DE112016001762T5

DE112016001762T5 - Detektor für elektromagnetische wellen, detektorarray für elektromagnetische wellen und gasanalysevorrichtung

Info

Publication number: DE112016001762T5
Application number: DE112016001762.6T
Authority: DE
Inventors: Shimpei OGAWA; Daisuke Fujisawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2018-01-25
Also published as: CN107430028A; JP6093921B1; US10234379B2; WO2016167052A1; JPWO2016167052A1; US20180067041A1; CN107430028B

Abstract

Ein Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung, der selektiv elektromagnetische Wellen der Wellenlänge λA detektiert, weist eine Temperaturdetektionseinheit auf, die Folgendes aufweist: ein Substrat, das einen Hohlraum-Bereich hat; eine Wellenlängen-Selektionsstruktur, die eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz mit einer elektromagnetischen Welle einer vorbestimmten Wellenlänge λA zum Umwandeln in Wärme und zum Absorbieren erzeugt, und eine Detektionsschicht, die die absorbierte Wärme detektiert; und eine Trägerstruktur, die die Temperaturdetektionseinheit oberhalb des Hohlraum-Bereichs hält; wobei die Trägerstruktur ferner eine Reflexionsstruktur aufweist, die die elektromagnetische Welle der Absorptionswellenlänge der Trägerstruktur reflektiert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Detektor für elektromagnetische Wellen, ein Detektorarray für elektromagnetische Wellen sowie eine Gasanalysevorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Detektor für elektromagnetische Wellen, ein Detektorarray für elektromagnetische Wellen sowie eine Gasanalysevorrichtung, die selektiv eine elektromagnetische Welle mit einer spezifischen Wellenlänge detektieren, indem sie die elektromagnetische Welle in Wärme umwandeln.
Stand der Technik
Ein Haushaltsgerät, wie z. B. eine Klimaanlage benötigt einen empfindlichen und einfachen Detektor für elektromagnetische Wellen, der die Position eines menschlichen Körpers oder die Temperaturverteilung in einem Raum detektiert, um eine Energiesparfunktion und eine angenehme Temperatursteuerung zu verwirklichen. Als ein solcher Detektor für elektromagnetische Wellen wird insbesondere ein Infrarotsensor, der als ein Wärmeinfrarot-Sensor oder ein ungekühlter Infrarotsensor bezeichnet wird, zum Detektieren eines Infrarotstrahls verwendet.
Der Infrarotsensor detektiert einen einfallenden Infrarotstrahl, indem er den Infrarotstrahl absorbiert, den Infrarotstrahl in Wärme umwandelt und die Wärme in ein elektrisches Signal umwandelt. Der Wärmeinfrarot-Sensor verwendet eine Struktur, bei welcher eine Infrarot-Strahlabsorptionseinheit von einem Trägerschenkel in der Luft gehalten wird, und folglich werden die thermischen Isoliereigenschaften der Infrarotstrahl-Absorptionseinheit verbessert, und eine Temperaturveränderung einer Absorptionseinheit für elektromagnetische Wellen wird hochgenau ausgelesen.
Beispielsweise ist in einem Thermosäulen-Infrarotsensor, der ein Thermoelement enthält, eine Messstelle (hot junction) des Thermoelements oberhalb eines Hohlraum-Bereichs ausgebildet, und eine Vergleichsstelle (cold junction) des Thermoelements ist an einem Rahmenkörper ausgebildet, der den Hohlraum-Bereich umgibt. Die Temperatur der Messstelle wird aus einer Thermospannung detektiert, die infolge der Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und der Vergleichsstelle verursacht wird.
Die Empfindlichkeit des Thermosäulen-Infrarotsensors wird beispielsweise dadurch verbessert, dass die thermische Kapazität der Messstelle verringert wird, was die thermische Leitfähigkeit von der Messstelle zur Vergleichsstelle verringert, und dass die Absorption durch eine Absorptionsschicht für elektromagnetische Wellen erhöht wird (siehe beispielsweise das Patentdokument 1).
Stand der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: JP 2005-172 762 A

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
In einem Fall, in welchem die Wellenlänge eines zu detektierenden Infrarotstrahls in einem herkömmlichen Detektor für elektromagnetische Wellen ausgewählt wird, ermöglicht die Ausbildung einer Absorptionsschicht für Infrarotstrahlen, die selektiv einen Infrarotstrahl in einem vorbestimmten Wellenlängenband absorbiert, in eine Infrarotstrahl-Absorptionseinheit (eine Temperatursensoreinheit) hinein, dass der Detektor für elektromagnetische Wellen eine Selektivität bei der Detektionswellenlänge hat.
Die Infrarotstrahl-Absorption tritt jedoch auch an einer Trägerstruktur auf, beispielsweise einem Trägerschenkel (beispielsweise einer Isolierschicht, einer Verdrahtung und einem Thermoelement, das den Trägerschenkel bildet), welcher die Infrarotstrahl-Absorptionseinheit oberhalb des Hohlraums hält. Es ergibt sich das Problem, dass die nicht-selektive Infrarotstrahl-Absorption am Trägerschenkel die Wellenlängen-Selektivität des Detektors für elektromagnetische Wellen verschlechtert.
Angesichts des Vorgenannten ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Detektor für elektromagnetische Wellen anzugeben, der eine nicht-selektive Absorption elektromagnetischer Wellen an einem Trägerschenkel oder dergleichen verhindert, und der eine hohe Selektivität in einem Detektionswellenlängenband besitzt.
Wege zum Lösen der Probleme
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet einen Detektor für elektromagnetische Wellen, der selektiv eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λA detektiert, wobei der Detektor für elektromagnetische Wellen Folgendes aufweist:

– ein Substrat, das einen Hohlraum-Bereich aufweist;
– eine Temperaturdetektionseinheit, die Folgendes aufweist: eine Wellenlängen-Selektionsstruktur, die eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz mit einer elektromagnetischen Welle der Wellenlänge λA erzeugt, die vorbestimmt ist, die elektromagnetische Welle in Wärme umwandelt und die Wärme absorbiert, und eine Detektionsschicht, die die Wärme detektiert, die absorbiert worden ist; und
– eine Trägerstruktur, die die Temperaturdetektionseinheit oberhalb des Hohlraum-Bereichs hält, wobei die Trägerstruktur ferner eine Reflexionsstruktur aufweist, die eine elektromagnetische Welle mit einer Absorptionswellenlänge der Trägerstruktur reflektiert. Wirkungen der Erfindung

Der Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Detektor für elektromagnetische Wellen, der nur elektromagnetische Wellen mit einer vorbestimmten Wellenlänge detektieren kann, und zwar mit hoher Intensität.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß 1 bei Betrachtung in Richtung I-I.
3 ist eine Draufsicht einer Wellenlängen-Selektionsstruktur des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittsansicht der Wellenlängen-Selektionsstruktur gemäß 3 bei Betrachtung in Richtung III-III.
5 ist eine Draufsicht einer weiteren Wellenlängen-Selektionsstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Querschnittsansicht der Wellenlängen-Selektionsstruktur gemäß 5 bei Betrachtung in Richtung V-V.
7 zeigt Absorptionscharakteristiken für elektromagnetische Wellen eines Detektors für elektromagnetische Wellen, der einen Trägerschenkel mit einer herkömmlichen Struktur hat.
8 ist eine Draufsicht des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Trägerschenkels des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß 8 bei Betrachtung in Richtung VIII-VIII.
10 zeigt eine Reflexionscharakteristik des Trägerschenkels des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Trägerschenkels des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Plasmon-Resonanzcharakteristik eines Trägerschenkels einer MIM-Struktur (Metall-Isolator-Metall) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 eine Absorptionscharakteristik des Trägerschenkels der MIM-Struktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Querschnittsansicht des Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß 14 bei Betrachtung in Richtung XIV-XIV.
16 ist eine Draufsicht eines Detektorarrays für elektromagnetische Wellen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Draufsicht eines Detektorarrays für elektromagnetische Wellen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine schematische Ansicht einer Gasanalysevorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Detektoren für elektromagnetische Wellen beschrieben, die Infrarotlicht (auch als ein Infrarotstrahl bezeichnet) als Detektionslicht verwenden. Ein Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch zur Detektion von elektromagnetischen Welle verwendbar, die von Infrarotlicht verschieden sind, wie z. B. Ultraviolettlicht, Nahinfrarotlicht, einer Teraherztwelle (THz), einer Mikrowelle und dergleichen. Es sei angemerkt, dass bei den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung die obigen Arten von Licht- und Radiowellen alle zusammen als elektromagnetische Wellen bezeichnet werden.
Folgendes wird voneinander nicht durch Begriffe unterschieden, sondern unter dem Gesichtspunkt der Wirkungen gleich behandelt, die durch die Phänomene verursacht werden: Ein Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Phänomen oder ein Plasmon-Resonanz-Phänomen, das eine Interaktion zwischen einer Metallfläche und Licht ist, ein Phänomen, das als Pseudo-Oberflächen-Plasmon-Resonanz bezeichnet wird, was sich auf ein Resonanzphänomen von Licht außerhalb des Bereichs des sichtbaren Lichts und dem Nahinfrarotlicht-Bereich auf einer Metallfläche bezieht, und ein Phänomen, das als eine Metafläche, ein Metamaterial oder ein plasmonisches Metamaterial bezeichnet wird, das die Manipulation einer spezifischen Wellenlänge infolge der Struktur der Metafläche, des Metamaterials oder des plasmonischen Metamaterials ermöglicht, und zwar mit einer Dimension, die geringer ist als oder gleich groß ist wie die spezifische Wellenlänge. Hier wird jede der oben beschriebenen Resonanzen als eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz oder Plasmon-Resonanz bezeichnet, oder sie wird einfach als eine Resonanz bezeichnet.
Es sei angemerkt, dass als Material zum Erzeugen der Plasmon-Resonanz ein Metall mit einer negativen Dielektrizitätskonstante, wie z. B. Gold, Silber, Aluminium, Kupfer oder dergleichen, oder Graphen bevorzugt ist. Außerdem wird bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hauptsächlich ein Detektor für elektromagnetische Wellen mit SOI-Diode (Silicium-auf-Isolator-Diode) beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch bei einem anderen Wärmeinfrarot-Sensor, wie z. B. einem Bolometer, einem Thermosäulensensor oder einem pyroelektrischen Sensor verwendet werden.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen vom thermischen Typ gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insgesamt mit 100 bezeichnet. 2 ist eine Querschnittsansicht des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen (inklusive einem Absorptionskörper und dergleichen) gemäß 1 bei Betrachtung in Richtung I-I. Es sei angemerkt, dass in 1 eine Detektionsschicht 5 und eine Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 und 7, die normalerweise nicht sichtbar sind, so dargestellt sind, als wenn die Detektionsschicht 5 und die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6, 7 sichtbar wären.
Wie in 2 dargestellt, weist der Detektor 100 für elektromagnetische Wellen ein Substrat 1 auf, das beispielsweise aus Silicium gefertigt ist. Das Substrat 1 ist mit einem Hohlraum-Bereich 2 versehen, und eine Temperaturdetektionseinheit 10 ist oberhalb des Hohlraum-Bereichs 2 von einem Trägerschenkel 3 gehalten. Hier gibt es zwei Trägerschenkel 3, und wie in 1 dargestellt, hat der Trägerschenkel 3 eine Brückenform, die bei Betrachtung von oben in einer L-Form gebogen ist.
Der Trägerschenkel 3 ist darauf jedoch nicht beschränkt. Der Trägerschenkel 3 weist die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 und eine dielektrische Schicht 16 auf, die die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 hält. Die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 ist beispielsweise aus Titan gefertigt. Die dielektrische Schicht 16 ist beispielsweise aus Siliciumoxid gefertigt.
Eine dielektrische Schicht 9, die beispielsweise aus Siliciumoxid besteht, ist oberhalb des Hohlraum-Bereichs 2 ausgebildet. Eine Aluminium-Verdrahtung 7 ist in der dielektrischen Schicht 9 ausgebildet. Die Aluminium-Verdrahtung 7 ist mit einer (nicht dargestellten) Detektionsschaltung verbunden.
Die Temperaturdetektionseinheit 10 weist eine dielektrische Schicht 4 auf, die beispielsweise aus Siliciumoxid gefertigt ist. Die Detektionsschicht 5 und die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 sind in der dielektrischen Schicht 4 ausgebildet. Die Detektionsschicht 5 ist beispielsweise aus einer Diode gefertigt, die kristallines Silicium enthält. Die Temperaturdetektionseinheit 10 weist ferner eine Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 auf, die auf der dielektrischen Schicht 4 ausgebildet ist. Die Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 ist aus Metall gefertigt, und eine Mehrzahl von Aussparungen ist an der Oberseite der Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 ausgebildet.
3 ist eine Draufsicht der Wellenlängen-Selektionsstruktur 8, und 4 ist eine Querschnittsansicht der Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 gemäß 3 bei Betrachtung in Richtung III-III. Wie in 3 und 4 dargestellt, ist die Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 eine Struktur, wo Aussparungen oder Vorsprünge periodisch an der Oberseite einer Metallschicht ausgebildet sind, um eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz zu bewrken, und es wird nur eine spezifische Resonanz-Wellenlänge in Wärme umgewandelt und absorbiert. Genauer gesagt: Wie in 3 dargestellt, sind in der Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 die periodischen Aussparungen 11 in zweidimensionalen Richtungen angeordnet. Hier sind die Aussparungen 11 in einer 3×3-Matrix angeordnet. Die Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 ist darauf jedoch nicht beschränkt.
Die Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 ist aus einem Metall gebildet, das eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz erzeugt, und sie ist beispielsweise aus Gold, Silber, Aluminium oder Kupfer gebildet. Die Schichtdicke der Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 kann irgendeine Dicke sein, solange Infrarotlicht mit einer Wellenlänge, die selektiv absorbiert wird, nicht unterhalb der Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 entweicht. Wenn diese Schichtdicke erfüllt ist, beeinflusst die Schicht unterhalb der Metallschicht die Plasmon-Resonanz nicht. Daher kann die Schicht eine Isolierschicht oder eine Halbleiterschicht sein.
Um beispielsweise Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 10 µm zu detektieren, hat die Aussparung 11 beispielsweise eine zylindrische Form mit einem Durchmesser W von 6 µm und einer Tiefe D von 1,5 µm, und ein Anordnungs-Rastermaß P der Aussparungen 11 ist beispielsweise 10 µm. Gemäß 3 ist der Querschnitt der Aussparung 11 in der x-y-Ebene (horizontaler Querschnitt) kreisförmig. Der Querschnitt kann jedoch auch elliptisch, quadratisch, rechteckig, polygonal oder dergleichen sein. Es sei angemerkt, dass es ein elliptischer oder rechteckiger Querschnitt der Aussparung 11 ermöglicht, dass nur ein spezifisches polarisiertes Licht absorbiert wird.
Außerdem passt das Rastermaß bzw. der Abstand P der Aussparungen 11 vorzugsweise zu der Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle, die selektiv absorbiert werden soll. Außerdem sind hier die Aussparungen 11 in einer Matrix (zweidimensional) angeordnet. Die Aussparungen 11 können jedoch auch eindimensional angeordnet sein. Eine eindimensionale Anordnung der Aussparungen 11 ermöglicht es, dass nur ein spezifisches polarisiertes Licht absorbiert wird.
5 ist eine Draufsicht einer weiteren Wellenlängen-Selektionsstruktur 28, die für den Detektor 100 für elektromagnetische Wellen verwendet wird. 6 ist eine Querschnittsansicht der Wellenlängen-Selektionsstruktur 28 gemäß 5 bei Betrachtung in Richtung V-V. In der Wellenlängen-Selektionsstruktur 28 ist eine Zwischenschicht 13 auf einer Metallschicht 14 ausgebildet, und Metallmuster 12 sind auf der Zwischenschicht 13 ausgebildet. Die Metallschicht 14 ist beispielsweise aus Aluminium oder Gold gebildet. Die Zwischenschicht 13 ist aus einem Isolator oder einem Dielektrikum, wie z. B. Siliciumoxid oder einem Halbleiterschicht, wie z. B. Silicium oder Germanium gebildet. Indem das Material der Zwischenschicht 13 ausgewählt wird, ist es möglich, die Detektionswellenlänge, die Anzahl der Detektionswellenlängen und die Bandbreite der Detektionswellenlänge zu steuern.
Das Metallmuster 12 kann aus einem Metall, wie z. B. Gold, Silber oder Aluminium gebildet sein, und außerdem kann es aus Graphen gebildet sein, das kein Metall ist. Für den Fall, dass das Metallmuster 12 aus Graphen gebildet ist, kann die Schichtdicke so dünn wie die Dicke von einer atomaren Schicht sein. Daher kann die thermische Zeitkonstante verringert werden, und es wird ein Hochgeschwindigkeits-Betrieb ermöglicht.
Indem die Größe des Metallmusters 12 verändert wird (die Dimensionen in der x- und y-Richtung in 5), ist es möglich, die Wellenlänge zu steuern, bei welcher die Plasmon-Resonanz auftritt. Indem die Größe des Metallmusters 12 verändert wird, kann daher die Absorptionswellenlänge ausgewählt werden. Außerdem sind gemäß 5 die Metallmuster 12 in einer Matrix (zweidimensional) angeordnet, und zwar in einem vorbestimmten Rastermaß bzw. Abständen. Die Metallmuster 12 können jedoch auch eindimensional angeordnet sein.
Zusätzlich zu den obigen Strukturen kann auch eine Struktur zum selektiven Absorbieren von nur einer spezifischen Wellenlänge, indem dielektrische Schichten aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid laminiert werden, als Wellenlängen-Selektionsstruktur verwendet werden.
Wie in 2 dargestellt, ist der Trägerschenkel 3 so konfiguriert, dass er die dielektrische Schicht 16 aufweist, die beispielsweise aus Siliciumoxid gefertigt ist, und die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 ist in der dielektrischen Schicht 16 ausgebildet. Die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 verbindet die Detektionsschicht 5 der Temperaturdetektionseinheit 10 und die Aluminium-Verdrahtung 7 elektrisch. Die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 ist beispielsweise aus einer Titanlegierung mit einer Dicke von 100 nm gebildet. Ein elektrisches Signal, das aus der Detektionsschicht 5 ausgegeben wird, geht durch die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 hindurch, die im Trägerschenkel 3 ausgebildet ist, wird an die Aluminium-Verdrahtung 7 übertragen und wird von der (nicht dargestellten) Detektionsschaltung ausgelesen.
Die elektrische Verbindung zwischen der Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 und der Detektionsschicht 5 und die elektrische Verbindung zwischen der Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 und der Aluminium-Verdrahtung 7 kann über einen (nicht dargestellten) Leiter erfolgen, der in der vertikalen Richtung verläuft, falls notwendig.
Für den Fall, dass ein Trägerschenkel 3 so konfiguriert ist, dass er eine Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 und eine dielektrische Schicht 16 aufweist, wie bei einer herkömmlichen Struktur, gilt Folgendes: Da das Infrarotlicht auch auf den Trägerschenkel 3 einfällt, wird das Infrarotlicht von der dielektrischen Schicht 16 des Trägerschenkels 3 absorbiert. Beispielsweise wird für den Fall, dass die dielektrische Schicht 16 des Trägerschenkels 3 aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildet ist, Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 10 µm von der dielektrischen Schicht 16 absorbiert.
7 zeigt die Infrarotlicht-Absorptionscharakteristiken eines Detektors für elektromagnetische Wellen, der einen Trägerschenkel 3 aufweist, der so konfiguriert ist, dass er eine Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 und eine dielektrische Schicht 16 aufweist, wie bei der herkömmlichen Struktur. Die Abszissenachse gibt die Wellenlänge an, und die Ordinatenachse gibt das Absorptionsvermögen bzw. den Absorptionsgrad an. Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr λA wird von einer Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 einer Temperaturdetektionseinheit 10 absorbiert.
Da die dielektrische Schicht 16 im Allgemeinen eine Absorptionswellenlänge im infraroten Wellenlängenband hat (als Wellenlänge λL bezeichnet), wird außerdem Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr der Absorptionswellenlänge von dem Trägerschenkel 3 absorbiert. Für den Fall beispielsweise, dass die dielektrische Schicht 16 aus Siliciumoxid gebildet ist, wird Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 10 µm absorbiert. Im Ergebnis ergibt sich das Problem, dass die Detektionswellenlängen-Selektivität sinkt, und dass die Detektionsempfindlichkeit des Infrarotlichts der Wellenlänge λA sinkt.
Im Gegensatz dazu weist bei dem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Trägerschenkel 3 ferner eine Reflexionsstruktur auf, wie oben beschrieben. 8 ist eine Draufsicht der Temperaturdetektionseinheit 10 und der Trägerschenkel 3 des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen. 9 ist eine Querschnittsansicht des Trägerschenkels 3 gemäß 8 bei Betrachtung in Richtung VIII-VIII (die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 ist in der Ansicht dabei nicht enthalten).
Die Reflexionsstruktur ist beispielsweise aus Metallmustern (Patches) 15 gebildet, die auf einer Oberseite der dielektrischen Schicht 16 ausgebildet sind, wie in 9 dargestellt. Die Metallmuster 15 erzeugen eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz mit einer spezifischen Wellenlänge λp gemäß dem Rastermaß, der Größe und dem Intervall der Metallmuster 15. Die Oberflächen-Plasmon-Resonanz verstärkt die Reflexion bei einer Resonanz-Wellenlänge. Außerdem kann eine Reflexionscharakteristik für das infrarote Wellenlängenband erhalten werden, wenn die Schichtdicke des Metallmusters 15 so dünn ist wie ungefähr 50 nm. Es sei angemerkt, dass die Oberseite eine Seite bezeichnet, auf welcher das Infrarotlicht einfällt, und dass die Rückseite eine Seite bezeichnet, die der Oberseite entgegengesetzt ist.
10 zeigt eine Infrarotlicht-Reflexionscharakteristik des Trägerschenkels 3, der die Reflexionsstruktur hat, die die Metallmuster 15 aufweist. Die Abszissenachse gibt die Wellenlänge an, und die Ordinatenachse gibt das Reflexionsvermögen bzw. den Reflexionsgrad an. Gemäß 10 wird Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr λp selektiv reflektiert. Die Reflexionswellenlänge λp kann auf eine gewünschte Wellenlänge eingestellt werden, indem das Rastermaß, die Größe und das Intervall der Metallmuster 15 verändert wird.
Der horizontale Querschnitt des Metallmusters 15 kann beispielsweise eine kreisrunde Form, eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine elliptische Form und eine polygonale Form haben, die anders als die obigen ist. Indem die Form des horizontalen Querschnitts verändert wird, ist es möglich, die Wellenlänge des Lichts auszuwählen, das reflektiert werden kann. Es sei angemerkt, dass der Querschnitt, der eine rechteckige Form, eine elliptische Form oder dergleichen hat, eine Polarisations-Selektivität für das reflektierte Licht ermöglicht.
Für den Fall beispielsweise, in welchem die Form im horizontalen Querschnitt des Metallmusters 15 quadratisch ist und eine Seitenlänge von 2 µm hat, und in welchem zwei Spalten der Metallmuster 15 in einem Raster von 3 µm angeordnet sind und Gold als Material für das Metallmuster 15 verwendet wird, tritt eine starke Plasmon-Resonanz hinsichtlich des Infrarotlichts mit einer Wellenlänge von ungefähr 10 µm auf. Im Ergebnis nimmt die Reflektivität des Infrarotlichts mit ungefähr 10 µm selektiv zu (Reflexionswellenlänge λp = 10 µm).
Wie oben beschrieben, beträgt in der dielektrischen Schicht 16 des Trägerschenkels 3, der aus Siliciumoxid gefertigt ist, die Absorptionswellenlänge ungefähr 10 µm (Absorptionswellenlänge λL = 10 µm). Da der Trägerschenkel 3 die Reflexionsstruktur hat, welche das Infrarotlicht von ungefähr 10 µm (Reflexionswellenlänge λp = 10 µm) reflektiert, wie bei dem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird daher das Infrarotlicht von ungefähr 10 µm von der Reflexionsstruktur reflektiert.
Demzufolge fällt das Infrarotlicht nicht auf die dielektrische Schicht 16 ein und wird nicht absorbiert. Das heißt, wenn die Reflexionsstruktur so ausgebildet wird, dass Reflexionswellenlänge λp = Absorptionswellenlänge λL erfüllt ist, verbessert sich die Detektionswellenlängen-Selektivität, und das Infrarotlicht der Wellenlänge λA kann mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden.
Da die Metallmuster 15 nicht-kontinuierlich auf der dielektrischen Schicht 16 angeordnet sind, verringern sich die thermischen Isoliereigenschaften des Trägerschenkels 3 nicht. Das heißt, die thermische Leitfähigkeit des Trägerschenkels 3 wird nicht erhöht. Im Ergebnis wird die Ansprechgeschwindigkeit des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen nicht verringert.
Genauer gesagt, es wird eine Absorption des Infrarotlichts durch den Trägerschenkel 3 herkömmlicherweise nicht berücksichtigt. Da die Reflexionsstruktur verwendet wird, um eine Absorption des Infrarotlichts durch den Trägerschenkel 3 zu verhindern, kann daher die thermische Leitfähigkeit des Trägerschenkels 3 klein gemacht werden, und die Empfindlichkeit des Detektors 100 für elektromagnetische Wellen kann verbessert werden.
Zweite Ausführungsform
11 ist eine Querschnittsansicht eines Trägerschenkels 3, der im Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, und zwar bei Betrachtung in einer Richtung, die identisch mit VIII-VIII in 8 ist (die Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 ist in der Ansicht nicht enthalten). Der Detektor für elektromagnetische Wellen ist identisch zu dem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Struktur des Trägerschenkels 3.
Wie in 11 gezeigt, sind in dem Trägerschenkel 3 gemäß der zweiten Ausführungsform – ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform – Metallmuster 15 auf einer Oberseite einer dielektrischen Schicht 16 ausgebildet, eine Metallschicht 17 ist auf einer Rückseite der dielektrischen Schicht 16 ausgebildet, und eine MIM-Struktur (Metall-Isolator-Metall-Struktur) ist so ausgebildet, dass sie drei Schichten aufweist. Eine Plasmon-Resonanz tritt in der MIM-Struktur auf.
Ähnlich wie das Metallmuster 15 ist die Metallschicht 17 aus einem Metallmaterial mit hoher Reflektivität gebildet, wie z. B. Gold, Silber, Aluminium oder dergleichen. Die Schichtdicke der Metallschicht 17 kann irgendeine beliebige Dicke sein, solange das Infrarotlicht mit einer Wellenlänge, bei welcher die Plasmon-Resonanz in der MIM-Struktur auftritt, die Metallschicht 17 nicht durchdringt.
Im Allgemeinen wird in einer solchen MIM-Struktur die Plasmon-Resonanz durch Infrarotlicht einer spezifischen Wellenlänge in Abhängigkeit der Anordnung (beispielsweise der Größe, dem Rastermaß oder der Dicke) der Metallmuster 15 erzeugt, und Infrarotlicht auf der Resonanz-Wellenlänge wird absorbiert. Für den Fall jedoch, dass die dielektrische Schicht 16, die sandwichartig von den Metallmustern 15 und einem Metall umgeben ist, Infrarotlicht absorbiert, wird Infrarotlicht auf der Absorptionswellenlänge der dielektrischen Schicht 16 stark reflektiert, ohne infolge der Plasmon-Resonanz absorbiert zu werden.
12 zeigt das Verhältnis zwischen einer Länge w einer Seite und einer Resonanz-Wellenlänge λp, wobei die Seite eine Seite eines Quadrats eines horizontalen Querschnitts des Metallmusters 15 im Trägerschenkel ist, der die MIM-Struktur hat. Die Ordinatenachse gibt die Resonanz-Wellenlänge λp an, und die Abszissenachse gibt die Länge w einer Seite des Metallmusters 15 an. 13 zeigt das Verhältnis zwischen der Absorptionswellenlänge und der Plasmon-Resonanz-Wellenlänge λp im Trägerschenkel mit der MIM-Struktur. Die Ordinatenachse gibt das Absorptionsvermögen an, und die Abszissenachse gibt die Plasmon-Resonanz-Wellenlänge an.
Wie in 12 dargestellt, gilt Folgendes: Da die Länge w einer Seite des Metallmusters 15 länger ist, ist die Resonanz-Wellenlänge λp der Plasmon-Resonanz länger. Da dann die Resonanz-Wellenlänge näher an der Absorptionswellenlänge λL der dielektrischen Schicht 16 liegt, nimmt die Zunahme-Rate der Resonanz-Wellenlänge ab, und es tritt keine Plasmon-Resonanz zu dem Zeitpunkt auf, wenn Reflexionswellenlänge λp = Absorptionswellenlänge λL erfüllt ist.
Das heißt, wie in 13 dargestellt, gilt Folgendes: Indem die Länge w einer Seite des Metallmusters 15 angepasst wird und die Resonanz-Wellenlänge λp gleich der Absorptionswellenlänge λL der dielektrischen Schicht 16 gemacht wird, kann das Absorptionsvermögen des Trägerschenkels 3 auf 0 reduziert werden.
Wie oben beschrieben, gilt bei dem Detektor für elektromagnetische Wellen gemäß der zweiten Ausführungsform Folgendes: Da der Trägerschenkel 3 die MIM-Struktur hat, kann eine Absorption von Infrarotlicht durch den Trägerschenkel 3 verhindert werden. Im Ergebnis verbessert sich die Detektionswellenlängen-Empfindlichkeit selektiv, und es ist möglich, Infrarotlicht von einer spezifischen Wellenlänge mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren.
Es sei angemerkt, dass im Fall einer Struktur, bei welcher ein Infrarotstrahl reflektiert wird, indem eine Reflexionsschicht ausgebildet wird, die separat gehalten wird, so dass die Reflexionsschicht von einem Trägerschenkel beabstandet ist, ohne direkt eine Reflexionsstruktur auf dem Trägerschenkel zu bilden, ein Zwischenraum zwischen dem Trägerschenkel und der Reflexionsschicht besteht.
Infolge von Streulicht und/oder einer Mehrwege-Reflexion ist es daher nicht möglich, alle einfallenden Infrarotstrahlen mittels der Reflexionsschicht zu reflektieren. Im Gegensatz dazu können in dem Fall, in welchem eine spezielle Plasmon-Resonanz-Struktur in einem Trägerschenkel ausgebildet ist, wie bei der vorliegenden Erfindung, Infrarotstrahlen, die mit sämtlichen Einfallswinkeln auf den Trägerschenkel einfallen, reflektiert werden.
Dritte Ausführungsform
14 ist eine Draufsicht eines Detektors für elektromagnetische Wellen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insgesamt mit 200 bezeichnet. 15 ist eine Querschnittsansicht des Detektors 200 für elektromagnetische Wellen gemäß 14 bei Betrachtung in Richtung XIV-XIV. Gemäß 14 und 15 geben die Bezugszeichen, die identisch zu denjenigen in 1 und 2 sind, identische oder entsprechende Teile an.
Wie in 15 dargestellt, weist der Detektor 200 für elektromagnetische Wellen ein Substrat 1 auf, das beispielsweise aus Silicium gefertigt ist. Das Substrat 1 ist mit einem Hohlraum-Bereich 2 versehen. Auf dem Substrat 1 ist eine Membran 18 ausgebildet, die aus einer dünnen Schicht gebildet ist, beispielsweise aus Siliciumoxid. Die Peripherie der Membran 18 ist auf dem Substrat 1 befestigt, und der zentrale Bereich der Membran 18 ist oberhalb des Hohlraum-Bereichs 2 gehalten.
Eine Temperaturdetektionseinheit 10 und Trägerschenkel 3, die mit der Temperaturdetektionseinheit 10 verbunden sind, sind an der Membran 18 angebracht. Die Temperaturdetektionseinheit 10 wird oberhalb des Hohlraum-Bereichs 2 mittels der Trägerschenkel 3 und der Membran 18 gehalten.
Die Temperaturdetektionseinheit 10 weist eine dielektrische Schicht 4 auf, die beispielsweise aus Siliciumoxid gebildet ist, und eine Detektionsschicht 5 und eine Dünnschicht-Metallverdrahtung 6 sind in der dielektrischen Schicht 4 ausgebildet. Die Detektionsschicht 5 ist beispielsweise aus einer Diode gefertigt, die kristallines Silicium enthält. Die Temperaturdetektionseinheit 10 weist ferner eine Wellenlängen-Selektionsstruktur 8 auf der dielektrischen Schicht 4 auf.
Der Trägerschenkel 3 kann eine Struktur haben, die identisch zu derjenigen in der ersten Ausführungsform ist, oder er kann eine Struktur haben, bei welcher zwei Leiter einer Thermosäule in einer dielektrischen Schicht 16 ausgebildet sind. Da die Temperaturdetektionseinheit 10 sowohl von der Membran 18, als auch von den Trägerschenkeln 3 im Detektor 200 für elektromagnetische Wellen gehalten wird, kann der Detektor 200 für elektromagnetische Wellen auf einfachere Weise hergestellt werden, und die Stärke des Detektors 200 für elektromagnetische Wellen wird weiter verbessert gegenüber einem Detektor für elektromagnetische Wellen, der eine Struktur hat, bei welcher eine Temperaturdetektionseinheit 10 nur von Trägerschenkeln 3 gehalten wird.
In dem Detektor 200 für elektromagnetische Wellen gibt es das Problem, dass dann, wenn Infrarotlicht von den Trägerschenkeln 3 und der Membran 18 absorbiert wird, die Detektionswellenlängen-Selektivität abnimmt, da Infrarotlicht auf die Trägerschenkel 3 und die Membran 18 einfällt, und zwar zusätzlich zu der Temperaturdetektionseinheit 10. Demzufolge nimmt die Detektionsempfindlichkeit für Infrarotlicht einer vorbestimmten Wellenlänge ab. Um das Problem zu lösen, sind in dem Detektor 200 für elektromagnetische Wellen, wie in 14 gezeigt, Metallmuster 19 auf den Trägerschenkeln 3 und der Membran 18 ausgebildet.
Wie oben beschrieben, erzeugen die Metallmuster 19 eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz bei einer spezifischen Wellenlänge λp in Abhängigkeit vom Rastermaß, der Größe und dem Intervall der Metallmuster 19, und sie reflektieren Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr λp. In dem Detektor 200 für elektromagnetische Wellen sind das Rastermaß und die Größe der Metallmuster 19 so eingestellt, dass das Infrarotlicht einer Wellenlänge, das von dem Trägerschenkel 3 und der Membran 18 absorbiert wird, reflektiert wird.
Wie oben beschrieben, gilt bei dem Detektor 200 für elektromagnetische Wellen gemäß der dritten Ausführungsform Folgendes: Da die Metallmuster 19 an den Trägerschenkeln 3 und der Membran 18 ausgebildet sind, ist es möglich, eine Absorption von Infrarotlicht durch die Trägerschenkel 3 und die Membran 18 zu verhindern. Im Ergebnis verbessert sich die Selektivität der Detektionswellenlänge, und Infrarotlicht mit einer spezifischen Wellenlänge kann mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden.
Es sei angemerkt, dass hier die Struktur beschrieben ist, bei welcher die Metallmuster 19 auf der Membran 18 ausgebildet sind. Es kann aber beispielsweise auch eine MIM-Struktur verwendet werden, bei welcher ferner eine Metallschicht unter der Membran 18 ausgebildet ist, wie in 11 der zweiten Ausführungsform 2 dargestellt.
Vierte Ausführungsform
16 ist eine Draufsicht eines Detektorarrays für elektromagnetische Wellen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insgesamt mit 1000 bezeichnet. In dem Detektorarray 1000 für elektromagnetische Wellen ist beispielsweise eine Mehrzahl von Detektoren 100 für elektromagnetische Wellen in einer 2×2-Matrix auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet. Beispielsweise werden die Detektoren 100 für elektromagnetische Wellen in jeder Zeile oder Spalte mittels einer (nicht dargestellten) Abtastschaltung ausgewählt, die außerhalb angeordnet ist, und die von jedem Detektor 100 für elektromagnetische Wellen detektierten Informationen werden in zeitlicher Folge ausgelesen. Es sei angemerkt, dass die Detektoren 100 für elektromagnetische Wellen hier in einer 2×2-Matrix angeordnet sind. Die Anordnung der Detektoren für elektromagnetische Wellen ist darauf jedoch nicht beschränkt.
Da die Detektoren 100 für elektromagnetische Wellen, die nur eine spezifische Wellenlänge selektieren und detektieren, wie oben beschrieben, in einer Matrix angeordnet sind, um das Detektorarray 1000 für elektromagnetische Wellen zu konfigurieren, kann ein Bildsensor erhalten werden, der nur eine spezifische Wellenlänge detektiert. Genauer gesagt: Indem eine Absorption von Infrarotlicht durch den Trägerschenkel 3 oder dergleichen unterbunden wird, kann das Detektorarray 1000 für elektromagnetische Wellen erhalten werden, das eine hohe Empfindlichkeit hat. Hierbei kann die Matrix eine zweidimensionale Anordnung oder eine eindimensionale Zeilen-Anordnung sein.
Es sei angemerkt, dass die Detektoren 100 für elektromagnetische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform in einer Matrix angeordnet sind. Es können jedoch auch andere Detektoren für elektromagnetische Wellen, wie z. B. die Detektoren 200 für elektromagnetische Wellen gemäß der dritten Ausführungsform, in einer Matrix angeordnet sein.
Fünfte Ausführungsform
17 ist eine Draufsicht eines Detektorarrays für elektromagnetische Wellen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insgesamt mit 1100 bezeichnet. In dem Detektorarray 1100 für elektromagnetische Wellen ist eine Mehrzahl von Detektoren 100, 200, 300 und 400 für elektromagnetische Wellen mit verschiedenen Detektionswellenlängen in einer 2×2-Matrix angeordnet. Mit Ausnahme der Anordnung hat das Detektorarray 1100 für elektromagnetische Wellen eine Struktur, die identisch zu derjenigen des oben beschriebenen Detektorarrays 1000 für elektromagnetische Wellen ist.
Es sei angemerkt, dass hier angenommen wird, dass alle Detektoren für elektromagnetische Wellen unterschiedliche Detektionswellenlängen haben. Es kann beispielsweise aber auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Detektoren 100 für elektromagnetische Wellen identische Detektionswellenlängen hat. Außerdem sind die Detektoren für elektromagnetische Wellen hierin in einer 2×2-Matrix angeordnet. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt.
Wie beschrieben, sind die Detektoren 100, 200, 300 und 400 für elektromagnetische Wellen, die jeweils nur eine spezifische Wellenlänge selektieren und detektieren, in einer Matrix angeordnet, um das Detektorarray 1100 für elektromagnetische Wellen zu bilden. Daher ist es möglich, beispielsweise visuell unterschiedliche Typen von Gasen zu unterscheiden, wie später noch beschrieben. Genauer gesagt: Indem eine Absorption von Infrarotlicht durch den Trägerschenkel 3 oder dergleichen unterbunden wird, kann das Detektorarray für elektromagnetische Wellen erhalten werden, das eine hohe Empfindlichkeit hat.
Sechste Ausführungsform
18 ist eine schematische Ansicht einer Gasanalysevorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insgesamt mit 2000 bezeichnet. Die Gasanalysevorrichtung 2000 weist Folgendes auf: Eine Lichtquelle 500, die eine elektromagnetische Welle emittiert, einen Gaseinleitungsmechanismus (Behälter) 600, der ein Gas speichert, das als ein Analyseobjekt dient, und ein Detektorarray 700 für elektromagnetische Wellen, das eine elektromagnetische Welle empfängt.
Beispielsweise wird ein Detektorarray für elektromagnetische Wellen, das eine Mehrzahl von Detektoren für elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Detektionswellenlängen aufweist, wie bei der fünften Ausführungsform beschrieben, als Detektorarray 700 für elektromagnetische Wellen verwendet. Es kann jedoch auch ein einzelner Elektromagnetismus-Detektor verwendet werden.
Eine elektromagnetische Welle L1, die von der Lichtquelle 500 emittiert wird, geht durch ein (nicht dargestelltes) Fenster, das am Gaseinleitungsmechanismus 600 ausgebildet ist, und ein Gas im Gaseinleitungsmechanismus 600 wird mit der elektromagnetischen Welle L1 bestrahlt. Eine elektromagnetische Welle L2, die durch das Gas innerhalb des Gaseinleitungsmechanismus 600 gegangen ist, geht beispielsweise durch ein weiteres (nicht dargestelltes) Fenster, das am Gaseinleitungsmechanismus 600 ausgebildet ist, fällt auf das Detektorarray 700 für elektromagnetische Wellen ein und wird detektiert.
Im Allgemeinen hat ein Gas Absorptionsmaxima bei einer Mehrzahl von Wellenlängen inklusive dem infraroten Wellenlängenband. Falls ein Gas mit einer elektromagnetischen Welle bestrahlt wird und ein Absorptionsmaximum des Gases detektiert wird, kann die Art des Gases bestimmt werden. Die Gasanalysevorrichtung 2000 gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet diese Eigenschaft von Gasen, um die Art eines Gases zu bestimmen.
Wenn eine elektromagnetische Welle L1 durch ein Gas geht, das in den Gaseinleitungsmechanismus 600 eingefüllt ist, verringert sich die Intensität der elektromagnetischen Welle L1, die einer Absorptionswellenlänge des Gases entspricht, gemäß der Gaskonzentration. Wenn das Detektorarray 700 für elektromagnetische Wellen, das eine Mehrzahl von Detektoren für elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Detektionswellenlängen aufweist, eine elektromagnetische Welle L2 empfängt und detektiert, kann die Wellenlänge identifiziert werden, die von dem Gas absorbiert wird. Folglich ist es möglich, die Art des Gases im Gaseinleitungsmechanismus 600 zu identifizieren.
Die Gasanalysevorrichtung 2000 kann beispielsweise zum Detektieren von Kohlendioxid in einem Gas verwendet werden, das als Analyseobjekt dient, um vor einer Gefahr zu warnen, und sie kann zum Detektieren von Alkohol in einem Gas verwendet werden, das als ein Analyseobjekt dient, um einen Trunkenheitszustand zu bestimmen. Indem das Detektorarray 1100 für elektromagnetische Wellen gemäß der fünften Ausführungsform als das Detektorarray 700 für elektromagnetische Wellen verwendet wird, verbessert sich insbesondere die Genauigkeit einer Gaskomponentenanalyse.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Hohlraum-Bereich
3: Trägerschenkel
4: dielektrische Schicht
5: Detektionsschicht
6: Dünnschicht-Metallverdrahtung
7: Aluminium-Verdrahtung
8: Wellenlängen-Selektionsstruktur
10: Temperaturdetektionseinheit
11: Aussparung
12: Metallmuster
13: Zwischenschicht
14: Metallschicht
15: Metallmuster
16: dielektrische Schicht
17: Metallschicht
18: Membran
19: Metallmuster
100: Detektor für elektromagnetische Wellen

Claims

Detektor für elektromagnetische Wellen, der selektiv eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λA detektiert, wobei der Detektor für elektromagnetische Wellen Folgendes aufweist: – ein Substrat, das einen Hohlraum-Bereich hat; – eine Temperaturdetektionseinheit, die Folgendes aufweist: eine Wellenlängen-Selektionsstruktur, die eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz mit einer elektromagnetischen Welle der Wellenlänge λA erzeugt, die vorbestimmt ist, die elektromagnetische Welle in Wärme umwandelt und die Wärme absorbiert, und – eine Detektionsschicht, die die Wärme detektiert, die absorbiert worden ist; und – eine Trägerstruktur, die die Temperaturdetektionseinheit oberhalb des Hohlraum-Bereichs hält, wobei die Trägerstruktur ferner eine Reflexionsstruktur aufweist, die eine elektromagnetische Welle mit einer Absorptionswellenlänge der Trägerstruktur reflektiert.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur derart konfiguriert ist, dass sie einen Trägerschenkel aufweist, der eine Isolierschicht enthält, und wobei der Trägerschenkel eine Reflexionsstruktur aufweist, die eine elektromagnetische Welle einer Absorptionswellenlänge der Isolierschicht reflektiert.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur derart konfiguriert ist, dass sie eine Membran aufweist, die auf dem Substrat ausgebildet ist, und wobei die Membran eine Reflexionsstruktur aufweist, die eine elektromagnetische Welle einer Absorptionswellenlänge der Membran reflektiert.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 3, wobei ein Trägerschenkel, der eine Isolierschicht enthält, auf der Membran ausgebildet ist, und wobei der Trägerschenkel ferner eine Reflexionsstruktur aufweist, die eine elektromagnetische Welle einer Absorptionswellenlänge der Isolierschicht reflektiert.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 2 oder 4, wobei die Reflexionsstruktur eine Mehrzahl von Metallmustern aufweist, die auf einer Oberseite der Isolierschicht des Trägerschenkels angeordnet ist, so dass eine elektromagnetische Welle der Absorptionswellenlänge der Isolierschicht eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz verursacht.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 2, wobei die Reflexionsstruktur eine MIM-Struktur ist, die die Isolierschicht des Trägerschenkels, eine Mehrzahl von Metallmustern, die auf einer Oberseite der Isolierschicht angeordnet ist, und eine Metallschicht aufweist, die auf einer Rückseite der Isolierschicht angeordnet ist, und wobei eine elektromagnetische Welle der Absorptionswellenlänge der Isolierschicht eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz verursacht.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 3, wobei die Reflexionsstruktur eine Mehrzahl von Metallmustern aufweist, die auf einer Oberseite der Isolierschicht der Membran angeordnet ist, so dass eine elektromagnetische Welle der Absorptionswellenlänge der Membran eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz verursacht.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 3, wobei die Reflexionsstruktur eine MIM-Struktur ist, die die Membran, eine Mehrzahl von Metallmustern, die auf einer Oberseite der Membran angeordnet ist, und eine Metallschicht aufweist, die auf einer Rückseite der Membran angeordnet ist, und wobei eine elektromagnetische Welle der Absorptionswellenlänge der Membran eine Oberflächen-Plasmon-Resonanz verursacht.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wellenlängen-Selektionsstruktur eine Metallschicht aufweist, die eines von periodischen Aussparungen und periodischen Vorsprüngen aufweist, die auf einer Fläche der Metallschicht ausgebildet sind.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wellenlängen-Selektionsstruktur eine Zwischenschicht aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie eines von einem Isolator, einem Halbleiter und einem Dielektrikum aufweist, und periodische Metallmuster, die auf einer Oberseite der Zwischenschicht ausgebildet sind, und eine Metallschicht, die auf einer Rückseite der Zwischenschicht ausgebildet ist, aufweist.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 5, 6, 9 und 10, wobei ein horizontaler Querschnitt von jedem der periodischen Metallmuster eine Form hat, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die eine kreisrunde Form, eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine elliptische Form und eine polygonale Form enthält.
Detektor für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 5, 6, 9 und 10, wobei jedes der periodischen Metallmuster aus einem Material gebildet ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Gold, Silber, Aluminium und Graphen enthält.
Detektorarray für elektromagnetische Wellen, das eine Mehrzahl der Detektoren für elektromagnetische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 12 enthält, wobei die Detektoren für elektromagnetische Wellen in einer von einer eindimensionalen Anordnung und einer zweidimensionalen Anordnung vorliegen.
Detektorarray für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 13, wobei mindestens zwei der Detektoren für elektromagnetische Wellen Detektoren für elektromagnetische Wellen sind, die selektiv elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen detektieren, die voneinander verschieden sind.
Gasanalysevorrichtung, die eine Wellenlänge detektiert, die von einem Gas absorbiert wird, und die das Gas identifiziert, wobei die Gasanalysevorrichtung Folgendes aufweist: – eine Lichtquelle, die eine elektromagnetische Welle emittiert; – einen Behälter, der ein Gas enthält, das als ein Analyseobjekt dient; und – mindestens einen Detektor für elektromagnetische Wellen, der eine elektromagnetische Welle empfängt, wobei eine elektromagnetische Welle, die von der Lichtquelle emittiert wird, von dem mindestens einen Detektor für elektromagnetische Wellen detektiert wird, nachdem die elektromagnetische Welle durch das Gas im Behälter gegangen ist.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Detektor für elektromagnetische Wellen eine Mehrzahl von Detektoren für elektromagnetische Wellen aufweist, die in einem von einer eindimensionalen Anordnung und einer zweidimensionalen Anordnung vorliegen.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Gas, das als Analyseobjekt dient, Alkohol enthält, und wobei die Alkoholkonzentration in dem Gas detektiert wird.