JP2012154685A - 熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 熱型光検出器は、基板10と、基板に対して空洞部102を介して支持される支持部材215と、記支持部材上に形成されている熱検出素子220と、熱検出素子220および支持部材215上において、熱検出素子220に接して形成されている第1光吸収層270と、第1光吸収層上において第1光吸収層に接して形成され、かつ、第1光吸収層よりも高い屈折率を有する第2光吸収層272と、支持部材215の表面と第2光吸収層272の上面との間で第1波長が共振し、第1光吸収層270と第2光吸収層272とが接する界面RLと第2光吸収層272の上面との間で前記第1波長とは異なる第2波長が共振する。
【選択図】 図1
Description
図1(A)〜図1(C)は、熱型光検出器の一例の断面構造と、第1光吸収層、第2光吸収層ならびに支持部材で使用される材料の例を示す図である。図1(A)では、単独の熱型光検出器を示しているが、複数の熱型光検出器を、例えばマトリクス状に配置して、熱型光検出器アレイ(すなわち熱型検出装置)を構成することもできる。図1(A)に示される熱型光検出器は、焦電型赤外線検出器(光センサーの一種)200である(但し、一例であり、これに限定されるものではない)。
図1(A)に示される熱型光検出器200は、最上層において空洞部(凹部)102が形成されている多層構造体150と、多層構造体150上に形成されている素子構造体160と、を有する。
上述のとおり、図1(A)に示される熱型光検出器200では、異なる共振波長をもつ2個の光共振器が構成される。異なる2つの波長λ1,λ2において共振ピークが生じることから、熱型光検出器200が検出可能な光の波長帯域(波長幅)を広げることができる。
第1光吸収層270、第2光吸収層272ならびに支持部材215で使用される材料の例が、図1(B)および図1(C)に示されている。図1(B)の例では、支持部材215は、下層のシリコン窒化膜(SiN)211a/シリコン酸化膜(SiO)211b/上層のシリコン窒化膜(SiN)211cの3層の積層膜で構成される。また、第1光吸収層270および第2光吸収層272は共にシリコン酸化膜で構成される。但し、各光吸収層を成膜する際の成膜条件を異ならせることによって、第1光吸収層270の屈折率を、第2光吸収層272の屈折率よりも高く設定している。第2光吸収層272は低屈折率層であり、第1光吸収層270は第1高屈折率層である。
図2(A)および図2(B)は、2つの光共振器が構成される場合における熱型光検出器の検出感度の一例、ならびに支持部材上に延在する配線部分による集熱効果を示す図である。
以下、図3〜図5を参照して、熱型光検出器の製造方法の一例について説明する。
図6は、本発明の熱型光検出器の他の例の構成を示す図である。図6に示される熱型光検出器の基本的な構造は、図1に示される熱型光検出器の構造と同じである。但し、図6の例では、平面視での第2コンタクト電極228の面積(大きさ)が、焦電キャパシター230を構成する第2電極(上部電極)236の平面視での面積(大きさ)よりも大きく設定されており、この点で、図1の例とは異なる。
図7は、熱型光検出装置(熱型光検出アレイ)の回路構成の一例を示す回路図である。図7の例では、複数の光検出セル(すなわち、熱型光検出器200a〜200d等)が、2次元的に配置されている。複数の光検出セル(熱型光検出器200a〜200d等)の中から一つの光検出セルを選択するために、走査線(W1a,W1b等)と、データ線(D1a,D1b等)が設けられている。
図8は、電子機器の構成の一例を示す図である。電子機器としては、例えば、赤外線センサー装置、サーモグラフィー装置、車載用夜間カメラや監視カメラ等が挙げられる。
50 第3絶縁層、
100 多層構造体、102 空洞部(熱分離空洞部)、
129 多層配線構造、130a〜130d エッチングストッパー膜、
150 多層構造体、200 熱型光検出器、215 支持部材(メンブレン)、
222 第1配線、226 第1コンタクト電極、228 第2コンタクト電極、
229 第2配線、230 焦電キャパシター、232 焦電材料層(PZT層等)、
234 第1電極(下部電極)、236 第2電極(上部電極)、250 絶縁層、
252、254 第1コンタクトホールおよび第2コンタクトホール、
270 第1光吸収層、272 第2光吸収層、
Q1 第1配線222の、支持部材の表面上に延在する部分、
Q2 第2配線229の、支持部材の表面上に延在する部分
Claims (10)
- 基板と、
前記基板に対して空洞部を介して支持される支持部材と、
前記支持部材上に形成されている熱検出素子と、
前記熱検出素子および前記支持部材上において、前記熱検出素子に接して形成されている第1光吸収層と、
前記第1光吸収層上において前記第1光吸収層に接して形成され、かつ、前記第1光吸収層よりも高い屈折率を有する第2光吸収層と、を有し、
前記支持部材の表面と前記第2光吸収層の上面との間で第1波長が共振し、
前記第1光吸収層と前記第2光吸収層とが接する界面と、前記第2光吸収層の上面との間で、前記第1波長とは異なる第2波長が共振することを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1記載の熱型光検出器であって、
前記支持部材の表面と、前記第2光吸収層の上面とが平行であり、かつ、
前記第1光吸収層と前記第2光吸収層とが接する界面と、前記第2光吸収層の上面とが平行であり、
前記第1波長をλ1としたとき、前記支持部材の表面と第2光吸収層の上面との間の距離がm・(λ1/4)(mは1以上の整数)の関係を満足し、
前記第2波長をλ2としたとき、前記第1光吸収層と前記第2光吸収層とが接する界面と、前記第2光吸収層の上面との間の距離を、n・(λ2/4)(nは1以上の整数)の関係を満足することを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1または請求項2記載の熱型光検出器であって、
前記支持部材の表面は、前記第1光吸収層よりも高い屈折率を有する材料層の表面であることを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1または請求項2記載の熱型光検出器であって、
前記支持部材の表面は、光を反射する光反射特性を有する材料層の表面であることを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記熱検出素子に接続される配線の、前記支持部材の表面上に延在する部分の少なくとも一部は、前記第1光吸収層によって覆われていることを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記熱検出素子は、焦電材料層を、前記支持部材側の第1電極ならびに前記第2光吸収層側の第2電極によって挟んだ構造をもつ焦電キャパシターと、前記第1電極に接続される第1コンタクト電極と、前記第2電極に接続される第2コンタクト電極と、を有し、
前記第2コンタクト電極の平面視における面積は、前記第2電極の平面視における面積よりも大きいことを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項6に記載の熱型光検出器であって、
前記第2光吸収層は前記第2コンタクト電極に接して形成されることを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の熱型光検出器が複数、2次元配置されていることを特徴とする熱型光検出装置。
- 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の熱型光検出器と、前記熱型光検出器の出力を処理する制御部と、を有することを特徴とする電子機器。
- 基板の主面上に絶縁層を含む構造体を形成し、前記構造体の少なくとも最上層の一部を除去して凹部を形成し、前記凹部の内表面上にエッチングストッパー膜を形成した後、前記凹部内に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を含む前記構造体上に支持部材を形成し、前記支持部材上に熱検出素子を形成する工程と、
前記熱検出素子および前記支持部材上において、前記熱検出素子に接して第1光吸収層を形成する工程と、
前記第1光吸収層上において前記第1光吸収層に接して、前記第1光吸収層よりも高い屈折率を有する第2光吸収層を形成する工程と、を含み、
前記第1光吸収層の厚みと前記第2光吸収層の厚みとを合算した厚みを、第1波長をλ1としたとき、m・(λ1/4)(mは1以上の整数)の関係を満足する厚みとし、
前記第2光吸収層の厚みを、第2波長をλ2としたとき、n・(λ2/4)(nは1以上の整数)の関係を満足する厚みとすることを特徴とする熱型光検出器の製造方法。
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