JP2002299703A - Thermal infrared detecting element - Google Patents

Thermal infrared detecting element

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JP2002299703A
JP2002299703A JP2001097118A JP2001097118A JP2002299703A JP 2002299703 A JP2002299703 A JP 2002299703A JP 2001097118 A JP2001097118 A JP 2001097118A JP 2001097118 A JP2001097118 A JP 2001097118A JP 2002299703 A JP2002299703 A JP 2002299703A
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JP
Japan
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thin film
bolometer thin
bolometer
lattice constant
underlayer
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JP2001097118A
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Japanese (ja)
Inventor
Sumio Ikegawa
純夫 池川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal infrared detecting element that can obtain an appropriate temperature characteristic, at a temperature higher than the room temperature. SOLUTION: This thermal infrared detecting element is provided with an insulation foundation layer 8 having a crystal structure and a bolometer thin film 9 grown epitaxially on the layer 8. The thin film 9 is composed of a material expressed by the chemical formula of Ca2-x Srx RuO4-d (where, 0<=x<=0.05 and (d) denotes a value indicating the deviation from stoichiometry of oxygen) and has a lattice constant, which is different from that of the foundation layer 8.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ボロメータ薄膜を
用いた熱型赤外線検出素子に関する。
The present invention relates to a thermal infrared detecting element using a bolometer thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】赤外線カメラ等に用いられる熱型赤外線
検出素子として、従来よりバナジウム酸化物からなるボ
ロメータ薄膜を用いたものが知られている(例えば、R.
Murphy, et al., Proc. SPIE, 4028, p. 12 (2000)
)。このボロメータ薄膜は、スパッタリング法で成膜
され、VO2とV2O3とV2O5の混合物からなる、配向がラン
ダムな多結晶体である。ボロメータの性能は、 TCR = (1/R)(dR/dT) (1) で表される抵抗の温度依存係数TCRによって評価され
る。上記バナジウム酸化物のTCRは2〜3%程度である。
2. Description of the Related Art As a thermal type infrared detecting element used in an infrared camera or the like, an element using a bolometer thin film made of vanadium oxide has been known (for example, R.I.
Murphy, et al., Proc. SPIE, 4028, p. 12 (2000)
). This bolometer thin film is formed by a sputtering method, and is a polycrystalline body having a random orientation and composed of a mixture of VO 2 , V 2 O 3 and V 2 O 5 . The performance of the bolometer is evaluated by the temperature dependence coefficient TCR of the resistance expressed by TCR = (1 / R) (dR / dT) (1). The vanadium oxide has a TCR of about 2-3%.

【0003】しかしながら、熱型赤外線検出素子とし
て、さらに高感度な素子、すなわちTCRの値がさらに大
きなボロメータ材料が求められている。特に現在は、コ
ストダウンと高解像度化のために、画素ピッチを小さく
する方向にあるが、画素ピッチを小さくするほど同じカ
メラ感度を得るには高いTCR値が要求される。ここでカ
メラ感度は、Noise Equivalent Temperature Differenc
e、略してNETDで評価される。
However, as the thermal infrared detecting element, a more sensitive element, that is, a bolometer material having a larger TCR value is required. Particularly, at present, the pixel pitch is being reduced in order to reduce the cost and increase the resolution. However, as the pixel pitch becomes smaller, a higher TCR value is required to obtain the same camera sensitivity. Where the camera sensitivity is Noise Equivalent Temperature Differenc
e, short for NETD.

【0004】一方、TCRの非常に高い材料として、VO2
一相膜の金属−絶縁体相転移を用いたものが研究されて
いる(C. D. Reintsema et al., Proc. SPIE 3698, p. 1
90 (1999))。この場合は、TCR=200〜400%と非常に高い
値が得られる。しかしながら、TCR値が大きすぎて熱雑
音が大きい、転移が急峻すぎてセンサ全体にわたって均
一なTCR特性を得ることが難しい、といった欠点があ
る。
On the other hand, as a material having an extremely high TCR, a material using a metal-insulator phase transition of a VO 2 single phase film has been studied (CD Reintsema et al., Proc. SPIE 3698 , p. 1).
90 (1999)). In this case, a very high value of TCR = 200 to 400% is obtained. However, there are disadvantages in that the TCR value is too large and thermal noise is large, and the transition is too steep to obtain a uniform TCR characteristic over the entire sensor.

【0005】また、Mnペロブスカイト酸化物で高いTCR
値を得ようという研究も行われているが、室温で3%以
上のTCR値はまだ得られていない。
[0005] Further, Mn perovskite oxide has a high TCR.
Studies have been conducted to obtain a value, but a TCR value of 3% or more at room temperature has not yet been obtained.

【0006】また、特許第3087645号には、LnNi系酸化
物(ただし、LnはLaとCeを除く希土類元素又はBi)からな
る負の急変抵抗温度特性を有する半導体磁器組成物が開
示されている。しかしながら、TCR値が大きすぎるとと
もに転移が急峻すぎるため、赤外線センサに応用して
も、熱雑音が大きくかつ広い温度範囲にわたって均一な
特性を得ることが難しい、といった欠点がある。また、
バルク物質のみに関して記載されているだけであり、電
子デバイスとして有用な薄膜状の形態については記載さ
れていない。
Further, Japanese Patent No. 3087645 discloses a semiconductor ceramic composition having a negative sudden change resistance temperature characteristic made of an LnNi-based oxide (where Ln is a rare earth element other than La and Ce or Bi). . However, since the TCR value is too large and the transition is too steep, there is a disadvantage that thermal noise is large and it is difficult to obtain uniform characteristics over a wide temperature range even when applied to an infrared sensor. Also,
It describes only bulk materials, and does not describe a thin film form useful as an electronic device.

【0007】また、NdNiO3薄膜を作製したものも提案さ
れている(G. Catalan et al., Phys. Rev. B, 62, p.
7892 (2000) )。これには、基板からのエピタキシャル
歪みによって金属−絶縁体相転移温度が下がること、相
転移に伴う抵抗の温度依存性がバルクの場合よりも緩や
かになることが記載されている。しかしながら、この物
質は相転移温度が200 K以下であり、室温付近でのTCRが
小さいため、非冷却熱型赤外線検出素子に適用すること
はできない。
[0007] Also, a thin film of NdNiO 3 has been proposed (G. Catalan et al., Phys. Rev. B, 62 , p.
7892 (2000)). This document states that the metal-insulator phase transition temperature is lowered by the epitaxial strain from the substrate, and that the temperature dependence of the resistance due to the phase transition becomes gentler than that of the bulk. However, since this substance has a phase transition temperature of 200 K or less and a small TCR near room temperature, it cannot be applied to an uncooled thermal infrared detector.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、熱型赤外
線検出素子として、種々のボロメータ材料を用いたもの
が提案されている。特に、抵抗の温度依存係数TCRを大
きくする等の観点から、金属−絶縁体相転移を利用した
ボロメータ材料が提案されている。しかしながら、相転
移が急峻すぎて均一な特性を得ることが難しいといった
問題や、相転移温度が低すぎて室温以上で利用できない
といった問題があり、いずれの材料も熱型赤外線検出素
子として十分な特性を備えているとは言えなかった。
As described above, thermal infrared detecting elements using various bolometer materials have been proposed. In particular, a bolometer material using a metal-insulator phase transition has been proposed from the viewpoint of increasing the temperature dependence coefficient TCR of resistance. However, there are problems that the phase transition is too steep to obtain uniform characteristics and that the phase transition temperature is too low to be used at room temperature or higher. Could not be said to have.

【0009】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、室温以上の温度において適切な温度特性を
得ることが可能な赤外線検出素子を提供することを目的
としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide an infrared detecting element capable of obtaining appropriate temperature characteristics at room temperature or higher.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱型赤外線
検出素子は、結晶構造を有する絶縁性の下地層と、この
下地層上にエピタキシャル形成されたボロメータ薄膜と
を備えた熱型赤外線検出素子であって、前記ボロメータ
薄膜は、化学式がCa2-xSrxRuO4-d (ただし、0
≦x≦0.05、dは酸素のストイキオメトリからのず
れを表す値)で表される物質によって構成され、且つ前
記下地層との格子定数の違いに基づく歪みを有すること
を特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A thermal infrared detecting element according to the present invention includes a thermal infrared detecting element having an insulating underlayer having a crystal structure and a bolometer thin film epitaxially formed on the underlayer. The bolometer thin film has a chemical formula of Ca 2-x Sr x RuO 4-d (where 0
.Ltoreq.x.ltoreq.0.05, where d is a value representing the deviation of oxygen from stoichiometry), and has a distortion based on a difference in lattice constant from the underlayer. .

【0011】前記ボロメータ薄膜に用いる物質は、温度
に応じて金属相と絶縁体相との間で相転移を起こすが
(高温側が金属相で低温側が絶縁体相)、バルク状態で
は相転移による抵抗変化が急峻であり、赤外線検出素子
に適用することは困難である。本発明では、前記物質を
下地層上にエピタキシャル成長して薄膜にすることで、
下地層との格子定数の違いに基づく歪み(エピタキシャ
ル歪み)を生じさせ、相転移による抵抗変化を緩やかに
することができる。また、バルク状態ではxが約0.037
以下のときに相転移温度が室温以上(約300K以上)とな
るが、エピタキシャル歪みを生じさせることで相転移温
度を上昇させることが可能であるため、薄膜化した場合
にはxが約0.05以下において相転移温度を室温以上にす
ることが可能であり、室温以上での赤外線検出動作が可
能となる。なお、酸素のストイキオメトリからのずれを
表すdの値は、通常は−0.1以上且つ0.2以下程度
である。
The substance used for the bolometer thin film undergoes a phase transition between a metal phase and an insulator phase in accordance with the temperature (the high-temperature side is a metal phase and the low-temperature side is an insulator phase). The change is steep, and it is difficult to apply to an infrared detecting element. In the present invention, the substance is epitaxially grown on an underlayer to form a thin film,
A strain (epitaxial strain) based on a difference in lattice constant from the underlayer is generated, and a change in resistance due to a phase transition can be moderated. In the bulk state, x is about 0.037.
The phase transition temperature becomes higher than room temperature (about 300 K or higher) in the following cases. However, since the phase transition temperature can be increased by generating epitaxial strain, x is about 0.05 or less when the film is thinned. In this case, the phase transition temperature can be increased to room temperature or higher, and the infrared detection operation can be performed at room temperature or higher. The value of d representing the deviation of oxygen from stoichiometry is usually about -0.1 or more and about 0.2 or less.

【0012】前記ボロメータ薄膜に用いる物質の相転移
温度は、どちらかというと低めである。また、該物質
は、下地層とボロメータ薄膜との界面に平行な面内で結
晶格子が伸びる方向に歪むことで、相転移温度が上昇す
る。したがって、下地層とボロメータ薄膜との界面に平
行な二つの結晶軸について、下地層のバルク状態におけ
る格子定数をas及びbs、ボロメータ薄膜のバルク状態
における格子定数をab及びbbとしたとき、(as
s)を(ab+bb)よりも大きくすることで、相転移
温度を上昇させることができる。ただし、(as+bs
が(ab+bb)よりも大きすぎると、抵抗の温度依存係
数TCRが小さくなってしまうため、一定以上のTCR(TCR
=4%以上)を確保するには、(as+bs)/(ab
b)の値が約1.014以下であることが好ましい。
The phase transition temperature of the substance used for the bolometer thin film is rather low. In addition, the substance is distorted in a direction in which the crystal lattice extends in a plane parallel to the interface between the underlayer and the bolometer thin film, so that the phase transition temperature increases. Therefore, the interface of two crystal axes parallel to the underlayer and the bolometer thin film, the lattice constant in the bulk state of the underlayer was a s and b s, the lattice constant in the bulk state of the bolometer thin film and a b and b b when, (a s +
By making b s ) larger than ( ab + b b ), the phase transition temperature can be increased. However, (a s + b s)
There (a b + b b) is too large than, the temperature dependence coefficient TCR of the resistance becomes smaller, a certain or more TCR (TCR
= To ensure 4% or more), (a s + b s) / (a b +
Preferably, the value of b b ) is less than or equal to about 1.014.

【0013】また、ボロメータ薄膜には電極層が接続さ
れるが、ボロメータ薄膜自体の抵抗変化を精度よく検出
するためには、電極層自体の抵抗やボロメータ薄膜と電
極層との接触抵抗を小さくすることが望ましい。そのた
めには、電極層に接する部分のボロメータ薄膜の相転移
温度を下げて(すなわち、より低い温度から金属相に相
転移するようにして)金属相を安定化させることが望ま
しい。一方、前記ボロメータ薄膜に用いる物質は、電極
層とボロメータ薄膜との界面に平行な面内で結晶格子が
縮む方向に歪むことで、相転移温度が下降する。
An electrode layer is connected to the bolometer thin film. To accurately detect a change in resistance of the bolometer thin film, the resistance of the electrode layer itself and the contact resistance between the bolometer thin film and the electrode layer are reduced. It is desirable. For this purpose, it is desirable to lower the phase transition temperature of the bolometer thin film in the portion in contact with the electrode layer (that is, to make the phase transition from a lower temperature to the metal phase) to stabilize the metal phase. On the other hand, the substance used for the bolometer thin film is distorted in a direction in which the crystal lattice shrinks in a plane parallel to the interface between the electrode layer and the bolometer thin film, thereby lowering the phase transition temperature.

【0014】したがって、下地層上の他、結晶構造を有
する導電性の電極層上にもボロメータ薄膜をエピタキシ
ャル成長させ、電極層とボロメータ薄膜との界面に平行
な二つの結晶軸について、電極層のバルク状態における
格子定数をae及びbe、ボロメータ薄膜のバルク状態に
おける格子定数をab及びbbとしたとき、(ae+be
を(ab+bb)よりも小さくすることで、相転移温度を
下降させることができ、その結果、金属相が安定化して
上述した抵抗を下げることことができる。ただし、(a
e+be)が(ab+bb)よりも小さすぎると、逆に抵抗
が上昇するおそれがあるため、(ae+be)/(ab
b)の値が約0.975以上であることが好ましい。
Therefore, a bolometer thin film is epitaxially grown not only on the underlayer but also on a conductive electrode layer having a crystal structure, and the bulk of the electrode layer is moved with respect to two crystal axes parallel to the interface between the electrode layer and the bolometer thin film. when the lattice constant in the state was a e and b e, the lattice constant in the bulk state of the bolometer thin film and a b and b b, (a e + b e)
The (a b + b b) to be smaller than than, it is possible to lower the phase transition temperature, as a result, it is possible to lower the resistance of the metal phase described above to stabilize. However, (a
When e + b e) is (a b + b b) is too small than, because it may reverse the resistance increases, (a e + b e) / (a b +
Preferably, the value of b b ) is greater than or equal to about 0.975.

【0015】また、本発明に係る熱型赤外線検出素子
は、結晶構造を有する絶縁性の下地層と、この下地層上
にエピタキシャル形成されたボロメータ薄膜とを備えた
熱型赤外線検出素子であって、前記ボロメータ薄膜は、
化学式がRNiO3-d(ただし、Rは単一又は複数の希
土類元素であって3価イオンになったときの平均イオン
半径が0.121nm以上0.125nm以下、dは酸素のストイ
キオメトリからのずれを表す値)で表される物質によっ
て構成され、且つ前記下地層との格子定数の違いに基づ
く歪みを有することを特徴とする。
A thermal infrared detecting element according to the present invention is a thermal infrared detecting element comprising an insulating base layer having a crystal structure and a bolometer thin film epitaxially formed on the base layer. , The bolometer thin film comprises:
The chemical formula is RNiO 3-d (where R is a single or a plurality of rare earth elements and the average ion radius when converted into a trivalent ion is 0.121 nm or more and 0.125 nm or less, and d is the deviation of oxygen from stoichiometry. And a distortion based on a difference in lattice constant from the underlying layer.

【0016】本発明においても、先に示した理由と同様
の理由により、ボロメータ薄膜に用いる物質を下地層上
にエピタキシャル成長させてエピタキシャル歪みを生じ
させることで、相転移による抵抗変化が緩やかになるよ
うにしている。また、希土類元素の3価イオンになった
ときの平均イオン半径(Rで表される希土類元素が単一
の場合には当該希土類元素のイオン半径、Rで表される
希土類元素が複数の場合には当該複数の希土類元素の組
成比に応じた当該複数の希土類元素の各イオン半径の加
重平均)が約0.121nmよりも小さい場合には、金属−
絶縁体相転移が起きず、約0.125nmよりも大きい場合
には、相転移温度が室温よりも低くなる。したがって、
平均イオン半径が前記の範囲である場合に、金属−絶縁
体相転移が可能で且つ相転移温度を室温以上にすること
ができ、室温以上での赤外線検出動作が可能となる。な
お、酸素のストイキオメトリからのずれを表すdの値
は、通常は−0.1以上且つ0.2以下程度である。
In the present invention, for the same reason as described above, the material used for the bolometer thin film is epitaxially grown on the underlayer to cause epitaxial strain, so that the resistance change due to the phase transition becomes gentle. I have to. Further, the average ionic radius of the rare earth element when it becomes trivalent ion (when the rare earth element represented by R is single, the ionic radius of the rare earth element, and when the rare earth element represented by R is plural, Is smaller than about 0.121 nm if the ionic radius of each of the plurality of rare earth elements according to the composition ratio of the plurality of rare earth elements is less than about 0.121 nm.
If no insulator phase transition occurs and is greater than about 0.125 nm, the phase transition temperature will be lower than room temperature. Therefore,
When the average ionic radius is in the above range, the metal-insulator phase transition can be performed, the phase transition temperature can be set to room temperature or higher, and the infrared detection operation can be performed at room temperature or higher. The value of d representing the deviation of oxygen from stoichiometry is usually about -0.1 or more and about 0.2 or less.

【0017】前記ボロメータ薄膜に用いる物質の相転移
温度は、どちらかというと高めである。また、該物質
は、下地層とボロメータ薄膜との界面に平行な面内で結
晶格子が伸びる方向に歪むことで、相転移温度が下降す
る。したがって、先の発明と同様に格子定数を定義した
場合に、(as+bs)を(ab+bb)よりも大きくする
ことで、相転移温度を下降させることができる。ただ
し、(as+bs)が(ab+bb)よりも大きすぎると、
抵抗の温度依存係数TCRが小さくなってしまうため、一
定以上のTCR(TCR=4%以上)を確保するには、(as
+bs)/(ab+bb)の値が約1.024以下であることが
好ましい。
The phase transition temperature of the substance used for the bolometer thin film is rather high. In addition, the substance is distorted in a direction in which the crystal lattice extends in a plane parallel to the interface between the underlayer and the bolometer thin film, so that the phase transition temperature decreases. Therefore, if you define a lattice constant similar to the previous invention, is made larger than the (a s + b s) ( a b + b b), it can be lowered phase transition temperature. However, if (a s + b s) is too large than (a b + b b),
Since the temperature dependence coefficient TCR of the resistance becomes small, to ensure a certain or more TCR (TCR = 4% or more), (a s
It is preferred that the value of + b s ) / ( ab + b b ) be less than or equal to about 1.024.

【0018】また、本発明においても、先の発明と同
様、下地層上の他、結晶構造を有する導電性の電極層上
にもボロメータ薄膜をエピタキシャル成長させ、先の発
明と同様に格子定数を定義した場合に、(ae+be)を
(ab+bb)よりも大きくすることで、相転移温度を下
降させることができ、金属相が安定化して抵抗を下げる
ことが可能となる。ただし、(ae+be)が(ab
b)よりも大きすぎると、逆に抵抗が上昇するおそれ
があるため、(ae+be)/(ab+bb)の値が約1.02
1以下であることが好ましい。
Also, in the present invention, a bolometer thin film is epitaxially grown not only on the underlayer but also on a conductive electrode layer having a crystal structure, similarly to the above invention, and the lattice constant is defined in the same manner as in the above invention. In this case, by making (a e + b e ) larger than ( ab + b b ), the phase transition temperature can be lowered, and the metal phase can be stabilized and the resistance can be lowered. However, (a e + b e) is (a b +
When b b) is too large than, because it may reverse the resistance increases, the value of (a e + b e) / (a b + b b) about 1.02
It is preferably 1 or less.

【0019】また、本発明に係る熱型赤外線検出素子
は、結晶構造を有する絶縁性の下地層と、この下地層上
にエピタキシャル形成されたボロメータ薄膜とを備えた
熱型赤外線検出素子であって、前記ボロメータ薄膜は、
化学式がRBaCo25+d(ただし、Rは単一又は複数
の希土類元素であって3価イオンになったときの平均イ
オン半径が0.108nm以上、dは酸素のストイキオメト
リからのずれを表す値)で表される物質によって構成さ
れ、且つ前記下地層との格子定数の違いに基づく歪みを
有することを特徴とする。
Further, a thermal infrared detecting element according to the present invention is a thermal infrared detecting element comprising an insulating underlayer having a crystal structure and a bolometer thin film epitaxially formed on the underlayer. , The bolometer thin film comprises:
The chemical formula is RBaCo 2 O 5 + d (where R is a single or a plurality of rare earth elements and the average ion radius when converted to a trivalent ion is 0.108 nm or more, and d is the deviation of oxygen from stoichiometry. Characterized by having a distortion based on a difference in lattice constant from the underlayer.

【0020】本発明においても、先に示した理由と同様
の理由により、ボロメータ薄膜に用いる物質を下地層上
にエピタキシャル成長させてエピタキシャル歪みを生じ
させることで、相転移による抵抗変化が緩やかになるよ
うにしている。また、希土類元素の3価イオンになった
ときの平均イオン半径が約0.108nmよりも小さい場合
には、相転移温度が室温よりも低くなる。したがって、
平均イオン半径が前記の範囲(約0.108nm以上)であ
る場合に、相転移温度を室温以上にすることができ、室
温以上での赤外線検出動作が可能となる。なお、酸素の
ストイキオメトリからのずれを表すdの値は、通常は約
0以上且つ約0.7以下程度である。室温以上での相転
移を考慮すると、約0.3以上且つ約0.7以下とな
る。
In the present invention, for the same reason as described above, the material used for the bolometer thin film is epitaxially grown on the underlayer to cause epitaxial strain, so that the resistance change due to the phase transition becomes gentle. I have to. If the average ionic radius of the rare-earth element trivalent ions is smaller than about 0.108 nm, the phase transition temperature is lower than room temperature. Therefore,
When the average ionic radius is in the above range (about 0.108 nm or more), the phase transition temperature can be set to room temperature or higher, and an infrared detection operation at room temperature or higher can be performed. The value of d representing the deviation of oxygen from stoichiometry is usually about 0 or more and about 0.7 or less. Considering the phase transition at room temperature or higher, the value is about 0.3 or more and about 0.7 or less.

【0021】なお、本発明におけるボロメータ薄膜に用
いる物質では、先に示した発明とは異なり、下地層や電
極層に用いる各種物質との格子定数の大小関係と、転移
温度の上昇・下降との間には明確な相関がない。ただ
し、下地層に関しては、(as+bs)/(ab+bb)の
値が約0.974以上で且つ約1.005以下とすることで、一定
以上のTCR(TCR=3%以上)を確保することができる。
また、電極層に関しては、(ae+be)/(ab+bb
の値が約0.977以上で且つ約1.001以下とすることで、ボ
ロメータ薄膜と下地層との接触抵抗を小さくすることが
できる。
In the material used for the bolometer thin film in the present invention, unlike the above-described invention, the magnitude relationship between the lattice constants of the materials used for the underlayer and the electrode layer and the transition temperature rise and fall are different. There is no clear correlation between them. However, for the undercoat layer, to ensure (a s + b s) / (a b + b b) the value of With and about 1.005 or less to about 0.974 or more, a certain or more TCR (TCR = 3% or more) be able to.
With respect to the electrode layer, (a e + b e) / (a b + b b)
Is about 0.977 or more and about 1.001 or less, the contact resistance between the bolometer thin film and the underlayer can be reduced.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に用いるボロメ
ータ薄膜には、すでに示したように、 (a)Ca2-xSrxRuO4-d 系 (b)RNiO3-d 系 (c)RBaCo2O5+d 系 の3グループの物質があげられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The bolometer thin film used in the embodiment of the present invention includes (a) Ca 2-x Sr x RuO 4-d system (b) RNiO 3-d system (c) There are three groups of substances of the RBaCo 2 O 5 + d type.

【0023】これらの物質は、バルクの状態において、
TMI=300〜410 Kにて金属−絶縁体転移を起こす物質であ
る。ここで、TMIは金属−絶縁体転移温度であり、高温
から温度を下げて金属状態から絶縁体状態に相転移する
際に、抵抗が温度低下とともに急激に上昇し始める温度
で定義した。ただし、これらの物質の金属−絶縁体転移
に伴うTCR値は、熱型赤外線検出素子に用いるには大き
すぎる。
These materials, in bulk state,
Metal at T MI = 300~410 K - is a substance causing insulator transition. Here, TMI is a metal-insulator transition temperature, and is defined as a temperature at which the resistance starts to rise sharply with a decrease in temperature when the temperature changes from a high temperature to a phase transition from a metal state to an insulator state. However, the TCR value of these substances due to the metal-insulator transition is too large to be used for a thermal infrared detecting element.

【0024】従来よりも高感度な赤外線検出を行うに
は、概ね 3 %≦TCR≦40 % (2) であることが望ましい。TCRが40 %を越えると熱雑音が
大きくなり、高性能の赤外線センサが得られない。
In order to perform infrared detection with higher sensitivity than in the past, it is desirable that approximately 3% ≦ TCR ≦ 40% (2). When the TCR exceeds 40%, thermal noise increases, and a high-performance infrared sensor cannot be obtained.

【0025】また、コストダウンと高解像度化のために
は、画素ピッチを従来よりも小さくして、約15μmピッ
チ程度にすることが望ましい。
Further, in order to reduce the cost and increase the resolution, it is desirable that the pixel pitch be smaller than that of the related art, that is, about 15 μm.

【0026】一方、NETDとしては、約60〜100 mKである
ことが、種々の応用に用いることができて望ましい。画
素ピッチ15μmでNETD=60〜100 mKを得ることは、従来の
バナジウム酸化物ボロメータでは難しく、ボロメータ感
度がさらに2〜3倍程度高いことが望ましい。このような
観点から考えると、概ね 4 %≦TCR≦ 9% (3) が望ましい。
On the other hand, NETD of about 60 to 100 mK is desirable because it can be used for various applications. Obtaining NETD = 60 to 100 mK at a pixel pitch of 15 μm is difficult with a conventional vanadium oxide bolometer, and it is desirable that the bolometer sensitivity be about two to three times higher. From this point of view, it is desirable that 4% ≦ TCR ≦ 9% (3).

【0027】また、従来よりも10倍程度以上高感度なセ
ンサを作製すると、従来に無い新たな用途が広がる。こ
の場合には、概ね 20 %≦TCR≦30 % (4) が望ましい。
Further, if a sensor having a sensitivity about 10 times or more higher than that of a conventional sensor is manufactured, a new application which has not been used in the past will be expanded. In this case, it is desirable that approximately 20% ≦ TCR ≦ 30% (4).

【0028】非冷却赤外線イメージセンサとして利用す
るには、これらのTCR値を室温付近で実現する必要があ
る。実際には、ボロメータ抵抗を測定する際のバイアス
電流によってボロメータ素子の温度が室温以上に上がる
ため、約300〜350 Kの温度域において、(2)式、望ま
しくは(3)式或いは(4)式のTCR値を実現すること
が望ましい。
For use as an uncooled infrared image sensor, it is necessary to realize these TCR values near room temperature. Actually, since the temperature of the bolometer element rises to room temperature or more due to the bias current when measuring the bolometer resistance, in the temperature range of about 300 to 350 K, the equation (2), preferably the equation (3) or the equation (4) is used. It is desirable to realize the TCR value of the equation.

【0029】必要なTCR値を得るために、本願発明者
は、下地層から受ける効果によって、TCR値をバルクで
の極大値よりも小さい値に調節でき、かつ広い温度範囲
にわたって一定の値に調整できることを見出した。ボロ
メータ薄膜の下地層として、絶縁性の配向の揃った結晶
膜を用意する。その上に、ボロメータ薄膜をエピタキシ
ャルに成長させる。下地層とボロメータ材料との間に格
子不整合があると、ボロメータ薄膜にはエピタキシャル
効果による歪み(エピタキシャル歪み)が入り、バルク
での本来の格子定数とは異なった格子定数となる。その
結果、金属−絶縁体転移が影響を受け、バルクよりも緩
やかな相転移を呈するようになる、またTMIがバルクと
は異なった値になる。これらの現象を利用することで、
熱型赤外線検出素子に望ましい特性を得ることができ
る。すなわち、下地層とボロメータ材料との間に適当な
格子不整合を持たせることにより、(a)〜(c)の各
物質の薄膜において、(2)式を満たすTCR値を温度300
〜350 Kにて得ることが可能である。
In order to obtain a necessary TCR value, the present inventor can adjust the TCR value to a value smaller than the maximum value in the bulk and adjust the TCR value to a constant value over a wide temperature range by the effect received from the underlayer. I found what I could do. As an underlayer of the bolometer thin film, a crystal film having uniform insulating orientation is prepared. A bolometer thin film is epitaxially grown thereon. If there is a lattice mismatch between the underlayer and the bolometer material, strain (epitaxial strain) due to the epitaxial effect occurs in the bolometer thin film, and the bolometer thin film has a lattice constant different from the original lattice constant in bulk. As a result, the metal-insulator transition is affected, resulting in a more gradual phase transition than the bulk, and a different TMI than the bulk. By taking advantage of these phenomena,
Desirable characteristics can be obtained for the thermal infrared detecting element. That is, by providing an appropriate lattice mismatch between the underlayer and the bolometer material, the TCR value satisfying the expression (2) is set to a temperature of 300 at a thin film of each of the substances (a) to (c).
It can be obtained at ~ 350K.

【0030】赤外線を検出する際には、ボロメータの抵
抗を測定する。そのために、一対の電極を形成する必要
がある。十分な感度を得るためには、電極部分の抵抗値
や、電極とボロメータとの接触抵抗は、ボロメータ自身
の抵抗よりも十分小さいことが必要である。約1/4以下
にすることが望ましく、より望ましくは約1/10以下にす
る。電極層を先に形成し、その上にボロメータ薄膜を堆
積し、電極の直上のボロメータ部分で金属相が安定にな
るように電極層を選ぶことで、電極とボロメータとの接
触抵抗を低減できることを見出した。また、電極層とボ
ロメータ材料との間に適当な格子不整合があると、エピ
タキシャル歪みによってボロメータ材料の金属相を安定
化できることを見出した。
When detecting infrared rays, the resistance of the bolometer is measured. Therefore, it is necessary to form a pair of electrodes. In order to obtain sufficient sensitivity, it is necessary that the resistance value of the electrode portion and the contact resistance between the electrode and the bolometer are sufficiently smaller than the resistance of the bolometer itself. Preferably, it is less than about 1/4, more preferably less than about 1/10. By forming the electrode layer first, depositing a bolometer thin film on it, and selecting the electrode layer so that the metal phase is stable at the bolometer part immediately above the electrode, it is possible to reduce the contact resistance between the electrode and the bolometer. I found it. It has also been found that if there is an appropriate lattice mismatch between the electrode layer and the bolometer material, the metal phase of the bolometer material can be stabilized by epitaxial strain.

【0031】なお、非冷却赤外線イメージセンサの製造
においては、まずシリコン基板上に信号読み出し回路(R
ead Out Integrated Circuit, ROICと呼ぶ)を形成し、
その上にシリコンが主成分ではない電極層、下地層及び
ボロメータ薄膜を堆積する。その後、シリコンプロセス
ラインに戻して、加工・堆積・パッシベーションを行
う。従って、電極層、下地層及びボロメータ薄膜に用い
る材料は、シリコンプロセスラインに適合した材料であ
ることが望ましく、その方が製造コストを安く抑えるこ
とができる。このような観点から、電極層、下地層及び
ボロメータ薄膜に含まれる元素は、すでにシリコンプロ
セスラインに適用されたことのある元素から選ぶことが
望ましい。そのようにすれば、通常のシリコンプロセス
ラインとは別の製造ラインを設ける投資が省け、コスト
ダウンにつながる。そこで、電極層、下地層及びボロメ
ータ薄膜には、できるだけシリコンプロセスラインに適
用されたことのある元素や材料の組み合わせを選ぶこと
が好ましい。
In manufacturing an uncooled infrared image sensor, first, a signal readout circuit (R) is provided on a silicon substrate.
ead Out Integrated Circuit, called ROIC)
An electrode layer, a base layer, and a bolometer thin film not mainly composed of silicon are deposited thereon. Then, returning to the silicon process line, processing, deposition, and passivation are performed. Therefore, it is desirable that the material used for the electrode layer, the underlayer, and the bolometer thin film be a material suitable for the silicon process line, which can reduce the manufacturing cost. From such a viewpoint, it is desirable that the elements contained in the electrode layer, the underlayer, and the bolometer thin film are selected from the elements that have already been applied to the silicon process line. In this case, investment for providing a production line different from a normal silicon process line can be omitted, leading to cost reduction. Therefore, it is preferable to select a combination of elements and materials that have been applied to the silicon process line as much as possible for the electrode layer, the underlayer, and the bolometer thin film.

【0032】以下、本発明の具体的な実施形態を図面を
参照して説明する。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0033】シリコンウェハ上にROICを通常のシリコン
プロセスで形成し、その上に赤外線を検出する画素を形
成する。画素数は、例えば320×240であり、高分解能を
要求される用途では640×480とする。1画素の大きさ
は、約50μm×50μmから約15μm×15μmの間である。チ
ップ面積を小さくしたほうがコストダウンにつながるこ
とと、高分解能・多画素の需要が増えていることから、
1画素の大きさは約15μm×15μmが望ましい。検出する
赤外線の波長が約8〜14μmのため、回折限界の問題から
画素ピッチを10μm以下にすることは意味が無い。
An ROIC is formed on a silicon wafer by a normal silicon process, and pixels for detecting infrared rays are formed thereon. The number of pixels is, for example, 320 × 240, and 640 × 480 for applications requiring high resolution. The size of one pixel is between about 50 μm × 50 μm to about 15 μm × 15 μm. Since reducing the chip area leads to cost reduction and increasing demand for high resolution and multiple pixels,
The size of one pixel is preferably about 15 μm × 15 μm. Since the wavelength of infrared light to be detected is about 8 to 14 μm, it is meaningless to reduce the pixel pitch to 10 μm or less due to the problem of diffraction limit.

【0034】各画素において、ボロメータ部分を熱的に
分離するための中空構造を設ける。中空構造の作製方法
に、本実施形態では以下の3種類の方法を適用した。
In each pixel, a hollow structure for thermally separating the bolometer portion is provided. In the present embodiment, the following three types of methods are applied to the method of manufacturing the hollow structure.

【0035】第1の方法は、犠牲層を堆積した後にボロ
メータ部を作製し、その後に犠牲層をエッチングして空
隙を設ける方法である。
The first method is a method of forming a bolometer after depositing a sacrifice layer, and thereafter etching the sacrifice layer to provide a void.

【0036】図1は、第1の方法を用いて作製された非
冷却赤外線イメージセンサの1画素分の構造を示した図
である。シリコン基板1にはROICが形成されており、こ
の上にマイクロブリッジ構造2が形成される。シリコン
基板1とマイクロブリッジ構造2とのに間は、空隙3と
なっている。空隙3の厚さは、測定波長8-14μmの約1/4
波長、すなわち約2.5μm程度である。また、マイクロブ
リッジ構造2を支えるとともに、信号の読み出しやバイ
アス電流の供給を行うための金属配線5と電気的なコン
タクトをとるために、マイクロブリッジ構造2には足部
4がつながっている。なお、Pは画素ピッチを示してお
り、最も望ましくは約15μmである。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of one pixel of an uncooled infrared image sensor manufactured by using the first method. An ROIC is formed on a silicon substrate 1, and a microbridge structure 2 is formed thereon. A gap 3 is formed between the silicon substrate 1 and the microbridge structure 2. The thickness of the gap 3 is about 1/4 of the measurement wavelength 8-14μm.
The wavelength is about 2.5 μm. A foot 4 is connected to the microbridge structure 2 to support the microbridge structure 2 and make electrical contact with a metal wiring 5 for reading a signal and supplying a bias current. Here, P indicates the pixel pitch, and is most preferably about 15 μm.

【0037】図2は、図1のA−B線に沿ったマイクロ
ブリッジ等の断面図である。マイクロブリッジ構造2
は、絶縁性のベース基板6上に、導電性電極層7及び絶
縁性下地層8を堆積し、それら上にボロメータ薄膜9を
堆積することで得られる。
FIG. 2 is a sectional view of the microbridge and the like along the line AB in FIG. Micro bridge structure 2
Can be obtained by depositing a conductive electrode layer 7 and an insulating base layer 8 on an insulating base substrate 6 and depositing a bolometer thin film 9 thereon.

【0038】上方から赤外線(IR)が入射すると、マ
イクロブリッジ部の温度が上昇し、その温度上昇をボロ
メータで検出する。足部4からの熱の逃げが問題とな
る。また、この犠牲層を用いる方法では、ボロメータ薄
膜9が堆積される下地層の結晶配向性があまり良くない
ため、エピタキシャル歪みの効果はあまり顕著には得ら
れない。
When infrared rays (IR) enter from above, the temperature of the microbridge rises, and the rise in temperature is detected by a bolometer. The escape of heat from the foot 4 becomes a problem. Further, in the method using the sacrificial layer, the effect of the epitaxial strain is not so remarkably obtained because the crystal orientation of the underlayer on which the bolometer thin film 9 is deposited is not so good.

【0039】第2の方法は、SOI(Silicon on Insulato
r)基板を用いる方法である。
The second method is SOI (Silicon on Insulato).
r) This method uses a substrate.

【0040】図3は、第2の方法を用いて作製された非
冷却赤外線イメージセンサの1画素分の断面構造を示し
た図である。図1及び図2に示した構成要素と対応する
構成要素には同一の参照番号を付している。
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of one pixel of an uncooled infrared image sensor manufactured by using the second method. Components corresponding to those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0041】埋め込み酸化膜11上の単結晶シリコン層
14上に、絶縁性のバッファ層13をエピタキシャルに
堆積する。その後、絶縁性下地層8と導電性電極層7を
エピタキシャルに堆積し、さらにそれらの上にボロメー
タ薄膜9を堆積する。その後、パッシベーション膜12
で全体を覆い、最後に埋め込み酸化膜11の下側のシリ
コン基板1をエッチングして空隙3を形成する。
An insulating buffer layer 13 is epitaxially deposited on the single crystal silicon layer 14 on the buried oxide film 11. Thereafter, an insulating underlayer 8 and a conductive electrode layer 7 are epitaxially deposited, and a bolometer thin film 9 is further deposited thereon. After that, the passivation film 12
And finally, the silicon substrate 1 below the buried oxide film 11 is etched to form a void 3.

【0042】本方法では、単結晶シリコン基板1上に、
各層をすべてエピタキシャルに堆積するため、エピタキ
シャル歪みの効果が十分発揮される。また、図中の10
の部分においては、電極層7上にボロメータ薄膜9が堆
積されていることから、ボロメータ薄膜9は電極層7か
らのエピタキシャル歪みを受ける。この性質を利用し
て、10の部分でボロメータ薄膜9の金属相を安定化さ
せ、この部分の抵抗を下げることで、電極層7とボロメ
ータ薄膜9の間の接触抵抗を下げることができる。ただ
し、この方法では、SOI基板が高価であることが、コス
トダウンのボトルネックとなる。
In this method, on the single crystal silicon substrate 1,
Since all the layers are epitaxially deposited, the effect of the epitaxial strain is sufficiently exhibited. Also, 10 in the figure
Since the bolometer thin film 9 is deposited on the electrode layer 7, the bolometer thin film 9 receives epitaxial strain from the electrode layer 7. By utilizing this property, the metal phase of the bolometer thin film 9 is stabilized at the portion 10 and the contact resistance between the electrode layer 7 and the bolometer thin film 9 can be reduced by reducing the resistance at this portion. However, in this method, the expensive SOI substrate is a bottleneck for cost reduction.

【0043】なお、図3ではボロメータ薄膜9下の電極
層7と下地層8の間に段差がある構造を示したが、図2
に示した例と同様に、ボロメータ薄膜9下の電極層7と
下地層8の表面が同一平面上になるように形成してもよ
い。また、図3では足部4においても電極層7の下に下
地層8を堆積する構造を示したが、足部4には下地層8
が無い構造にしてもよい。
Although FIG. 3 shows a structure in which there is a step between the electrode layer 7 under the bolometer thin film 9 and the underlayer 8, FIG.
As in the example shown in FIG. 1, the surface of the electrode layer 7 under the bolometer thin film 9 and the surface of the base layer 8 may be formed on the same plane. FIG. 3 shows a structure in which the underlayer 8 is deposited under the electrode layer 7 also in the foot 4, but the underlayer 8
It may be a structure without any.

【0044】第3の方法は、SON (Silicon on Nothing)
基板を用いる方法である。SON基板を作製する方法は、
「水島一郎、他、応用物理 2000年10月号 p. 1187 」に
記載されている。シリコン基板にトレンチを形成して水
素雰囲気中1100℃程度で熱処理することにより、シリコ
ン基板内部に板状の空隙(Empty Space in Silicon, ESS
と略記)を形成することができる。これを利用して熱分
離するための中空構造が形成される。
The third method is SON (Silicon on Nothing)
This is a method using a substrate. How to make a SON substrate
"Ichiro Mizushima et al., Applied Physics, October 2000, p. 1187". By forming a trench in the silicon substrate and heat-treating it at about 1100 ° C in a hydrogen atmosphere, a plate-shaped void (Empty Space in Silicon, ESS)
Abbreviation). By utilizing this, a hollow structure for thermal separation is formed.

【0045】図4は、第3の方法を用いて作製された非
冷却赤外線イメージセンサの1画素分の断面構造を示し
た図である。図1及び図2に示した構成要素と対応する
構成要素には同一の参照番号を付している。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of one pixel of an uncooled infrared image sensor manufactured by using the third method. Components corresponding to those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0046】まず、単結晶シリコン基板1にESSである
空隙3を形成する。シリコン基板1上にバッファ層13
をエピタキシャルに形成した後、絶縁性下地層8と導電
性電極層7をエピタキシャルに堆積し、さらにそれらの
上にボロメータ薄膜9を堆積する。その後、パッシベー
ション膜12で全体を覆い、さらにエッチングによって
足部4とマイクロブリッジ部を分離する。
First, a void 3 which is an ESS is formed in a single crystal silicon substrate 1. Buffer layer 13 on silicon substrate 1
Is formed epitaxially, an insulating underlayer 8 and a conductive electrode layer 7 are epitaxially deposited, and a bolometer thin film 9 is further deposited thereon. Thereafter, the whole is covered with a passivation film 12, and the foot 4 and the microbridge are separated by etching.

【0047】なお、図4では単結晶シリコン基板1上に
まずバッファ層13を形成する例を示したが、バッファ
層13無しでシリコン基板1上に直接下地層8を形成し
てもよい。また、図4では足部4においても電極層7の
下に下地層8を堆積する構造を示したが、足部4には下
地層8が無い構造にしてもよい。
Although FIG. 4 shows an example in which the buffer layer 13 is first formed on the single crystal silicon substrate 1, the underlayer 8 may be formed directly on the silicon substrate 1 without the buffer layer 13. Further, FIG. 4 shows a structure in which the underlayer 8 is deposited under the electrode layer 7 also in the foot 4, but a structure in which the underlayer 8 is not provided in the foot 4 may be adopted.

【0048】以上、3通りの方法について示したが、加
工プロセスと堆積プロセスの単純さを考えると、図4に
示したような積層構造が最もコストが安い。この方法で
は、単結晶シリコン上に各層をすべてエピタキシャルに
堆積するため、エピタキシャル歪みの効果が十分発揮さ
れる。また、SON基板のほうがSOI基板よりも製造コスト
が安価である。従って、上述した3通りの方法の中で
は、図4に示した第3方法が最も望ましいと言える。
Although three methods have been described above, considering the simplicity of the processing process and the deposition process, the laminated structure as shown in FIG. 4 is the least expensive. In this method, all the layers are epitaxially deposited on the single crystal silicon, so that the effect of the epitaxial strain is sufficiently exhibited. Also, the manufacturing cost of the SON substrate is lower than that of the SOI substrate. Therefore, it can be said that the third method shown in FIG. 4 is the most desirable among the above three methods.

【0049】次に、ボロメータ薄膜が下地層から受ける
エピタキシャル歪みについて、以下説明する。
Next, the epitaxial strain that the bolometer thin film receives from the underlayer will be described below.

【0050】下地層上にボロメータ薄膜をエピタキシャ
ル成長させた場合の格子定数の関係を図5に示す。31
は下地層の結晶格子を、32はボロメータ材料の結晶格
子を表している。
FIG. 5 shows the relationship between the lattice constants when a bolometer thin film is epitaxially grown on the underlayer. 31
Represents the crystal lattice of the underlayer, and 32 represents the crystal lattice of the bolometer material.

【0051】下地層表面の2次元結晶格子の格子定数
を、as及びbsとする。これらとエピタキシャル関係に
あるボロメータ材料のバルクの格子定数を、ab及びbb
とする。これらの格子定数は、以下ではすべての物質に
対して、ペロブスカイト酸化物のプリミティブセル(pr
imitive cell)に整合する格子間隔を取る。格子不整合
の大きさは以下の式で表される。
[0051] The lattice constants of the two-dimensional crystal lattice of the underlying layer surface, and a s and b s. The bulk lattice constants of the bolometer material in epitaxial relation with these are given by a b and b b
And These lattice constants are described below for all materials in the primitive cell of perovskite oxide (pr
Take the lattice spacing that matches the imitive cell). The magnitude of the lattice mismatch is represented by the following equation.

【0052】 a方向の格子不整合 LMa(%)= ((as-ab)/ab)×100 (5) b方向の格子不整合 LMb(%)= ((bs-bb)/bb)×100 (6) 平均格子不整合 LMAV(%)= (((as+bs)-(ab+bb))/(ab+bb))×100 (7) 種々の基板や下地層の上に堆積したボロメータ薄膜の抵
抗の温度依存性を調べた。その結果、エピタキシャル歪
みの効果によって望ましいTCR値を得る条件が、以下の
ようにわかった。
[0052] a direction of lattice mismatch LM a (%) = (( a s -a b) / a b) × 100 (5) b direction lattice mismatch LM b (%) = (( b s -b b) / b b) × 100 (6) average lattice mismatch LM AV (%) = (( (a s + b s) - (a b + b b)) / (a b + b b)) × 100 (7) Temperature dependence of resistance of bolometer thin films deposited on various substrates and underlayers was investigated. As a result, the conditions for obtaining a desirable TCR value by the effect of epitaxial strain were found as follows.

【0053】(1)平均格子不整合の絶対値が約10%以
下であることが望ましい。これよりも格子不整合が大き
いと、金属−絶縁体相転移が緩やかになりすぎて、必要
なTCR値が得られ難い。
(1) It is desirable that the absolute value of the average lattice mismatch is about 10% or less. If the lattice mismatch is larger than this, the metal-insulator phase transition becomes too gradual, making it difficult to obtain the required TCR value.

【0054】(2)a方向かb方向のどちらかの格子不
整合の絶対値が、約0.4%以上であることが望ましい。こ
れよりも格子整合が良いと、金属−絶縁体転移がバルク
の場合に近い程度に急峻になってTCR値が大きくなりす
ぎるとともに、センサ内で均一な特性を得ることが難し
くなってくる。また、格子整合が良すぎると、金属−絶
縁体転移がヒステリシスを持つようになる場合があり、
これもボロメータには適さない。
(2) It is desirable that the absolute value of the lattice mismatch in either the a direction or the b direction is about 0.4% or more. If the lattice matching is better than this, the metal-insulator transition becomes so steep as to be close to the case of bulk, the TCR value becomes too large, and it becomes difficult to obtain uniform characteristics in the sensor. Also, if the lattice matching is too good, the metal-insulator transition may have hysteresis,
This is also not suitable for bolometers.

【0055】(3)ボロメータ膜厚は、約20 nm以上で
約200 nm以下であることが望ましい。この範囲を外れる
と、エピタキシャル歪みによる効果が得られ難い。
(3) The bolometer film thickness is desirably about 20 nm or more and about 200 nm or less. Outside this range, it is difficult to obtain the effect due to the epitaxial strain.

【0056】(4)平均格子不整合の絶対値が約2.5%以
下であることが望ましい。この場合に、望ましいTCR値
である約4〜9 %が得られやすい。
(4) It is desirable that the absolute value of the average lattice mismatch is about 2.5% or less. In this case, a desirable TCR value of about 4 to 9% is easily obtained.

【0057】(5)a方向かb方向のどちらかの格子不
整合の絶対値が、約0.6%以上であることが望ましい。こ
の場合に、望ましいTCR値である約4〜9 %が得られやす
い。
(5) It is desirable that the absolute value of the lattice mismatch in either the a direction or the b direction is about 0.6% or more. In this case, a desirable TCR value of about 4 to 9% is easily obtained.

【0058】(6)ボロメータ膜厚は、約60 nm以上で
あると、エピタキシャル歪みによる効果が得られ易い。
(6) When the bolometer film thickness is about 60 nm or more, the effect due to the epitaxial strain is easily obtained.

【0059】エピタキシャル歪みの効果について補足す
る。本発明で扱う物質は、厚さ約40〜50nm程度の臨界膜
厚まで基板からの応力を受けて、バルクとは異なった格
子定数で成長する。臨界膜厚を越えると、歪みが緩和し
てバルクの格子定数に近づく。従って、臨界膜厚よりも
若干厚い膜を作ると、エピタキシャル歪みの効果を受け
てバルクとは異なった性質になった部分と、その効果を
受けずバルクに近い性質の部分とが存在し、その結果、
全体的に見てバルクより緩やかな金属−絶縁体相転移を
起こすようになる。
The effect of the epitaxial strain will be supplemented. The substance handled in the present invention is grown with a lattice constant different from that of the bulk under the stress from the substrate to a critical thickness of about 40 to 50 nm. When the thickness exceeds the critical thickness, the strain is relaxed and approaches the bulk lattice constant. Therefore, when a film that is slightly thicker than the critical film thickness is formed, there are a portion that has a property different from that of the bulk due to the effect of the epitaxial strain, and a portion that is close to the bulk without being affected by the effect. result,
As a whole, a metal-insulator phase transition that is more gradual than bulk occurs.

【0060】ボロメータ薄膜が電極層から受けるエピタ
キシャル歪みの効果に関して説明する。本発明で用いる
ボロメータ材料は、金属−絶縁体相転移の前後で結晶構
造に若干の変化がある。従って、エピタキシャル歪みの
受け方によっては、絶縁体相よりも金属相を安定化させ
ることができる。電極層の格子定数を適当に選ぶことに
より、ボロメータ薄膜のうち、電極層の直上部分におい
て絶縁体相よりも金属相を安定化させることができる。
その結果、電極とボロメータとの接触抵抗を低減でき
る。エピタキシャル歪みの効果によって低い接触抵抗を
得る条件が、以下のようにわかった。
The effect of the epitaxial strain on the bolometer thin film from the electrode layer will be described. The bolometer material used in the present invention has a slight change in the crystal structure before and after the metal-insulator phase transition. Therefore, depending on how the epitaxial strain is received, the metal phase can be more stabilized than the insulator phase. By appropriately selecting the lattice constant of the electrode layer, the metal phase can be more stabilized than the insulator phase in the portion immediately above the electrode layer in the bolometer thin film.
As a result, the contact resistance between the electrode and the bolometer can be reduced. The conditions for obtaining a low contact resistance by the effect of epitaxial strain were found as follows.

【0061】(1)電極層の格子定数を用いて、ボロメ
ータの金属相における平均格子不整合LMAV mと絶縁体相
における平均格子不整合LMAV iを求め、|LMAV m|<|LMAV i|
となるように電極層を選ぶことが望ましい。
[0061] (1) using a lattice constant of the electrode layer, an average lattice mismatch LM AV i in the average lattice mismatch LM AV m and the insulator phase in the metal phase of the bolometer, | LM AV m | <| LM AV i |
It is desirable to select an electrode layer such that

【0062】(2)平均格子不整合の絶対値|LMAV m|が
約10%以下であることが望ましい。これよりも格子不整
合が大きいと、ボロメータ薄膜の結晶性が低下して抵抗
率が増大しやすい。
(2) It is desirable that the absolute value | LM AV m | of the average lattice mismatch is about 10% or less. If the lattice mismatch is larger than this, the crystallinity of the bolometer thin film decreases, and the resistivity tends to increase.

【0063】ボロメータ材料について説明する。高感度
な赤外線検出を行うには、300〜350Kの温度範囲におい
て、3%≦TCR≦40%(5式参照)であることが必要であ
る。従って、高温から温度を下げてきた場合に、金属状
態から急激に抵抗が上昇し始める温度で定義した金属−
絶縁体転移温度 TMIが、約300 K以上であることが望ま
しく、約350 K以上であることがより望ましい。
The bolometer material will be described. In order to perform highly sensitive infrared detection, it is necessary that 3% ≦ TCR ≦ 40% (see Equation 5) in a temperature range of 300 to 350K. Therefore, when the temperature is lowered from a high temperature, the metal defined as the temperature at which the resistance starts to rise rapidly from the metal state
Desirably, the insulator transition temperature TMI is about 300 K or more, more preferably about 350 K or more.

【0064】本発明者は、適当な温度で金属−絶縁体相
転移を起こすボロメータ材料として、Ca2RuO4に着目し
た。この物質のバルク試料が 約360Kで金属−絶縁体相
転移を起こすことは、C. S. Alexander et al., Phys.
Rev. B, 60, p. 8422 (1999)に記載されている。この物
質のCaをLa又はSrで一部置換することによりTMIと抵抗
率が下がることが、G. Cao, et al., Phys. Rev. B, 6
1, p. 5053 (2000) に記載されている。
The present inventors have focused on Ca 2 RuO 4 as a bolometer material that causes a metal-insulator phase transition at an appropriate temperature. The fact that a bulk sample of this material undergoes a metal-insulator phase transition at about 360 K has been reported by CS Alexander et al., Phys.
Rev. B, 60 , p. 8422 (1999). G. Cao, et al., Phys. Rev. B, 6 shows that TMI and resistivity decrease by partially substituting La or Sr for Ca in this substance.
1 , p. 5053 (2000).

【0065】LaはSiプロセスではまだあまり使われてい
ないが、CaはすでにSiプロセスで使われているSrと性質
が似ていることからSiプロセスへの適合性が高い。ま
た、RuやSrRuO3は、すでに電極材料としてSiプロセスで
使われている。従って、Ca2-xSrxRuO4は、Siプロセスへ
の適合性が高い。ただし、これらの物質のバルクでの金
属−絶縁体相転移は非常に急峻で、相転移温度でのTCR
が高すぎるとともに、TCRが4 %以上の温度範囲が狭いた
め、赤外線イメージセンサには使いにくい。
Although La is not used much in the Si process, Ca is highly compatible with the Si process because it has similar properties to Sr already used in the Si process. Ru and SrRuO 3 are already used as electrode materials in the Si process. Therefore, Ca 2-x Sr x RuO 4 has high compatibility with the Si process. However, the bulk metal-insulator transition of these materials is very steep and the TCR at the phase transition temperature
Is too high and the temperature range where the TCR is 4% or more is narrow, making it difficult to use for infrared image sensors.

【0066】本発明では、最適な下地層の上に上記物質
をエピタキシャル成長させることで、赤外線イメージセ
ンサに適した構造にすることができた。そして、ボロメ
ータ材料として最適な組成は Ca2-xSrxRuO4-d(ただし、0≦x≦0.05) であることを見出した。この物質のエピタキシャル歪み
効果が無い場合でのTMIは、 TMI=-1940x+371 と表される。
In the present invention, a structure suitable for an infrared image sensor could be obtained by epitaxially growing the above-mentioned substance on an optimal underlayer. The inventors have found that the optimum composition for the bolometer material is Ca 2-x Sr x RuO 4-d (where 0 ≦ x ≦ 0.05). T MI in the case epitaxial distortion effects of this substance is not present, is expressed as T MI = -1940x + 371.

【0067】TMIとして必要な約300 K以上を満たすに
は、Sr含有量xは約0.037以下である必要がある。ま
た、TMIとして望ましい約350 K以上を満たすには、Sr含
有量xは0.011以下が望ましい。本発明においては、エ
ピタキシャル歪みの効果でTMIを若干上昇させることが
できることから、xは約0.05以下であることが望まし
い。この物質のTMIはあまり高くないので、エピタキシ
ャル歪みによってTMIが低下しないよう注意する必要が
ある。
[0067] To satisfy about 300 K or more necessary as T MI, Sr content x is required to be about 0.037 or less. Further, in order to satisfy the desired TMI of about 350 K or more, the Sr content x is desirably 0.011 or less. In the present invention, since it is possible to slightly raise the T MI by the effect of epitaxial strain, it is desirable that x is about 0.05 or less. Since this T MI of the substance is not very high, there is a need to be careful so as not to decrease T MI by epitaxial strain.

【0068】この物質の薄膜を種々の基板及び下地層の
上に堆積して実験した結果、最適な下地層物質が、NdGa
O3, PrGaO3, LaGaO3, Sr2AlTaO6,及びSrTiO3であること
を見出した。これらは、Ca2RuO4との格子不整合が約1.4
%以下であり、かつCa2RuO4のTMIをバルク値よりも下げ
ないよう、下地層の方がCa2RuO4よりも平均格子定数が
大きい。下地層の格子定数の方が大きい場合には、絶縁
相が安定化し、TMIが若干上昇する。また、この物質は
層状の結晶構造を持っているため、薄膜を形成した場合
に基板面に平行に配向し易い。以下では、結晶軸のう
ち、層に垂直な方向をc軸とし、図5に示す配向を考え
る。
As a result of an experiment in which thin films of this material were deposited on various substrates and underlayers, the optimum underlayer material was NdGa.
O 3 , PrGaO 3 , LaGaO 3 , Sr 2 AlTaO 6 , and SrTiO 3 were found. These have a lattice mismatch with Ca 2 RuO 4 of about 1.4.
% Or less, and the and to not lower than the bulk value T MI of Ca 2 RuO 4, is larger average lattice constant than towards the underlayer Ca 2 RuO 4. When the lattice constant of the underlayer is larger, the insulating phase is stabilized and TMI is slightly increased. Further, since this substance has a layered crystal structure, when a thin film is formed, it is easily oriented parallel to the substrate surface. In the following, the orientation shown in FIG. 5 is considered with the c-axis being the direction perpendicular to the layer among the crystal axes.

【0069】また、最適な電極層物質が、CaRuO3, Ca3R
u2O7, La0.5Sr0.5CoO3, Ir, LaNiO3, NiSi2, Rh, CoSi2
及びLaN であることを見出した。これらは、Ca2RuO4
の格子不整合が約2.5%以下であり、かつCa2RuO4のTMI
バルク値よりも下げて金属相を安定化させるよう、電極
層の方がCa2RuO4よりも格子定数が小さい。
The most suitable electrode layer material is CaRuO 3 , Ca 3 R
u 2 O 7 , La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 , Ir, LaNiO 3 , NiSi 2 , Rh, CoSi 2
And LaN. They, Ca 2 RuO 4 and is a lattice mismatch than about 2.5%, and Ca 2 to RuO 4 of T MI lowered than the bulk value to stabilize the metal phase, towards the electrode layer is Ca 2 The lattice constant is smaller than that of RuO 4 .

【0070】ボロメータ材料として好適な第2番目の材
料は、RNiO3-dである。ここで、Rは希土類元素又は複
数の希土類元素の混合物であり、dは酸素のストイキオ
メトリーからのずれを表わす値である。
A second suitable bolometer material is RNiO 3-d . Here, R is a rare earth element or a mixture of a plurality of rare earth elements, and d is a value representing a deviation of oxygen from stoichiometry.

【0071】Rは、3価イオンになった時の平均イオン
半径が約0.125 nm以下で約0.121 nm以上であることが望
ましい。イオン半径がこの範囲にあった場合に、金属−
絶縁体相転移を起こし、かつTMIが約300 K以上の値を示
す。RNiO3-dでは、Rは12配位になっているため、上記
のイオン半径は12配位の場合の値である。イオン半径
は、R. D. Shannon, Acta Cryst. A32, p.751 (1976)
に一覧表になって記載されている。Sm3+の12配位のイオ
ン半径は約0.124 nmである。12配位の値が記載されてい
ない場合は、9配位の値を目安とすることができ、9配位
の平均イオン半径が約0.1145 nm以下で約0.1100 nm以上
であることが望ましい。Eu3+の9配位のイオン半径は約
0.112 nmである。従って、イオン半径の条件を満たす物
質として、SmNiO3-d,或いはEuNiO3-dがあげられる。ま
た、2種の希土類元素を混合して、Sm1-xPrxNiO3-d (0
<x≦0.2) としたものでもよい。
R preferably has an average ion radius of about 0.125 nm or less and about 0.121 nm or more when it becomes a trivalent ion. When the ion radius is in this range, the metal-
Insulator phase transition occurs and TMI shows a value of about 300 K or more. In RNiO 3-d , R has a 12-coordinate, and the above ionic radius is a value in the case of 12-coordination. The ion radius is RD Shannon, Acta Cryst. A32 , p.751 (1976)
In a list. The ionic radius of the 12-coordinate Sm 3+ is about 0.124 nm. When the value of 12 coordination is not described, the value of 9 coordination can be used as a guide, and the average ionic radius of 9 coordination is preferably about 0.1145 nm or less and about 0.1100 nm or more. The ionic radius of the 9-coordinate Eu 3+ is about
0.112 nm. Therefore, SmNiO 3-d or EuNiO 3-d is a substance satisfying the condition of the ionic radius. Also, by mixing two kinds of rare earth elements, Sm 1-x Pr x NiO 3-d (0
<X ≦ 0.2).

【0072】上記物質の中でも、元素数が少ないことか
ら薄膜の組成制御が容易でプロセスコストが安くなると
いう観点から、SmNiO3-dが最も望ましい。SmNiO3-dのバ
ルク試料が約403Kで金属−絶縁体相転移を起こすこと
は、J. B. Torrance et al., Phys. Rev. B, 45, p. 82
09 (1992) に記載されている。しかし、バルク状態での
この物質は、金属−絶縁体相転移が急峻すぎるとともに
室温付近ではTCRが小さいため、赤外線イメージセンサ
には使えない。本発明では、最適な下地層の上にエピタ
キシャル成長させることで、赤外線イメージセンサに適
した材料にすることができた。
Among the above substances, SmNiO 3-d is most preferable from the viewpoint that the composition of the thin film is easy to control because the number of elements is small and the process cost is low. JB Torrance et al., Phys. Rev. B, 45 , p. 82 shows that a bulk sample of SmNiO 3-d undergoes a metal-insulator phase transition at about 403K.
09 (1992). However, this substance in a bulk state cannot be used for an infrared image sensor because the metal-insulator phase transition is too steep and the TCR is small near room temperature. In the present invention, a material suitable for an infrared image sensor can be obtained by epitaxial growth on an optimal underlayer.

【0073】この物質のバルクでのTMIは約403Kと高す
ぎるので、エピタキシャル歪みによってTMIが若干低下
するよう下地層を選ぶことが望ましい。最適な下地層物
質が、LaAlO3, PrSrGaO4, CeO2, LaSrGaO4, NdGaO3, Pr
GaO3, LaGaO3, Sr2AlTaO6, Ca1-xSrxTiO3(ただし、0≦
x≦1)であることを見出した。これらは、SmNiO3との
格子不整合が約2.4%以下であり、かつSmNiO3のTMIをバ
ルク値よりも若干下げるよう、下地層のほうがSmNiO3
りも格子定数が大きい。
[0073] Since the T MI in the bulk material is about 403K and too high, it is desirable to select a base layer such that the T MI is lowered slightly by epitaxial strain. The optimal underlayer materials are LaAlO 3 , PrSrGaO 4 , CeO 2 , LaSrGaO 4 , NdGaO 3 , Pr
GaO 3 , LaGaO 3 , Sr 2 AlTaO 6 , Ca 1-x Sr x TiO 3 (where 0 ≦
x ≦ 1). They are less about 2.4% lattice mismatch with the SmNiO 3, and the T MI of SmNiO 3 to lower slightly than the bulk value, towards the underlying layer has a larger lattice constant than SmNiO 3.

【0074】また、最適な電極層物質が、Pd, Sr3Ru
2O7, Sr2RuO4, CaRuO3, Ca3Ru2O7, La0 .5Sr0.5CoO3, I
r, LaNiO3, NiSi2であることを見出した。これらは、Sm
NiO3との格子不整合が約2.1%以下であり、かつSmNiO3
TMIをバルク値よりも下げて金属相を安定化させるよ
う、電極層の方がSmNiO3よりも格子定数が大きい。
The most suitable electrode layer material is Pd, Sr 3 Ru
2 O 7, Sr 2 RuO 4 , CaRuO 3, Ca 3 Ru 2 O 7, La 0 .5 Sr 0.5 CoO 3, I
r, LaNiO 3 and NiSi 2 were found. These are Sm
Lattice mismatch with NiO 3 is about 2.1% or less and SmNiO 3
To stabilize the metal phase is lowered than the bulk value T MI, towards the electrode layer has a larger lattice constant than SmNiO 3.

【0075】また、この物質系では、元素置換によって
もTCRの調整することができる。Niサイトを、Al, Fe, C
o, Cr, Ga, Mnなどで0〜5 %程度置換することで、金属
−絶縁体相転移を緩やかにすることができる。また、希
土類元素の置換とNiサイトの置換とで、TMIを調整する
ことができる。元素置換には、以下の2種の物質が好適
である。
In this substance system, the TCR can also be adjusted by element substitution. Ni site, Al, Fe, C
By substituting about 0 to 5% with o, Cr, Ga, Mn, etc., the metal-insulator phase transition can be moderated. Further, in the substitution of substituted and Ni sites of the rare earth element, it is possible to adjust the T MI. The following two substances are suitable for elemental substitution.

【0076】第1の例は、Sm1-xNdxNi1-yByO3 (B=Al, F
e, Co, Cr, Ga, Mn)である。この場合、エピタキシャル
歪みの効果が無い場合のTMIは、 TMI=(403-202x)(1-10y) と表される。TMIとして望ましい値の350K以上を満たす
ためには、Nd含有量xは約0.26以下であることが望まし
い。
In the first example, Sm 1-x Nd x Ni 1-y B y O 3 (B = Al, F
e, Co, Cr, Ga, Mn). In this case, T MI when there is no effect of epitaxial strain is expressed T MI = a (403-202x) (1-10y). To meet the above 350K of desired value as T MI is preferably Nd content x is about 0.26 or less.

【0077】第2の例は、Eu1-xNdxNi1-yByO3 (B=Al, F
e, Co, Cr, Ga, Mn)である。この場合、エピタキシャル
歪みの効果が無い場合のTMIは、 TMI=(461-260x)(1-10y) と表される。TMIとして望ましい値の350 K以上を満たす
ためには、Nd含有量xは約0.43以下であることが望まし
い。
In the second example, Eu 1-x Nd x Ni 1-y B y O 3 (B = Al, F
e, Co, Cr, Ga, Mn). In this case, T MI when there is no effect of epitaxial strain is expressed T MI = a (461-260x) (1-10y). To meet the above 350 K the desired value as T MI is preferably Nd content x is about 0.43 or less.

【0078】ボロメータ材料として好適な第3番目の材
料は、RBaCo2O5+dである。ここで、Rは希土類元素又は
複数の希土類元素の混合物であり、dは酸素のノンスト
イキオメトリーを表わす正数である。
A third suitable material for the bolometer material is RBaCo 2 O 5 + d . Here, R is a rare earth element or a mixture of a plurality of rare earth elements, and d is a positive number representing non-stoichiometry of oxygen.

【0079】TMIとして必要な値の300 K以上を満たすに
は、Rの3価イオンになった時の平均イオン半径が約0.1
08 nm以上であることが望ましい。イオン半径が0.108 n
m未満になると、TMIが低くなりすぎる。RBaCo2O5+dにお
いてRは9〜10配位になっているため、上記のイオン半径
は9配位の場合の値を使っている。Tb3+の9配位のイオ
ン半径は約0.1095 nmである。従って、TbBaCo2O5+dはイ
オン半径の条件を満たしている。他にRとして、Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Dyが使い得る。また、2種の希土類元
素を混合して、Eu1-xGdxBaCo2O5+d(0<x<1)でもよ
い。
[0079] To satisfy above 300 K of the required value as T MI, average ionic radius when it becomes trivalent ions of R is about 0.1
It is desirable that the thickness be 08 nm or more. 0.108 n ion radius
Below m, the TMI is too low. In RBaCo 2 O 5 + d , R is in 9 to 10 coordination, and thus the above ionic radius is a value in the case of 9 coordination. The ionic radius of the 9-coordinate Tb 3+ is about 0.1095 nm. Therefore, TbBaCo 2 O 5 + d satisfies the condition of ionic radius. In addition, as R, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Dy can be used. Further, Eu 1-x Gd x BaCo 2 O 5 + d (0 <x <1) may be used by mixing two rare earth elements.

【0080】この物質群のバルク多結晶体が金属−絶縁
体相転移を起こすことは、A. Maignan et al., J. Soli
d State Chem. 45, p. 247 (1999) に記載されている。
しかし、バルク状態では金属−絶縁体相転移が急峻すぎ
るとともにTCRが4 %以上の温度領域が狭いため、赤外線
イメージセンサには使えない。本発明では、最適な下地
層上にエピタキシャル成長させることで、赤外線イメー
ジセンサに適した材料にすることができた。
The fact that bulk polycrystals of this group undergo a metal-insulator phase transition has been described by A. Maignan et al., J. Soli
d State Chem. 45 , p. 247 (1999).
However, in the bulk state, the metal-insulator phase transition is too steep and the temperature range where the TCR is 4% or more is narrow, so that it cannot be used for an infrared image sensor. In the present invention, a material suitable for an infrared image sensor can be obtained by epitaxial growth on an optimal underlayer.

【0081】ここで、この物質は層状の結晶構造を持っ
ているため、薄膜を形成した場合に基板面に平行に配向
し易い。以下では、結晶軸のうち、層に垂直な方向をc
軸とし、図5に示す配向を考える。この物質群のバルク
でのTMIはあまり高くないので、エピタキシャル歪みに
よってTMIが低下しないよう注意する必要がある。
Here, since this substance has a layered crystal structure, when a thin film is formed, it is easily oriented parallel to the substrate surface. In the following, of the crystal axes, the direction perpendicular to the layer is c
As an axis, consider the orientation shown in FIG. This T MI in the bulk substance group is not very high, it is necessary to be careful not to decrease T MI by epitaxial strain.

【0082】最適な下地層物質が、LaAlO3, PrSrGaO4,
CeO2, LaSrGaO4, NdGaO3, PrGaO3,LaGaO3, Sr2AlTaO6,
Ca1-xSrxTiO3(ただし、0≦x≦1.0)であることを見出
した。これらは、RBaCo2O5+dとの格子不整合が約2.6%以
下である。また、RBaCo2O5 +dは、低温の絶縁体相に比べ
て高温の金属相ではabとbbの差が大きくなる。この差
は、orthorhombicity=(bb-ab)/(bb+ab)という量で
表される。典型的には、低温の絶縁体相では、orthorho
mbicityが約0.005であり、高温の金属相ではorthorhomb
icityが約0.011である。上述の下地層物質はasとbsがほ
ぼ等しく、orthorhombicity=(bs-as)/(bs+as)が約
0.007以下であるため、エピタキシャル歪みによって絶
縁相を安定化し、TMIをバルク値よりも下げない働きを
する。
The optimal underlayer materials are LaAlO 3 , PrSrGaO 4 ,
CeO 2 , LaSrGaO 4 , NdGaO 3 , PrGaO 3 , LaGaO 3 , Sr 2 AlTaO 6 ,
It was found that Ca 1-x Sr x TiO 3 (where 0 ≦ x ≦ 1.0). These have a lattice mismatch with RBaCo 2 O 5 + d of about 2.6% or less. Further, RBaCo 2 O 5 + d, the difference between a b and b b is increased at high temperature metallic phase in comparison to the low temperature of the insulator phase. This difference is expressed by orthorhombicity = (b b -a b) / (b b + a b) an amount of. Typically, in the low temperature insulator phase, orthohorho
mbicity is about 0.005, and in the hot metal phase, it is orthorhomb
icity is about 0.011. Above the base layer material are approximately equal a s and b s, orthorhombicity = (b s -a s) / (b s + a s) is about
Since it is 0.007 or less to stabilize the insulating phase by epitaxial strain serves to not lower than the bulk value T MI.

【0083】また、最適な電極層物質が、Pd, Sr3Ru
2O7, Sr2RuO4, CaRuO3, Ca3Ru2O7, La0 .5Sr0.5CoO3, I
r, LaNiO3,NiSi2, Rh,及びCoSi2であることを見出し
た。これらは、RBaCo2O5+dとの格子不整合が約2.3%以下
であり、かつ実験の結果、接触抵抗が低かった物質であ
る。この物質系では、元素置換によってもTCRの調整が
可能である。Coサイトを、Gaで0〜10 %程度置換するこ
とで、金属−絶縁体相転移を緩やかにすることができ
る。また、この物質系のBaをSrで一部置換することも可
能である。
The most suitable electrode layer material is Pd, Sr 3 Ru
2 O 7, Sr 2 RuO 4 , CaRuO 3, Ca 3 Ru 2 O 7, La 0 .5 Sr 0.5 CoO 3, I
r, LaNiO 3 , NiSi 2 , Rh, and CoSi 2 . These are substances whose lattice mismatch with RBaCo 2 O 5 + d is about 2.3% or less and whose contact resistance is low as a result of the experiment. In this material system, the TCR can also be adjusted by elemental substitution. By replacing the Co site with Ga by about 0 to 10%, the metal-insulator phase transition can be moderated. It is also possible to partially replace Ba in this substance system with Sr.

【0084】以下、本実施形態の具体的な実施例を説明
する。
Hereinafter, a specific example of this embodiment will be described.

【0085】(実施例1)Ca2RuO4薄膜を、RFスパッタ
リング法により作製した場合の実施例を示す。直径4イ
ンチのCa2RuO4焼結体ターゲットを用い、RFパワーを70
Wとした。スパッタガスは、Ar90%+O210%の混合ガスであ
り、全圧2Paで成膜した。基板温度は600℃とした。
(Example 1) An example in which a Ca 2 RuO 4 thin film is produced by an RF sputtering method will be described. RF power of 70 using a 4 inch diameter Ca 2 RuO 4 sintered target
W. The sputtering gas was a mixed gas of Ar 90% + O 2 10%, and the film was formed at a total pressure of 2 Pa. The substrate temperature was 600 ° C.

【0086】SrTiO3 (100)面を基板に用い、これを下地
層と考えて、その上にCa2RuO4薄膜を約100nm堆積した。
X線回折の結果、c軸配向したCa2RuO4エピタキシャル
薄膜が形成されていることが確認された。
A SrTiO 3 (100) surface was used as a substrate, and a Ca 2 RuO 4 thin film of about 100 nm was deposited thereon, considering this as an underlayer.
As a result of X-ray diffraction, it was confirmed that a Ca 2 RuO 4 epitaxial thin film having c-axis orientation was formed.

【0087】その面内方向の抵抗の温度依存性を図6に
示す。横軸は温度、縦軸は抵抗率である。約300〜350 K
の全域にわたって 4%<TCR<9%が得られ、ボロメータ薄膜
として良好な特性が得られた。
FIG. 6 shows the temperature dependence of the resistance in the in-plane direction. The horizontal axis is temperature, and the vertical axis is resistivity. About 300-350 K
4% <TCR <9% was obtained over the entire region, and good characteristics were obtained as a bolometer thin film.

【0088】(実施例2)実施例1と同じ方法で、種々
の下地層の上にCa2RuO4薄膜を堆積し、その300〜350 K
におけるTCRを測定した。その結果を図9に示す。
(Example 2) In the same manner as in Example 1, Ca 2 RuO 4 thin films were deposited on various underlayers,
Was measured for TCR. FIG. 9 shows the result.

【0089】図9の下地層格子定数は、ab, bbとマッ
チングする方向の格子定数as, bsのバルク値の平均を
示したものである。ab, bbはペロブスカイトの原始単
位胞の方向にとってある。従って、as, bsは下地層物
質の本来の単位胞とは取り方が異なる場合がある。図9
のTCR値から、平均格子不整合LMAV iの絶対値が約1.4
%以下が望ましいことがわかった。
[0089] underlayer lattice constant of 9, shows the average of a b, b b matched to the direction of the lattice constant a s, bulk value of b s. a b and b b are in the direction of the primitive unit cell of perovskite. Therefore, there are cases where a s and b s are different from the original unit cell of the underlayer material. FIG.
From TCR value, the absolute value of the mean lattice mismatch LM AV i is about 1.4
% Was found to be desirable.

【0090】(実施例3)実施例1と同じ方法で、種々
の電極層の上にCa2RuO4薄膜を堆積し、抵抗の温度依存
性を測定し、TMIを見積もった。そして、TMIが、バルク
値に比べて上昇したか下降したかを調べた。その結果を
図10に示した。
[0090] (Example 3) The same procedure as in Example 1, depositing a Ca 2 RuO 4 thin film on the various electrode layers, the temperature dependence of the resistance was measured and estimated T MI. Then, T MI was examined whether lowered or elevated compared to the bulk values. The results are shown in FIG.

【0091】図10のLMAV mは、ボロメータ物質の金属
相の格子定数を使って求めたものである。図10の結果
より、平均格子不整合LMAV mの絶対値が約2.5%以下であ
ることが望ましい。これよりも格子不整合が大きいと、
ボロメータ薄膜の結晶性が低下して抵抗率が増大する。
TMIが下降したということは、高温相である金属相を安
定化したことを意味し、その結果接触抵抗を低減するこ
とができる。図10の結果から、最適な電極層物質が、
Ca3Ru2O7, La0.5Sr0.5CoO3, Ir, LaNiO3, NiSi 2, Rh, C
oSi2, LaN であることを見出した。
The LM shown in FIG.AV mIs the metal of the bolometer substance
It is obtained using the lattice constant of the phase. Result of FIG.
The average lattice mismatch LMAV mIs less than about 2.5%
Is desirable. If the lattice mismatch is larger than this,
The crystallinity of the bolometer thin film decreases and the resistivity increases.
TMIThat the metal phase, which is the high-temperature phase,
Means that the contact resistance is reduced.
Can be. From the results of FIG. 10, the optimal electrode layer material is
CaThreeRuTwoO7, La0.5Sr0.5CoOThree, Ir, LaNiOThree, NiSi Two, Rh, C
oSi2, LaN.

【0092】(実施例4)SmNiO3薄膜を、分子線エピタ
キシー(MBE)法により作製した。図7に分子線エピタキ
シー装置の模式図を示す。
(Example 4) A SmNiO 3 thin film was prepared by a molecular beam epitaxy (MBE) method. FIG. 7 shows a schematic diagram of a molecular beam epitaxy apparatus.

【0093】図7に示すように、真空容器21はクライ
オポンプにより排気される。真空容器21内には基板ホ
ルダ22が設けられ、この基板ホルダ22に基板23が
設置され、基板ホルダ22はヒーター24により加熱さ
れる。基板23に対向するように複数のクヌーセンセル
25が設けられており、それぞれのクヌーセンセル25
の開口部にはセルシャッター26が設けられている。各
クヌーセンセル25には、以下の実施例において成膜さ
れる薄膜の構成元素である、Sm, Ni, Ce, Sr,Ti, Ndの
各金属が充填されている。また、酸化物薄膜を得るため
に必要な酸化反応を起こすために、オゾン発生器27で
発生させた純オゾンガスをノズル28から噴出して基板
23に照射するようになっている。
As shown in FIG. 7, the vacuum vessel 21 is evacuated by a cryopump. A substrate holder 22 is provided in the vacuum container 21, and a substrate 23 is set on the substrate holder 22, and the substrate holder 22 is heated by a heater 24. A plurality of Knudsen cells 25 are provided so as to face the substrate 23, and each Knudsen cell 25 is provided.
A cell shutter 26 is provided in the opening of the. Each Knudsen cell 25 is filled with each metal of Sm, Ni, Ce, Sr, Ti, and Nd, which are constituent elements of a thin film formed in the following examples. Further, in order to cause an oxidation reaction necessary for obtaining an oxide thin film, a pure ozone gas generated by an ozone generator 27 is ejected from a nozzle 28 to irradiate the substrate 23.

【0094】SmNiO3薄膜を製造するためにはNi3+を作る
必要があり、強い酸化条件が必要である。本実施例で
は、非常に酸化力の強い純オゾンガス用い、かつ700℃
以下300℃以上の比較的低温で酸化したことにより、Ni
3+を作ることに成功した。
In order to produce a SmNiO 3 thin film, it is necessary to produce Ni 3+, which requires strong oxidizing conditions. In this embodiment, pure ozone gas having a very strong oxidizing power is used, and 700 ° C.
Oxidation at a relatively low temperature of 300 ° C or higher
Successfully made 3+ .

【0095】本実施例では、SmNiO3単一相薄膜堆積中に
基板に照射したオゾンガスのフラックスは約9.5×10-6
mol・sec-1・m-2である。成膜中の基板温度は約700℃で
ある。成膜後に200℃程度まで冷却する過程においても
オゾンガスを照射しつづけ、十分酸化した。X線回折の
結果、エピタキシャル成長したSmNiO3単一相薄膜が形成
されていることが確認された。
In the present embodiment, the flux of the ozone gas irradiated on the substrate during the deposition of the SmNiO 3 single phase thin film was about 9.5 × 10 −6.
mol · sec -1 · m -2 . The substrate temperature during film formation is about 700 ° C. Even during the process of cooling to about 200 ° C. after the film formation, irradiation with ozone gas was continued to sufficiently oxidize. As a result of X-ray diffraction, it was confirmed that an SmNiO 3 single-phase thin film grown epitaxially was formed.

【0096】下地層にCeO2膜をMBE法で堆積した。CeO2
下地層堆積中、オゾンフラックスは約1.5×10-7 mol・s
ec-1・m-2で基板温度は約700℃である。この条件で、Ce
O2は結晶性良くかつ平坦な成長をする。
A CeO 2 film was deposited on the underlayer by MBE. CeO 2
During deposition of the underlayer, the ozone flux is about 1.5 × 10 -7 mol · s
The substrate temperature is about 700 ° C. at ec −1 · m −2 . Under these conditions, Ce
O 2 grows with good crystallinity and flatness.

【0097】SrTiO3 (100)面を基板に用い、下地層にCe
O2(100)配向膜を約100 nm堆積し、その上にSmNiO3-d
膜を約100nm堆積した。その抵抗の温度依存性を図8に
示す。横軸は温度、縦軸は抵抗率である。300〜350 Kの
全域にわたって 4%<TCR<9%が得られ、ボロメータ薄膜と
して良好な特性が得られた。
The SrTiO 3 (100) surface was used as the substrate, and the underlayer was made of Ce.
An O 2 (100) oriented film was deposited at about 100 nm, and a SmNiO 3-d thin film was deposited thereon at about 100 nm. FIG. 8 shows the temperature dependence of the resistance. The horizontal axis is temperature, and the vertical axis is resistivity. 4% <TCR <9% was obtained over the entire range of 300 to 350 K, and good characteristics were obtained as a bolometer thin film.

【0098】なお、酸化の方法としては、本実施例で用
いたオゾンガスの他に、電子サイクロトロン共鳴によっ
て酸素プラズマを発生し、この酸素プラズマによって酸
化を行う方法などもある。また、本実施例における分子
線エピタキシー法ではクヌーセンセルを原料元素の供給
源としているが、電子銃で加熱した蒸発源を分子線供給
の手段として用いることが可能である。また、有機金属
の分子線をクヌーセンセルもしくはガスソースノズルか
ら供給する方法によっても薄膜を成長させることができ
る。また、本実施例では、薄膜を分子線エピタキシー法
によって製造したが、スパッタ法、レーザーアブレーシ
ョン法、化学気相成長法(CVD)などによっても製造す
ることができる。
[0098] In addition to the ozone gas used in the present embodiment, there is also a method of generating oxygen plasma by electron cyclotron resonance and performing oxidation using the oxygen plasma. In the molecular beam epitaxy method in this embodiment, the Knudsen cell is used as a source element supply source, but an evaporation source heated by an electron gun can be used as a molecular beam supply unit. Also, a thin film can be grown by a method of supplying an organic metal molecular beam from a Knudsen cell or a gas source nozzle. In this embodiment, the thin film is manufactured by the molecular beam epitaxy method. However, the thin film can be manufactured by a sputtering method, a laser ablation method, a chemical vapor deposition (CVD) method, or the like.

【0099】上記の方法で、種々の下地層の上にSmNiO3
薄膜を堆積し、その300〜350 KにおけるTCRを測定し
た。その結果を図11に示す。
In the above-described manner, SmNiO 3 was deposited on various underlayers.
Thin films were deposited and their TCR at 300-350 K was measured. The result is shown in FIG.

【0100】図11のTCR値から、平均格子不整合LM
AV iの絶対値が2.4%以下であることが望ましいことがわ
かった。
From the TCR values in FIG. 11, the average lattice mismatch LM
It was found that the absolute value of AV i was desirably 2.4% or less.

【0101】また、同じ方法で、種々の電極層の上にSm
NiO3薄膜を堆積し、抵抗の温度依存性を測定し、TMI
見積もった。そして、TMIがバルク値に比べて上昇した
か下降したかを調べた。その結果を図12に示した。
Further, in the same manner, Sm is formed on various electrode layers.
NiO 3 thin films were deposited, the temperature dependence of the resistance was measured, and the TMI was estimated. Then, it was investigated whether T MI is lowered or elevated compared to the bulk values. FIG. 12 shows the result.

【0102】格子不整合が大きいとボロメータ膜の抵抗
率が増大してしまう。平均格子不整合LMAV mの絶対値が
2.1%以下であることが望ましいことがわかった。TMI
下降したということは、金属相を安定化したことを意味
し、その結果接触抵抗を低減できる。図12の結果か
ら、最適な電極層物質が、Pd, Sr3Ru2O7, Sr2RuO4, CaR
uO 3, Ca3Ru2O7, La0.5Sr0.5CoO3, Ir, LaNiO3, NiSi2
あることを見出した。
If the lattice mismatch is large, the resistance of the bolometer film
The rate will increase. Average lattice mismatch LMAV mIs the absolute value of
It was found that it was desirable to be 2.1% or less. TMIBut
Down means that the metal phase has stabilized
As a result, the contact resistance can be reduced. Is it the result of FIG.
The optimal electrode layer material is Pd, SrThreeRuTwoO7, SrTwoRuOFour, CaR
uO Three, CaThreeRuTwoO7, La0.5Sr0.5CoOThree, Ir, LaNiOThree, NiSiTwoso
I found something.

【0103】(実施例5)TbBaCo2O5+z薄膜を、RFスパ
ッタリング法によって作製した。直径4インチのTbBaCo
2O5+z焼結体ターゲットを用い、RFパワーを100 Wとし
た。スパッタガスは、Ar50%+O250%の混合ガスであり、
全圧2Paで成膜した。基板温度は約600℃とした。基
板、すなわち下地層にはSrTiO3(100)面を用いた。
(Example 5) A TbBaCo 2 O 5 + z thin film was produced by an RF sputtering method. 4 inch diameter TbBaCo
RF power was set to 100 W using a 2 O 5 + z sintered target. Sputtering gas is Ar50% + O 2 50% gas mixture,
The film was formed at a total pressure of 2 Pa. The substrate temperature was about 600 ° C. The substrate, that is, the SrTiO 3 (100) plane was used for the underlayer.

【0104】X線回折の結果、c軸配向したTbBaCo2O
5+zエピタキシャル薄膜が形成されていることが確認さ
れた。抵抗の温度依存性を測定した結果、300〜350 Kの
温度範囲においてTCR約3〜6 %が得られた。
As a result of X-ray diffraction, cb-axis oriented TbBaCo 2 O
It was confirmed that a 5 + z epitaxial thin film was formed. As a result of measuring the temperature dependence of the resistance, a TCR of about 3 to 6% was obtained in a temperature range of 300 to 350 K.

【0105】上記の方法で、種々の下地層の上にTbBaCo
2O5+z薄膜を堆積し、その300〜350KにおけるTCRを測定
した。その結果を図13に示す。また、同じ方法で、種
々の電極層の上にTbBaCo2O5+z薄膜を堆積し、その接触
抵抗を見積もった。その結果を図14に示す。
In the above-described manner, TbBaCo
A 2 O 5 + z thin film was deposited and its TCR at 300-350K was measured. The result is shown in FIG. In the same manner, TbBaCo 2 O 5 + z thin films were deposited on various electrode layers, and their contact resistances were estimated. The result is shown in FIG.

【0106】LaAlO3, PrSrGaO4, CeO2, LaSrGaO4, NdGa
O3, PrGaO3, LaGaO3, Sr2AlTaO6, Ca1-xSrxTiO3(ただ
し、0≦x≦1.0)が下地層として最適であることがわか
った。また、Pd, Sr3Ru2O7, Sr2RuO4, CaRuO3, Ca3Ru2O
7, La0.5Sr0.5CoO3, Ir, LaNiO3,NiSi2, Rh,及びCoSi2
を用いた場合に接触抵抗が小さく、電極層として最適で
あることがわかった。
LaAlO 3 , PrSrGaO 4 , CeO 2 , LaSrGaO 4 , NdGa
O 3 , PrGaO 3 , LaGaO 3 , Sr 2 AlTaO 6 , and Ca 1-x Sr x TiO 3 (where 0 ≦ x ≦ 1.0) were found to be optimal as the underlayer. Further, Pd, Sr 3 Ru 2 O 7 , Sr 2 RuO 4 , CaRuO 3 , Ca 3 Ru 2 O
7 , La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 , Ir, LaNiO 3 , NiSi 2 , Rh, and CoSi 2
It was found that the contact resistance was small when was used, and that it was optimal as an electrode layer.

【0107】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣
旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施するこ
とが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階
の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み
合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例え
ば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除
されても、所定の効果が得られるものであれば発明とし
て抽出され得る。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining the disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from the disclosed constituent elements, they can be extracted as an invention as long as a predetermined effect can be obtained.

【0108】[0108]

【発明の効果】本発明によれば、ボロメータ薄膜に適当
な物質を用いるとともに、ボロメータ薄膜を歪みを持た
せてエピタキシャル形成することで、室温以上の温度に
おいて適切な温度特性を有する熱型赤外線検出素子を得
ることが可能となる。
According to the present invention, a thermal infrared detecting device having an appropriate temperature characteristic at a temperature equal to or higher than room temperature is obtained by using an appropriate substance for the bolometer thin film and forming the bolometer thin film epitaxially with distortion. An element can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る熱型赤外線検出素子の
一例についてその概略構成を示した図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a thermal infrared detecting element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した熱型赤外線検出素子の主要部の構
成を示した断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a main part of the thermal infrared detection element shown in FIG.

【図3】本発明の実施形態に係る熱型赤外線検出素子の
他の例についてその主要部の構成を示した断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of another example of the thermal infrared detection element according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態に係る熱型赤外線検出素子の
さらに他の例についてその主要部の構成を示した断面
図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of still another example of the thermal infrared detection element according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態に係り、下地層とボロメータ
薄膜の格子マッチングについて説明するための図。
FIG. 5 is a diagram for explaining lattice matching between an underlayer and a bolometer thin film according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態に係り、ボロメータ薄膜の抵
抗の温度依存性の一例を示した図。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the temperature dependence of the resistance of the bolometer thin film according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態に係り、ボロメータ薄膜の製
造装置の一例を示した図。
FIG. 7 is a view showing an example of an apparatus for manufacturing a bolometer thin film according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態に係り、ボロメータ薄膜の抵
抗の温度依存性の他の例を示した図。
FIG. 8 is a view showing another example of the temperature dependence of the resistance of the bolometer thin film according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態に係り、各種下地層の適性に
ついて示した図。
FIG. 9 is a diagram showing suitability of various underlayers according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態に係り、各種電極層の特性
について示した図。
FIG. 10 is a view showing characteristics of various electrode layers according to the embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態に係り、各種下地層の特性
について示した図。
FIG. 11 is a view showing characteristics of various underlayers according to the embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施形態に係り、各種電極層の特性
について示した図。
FIG. 12 is a view showing characteristics of various electrode layers according to the embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施形態に係り、各種下地層の特性
について示した図。
FIG. 13 is a view showing characteristics of various underlayers according to the embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施形態に係り、各種電極層の特性
について示した図。
FIG. 14 is a view showing characteristics of various electrode layers according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板 2…マイクロブリッジ構造 3…空隙 4…足部 5…金属配線 6…ベース基板 7…導電性電極層 8…絶縁性下地層 9…ボロメータ薄膜 11…埋め込み酸化膜 12…パッシベーション膜 13…バッファ層 14…単結晶シリコン層 21…真空容器 22…基板ホルダ 23…基板 24…ヒーター 25…クヌーセンセル 26…セルシャッター 27…オゾン発生器 28…ノズル 31…下地層の結晶格子 32…ボロメータ材料の結晶格子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 2 ... Micro bridge structure 3 ... Void 4 ... Foot 5 ... Metal wiring 6 ... Base substrate 7 ... Conductive electrode layer 8 ... Insulating base layer 9 ... Bolometer thin film 11 ... Embedded oxide film 12 ... Passivation film 13 ... Buffer layer 14 ... Single-crystal silicon layer 21 ... Vacuum container 22 ... Substrate holder 23 ... Substrate 24 ... Heater 25 ... Knudsen cell 26 ... Cell shutter 27 ... Ozone generator 28 ... Nozzle 31 ... Crystal lattice of base layer 32 ... Bolometer material Crystal lattice

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/14 H01L 27/14 K Fターム(参考) 2G065 AB02 BA12 BA14 BA32 BA34 BE08 CA13 DA18 DA20 2G066 BA09 BA55 BB09 CA02 4M118 AA10 AB10 BA01 CA01 CB20──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/14 H01L 27/14 K F term (Reference) 2G065 AB02 BA12 BA14 BA32 BA34 BE08 CA13 DA18 DA20 2G066 BA09 BA55 BB09 CA02 4M118 AA10 AB10 BA01 CA01 CB20

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】結晶構造を有する絶縁性の下地層と、この
下地層上にエピタキシャル形成されたボロメータ薄膜と
を備えた熱型赤外線検出素子であって、 前記ボロメータ薄膜は、化学式がCa2-xSrxRuO
4-d (ただし、0≦x≦0.05、dは酸素のストイキ
オメトリからのずれを表す値)で表される物質によって
構成され、且つ前記下地層と格子定数が異なることを特
徴とする熱型赤外線検出素子。
1. A thermal infrared detecting element comprising an insulating base layer having a crystal structure and a bolometer thin film epitaxially formed on the base layer, wherein the bolometer thin film has a chemical formula of Ca 2− x Sr x RuO
4-d (where 0 ≦ x ≦ 0.05, d is a value representing a deviation of oxygen from stoichiometry), and has a lattice constant different from that of the underlayer. Thermal infrared detector.
【請求項2】前記下地層と前記ボロメータ薄膜との界面
に平行な二つの結晶軸について、前記下地層のバルク状
態における格子定数をas及びbs、前記ボロメータ薄膜
のバルク状態における格子定数をab及びbbとしたと
き、(as+bs)が(ab+bb)よりも大きいことを特
徴とする請求項1に記載の熱型赤外線検出素子。
About wherein said base layer and two crystal axis parallel to the interface between the bolometer thin film, the underlying layer lattice constants a s and b s in the bulk state of the lattice constant in the bulk state of the bolometer thin film when a a b and b b, (a s + b s) is (a b + b b) thermal type infrared sensing device according to claim 1, wherein greater than.
【請求項3】前記ボロメータ薄膜は、さらに結晶構造を
有する導電性の電極層上にもエピタキシャル形成されて
おり、 前記電極層と前記ボロメータ薄膜との界面に平行な二つ
の結晶軸について、前記電極層のバルク状態における格
子定数をae及びbe、前記ボロメータ薄膜のバルク状態
における格子定数をab及びbbとしたとき、(ae
e)が(ab+bb)よりも小さいことを特徴とする請
求項1又は2に記載の熱型赤外線検出素子。
3. The bolometer thin film is further epitaxially formed on a conductive electrode layer having a crystal structure, and the two crystal axes parallel to an interface between the electrode layer and the bolometer thin film are formed on the electrode. when the lattice constant in the bulk state of the layers a e and b e, the lattice constant in the bulk state of the bolometer thin film was a b and b b, (a e +
b e) is (a b + b b) thermal type infrared sensing device according to claim 1 or 2, characterized in smaller than.
【請求項4】結晶構造を有する絶縁性の下地層と、この
下地層上にエピタキシャル形成されたボロメータ薄膜と
を備えた熱型赤外線検出素子であって、 前記ボロメータ薄膜は、化学式がRNiO3-d(ただ
し、Rは単一又は複数の希土類元素であって3価イオン
になったときの平均イオン半径が0.121nm以上0.125n
m以下、dは酸素のストイキオメトリからのずれを表す
値)で表される物質によって構成され、且つ前記下地層
と格子定数が異なることを特徴とする熱型赤外線検出素
子。
4. A thermal infrared detecting element comprising an insulating base layer having a crystal structure and a bolometer thin film epitaxially formed on the base layer, wherein the bolometer thin film has a chemical formula of RNiO 3−. d (where R is a single or a plurality of rare earth elements and the average ion radius when converted into a trivalent ion is 0.121 nm or more and 0.125 n
m, d is a value represented by the following formula: d is a value representing a deviation of oxygen from stoichiometry), and has a lattice constant different from that of the underlayer.
【請求項5】前記下地層と前記ボロメータ薄膜との界面
に平行な二つの結晶軸について、前記下地層のバルク状
態における格子定数をas及びbs、前記ボロメータ薄膜
のバルク状態における格子定数をab及びbbとしたと
き、(as+bs)が(ab+bb)よりも大きいことを特
徴とする請求項4に記載の熱型赤外線検出素子。
5. A lattice constant as a s and b s in a bulk state of the underlayer and a lattice constant in a bulk state of the bolometer thin film for two crystal axes parallel to an interface between the underlayer and the bolometer thin film. when a a b and b b, (a s + b s) is (a b + b b) thermal type infrared sensing device according to claim 4, wherein greater than.
【請求項6】前記ボロメータ薄膜は、さらに結晶構造を
有する導電性の電極層上にもエピタキシャル形成されて
おり、 前記電極層と前記ボロメータ薄膜との界面に平行な二つ
の結晶軸について、前記電極層のバルク状態における格
子定数をae及びbe、前記ボロメータ薄膜のバルク状態
における格子定数をab及びbbとしたとき、(ae
e)が(ab+bb)よりも大きいことを特徴とする請
求項4又は5に記載の熱型赤外線検出素子。
6. The bolometer thin film is further epitaxially formed on a conductive electrode layer having a crystal structure. The bolometer thin film has two crystal axes parallel to an interface between the electrode layer and the bolometer thin film. when the lattice constant in the bulk state of the layers a e and b e, the lattice constant in the bulk state of the bolometer thin film was a b and b b, (a e +
b e) is (a b + b b) thermal type infrared sensing device according to claim 4 or 5, wherein greater than.
【請求項7】結晶構造を有する絶縁性の下地層と、この
下地層上にエピタキシャル形成されたボロメータ薄膜と
を備えた熱型赤外線検出素子であって、 前記ボロメータ薄膜は、化学式がRBaCo25+d(た
だし、Rは単一又は複数の希土類元素であって3価イオ
ンになったときの平均イオン半径が0.108nm以上、d
は酸素のストイキオメトリからのずれを表す値)で表さ
れる物質によって構成され、且つ前記下地層と格子定数
が異なることを特徴とする熱型赤外線検出素子。
7. A thermal infrared detecting element comprising an insulating base layer having a crystal structure and a bolometer thin film epitaxially formed on the base layer, wherein the bolometer thin film has a chemical formula of RBaCo 2 O. 5 + d (where R is a single or a plurality of rare earth elements and the average ionic radius when converted to a trivalent ion is 0.108 nm or more, d
Is a value represented by the following formula: (a value representing the deviation of oxygen from stoichiometry) and a lattice constant different from that of the underlayer.
【請求項8】前記下地層と前記ボロメータ薄膜との界面
に平行な二つの結晶軸について、前記下地層のバルク状
態における格子定数をas及びbs、前記ボロメータ薄膜
のバルク状態における格子定数をab及びbbとしたと
き、 0.974≦(as+bs)/(ab+bb)≦1.005 であることを特徴とする請求項7に記載の熱型赤外線検
出素子。
About wherein said undercoat layer and the crystal axis of the two parallel to the interface between the bolometer thin film, the underlying layer lattice constants a s and b s in the bulk state of the lattice constant in the bulk state of the bolometer thin film when a a b and b b, 0.974 ≦ (a s + b s) / (a b + b b) thermal type infrared sensing device according to claim 7, characterized in that a ≦ 1.005.
【請求項9】前記ボロメータ薄膜は、さらに結晶構造を
有する導電性の電極層上にもエピタキシャル形成されて
おり、 前記電極層と前記ボロメータ薄膜との界面に平行な二つ
の結晶軸について、前記電極層のバルク状態における格
子定数をae及びbe、前記ボロメータ薄膜のバルク状態
における格子定数をab及びbbとしたとき、 0.977≦(ae+be)/(ab+ab)≦1.001 であることを特徴とする請求項7又は8に記載の熱型赤
外線検出素子。
9. The bolometer thin film is further epitaxially formed on a conductive electrode layer having a crystal structure. The bolometer thin film has two crystal axes parallel to an interface between the electrode layer and the bolometer thin film. when the lattice constant in the bulk state of the layer was a e and b e, the lattice constant in the bulk state of the bolometer thin film and a b and b b, 0.977 ≦ (a e + b e) / (a b + a b) The thermal infrared detecting element according to claim 7 or 8, wherein ≤ 1.001.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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