JP2007123554A - 紫外線センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】紫外線の感度を上昇させることが可能な紫外線センサを提供する。
【解決手段】紫外線センサ100は、シリコン基板1と、シリコン基板1上に、水平方向に所定の間隔を隔てて配置されるp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5と、p型ポリシリコン層4とn型ポリシリコン層5との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能なシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層7とを備えている。
【選択図】図2
【解決手段】紫外線センサ100は、シリコン基板1と、シリコン基板1上に、水平方向に所定の間隔を隔てて配置されるp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5と、p型ポリシリコン層4とn型ポリシリコン層5との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能なシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層7とを備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、紫外線センサに関し、特に、シリコンナノ粒子層を備えた紫外線センサに関する。
従来、400nmよりも長い波長を有する可視光には反応せずに、400nm以下の波長を有する紫外線を検知する紫外線センサとして、シリコンナノ粒子層を備えた紫外線センサが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
図21は、特許文献1に開示された従来の紫外線センサを示した断面図である。図22は、従来の紫外線センサの電極として用いられるAuおよびITOの光の波長に対する光の透過率を示したグラフである。まず、図21および図22を参照して、従来の一例による紫外線センサ200の構造について説明する。
従来の一例による紫外線センサ200は、図21に示すように、シリコン基板201と、シリコン基板201に形成されるSiO2からなる絶縁層202とを備えている。そして、絶縁層202には、シリコン基板201に達する開口部202aが形成されており、その開口部202aには、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層203が埋め込まれるように配置されている。また、絶縁層202およびシリコンナノ粒子層203の上面側には、Au、Al、PtまたはITO(Indium Tin Oxide)薄膜からなる金属製の電極204が形成されている。また、シリコン基板201の下面上にも、金属製の電極205が形成されている。
なお、4nmの厚みを有するAuからなる金属薄膜は、図22に示すように、200nm〜800nmの光に対しては、約60%〜約80%の透過率を有しており、特に、400nm以下の波長を有する紫外線に対しては、約60%程度の透過率を有している。また、ITOからなる金属薄膜も、400nm以下の波長を有する紫外線に対しては、約60%以下の透過率を有している。
しかしながら、図21に示した特許文献1の紫外線センサ200では、紫外線は、Au、Al、PtまたはITO薄膜からなる電極204を通過してシリコンナノ粒子層203に到達する。したがって、受光面側の電極204としてAu薄膜を用いた場合には、400nm以下の波長の紫外線は、約60%程度しか透過しないので、紫外線がAu薄膜により約40%程度吸収されるという不都合がある。また、同様に、受光面側の電極204としてITO薄膜を用いた場合には、400nm以下の波長の紫外線は、約60%以下しか透過しないので、紫外線がITO薄膜により約40%以上吸収されるという不都合がある。さらに、AlおよびPtについても同様の不都合が生じる。その結果、紫外線センサ200では、電極204により吸収された紫外線の分だけ、紫外線センサの感度が低下するという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、紫外線の感度を上昇させることが可能な紫外線センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による紫外線センサは、基板と、基板上に、基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置される第1電極および第2電極と、第1電極と第2電極との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能な半導体層とを備えた。
この一の局面による紫外線センサでは、上記のように、基板上に、基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置される第1電極および第2電極と、第1電極と第2電極との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能な半導体層とを設けることによって、第1電極および第2電極が基板の表面に沿う方向に配置されるので、半導体層の紫外線を受光する受光面(上面)上に、紫外線を吸収する電極を配置する必要がなくなる。これにより、半導体層に紫外線を直接受光させることができる。その結果、半導体層の受光面側から入射した紫外線の全てを受光することができるので、紫外線の感度を上昇させることができる。
上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、半導体層は、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を含む。このように構成すれば、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子が紫外線を受光した場合には、シリコンナノ粒子は、その紫外線のエネルギを得て電子およびホールを励起するので、紫外線のみを検知する紫外線センサを容易に形成することができる。
上記シリコンナノ粒子層を備えた構成において、好ましくは、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子は、3.1eV以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径を有する。このようなシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を用いることにより、400nmよりも長い波長(3.1eV未満のエネルギ)の可視光によって、シリコンナノ粒子から電子が励起されるのを抑制しながら、400nm以下の波長(3.1eV以上のエネルギ)の紫外線によって、シリコンナノ粒子から電子を励起させることができる。その結果、400nm以下の波長の紫外線を受光した場合のみ、シリコンナノ粒子から3.1eV以上のバンドギャップを超えて電子を励起させることができるので、紫外線のみを検知する紫外線センサを容易に形成することができる。
上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、第1電極は、p型半導体層からなり、第2電極は、n型半導体層からなる。このように構成すれば、伝導帯に電子が少ないp型半導体層から電流の担い手となる電子を励起させるためには、p型半導体層の価電子帯からシリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させる必要がある。したがって、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までp型半導体の価電子帯の電子を励起させるためには、p型半導体層のバンドギャップ分のエネルギと、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギとをp型半導体の価電子帯の電子に与える必要がある。そのため、紫外線よりも波長が長い(エネルギが小さい)可視光が入射した場合に、p型半導体層から電子が励起されるのを抑制することができる。また、p型半導体層で励起した電子はホールと再結合しやすいので、電流に寄与する部分は少ない。これにより、可視光によって励起された電子が電流として検知されるのを抑制することができる。その結果、紫外線によってシリコンナノ粒子層で励起された電子とホールとを電流として検知することができるので、紫外線を検知する精度を上昇させることができる。これに対して、2つのn型ポリシリコン層を電極とする構成では、伝導帯に電子が多いn型半導体層から電流の担い手となる電子を励起させるためには、n型半導体層の伝導帯からシリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させるだけでよい。この場合、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までn型半導体の伝導帯の電子を励起させるためには、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギのみをn型半導体の伝導帯の電子に与えるだけでよい。そのため、伝導帯に電子が多いn型半導体層に、紫外線よりも波長が長い(エネルギが小さい)可視光が入射した場合には、可視光によって与えられた小さいエネルギにより、容易に、電子が励起してしまうという不都合がある。したがって、2つのn型半導体層から電極を形成するよりも、p型半導体層とn型半導体層とから電極を形成するほうが好ましい。
上記p型半導体層からなる第1電極とn型半導体層からなる第2電極とを備えた紫外線センサにおいて、好ましくは、p型半導体層からなる第1電極には、第1電圧が印加され、n型半導体層からなる第2電極には、第1電圧よりも大きい第2電圧が印加される。このように構成すれば、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子から励起された電子をp型半導体層側からn型半導体層側に引き寄せることができる。これにより、シリコンナノ粒子から励起された電子をp型半導体層とn型半導体層との間を流れる電流として検知することにより、容易に、紫外線の量を検知することができる。また、上述したように、p型半導体層では、受光した可視光の小さいエネルギにより電子が励起されるのを抑制することができるので、可視光によって励起された電子が高電位側のn型半導体側に引き寄せられることに起因して、電流として検知されるのを抑制することができる。
上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、第1電極および第2電極は、それぞれ、複数の電極部を含み、第1電極の複数の電極部と第2電極の複数の電極部とが、互いに、所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。このように構成すれば、第1電極の電極部と第2電極の電極部との間の領域を複数形成することができるので、その複数形成された領域に配置されるシリコンナノ粒子層の紫外線の受光面積を大きくすることができる。その結果、シリコンナノ粒子層が受光する紫外線の量を増加させることができるので、紫外線の感度をより上昇させることができる。
この場合、好ましくは、第1電極および第2電極は、それぞれ、複数の電極部を含む櫛状に一体的に形成されている。このように構成すれば、第1電極の複数の電極部および第2電極の複数の電極部に対して、それぞれ、1個所ずつ電圧印加のための電極を形成すればよいので、構造を簡素化することができる。
上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、基板は、導電性基板を含み、導電性基板と、第1電極および第2電極との間に形成された絶縁層をさらに備えている。このように構成すれば、導電性基板の上側に第1電極および第2電極を形成した場合でも、第1電極と第2電極との間の絶縁層により、第1電極および第2電極と、導電性基板とが電気的に接続されるのを抑制することができる。その結果、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、容易に、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子から励起された電子とホールとを第1電極と第2電極との間を流れる電流として検知することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による紫外線センサの平面図であり、図2は、図1の300−300線に沿った断面図である。図3は、図1に示した一実施形態による紫外線センサから絶縁層および電極を省略した平面図である。図4は、図1の400−400線に沿った断面図であり、図5は、図1の500―500線に沿った断面図である。図6は、光の波長に対する光のエネルギを示したグラフである。図7および図8は、図1に示した一実施形態による紫外線センサのn型ポリシリコン層、p型ポリシリコン層およびシリコンナノ粒子層のバンドギャップ図である。まず、図1〜図8を参照して、本発明の一実施形態による紫外線センサ100の構造について説明する。
本実施形態による紫外線センサ100は、図2に示すように、n型またはp型のシリコン基板1を備えている。なお、シリコン基板1は、本発明の「基板」および「導電性基板」の一例である。また、図1および図2に示すように、シリコン基板1の表面の所定領域には、素子形成領域を取り囲むように、シリコン基板1に形成された素子分離溝1aに絶縁膜2aが埋め込まれた構造を有するSTI(Shallow Trench Isolation)からなる素子分離領域2が形成されている。素子分離領域2によって取り囲まれた素子形成領域のシリコン基板1の表面上の所定領域には、約2nm〜約10nmの厚みを有するSiO2からなる絶縁層3が形成されている。この絶縁層3は、後述するp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5の形成領域に対応する領域に設けられており、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5と、シリコン基板1とを絶縁するために設けられている。
また、本実施形態では、絶縁層3の上面上には、約50nm〜約200nmの厚みを有するp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5が水平方向に所定の間隔を隔てて形成されている。このp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5は、電極としての機能を有している。なお、p型ポリシリコン層4は、本発明の「第1電極」および「p型半導体層」の一例であり、n型ポリシリコン層5は、本発明の「第2電極」および「n型半導体層」の一例である。そして、図3に示すように、p型ポリシリコン層4は、2つの電極部4aと、2つの電極部4aを連結する1つの連結部4bとを含んでいる。このため、p型ポリシリコン層4は、電極部4aと連結部4bとにより、平面的に見てコの字形状(櫛型形状)に形成されている。また、n型ポリシリコン層5も同様に、2つの電極部5aと、2つの電極部5aを連結する1つの連結部5bとを含んでおり、平面的に見てコの字形状(櫛型形状)に形成されている。また、p型ポリシリコン層4の電極部4aおよびn型ポリシリコン層5の電極部5aは、それぞれ、約0.1μm〜約0.5μmの幅W1およびW2を有している。そして、p型ポリシリコン層4の電極部4aと、n型ポリシリコン層5の電極部5aとは、互いに、約0.1μm〜約1.0μmの間隔Dを隔てて対向するように配置されている。つまり、p型ポリシリコン層4の電極部4aとn型ポリシリコン層5の電極部5aとの間には、約0.1μm〜約1.0μmの幅(間隔D)を有する3つの溝部10が設けられる。また、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5には、それぞれ、アルミニウム製の電圧供給用電極8および9(図1参照)を電気的に接続するためのコンタクト部4cおよび5cが設けられている。
そして、図1および図2に示すように、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5の上面上には、約5nm〜約50nmの厚みを有するSiO2からなる絶縁層6が設けられている。この絶縁層6は、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5の表面を絶縁するために設けられている。また、図4に示すように、絶縁層6のp型ポリシリコン層4のコンタクト部4cに対応する領域には、電圧供給用電極8をp型ポリシリコン層4に電気的に接続するためのコンタクトホール6aが設けられている。また、図5に示すように、絶縁層6のn型ポリシリコン層5のコンタクト部5cに対応する領域には、電圧供給用電極9をn型ポリシリコン層5に電気的に接続するためのコンタクトホール6bが設けられている。また、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5には、それぞれ、約0Vおよび約5Vの電圧が印加されるように構成されている。
ここで、本実施形態では、図1および図2に示すように、水平方向に所定の間隔を隔てて配置されたp型ポリシリコン層4の電極部4aとn型ポリシリコン層5の電極部5aとの間の溝部10には、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層7が埋め込まれている。なお、シリコンナノ粒子層7は、本発明の「半導体層」の一例である。このシリコンナノ粒子層7のシリコンナノ粒子は、約3.1eV以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径(約1nm)を有している。なお、約1nmの粒子径で約3eVのバンドギャップを有しているというのは、たとえば、“Thin Film Silicon Nanoparticle UV Photodetector”,O.M.Nayfeh,他,PHOTONICS TECHNOLOGY LETTER,VOL.16,NO.8,AUGUST 2004,P.P.1927−1929に開示されている。したがって、約3.1eVのバンドギャップを有するシリコンナノ粒子に、約3.1eV以上のエネルギを有する光が照射された場合、シリコンナノ粒子から電子が励起される。具体的には、図6に示すように、光のエネルギEは、プランク定数h、光速度cおよび波長λにより定義されており、約400nm以下の紫外線は、約3.1eV以上のエネルギを有しているので、シリコンナノ粒子層7に紫外線が受光された場合には、シリコンナノ粒子から電子が励起される。一方、約400nmよりも長い波長の可視光は、約3.1eVよりも小さいエネルギを有しているので、シリコンナノ粒子層7に可視光が受光された場合には、シリコンナノ粒子から電子は励起されない。
また、本実施形態では、p型ポリシリコン層4に、約0Vを印加するとともに、n型ポリシリコン層5に、約5Vを印加する構造では、図7に示すように、伝導帯に電子が少ないp型ポリシリコン層4から電流の担い手となる電子を励起させるためには、p型ポリシリコン層4の価電子帯からシリコンナノ粒子層7のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させる必要がある。したがって、シリコンナノ粒子層7のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までp型ポリシリコン層4の価電子帯の電子を励起させるためには、p型ポリシリコン層4のバンドギャップ分のエネルギ(約1.1eV)と、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギ(約1.0eV)とをp型ポリシリコン層4の価電子帯の電子に与える必要がある。そのため、紫外線よりも波長が長い(エネルギが小さい)可視光が入射した場合には、p型ポリシリコン層4から電子が励起されるのを抑制することが可能となる。これにより、可視光によって励起された電子が高電位(約5V)のn型ポリシリコン層5に引き寄せられることにより、電流として検知されるのを抑制することが可能となる。その結果、紫外線によって励起された電子のみを電流として検知することができるので、紫外線を検知する精度を上昇させることが可能となる。これに対して、比較例として、図8に示すように、2つのn型ポリシリコン層を電極とする構成では、伝導帯に電子が多いn型ポリシリコン層から電流の担い手となる電子を励起させるためには、n型ポリシリコン層の伝導帯からシリコンナノ粒子層7のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させるだけでよい。この場合、シリコンナノ粒子層7のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までn型ポリシリコン層の伝導帯の電子を励起させるためには、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギ(約1.0eV)のみを、n型ポリシリコン層の伝導帯の電子に与えるだけでよい。そのため、伝導帯に電子が多いn型ポリシリコン層に、紫外線よりも波長が長い(エネルギが小さい)可視光が入射した場合には、可視光によって与えられた小さいエネルギにより、容易に、電子が励起してしまうという不都合がある。したがって、比較例のように2つのn型ポリシリコン層から電極を形成するよりも、本実施形態のように、p型ポリシリコン層4とn型ポリシリコン層5とから電極を形成するほうが好ましい。
図9〜図19は、本発明の一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図9〜図19を参照して、一実施形態による紫外線センサ100の製造プロセスについて説明する。
まず、図9に示すように、n型またはp型のシリコン基板1を準備する。そして、図10に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、シリコン基板1の表面の所定領域に素子形成領域を取り囲むように、素子分離溝1aを形成する。そして、熱酸化またはCVD(Chemical Vapour Deposition)法およびCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、シリコン基板1の素子分離溝1aを埋め込むように素子分離絶縁膜2aを形成することによって、STIからなる素子分離領域2を形成する。
次に、図11に示すように、熱酸化またはCVD法を用いて、シリコン基板1の上面に、約2nm〜約10nmの厚みを有するSiO2からなる絶縁層3を形成する。そして、CVD法を用いて、絶縁層3の上に、約50nm〜約200nmの厚みを有するノンドープポリシリコン層40を形成する。その後、CVD法を用いて、ノンドープポリシリコン層40の上面上に、約50nm〜約200nmの厚みを有するSiO2からなる絶縁層6を形成する。
その後、図12に示すように、絶縁膜6を介してノンドープポリシリコン層40(図11参照)に、注入エネルギ:約50keV、ドーズ量(注入量):約1×10−15cm−2〜約5×10−15cm−2の条件下でボロン(B)をイオン注入する。これにより、ノンドープポリシリコン層40がp型化されてp型ポリシリコン層4が形成される。
次に、図13および図14に示すように、平面的に見てコの字形状のレジスト膜12を形成する。そして、レジスト膜12をマスクとして、注入エネルギ:約50keV、ドーズ量(注入量):約3×10−15cm−2〜約5×10−15cm−2の条件下で、p型ポリシリコン層4に燐(P)をイオン注入する。これにより、平面的に見てコの字形状のp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5とが、互いに接するように形成される。この後、レジスト膜12を除去する。
次に、図15および図16に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、図1および図2に示したp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5の形成される領域を覆うようにレジスト膜13を形成する。その後、レジスト膜13をマスクとして、絶縁層3、p型ポリシリコン層4、n型ポリシリコン層5および絶縁層6をエッチングすることによりパターニングする。これにより、図17に示すように、コの字形状のp型ポリシリコン層4の2つの電極部4aと、n型ポリシリコン層5の2つの電極部5aとが、互いに、水平方向に約0.1μm〜約1.0μmの間隔D(図3参照)を隔てて形成される。すなわち、p型ポリシリコン層4の電極部4aとn型ポリシリコン層5の電極部5aとの間に、水平方向に約0.1μm〜約1.0μmの幅を有する3つの溝部10が設けられる。この後、レジスト膜13を除去する。
次に、図18に示すように、クラスタービーム法を用いて、約1nmの粒径を有するシリコンナノ粒子を溝部10に埋め込むように約100nm〜約300nm堆積する。なお、クラスタービーム法とは、Siからなる固体試料に対してレーザー光を照射することにより蒸気化されたSiを、ヘリウムガスなどの不活性ガス中で凝集させることにより、クラスター粒子を生成して、そのクラスター粒子を目的の試料に蒸着させる方法である。この際、蒸気化したSiとヘリウムガス中に発生する衝撃波とを衝突させることにより、Si蒸気がヘリウムガス中の所定の位置で停止する。これにより、Si蒸気は、一定条件下で、クラスター粒子に成長するので、サイズや内部構造の均一なクラスター粒子が生成される。
そして、CMP技術を用いて、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5上に堆積したシリコンナノ粒子を除去して、シリコンナノ粒子層7の上面と、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5上の絶縁層6の上面とが一致するように、平坦化する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、不要なシリコンナノ粒子が堆積した部分を除去する。これにより、n型ポリシリコン層5とp型ポリシリコン層4との間の溝部10に、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層7が形成される。これにより、図19に示した状態になる。この後、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、絶縁層6にコンタクトホール6aおよび6b(図4および図5参照)を形成した後、そのコンタクトホール6aおよび6bを介してp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5に接続するように、それぞれ、Alからなる電圧供給用電極8および9を形成する。このようにして、図1に示した本実施形態による紫外線センサ100が形成される。
本実施形態では、上記のように、シリコン基板1上に、水平方向に約0.1μm〜約1.0μmの間隔を隔てて配置されるp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5と、p型ポリシリコン層4とn型ポリシリコン層5との間の溝部10に埋め込むように配置されるシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層7とを設けることによって、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5とが水平方向に配置されるので、シリコンナノ粒子層7の紫外線を受光する受光面(上面)上に、紫外線を吸収する電極を配置する必要がなくなる。これにより、シリコンナノ粒子層7に紫外線を直接受光させることができる。これにより、シリコンナノ粒子層7の受光面側から入射した紫外線の全てを受光することができるので、紫外線の感度を上昇させることができる。
また、本実施形態では、p型ポリシリコン層4の2つの電極部4aと、n型ポリシリコン層5の2つの電極部5aとが、互いに、水平方向に約0.1μm〜約1.0μmの間隔を隔てて対向するように配置することによって、p型ポリシリコン層4の電極部4aとn型ポリシリコン層5の電極部5aとの間に3つの溝部10を形成することができるので、その3つの溝部10に配置されるシリコンナノ粒子層7の紫外線の受光面積を大きくすることができる。その結果、シリコンナノ粒子層7が受光する紫外線の量が増加するので、紫外線の感度をより上昇させることができる。
また、本実施形態では、約3.1eV以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径(約1nm)を有するシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層7を用いることによって、約400nmよりも長い波長(約3.1eV未満のエネルギ)の可視光によって、シリコンナノ粒子から電子を励起されるのを抑制しながら、約400nm以下の波長(約3.1eV以上のエネルギ)の紫外線によって、シリコンナノ粒子から電子を励起させることができる。その結果、約400nm以下の波長の紫外線を受光した場合のみ、シリコンナノ粒子から約3.1eV以上のバンドギャップを超えて電子を励起させることができるので、紫外線のみを検知する紫外線センサを容易に形成することができる。
また、本実施形態では、シリコン基板1と、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5との間にSiO2からなる絶縁層3を設けることによって、シリコン基板1の上側にp型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5を形成した場合でも、p型ポリシリコン層4とn型ポリシリコン層5との間の絶縁層3により、p型ポリシリコン層4およびn型ポリシリコン層5と、シリコン基板1とが電気的に接続されるのを抑制することができる。その結果、p型ポリシリコン層4とn型ポリシリコン層5との間に電圧を印加することにより、容易に、シリコンナノ粒子層7のシリコンナノ粒子から励起された電子をp型ポリシリコン層4とn型ポリシリコン層5との間を流れる電流として検知することができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、n型ポリシリコン層の電極部とp型ポリシリコン層の電極部との間にシリコンナノ粒子層を埋め込む例を示したが、本発明はこれに限らず、紫外線を検知可能な半導体層として、ダイヤモンドなどのシリコンナノ粒子層以外の半導体層を用いてもよい。
また、上記実施形態では、n型ポリシリコン層の電極部とp型ポリシリコン層の電極部とが、互いに、水平方向に所定の間隔を隔てて配置される例を示したが、本発明はこれに限らず、n型ポリシリコン層の電極部とp型ポリシリコン層の電極部との間のシリコンナノ粒子層の受光面(上面)側を覆わないように、n型ポリシリコン層の電極部とp型ポリシリコン層の電極部とをシリコン基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置してもよい。
また、上記実施形態では、極性が異なるn型ポリシリコン層およびp型ポリシリコン層の間にシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、極性が同じn型ポリシリコン層の間にシリコンナノ粒子層を設けてもよいし、p型ポリシリコン層の間にシリコンナノ粒子層を設けてもよい。
また、上記実施形態では、平面的に見てコの字形状のp型ポリシリコン層およびn型ポリシリコン層との間の溝部にシリコンナノ粒子層を形成する例について説明したが、本発明はこれに限らず、図20に示した変形例による紫外線センサ150のように、複数の電極部104a(図20の変形例では、4つ)を有する櫛型形状のp型ポリシリコン層104と、複数の電極部105a(図20の変形例では、4つ)を有する櫛型形状のn型ポリシリコン層105との間の7つの溝部110にシリコンナノ粒子層107を設けてもよい。この場合、シリコンナノ粒子層107の紫外線の受光面積が増加するので、紫外線を受光する量を増加させることができる。その結果、紫外線の感度をより向上させることができる。また、図20に示した変形例では、上記実施形態と同様に、素子形成領域を取り囲むように形成される素子分離領域102と、後述する電圧供給用電極108をp型ポリシリコン層104に接続させるためのコンタクトホール106aと、後述する電圧供給用電極109をn型ポリシリコン層105に接続させるためのコンタクトホール106bと、p型ポリシリコン層104に電圧を印加するための電圧供給用電極108と、n型ポリシリコン層105に電圧を印加するための電圧供給用電極109とが設けられている。
また、上記実施形態では、電極としてp型ポリシリコン層およびn型ポリシリコン層を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ポリシリコン以外の単結晶シリコンやアモルファスシリコンなどを電極として用いてもよい。また、シリコン以外の半導体や半導体以外の金属を用いてもよい。
また、上記実施形態では、n型またはp型のシリコン基板と、p型ポリシリコン層およびn型ポリシリコン層との間に絶縁層を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、絶縁性の基板上に、直接p型ポリシリコン層およびn型ポリシリコン層を設けてもよい。
100 紫外線センサ
1 シリコン基板(基板、絶縁性基板)
3 絶縁層
4 p型ポリシリコン層(第1電極、p型半導体層)
4a 電極部
5 n型ポリシリコン層(第2電極、n型半導体層)
5a 電極部
7 シリコンナノ粒子層
1 シリコン基板(基板、絶縁性基板)
3 絶縁層
4 p型ポリシリコン層(第1電極、p型半導体層)
4a 電極部
5 n型ポリシリコン層(第2電極、n型半導体層)
5a 電極部
7 シリコンナノ粒子層
Claims (8)
- 基板と、
前記基板上に、前記基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置される第1電極および第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能な半導体層とを備えた、紫外線センサ。 - 前記半導体層は、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を含む、請求項1に記載の紫外線センサ。
- 前記シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子は、3.1eV以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径を有する、請求項2に記載の紫外線センサ。
- 前記第1電極は、p型半導体層からなり、前記第2電極は、n型半導体層からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の紫外線センサ。
- 前記p型半導体層からなる第1電極には、第1電圧が印加され、
前記n型半導体層からなる第2電極には、前記第1電圧よりも大きい第2電圧が印加される、請求項4に記載の紫外線センサ。 - 前記第1電極および前記第2電極は、それぞれ、複数の電極部を含み、
前記第1電極の複数の電極部と前記第2電極の複数の電極部とが、互いに、所定の間隔を隔てて対向するように配置されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の紫外線センサ。 - 前記第1電極および前記第2電極は、それぞれ、前記複数の電極部を含む櫛状に一体的に形成されている、請求項6に記載の紫外線センサ。
- 前記基板は、導電性基板を含み、
前記導電性基板と、前記第1電極および前記第2電極との間に形成された絶縁層をさらに備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の紫外線センサ。
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JP2005313682A JP2007123554A (ja) | 2005-10-28 | 2005-10-28 | 紫外線センサ |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101325140B1 (ko) | 2007-07-18 | 2013-11-06 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 수평 배열된 광기전 셀들을 갖는 태양 전지 및 그 제조방법 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2000183373A (ja) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光導電素子 |
JP2004200308A (ja) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 光電変換膜の作製方法および固体撮像素子 |
JP2005175316A (ja) * | 2003-12-12 | 2005-06-30 | Nikon Corp | 受光素子、及び固体撮像装置 |
-
2005
- 2005-10-28 JP JP2005313682A patent/JP2007123554A/ja active Pending
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