DE112016000672T5 - Detektor für elektromagnetische Wellen und Gasanalyseeinrichtung - Google Patents

Detektor für elektromagnetische Wellen und Gasanalyseeinrichtung Download PDF

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Daisuke Fujisawa
Shimpei OGAWA
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Abstract

Ein Detektor für elektromagnetische Wellen, der mit einem ersten Sensor für elektromagnetische Wellen, der eine Lichtempfangseinheit hat, die oberhalb eines Substrats von einem Abstützungsschenkel in der Luft gehalten wird, und einem zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen versehen ist, der eine Lichtempfangseinheit hat, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel, der die gleiche Struktur wie der Abstützungsschenkel des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen hat, in der Luft gehalten wird und so ausgebildet ist, dass er an den ersten Sensor für elektromagnetische Welle angrenzt, wobei der Detektor für elektromagnetische Wellen dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichtempfangseinheit des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen eine Reflexionsschicht hat, wobei die Lichtempfangseinheit des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen einen Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen zum Detektieren von Licht eines vorgeschriebenen Wellenlängenbands oder einer vorgeschriebenen Polarisation hat, und wobei die Differenz zwischen der Ausgabe des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen und des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Detektor für elektromagnetische Wellen, der elektromagnetische Wellen in einem spezifischen Wellenlängenbereich detektiert, indem er die elektromagnetischen Wellen in Wärme umwandelt, sowie eine Gasanalyseeinrichtung, die einen solchen Detektor für elektromagnetische Wellen aufweist.
  • Stand der Technik
  • Haushaltsgeräte und dergleichen benötigen empfindliche und einfache Detektoren für elektromagnetische Wellen, die jeweils die Position eines menschlichen Körpers oder die Temperaturverteilung in einem Raum detektieren, um eine Energiesparfunktion zu verwirklichen und Platz zu sparen. Für einen solchen Detektor für elektromagnetische Wellen wird herkömmlicherweise ein Sensor für elektromagnetische Wellen verwendet, in welchem eine Thermosäule in einem Pixel verwendet wird. In dem Sensor für elektromagnetische Wellen ist eine Messstelle (hot junction) eines Thermoelements oberhalb eines Hohlraums ausgebildet, und eine Vergleichsstelle (cold junction) ist an einem Rahmenkörper ausgebildet.
  • Die Temperatur der Messstelle ist aus der Thermospannung bekannt, die gemäß der Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und der Vergleichsstelle erzeugt wird. Außerdem wird die Empfindlichkeit des Sensors für elektromagnetische Wellen verbessert, indem die thermische Kapazität der Messstelle verringert wird, was die thermische Leitfähigkeit von der Messstelle zur Vergleichsstelle unterbindet, was die Absorption durch eine Absorptionsschicht für elektromagnetische Wellen vergrößert (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
  • Stand der Technik
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: JP 2005-172762 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • In einem Fall, in welchem die Wellenlänge einer zu detektierenden elektromagnetischen Welle in einem herkömmlichen Detektor für elektromagnetische Wellen detektiert wird, ermöglicht die Ausbildung einer Absorptionsschicht für elektromagnetische Wellen, die eine elektromagnetische Welle in einem vorbestimmten Wellenlängenband in einer Lichtempfangseinheit (einer Temperatursensoreinheit) absorbiert, dass ein Sensor für elektromagnetische Wellen eine Wellenlängen-Selektivität in der Empfindlichkeit hat.
  • Für den Fall jedoch, dass die Absorptionseinheit für elektromagnetische Wellen aus einer Thermosäule hergestellt ist, tritt zusätzlich zu der Absorption elektromagnetischer Wellen an einer Messstelle eines Thermoelements auch eine Absorption elektromagnetischer Wellen an einem Abstützungsschenkel-Bereich auf (beispielsweise einer Verdrahtung des Thermoelements), der die Lichtempfangseinheit in der Luft hält. Die Sensorausgabe, die durch die Absorption elektromagnetischer Wellen am Abstützungsschenkel-Bereich hervorgerufen wird, verschlechtert die Wellenlängen-Selektivität in der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das obige Problem zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasanalyseeinrichtung anzugeben, die einen Detektor für elektromagnetische Wellen aufweist, dessen Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen verbessert ist.
  • Wege zum Lösen der Probleme
  • Ein Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein Substrat; einen ersten Sensor für elektromagnetische Wellen, der eine Lichtempfangseinheit aufweist, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel in der Luft gehalten wird; und einen zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen, der eine Lichtempfangseinheit aufweist, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel in der Luft gehalten wird, der eine Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen ist, wobei der zweite Sensor für elektromagnetische Wellen so ausgebildet ist, dass er an den ersten Sensor für elektromagnetische Wellen angrenzt.
  • Die Lichtempfangseinheit des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen weist eine flache Reflexionsschicht auf, die die gesamte Fläche der Lichtempfangseinheit bedeckt. Die Lichtempfangseinheit des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen weist einen Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen auf, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband oder Licht mit einer vorbestimmten Polarisation detektiert. Der Detektor für elektromagnetische Wellen gibt eine Ausgabe-Differenz zwischen den Signalen von dem zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen und dem ersten Sensor für elektromagnetische Wellen aus.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Da der Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung die obige Konfiguration hat, kann das Sensorausgangssignal subtrahiert werden, das von der Absorption elektromagnetischer Wellen am Abstützungsschenkel-Bereich hervorgerufen wird, der die Lichtempfangseinheit in der Luft hält. Daher wird die Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht eines Sensors für elektromagnetische Wellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2(a) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1, und
  • 2(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1.
  • 3 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 3.
  • 6 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen der Verbindung zwischen Thermoelementen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen von Absorptionseigenschaften des Detektors für elektromagnetische Wellen.
  • 8 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 8(a).
  • 10 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen von Absorptionseigenschaften des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist ein Diagramm zum schematischen Veranschaulichen einer Gasanalyseeinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 13.
  • 15 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 13.
  • 16 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ist ein Beispiel einer Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 16.
  • 18 ist ein Beispiel der Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 16.
  • 19 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in 19.
  • 21 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in 19.
  • 22 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Erste Ausführungsform
  • Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Fall beschrieben, in welchem ein Detektor für sichtbares Licht oder ein Detektor für Infrarotlicht als Detektor für elektromagnetische Wellen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch wirksam auf einen Detektor für einen Bereich von ultraviolettem Licht, Nah-Infrarotlicht, Terahertz-Wellen (THz), Funkwellen, wie z. B. Mikrowellen oder dergleichen angewendet werden, und zwar zusätzlich zu den obigen Detektoren. Es sei angemerkt, dass bei den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung diese Arten von Licht- und Radiowellen generell als elektromagnetische Wellen bezeichnet werden.
  • Nachfolgend werden Detektoren für elektromagnetische Wellen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen sind die gleichen Bezugszeichen den identischen Konfigurationen zugewiesen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Zunächst wird als zugrundeliegende Technik ein Sensor für elektromagnetische Wellen beschrieben, der in dem Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 1 ist eine Draufsicht eines Sensors 110 für elektromagnetische Wellen, der auf der Technik basiert, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt. Die 2(a) und 2(b) sind Querschnittsansichten des Sensors 110 für elektromagnetische Wellen. 2(a) ist die Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1, und 2(b) ist die Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1. Es sei angemerkt, dass der einfachen Verständlichkeit halber eine Isolierschicht 2 auf einem Substrat 1 in 1 nicht dargestellt ist, und ein Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen, der an Messstellen (hot junctions) 4 ausgebildet ist, ist im durchsichtigen Zustand dargestellt.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt, weist der Sensor 110 für elektromagnetische Wellen Folgendes auf: ein Substrat 1 aus Silicium oder dergleichen, eine Lichtempfangseinheit 18, die eine elektromagnetische Welle detektiert, indem sie die elektromagnetische Welle in Wärme umwandelt, und einen Abstützungsschenkel (beispielsweise eine Verdrahtung oder ein Thermoelement) 19, der die Lichtempfangseinheit (die Temperatursensoreinheit) 18 oberhalb des Substrats 1 in der Luft hält. Eine Isolierschicht 2, die aus SiO2, SiN oder dergleichen gebildet ist, ist auf der Fläche des Substrats 1 ausgebildet.
  • Eine Thermosäule (eine Einrichtung, die eine große Anzahl von Thermoelementen aufweist, die in Reihe geschaltet sind, um die Ausgangsspannung zu erhöhen) 7, die eine Mehrzahl von Thermoelementen aufweist, ist auf der Isolierschicht 2 ausgebildet. Die Isolierschicht 2 und die Thermosäule 7 (die Thermoelemente) in der Isolierschicht 2 werden zusammen als Abstützungsschenkel 19 bezeichnet. Der Abstützungsschenkel 19 hat die Wirkung, dass er die Lichtempfangseinheit 18 thermisch isoliert, indem er die Lichtempfangseinheit 18 abstützt und in der Luft hält.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, ist das Thermoelement aus einem Paar eines Thermoelement-Materials a12 und eines Thermoelement-Materials b13 hergestellt. Beispielsweise kann eine Aluminiumschicht als das Thermoelement-Material a12 verwendet werden, und eine Polysiliciumschicht kann als das Thermoelement-Material b13 verwendet werden.
  • Das Thermoelement-Material a12 und das Thermoelement-Material b13 sind symmetrisch bezüglich einer Mittelachse 50 angeordnet. Die einen Enden des Thermoelement-Materials a12 und des Thermoelement-Materials b13 sind miteinander nahe der Mittelachse 50 verbunden, um die Messstelle 4 (hot junction) zu bilden. An den Messstellen 4, d. h. auf der Seite, wo eine elektromagnetische Welle eintritt, ist die Lichtempfangseinheit 18 ausgebildet, die den Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen aufweist, der eine elektromagnetische Welle in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich absorbiert.
  • Der Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt. Die Isolierschicht 2 und der Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen auf der Isolierschicht 2 werden gemeinsam als die Lichtempfangseinheit 18 bezeichnet. Da der Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen nicht an dem Abstützungsschenkel 19 angeordnet ist, ist die Fläche des Abstützungsschenkels 19 einer elektromagnetischen Welle ausgesetzt.
  • Der Teil des Substrats 1, der sich unterhalb der Lichtempfangseinheit 18 befindet, wird entfernt, um einen Hohlraum 6 zu bilden. Mit anderen Worten: Der Sensor 110 für elektromagnetische Wellen hat eine hohle Struktur, in welcher die Lichtempfangseinheit 18 oberhalb des Hohlraums 6 von dem Abstützungsschenkel 19 gehalten wird. Wie oben beschrieben, verhindert das Ausbilden des Hohlraums 6 unter der Lichtempfangseinheit 18, dass Wärme von dem Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen und der Thermosäule 7 zum Substrat 1 hin entweicht.
  • Im Gegensatz dazu sind die anderen Enden des Thermoelement-Materials a12 und des Thermoelement-Materials b13 miteinander auf dem Substrat 1 außerhalb des Hohlraums 6 verbunden, um eine Vergleichsstelle 5 (cold junction) zu bilden. Das heißt, die Vergleichsstelle 5 ist in einem Bereich auf dem Substrat 1 ausgebildet, wo der Hohlraum 6 nicht ausgebildet ist.
  • Die Thermoelemente, die an beabstandeten Orten auf dem Substrat 1 ausgebildet sind, sind miteinander mittels der Verdrahtung 10 verbunden.
  • In dem Sensor 110 für elektromagnetische Wellen absorbiert der Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen eine elektromagnetische Welle, und folglich steigt die Temperatur der Messstelle 4, es tritt eine Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle 4 und der Vergleichsstelle 5 auf, und eine elektromotorische Kraft wird infolge des Seebeck-Effekts erzeugt. Indem die elektromotorische Kraft an einem Ausgangsanschluss 11 über die Verdrahtung 10 detektiert wird, kann eine elektromagnetische Welle mit einer vorbestimmten Wellenlänge detektiert werden, die auf den Absorptionskörper 3 für elektromagnetische Wellen einfällt.
  • Nachfolgend wird die Konfiguration des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Detektor 100 für elektromagnetische Wellen weist zwei Sensoren für elektromagnetische Wellen auf, die als die zugrundeliegende Technik beschrieben worden sind. Die Konfiguration der Lichtempfangseinheit 18 unterscheidet sich zwischen den zwei Sensoren 111 und 112 für elektromagnetische Wellen. 3 ist eine Draufsicht des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 3. Ähnlich wie in der 1 ist auch in der 3 der einfachen Verständlichkeit halber eine Isolierschicht 2 auf einem Substrat 1 nicht dargestellt, und ein Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen und eine Reflexionsschicht 9, die an Messstellen 4 angeordnet sind, sind im durchsichtigen Zustand dargestellt.
  • Der Detektor 100 für elektromagnetische Wellen weist den ersten Sensor 111 für elektromagnetische Wellen und den zweiten Sensor 112 für elektromagnetische Wellen auf, die so angeordnet sind, dass sie auf dem Substrat 1 aneinander angrenzen. Der erste Sensor 111 für elektromagnetische Wellen und der zweite Sensor 112 für elektromagnetische Wellen sind miteinander über die Verdrahtung 14 verbunden.
  • Die Lichtempfangseinheit 18 des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen weist die Reflexionsschicht 9 auf, und die Reflexionsschicht 9 ist so ausgebildet, dass sie die Messstellen 4 von Thermoelementen bedeckt, die auf der Isolierschicht 2 ausgebildet sind. Außerdem weist die Lichtempfangseinheit 18 des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen auf, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband detektiert, und der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt.
  • Die Strukturen des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen und des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen, die von den obigen verschieden sind, sind ähnlich zu der Struktur des Sensors 110 für elektromagnetische Wellen, der als zugrundeliegende Technik unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist. Außerdem haben ein Abstützungsschenkel 19 des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen und ein Abstützungsschenkel 19 des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen identische Strukturen.
  • Wie in 4 dargestellt, hat der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen eine periodische Struktur, die in einem Array auf der Fläche des Absorptionskörpers 8 für elektromagnetische Wellen angeordnet ist, so dass Oberflächen-Plasmonen induziert werden, die einfallendes Licht mit einer spezifischen Wellenlänge an die Oberfläche koppeln. Der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen ist so konfiguriert, dass die absorbierte Menge des einfallenden Lichts mit der spezifischen Wellenlänge größer ist als die absorbierte Menge einfallenden Lichts mit einer Wellenlänge, die von der spezifischen Wellenlänge verschieden ist.
  • Der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen ist aus einem Metall, wie z. B. Au oder Ag hergestellt. Die Dicke des Metalls kann beliebig sein, solange eine einfallende elektromagnetische Welle nicht durch das Metall dringt. Um eine grobe Vorstellung der Dicke zu bekommen, kann in Betracht gezogen werden, dass sie mindestens das Doppelte der Durchdringungsdicke oder Penetrationsdicke bei einer Zielwellenlänge ist. In einem elektromagnetischen Wellenlängenband ist die Schichtdicke des Absorptionskörpers 8 für elektromagnetische Wellen in einem Bereich von ungefähr einigen zehn Nanometern bis zu ungefähr einigen hundert Nanometern.
  • Die Struktur des Absorptionskörpers 8 für elektromagnetische Wellen kann eine Struktur sein, bi der die Fläche des Absorptionskörpers 8 für elektromagnetische Wellen mit einem Metall bedeckt ist, das bewirk, dass Oberflächen-Plasmonen und periodische Aussparungen und Vorsprünge eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. In diesem Fall wird eine Absorptionswellenlänge in Abhängigkeit der Periode der Aussparungen und der Vorsprünge bestimmt.
  • Außerdem kann die Struktur des Absorptionskörpers 8 für elektromagnetische Wellen eine Struktur sein, bei welcher eine Isolierschicht aus Siliciumdioxid oder dergleichen auf einem flachen Metall ausgebildet ist, und ein periodisch getrenntes Metallmuster ist eindimensional oder zweidimensional auf der Isolierschicht ausgebildet. In diesem Fall wird die Absorptionswellenlänge in Abhängigkeit von der Größe des isolierten Metallmusters bestimmt.
  • In einem Fall, in dem die Oberflächen-Plasmonen zur Detektion einer elektromagnetischen Welle verwendet werden, wird Au, Ag, Al oder dergleichen vorzugsweise als Metallmaterial des Absorptionskörpers 8 für elektromagnetische Wellen verwendet. Bei der vorliegenden Erfindung werden Effekte, die Oberflächen-Plasmonen, Pseudo-Oberflächen-Plasmonen und ein Metamaterial genannt werden, gemeinsam als ”Oberflächen-Plasmonen” bezeichnet, da sie unter dem Gesichtspunkt eines Wellenlängen-Auswahleffekts identisch sind, der durch eine periodische Struktur eines Metalls hervorgerufen wird.
  • Außerdem kann der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen eine Einschichtstruktur einer Metallschicht, eine Mehrschichtstruktur einer Metallschicht und eines Dielektrikums oder eine Struktur haben, bei welcher eine Absorptionswellenlänge von einer mehrlagigen Schicht eines Dielektrikums gesteuert wird, oder er kann eine Struktur haben, bei der eine Absorptionswellenlänge gesteuert wird, indem das Material geändert wird, das im Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen enthalten ist.
  • Die Reflexionsschicht 9 ist aus einem Metall gebildet, das eine flache Oberfläche und eine hohe Reflektivität in einem elektromagnetischen Wellenlängenband hat, wie z. B. aus Au, Ag oder Al.
  • Die Verdrahtung 14 verbindet eine Vergleichsstelle 5 eines Thermoelementmaterials a12 des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen mit einer Vergleichsstelle 5 eines Thermoelementmaterials a12 des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen. Nachfolgend wird der Betrieb in einem Fall beschrieben, in welchem die Vergleichsstellen 5 miteinander verbunden sind, wie oben beschrieben.
  • Der Einfachheit halber erfolgt die Beschreibung unter Verwendung eines Thermoelements, das in 6 beschrieben ist. 6(a) ist eine schematische Ansicht, die das Prinzip des Thermoelements veranschaulicht. 6(b) ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in welchem zwei Thermoelemente verbunden sind, ähnlich wie die Thermoelemente im Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in 6(a) gezeigt, wird in dem Thermoelement eine elektromotorische Kraft V erzeugt, und zwar infolge einer Temperaturdifferenz zwischen einer Messstelle 4 und einer Vergleichsstelle 5. Wie in 6(b) gezeigt, wird als nächstes ein Fall erwogen, in welchem identische Thermoelement-Materialien a12 miteinander über die Verdrahtung 14 verbunden sind. Da in diesem Fall die Spannungen in entgegengesetzten Richtungen in den rechten und linken Thermoelementen erzeugt werden, wenn die Spannung zwischen den Thermoelement-Materialien b13 der rechten und linken Thermoelemente in einem Zustand gemessen wird, in dem die Thermoelement-Materialien a12 verbunden sind, wird die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Thermoelementen berechnet und ausgegeben.
  • In einem Fall, in welchem die Temperatur der Messstellen 4 gleich der Temperatur der Vergleichsstellen 5 ist, ist die ausgegebene Differenz Null. Selbst in einem Fall, in welchem die Mehrzahl von Thermoelement-Materialien a12 und der Thermoelement-Materialien b13 in Reihe geschaltet sind, wie bei dem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ist das Verbindungsverfahren zum Ausgeben der Differenz im Wesentlichen das gleiche wie dasjenige, das in 6(b) dargestellt ist.
  • Indem der Ausgang des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen und der Ausgang des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen verbunden werden, wie in 6B gezeigt, wird die Differenz der Ausgänge zwischen den beiden Sensoren ausgegeben. Das heißt, es wird der Wert ausgegeben, der erhalten wird, indem der Ausgang des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen vom Ausgang des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird.
  • Nachfolgend werden die Wirkungen des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7(a) veranschaulicht eine ideale Absorptionseigenschaft in einem Sensor für elektromagnetische Wellen, in welchem ein Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband absorbiert, um eine Wellenlängen-Selektivität in der Empfindlichkeit zu erreichen. 7(b) veranschaulicht Absorptionseigenschaften des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen elektromagnetische Welle gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Wie in 7(a) dargestellt, wird in einem Fall, in welchem der Sensor für elektromagnetische Wellen, der den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen enthält, der eine elektromagnetische Welle in einem Wellenlängenbereich W2 absorbiert, ideal die Sensorausgabe nur aus der Absorption α2 durch den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen erhalten. Wie in 7B dargestellt, ist die Gesamtabsorption α die Gesamtheit der Absorption α2 durch den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen im Wellenlängenbereich W2 und der Absorption αL durch den Abstützungsschenkel 19 in einem Wellenlängenbereich WL.
  • Das heißt, die Ausgabe, die durch eine Absorption αL durch den Abstützungsschenkel 19 im Wellenlängenbereich WL verursacht wird, ist in der tatsächlichen Sensorausgabe enthalten. In einem Fall beispielsweise, in welchem die Isolierschicht 2 aus SiO2 oder SiN hergestellt ist, absorbiert das Material selbst Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 10 μm, und diese Absorption spiegelt sich in der Ausgabe des Sensors wider.
  • Bei einer herkömmlichen Thermosäule wird die Absorption durch einen Abstützungsschenkel selbst nicht zum Problem. Es zeigt sich hier jedoch, dass eine Absorption, die für das Material des Abstützungsschenkels selbst intrinsisch ist, die Wellenlängen-Selektivität verschlechtert und zu einem ernsten Problem wird, wenn ein Detektor verwirklicht werden soll, der eine Wellenlängen-Selektivität hat, wie bei der vorliegenden Erfindung.
  • Im Gegensatz dazu weist der Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes auf: den ersten Sensor 111 für elektromagnetische Wellen, der die Reflexionsschicht 9 aufweist, die an den Messstellen 4 ausgebildet ist; und den zweiten Sensor 112 für elektromagnetische Wellen, der den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweist, der an den Messstellen 4 ausgebildet ist und Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich absorbiert.
  • Der erste Sensor 111 für elektromagnetische Wellen und der zweite Sensor 112 für elektromagnetische Wellen sind miteinander elektrisch verbunden, so dass die Sensorausgabe (Thermospannung) des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen von der Sensorausgabe (Thermospannung) des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird, und ein Signal wird aus einem Ausgangsanschluss 11 ausgelesen. Folglich kann ein Detektor 100 für elektromagnetische Wellen verwirklicht werden, der eine ideale Sensorausgabe ermöglicht, die die Absorption einer elektromagnetischen Welle durch den Abstützungsschenkel 19 nicht enthält.
  • Genauer gesagt, es gilt bei dem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: Da der Abstützungsschenkel des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen und der Abstützungsschenkel des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen identische Strukturen haben, ist es möglich, den Einfluss der elektromagnetischen Welle, die von dem Abstützungsschenkel 19 absorbiert wird, auf die Sensorausgabe zu beseitigen, indem die Sensorausgabe des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen von der Sensorausgabe des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird.
  • Wie beschrieben, weist der Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes auf: den ersten Sensor 111 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, und den zweiten Sensor 112 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel die Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen ist, wobei der zweite Sensor 112 für elektromagnetische Wellen benachbart zu dem ersten Sensor 111 für elektromagnetische Wellen angeordnet ist.
  • Die Lichtempfangseinheit 18 des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen weist die Reflexionsschicht 9 auf. Die Lichtempfangseinheit 18 des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen weist den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen auf, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband oder Licht mit einer vorbestimmten Polarisation detektiert. Die Differenz der Ausgabe zwischen dem zweiten Sensor 112 für elektromagnetische Wellen und dem ersten Sensor 111 für elektromagnetische Wellen wird ausgegeben.
  • Folglich kann die Sensorausgabe, die von der Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Abstützungsschenkel 19 verursacht wird, der die Lichtempfangseinheit 18 in der Luft hält, von der Ausgabe des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen subtrahiert werden. Daher wird die Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen verbessert.
  • Zweite Ausführungsform
  • 8 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Detektors 200 für elektromagnetische Wellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8(a) ist eine Draufsicht, und 8(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, der mit dem gestrichelten Kreis P in 8(a) gezeigt ist. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 8(a).
  • Ähnlich wie in 1 ist auch in 8(a) der einfachen Verständlichkeit halber eine Isolierschicht 2 auf einem Substrat 1 nicht dargestellt, und Absorptionskörper 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen und eine Reflexionsschicht 9, die an Messstellen 4 (hot junctions) ausgebildet sind, sind im durchsichtigen Zustand dargestellt.
  • Der Unterschied zwischen dem Detektor 200 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform ist, dass der Detektor 200 für elektromagnetische Wellen der vorliegenden Ausführungsform ferner einen dritten Sensor 203 für elektromagnetische Wellen und einen vierten Sensor 204 für elektromagnetische Wellen aufweist, die jeweils Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich detektieren.
  • Die Konfiguration des Detektors 200 für elektromagnetische Wellen mit Ausnahme des Obigen ist identisch zu der Konfiguration bei der ersten Ausführungsform. Daher wird hauptsächlich die Konfiguration beschrieben, die für die vorliegende Ausführungsform spezifisch ist. Es sei angemerkt, dass sich die Struktur des Abstützungsschenkels 19 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der Struktur des Abstützungsschenkels 19 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet.
  • Die Struktur des Abstützungsschenkels 19 ist jedoch nicht besonders eingeschränkt, solange die Strukturen der Abstützungsschenkel der Sensoren für elektromagnetische Wellen identisch sind, deren Ausgabe-Differenz berechnet wird. Außerdem beinhaltet der Ausdruck „Strukturen sind identisch” auch den Fall eines symmetrischen Aufbaus, wie in dem Fall eines ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen und eines zweiten Sensors 202 für elektromagnetische Wellen, wie in 8(a) dargestellt.
  • Zunächst wird die Struktur des Detektors 200 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind eine Mehrzahl von elektromagnetischen Sensoren, d. h. der erste Sensor 201 für elektromagnetische Wellen inklusive der Reflexionsschicht 9, der zweite Sensor 202 für elektromagnetische Wellen, der dritte Sensor 203 für elektromagnetische Wellen und der vierte Sensor 204 für elektromagnetische Wellen, die jeweils Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich detektierten, so angeordnet, dass sie auf dem Substrat 1 einander benachbart sind.
  • Eine Lichtempfangseinheit 18 des ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen weist die Reflexionsschicht 9 auf, und die Reflexionsschicht 9 ist derart ausgebildet, dass sie die Messstellen 4 bedeckt. Eine Lichtempfangseinheit 18 des zweiten Sensors 202 für elektromagnetische Wellen weist einen Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen auf, der einen Detektions-Wellenlängenbereich λ1 hat, und der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt.
  • Eine Lichtempfangseinheit 18 des dritten Sensors 203 für elektromagnetische Wellen weist einen Absorptionskörper 15 für elektromagnetische Wellen auf, der einen Detektions-Wellenlängenbereich λ2 hat, und der Absorptionskörper 15 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt.
  • Eine Lichtempfangseinheit 18 des vierten Sensors 204 für elektromagnetische Wellen weist einen Absorptionskörper 16 für elektromagnetische Wellen auf, der einen Detektions-Wellenlängenbereich λ3 hat, und der Absorptionskörper 16 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt.
  • In den Absorptionskörpern 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen sind Aussparungen ausgebildet, beispielsweise in einem Array. Die Aussparungen sind in gleichen Intervallen angeordnet, und die Periode (der Abstand) der Aussparungen ist so gewählt, dass er ungefähr gleich der Wellenlänge einer zu detektierenden elektromagnetischen Welle ist (spezifische Wellenlänge). Außerdem ist die Tiefe der Aussparung vorzugsweise ungefähr ein Viertel der spezifischen Wellenlänge, die die zu detektierende Wellenlänge ist.
  • Beispielsweise ist in dem Fall, in welchem die zu detektierende spezifische Wellenlänge 5 μm beträgt, die Form der Aussparung vorzugsweise ein Quadrat (eine Ebene) mit der Seite von 3 μm, die Tiefe ist vorzugsweise 1,5 μm, und der Abstand zwischen den Aussparungen ist vorzugsweise 5 μm. In diesem Fall ist die Periode (der Abstand) der Aussparungen 5 μm, was gleich der Detektions-Wellenlänge ist. Die ebene Form der Aussparung kann kreisförmig sein.
  • Der erste Sensor 201 für elektromagnetische Wellen, der die Reflexionsschicht 9 aufweist, die an den Messstellen 4 ausgebildet ist, und der zweite, der dritte und der vierte Sensor 202, 203 und 204, die die Absorptionskörper 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen aufweisen, die jeweils an den Messstellen 4 ausgebildet sind und Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband absorbieren, sind elektrisch miteinander über die Verdrahtung 17 verbunden, so dass die Sensorausgabe (die Thermospannung) des ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen von der Sensorausgabe (der Thermospannung) von jedem von dem zweiten, dem dritten und dem vierten Sensor 202, 203 und 204 für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird.
  • Außerdem teilen sich der zweite, der dritte und der vierte Sensor 202, 203 und 204 für elektromagnetische Wellen einen Verbindungsbereich zwischen ihnen und dem ersten Sensor 201 für elektromagnetische Wellen. Die Ausgabe des ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen und die Sensorausgabe von jedem von dem zweiten, dem dritten und dem vierten Sensor 202, 203 und 204 für elektromagnetische Wellen werden berechnet, und Signale, die den Detektions-Wellenlängenbereichen λ1, λ2 und λ3 entsprechen, werden an einem Ausgangsanschluss ausgegeben.
  • Wie oben beschrieben, weist der Detektor 200 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes auf:
    den ersten Sensor 201 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird;
    den zweiten Sensor 202 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel die Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen ist, wobei der zweite Sensor 202 für elektromagnetische Wellen benachbart zu dem ersten Sensor 201 für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist;
    den dritten Sensor 203 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel die Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen ist, wobei der dritte Sensor 203 für elektromagnetische Wellen benachbart zu dem zweiten Sensor 202 für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist; und
    den vierten Sensor 204 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel die Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen ist, wobei der vierte Sensor 204 für elektromagnetische Wellen benachbart zu dem dritten Sensor 203 für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist.
  • Die Lichtempfangseinheit 18 des ersten Sensors 201 für elektromagnetische Wellen weist die Reflexionsschicht 9 auf. Die Lichtempfangseinheit 18 des zweiten Sensors 202 für elektromagnetische Wellen, des dritten Sensors 203 für elektromagnetische Wellen und des vierten Sensors 204 für elektromagnetische Wellen weisen jeweils die Absorptionskörper 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen auf.
  • Jeder der Absorptionskörper 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen detektiert Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband, das verschieden ist von denjenigen der anderen, oder Licht mit vorbestimmter Polarisation, die verschieden ist von denjenigen der anderen. Die Ausgabe-Differenz zwischen dem ersten Sensor 201 für elektromagnetische Wellen und jedem von dem zweiten Sensor 202 für elektromagnetische Wellen, dem dritten Sensor 203 für elektromagnetische Wellen und dem vierten Sensor 204 für elektromagnetische Wellen wird ausgegeben.
  • Folglich kann die Sensorausgabe, die von der Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Abstützungsschenkel 19 verursacht wird, der die Lichtempfangseinheit 18 in der Luft hält, von der Ausgabe von jedem von dem zweiten Sensor 202 für elektromagnetische Wellen, dem dritten Sensor 203 für elektromagnetische Wellen und dem vierten Sensor 204 für elektromagnetische Wellen subtrahiert werden, und daher wird eine verbesserte Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen in vorbestimmten Wellenlängenbändern durch die Mehrzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen erzielt.
  • Da der Verbindungsbereich der Verdrahtung 17 außerdem von der Mehrzahl der Sensoren gemeinsam verwendet wird, kann die Größe des Detektors 200 für elektromagnetische Wellen verringert werden. Es sei angemerkt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Konfiguration beschrieben ist, in welcher drei Sensoren für elektromagnetische Wellen angeordnet sind, die den Detektions-Wellenlängenbereichen λ1, λ2 und λ3 entsprechen.
  • Es kann jedoch irgendeine beliebige Konfiguration angenommen werden, solange eine Mehrzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen angeordnet ist, die jeweils einen Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweisen, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband detektiert. Die Anzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen ist darauf nicht beschränkt.
  • Dritte Ausführungsform
  • Bei der ersten und zweiten Ausführungsform sind Fälle beschrieben, in welchen der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen nur Licht in einem spezifischen Wellenlängenband detektiert. Eine ähnliche Wirkung kann jedoch auch in einem Fall erzielt werden, in welchem der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen nur spezifisches polarisiertes Licht detektiert. Das heißt, obwohl der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen selbst spezifisches polarisiertes Licht absorbiert und detektiert, ist es nicht möglich, nur das spezifische polarisierte Licht mittels des Abstützungsschenkels 19 zu absorbieren.
  • Der Grund ist der folgende. Es ist nicht möglich, den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen am Abstützungsschenkel 19 so auszubilden, dass er in eine längliche Form gebracht ist, um den Wärmewiderstand zu erhöhen, um die Wärme zu verringern, die von der Lichtempfangseinheit 18 an das Substrat 1 abgegeben wird.
  • Auch bei einem Sensor für elektromagnetische Wellen, der den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweist, der nur Licht in einem spezifischen polarisierten Licht detektiert, weist die Sensorausgabe eine Ausgabe auf, die von einer Absorption durch den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen verursacht wird, und eine Ausgabe, die von einer Absorption durch den Abstützungsschenkel 19 verursacht wird, und die Polarisations-Selektivität verschlechtert sich. Wie oben angegeben, ist auch in einem Fall, in welchem spezifisches polarisiertes Licht detektiert wird, die Technik zum Beseitigen des Absorptionseinflusses am Abstützungsschenkel 19 durch die Verwendung der Ausgabe-Differenz wirksam, um die Polarisations-Selektivität zu verbessern.
  • Die Struktur eines Absorptionskörpers 8 für elektromagnetische Wellen, der spezifisches polarisiertes Licht detektiert, kann realisiert werden, indem die Form der Aussparungen und Vorsprünge verändert wird, die periodisch in der Lichtempfangseinheit 18 angeordnet sind, unter Verwendung von Oberflächen-Plasmonen, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, und zwar in eine Ellipse, ein Rechteck oder dergleichen. Außerdem können auch Rillen verwendet werden, die eindimensional und periodisch angeordnet sind. In einem Fall, in welchem ein periodisches Metallmuster an einer Einfallsfläche ausgebildet ist, kann die Form des Metallmusters eine sehr symmetrische Form haben, wie z. B. ein Rechteck oder eine Ellipse.
  • Alternativ kann in einem Fall, in welchem der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aus einer dielektrischen Mehrlagenschicht hergestellt ist, die Polarisations-Selektivität verwirklicht werden, falls die mehrschichtige Schicht des Dielektrikums eine Struktur hat, in welcher Vorsprünge und Aussparungen eindimensional und periodisch ausgebildet sind.
  • Vierte Ausführungsform
  • 10 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Detektors 300 für elektromagnetische Wellen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Konfiguration beschrieben, bei welcher die Messstellen 4 mit den Absorptionskörpern 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen bedeckt sind, die den Detektions-Wellenlängenbereichen λ1, λ2 bzw. λ3 entsprechen, und die Mehrzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen, d. h. der zweite, der dritte und der vierte Sensor 202, 203 und 204 für elektromagnetische Wellen, die jeweils Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich detektieren, sind so angeordnet, dass sie einander eindimensional benachbart sind, wie in 8(a) dargestellt.
  • Bei dem Detektor 300 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 10 dargestellt, der zweite, der dritte und der vierte Sensor 302, 303 und 304 für elektromagnetische Wellen, die jeweils Licht in einem spezifischen Wellenlängenbereich detektieren, so angeordnet, dass sie in Kontakt mit einem ersten Sensor 301 für elektromagnetische Wellen sind, der eine Reflexionsschicht 9 aufweist, die an Messstellen 4 ausgebildet ist.
  • Das heißt, bei der zweiten Ausführungsform ist nur der zweite Sensor 202 für elektromagnetische Wellen so angeordnet, dass er an den ersten Sensor 201 für elektromagnetische Wellen angrenzt. Die Mehrzahl von Sensoren 302, 303 und 304 für elektromagnetische Wellen können jedoch auch so angeordnet sein, dass sie an den ersten Sensor 301 für elektromagnetische Wellen angrenzen, wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Da die Subtraktion der Sensorausgabe, die von der Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Abstützungsschenkel 19 verursacht wird, der eine Lichtempfangseinheit 18 in der Luft hält, zwischen angrenzenden elektromagnetischen Sensoren möglich ist, wird die Länge der Verdrahtung 17 kürzer, die den Ausgang des ersten Sensors 301 für elektromagnetische Wellen mit dem Ausgang eines anderen Sensors für elektromagnetische Wellen verbindet.
  • Im Ergebnis wird eine verbesserte Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen in beliebigen Wellenlängenbändern erzielt, und zwar von der Mehrzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen. Außerdem können in dem Fall, in welchem die Sensoren 300 für elektromagnetische Wellen mit der vorliegenden Konfiguration in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, jeder der Sensoren 302, 303 und 304 für elektromagnetische Wellen mit gleichen Abständen angeordnet werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Es wird die Konfiguration eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in den Eigenschaften der Reflexionsschicht 9, die an den Messstellen eines ersten Sensors für elektromagnetische Wellen angeordnet ist.
  • Bei dem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform ist die Reflexionsschicht 9 an den Messstellen 4 des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen angeordnet. Im Gegensatz dazu gilt für den Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: Die Reflexionsschicht 9, die Licht mit einer Wellenlänge außerhalb eines spezifischen Wellenlängenbands W1 reflektiert, das in einem Wellenlängenband W2 von Licht enthalten ist, das von einem Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen eines zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen detektiert wird, ist an den Messstellen 4 ausgebildet.
  • Mit anderen Worten: Die Reflexionsschicht 9 absorbiert Licht mit dem spezifischen Wellenlängenband W1, das in dem Wellenlängenband W2 von Licht enthalten ist, das von dem Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen detektiert wird, und sie reflektiert Licht mit einer Wellenlänge, die davon verschieden ist. Daher weist die Sensorausgabe des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen eine Sensorausgabe (Thermospannung) auf, die durch die Absorption des Lichts im spezifischen Wellenlängenband hervorgerufen wird.
  • Der erste Sensor 111 für elektromagnetische Wellen, der die Reflexionsschicht 9 aufweist, die Licht mit einer Wellenlänge außerhalb des spezifischen Wellenlängenbands W1 reflektiert, und der zweite Sensor 112 für elektromagnetische Wellen, der den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweist, der Licht in dem spezifischen Wellenlängenband W2 absorbiert, sind elektrisch miteinander verbunden, so dass die Sensorausgabe (die Thermospannung) des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen von der Sensorausgabe (der Thermospannung) des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird. Die Sensorausgabe, die als ein Ergebnis der Subtraktion erhalten wird, wird als ein Signal von einem Ausgangsanschluss 11 ausgelesen.
  • Nachfolgend wird der Betrieb des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben. 11 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen von Absorptionseigenschaften des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11(a) veranschaulicht Absorptionseigenschaften des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen. 11(b) veranschaulicht Absorptionseigenschaften des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen. 11(c) veranschaulicht Absorptionseigenschaften des Detektors für elektromagnetische Wellen.
  • Wie in 11(a) dargestellt, treten im ersten Sensor 111 für elektromagnetische Wellen, der die Reflexionsschicht 9 aufweist, die eine elektromagnetische Welle im Wellenlängenbereich W1 detektiert, die Absorption α2 durch den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen im Wellenlängenbereich W1 und die Absorption αL durch den Abstützungsschenkel 19 im Wellenlängenbereich WL auf.
  • Wie in 11(b) dargestellt, treten in dem zweiten Sensor 112 für elektromagnetische Wellen, der den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweist, der eine elektromagnetische Welle im Wellenlängenbereich W2 detektiert, außerdem die Absorption α2 durch den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen im Wellenlängenbereich W2 und die Absorption αL durch den Abstützungsschenkel 19 im Wellenlängenbereich WL auf. Es sei angemerkt, dass der Wellenlängenbereich W1 im Wellenlängenbereich W2 enthalten ist.
  • Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Falls die Differenz der Vorgänge zwischen dem ersten Sensor 111 für elektromagnetische Wellen und dem zweiten Sensor 112 für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird, wird der Einfluss der Absorption αL durch den Abstützungsschenkel 19 aufgehoben, und die schließlich erfolgende Ausgabe ist die Differenz zwischen der Sensorausgabe, die durch die Absorption α2 von dem Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen des zweiten Sensors 112 für elektromagnetische Wellen verursacht wird, und der Sensorausgabe, die von der Absorption α1 von der Reflexionsschicht 9 des ersten Sensors 111 für elektromagnetische Wellen verursacht wird.
  • Hierbei wird in einem Fall, in welchem die volle Breite beim halben Maximum der Absorption α1 und diejenige der Absorption α2 voneinander verschieden sind, die Ausgabe des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus der Absorption α21 und der Absorption α22 bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen W21 und W22 erhalten, wie in 11(c) dargestellt. Das heißt, der Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Empfindlichkeit für die zwei Wellenlängen W21 und W22.
  • Die folgende Struktur wird als der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen vom Wellenlängen-Selektionstyp erachtet, der eine Wellenlänge mit unterschiedlicher voller Breite bei halbem Maximum auswählt. Beispielsweise gilt für den Fall einer Struktur, bei welcher Vorsprünge und Aussparungen zweidimensional und periodisch angeordnet sind, Folgendes: Wenn das Verhältnis zwischen der Anordnungsperiode der Vorsprünge und Aussparungen und der Größe der Aussparung verändert wird, dann verändert sich die Monochromatizität der Resonanzwellenlänge. Daher ist es möglich, die volle Breite bei halbem Maximum der Absorptionswellenlänge zu verändern.
  • Außerdem ist es auch möglich, die volle Breite bei halbem Maximum zu steuern, indem das Metallmaterial geändert wird. Da die Verluste in Nickel größer sind als die Verluste in Gold oder Silber, ist beispielsweise die volle Breite bei halbem Maximum in dem Fall, in dem der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aus Nickel hergestellt ist, größer als diejenige für den Fall, dass der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aus Gold oder Silber hergestellt ist.
  • Wie oben beschrieben, wird durch differentielles Betreiben der Mehrzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Detektionswellenlängen, die voneinander verschiedene volle Breiten bei halbem Maximum haben, die Absorption durch den Abstützungsschenkel beseitigt, und ein Wellenlängenband, eine Wellenlänge oder dergleichen, die auszuwählen sind, kann gesteuert werden. Diese Wirkung ist eine Funktion, die zum Trennen einer spezifischen Absorptionswellenlänge bei der Analyse eines Gases notwendig ist, das eine Mehrzahl von Absorptionswellenlängen hat. Diese Wirkung ermöglicht es, dass die Absorptionswellenlänge eines Zielobjekts genau spezifiziert wird.
  • Die obige Konfiguration des Detektors für elektromagnetische Wellen ermöglicht es, dass eine Sensorausgabe, die von einer Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Abstützungsschenkel 19 hervorgerufen wird, der die Lichtempfangseinheit 18 in der Luft hält, und einer Sensorausgabe von Lichtinformationen in einem unnötigen Wellenlängenbereich subtrahiert werden. Daher wird die Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen verbessert.
  • Sechste Ausführungsform
  • Es wird eine Gasanalyseeinrichtung 400 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 12 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration der Gasanalyseeinrichtung 400 zeigt.
  • Im Allgemeinen hat ein Gas Absorptionsmaxima bei einer Mehrzahl von Wellenlängen, von denen die meisten im infraroten Wellenlängenband liegen. Das heißt, wenn die Absorptionsmaxima eines Gases identifiziert sind, kann die Art des Gases bestimmt werden. Die Gasanalyseeinrichtung 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet diese Eigenschaft von Gasen, um die Art eines Gases zu bestimmen.
  • Die Gasanalyseeinrichtung 400 weist Folgendes auf: eine Lichtquelle 20, die eine elektromagnetische Welle (Infrarotstrahl bei der vorliegenden Ausführungsform) emittiert, einen Gaseinleitungsmechanismus 30, der ein zu analysierendes Gas einleitet, und den Detektor für elektromagnetische Wellen (nachfolgend auch als ein Differenz-Infrarotsensor-Array bezeichnet) 40 gemäß einer der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Lichtquelle 20, der Gaseinleitungsmechanismus 30 und das Differenz-Infrarotsensor-Array 40 sind so angeordnet, dass eine elektromagnetische Welle L1, die von der Lichtquelle 20 emittiert wird, durch ein Gas innerhalb des Gaseinleitungsmechanismus 30 geht, und eine elektromagnetische Welle L2, die erhalten wird, nachdem die elektromagnetische Welle L1 durch das Gas gegangen ist, tritt in das Differenz-Infrarotsensor-Array 40 ein. Das Differenz-Infrarotsensor-Array 40 detektiert die Intensität einer elektromagnetischen Welle mit einer spezifischen Wellenlänge, die in der elektromagnetischen Welle L2 enthalten ist, die durch das zu analysierende Gas gegangen ist.
  • Der Gaseinleitungsmechanismus 30 ist ein Behälter, der ein Gas enthält, das als Analyseobjekt dient. Wie in 12 dargestellt, ist in einem Fall, in welchem die Lichtquelle 20, der Gaseinleitungsmechanismus 30 und das Differenz-Infrarotsensor-Array 40 in dieser Reihenfolge angeordnet sind, ein Fenster, durch welches die elektromagnetische Welle L1, die von der Lichtquelle 20 emittiert wird, hindurchgeht, und welches es ermöglicht, dass die elektromagnetische Welle L1 in das Differenz-Infrarotsensor-Array 40 eintritt, am Gaseinleitungsmechanismus 30 ausgebildet. Alternativ können die Lichtquelle 20 und das Differenz-Infrarotsensor-Array 40 auch im Gaseinleitungsmechanismus 30 angeordnet sein.
  • Wenn die elektromagnetische Welle L1 durch das Gas hindurchgeht, das im Gaseinleitungsmechanismus 30 eingeschlossen ist, wird die Intensität der elektromagnetischen Welle bei der Absorptionswellenlänge des Gases gedämpft, und zwar in Abhängigkeit von der Gaskonzentration. Indem eine Mehrzahl von Wellenlängen eingestellt werden, die von dem Differenz-Infrarotsensor-Array 40 detektiert werden können, können die Absorptionswellenlängen des Gases, d. h. die Art des Gases, aus der Ausgabe des Differenz-Infrarotsensor-Arrays 40 spezifiziert werden.
  • Die Gasanalyseeinrichtung 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise angewendet werden bei einer Einrichtung zum Detektieren von Kohlenstoffdioxid, Alkohol in einem Falle, in dem ein Vergiftungszustand bestimmt wird, oder dergleichen, und zwar aus einem Gas, das als Analyseobjekt dient.
  • In einem Fall, in welchem ungekühlte Infrarotsensoren in einem Differenz-Infrarotsensor-Array 40 der Gasanalyseeinrichtung 400 verwendet werden, wird die Absorption durch den Abstützungsschenkel beeinflusst. Daher ist es schwierig, eine genaue Analyse durchzuführen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch eine genaue Wellenlängenanalyse ermöglicht.
  • Außerdem ist es möglich, eine Mehrzahl von Sensoren an einer einzigen Einrichtung zu montieren, die jeweils eine Detektionswellenlänge gemäß einer Gassorte haben. Daher ist es möglich, eine Gasanalyseeinrichtung mit einer kleinen und einfachen Konfiguration zu verwirklichen.
  • Der oben beschriebene Detektor für elektromagnetische Wellen und die Gasanalyseeinrichtung, die eine Sensorausgabe beseitigen, die durch die Absorption durch den Abstützungsschenkel hervorgerufen wird, ist auch wirksam in einem Fall, in welchem ein anderer Sensor für elektromagnetische Wellen vom thermischen Typ, wie z. B. ein Bolometer, ein pyroelektrischer Sensor oder ein Diodensensor in Silicium-auf-Isolator-Technik (SOI-Technik) verwendet wird.
  • Siebente Ausführungsform
  • 13 ist eine Draufsicht eines Detektors 120 für elektromagnetische Wellen gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Jeder Sensor für elektromagnetische Wellen weist Folgendes auf: ein Substrat 1 aus Silicium oder dergleichen, eine Lichtempfangseinheit 18, die elektromagnetische Wellen detektiert, indem sie die elektromagnetischen Wellen in Wärme umwandelt, und einen Abstützungsschenkel (beispielsweise eine Verdrahtung oder ein Thermoelement) 19, der die Lichtempfangseinheit (die Temperatursensoreinheit) 18 oberhalb des Substrats 1 in der Luft hält. Eine Isolierschicht 2, die aus SiO2, SiN oder dergleichen gebildet ist, ist auf der Fläche des Substrats 1 ausgebildet.
  • Eine Thermosäule (eine Einrichtung, die eine große Anzahl von Thermoelementen aufweist, die in Reihe geschaltet sind, um die Ausgangsspannung zu erhöhen) 7, die eine Mehrzahl von Thermoelementen aufweist, ist auf der Isolierschicht 2 ausgebildet. Die Ausgangsspannung wird höher, wenn die Anzahl von Thermoelementen größer ist. Wenn die Anzahl von Thermoelementen größer ist, entweicht jedoch die Wärme leichter aus einem Bereich der Messstellen 4 zu dem Substrat 1. Die Isolierschicht 2 und die Thermosäule 7 (die Thermoelemente) in der Isolierschicht 2 werden hier zusammen als Abstützungsschenkel 19 bezeichnet.
  • Der Abstützungsschenkel 19 hat die Wirkung, dass er die Lichtempfangseinheit 18 thermisch isoliert, indem er die Lichtempfangseinheit 18 abstützt und in der Luft hält. Wenn die Anzahl von Thermoelementen verringert wird und der Abstützungsschenkel 19 verlängert wird, ist es möglich, das Entweichen von Wärme aus dem Bereich der Messstellen 4 an das Substrat 1 zu unterbinden, und es ist möglich, den Detektor 120 für elektromagnetische Wellen mit hoher Empfindlichkeit bereitzustellen.
  • Die Konfiguration des Detektors 120 für elektromagnetische Wellen gemäß der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Der Detektor 120 für elektromagnetische Wellen weist zwei elektromagnetische Sensoren auf, die als zugrundeliegende Technik beschrieben sind. Zwei elektromagnetische Sensoren 113 und 114 unterscheiden sich voneinander durch die Konfiguration der Lichtempfangseinheit 18. 13 ist eine Draufsicht des Detektors 120 für elektromagnetische Wellen gemäß der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 13. 15 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 13. Ähnlich wie in 1 ist auch in 13 der einfachen Verständlichkeit halber die Isolierschicht 2 auf dem Substrat 1 nicht dargestellt, und ein Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen und eine Reflexionsschicht 9, die an den Messstellen 4 ausgebildet sind, sind im durchsichtigen Zustand dargestellt.
  • Der Detektor 120 für elektromagnetische Wellen weist den ersten Sensor 113 für elektromagnetische Wellen und den zweiten Sensor 114 für elektromagnetische Wellen auf, die so angeordnet sind, dass sie auf dem Substrat 1 aneinander angrenzen. Der erste Sensor 113 für elektromagnetische Wellen und der zweite Sensor 114 für elektromagnetische Wellen sind miteinander über die Verdrahtung 14 verbunden.
  • Die Lichtempfangseinheit 18 des ersten Sensors 113 für elektromagnetische Wellen weist die Reflexionsschicht 9 auf, und die Reflexionsschicht 9 ist so ausgebildet, dass sie die Messstellen 4 der Thermoelemente bedeckt, die auf der Isolierschicht 2 ausgebildet sind. Außerdem weist die Lichtempfangseinheit 18 des zweiten Sensors 114 für elektromagnetische Wellen den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen auf, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband detektiert, und der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt.
  • Die Strukturen des ersten Sensors 113 für elektromagnetische Wellen und des zweiten Sensors 114 für elektromagnetische Wellen, die von den obigen verschieden sind, sind ähnlich zu der Struktur des Sensors 110 für elektromagnetische Wellen, der als eine zugrundeliegende Technik unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist. Außerdem haben der Abstützungsschenkel 19 des ersten Sensors 113 für elektromagnetische Wellen und der Abstützungsschenkel 19 des zweiten Sensors 114 für elektromagnetische Wellen identische Konfigurationen.
  • Der Detektor 120 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist Folgendes auf: den ersten Sensor 113 für elektromagnetische Wellen, der die Reflexionsschicht 9 aufweist, die an den Messstellen 4 ausgebildet ist; und den zweiten Sensor 114 für elektromagnetische Wellen, der den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweist, der an den Messstellen 4 ausgebildet ist und Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich absorbiert.
  • Der erste Sensor 113 für elektromagnetische Wellen und der zweite Sensor 114 für elektromagnetische Wellen sind miteinander elektrisch verbunden, so dass die Sensorausgabe (Thermospannung) des ersten Sensors 113 für elektromagnetische Wellen von der Sensorausgabe (Thermospannung) des zweiten Sensors 114 für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird, und ein Signal wird aus einem Ausgangsanschluss 11 ausgelesen. Folglich kann ein Detektor 120 für elektromagnetische Wellen verwirklicht werden, der eine ideale Sensorausgabe ermöglicht, die die Absorption einer elektromagnetischen Welle durch den Abstützungsschenkel 19 nicht enthält.
  • Genauer gesagt, es gilt bei dem Detektor 120 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: Da der Abstützungsschenkel des ersten Sensors 113 für elektromagnetische Wellen und der Abstützungsschenkel des zweiten Sensors 114 für elektromagnetische Wellen identische Strukturen haben, ist es möglich, den Einfluss der elektromagnetischen Welle, die von dem Abstützungsschenkel 19 absorbiert wird, auf die Sensorausgabe zu beseitigen, indem die Sensorausgabe des ersten Sensors 113 für elektromagnetische Wellen von der Sensorausgabe des zweiten Sensors 114 für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird.
  • Die Sensorausgabe des ersten Sensors 113 für elektromagnetische Wellen benötigt nur die Absorption durch den Abstützungsschenkel 19. Daher kann auch bei dem Detektor 130 für elektromagnetische Wellen, der einen fünften Sensor 115 für elektromagnetische Wellen aufweist, der keine Lichtempfangseinheit 18 aufweist, und einen zweiten Sensor 116 für elektromagnetische Wellen aufweist, der einen Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweist, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich absorbiert, wie in 16 dargestellt, eine ideale Sensorausgabe erhalten werden, die die Absorption einer elektromagnetischen Welle durch einen Abstützungsschenkel 19 nicht enthält. Folglich kann die Größe des Detektors für elektromagnetische Wellen verringert werden.
  • Wie oben beschrieben, weist der Detektor 130 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform den fünften Sensor 115 für elektromagnetische Wellen auf, bei welchem der Abstützungsschenkel 19 oberhalb eines Substrats 1 in der Luft gehalten wird, und den zweiten Sensor 116 für elektromagnetische Wellen, der eine Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb eines Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel eine Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des fünften Sensors 115 für elektromagnetische Wellen ist und so ausgebildet ist, dass er zu dem fünften Sensor 115 für elektromagnetische Wellen benachbart angeordnet ist. Der fünfte Sensor 115 für elektromagnetische Wellen weist keine Lichtempfangseinheit 18 auf.
  • Wie in der Querschnittsansicht in 17 dargestellt ist, die entlang der Linie C-C in 16 dargestellt ist, sind die Messstellen 4 der Thermoelemente thermisch mit einem Messstellenbereich 21 verbunden, der aus einer Isolierschicht 2 gebildet ist, und die Lichtempfangseinheit 18 des zweiten Sensors 116 für elektromagnetische Wellen weist den Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen auf, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband oder Licht mit einer vorbestimmten Polarisation detektiert. Die Differenz zwischen der Ausgabe des zweiten Sensors 116 für elektromagnetische Wellen und der Ausgabe des fünften Sensors 115 für elektromagnetische Wellen wird ausgegeben. Hier kann die Isolierschicht 2 im Messstellenbereich 21 auch nicht enthalten sein.
  • Wie in der Querschnittsansicht in 18 entlang der Linie C-C in 16 dargestellt, kann zusätzlich eine Reflexionsschicht 22, die aus einem Material mit einer großen spezifischen Wärme hergestellt ist, im Messstellenbereich 21 ausgebildet sein, um die Temperaturverteilung im Abstützungsschenkel 19 infolge der Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Abstützungsschenkel 19 anzupassen.
  • Gemäß der obigen Konfiguration kann die Sensorausgabe, die durch die Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Abstützungsschenkel 19 hervorgerufen wird, der die Lichtempfangseinheit 18 in der Luft hält, von der Ausgabe des zweiten Sensors 116 für elektromagnetische Wellen subtrahiert werden. Daher wird die Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen verbessert.
  • Achte Ausführungsform
  • 19 ist eine Draufsicht eines Detektors 140 für elektromagnetische Wellen gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 20 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in 19. Außerdem ist 21 eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in 19. Ähnlich wie in 1 ist auch in 19 der einfachen Verständlichkeit halber eine Isolierschicht 2 auf einem Substrat 1 nicht dargestellt, und ein Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen, der an Messstellen 4 ausgebildet ist, ist im durchsichtigen Zustand dargestellt.
  • Der Unterschied zur siebenten Ausführungsform ist, dass Thermosäulen (eine Einrichtung, die eine große Anzahl von Thermoelementen aufweist, die in Reihe geschaltet sind, um die Ausgangsspannung zu erhöhen) 7, die eine Mehrzahl von Thermoelementen aufweisen, auf den Isolierschichten 2 eines fünften Sensors 117 für elektromagnetische Wellen und eines zweiten Sensors 118 für elektromagnetische Wellen ausgebildet sind, die so angeordnet sind, dass sie auf dem Substrat 1 aneinander angrenzen. Die Ausgangsspannung wird höher, wenn die Anzahl von Thermoelementen größer ist.
  • Neunte Ausführungsform
  • 22 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Detektors 210 für elektromagnetische Wellen gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Ähnlich wie in 1 ist auch in 22 der einfachen Verständlichkeit halber eine Isolierschicht 2 auf einem Substrat 1 nicht dargestellt, und Absorptionskörper 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen, die an Messstellen 4 ausgebildet sind, sind im durchsichtigen Zustand dargestellt.
  • Der Detektor 210 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Detektor 120 für elektromagnetische Wellen gemäß der siebenten Ausführungsform dahingehend, dass der Detektor 210 für elektromagnetische Wellen ferner einen dritten Sensor 207 für elektromagnetische Wellen und einen vierten Sensor 208 für elektromagnetische Wellen aufweist, die jeweils Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich detektieren. Die über das Obige hinausgehende Konfiguration ist identisch zu derjenigen bei der siebenten Ausführungsform. Daher wird nachstehend hauptsächlich die Konfiguration beschrieben, die für die vorliegende Ausführungsform spezifisch ist.
  • Die Struktur eines Abstützungsschenkels 19 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der Struktur des Abstützungsschenkels 19 gemäß der siebenten Ausführungsform. Die Struktur des Abstützungsschenkels 19 ist jedoch nicht besonders eingeschränkt, solange die Strukturen, Breiten und Längen der Abstützungsschenkel der Sensoren für elektromagnetische Wellen, deren Ausgabe-Differenz berechnet wird, identisch sind.
  • Zunächst wird die Struktur des Detektors 210 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind eine Mehrzahl von elektromagnetischen Sensoren, d. h. ein fünfter Sensor 205 für elektromagnetische Wellen, der keine Lichtempfangseinheit 18 aufweist, ein zweiter Sensor 206 für elektromagnetische Wellen, der dritte Sensor 207 für elektromagnetische Wellen und der vierte Sensor 208 für elektromagnetische Wellen, die jeweils Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich detektierten, so angeordnet, dass sie auf dem Substrat 1 einander benachbart sind.
  • Der fünfte Sensor 205 für elektromagnetische Wellen weist keine Lichtempfangseinheit 18 auf. Eine Lichtempfangseinheit 18 des zweiten Sensors 206 für elektromagnetische Wellen weist einen Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen auf, der einen Detektions-Wellenlängenbereich λ1, hat, und der Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt. Eine Lichtempfangseinheit 18 des dritten Sensors 207 für elektromagnetische Wellen weist einen Absorptionskörper 15 für elektromagnetische Wellen auf, der einen Detektions-Wellenlängenbereich λ2 hat, und der Absorptionskörper 15 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt.
  • Eine Lichtempfangseinheit 18 des vierten Sensors 208 für elektromagnetische Wellen weist einen Absorptionskörper 16 für elektromagnetische Wellen auf, der einen Detektions-Wellenlängenbereich λ3 hat, und der Absorptionskörper 16 für elektromagnetische Wellen ist so ausgebildet, dass er die Messstellen 4 bedeckt.
  • Der Detektor 210 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist Folgendes auf:
    den fünften Sensor 205 für elektromagnetische Wellen, der nur aus dem Abstützungsschenkel 19 konfiguriert ist;
    den zweiten Sensor 206 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel die Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des fünften Sensors 205 für elektromagnetische Wellen ist, wobei der zweite Sensor 206 für elektromagnetische Wellen benachbart zu dem fünften Sensor 205 für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist;
    den dritten Sensor 207 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel die Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des fünften Sensors 205 für elektromagnetische Wellen ist, wobei der dritte Sensor 207 für elektromagnetische Wellen benachbart zu dem zweiten Sensor 206 für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist; und
    den vierten Sensor 208 für elektromagnetische Wellen, der die Lichtempfangseinheit 18 aufweist, die von dem Abstützungsschenkel 19 oberhalb des Substrats 1 in der Luft gehalten wird, wobei der Abstützungsschenkel die Struktur hat, die identisch zu derjenigen des Abstützungsschenkels 19 des fünften Sensors 205 für elektromagnetische Wellen ist, wobei der vierte Sensor 208 für elektromagnetische Wellen benachbart zu dem dritten Sensor 207 für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist.
  • Die Lichtempfangseinheiten des zweiten Sensors 206 für elektromagnetische Wellen, des dritten Sensors 207 für elektromagnetische Wellen und des vierten Sensors 208 für elektromagnetische Wellen weisen die Absorptionskörper 8, 15 und 16 für elektromagnetische Wellen auf, die Licht in vorbestimmten Wellenlängenbändern oder Licht mit vorbestimmten Polarisationen detektieren, wobei sich die Wellenlängenbänder und die Polarisationen voneinander unterscheiden.
  • Der Unterschied zwischen der Ausgabe des fünften Sensors 205 für elektromagnetische Wellen und der Ausgabe des zweiten Sensors 206 für elektromagnetische Wellen, des dritten Sensors 207 für elektromagnetische Wellen und des vierten Sensors 208 für elektromagnetische Wellen wird ausgegeben.
  • Folglich kann die Sensorausgabe, die von der Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Abstützungsschenkel 19 hervorgerufen wird, von der Ausgabe von jedem von dem zweiten Sensor 206 für elektromagnetische Wellen, dem dritten Sensor 207 für elektromagnetische Wellen und dem vierten Sensor 208 für elektromagnetische Wellen subtrahiert werden, und daher kann eine verbesserte Wellenlängen-Selektivität der Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen in vorbestimmten Wellenlängenbändern von der Mehrzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen erzielt werden.
  • Da der Verbindungsbereich der Verdrahtung 17 von der Mehrzahl von Sensoren gemeinsam genutzt wird, kann außerdem die Größe des Detektors 210 für elektromagnetische Wellen verringert werden. Es sei angemerkt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration beschrieben ist, in welcher drei Sensoren für elektromagnetische Wellen angeordnet sind, die den Detektions-Wellenlängenbereichen λ1, λ2 und λ3 entsprechen.
  • Es kann jedoch auch irgendeine andere Konfiguration angenommen werden, solange eine Mehrzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist, die jeweils einen Absorptionskörper 8 für elektromagnetische Wellen aufweisen, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband detektiert. Die Anzahl von Sensoren für elektromagnetische Wellen ist darauf nicht beschränkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    Isolierschicht
    3
    Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen
    4
    Messstelle
    5
    Vergleichsstelle
    6
    Hohlraum
    7
    Thermosäule
    8
    Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen
    9
    Reflexionsschicht
    10
    Verdrahtung
    11
    Ausgangsanschluss
    12
    Thermoelement-Material a
    13
    Thermoelement-Material b
    14
    Verdrahtung
    15
    Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen
    16
    Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen
    17
    Verdrahtung
    18
    Lichtempfangseinheit
    19
    Abstützungsschenkel
    20
    Lichtquelle
    21
    Messstellenbereich
    22
    Reflexionsschicht
    30
    Gaseinleitungsmechanismus
    40
    Differenz-Infrarotsensor-Array
    100
    Detektor für elektromagnetische Wellen
    110
    Sensor für elektromagnetische Wellen
    111
    erster Sensor für elektromagnetische Wellen
    112
    zweiter Sensor für elektromagnetische Wellen
    113
    erster Sensor für elektromagnetische Wellen
    114
    zweiter Sensor für elektromagnetische Wellen
    115
    fünfter Sensor für elektromagnetische Wellen
    116
    zweiter Sensor für elektromagnetische Wellen
    117
    fünfter Sensor für elektromagnetische Wellen
    118
    zweiter Sensor für elektromagnetische Wellen
    120
    Detektor für elektromagnetische Wellen
    130
    Detektor für elektromagnetische Wellen
    140
    Detektor für elektromagnetische Wellen
    200
    Detektor für elektromagnetische Wellen
    201
    erster Sensor für elektromagnetische Wellen
    202
    zweiter Sensor für elektromagnetische Wellen
    203
    dritter Sensor für elektromagnetische Wellen
    204
    vierter Sensor für elektromagnetische Wellen
    205
    fünfter Sensor für elektromagnetische Wellen
    206
    zweiter Sensor für elektromagnetische Wellen
    207
    dritter Sensor für elektromagnetische Wellen
    208
    vierter Sensor für elektromagnetische Wellen
    210
    Detektor für elektromagnetische Wellen
    300
    Detektor für elektromagnetische Wellen
    301
    erster Sensor für elektromagnetische Wellen
    302
    zweiter Sensor für elektromagnetische Wellen
    303
    dritter Sensor für elektromagnetische Wellen
    304
    vierter Sensor für elektromagnetische Wellen
    400
    Gasanalyseeinrichtung

Claims (15)

  1. Detektor für elektromagnetische Wellen, der Folgendes aufweist: ein Substrat; einen ersten Sensor für elektromagnetische Wellen, der dazu konfiguriert ist, eine Lichtempfangseinheit aufzuweisen, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel in der Luft gehalten wird; und einen zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen, der dazu konfiguriert ist, eine Lichtempfangseinheit aufzuweisen, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel, der die identische Struktur wie der Abstützungsschenkel des ersten Detektors für elektromagnetische Wellen hat, in der Luft gehalten wird, wobei der zweite Sensor für elektromagnetische Wellen so ausgebildet ist, dass er an den ersten Sensor für elektromagnetische Wellen angrenzt, wobei die Lichtempfangseinheit des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen eine flache Reflexionsschicht aufweist, die die gesamte Fläche der Lichtempfangseinheit bedeckt, die Lichtempfangseinheit des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen einen Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen aufweist, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband oder Licht mit einer vorbestimmten Polarisation detektiert, und wobei die Differenz zwischen der Ausgabe des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen und der Ausgabe des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird.
  2. Detektor für elektromagnetische Wellen, der Folgendes aufweist: ein Substrat; einen fünften Sensor für elektromagnetische Wellen, der dazu konfiguriert ist, einen Abstützungsschenkel aufzuweisen, der oberhalb des Substrats in der Luft gehalten wird; und einen zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen, der dazu konfiguriert ist, eine Lichtempfangseinheit aufzuweisen, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel, der die identische Struktur wie der Abstützungsschenkel des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen hat, in der Luft gehalten wird, wobei der zweite Sensor für elektromagnetische Wellen so ausgebildet ist, dass er an den fünften Sensor für elektromagnetische Wellen angrenzt, wobei der fünfte Sensor für elektromagnetische Wellen keine Lichtempfangseinheit aufweist, die Lichtempfangseinheit des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen einen Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen aufweist, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband oder Licht mit einer vorbestimmten Polarisation detektiert, und wobei die Differenz zwischen der Ausgabe des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen und der Ausgabe des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird.
  3. Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 1, wobei eine Fläche des Abstützungsschenkels des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen und eine Fläche des Abstützungsschenkels des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen freiliegen.
  4. Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 2, wobei eine Fläche des Abstützungsschenkels des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen und eine Fläche des Abstützungsschenkels des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen freiliegen.
  5. Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 1 oder 3, der ferner einen dritten Sensor für elektromagnetische Wellen aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Lichtempfangseinheit aufzuweisen, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel, der eine Struktur hat, die identisch zu der Struktur des Abstützungsschenkels des ersten Detektors für elektromagnetische Wellen ist, in der Luft gehalten wird, wobei der dritte Sensor für elektromagnetische Wellen so ausgebildet ist, dass er an einen von dem ersten Sensor für elektromagnetische Wellen und dem zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen angrenzt, wobei die Lichtempfangseinheit des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen einen Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen aufweist, der eines von Licht in einem Wellenlängenband und Licht mit einer Polarisation detektiert, wobei das Wellenlängenband und die Polarisation von dem Wellenlängenband und der Polarisation des Lichts, das von dem Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen detektiert wird, verschieden ist, und wobei die Differenz zwischen der Ausgabe des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen und der Ausgabe des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird.
  6. Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 2 oder 4, der ferner einen dritten Sensor für elektromagnetische Wellen aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Lichtempfangseinheit aufzuweisen, die oberhalb des Substrats von einem Abstützungsschenkel, der eine Struktur hat, die identisch zu der Struktur des Abstützungsschenkels des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen ist, in der Luft gehalten wird, wobei der dritte Sensor für elektromagnetische Wellen so ausgebildet ist, dass er an einen von dem fünften Sensor für elektromagnetische Wellen und dem zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen angrenzt, wobei der fünfte Sensor für elektromagnetische Wellen keine Lichtempfangseinheit aufweist, und die Lichtempfangseinheit des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen einen Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen aufweist, der eines von Licht in einem Wellenlängenband und Licht mit einer vorgegebenen Polarisation detektiert, wobei das Wellenlängenband und die Polarisation von dem Wellenlängenband und der Polarisation des Lichts, das von dem Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen detektiert wird, verschieden ist, und wobei die Differenz zwischen der Ausgabe des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen und der Ausgabe des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen ausgegeben wird.
  7. Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abstützungsschenkel ein Thermoelement aufweist.
  8. Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 5, wobei die Ausgabe des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen und die Ausgabe des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen elektrisch miteinander verbunden sind, so dass die Ausgabe des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen von der Ausgabe des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird, die Ausgabe des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen und die Ausgabe des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen elektrisch miteinander verbunden sind, so dass die Ausgabe des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen von der Ausgabe des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird, und ein Verbindungsbereich zwischen dem ersten Sensor für elektromagnetische Wellen und dem zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen auch als Verbindungsbereich zwischen dem ersten Sensor für elektromagnetische Wellen und dem dritten Sensor für elektromagnetische Wellen dient.
  9. Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 6, wobei die Ausgabe des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen und die Ausgabe des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen elektrisch miteinander verbunden sind, so dass die Ausgabe des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen von der Ausgabe des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird, die Ausgabe des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen und die Ausgabe des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen elektrisch miteinander verbunden sind, so dass die Ausgabe des fünften Sensors für elektromagnetische Wellen von der Ausgabe des dritten Sensors für elektromagnetische Wellen subtrahiert wird, und ein Verbindungsbereich zwischen dem fünften Sensor für elektromagnetische Wellen und dem zweiten Sensor für elektromagnetische Wellen auch als Verbindungsbereich zwischen dem fünften Sensor für elektromagnetische Wellen und dem dritten Sensor für elektromagnetische Wellen dient.
  10. Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen eine von einer Einschichtstruktur einer Metallschicht und einer Mehrschichtstruktur einer Metallschicht und eines Dielektrikums hat.
  11. Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen eine periodische Struktur hat, die in einem Array auf einer Fläche des Absorptionskörpers für elektromagnetische Wellen angeordnet ist, so dass ein Oberflächen-Plasmon, das veranlasst, dass eine spezifische Wellenlänge, die an die Fläche gekoppelt werden soll, induziert wird, und der Absorptionswert von einfallendem Licht mit der spezifischen Wellenlänge größer gemacht wird als der Absorptionswert von einfallendem Licht mit einer Wellenlänge, die von der spezifischen Wellenlänge verschieden ist.
  12. Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 8, wobei die Reflexionsschicht des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen Licht mit einer Wellenlänge reflektiert, die von einer spezifischen Wellenlänge verschieden ist, die im Wellenlängenband enthalten ist, und zwar von dem Licht, das von dem Absorptionskörper für elektromagnetische Wellen des zweiten Sensors für elektromagnetische Wellen detektiert wird.
  13. Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 8, wobei die Reflexionsschicht des ersten Sensors für elektromagnetische Wellen aus einem Material gebildet ist, das eine große spezifische Wärme hat.
  14. Gasanalyseeinrichtung, die Folgendes aufweist: den Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 13; einen Gaseinleitungsmechanismus, der dazu konfiguriert ist, zu analysierendes Gas einzuleiten; und eine Lichtquelle, die dazu konfiguriert ist, das zu analysierende Gas mit einer elektromagnetischen Welle zu bestrahlen, wobei die Intensität einer elektromagnetischen Welle mit einer spezifischen Wellenlänge, die in der elektromagnetischen Welle enthalten ist, die durch das zu analysierende Gas gegangen ist, von dem Detektor für elektromagnetische Wellen detektiert wird.
  15. Gasanalyseeinrichtung nach Anspruch 14, wobei die spezifische Wellenlänge, die von dem Detektor für elektromagnetische Wellen detektiert wird, eine Wellenlänge zum Bestimmen der Anwesenheit von Alkohol ist.
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