(57)【要約】【課題】電子素子の保持部の近くにおいて基板の中に伝搬しようとする受信・放射パターンのエネルギーを低減することができる電磁波検出・発生装置などを提供する。【解決手段】電磁波検出・発生装置は、基板１００と、基板に設けられた受信・放射素子と、を有し、受信・放射素子は、アンテナ１０２と、アンテナと電気的に接続された電子素子１０１と、を含む。基板には、凹部１０３と、凹部の面に形成された反射部１０４と、凹部の上に配置されており電子素子を保持する保持部１０５と、が設けられている。アンテナは、保持部の近辺に、互いに向かい合っており且つ電子素子と電気的にそれぞれ接続されている２つの部分１０６、１０７を有する。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板に設けられた受信・放射素子と、を有し、
前記受信・放射素子は、アンテナと、前記アンテナと電気的に接続された電子素子と、を含み、
前記基板には、凹部と、前記凹部の面に形成された反射部と、前記凹部の上に配置されており前記電子素子を保持する保持部と、が設けられ、
前記アンテナは、前記保持部の近辺に、互いに向かい合っており且つ前記電子素子と電気的にそれぞれ接続されている２つの部分を有することを特徴とする電磁波検出・発生装置。
【請求項２】
前記２つに部分のそれぞれは、前記アンテナの前記２つの部分以外の部分で囲まれている領域から前記電子素子に向かって前記領域から離れるように伸びていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項３】
前記保持部は、前記凹部の底面から突出した柱状部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項４】
前記柱状部は、前記凹部の底面から前記電子素子の側に向かって断面積が広がる逆テーパの形状を有することを特徴とする請求項３に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項５】
前記保持部は、前記凹部を画する前記基板の縁部から伸び出た片持ち梁部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項６】
前記２つの部分は、８０°以下の角度をなして伸びていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項７】
前記２つの部分は、平行に伸びていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項８】
前記２つの部分のそれぞれは、前記アンテナの前記２つの部分以外の部分で囲まれている領域の側の前記保持部の縁を跨いで伸びていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項９】
前記アンテナは閉ループ状に伸びていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１０】
前記アンテナは、前記アンテナの前記２つの部分以外の部分で囲まれている領域の側に窪んだ少なくとも１つの窪み部を有することを特徴とする請求項９に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１１】
前記アンテナは、３つの前記窪み部を有し、
３つの前記窪み部のうち、１つの前記窪み部は前記２つの部分の一方を有し、別の１つの前記窪み部は前記２つの部分の他方を有することを特徴とする請求項１０に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１２】
３つの前記窪み部は略１２０°間隔で配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１３】
前記凹部は、前記アンテナの少なくとも１つの窪み部の形状に合わせた窪み部を有することを特徴とする請求項１０から１２の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１４】
前記アンテナで規定される第２の反共鳴周波数で動作されることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１５】
前記基板は平板状であり、前記アンテナは前記基板の面と平行に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１６】
前記凹部は、前記基板の上方から見て、前記アンテナを包囲するように形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１７】
前記アンテナで規定される第１の反共鳴周波数で動作されることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１８】
前記アンテナは前記基板の面に垂直に立設されていることを特徴とする請求項１７に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項１９】
前記２つの部分のそれぞれは、直線状であることを特徴とする請求項１から１８の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項２０】
前記凹部は、誘電体で充填され、前記誘電体の上に前記アンテナが設けられていることを特徴とする請求項１から１９の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置。
【請求項２１】
基板と、前記基板に設けられた受信・放射素子と、を有し、
前記受信・放射素子は、アンテナと、前記アンテナと電気的に接続された電子素子と、を含み、
前記基板には、凹部と、前記凹部の面に形成された反射部と、前記凹部の上に配置されており前記電子素子を保持する保持部と、が設けられ、
前記アンテナと前記保持部のうちの少なくとも一方は、前記アンテナによる受信・放射エネルギーの、前記保持部を介する前記基板の中への漏れを低減させるように形成されていることを特徴とする電磁波検出・発生装置。
【請求項２２】
複数の請求項１から２１の何れか１項に記載の電磁波検出・発生装置が共通の基板上に設けられていることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２３】
前記電子素子は整流素子であり、前記アンテナにはカットが形成されていることを特徴とする請求項２２に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波検出・発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、ミリ波からテラヘルツ波領域（３０ＧＨｚ乃至３０ＴＨｚ）のうちの任意の周波数帯域を有する電磁波である。このテラヘルツ波を検出可能な電磁波センサをアレイ状に配列し、その前に適当な焦点レンズを配置することで、テラヘルツ波領域で測定対象のイメージを取得することが可能な装置を構築できる。テラヘルツ波領域におけるイメージ取得は種々の分野で有用である。例えば、テラヘルツ波は、布や生地などを透過するが金属を容易には透過しないので、こうしたイメージング装置は、秘匿した武器の探知などのセキュリティ分野で有用である。また、医療分野でも有用である。例えば、癌組織と健康な組織はテラヘルツ波に対して屈折率が異なるので、テラヘルツ波領域での生体組織のイメージングは患者の癌細胞を検出するのに有用である。
【０００３】
センサアレイを用いるイメージングでは、或る位置のセンサで検知されるべき情報が他の位置のセンサでは検知されないことが重要である。なぜなら、そうした検知により意図したイメージとは異なるイメージが取得されることになるからである。また、今日、数百のセンサを単一の半導体基板に集積化することが行われている。半導体の誘電率は、通常、センサを取り囲んでいる空気の誘電率より大きい。その結果、半導体基板に集積化されたセンサのアンテナに係わる受信・放射エネルギーは、空気中より基板を伝搬する比率が大きくなる傾向がある。通常、半導体基板は平板状であるので、基板を伝搬するエネルギーは基板モードすなわち共鳴モードをとることになり、センサに対するエネルギー伝搬が意図したものではなくなることになる。こうした事態はイメージの歪みをもたらすことになり易い。
【０００４】
特許文献１は、テラヘルツ波領域の検出装置を開示している。ここでは、熱型センサ及び広帯域の平板状スカート形状のアンテナが用いられ、これにより、小さい熱容量と高い電気的性能を達成している。アンテナの長さは実質的に１波長の長さであり、２００Ωの抵抗器との間でインピーダンス整合と高いエネルギー伝送効率を実現している。また、１つの実施形態では、検出器が、反射器として働く平板状の導体を有し、アンテナの指向性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許公開第２０１４０１１７２３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１は、アンテナを如何に効果的に基板に接続するか、また、こうした接続により生起し得る問題点について言及していない。すなわち、基板の表面を、反射器として働く平板状導体とすることの困難性について言及していない。従って、アンテナの放射パワーは平板状導体では反射されず、基板中に伝搬することがある。この結果、放射パワーが、アンテナの放射パワーが平板状導体で反射されるものと比べて、低くなる。また、イメージ形成のためにセンサアレイを用いる場合には、基板中を伝搬する各アンテナによる受信・放射エネルギーは他のセンサにも伝搬して、イメージの歪みをもたらすことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の電磁波検出・発生装置は、基板と、前記基板に設けられた受信・放射素子と、を有し、前記受信・放射素子は、アンテナと、前記アンテナと電気的に接続された電子素子と、を含む。前記基板には、凹部と、前記凹部の面に形成された反射部と、前記凹部の上に配置されており前記電子素子を保持する保持部と、が設けられ、前記アンテナは、前記保持部の近辺に、互いに向かい合っており且つ前記電子素子と電気的にそれぞれ接続されている２つの部分を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に依れば、保持部の近くにおいて基板の中に伝搬しようとする受信・放射パターンのエネルギーを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１−１】（Ａ）電磁波検出・発生装置の第１の実施形態の第１例の上面図、（Ｂ）電磁波検出・発生装置の第１の実施形態の第１例のＩＢ−ＩＢ断面図、（Ｃ）第１の実施形態の装置の保持部の構成の一例を示す断面図。
【図１−２】（Ｄ）第一の実施形態の装置の保持部の構成の別の一例を示す上面図、（Ｅ）第一の実施形態の装置の保持部の構成の別の一例を示すＩＥ−ＩＥ断面図。
【図２】（Ａ）電磁波検出・発生装置の第１の実施形態の第２例の上面図、（Ｂ）電磁波検出・発生装置の第１の実施形態の第２例のＩＩＢ−ＩＩＢ断面図。
【図３】第１の実施形態の受信・放射パターンのエネルギー分布を示す上面図。
【図４】第１の実施形態の受信・放射パターンのエネルギー分布を示す側面図。
【図５】表１の特性を示すアンテナモデルの斜視図。
【図６】表２の特性を示すアンテナモデルの斜視図。
【図７】（Ａ）電磁波検出・発生装置の第２の実施形態の第１例の上面図、（Ｂ）電磁波検出・発生装置の第２の実施形態の第１例のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ断面図。
【図８】（Ａ）電磁波検出・発生装置の第２の実施形態の第２例の上面図、（Ｂ）電磁波検出・発生装置の第２の実施形態の第２例のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ断面図。
【図９】３／２波長の長さのループ状アンテナの、第２の反共鳴周波数の近辺での動作時の電流の方向と零点を示す図。
【図１０】第２の実施形態の受信・放射パターンのエネルギー分布を示す上面図。
【図１１】第２の実施形態の受信・放射パターンのエネルギー分布を示す側面図。
【図１２】（Ａ）電磁波検出・発生装置の第３の実施形態の上面図、（Ｂ）電磁波検出・発生装置の第３の実施形態のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ断面図。
【図１３】従来例の受信・放射パターンのエネルギー分布を示す上面図。
【図１４】従来例の受信・放射パターンのエネルギー分布を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施形態は、アンテナと電磁波受信・放射素子である電子素子とを有する電磁波検出・発生装置に関する。また、テラヘルツ波（ＴＨｚ波）で動作する電磁波検出・発生装置に関する。なお、本明細書において、「検出・発生」とは、電磁波検出と電磁波発生のうちの少なくとも一方を行うことを言う。また、「受信・放射」とは、電磁波受信と電磁波放射のうちの少なくとも一方を行うことを言う。さらに、以下の実施形態では、アンテナによる受信・放射エネルギーの、基板の凹部の上に配置されており電子素子（受信・放射素子）を保持する保持部を介する基板の中への漏れを低減させるように構成されている。典型的には、アンテナが、保持部の近辺に、互いに向かい合っており且つ電子素子と電気的にそれぞれ接続される２つの部分を有する。２つの部分は、アンテナの主要部（アンテナの２つの部分を除く部分で囲まれている領域）から電子素子に向かって伸びており、該主要部から離れる方向へ伸びている。或いは、保持部を、凹部を画する基板の縁部から伸び出た片持ち梁部として、梁部の下の凹部の部分にも反射部を設け、保持部を介して基板の中へ漏れようとする受信・放射エネルギーを反射して基板の中への漏れを低減させる手段とすることも出来る。下記の逆テーパ形状の柱状部とその内部の側壁面に形成された反射層も、こうした漏れを低減させる手段と言い得る。この様な電磁波検出・発生装置を共通の基板上に複数アレイ状に並べて構成されるイメージセンサなどの装置では、センサ間の信号漏れを抑制できて、イメージの質を向上させることができる。
【００１１】
以下、図に沿って本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明はこうした実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００１２】
（第１の実施形態）
従来の構成では、アンテナを包囲する媒体（通常、空気や真空）より大きい誘電率を持つ基板に接してアンテナを設けるとき、放射の場合で言えば、アンテナから放射されるエネルギーの多くは基板内に放射され、少しが包囲媒体中に放射されることになる。その結果、アンテナの受信・放射パターンを制御する為には、基板の裏面にレンズを設ける必要がある。例えば、アンテナをシリコン基板に直接的に集積化する場合には、シリコン基板の裏面にシリコンレンズを設けることがよく行われる。しかし、イメージセンサを実現するために複数のアンテナをアレイ状に並べるとき、単一或いは複数のシリコンレンズを設計してイメージの焦点をセンサアレイに合わせすることは極めて煩雑になる。
【００１３】
１つの解決法は、金属性の表面をアンテナと基板との間に設けることである。金属表面は反射器として機能し、アンテナによる受信・放射エネルギーのパターンを基板の上方に向けることができる。 
【００１４】
アンテナは、通常、電子素子と結合される。電磁波放射を行いたい場合は、電子素子は例えば発振器である。電磁波受信を行いたい場合は、電子素子は例えば整流器である。通常、アンテナと電子素子は伝送線を介して接続される。しかし、テラヘルツ波領域では、伝送線は充分満足のいくものが未だ開発されておらず、エネルギーを損失する可能性がある。つまり、電子素子と伝送線とアンテナとの間でインピーダンスマッチングが欠けており、アンテナによるエネルギーの受信・放射が一部しか出来ない可能性がある。よって、アンテナを電子素子に直接的に接続することは大いに試みるに値するものである。
【００１５】
電磁波検出・発生装置の構成としては、アンテナと電子素子を直接的に接続するとともに反射器を設けて、電子素子を保持するための手段として反射器から突出した柱状部などを設ける。しかし、電子素子を収容する柱状部などの保持部（電子素子支持手段）は、反射器中において反射を妨害する部分となり得る。反射器中のこうした妨害部分は、アンテナによる受信・放射エネルギーの一部を基板中に漏洩させる要因になり得る。
【００１６】
そこで、第１の実施形態における第１例では、アンテナの形状を適宜に変更する。すなわち、電子素子を保持する柱状部を通って基板中に漏れるアンテナによる受信・放射エネルギーを低減させるようにアンテナ形状が設計される。図１−１（Ａ）はこの第１例の電磁波検出・発生装置の上面図を示し、図１−１（Ｂ）は、図１−１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線における断面図 を示す。
【００１７】
本例では、シリコンなどの平板状の半導体基板１００に電子素子１０１が集積化されている。また、金属ワイヤなどからなる円環の閉ループ状のアンテナ１０２による受信・放射エネルギーを反射するために、基板１００表面から奥まった場所に形成された凹部１０３の底面と側面に金属反射器１０４が形成されている。ただし、アンテナの形状は、四角形、三角形などの多角形等であってもよい。場合に応じて設計すればよい。ここでは、基板は平板状であり、アンテナは基板の面と平行に設けられている。
【００１８】
図１−１（Ａ）に示す様に、凹部１０３は、基板１００の上方から見て、アンテナ１０２を包囲するように形成されている。さらに、アンテナ１０２を直接的に電子素子１０１に電気接続するために、基板１００に繋がって反射器１０４から突出した保持部としての柱状部１０５を有し、柱状部１０５上に電子素子１０１が設けられている。電子素子１０１は、例えば、半導体の基板１００に繋がった柱状部１０５上に成長して形成される。本例では、アンテナによる受信・放射エネルギーの一部が柱状部１０５を介して基板１００中に漏れないようにするために、アンテナ１０２に２つの部分（線状対向部）１０６、１０７が形成されている。
【００１９】
より詳細には、電子素子１０１を載せた柱状部１０５の近辺のアンテナ１０２の部分が２つの線状（ここでは直線状）の部分１０６、１０７になっている。図１−１（Ａ）に示す様に、破線で示される電子素子からアンテナの重心へ向かう中心線と２つの部分１０６、１０７のそれぞれとがなす角の角度をαとすると、２つの部分１０６、１０７は同一平面上にあって相互に向かい合い、角度２αを成して伸びている。これらの線状対向部は、アンテナ１０２の特性に影響を及ぼす所定の長さに亘って相互に向かい合っているので、アンテナの重心は柱状部１０５から離れる方向にずれる。
【００２０】
すなわち、２つの部分１０６、１０７のそれぞれは、アンテナ１０２の主要部（アンテナ１０２の２つの部分１０６、１０７以外の部分で囲まれている領域）の側の柱状部１０５の縁を跨いでいる。そして、アンテナ１０２の主要部（アンテナ１０２による受信・放射パターンの主要部とも言う）から電子素子１０１に向かって伸びている。このとき、２つの部分１０６、１０７のそれぞれは、２つの部分１０６、１０７のそれぞれと該主要部との接続点から電子素子１０１へ向かって、該主要部から離れる方向に伸びている。これを換言すると、２つの部分１０６、１０７のそれぞれは、一方の端部がアンテナ１０２の該主要部と接続されており、他方の端部が該主要部から離れて該主要部の外側に配置される。よって、基本的に、２つの部分１０６、１０７及び電子素子１０１は、アンテナ１０２の主要部の外側に配置される。
【００２１】
従って、アンテナによる受信・放射のパターンは全体として柱状部１０５から離れる方向に移動し、この柱状部を通るエネルギー漏れが低減させられる。さらに、２つの部分１０６、１０７を流れる電流の方向が相互に逆であるので、これらによる受信・放射パターンは相互に逆になって、一部が相殺される。よって、柱状部１０５の近辺のアンテナ１０２による受信・放射エネルギーは低減させられ、アンテナによる受信・放射エネルギーの柱状部を介する漏れが減少することになる。この様子が、アンテナにより放射される電磁波のポインティングベクトルの分布を図示する図３と図４に示されている。従来のものを示す図１３と図１４との比較から分かる様に、柱状部１０５の近辺のアンテナ１０２によるエネルギーが低減し、明らかに基板の裏面からのエネルギーの漏れが減少している。なお、２つの部分１０６、１０７は、中心線を挟んで対称的に伸びているが、必ずしも対称的である必要はない。場合に応じて、形状の設計をすればよい。
【００２２】
第１の実施形態の第１例はセンサに係わるものとして説明する。このセンサでは、シリコン基板に、アンテナ１０２に電気的に接続された整流器１０１が集積化されている。整流器は、ショトキーバリアダイオード（ＳＢＤ）或いは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。両者とも、１テラヘルツ（ＴＨｚ）以上で動作することが確認されている。後者（ＦＥＴ）は、チャネル中のプラズモン波に依るものである。作製は次のようにして行うことができる。まず、シリコンのウエットまたはドライエッチングにより凹部１０３を形成する。例えばシリコンのドライエッチング技術により、種々の形状の反射器を形成することができる。次に、凹部の底面と側面を、金属蒸着と金属エッチング、金属蒸着とリソグラフィー、または金属蒸着とリフトオフにより金属薄膜でコーティングする。次に、テラヘルツ波領域において低誘電率で低損失の物質（誘電体）を用いて、凹部１０３を充填する。例えば、ベンゾシクロブテン (ＢＣＢ)が用いられる。次に、ＢＣＢ上に、既知の半導体・金属蒸着、リソグラフィーまたはリフトオフを用いて、アンテナ１０２を形成する。
【００２３】
電子素子としての整流素子である整流器１０１により受信を行う場合、アンテナ１０２が閉回路を構成していると、整流信号に相当する電位の差がゼロになってしまう恐れがある。これを避ける為に、図１−１（Ａ）に示すようにアンテナ１０２にカット１０８を入れる手法がある。また、このカット１０８が電流の零点に配される場合、アンテナのインピーダンスと受信・放射パターンへのカットの影響は最小となる。カットの替わりに他の回路素子を用いて、電気的ポテンシャルの差を保持するという同じ効果を得ることも出来る。こうした回路素子としては、例えば、抵抗器、コンダクタンス、インダクタンス、これらの素子の結合などがある。
【００２４】
検出・発生装置の特性へのパラメータ２αの影響について述べる。図２（Ａ）は、角度αがゼロである電磁波検出・発生装置の上面図を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢにおける断面図である。こうした構成の場合、２つの部分１０６、１０７を流れる電流の方向は正反対である。その結果、２つの部分１０６、１０７による受信・放射は正反対となり、効果が最大となる。他方、角度２αがゼロでないとき、２つの部分１０６、１０７のｃｏｓ（α）に相当する部分による受信・放射は反対となるが、２つの部分１０６、１０７のｓｉｎ（α）に相当する部分による受信・放射は互いに強め合う。 
【００２５】
柱状部を通るアンテナによる受信・放射エネルギーの漏れを低減させるには、角度αをゼロにするのが好ましい。しかし、逆電流の２つの部分が近接して配置されると、電気的な損失が、或る距離あるいは或る角度で配置された２つの同様な部分のものより、大きくなる。よって、互いに平行な線状対向部は短ければ短いほど、損失が少なくなる。従って、アンテナを設計する際は、適用される全体構造に応じて、柱状部を介するエネルギー漏れを減らすこととアンテナのエネルギー損失との妥協点を見出す必要がある。
【００２６】
ワイヤアンテナを考えると、アンテナの長さが動作電磁波の波長より短くないとき、アンテナの受信・放射インピーダンスや受信・放射パターンはアンテナの長さに依存する。この理由は、アンテナに沿った電位差及びアンテナ中の電流に対して、共鳴或いは反共鳴周波数が現れるからである。閉ループアンテナに対するシミュレーション結果は以下の如きものである。アンテナの長さが動作波長の略３／２のとき第２の反共鳴周波数が現れる。この反共鳴周波数では、受信・放射インピーダンスの実部が大きなピークを示すので、興味深いものである。種々の受信・放射インピーダンスにより、種々のインピーダンスの負荷とインピーダンスマッチングが実現される。第２の反共鳴周波数の他の技術的利点は、受信・放射パターンが、アンテナで規定される面に対して垂直であることである。その結果、アンテナが基板上に配置されるとき、アンテナ面は基板表面と平行であり、アンテナによる受信・放射パターンは基板に垂直となる。このことは、イメージセンシング用にアンテナがアレイ状に並べられるときに技術的意義を持つ。
【００２７】
本実施形態の効果のシミュレーション結果を説明する。図５はこの目的のために用いたアンテナのモデルである。シミュレーション結果は、市販の有限要素法ソフトウエアＨＦＳＳ（Ａｎｓｏｆｔ社製）を用いて得られた。シミュレーションは１ＴＨｚの周辺で行った。基板のパラメータは、基板材料がシリコンであり、凹部を充填する物質がＢＣＢである。アンテナの全長は２５０μｍに維持され、アンテナの２つの線状対向部の長さ（ｌ）は、０μｍ以上４７.５μｍ以下の間で変化させた。モデルの上面からの受信・放射エネルギーに対するモデルの底面からの受信・放射エネルギーの比率が、２つの周波数、すなわち、第２の反共鳴周波数と第２の反共鳴周波数におけるピーク強度の３０％の強度における周波数について、演算された。結果が、下記の表１に示されている。この結果によると、アンテナから基板へのエネルギーの漏れ比率は、２つの線状対向部をアンテナに設けることで減少することが分かる。また、２つの線状対向部の長さが増加するにつれて減少する。この減少率は、第２の反共鳴周波数が略３７％であり、３０％の強度の周波数が略４０％である。
【００２８】
この相違は、２つの周波数における受信・放射パターンの違いで説明できる。よって、線状対向部が無い元のアンテナの受信・放射パターンが発明の効果にとって無視できないことが分かる。
【００２９】
２つの部分の間の角度の影響について、シミュレーション結果を説明する。図６はこの目的のアンテナのモデルを示す。手法は上記シミュレーションとほぼ同じである。長さ（ｌ）は１０μｍに固定され、角度αを０°以上４５°以下の間で変化させた。下記の表２にそのシミュレーション結果を示す。角度αが大きいほど、アンテナから基板中への受信・放射エネルギーの漏れが多くなることが分かる。
【００３０】
【表１−２】
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【００３１】
表１は、上記２つの部分が無いとき、第２の反共鳴周波数での前記パワー比率が１２.２%であることを示す。また、表２は、上記２つの部分の長さが１０μｍで前記角度αが３０°のとき、前記パワー比率が１１.１%であることを示す。しかし、前記角度αが４５°のとき、前記パワー比率が１３.３%に上昇する。こうしたことから、角度２αが略８０°より大きくなると、余り効果が無いということになる。従って、２つの部分は、８０°以下の角度をなして伸びていることが好ましい。
【００３２】
基板中への受信・放射エネルギーの漏れを少なくするという効果を得るために２つの部分１０６、１０７は直線状である必要はない。効果があるためには、２つの部分が相互に向かい合っていることである。その理由は、２つの部分の長さが動作波長より相当に短いからである。
【００３３】
柱状部を介する受信・放射エネルギーの漏れを低減させるのに、図１−１（Ｃ）に示すように、保持部としての柱状部１０５の形状を逆テーパとすることも効果的である。凹部の底部から電子素子側に向かって断面積が広がる逆テーパの形態により、柱状部に入る受信・放射エネルギーが柱状部の内部の側壁で反射され、基板の上方向に伝搬させられるからである。この側壁の面には反射層を形成するのが好ましい。また、図１−２（Ｄ）、図１−２（Ｅ）に示すように、保持部を、凹部を有する基板１００の縁部から伸び出た片持ちの梁部１１５としてもよい。梁部１１５は、電子素子１０１が配置されている面の一部が伸びて基板１００と接続している。この場合、梁部１１５の下の凹部の部分にも反射部１０４を設けることが可能なため、基板１００の中へ漏れようとする受信・放射エネルギーを反射して基板１００の中への漏れをより低減させることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
複数のアンテナをアレイ状に並べてイメージセンサを構成するとき、解像度を上げるためにはアンテナサイズを低減させることが重要である。放射の場合は、放射パワーを増大するために放射器をアレイにする手法がある。この場合、放射器アレイの面積を調整して受信・放射パターンを制御することができる。すなわち、波長に比して面積を小さくすると、発散的な放射を実現することができる。他方、波長に比して面積を大きくすると、収束的な放射を実現できる。第２実施形態ではアンテナサイズを低減する。
【００３５】
図７（Ａ）と図７（Ｂ）は第２実施形態の第１例を示す。半導体基板１００に電子素子１０１が集積化されている。アンテナ１０２による受信・放射エネルギーを反射するために、凹部１０３と金属反射器１０４が設けられている。凹部から突出した柱状部１０５上に電子素子１０１が形成されている。両者は半導体で形成されている。柱状部１０５の近辺にアンテナ１０２は２つの部分１０６、１０７を有し、これらは相互に向かい合って、アンテナの主要部から外方に伸び出ている。アンテナ１０２は、その使用面積（アンテナ１０２を半導体基板１００に射影した場合にアンテナ１０２に囲まれている領域の面積）を低減させるために、次のようになっている。すなわち、アンテナの主要部（アンテナの前記２つの部分以外の部分で囲まれている領域）の側に窪んだ少なくとも１つの窪み部１０９を有している。窪み部１０９は、２つの部分１０６、１０７が関係する窪み部とは別のものである。つまり、アンテナは、窪み部１０９を含む３つの窪み部を有し、３つの窪み部のうち、１つの窪み部は前記２つの部分の一方を有し、別の１つの窪み部は前記２つの部分の他方を有する。
【００３６】
窪み部１０９の存在で、アンテナ１０２は、３つの対向ワイヤ部分を含むことになり、その面積は低減される。第２の反共鳴周波数の動作波長において、窪み部１０９を形成する両側の２つの対向ワイヤ部分では対向部での電流の方向は同じであるので、この存在による損失は生じない。アンテナ１０２の受信・放射パターンの形状バランスを確保するためには、３つの対向ワイヤ部分は略１２０°間隔の角度間隔で配置されるのが良い。
【００３７】
アンテナ１０２の面積を低減させることは、１つの素子のサイズを低減させるのに好都合である。また、素子のサイズを更に低減させるために、アンテナ１０２の窪み部１０９の形成に合わせて凹部１０４にも窪み部１０３を設けるのが良い。この第２例は図８（Ａ） と図８（Ｂ）に示されている。第２例でも、半導体基板１００に電子素子１０１が集積化されている。凹部１０４と金属反射器１０３も設けられている。電子素子１０１は柱状部１０５に設けられている。アンテナ１０２の２つの部分１０６、１０７は柱状部の近くに互いに向かい合って設けられている。また、アンテナ１０２の面積を減らすために、アンテナに窪み部１０９が設けられ、さらに凹部１０４にも窪み部１１０が設けられている。２つの窪み部１０９、１１０は相俟ってサイズ低下という効果を発揮する。窪み部１１０が窪み部１０９の形状と幾何形状的に合わせられているとき、この効果がより発揮される。 
【００３８】
図８の構成でも、アンテナ１０２の互いに向かい合う２つの部分１０６、１０７において電流の方向が逆であるとき、アンテナのエネルギー損失が増大する。よって、アンテナの損失を低減させるためには、２つの対向部は短い方が好ましい。他方、窪み部１０９で形成されたアンテナの２つのワイヤ対向部（互いに向かい合う２つの部分１０６、１０７以外の対向部）では電流の流れは次のようになる。ループ状のアンテナが第２の反共鳴周波数の周辺で駆動されるとき、アンテナ１０２の長さは波長の略３／２となる。図９はこのときの電流の方向を示す。時間と共に電流の位相が変化するとき電流の流れ方向も変化するが、流れ方向の相対関係（逆方向か同方向かという関係）は変化しない。従って、図８Ａ）と図８（Ｂ）の構成において、窪み部１０９で形成されたアンテナの２つのワイヤ対向部では電流の流れは同方向となり、エネルギー損失は生じない。
【００３９】
以上の様子が、アンテナにより放射される電磁波のポインティングベクトルの分布を図示する図１０と図１１に示されている。ここでも、従来のものを示す図１３と図１４との比較から分かる様に、柱状部１０５の近辺のアンテナ１０２によるエネルギーが低減し、明らかに基板の裏面からのエネルギーの漏れが減少している。
【００４０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、ワイヤアンテナの動作点が第１の反共鳴周波数の近辺である。第２の反共鳴周波数とは異なり、第１の反共鳴周波数でアンテナの受信・放射インピーダンスの実部がピークを示す。アンテナの受信・放射インピーダンスの実部の値は、種々のインピーダンスの負荷の使用を許容する。しかし、第２の反共鳴周波数と異なり、第１の反共鳴周波数のときの受信・放射パターンはアンテナで規定される面に沿っている。その結果、アンテナが基板上に配置されるとき、アンテナの受信・放射パターンを基板の平面から離すには、アンテナを基板平面に垂直に設けるのが好適である。すなわち、アンテナ１０２を基板１００の表面上に立設するのが良い。
【００４１】
アンテナで規定される第１の反共鳴周波数の動作波長において、アンテナの長さは波長の略半分である。このとき、アンテナを包囲する物質を考慮している。このことは前述の実施形態でも同じであった。例えば、アンテナ１０２が凹部内のＢＣＢと接する場合とアンテナが空気で包囲されている場合とでアンテナの長さが異なるのと同じである。本実施形態でも、上記と同様な手法でアンテナ１０２から柱状部１０５を介して受信・放射エネルギーが漏れるのを防止することが重要である。この為に、ワイヤアンテナでは、柱状部１０５の近辺に、互いに向かい合う２つの部分１０６、１０７が配置される。
【００４２】
図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）は第３の実施形態を示す。半導体基板１００に電子素子１０１が集積化されている。凹部１０３と金属反射器１０４も設けられている。電子素子１０１は柱状部 １０５上に設けられている。アンテナ１０２の長さは、第１の反共鳴周波数の近辺で動作するように設定されている。アンテナ１０２が基板表面に垂直に立設されていることが特徴である。上述した様に、アンテナ１０２の２つの部分１０６、１０７は互いに平行であるとき、柱状部１０５を介する受信・放射エネルギーの漏れを防止するという効果が大きくなる。ただし、エネルギー損失を低減させるために、第１の実施形態と同様に、両者間の角度２αを調整することもできる。本実施形態では、アンテナ１０２を、幅を持つリボン状のものとしているが、ワイヤアンテナとしてもよい。
【００４３】
アンテナを用いる電磁波発生装置と電磁波検出装置とは構成上等価であり、検出装置の例も、電磁波発生装置に適用ないし応用することができる。電磁波発生装置では、電子素子は、ＲＴＤ（共鳴トンネルダイオード）などの発振器である。
【符号の説明】
【００４４】
１００・・・基板、１０１・・・電子素子、１０２・・・アンテナ、１０３・・・凹部、１０４・・・反射部（反射器）、１０５・・・保持部、１０６、１０７・・・２つの部分（線状対向部）
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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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１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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