JP2008305815A - Ultraviolet sensor - Google Patents
Ultraviolet sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008305815A JP2008305815A JP2007148751A JP2007148751A JP2008305815A JP 2008305815 A JP2008305815 A JP 2008305815A JP 2007148751 A JP2007148751 A JP 2007148751A JP 2007148751 A JP2007148751 A JP 2007148751A JP 2008305815 A JP2008305815 A JP 2008305815A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- zno
- current path
- electrode
- ultraviolet sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
この発明は、紫外線センサに関するもので、特に、ヘテロ接合を形成する積層構造を有するダイオード型の紫外線センサに関するものである。 The present invention relates to an ultraviolet sensor, and more particularly to a diode type ultraviolet sensor having a laminated structure for forming a heterojunction.
たとえば特開2004−172166号公報(特許文献1)には、TiO2を主成分とするn型半導体からなる単結晶基板と、その上にエピタキシャル成長によって形成された遷移金属酸化物薄膜とを備える、光センサが記載されている。この光センサは、遷移金属酸化物薄膜側が受光側とされ、遷移金属酸化物薄膜の外表面によって与えられる受光面とそれに対向する基板の裏面とにそれぞれ電極が設けられる。 For example, JP-A-2004-172166 (Patent Document 1) includes a single crystal substrate made of an n-type semiconductor containing TiO 2 as a main component and a transition metal oxide thin film formed thereon by epitaxial growth. An optical sensor is described. In this optical sensor, the transition metal oxide thin film side is the light receiving side, and electrodes are provided on the light receiving surface provided by the outer surface of the transition metal oxide thin film and the back surface of the substrate opposite thereto.
そのため、この光センサには方向性があり、バンプなどの引き出し電極を形成することが必要である。これらのことは、光センサの小型化を阻害する原因となり、また、素子を保護するため、ケーシングなどの処置も必要となり、その結果、コストアップを招く。 Therefore, this optical sensor has directionality, and it is necessary to form lead electrodes such as bumps. These cause obstruction of the downsizing of the optical sensor, and in order to protect the element, it is necessary to treat the casing and the like, resulting in an increase in cost.
他方、従来の光センサの応答波長は、GaPAs系、ZnO系およびTiO2系では、ともに280〜400nmであり、ダイヤモンド系では、230nm以下である。したがって、これらの従来の光センサによる限り、たとえば殺菌に使われる波長250〜260nmの紫外線を効率良く感知することができない。
そこで、この発明の目的は、上述した問題を解決し得る、すなわち、方向性がなく、引き出し電極が特に必要ではなく、さらに、広い波長範囲にわたって分光波長感度特性がフラットである、紫外線センサを提供しようとすることである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultraviolet sensor that can solve the above-described problems, that is, has no directivity, does not particularly require an extraction electrode, and has a flat spectral wavelength sensitivity characteristic over a wide wavelength range. Is to try.
この発明に係る紫外線センサは、ZnOを含む酸化物半導体からなる、ZnO層と、ZnO層に接するように設けられるものであって、ZnOがNiOに固溶してなる酸化物半導体からなる(Ni,Zn)O層とを含む積層体を備えている。 An ultraviolet sensor according to the present invention includes a ZnO layer made of an oxide semiconductor containing ZnO, and an oxide semiconductor made of ZnO dissolved in NiO, in contact with the ZnO layer (Ni , Zn) O layer.
前述した技術的課題を解決するため、まず、この発明に係る紫外線センサは、上記積層体の、Zn層および(Ni,Zn)O層が延びる方向に対向する各端部上に、第1および第2の端子電極がそれぞれ設けられることを第1の特徴としている。 In order to solve the above-described technical problem, first, an ultraviolet sensor according to the present invention includes a first and a second layer on each end of the laminated body facing each other in a direction in which a Zn layer and a (Ni, Zn) O layer extend. The first feature is that each of the second terminal electrodes is provided.
また、この発明に係る紫外線センサは、上記(Ni,Zn)O層内に、上記第1および第2の端子電極にそれぞれ電気的に接続される第1および第2の電流経路付与電極が互いの間に所定の間隔を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられ、他方、Zn層の外表面上に、上記第1および第2の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第3の電流経路付与電極が設けられることを第2の特徴としている。 In the ultraviolet sensor according to the present invention, the first and second current path providing electrodes electrically connected to the first and second terminal electrodes, respectively, in the (Ni, Zn) O layer. A thin line is provided on the outer surface of the Zn layer so as to be opposed to the distance between the first and second current path applying electrodes. And a third current path providing electrode that is not directly connected to any electrode is provided as a second feature.
さらに、この発明に係る紫外線センサは、Zn層が、紫外線の受光側に位置されるように用いられることを第3の特徴としている。 Furthermore, the ultraviolet sensor according to the present invention has a third feature that the Zn layer is used so as to be positioned on the ultraviolet light receiving side.
上述した紫外線センサにおいて、Zn層の外表面上に保護膜が設けられ、これによって、第3の電流経路付与電極を完全に覆うようにされてもよい。この保護膜は、たとえば、ZnO、Zn2SiO4、ガラスまたは樹脂から構成される。 In the above-described ultraviolet sensor, a protective film may be provided on the outer surface of the Zn layer, thereby completely covering the third current path providing electrode. This protective film is made of, for example, ZnO, Zn 2 SiO 4 , glass or resin.
この発明に係る紫外線センサは、他の局面では、第3の電流経路付与電極がZnO層内に設けられることを特徴としている。すなわち、ZnO層内に、第1および第2の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第3の電流経路付与電極が設けられることを特徴としている。 In another aspect, the ultraviolet sensor according to the present invention is characterized in that the third current path providing electrode is provided in the ZnO layer. That is, the ZnO layer is provided with a third current path providing electrode that is formed with a thin line so as to face the interval between the first and second current path providing electrodes and is not directly connected to any electrode. It is a feature.
この発明に係る紫外線センサは、第1および第2の電流経路付与電極が延びる面に対して直交する方向に延びかつ第1および第2の電流経路付与電極間の間隔の中心位置を通る面に関して対称の構造を有していることが好ましい。 The ultraviolet sensor according to the present invention relates to a surface extending in a direction orthogonal to a surface on which the first and second current path providing electrodes extend and passing through a center position of a distance between the first and second current path providing electrodes. It preferably has a symmetric structure.
また、この発明において、少なくともZn層および(Ni,Zn)O層は、これらを一体に焼結させて得られたものであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that at least the Zn layer and the (Ni, Zn) O layer are obtained by integrally sintering them.
この発明に係る紫外線センサによれば、電流経路として、「第1の電流経路付与電極」→「(Ni,Zn)O層」→「(Ni,Zn)O層とZnO層との界面」→「ZnO層」→「第3の電流経路付与電極」→「ZnO層」→「(Ni,Zn)O層とZnO層との界面」→「(Ni,Zn)O層」→「第2の電流経路付与電極」といった第1の電流経路、または「第2の電流経路付与電極」→「(Ni,Zn)O層」→「(Ni,Zn)O層とZnO層との界面」→「ZnO層」→「第3の電流経路付与電極」→「ZnO層」→「(Ni,Zn)O層とZnO層との界面」→「(Ni,Zn)O層」→「第1の電流経路付与電極」といった第2の電流経路をとり得るが、これら第1および第2の電流経路のいずれをとっても、「(Ni,Zn)O層とZnO層との界面」によって与えられる障壁を電流は順方向および逆方向へと合計2回流れることになる。そして、電流がいずれの方向に流れても、抵抗値は実質的に変化しないため、この紫外線センサの方向性をなくすことができる。その結果、方向選別のためのコストを省くことができ、また、方向の間違いによるリスクを低減することができる。 According to the ultraviolet sensor of the present invention, the current path is “first current path application electrode” → “(Ni, Zn) O layer” → “interface between (Ni, Zn) O layer and ZnO layer” → “ZnO layer” → “third current path providing electrode” → “ZnO layer” → “interface between (Ni, Zn) O layer and ZnO layer” → “(Ni, Zn) O layer” → “second” First current path such as “current path providing electrode” or “second current path providing electrode” → “(Ni, Zn) O layer” → “interface between (Ni, Zn) O layer and ZnO layer” → “ ZnO layer ”→“ third current path providing electrode ”→“ ZnO layer ”→“ interface between (Ni, Zn) O layer and ZnO layer ”→“ (Ni, Zn) O layer ”→“ first current ” Although a second current path such as a “path providing electrode” can be taken, any one of the first and second current paths can take “(Ni, Zn O layer and the current barrier provided by the interface "between the ZnO layer will flow twice in total to the forward and reverse directions. And even if an electric current flows through which direction, since resistance value does not change substantially, the directionality of this ultraviolet sensor can be lost. As a result, the cost for direction selection can be saved, and the risk due to a wrong direction can be reduced.
また、この発明に係る紫外線センサによれば、第1および第2の電流経路付与電極がそれぞれ第1および第2の端子電極に電気的に接続され、第1および第2の端子電極が積層体の各端部上に設けられるので、特別な引き出し電極を必要とせず、また、実装に当たって表面実装を適用することができる。したがって、実装のためのコストを低減することができ、また、当該紫外線センサが用いられる機器の小型化を図ることができる。 In the ultraviolet sensor according to the present invention, the first and second current path providing electrodes are electrically connected to the first and second terminal electrodes, respectively, and the first and second terminal electrodes are laminated bodies. Therefore, no special lead electrode is required, and surface mounting can be applied for mounting. Therefore, the cost for mounting can be reduced, and downsizing of the device using the ultraviolet sensor can be achieved.
また、この発明に係る紫外線センサによれば、広い波長範囲にわたって、フラットな分光波長感度特性を得ることができる。その理由は次のように考えられる。 In addition, according to the ultraviolet sensor of the present invention, flat spectral wavelength sensitivity characteristics can be obtained over a wide wavelength range. The reason is considered as follows.
すなわち、この発明に係る紫外線センサは、n型のZnO層とp型の(Ni,Zn)O層との接合部に形成される空乏層に紫外線が当たったとき、ここにキャリアが励起され、光電流が生じ、この光電流を検知することによって、紫外線を検知するものであるが、電流経路として、前述した第1または第2の電流経路のほか、「第1の電流経路付与電極」→「(Ni,Zn)O層」→「第2の電流経路付与電極」または「第2の電流経路付与電極」→「(Ni,Zn)O層」→「第1の電流経路付与電極」などの電流経路もとり得るので、種々の電流経路をとることができる。また、電流が流れるZnO層、(Ni,Zn)O層、ならびに(Ni,Zn)O層とZnO層との界面は、多結晶体であるセラミックから構成されているので、バンドギャップも広がりをもっていると考えられる。これらのことから、この発明に係る紫外線センサによれば、感知し得る紫外線の波長が広域化し、また、感度特性がフラットになると考えられる。 That is, in the ultraviolet sensor according to the present invention, when ultraviolet light hits the depletion layer formed at the junction between the n-type ZnO layer and the p-type (Ni, Zn) O layer, carriers are excited here, A photocurrent is generated, and ultraviolet light is detected by detecting the photocurrent. In addition to the first or second current path described above, a “first current path application electrode” → “(Ni, Zn) O layer” → “second current path providing electrode” or “second current path providing electrode” → “(Ni, Zn) O layer” → “first current path providing electrode”, etc. Therefore, various current paths can be taken. In addition, the ZnO layer through which current flows, the (Ni, Zn) O layer, and the interface between the (Ni, Zn) O layer and the ZnO layer are made of polycrystalline ceramic, so that the band gap is widened. It is thought that there is. From these facts, according to the ultraviolet sensor according to the present invention, it is considered that the wavelength of the ultraviolet rays that can be detected is widened, and the sensitivity characteristic is flat.
また、この発明に係る紫外線センサによれば、紫外線の受光側に位置する第3の電流経路付与電極が細線をもって形成されているので、細線間の隙間において紫外線の透過が許容される。そして、このように細線をもって形成される第3の電流経路付与電極によれば、細線自身については紫外線を透過できないので、細線のエッジ部で特性を得るようにされるが、細線のエッジ部は、その距離を長く取ることができるので、感度を向上させることができる。 In the ultraviolet sensor according to the present invention, since the third current path providing electrode located on the ultraviolet light receiving side is formed with a thin line, the transmission of the ultraviolet light is allowed in the gap between the thin lines. And, according to the third current path providing electrode formed with a thin line in this way, since the thin line itself cannot transmit ultraviolet rays, characteristics are obtained at the edge portion of the thin line, but the edge portion of the thin line is Since the distance can be long, the sensitivity can be improved.
また、この発明に係る紫外線センサによれば、紫外線の受光側にZnO層を位置させているので、ZnO層と(Ni,Zn)O層との界面での紫外線の吸収効率を高くすることができる。 Further, according to the ultraviolet sensor according to the present invention, since the ZnO layer is located on the ultraviolet light receiving side, it is possible to increase the absorption efficiency of ultraviolet rays at the interface between the ZnO layer and the (Ni, Zn) O layer. it can.
この発明において、第3の電流経路付与電極を覆うように保護膜が設けられたり、第3の電流経路付与電極がZnO層内に設けられたりすると、紫外線センサの耐環境性を向上させることができるとともに、製造中または運搬中における表面傷を有利に防止することができる。 In this invention, when a protective film is provided so as to cover the third current path providing electrode, or when the third current path providing electrode is provided in the ZnO layer, the environmental resistance of the ultraviolet sensor can be improved. In addition, surface scratches during manufacture or transportation can be advantageously prevented.
特に、第3の電流経路付与電極がZnO層内に設けられていると、上述した効果に加えて、高湿環境下における暗抵抗(暗室における抵抗)の変化を抑えることができる。また、紫外線センサの製造に当たっては、ZnO層のための積層工程の途中で第3の電流経路付与電極を配置するようにZnO層を積層すればよく、積層工程の能率を低下させることがないばかりでなく、焼成工程については、第3の電流経路付与電極を内部に形成したZnO層について一体的に行なうことができるので、生産性の低下を招くことがないという効果が奏される。同様の効果は、ZnOと同様の六方晶の結晶形態を有するZn2SiO4からなる保護膜を形成する場合にも奏される。 In particular, when the third current path providing electrode is provided in the ZnO layer, in addition to the effects described above, it is possible to suppress changes in dark resistance (resistance in a dark room) under a high humidity environment. Further, in manufacturing the ultraviolet sensor, the ZnO layer may be laminated so that the third current path providing electrode is disposed in the middle of the lamination process for the ZnO layer, and the efficiency of the lamination process is not lowered. In addition, the firing step can be performed integrally with respect to the ZnO layer having the third current path providing electrode formed therein, so that the productivity is not reduced. The same effect is also achieved when a protective film made of Zn 2 SiO 4 having the same hexagonal crystal form as ZnO is formed.
他方、保護膜がガラスまたは樹脂から構成される場合にも、高湿環境下における暗抵抗の変化を抑えることができる。さらに、これらガラスまたは樹脂の材質を選ぶことにより、紫外線透過率を制御することができ、その結果、所望の感度波長を得ることも可能となる。 On the other hand, even when the protective film is made of glass or resin, the change in dark resistance under a high humidity environment can be suppressed. Furthermore, by selecting the glass or resin material, the ultraviolet transmittance can be controlled, and as a result, a desired sensitivity wavelength can be obtained.
この発明に係る紫外線センサが、第1および第2の電流経路付与電極が延びる面に対して直交する方向に延びかつ第1および第2の電流経路付与電極間の間隔の中心位置を通る面に関して対称の構造を有していると、前述した方向性を完璧になくすことができる。 An ultraviolet sensor according to the present invention relates to a surface extending in a direction orthogonal to a surface in which the first and second current path providing electrodes extend and passing through a center position of a distance between the first and second current path providing electrodes. If it has a symmetric structure, the aforementioned directionality can be completely eliminated.
この発明に係る紫外線センサにおいて、少なくともZnO層および(Ni,Zn)O層が一体に焼結させて得られたものである場合には、能率的な製造が可能になるばかりでなく、ZnO層と(Ni,Zn)O層との界面に微細な凹凸が生じやすく、そのため、界面の面積が大きくなり、また乱反射が生じることによって光が吸収されやすくなり、これらのことがより高い感度をもたらすことを可能にする。 In the ultraviolet sensor according to the present invention, when at least the ZnO layer and the (Ni, Zn) O layer are obtained by integrally sintering, not only efficient production is possible, but also the ZnO layer And the (Ni, Zn) O layer are likely to have fine irregularities, so that the area of the interface becomes large and light is easily absorbed due to irregular reflection, which leads to higher sensitivity. Make it possible.
図1は、この発明の第1の実施形態による紫外線センサ1を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an
紫外線センサ1は、ZnOを含む酸化物半導体からなる、ZnO層2と、ZnO層2に接するように設けられるものであって、ZnOがNiOに固溶してなる酸化物半導体からなる、(Ni,Zn)O層3とを含む、積層体4を備えている。
The
積層体4の、ZnO層2および(Ni,Zn)O層が延びる方向に対向する各端部上には、第1および第2の端子電極5および6がそれぞれ設けられている。
First and
(Ni,Zn)O層3内には、第1および第2の端子電極5および6にそれぞれ電気的に接続される第1および第2の電流経路付与電極7および8が互いの間に所定の間隔9を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられている。図2は、紫外線センサ1の、第1および第2の電流経路付与電極7および8が形成された面に沿う断面図である。
In the (Ni, Zn)
ZnO層2の外表面上には、第1および第2の電流経路付与電極7および8間の間隔9に対向するように第3の電流経路付与電極10が設けられている。図3は、紫外線センサ1の平面図であり、第3の電流経路付与電極10が形成されたZnO層2の外表面を示している。第3の電流経路付与電極10は、いずれの電極にも直接接続されないように設けられている。また、第3の電流経路付与電極10は、細線をもって形成される。図3に示した第3の電流経路付与電極10は、格子状に配置された細線によって形成されている。
On the outer surface of the
ZnO層2は、上述のように、ZnOを含む酸化物半導体からなるものであるが、ZnOを主成分としながら、たとえば、ドープ材として、Al、Co、In、Gaなどを含有したり、拡散物として、Fe族であるFe、Ni、Mnなどを含有したり、不純物として、Zr、Siなどを含有したりしていてもよい。特に、Zrは、粉砕時のメディアから生じるコンタミネーションとして含まれることがある。
As described above, the
(Ni,Zn)O層3は、(Ni1−xZnx)Oで表される組成を有するものであるが、xは0.2≦x≦0.4の範囲とされることが好ましい。これによって、良好な感度を安定して得ることができるからである。xが0.2未満では、(Ni,Zn)O層3とZnO層2とが同時焼成に得られる場合、互いの間で良好な接合状態が得られないことがあったり、また、(Ni,Zn)O層3の抵抗が上昇したりして、紫外線センサ1の出力が低下することがある。他方、xが0.4を越えると、(Ni,Zn)O層が焼成により得られる場合、(Ni,Zn)O層3中にZnO粒子が発生し、ZnO層2との間で良好な接合界面が得られず、紫外線センサ1の出力が低下することがある。
The (Ni, Zn)
(Ni,Zn)O層3は焼結体からなることが好ましい。(Ni,Zn)O層3が焼結体から構成されると、焼成時に生じる粒成長により、その表面、すなわちZnO層2との界面には必然的に微細な凹凸が形成される。この凹凸は、実効のある受光面積を増大させ、また、乱反射により光を吸収しやすい性質を与えることになり、結果として、受光感度を上昇させることができる。
The (Ni, Zn)
前述したZnO層2も、好ましくは、焼結体から構成される。なぜなら、ZnO層2が焼結体から構成されると、上述の(Ni,Zn)O層3と同時焼成によって得ることができ、紫外線センサ1の生産性を向上させることができるからである。
The
このような紫外線センサ1は、図1において紫外線の照射方向を矢印11で示すように、ZnO層2が紫外線の受光側に位置されるように用いられ、ZnO層2の外表面が紫外線の受光面とされる。
Such an
紫外線センサ1は、n型半導体であるZnOとp型半導体である(Ni,Zn)Oとをヘテロ接合した構造を有していて、紫外線を照射したとき発生するキャリアによって、その抵抗値が変化し、これを検知することによって、センサとして動作するものである。
The
紫外線センサ1において生じ得る電流経路としては、「第1の電流経路付与電極7」→「(Ni,Zn)O層3」→「(Ni,Zn)O層3とZnO層2との界面」→「ZnO層2」→「第3の電流経路付与電極10」→「ZnO層2」→「(Ni,Zn)O層3とZnO層2との界面」→「(Ni,Zn)O層3」→「第2の電流経路付与電極8」といった第1の電流経路、または「第2の電流経路付与電極8」→「(Ni,Zn)O層3」→「(Ni,Zn)O層3とZnO層2との界面」→「ZnO層2」→「第3の電流経路付与電極10」→「ZnO層2」→「(Ni,Zn)O層3とZnO層との界面」→「(Ni,Zn)O層3」→「第1の電流経路付与電極7」といった第2の電流経路があり、これら第1および第2の電流経路は、互いに逆方向であるが、いずれも、「(Ni,Zn)O層3とZnO層2との界面」すなわち(Ni,Zn)OとZnOとの間の障壁を順方向および逆方向へと2回流れることになる。この障壁は、第1の電流経路と第2の電流経路とにおいて同質であるため、いずれであっても抵抗値は変わらない。そのため、紫外線センサ1によれば、その方向性をなくすことができる。
Current paths that can occur in the
特に、この実施形態による紫外線センサ1は、完全対称の構造を有している。すなわち、紫外線センサ1は、第1および第2の電流経路付与電極7および8が延びる面に対して直交する方向に延びかつ第1および第2の電流経路付与電極7および8間の間隔の中心位置を通る面に関して対称の構造を有している。このことから、この実施形態による紫外線センサ1によれば、方向性を完璧になくすことができる。
In particular, the
また、この紫外線センサ1によれば、広い波長範囲にわたって、分光波長感度特性がフラットとなる。それは、次の理由によると考えられる。
Further, according to the
紫外線センサ1が感知する紫外線の波長は、n型半導体であるZnOのバンドギャップおよびp型半導体である(Ni,Zn)Oのバンドギャップによって決定される。ZnOのバンドギャップは約3.3eVであるので、ZnOが吸収する光は、波長が370nm近傍にピークを持つ。他方、(Ni,Zn)Oのバンドギャップは約4eVであるため,300nm近傍に吸収ピークをもつ。紫外線センサ1が感知する紫外線の波長は、これらピーク波長が複合して決まる。
The wavelength of ultraviolet light detected by the
紫外線センサ1は、電流経路として、前述した第1または第2の電流経路のほか、たとえば、「第1の電流経路付与電極7」→「(Ni,Zn)O層3」→「第2の電流経路付与電極8」または「第2の電流経路付与電極8」→「(Ni,Zn)O層3」→「第1の電流経路付与電極7」などの電流経路もとり得るので、種々の電流経路をとることができる。また、電流が流れるZnO層2、(Ni,Zn)O層3、ならびに(Ni,Zn)O層3とZnO層2との界面は、多結晶体であるセラミックで構成されているので、バンドギャップも広がりをもっていると考えられる。
In addition to the above-described first or second current path, the
これらのことから、この紫外線センサ1によれば、広い波長範囲にわたって、分光波長感度特性がフラットとなると考えられる。
From these things, according to this
紫外線センサ1において、前述したように、第3の電流経路付与電極10は細線をもって形成されている。第3の電流経路付与電極10自体は紫外線を透過しないため、そのエッジ部において特性を得るようにしなければならないが、上述のように細線をもって形成すれば、エッジ部の距離を長く取ることができるため、感度を向上させることができる。
In the
図4は、この発明の第2の実施形態による紫外線センサ1aを示す断面図である。図4において、図1に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 4 is a sectional view showing an
図4に示した紫外線センサ1aは、ZnO層2の外表面上に、第3の電流経路付与電極10を完全に覆うように保護膜14が設けられることを特徴としている。保護膜14は、たとえば、ZnO、Zn2SiO4、ガラスまたは樹脂から構成される。なお、保護膜14が、上述のように、ZnOから構成されるとき、別の観点から見れば、第3の電流経路付与電極10は、ZnO層2および14の内部に設けられるということになる。
The
保護膜14を設けると、光透過率を低下させるように作用するため、分光感度特性を低下させることは否めないが、それにもかかわらず、紫外線センサ1aの耐環境性を向上させることができるとともに、製造中や運搬中における表面傷の防止を図ることができる。
When the
保護膜14がZnOから構成されると、保護膜14は、紫外線センサ1aの高湿環境下における暗抵抗の変化を抑えるように作用する。また、保護膜14がZnOから構成されると、ZnO層2および保護膜14を一体焼結により形成することができる。なお、ZnOのほか、同様の六方晶の結晶形態を有するZn2SiO4を保護膜14の材料として用いた場合にも、ZnOの場合と同様の効果が得られることが確認されている。
When the
また、保護膜14をガラスまたは樹脂から構成すると、その材質を選ぶことにより、紫外線透過率を制御することが可能となり、その結果、保護膜14に対して、所望の感度波長を得る機能を与えることができる。また、保護膜14がガラスまたは樹脂から構成される場合にも、高湿環境下における暗抵抗の変化を抑えることができる。
Further, when the
図5ないし図10は、それぞれ、この発明の第3ないし第8の実施形態を説明するための図3に相当する図である。これら第3ないし第8の実施形態は、第3の電流経路付与電極10についての種々の変形例を与えるものである。図5ないし図10において、図3に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
FIGS. 5 to 10 are views corresponding to FIG. 3 for explaining the third to eighth embodiments of the present invention, respectively. These third to eighth embodiments provide various modifications of the third current
図5に示した第3の電流経路付与電極10aは、ZnO層2の長手方向に櫛歯を向けた状態で櫛歯状に配置された細線をもって形成されている。
The third current
図6に示した第3の電流経路付与電極10bは、メッシュ状に配置された細線をもって形成されている。
The third current
図7に示した第3の電流経路付与電極10cは、互いに平行に並べられた複数の細線をもって形成されている。
The third current
図8に示した第3の電流経路付与電極10dは、ZnO層2の長手方向と直交する方向に櫛歯を向けた状態で櫛歯状に配置された細線をもって形成されている。
The third current
図9に示した第3の電流経路付与電極10eは、行および列方向に配置された複数の円状の細線をもって形成されている。
The third current
図10に示した第3の電流経路付与電極10fは、ミアンダ状に延びる複数の細線をもって形成されている。
The third current
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。 Next, experimental examples carried out to confirm the effects of the present invention will be described.
1.実験例1
まず、ZnO層となるべきグリーンシートを作製するため、ZnOおよびAl2O3の各原料無機粉末を、それぞれ、ZnOおよびAlO3/2に換算して、99.99モル%および0.01モル%となるように秤量し、これらに純水を加え、PSZ(部分安定化ジルコニア)ビーズをメディアとして、ボールミルにて平均粒径0.5μm以下となるように混合粉砕処理した。
1. Experimental example 1
First, in order to produce a green sheet to be a ZnO layer, each raw material inorganic powder of ZnO and Al 2 O 3 is converted into ZnO and AlO 3/2 , respectively, 99.99 mol% and 0.01 mol %, And pure water was added thereto, and PSZ (partially stabilized zirconia) beads were used as media to carry out a mixing and pulverizing treatment using a ball mill so that the average particle size was 0.5 μm or less.
次いで、混合粉砕処理したスラリーを脱水乾燥し、50μm程度の粒径となるように造粒した後、1200℃の温度で2時間仮焼した。次に、このようにして得られた仮焼粉末に、再び、純水を加え、PSZビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径0.5μmになるまで混合粉砕処理した。 Next, the mixed and pulverized slurry was dehydrated and dried, granulated to a particle size of about 50 μm, and calcined at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours. Next, pure water was again added to the calcined powder thus obtained, and mixed and pulverized with a ball mill using PSZ beads as a medium until the average particle size became 0.5 μm.
次に、混合粉砕処理後のスラリーを脱水乾燥した後、有機溶剤および分散剤を加えて混合し、さらにバインダおよび可塑剤を加えて成形用のスラリーとし、このスラリーにドクターブレード法を適用して、ZnO層となるべき厚み10μmのグリーンシートを得た。 Next, after the slurry after the mixing and pulverization treatment is dehydrated and dried, an organic solvent and a dispersant are added and mixed, and a binder and a plasticizer are further added to form a molding slurry, and a doctor blade method is applied to this slurry. A green sheet having a thickness of 10 μm to be a ZnO layer was obtained.
他方、(Ni,Zn)O層となるべきグリーンシートを作製するため、NiOおよびZnOの各原料無機粉末を、それぞれ、NiOおよびZnOに換算して、70モル%および30モル%となるように秤量し、これに純水を加え、PSZビーズをメディアとして、ボールミルにて平均粒径0.5μm以下となるように混合粉砕処理した。 On the other hand, in order to produce a green sheet to be a (Ni, Zn) O layer, the raw material inorganic powders of NiO and ZnO are converted to NiO and ZnO, respectively, so as to be 70 mol% and 30 mol%, respectively. Weighed, pure water was added thereto, and PSZ beads were used as a medium, and mixed and pulverized by a ball mill so that the average particle size was 0.5 μm or less.
次いで、混合粉砕処理したスラリーを脱水乾燥し、50μm程度の粒径となるように造粒した後、1200℃の温度で2時間仮焼した。次に、このようにして得られた仮焼粉末に、再び、純水を加え、PSZビーズをメディアとして、ボールミルにて平均粒径0.5μmになるまで混合粉砕処理した。 Next, the mixed and pulverized slurry was dehydrated and dried, granulated to a particle size of about 50 μm, and calcined at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours. Next, pure water was again added to the calcined powder thus obtained, and the mixture was pulverized using a PSZ bead as a medium until the average particle size became 0.5 μm.
次に、混合粉砕処理後のスラリーを脱水乾燥した後、有機溶剤および分散剤を加えて混合し、さらにバインダおよび可塑剤を加えて成形用のスラリーとし、このスラリーにドクターブレード法を適用して、(Ni,Zn)O層となるべき厚み10μmのグリーンシートを得た。 Next, after the slurry after the mixing and pulverization treatment is dehydrated and dried, an organic solvent and a dispersant are added and mixed, and a binder and a plasticizer are further added to form a molding slurry, and a doctor blade method is applied to this slurry. A green sheet having a thickness of 10 μm to be a (Ni, Zn) O layer was obtained.
次に、上記のようにして得られたZnO層用グリーンシートの上および(Ni,Zn)O層用グリーンシートの特定のものの上に、図1ないし図3に示すようなパターンの第1ないし第3の電流経路付与電極7、8および10がそれぞれ形成されるように、Pd粉末を導電成分として含むPdペーストをスクリーン印刷した後、60℃の温度で1時間乾燥した。
Next, on the ZnO layer green sheet obtained as described above and on a specific one of the (Ni, Zn) O layer green sheets, the first to the patterns shown in FIGS. A Pd paste containing Pd powder as a conductive component was screen printed so that the third current
次に、図1に示したような構造の積層体4が得られるように、(Ni,Zn)O層用グリーンシートを全部で0.5mmの厚みとなるように重ね、その上に、第1および第2の電流経路付与電極7および8となるべきパターンが印刷された(Ni,Zn)O層用グリーンシートを、印刷面が下方に向く状態で重ね、さらにその上に、第3の電流経路付与電極10となるべきパターンが印刷されたZnO層用グリーンシートを印刷面が上方に向く状態で重ねた。そして、これらグリーンシートを積層して得られた生の積層体を金型に入れ、20MPaの圧力で圧着した後、図1に示したような構造の積層体4が取り出され得る寸法および形状にカットした。
Next, in order to obtain the
次に、上述のようにカットされた生の積層体を450℃の温度でゆっくりとかつ十分に脱脂した後、1250℃の温度で5時間焼成した。このようにして、図1に示したような構造の焼結後の積層体4を得た。
Next, the raw laminate cut as described above was degreased slowly and sufficiently at a temperature of 450 ° C., and then fired at a temperature of 1250 ° C. for 5 hours. In this way, a
次に、図1ないし図3に示すような第1および第2の端子電極5および6を形成するため、焼結後の積層体4の、第1および第2の電流経路付与電極7および8がそれぞれ導出された各端部上に、Ag粉末を導電成分として含むAgペーストを塗布し、800℃の温度で10分間焼き付けた。
Next, in order to form the first and second
以上のようにして得られた、この発明の実施例に係る紫外線センサ1について、1Vのバイアス電圧をかけ、暗室において分光器を用い、600nmから200nmまでの単色光(精度:±0.1nm)を1nmおきに紫外線センサ1の第3の電流経路付与電極10が形成された面に照射し、抵抗を調べた。そして、各波長の単色光は強度が変化するため、複数の紫外線センサ1を用いて、光の強度を測り、1mW/cm2の光強度に換算して抵抗変化を見積もり、センサの感度とした。その結果が図12に示されている。
With respect to the
他方、比較例として、図11に示すような構造の紫外線センサ21を作製し、上記と同様の評価を行なった。図11において、図1に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付している。
On the other hand, as a comparative example, an
図11に示した紫外線センサ21は、ZnO層2と(Ni,Zn)O層3とを含む、積層体4を備えている。(Ni,Zn)O層3内には、一方の電流経路付与電極22が設けられ、ZnO層2の外表面上には、他方の電流経路付与電極23が設けられる。後者の電流経路付与電極23は、図3によく示されている第3の電流経路付与電極10と同様の細線で形成されたパターンを有している。積層体4の一方端部には、電流経路付与電極22に電気的に接続される端子電極24が設けられる。また、ZnO層2上に設けられる電流経路付与電極23が他方の端子電極として用いられる。このような紫外線センサ21についての感度が図12において比較例として示されている。
The
さらに、市販の他の形式の紫外線センサ、すなわち、GaPAs系センサおよびダイヤモンド系センサについても同様の評価を行なった。これらの評価結果についても、図12に示されている。 Furthermore, the same evaluation was performed for other types of commercially available ultraviolet sensors, that is, GaPAs sensors and diamond sensors. These evaluation results are also shown in FIG.
なお、図12において、感度は、各試料間で評価方法が異なるため、相対比較とした。 In FIG. 12, the sensitivity is a relative comparison because the evaluation method differs between the samples.
図12からわかるように、この発明の実施例に係る紫外線センサによれば広い波長範囲にわたって、フラットな分光波長感度特性が得られている。 As can be seen from FIG. 12, according to the ultraviolet sensor of the embodiment of the present invention, a flat spectral wavelength sensitivity characteristic is obtained over a wide wavelength range.
また、実施例に係る紫外線センサ1の暗抵抗は、第1の電流経路付与電極7から第2の電流経路付与電極8に電流を流したとき、10.4MΩであり、逆に第2の電流経路付与電極8から第1の電流経路付与電極7へ電流を流したとき、10.3MΩであった。このことから、方向性が実質的にないことがわかる。
The dark resistance of the
他方、図11に示した比較例に係る紫外線センサ21では、電流経路付与電極23から電流経路付与電極22へ電流を流したとき、8.5MΩであり、逆に、電流経路付与電極22から電流経路付与電極23へ電流を流したとき、0.3MΩであった。このことから、電流方向を変えることにより、抵抗が大きく変わっていることがわかる。
On the other hand, in the
2.実験例2
実験例2では、実験例1におけるグリーンシートを重ねる工程において、第3の電流経路付与電極10となるパターンが印刷されたZnO層用グリーンシートを重ねた後、さらにその上に、何らの電極も印刷されないZnO層用グリーンシートを重ねた、生の積層体を作製したことを除いて、実験例1の場合と同様の工程を経て、図4に示すように、ZnOからなる保護膜14を備える紫外線センサ1aを得た。
2. Experimental example 2
In Experimental Example 2, in the process of stacking the green sheets in Experimental Example 1, after stacking the ZnO layer green sheets on which the pattern to be the third current
そして、このようにZnOからなる保護膜14を備える紫外線センサ1aについて、実験例1の場合と同様の方法によってセンサの感度を求めた。その結果が、図13において「ZnO保護膜あり」として示されている。図13には、図12に示した「保護膜なし」の実施例に係る紫外線センサ1の感度も示されている。図13からわかるように、「ZnO保護膜あり」の紫外線センサ1aでは、「保護膜なし」の紫外線センサ1に比べて、感度が少し落ちている。
And about the
また、暗抵抗の経時変化についても評価した。その結果が図14に示されている。図14に示すように、「ZnO保護膜あり」の紫外線センサ1aによれば、実験例1において得られた「保護膜なし」の紫外線センサ1に比べて、高湿環境下における暗抵抗の変化が抑えられている。図14には、温度80℃、相対湿度95%の湿度槽に置かれた紫外線センサの暗抵抗の変化を1000時間経過するまで調べた結果が示されている。
Moreover, the time-dependent change of dark resistance was also evaluated. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 14, according to the
図14には、さらに、実験例1で得られた紫外線センサ1の受光面上にエポキシ樹脂からなる保護膜を形成したものの暗抵抗変化率が「エポキシ樹脂保護膜あり」として示され、さらに、実験例1で得られた紫外線センサ1の受光面上にアルカリ性ガラスからなる保護膜を形成したものの暗抵抗変化率が「ガラス保護膜あり」として示されている。これら「エポキシ樹脂保護膜あり」および「ガラス保護膜あり」の各紫外線センサについても、高湿環境下における暗抵抗の変化を抑える作用があることがわかる。
In FIG. 14, the dark resistance change rate of the protective film made of the epoxy resin formed on the light receiving surface of the
1,1a 紫外線センサ
2 ZnO層
3 (Ni,Zn)O層
4 積層体
5 第1の端子電極
6 第2の端子電極
7 第1の電流経路付与電極
8 第2の電流経路付与電極
9 間隔
10,10a〜10f 第3の電流経路付与電極
11 紫外線の照射方向を示す矢印
14 保護膜
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ZnO層に接するように設けられるものであって、ZnOがNiOに固溶してなる酸化物半導体からなる、(Ni,Zn)O層と
を含む、積層体を備え、
前記積層体の、前記ZnO層および前記(Ni,Zn)O層が延びる方向に対向する各端部上に、第1および第2の端子電極がそれぞれ設けられ、
前記(Ni,Zn)O層内には、前記第1および第2の端子電極にそれぞれ電気的に接続される第1および第2の電流経路付与電極が互いの間に所定の間隔を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられ、
前記ZnO層の外表面上には、前記第1および第2の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第3の電流経路付与電極が設けられ、
前記ZnO層が、紫外線の受光側に位置されるように用いられる、
紫外線センサ。 A ZnO layer made of an oxide semiconductor containing ZnO;
A layered product including an (Ni, Zn) O layer, which is provided in contact with the ZnO layer and is made of an oxide semiconductor in which ZnO is dissolved in NiO;
A first terminal electrode and a second terminal electrode are provided on each end of the stacked body facing each other in a direction in which the ZnO layer and the (Ni, Zn) O layer extend.
In the (Ni, Zn) O layer, first and second current path providing electrodes electrically connected to the first and second terminal electrodes, respectively, are spaced apart from each other by a predetermined distance. Provided to be on the same plane,
On the outer surface of the ZnO layer, there is provided a third current path providing electrode which is formed with a thin line so as to face the interval between the first and second current path providing electrodes and which is not directly connected to any electrode. Provided,
The ZnO layer is used to be positioned on the ultraviolet light receiving side.
UV sensor.
前記ZnO層に接するように設けられるものであって、ZnOがNiOに固溶してなる酸化物半導体からなる、(Ni,Zn)O層と
を含む、積層体を備え、
前記積層体の、前記ZnO層および前記(Ni,Zn)O層が延びる方向に対向する各端部上に、第1および第2の端子電極がそれぞれ設けられ、
前記(Ni,Zn)O層内には、前記第1および第2の端子電極にそれぞれ電気的に接続される第1および第2の電流経路付与電極が互いの間に所定の間隔を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられ、
前記ZnO層内には、前記第1および第2の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第3の電流経路付与電極が設けられ、
前記ZnO層が、紫外線の受光側に位置されるように用いられる、
紫外線センサ。 A ZnO layer made of an oxide semiconductor containing ZnO;
A layered product including an (Ni, Zn) O layer, which is provided in contact with the ZnO layer and is made of an oxide semiconductor in which ZnO is dissolved in NiO;
A first terminal electrode and a second terminal electrode are provided on each end of the stacked body facing each other in a direction in which the ZnO layer and the (Ni, Zn) O layer extend.
In the (Ni, Zn) O layer, first and second current path providing electrodes electrically connected to the first and second terminal electrodes, respectively, are spaced apart from each other by a predetermined distance. Provided to be on the same plane,
In the ZnO layer, there is provided a third current path providing electrode which is formed with a thin line so as to face the interval between the first and second current path providing electrodes and which is not directly connected to any electrode,
The ZnO layer is used to be positioned on the ultraviolet light receiving side.
UV sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007148751A JP2008305815A (en) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Ultraviolet sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007148751A JP2008305815A (en) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Ultraviolet sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008305815A true JP2008305815A (en) | 2008-12-18 |
Family
ID=40234310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007148751A Pending JP2008305815A (en) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Ultraviolet sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008305815A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011014710A (en) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Murata Mfg Co Ltd | Ultraviolet sensor |
-
2007
- 2007-06-05 JP JP2007148751A patent/JP2008305815A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011014710A (en) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Murata Mfg Co Ltd | Ultraviolet sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3952076B1 (en) | UV sensor | |
JP5062422B2 (en) | UV sensor | |
US8624703B2 (en) | Semiconductor ceramic element and method for producing same | |
CN103928540B (en) | Photodetector | |
JP2005136177A (en) | Group iii-v nitride semiconductor element | |
JP5446587B2 (en) | Ultraviolet sensor and manufacturing method thereof | |
US9318627B2 (en) | Semiconductor radiation detector | |
US20130092933A1 (en) | Ultraviolet sensor and method for manufacturing the same | |
US11367799B2 (en) | Broadband multi-purpose optical device and methods of manufacturing and operating the same | |
JP2007201393A (en) | Photovoltaic ultraviolet sensor | |
US9064987B2 (en) | Photodiode-type ultraviolet sensor having a stacked structure and method for producing the same | |
JP5251282B2 (en) | Manufacturing method of ultraviolet sensor | |
JP2008305815A (en) | Ultraviolet sensor | |
JP5779005B2 (en) | Ultraviolet light receiving element and manufacturing method thereof | |
US9960338B2 (en) | Laminated thermoelectric conversion element | |
JP5459566B2 (en) | Manufacturing method of ultraviolet sensor | |
US9530909B2 (en) | Photodiode and ultraviolet sensor | |
JP5534564B2 (en) | Manufacturing method of ultraviolet sensor | |
JP5348117B2 (en) | Mounting structure of electrostatic protection element | |
JP2011060953A (en) | Optical sensor | |
JPWO2011158827A1 (en) | Ultraviolet sensor and method for manufacturing ultraviolet sensor | |
KR101470000B1 (en) | Solar cell and method of fabricating the same | |
JPWO2010038785A1 (en) | Optical sensor and manufacturing method thereof |