割合との関係は予め知ることができる。そこで上記（２）の構成においては、複数回目の読み出しに際してこの関係を利用し、書込み光の照射光量を補正して求めようとするものである。
【０２２４】
しかしながら、読み出しを重ねていけば、書き込まれた情報が最終的には消去されてしまうことは根本的な問題として残る。このことは、（３）の構成を採用した場合であっても同様である。
【０２２５】
上記のような問題を解決すため本実施例では以下のような構成をとる。
「一回または複数回の読み出しに際して、減少する光伝導電流の最大値または所定時間におけるその総量（積分値）に対応する書込み光の光量を読み出しの後に当該材料（当該素子領域）に照射する。こうすることで、当該材料（当該素子領域）に蓄積されている情報を維持することができ、書き込み、読み出しに際し、常に同じ光伝導電流を得ることができる。」
【０２２６】
図３に示すように、メモリ領域に書き込まれた情報は読みだされてしまうことによって消されていく。これは当該材料中のトラップ準位に捕獲されているキャリアの数が減っていくためであると理解することができる。
【０２２７】
図８(b) に示すように、読み出される情報を表す信号は書込み光の照射光量に対応したものとなっている。例えば図８(b) の場合、Ａ11が10μＷｓ／cm2 の書込み光の照射光量に対応し、Ａ12が25μＷｓ／cm2 の書込み光の照射光量に対応し、Ａ1nが12μＷｓ／cm2 の書込み光の照射光量に対応する、という様に考えることができる。
【０２２８】
ここでＡ11からＡ1nと読み出し動作を走査していって、各素子領域に書き込まれた情報を読み出していくとする。そして次に同じように読み出し光をＡ11からＡ1nへと走査して２回目の読み出しを行なうとする。すると、その際の出力電流の最大値またはその所定時間内の積分値は、前回の読み出しの際の値より僅かであるが減少する。
【０２２９】
そこで、読み出し動作の毎に、この出力電流の減少分に相当する照射光量で、書込み光の照射を行なうことで、何回読み出しを行っても常にその出力を一定の値とすることができる。勿論この場合、読み出しに際してどれほどの光伝導電流、または装置からの出力が減少するのかを予め調べておく必要がある。
【０２３０】
この一回の読み出し（数回分をまとめてもよい）に際して減少する情報（光伝導電流に対応する）は、蓄えられている情報量によって異なると考えられるので、その値はそれぞれ予め調べて置く必要がある。
【０２３１】
以下に動作の具体的な例を示す。
図１０に簡単な場合の動作の例を示す。図１０においては、実施例４や実施例５に示す装置において、素子領域が２×２のマトリックスで構成されている場合を示す。まず（Ａ）の状態について説明する。
【０２３２】
（Ａ）の状態においては、Ａ11の素子領域には、1000μＷｓ／cm2 の照射光量を有する第１の光の照射によって、第１の光の1000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が書き込まれている状態が示されている。また、同様にＡ12の素子領域には第１の光の3000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が、Ａ21の素子領域には第１の光の2000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が、Ａ22の素子領域には第１の光の4000μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が、それぞれ書き込まれている状態（その情報が保持されている状態ということもできる）が示されている。
【０２３３】
上記（Ａ）の状態を初期状態とする。この状態において、第２の光を照射し、読み出し動作を行った場合を考える。それぞれの素子を流れた光伝導電流の値からは、(a) で示されるマトリックスの値に対応する出力が算出される。即ち、書き込まれていた（Ａ）で示される情報を読み出すことができる。
【０２３４】
上記読み出し動作の結果、それぞれの素子領域から情報が失われたものとする。この失われる情報は、保持されている情報量、第２の光の波長、第２の光の光量等によって変化するものであるが、ここでは（Ｂ）に示すように、Ａ11の素子領域においては、第１の光の50μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が、Ａ12の素子領域においては、第１の光の250 μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が、Ａ21の素子領域においては第１の光の 200μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が、Ａ22の素子領域においては第１の光の 300μＷｓ／cm2 の照射光量に対応する情報が、それぞれ失われたものとする。
【０２３５】
ここで、(b) で示されるマトリックス情報を書込むことを考える。即ち、Ａ11の素子領域に対して、第１の光を50μＷｓ／cm2 の照射光量で照射し、Ａ12の素子領域に対しては、第１の光を250 μＷｓ／cm2 の照射光量で照射し、Ａ21の素子領域に対しては第１の光を 200μＷｓ／cm2 の照射光量で照射し、Ａ22の素子領域に対しては第１の光を 300μＷｓ／cm2 の照射光量で照射する場合を考える。
【０２３６】
すると、各素子領域に積算されて蓄えられる第１の光の照射光量は、（Ｃ）で示される状態となる。即ち、読み出し動作によって失われた情報を読み出し動作後に書き込むことにより、読み出し動作を行う前に保持されていたマトリックス情報を回復できたことになる。
【０２３７】
つぎに、（Ｃ）の状態で放置し、時間の経過とともに各素子領域に保持されている情報が自然に減少した場合を考える。ここでは、（Ｃ）から（Ｄ）に至る時間の経過に従って、Ａ11の素子領域において500 μＷｓ／cm2 に対応する情報が失われ、Ａ12の素子領域において700 μＷｓ／cm2 に対応する情報が失われ、Ａ21の素子領域において600 μＷｓ／cm2 に対応する情報が失われ、Ａ22の素子領域において800 μＷｓ／cm2 に対応する情報が失われたものとする。
【０２３８】
こうして、（Ｄ）で示される状態になったものとする。ここで失われた情報を補充するには、先の（Ｂ）から（Ｃ）に到る過程と基本的に同様の動作を行えばよい。この場合は、各素子において、時間経過によって失われた情報に相当する(c) で示される光量でもって、第１の光を各素子に照射すればよい。こうして（Ｅ）に示すように、減少した情報を補充できることになる。
【０２３９】
このような一連の動作は、当該素子領域において過去に照射された第１の光の積算光量に対応する情報を保持するための基本動作となる。
【０２４０】
本実施例の構成は、当該素子領域に新たに情報が書き込まれない限りにおいて、常に当該素子領域のトラップ準位に捕獲されているキャリアの数を一定に保つようにするものである。そしてこうすることによって、何回読み出しを行なっても当該素子領域に蓄えられた書込み光の照射光量に関する情報が見かけ上減らない構成を実現することができる。
【０２４１】
本実施例の構成は、読み出しに際して、当該素子領域のトラップ準位から放出されたキャリア（このキャリアが読み出し光の照射に従う光伝導電流となる）の補充を行なうために、当該素子領域に所定の光量の書込み光を照射しなければならないという煩雑さはあるが、複数回の読み出しに際して、その出力が変化しないという特長を有する。
【０２４２】
本実施例においては、当該素子領域に情報を書き込むための書込み光（第１の光）を、読み出しに際し失われる情報の補充を行なうために用いる例を示した。しかし、書込み光とは別に当該素子領域を構成する材料のエネルギーバンドギャップより大きなエネルギーに相当する光（第１の光としての条件を満足する光であることが必要）を当該素子領域に照射する手段を、書込み光を照射する手段とは別に用意し、この光を当該素子領域のトラップ準位に捕獲されているキャリアの数を維持するために用いる構成としてもよい。
【０２４３】
〔実施例７〕
本実施例は、実施例６において説明した考え方をさらに発展させ、当該素子領域において、情報の加法及び減法を行う演算動作を行うことに関する。
【０２４４】
本実施例は、書込み光及び読み出し光としてパルス状のものを用いるとして、一単位の書込み光の照射によって当該メモリ領域に書き込まれる情報と、一単位の読み出し光の照射によって読みだされ減少する情報とを同一なものと設定することを特徴とする。
【０２４５】
即ち、１回の読み出しによって減少する光伝導電流の総量（光伝導電流Ｉの一定時間内における積分値、∫Ｉdtで示される）と、１回の書込みによって増加する光伝導電流の総量とを等しくすることによって、書込み１回で一単位の情報を入力し、読み取り１回で一単位の情報の引出す構成とする。こうすることで、当該メモリ領域において加法（足し算）、減法（引算）といった演算を実行することができる。
【０２４６】
例えば、当該素子領域において、１パルスの書込み光の照射で増加する情報量と、１パルスの読み出し光の照射によって消去される情報量とを同じにすることによって、第１の光の１パルスの照射によって加法、第２の光の１パルスの照射によって減法、といった動作を実現することができる。
【０２４７】
この動作は、１パルスの書込み光の照射によって当該素子領域のトラップ準位に捕獲させたキャリアは、１パルスの読み出し光の照射によって励起放出される、と考えることもできる。
【０２４８】
例えば、一つの素子領域に予め１０単位の情報が書き込まれているとする。そこで、この素子領域に１単位の情報を書き込むとする。すると当該素子領域において、１１単位の情報が書き込まれている状態を得る。その後読み出しを行なうと、１１単位に相当する情報が読み出せる。そして同時に当該素子領域に蓄えられている情報は１０単位に減ることになる。
【０２４９】
なお当該素子領域に保持されている情報量によって、１単位の情報を書込むのに必要な第１の光の光量、さらには１単位の情報を引き出すのに必要な第２の光の光量が異なる場合も考えられるので、この場合は、保持されている情報に対応した第１の光の照射光量、第２の光の照射光量を決める必要がある。
【０２５０】
一つの素子領域において扱うことのできる情報の単位は、その単位の区切り方にもよるが、多結晶薄膜ダイヤモンドを用いた場合には、例えば図６のデータより概算することができる。図６の縦軸には、およそ２桁の出力にわたって、第１の光の照射光量が第２の光の照射によって読み出せることが示されている。即ち、図６のデータによれば当該素子領域において、例えば256 単位（８ビット）の情報を原理的には、扱うことができる。
【０２５１】
〔実施例８〕
本実施例においては、実施例４または実施例５に示す装置を演算装置として用いた例を示す。本実施例では議論を簡単にするため、素子領域Ａmnを２×２のマトリックス構成とする。即ち実施例４または実施例５において、各素子領域としては、Ａ11、Ａ12、Ａ21、Ａ22が設けられているものとする。
【０２５２】
また扱う情報としては、第１の光の照射光量が1000μＷｓ／cm2 の場合を１単位とし、2000μＷｓ／cm2 の場合を２単位とし、3000μＷｓ／cm2 の場合を３単位とし、4000μＷｓ／cm2 の場合を４単位とし、照射なしの場合も含めて、都合０〜４単位までの情報を扱うものとする。勿論さらに細かく情報を設定してもよい。
【０２５３】
図１１に本実施例で説明する演算例を示す。図において、（Ａ0)で示されるのは、Ａ11＝０、Ａ12＝０、Ａ21＝０、Ａ22＝０の状態、即ち、いずれの素子領域にも情報が書き込まれていない状態である。この状態を実現するには、白色光を照射するか、第２の光に相当する波長の光を照射するかして、書き込まれている情報を消去すればよい。
【０２５４】
上記（Ａ0)の状態において、（Ａ）で示されるマトリックス情報を（Ａ0)で示される状態に加法（足し算）する。この加法は、情報の書き込みと理解することもできる。この加法は、それぞれの素子領域にＡ11＝１単位、Ａ12＝４単位、Ａ21＝２単位、Ａ22＝３単位を書き込むことによって実行される。書き込みは、相当する光量の第１の光を当該素子領域に照射することによって行われる。
【０２５５】
（Ａ）で示す情報を加法した結果、各素子領域に書き込まれている情報（保持されている情報）は、（Ａ’）で示される状態となる。この際、各素子領域に保持されている情報は、（Ａ0)で示されるマトリックス情報と（Ａ）で示されるマトリックス情報との和になっている。即ち、行列演算として、（Ａ’）＝（Ａ0)＋（Ａ）が成立する。
【０２５６】
さらに、（Ａ’）で示される情報から、（Ｂ）で示される情報を減法（消去または引き出す）場合を考える。情報の減法に当たっては、対応する情報が消去されるように、第２の光を照射することによって行われる。この際における第２の光の照射光量やその波長は、実際に保持されている情報に対する、消去される情報、の関係に鑑みて定めなければならない。即ち、第２の光のどれ程の照射によって、どれほどの情報が失われるかのを、予め調べておく必要がある。
【０２５７】
（Ａ’）で示される情報から、（Ｂ）で示される情報を減法する方法について説明する。この動作は、４単位の情報が保持されている素子領域Ａ12から２単位の情報を消去するには、どれ程の光量の第２の光の照射が必要か、２単位の情報が保持されている素子領域Ａ21から１単位の情報を消去するには、どれ程の光量の第２の光の照射が必要か、３単位の情報が保持されている素子領域Ａ22から１単位の情報を消去するには、どれ程の光量の第２の光の照射が必要か、を予め調べておき、相当する光量でもって第２の光を照射することによって行われる。
【０２５８】
上記演算の結果、（Ｂ’）で示される情報が各素子領域に保持されていることになる。ここで、（Ｃ）で示される情報の加法を考える。これまで述べてきた演算は、加法または減法を別々に行うものであったが、（Ｃ）で示される情報の加法は、行列Ａnmで示されるマトリックス情報の中に正または負のものが含まれており、対応する素子領域においては、負の加法即ち減法が行われることとなる。
【０２５９】
この場合、正の情報を加法する際には、相当する光量の第１の光の照射を行い、負の情報を加法する際には、相当する光量の第２の光の照射を行えばよい。
【０２６０】
この演算の結果、（Ｃ’）で示されるマトリックス情報が各素子領域に保持されることになる。つぎに、白色光の照射を行うことによって、各素子領域に書き込まれている情報を消去し、Ａmn＝０とすることができる。（（Ｄ' ）の状態）
【０２６１】
以上の説明においては、各素子領域から情報を読み出す動作については、述べていないが、任意の状態において、第２の光の照射による読み出し動作をすることができる。この際、失われる情報を維持する動作を行えることはいうまでもない。
【０２６２】
以上の演算は、２×２のマトリックスに素子領域が形成されているとした場合の例であるが、配線や電極も含めて、一つの素子領域を５μｍ角、素子領域が設けられる多結晶ダイヤモンド薄膜を10cm角とした場合、（２×104)×（２×104)で構成されるマトリックスが形成できる。さらに一つの素子領域において、100 段階以上（図６に示すデータを基に概算すると）の情報を扱うことができる。
【０２６３】
このような構成は、入力情報を積算して蓄えるこのできる素子領域が、（２×104)×（２×104)個構成された演算装置と見ることもできる。しかも、一つの素子領域は、入力情報を積算して蓄えることができ、その情報を自由に出し入れ（加法および減法）することのできる機能を有する演算素子であると考えることができる。このような構成を利用することによって、行列演算、多数値論理(multivaluwd logic) を用いた演算、非ノイマン型の演算、ニューロ演算等々を行うことができる。
【０２６４】
〔実施例９〕
本実施例は、実施例４や実施例５に記載の電子装置において、３次元像に対応させた情報を扱った演算例を示すものである。以下演算例について、図１２を用いて説明する。図１２には、ＸＹＺの３次元デカルト座標で示された３次元空間に立体図形が描かれている。例えば（Ａ）には、立法体が示されているが、この立法体を数学的に表記するには、例えばこの立法体の各頂点の座標（角の部分の座標）を示せばよい。この場合、各座標の値であるＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分を示す必要がある。
【０２６５】
一方、実施例４や実施例５に示す装置には、Ａmnのマトリックスで示される素子領域が形成されており、それぞれの素子領域においては、重みをつけた情報を扱うことができる。ここでいう重みを付けた情報とは、例えば、第１の光の照射光量の1000μＷｓ／cm2 〜10000 μＷｓ／cm2 の中を、1000μＷｓ／cm2 毎に区切り、1000μＷｓ／cm2 を１単位、2000μＷｓ／cm2 を２単位、3000μＷｓ／cm2 を３単位、という様に設定した例を挙げることができる。
【０２６６】
ここで、この重みを示すパラメータ（上記の例でいえば、１単位、２単位、３単位、・・で示される）が一つの座標、この場合はＺ座標を示すものとする。そして、上記Ａmnのマトリックスで示される成分がそれぞれＸ成分、Ｙ成分を示すものとする。即ち添字ｍとｎがＸとＹに対応するものとする。
【０２６７】
即ち、Ｘ成分とＹ成分を各素子領域に割当てられたその位置を示す座標で示し、Ｚ成分を各素子領域に書き込まれている（保持されている）重みを付けた情報で示すものとする。そしてこれらの情報は互いに独立であるから、３次元のデカルト座標を構成できることが理解される。例えば、(X,Y,Z) ＝(1,1,1) の座標を指定するには、Ａ11の素子領域に第１の光を1000μＷｓ／cm2 の照射光量で照射し、Ａ11の素子領域に１単位の情報を保持させればよい。
【０２６８】
ここで、図１２に示される図形について考察する。周知のように図１２の（Ａ）〜（Ｃ）に示す図形は、３次元のデカルト座標を用いてそれぞれ数学的に示すことができる。従って、図１２の（Ａ）〜（Ｃ）に示す立体図形は、Ｘ，Ｙ座標軸に対応させたマトリックスｍ，ｎの値と、Ｚ座標に対応させた各素子領域に書き込まれている重みを付けた情報とによって示すことができる。
【０２６９】
図１２に示されているのは、（Ａ）の図形と（Ｂ）の図形との和が（Ｃ）の図形になることが示されている。これは、立体的な図形同士の和を実行する演算として理解することができる。この視覚的には、図１２（Ｃ）に示されるような演算の結果は、各立体図形を示す座標の値で示すことができる。この場合、Ｘ軸とＹ軸の値は、各素子領域の位置、即ち第１の光（書き込み光）または第２の光（読み出し光）が照射される位置の座標として与えられる。
【０２７０】
そしてその値、即ち図１２におけるＸ及びＹ成分の値は、当該素子領域に第１の光または第２の光を照射するか否かで選択することができる。一方、図１２におけるＺ成分は、当該素子領域に蓄積されている情報に対応させた値によって示すことができる。
【０２７１】
そこで、図１２に示すような立体図形に対応させた情報の演算を、図１２に示すような立体図形同士の和を実行する形式として行った場合、実際の演算は、図８または図９に示す装置において、各素子領域への第１の光の照射の選択により、Ｘ成分またはＹ成分の値の決定を行い、当該素子領域への第１の光の照射光量の選択によりＺ成分の値の決定を行うことによって実行される。
【０２７２】
また図１２を見れば理解されるように、（Ｃ）の立体図形から（Ｂ）の立体図形を差し引けば、（Ａ）の立体図形を得ることができ、（Ｃ）の立体図形から（Ａ）の立体図形を差し引けば、（Ｂ）の立体図形を得ることができる。前述のように、情報の加法は、第１の光の照射によって実行することができ、減法は、第２の光の照射によって実行することができるので、立体図形同士の加法の演算のみならず、立体図形同士の減法の演算も行うことができる。
【０２７３】
実際の演算の実行に際しては、第１の光の照射及び第２の光の照射の位置（素子領域Ａmnの位置）と照射光量との値、を演算手順に従って定めておき、該定めた演算手順に基づいて、順次光の照射を行うことによって、演算を実行することができる。
【０２７４】
以上の説明は、図１２に示すような簡単な立体図形を用いた演算の例であるが、より複雑な立体図形を用いた場合も、同様な考え方によって演算を行なうことができる。本実施例において示したような演算は、複雑な情報の演算を所定の手順に従って光を照射していくだけで行えるのが特徴である。
【０２７５】
以上示したように、本実施例の構成を採ることによって、立体図形に対応させた情報の演算を、立体図形同士の加法、及び減法という形で実行することができ、その演算も決められた手順に従って、第１の光または第２の光を順次照射していくことによって実行できる、という特徴を有する。
【０２７６】
〔実施例１０〕
本実施例は、実施例４または実施例５に示す構成において、ダイヤモンド薄膜(70)の代わりに炭化珪素(SiC) の薄膜を用いた例である。
【０２７７】
炭化珪素のエネルギーバンドギャップは２〜３eV程度であり、仮に３eVと仮定するならば、相当する波長は約413nm となるので、水銀ランプや波長248nm のKrF エキシマレーザー光を第１の光の光源として用いることができる。また、波長633nm のHe-Ne レーザーや可視光半導体レーザーを第２の光の光源として利用することができる。その他、動作方法等については実施例４や実施例５と同様である。
【０２７８】
〔実施例１１〕
本実施例は、図１３にその概要を示すディスク型（円盤型）の装置に関する。図１３に示す装置は、図８(a) に示す構成をディスク状にし、ディスクを回転させることによって、所定のメモリ領域に情報の書込みまたは読み出す、さらには情報の入力または情報の引出し、を行なうことのできるものとした例である。本実施例は、他の実施例において説明したのと同様な動作を行わせることができる。即ち、他の実施例において説明した構成を本実施例と組み合わせて、あるいは本実施例に利用することができる。
【０２７９】
本実施例の特長は、書込み光の照射をディスクの一方の面から行い、読み出し光の照射をディスクの他方の面から行なうことである。そしてディスクを回転させることによって、高速で情報の書込みや読み出す、さらには演算処理を行なうものである。
【０２８０】
本実施例においてもメモリ領域あるいは素子領域を構成する材料のエネルギーバンドギャップをＥg として、書込み光の波長に相当する光子エネルギーをＥ1 とし、読み出し光の波長に相当する光子エネルギーをＥ2 とすると、
Ｅ2 ＜Ｅg ＜Ｅ1 
が基本的に成り立っていることはいうまでもない。
【０２８１】
以下において、図１３に示す装置の説明をする。図１３は装置の断面図の概要を示したものである。図において、回転軸(94)を中心に回転する透光性電極(106) 及び(107) と、これら透光性電極(106) と(107) とで挟まれて構成されている多数の素子領域が形成されているダイヤモンド薄膜(105) とで構成されるディスク(98)が示されている。書込み光(100) は、重水素ランプ(180nm〜350nm)、光を遮るシャッター、光量を調節する手段、その他光学系を備えている書込み光を照射する手段(95)からディスク(98)に向かって照射される。この書込み光を照射する手段(95)は(103) に示すように紙面左右方向に移動することができ、ディスク(98)の回転と相まってディスク全面を走査することができる。
【０２８２】
読み出し光を照射する手段(96)からは、読み出し光(99)が照射される。読み出し光を照射する手段(96)は可視光線半導体レーザ(770〜840nm)、光を遮るシャッター、光量を調節する手段、その他光学系を備えている。そして(104) に示すように紙面左右方向に移動し、ディスク(98)の回転と相まってディスク全面を走査することができる。
【０２８３】
読み出し光(99)の照射に従ってダイヤモンド薄膜(105) を流れる光伝導電流の測定は、読み出し部(97)において行う、読み出し部(97)は電気的接触部(101) でもって透光性電極(106) と、電気的接触部(102) でもって透光性電極(107) とに電気的に接触している。読み出し部(97)は、透光性電極(106) と(107) との間に電圧を加えるバイアス電源、透光性電極(106) と(107) との間に流れる電流を測定する装置、その他必要とするアンプや演算装置さらにはメモリ装置等を備えている。
【０２８４】
書込み光(100) は透光性電極(106) を透過し、読み出し光(99)は透光性電極(107) を透過し、それぞれダイヤモンド薄膜(105) に到達する必要がある。そこで、本実施例においては、透光性電極(106) として、書込み光として必要な波長領域である波長約230nm(ダイヤモンド薄膜(105) のエネルギーバンドギャップに概略相当する）以下の波長の光を透過させる銅板を用い、透光性電極(107) としては、可視光を透過させる公知のSnO2の膜を用いる。透光性電極(106) を構成する銅板は、一種の光学フィルターとしての機能を有せしめたものである。
【０２８５】
書込み光(100) は、透光性電極(106) を介してダイヤモンド薄膜(105) に照射され、その照射光量に対応させた情報をダイヤモンド薄膜(105) の当該素子領域に書込ませる。また読み出し光(99)は、透光性電極(107) を介してダイヤモンド薄膜(105) に照射される。情報の読み出しは、当該素子領域に読み出し光を照射し、その際に透光性電極(106) と(107) との間に流れる光伝導電流を読み出し部(97)において測定し、所定の演算を行うことにより行なう。そしてこのような動作は、ディスク(98)が回転軸(94)を中心に回転し、書込み光を照射する手段(95)と、読み出し光を照射する手段(96)とを、(103) や(104) で示されるように走査することによって、高速に行われる。
【０２８６】
本実施例において、書込み光としてパルス光を用いることは勿論有用であるが、書込み光の光量を連続的に変化させる方式を採ってもよい。これは、連続的に変化した光量を回転したディスクに照射し、その光量に対応した情報を書き込むものである。こうすることによって、アナログ情報を扱うこともできる。
【０２８７】
本実施例の構成を利用することにより、大容量のディスクメモリを得ることができる。即ち、ディスクの所定の素子領域には情報が蓄えられており、その情報は読み出し光の照射に従う光伝導電流によって高速に読み出すことができ、その情報は何回でも読み出すことができる構成を得ることができる。
【０２８８】
本実施例において、ディスクの直径を10cm（面積は78.5cm2)とし、１cm2 に50Ｍバイト程度の記憶させることができるとすると、このディスクには、約4000Ｍバイト即ち、約４Ｇバイトの記憶をさせることができることになる。さらに情報の書込みや引出しを行なうことで、約４Ｇバイトの記憶容量を有する演算素子を実現することができる。
【０２８９】
また本実施例において、ディスク(98)の機械的強度を保つために、読み出し光(99)を透過する有機樹脂やプラスチック材料等によって透光性電極(107) 側を補強することは有用である。
【０２９０】
また本実施例において、書込み光とは別に書込み光と同じ条件を満たす波長を有する光を照射する手段を、書き込まれた情報の維持用に独立して設けることは有用である。これによって、当該素子領域に書き込まれた情報に内、読み出しあるいは自然消滅によって減少する分を補充することができ、情報の維持を行なうことができる。
【０２９１】
〔実施例１２〕
本実施例は、実施例２または実施例３に示した構成において、ダイヤモンド薄膜の代わりに炭化珪素の薄膜を用いた例である。炭化珪素膜を用いた場合、そのエネルギーバンドギャップ（Ｅg ）を仮に３ｅＶとすると、対応する波長は413nm 付近となる。従って、413nm より波長の短い光を第１の光（書込み光）とし、413nm より波長の長い光を第２の光（読み出し光）とすることができる。
【０２９２】
一般に400nm 以下の光が紫外光といわれている。従って、エネルギーバンドギャップが３ｅＶ程度の炭化珪素膜（特に膜でなくてもよい）を用いることによって、紫外領域の光の照射光量を測定するドーズメータを得ることができる。
【０２９３】
この場合、読み出し光としては、500nm 程度以上の波長を有する光、例えば可視光半導体レーザーの光を用いることができる。また、第１の光に相当する光のみを選択的に炭化珪素膜に照射させるのであれば、400nm 以上の光を遮断あるいは減衰させるフィルターを用いればよい。
【０２９４】
ここでは、炭化珪素膜のエネルギーバンドギャップを３ｅＶと仮定したが、その値は一般に2.2 〜3.2 ｅＶ程度の間において制御可能であり、その値は適時選択することができる。
【０２９５】
〔実施例１３〕
本実施例は、実施例２に示した光量計のより具体的な例を示す。図１４にその概要を示す。その光子エネルギーが約5.5 ｅＶ以上である紫外線あるいはその紫外線を含む光(140) は、シャッター(141) を介して、ダイヤモンド薄膜(143) に照射される。このダイヤモンド薄膜(143) は、実施例１で示した有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法で気相合成された１ｍｍ角、厚さ１０μｍの多結晶ダイヤモンド薄膜である。このダイヤモンド薄膜(143) の表面には、厚さ１μｍの金電極(144) と(145) とが、0.5 ｍｍのギャップでもって形成されている。この一対の電極(144) と(145) とには、バイアス電源(142) より１０Ｖの電圧が加えられる。
【０２９６】
実測によると、暗状態（光を一切照射していない状態）におけるダイヤモンド薄膜(143) の抵抗率は、約１０10Ωｃｍである。従って、電極(144) と(145) との間の抵抗は、Ｒ＝ρｌ／Ｓの計算式より、１０13Ωとなる。バイアス電圧は１０Ｖであるから、電極(144) と(145) との間に流れる電流は、１０-12 Ａ（１ｐＡ）となる。即ち、暗状態において、ダイヤモンド薄膜(143) には１ｐＡの電流が流れることなる。そしてこの電流が出力電流となる。
【０２９７】
図１４に示す構成においては、この出力電流をＯＰアンプ(148) によって電流増幅する。ここで、抵抗Ｒ(147) の抵抗を１ＧΩに選ぶと、オームの法則Ｖ＝ＩＲにおいて、Ｉ＝１ｐＡ、Ｒ＝１ＧΩ、であるから、Ｖ＝１ｍＶが出力として(150) において得られる。ＯＰアンプ(148) としては、ＮＥＣのＣ８１４ＣやＰＭＩのＯＰ−０５等を用いればよい。
【０２９８】
第１の光に相当する(140) で示される光の照射光量を読み出すには、スイッチ(144) をＯＮとし、ハロゲンランプ(141) から白色光(146) の光照射を行えばよい。このハロゲンランプ(141) からの白色光(146) は、第２の光としての条件を満たしている必要がある。このハロゲンランプ(141) からの光照射を行う際には、光(140) の影響を避けるためにシャッター(141) を閉めておくことが好ましい。また、ハロゲンランプ(141) の代わりに可視光半導体レーザー等を用いるのでもよい。図１４に示す構成においては、第１の光(141) が照射される面と第２の光(142) が照射される面とが異なっている。このような構成は、薄膜ダイヤモンド以外の材料であっても、薄膜材料を用いるのであれば可能である。
【０２９９】
(150) において得られる出力は、暗状態におけるオフセット出力である。そして読出動作をさせることによって、上記出力が大きく変化する。勿論、紫外線を照射するこによっても上記出力は変化する。(150) において得られる出力を処理することにより、ダイヤモンド薄膜(143) に照射された紫外線の照射光量を知ることができる。
【０３００】
(150)から得られる出力の処理の方法としては、その出力をＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換し、その出力の最大値、または所定時間内におけるその積算値を求めればよい。
【０３０１】
なお、以上においては、ダイヤモンド薄膜を用いる例を示したが、ダイヤモンド薄膜の代わりに炭化珪素膜等の他の材料を用いることも可能である。
【０３０２】
〔実施例１４〕
本実施例は、実施例１３をさらに改良したものである。本実施例の構成は、例えば、人体が浴びる紫外線の照射光量を測定する場合に利用することができる。
【０３０３】
図１５に本実施例の概要を示す。なお図１４と同じ符号が示す部分は、実施例１３において説明したのと同じである。また各部の定数も特に断らない限り、実施例１３で示したのと同じである。
【０３０４】
（Ａ）に示されているのは、ダイヤモンド薄膜に照射された紫外線の照射光量を測定するための装置である。（Ａ）で示されている構成は、外部から照射される光の影響を受けないように、紫外線および可視光線を遮断する容器(153) 内に設けられている。
【０３０５】
（Ｂ）に示されているのが、ダイヤモンド薄膜(156) とその表面に形成された一対の金属電極(154) と(155) とを備えたセンサー部分である。測定できるのは、その光子エネルギーが約5.5 ｅＶ以上の領域の紫外線である。
【０３０６】
図１５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、本実施例は、（Ｂ）で示される紫外線の照射光量を情報として蓄えるセンサー部分と、（Ａ）で示されるセンサー部分に蓄積された情報を読み出す装置とを分けた構成としたことが特徴である。
【０３０７】
（Ａ）で示される装置には、薄膜材料（この場合（Ｂ）の(156))に対して第２の光を照射する手段と、第２の光の照射に従って薄膜材料に流れる光伝導電流を検出する手段((148)に当たる) とが設けられている。そして、この（Ａ）で示される装置とは分離して、（Ｂ）で示されるように、一対の電極を形成した薄膜材料((156)に当たる) でセンサー部分を構成している。そして、薄膜材料に書き込まれた第１の光の照射光量に関する情報を読み出す時に、（Ｂ）で示すセンサー部分を（Ａ）で示す装置内に配置させ、情報の読み取りを行なう。なお、薄膜材料が、光伝導効果と、エネルギーバンドギャップと、トラップ準位とを有している材料であることはいうまでもない。
【０３０８】
実際の使用に当たっては、（Ｂ）で示されるセンサー部分を人間が携帯するなり、測定場所に設置するなりして、ダイヤモンド薄膜(156) 内に紫外線の照射光量を蓄積させる。
【０３０９】
ダイヤモンド薄膜(156) から、照射された紫外線の照射光量を読み出すには、（Ａ）に示す装置内において、電極(151) と電極(154) 、電極(152) と電極(155) とが接触するように（Ｂ）に示すセンサー部分を配置する。そしてハロゲンランプ(141) から白色光(146) をダイヤモンド薄膜(156) に照射し、その際に流れる光伝導電流の変化を出力(150) から取り出す。(150) より取り出された出力は、デジタル処理等によって処理され、照射光量が判明する。なお（Ｂ）に示される構成において、紫外線が照射される面は、表面側であっても裏面側であっても良い。
【０３１０】
図１５に示す構成は以下のような状況での使用が考えられる。例えば、波長約230nm 以下の紫外線が照射されている環境で人間が活動する必要がある場合を考える。このような場合、人間がどれほどの紫外線を浴びているのか知る必要がある。そこでこの環境で活動を行うに当たって、（Ｂ）で示されるセンサー部分を人間が身につけ、所定の時間において活動を行う。そして、活動終了後に上記環境の外において、（Ｂ）で示されるセンサー部分を（Ａ）で示される装置内に配置する。次にハロゲンランプ(141) から白色光を照射し、(150) からの出力よりダイヤモンド薄膜(156) に蓄積された紫外線の照射光量を読み出す。こうして、波長約230nm 以下の紫外線が照射されている環境で活動した人間に照射された紫外線の照射光量を知ることができる。
【０３１１】
（Ａ）で示される装置内における読み出し動作は、数秒以内で可能である。また情報の読み出しと、情報の消去とを同時に行なうこともできる。
【０３１２】
また、図１５に示す構成は、以下のような状況においても利用可能である。例えばＬＳＩ等の半導体装置の製造工程において、紫外線を用いる工程が知られている。これは、マスクパターンを形成する際に、紫外線以下の短波長光を用いてレジスト材料の露光を行うことにより、微細なマスクパターンを形成する技術である。
【０３１３】
このような場合において、紫外線以下の短波長光が、当該工程においてどれほど照射されたかを測定しようとする場合に図１５に示す構成を利用することができる。この場合、半導体装置の製造ラインの中において、基板の代わりに（Ｂ）で示されるセンサー部分を配置し、紫外線以下の短波長光が照射される工程に流せばよい。そして、その工程終了後に（Ｂ）で示されるセンサー部分を回収し、（Ａ）で示す装置を用いて、ダイヤモンド薄膜に照射された紫外線以下の短波長光の光量を求めることができる。こうして、実際にどれほどの光量で紫外線以下の短波長光が照射されているのかを知ることができる。
【０３１４】
また、食品の殺菌等に紫外線が使用される例が知られているが、このような場合においても図１５に示す構成を利用できる。
【０３１５】
図１５に示す構成を採用した場合、（Ａ）に示す装置に対して、（Ｂ）に示すセンサー部分を多数用いることができるので、低コストで実現できるという有意性がある。
【０３１６】
例えば、230nm 以下の波長の紫外線を浴びる危険性がある場所において活動する複数の人間が（Ｂ）で示されるセンサー部分を身につけた場合を考える。この場合、活動の終了後に外部に設置された（Ａ）で示される装置を用いてセンサー部分に照射された紫外線の照射光量を知ることができる。そしてその値から自分が浴びた紫外線の照射光量を知ることができる。
【０３１７】
このような場合、複数の人間に対して、１つの（Ａ）で示される装置を用意すればよいので、コスト的に有利になる。
【０３１８】
上記ような利用方法は、γ線やＸ線の照射光量を測定する場合でも利用できるので、核エネルギー分野や医療分野、さらには宇宙技術分野で利用することができる。
【０３１９】
以上の説明においては、ダイヤモンド薄膜(156) を用いた例を示したが、薄膜(156) として、炭化珪素膜や窒化アルミ膜等を用いることも可能である。特に炭化珪素膜を用いた場合には、およそ400nm 以下の波長を有する光の照射光量を測定できるので、紫外線の光量計（ドーズメータ）として用いるには、最適なものの一つとなる。
【０３２０】
〔実施例１５〕
本発明は第１の光（書込み光）によって材料中に書き込まれた情報を第２の光（読み出し光）の照射に従う光伝導電流によって読み出すことを基本動作としており、簡素に表現するならば、書込みは光、読み出しは電流、という基本動作形態を有している。この動作は、光信号を電気信号に変換する一種の変換素子であるが、一般にメモリ装置やスイッチング素子、さらには演算素子や増幅素子等々においては、電流または電圧を入力及び出力とする。
【０３２１】
そこでここでは、以下に示すような構成を提案する。即ち、図８(a) に示す構成において、複数のメモリ領域（素子領域）それぞれ、または複数のメモリ領域に対応させて一つまたは複数の固体レーザー、特に半導体レーザーを配置させ、装置内において情報の書込み、及び読み出しを行う構成である。勿論、固体レーザーや半導体レーザーの代わりに発光素子を用いることもできる。
【０３２２】
上記構成を実現するには、書込み用の光を発する装置と読み出し用の光を発する装置を個別に設ける必要がある。しかし、一つの装置で２種類の波長を発することのできるものを用いれば構造が簡単になる。なお、書込み用の光と読み出し用の光の波長は、用いる材料のエネルギーバンドギャップによって決定されることはいうまでもない。
【０３２３】
上記のような構成をとることで、電気信号を入力及び出力とする電子装置を実現することができる。また、この構成を利用して、演算素子やメモリ素子を備えた集積回路を本発明で規定する材料上（あるいは材料中）に形成することは有用である。さらにまた、読み出し用の光の照射に従う光伝導電流を半導体レーザーや発光素子によって光に変換することで、光を入力及び出力とする電子装置を実現する事が出来る。勿論、上記のような構成は、本明細書中の実施例に利用できることはいうまでもない。
【０３２４】
〔実施例１６〕
一般に半導体の導電型を接合させたPN接合やPIN 接合を利用した各種素子（各種トランジスタやダイオード）が知られているが、本発明をこれらの構成に応用することは有用である。特にフォトトランジスタやフォトダイオードに本発明を利用すると、従来とは異なる動作を実現できる。
【０３２５】
例えば、フォトトランジスタやフォトダイオードの活性領域に第１の光を照射することによって、所定の情報を書き込む機能と、前記活性領域に第１の光を照射することによって、所定の情報を読み出す機能、あるいは所定の情報を消去する機能と、を有するデバイスを作製することで、メモリ機能や新規な演算機能を有するフォトトランジスタやフォトダイオードを得ることができる。即ち、フォトトランジスタやフォトダイオードに、第１の光の照射光量やその総照射エネルギーに対応した情報を積算して蓄えさせる機能を付与した構成を得ることができる。
【０３２６】
また半導体の異種導電型の接合（例えばPN接合やPIN 接合やPI接合）が形成された当該材料に対して、第１の光によってキャリアをトラップ準位に捕獲させ、第２の光によってこのキャリアをトラップ準位より励起させることによって、当該材料中の異種導電型の接合に起因する内部電界の作用によって外部に起電力あるいは電流を取り出す構成をとることもできる。即ちこの場合、第２の光（読み出し光）の照射によって、第１の光によって書き込んだ情報に反映した起電力あるいは電流を得ることができる。勿論、異種導電型の接合を有する構成において、外部から順方向または逆方向のバイアスを加えることも有効である。
【０３２７】
【発明の効果】
特定の物性を有する材料に、該材料のエネルギーバンドギャップの値によって定まる特定の波長より短い第１の光を照射し、しかる後に特定の波長より長い第２の光を照射し、その際の光伝導電流を測定することで、前記第１の光に関する情報、特にその照射光量を得ることができる。このことを利用することで、以下に示す機能を少なくとも一つ有する電子装置を得ることができる。
・全く新しい形式の光検出装置を得ることができる。
・特にダイヤモンドを利用することで、紫外線を高感度に検出できる。
・特に光の照射光量を測定することのできる光量計（ドーズメータ）を実現することができる。
・特にダイヤモンド薄膜を用いることで、紫外線の照射光量を正確に測定できる光量計（ドーズメータ）を得ることができる。
・光の照射光量を積算して蓄えることのできる電子装置を得ることができる。
・光の照射エネルギーを積算して蓄える機能を有する電子装置を得ることができる。
・光によって情報を書き込む機能を有する電子装置を得ることができる。
・光によって書き込まれた情報を読み出す機能を有する電子装置を得ることができる。
・光を入力とし、光伝導電流を出力とする電子装置を得ることができる。
・光を入力としたメモリー装置を得ることができる。
・光を入力とした演算機能を有する電子装置を得ることができる。
【０３２８】
また本発明は、アナログ信号を処理する素子、光信号を処理する素子、光信号を用いたスイッチング素子、入力が光信号であり出力が電気信号の素子、ニューロ素子、光素子等々に利用することができる。
【０３２９】
本発明において、光伝導電流を出力として動作させることは、極めて有意な点である。これは、バイアス電圧の制御やバイアス電圧を加える電極のギャップを制御することで、その出力を変化させることができるからである。そしてこの出力が容易に制御できることで、極めて高い実用性を得ることができる。
【０３３０】
また、ダイヤモンドをＸ線やγ線を検出する材料として用いることが知られているが、本発明を利用してＸ線やγ線の検出装置や光量計を作製することも原理的に可能である。この場合、材料としてダイヤモンドやダイヤモンド以上のエネルギーバンドギャップを有するもの（例えばｃ−ＢＮやＡｌＮ等を利用することも原理的に可能である。）を用ることにより、Ｘ線やγ線の照射の有無、その照射光量等を調べることができる。この技術は、核エネルギー分野や医療分野、さらには宇宙技術分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ダイヤモンド薄膜に光を照射した際の光の波長に相当するエネルギーとダイヤモンド薄膜の光感度との関係を示す。
【図２】  本発明を利用した実施例の素子及び該素子を用いた紫外線光量計の概要を示す。
【図３】  本発明を利用した素子に紫外線を照射していった場合の照射時間と光伝導電流との関係、さらにその後の白色光の照射に従う光伝導電流を示す。
【図４】  素子に紫外線を照射した場合の照射強度と明と暗の光伝導電流の比とを示す。
【図５】  素子に紫外線を照射した場合の照射強度と、光伝導電流が90％飽和する時間との関係を示す。
【図６】  素子に紫外線を照射した場合の照射光量と、白色光の照射に従う光伝導電流との関係を示す。
【図７】  素子に紫外線を照射した後において照射される光の波長に相当するエネルギーと、その際の光伝導電流が90％減少する時間との関係を示す。
【図８】  本発明を利用した電子装置の概要とその出力波形を示す。
【図９】  本発明を利用した電子装置の概要を示す。
【図１０】実施例における演算動作の例を示す。
【図１１】実施例における演算動作の例を示す。
【図１２】実施例における演算動作の例を示す。
【図１３】本発明を利用した電子装置の概要を示す。
【図１４】本発明を利用した紫外線光量計の概要を示す。
【図１５】本発明を利用した紫外線光量計の概要を示す。
【符号の説明】
(24),(25) ・・・取り出し電極
(22),(23) ・・・電極
(21)・・・・・・ダイヤモンド薄膜
(39)・・・・・・測定回路部分
(37),(38) ・・・電源
(35)・・・・・・スイッチ
(34)・・・・・・ハロゲンランプ
(36)・・・・・・白色光
(32)・・・・・・シャッター
(33)・・・・・・紫外線
(31)・・・・・・素子
(70)・・・・・・ダイヤモンド薄膜
(71)・・・・・・メモリ領域
(74)・・・・・・読み出し用の配線
(75)・・・・・・給電用の配線
(72)・・・・・・カレントアンプ
(73)・・・・・・バイアス電源
(90)・・・・・・第１の光の光源
(91)・・・・・・光学系
(92)・・・・・・光学系
(93)・・・・・・第２の光の光源
(94)・・・・・・回転軸
(106),(107) ・・透光性電極
(105) ・・・・・ダイヤモンド薄膜
(98)・・・・・・ディスク
(99)・・・・・・読み出し光
(100) ・・・・・書込み光
(95)・・・・・・書込み光を照射する手段
(96)・・・・・・読み出し光を照射する手段
(97)・・・・・・読み出し部
(101),(102) ・・電気的接触部
(140) ・・・・・紫外線あるいは紫外線を含む光
(141) ・・・・・シャッター
(142) ・・・・・バイアス電源
(143) ・・・・・ダイヤモンド薄膜
(144) ・・・・・電極
(145) ・・・・・電極
(146) ・・・・・白色光
(147) ・・・・・抵抗
(148) ・・・・・ＯＰアンプ
(150) ・・・・・出力
(151) ・・・・・電極
(152) ・・・・・電極
(153) ・・・・・光を遮断する容器
(154) ・・・・・電極
(155) ・・・・・電極
(156) ・・・・・ダイヤモンド薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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