JP2016092336A - 焦電体、焦電素子、焦電素子の製造方法、熱電変換素子、熱電変換素子の製造方法、熱型光検出器、熱型光検出器の製造方法および電子機器 - Google Patents

焦電体、焦電素子、焦電素子の製造方法、熱電変換素子、熱電変換素子の製造方法、熱型光検出器、熱型光検出器の製造方法および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を提供する。
【解決手段】焦電体は、鉄、マンガン、ビスマスおよびガドリニウムを含んだ酸化物を含み、酸化物はペロブスカイト型結晶構造を有し、Ａサイト元素の原子数の総和に対するガドリニウムの原子数の比率が、８．０原子％以上１８原子％以下である。酸化物は、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するマンガンの原子数の比率が、１．０原子％以上２．０原子％以下であるのが好ましい。Ｂサイト元素の原子数の総和に対するチタンの原子数の比率が、０原子％以上４．０原子％以下であるのが好ましい。焦電体は、−４０℃以上４０℃以下の範囲の環境温度で用いられるものであるのが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、焦電体、焦電素子、焦電素子の製造方法、熱電変換素子、熱電変換素子の製造方法、熱型光検出器、熱型光検出器の製造方法および電子機器に関する。
温度変化によって分極（表面電荷）が変化する現象（焦電効果）を示す物質である焦電体が知られている。
そして、光センサーとして、物体から放射された光を光吸収層によって吸収し、光を熱に変換し、温度の変化を熱検出素子によって測定する熱型光検出器が知られている。
熱型光検出器には、各種のものがあるが、感度に優れるという点で、焦電体を含む材料で構成された焦電素子を備えたものが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
焦電素子を構成する材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛が用いられてきたが、この材料は、構成元素として、鉛（Ｐｂ）を含むものであるため、環境問題等の観点から好ましくない。
また、チタン酸ジルコン酸鉛以外の焦電体を用いる試みもあるが、従来においては、高い焦電係数（感度）を安定的に得ることができなかった。
特開２０１３−１３４０８１号公報
本発明の目的は、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を提供すること、前記焦電体を含む材料で構成された焦電素子を提供すること、前記焦電素子を効率よく製造することができる焦電素子の製造方法を提供すること、前記焦電素子を備えた熱電変換素子を提供すること、前記熱電変換素子を効率よく製造することができる熱電変換素子の製造方法を提供すること、前記焦電素子を備えた熱型光検出器を提供すること、前記熱型光検出器を効率よく製造することができる熱型光検出器の製造方法を提供すること、また、前記熱型光検出器を備えた電子機器を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の焦電体は、鉄、マンガン、ビスマスおよびガドリニウムを含んだ酸化物を含み、
前記酸化物はペロブスカイト型結晶構造を有し、
前記酸化物は、Ａサイト元素の原子数の総和に対する前記ガドリニウムの原子数の比率が、８．０原子％以上１８原子％以下であることを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を提供することができる。
本発明の焦電体では、前記酸化物は、Ｂサイト元素の原子数の総和に対する前記マンガンの原子数の比率が、１．０原子％以上２．０原子％以下であることが好ましい。
これにより、優れた絶縁性と優れた残留分極量とをより高いレベルで両立することができる。
本発明の焦電体では、前記酸化物は、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するチタンの原子数の比率が、０原子％以上４．０原子％以下であることが好ましい。
これにより、優れた絶縁性と優れた残留分極量とをより高いレベルで両立することができる。
本発明の焦電体は、−４０℃以上４０℃以下の範囲の環境温度で用いられるものであることが好ましい。
これにより、焦電体の焦電係数（感度）を特に高く、また、焦電係数（感度）の安定性を特に高いものとすることができる。また、このような温度範囲は、実用性の高い温度範囲であり、本発明の焦電体がこのような温度範囲で用いられるものであることにより、焦電体の適用範囲は十分に広いものとなる。
本発明の焦電素子は、第１電極と、
本発明の焦電体と、
第２電極とを備えることを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い焦電素子を提供することができる。
本発明の焦電素子の製造方法は、第１電極と、本発明の焦電体と、第２電極とを積層する工程を有することを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い焦電素子を効率よく製造することができる焦電素子の製造方法を提供することができる。
本発明の熱電変換素子は、本発明の焦電素子と、
光吸収層と、
焦電素子と光吸収層との間に設けられた絶縁層とを有することを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い熱電変換素子を提供することができる。
本発明の熱電変換素子の製造方法は、本発明の焦電素子を形成する工程と、
前記焦電素子の少なくとも一部を被覆するように絶縁層を介して光吸収層を形成する工程とを有することを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い熱電変換素子を効率よく製造することができる熱電変換素子の製造方法を提供することができる。
本発明の熱型光検出器は、本発明の焦電素子を備えたことを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い熱型光検出器を提供することができる。
本発明の熱型光検出器は、本発明の焦電素子の製造方法を用いて製造された焦電素子を備えることを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い熱型光検出器を提供することができる。
本発明の熱型光検出器の製造方法は、基板および犠牲層を有するベース部材を用意する工程と、
前記ベース部材の前記犠牲層が設けられた側の面に支持部材を形成する工程と、
前記支持部材上に、本発明の焦電素子を形成する工程と、
絶縁層を介して前記焦電素子の外表面を被覆するように光吸収層を形成する工程と、
前記支持部材をパターニングする工程と、
前記犠牲層をエッチングする工程とを有することを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い熱型光検出器を効率よく製造することができる熱型光検出器の製造方法を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の熱型光検出器を備えたことを特徴とする。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い電子機器を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の熱型光検出器の製造方法を用いて製造された熱型光検出器を備えることを特徴とする電子機器。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる焦電体を備えた信頼性の高い電子機器を提供することができる。
本発明の第１実施形態における熱型光検出器の平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第２実施形態における熱型光検出器の平面図である。 本発明の第３実施形態における熱型光検出装置を示す平面図である。 本発明の好適な実施形態の電子機器の構成図である。 本発明の好適な実施形態の電子機器のセンサーデバイスの構成図である。 本発明の好適な実施形態の電子機器としてのテラヘルツカメラの構成図である。
以下、添付する図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細な説明をする。
《焦電体》
まず、本発明の焦電体について説明する。
本発明の焦電体は、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）およびガドリニウム（Ｇｄ）を含んだ酸化物を含むものである。
そして、前記酸化物は、ペロブスカイト型結晶構造を有するものであり、Ａサイト元素の原子数の総和に対するガドリニウム（Ｇｄ）の原子数の比率が、８．０原子％以上１８原子％以下である。
このような構成であることにより、焦電体は、ダブルヒステリシス性を有するものとなり、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）を有するものとなる。
これに対し、上記のような条件を満たさない場合には、満足な結果が得られない。
例えば、ペロブスカイト型結晶構造のＡサイト元素の原子数の総和に対するガドリニウム（Ｇｄ）の原子数の比率が前記下限値未満であると、酸化物は、例えば、強誘電体のヒステリシス特性を有するものとなり、十分な焦電係数（感度）が得られない。
また、ペロブスカイト型結晶構造のＡサイト元素の原子数の総和に対するガドリニウム（Ｇｄ）の原子数の比率が前記上限値を超えると、酸化物は、例えば、常誘電体や常誘電体に近い特性を示すものとなり、電解誘起相転移が起こりにくく、焦電係数（感度）が低いものとなる。
また、ランタン（Ｌａ）等のガドリニウム（Ｇｄ）以外のＡサイト元素を用いることにより高い焦電係数を得ることも考えられるが、このような場合、焦電係数の安定性（例えば、温度変化が生じた場合の安定性）が著しく低下する。また、ランタン（Ｌａ）等のガドリニウム（Ｇｄ）以外のＡサイト元素を用いた場合、通常、室温付近での焦電係数は著しく低いものとなるため、利用価値が低い。
なお、本明細書において、所定の数値について、「以上」、「以下」という表現は、当該数値を含む範囲について用い、「未満」、「超える」という表現は、当該数値を含まない範囲について用いるものとする。
前述したように、本発明においては、ペロブスカイト型結晶構造のＡサイト元素の原子数の総和に対するガドリニウム（Ｇｄ）の原子数の比率は、８．０原子％以上１８原子％以下であればよいが、１０原子％以上１８原子％以下であるのが好ましく、１３原子％以上１７原子％以下であるのがより好ましい。
これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
本発明の焦電体では、ペロブスカイト型結晶構造をなす酸化物は、Ａサイト元素として、ビスマス（Ｂｉ）およびガドリニウム（Ｇｄ）を含むものであるが、これら以外のＡサイト元素（その他のＡサイト元素）を含むものであってもよい。このような元素としては、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ等の各種ランタノイド元素や、Ｂａ、Ｃａが挙げられる。このように、その他のＡサイト元素を含む場合であっても、Ａサイト元素の原子数の総和に対するその他のＡサイト元素の含有率は、７．０原子％以下であるのが好ましく、５．０原子％以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
本発明の焦電体では、ペロブスカイト型結晶構造をなす酸化物は、Ｂサイト元素として、鉄（Ｆｅ）およびマンガン（Ｍｎ）を含むものであるが、これら以外のＢサイト元素（その他のＢサイト元素）を含むものであってもよい。このような元素としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）等が挙げられる。このように、その他のＢサイト元素を含む場合であっても、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するその他のＢサイト元素の含有率は、５．０原子％以下であるのが好ましく、４．０原子％以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
焦電体を構成する酸化物における、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するマンガン（Ｍｎ）の原子数の比率は、特に限定されないが、１．０原子％以上２．０原子％以下であるのが好ましく、１．２原子％以上１．８原子％以下であるのがより好ましい。
これにより、優れた絶縁性と優れた残留分極量とをより高いレベルで両立することができる。
焦電体を構成する酸化物における、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するチタン（Ｔｉ）の原子数の比率は、特に限定されないが、０原子％以上４．０原子％以下であるのが好ましく、０原子％以上３．０原子％以下であるのがより好ましい。
これにより、優れた絶縁性と優れた残留分極量とをより高いレベルで両立することができる。
また、本発明の焦電体は、前記酸化物（鉄、マンガン、ビスマスおよびガドリニウムを含んだ酸化物）以外の成分（その他の成分）を１種または２種以上含むものであってもよい。
このような場合、焦電体中に占めるその他の成分（前記酸化物以外の成分）の含有率は、２．０質量％以下であるのが好ましく、１．０質量％以下であるのがより好ましい。
これにより、前述したような本発明の効果をより効果的に発揮させることができる。
焦電体中に含まれるその他の成分（前記酸化物以外の成分）としては、例えば、前記酸化物（鉄、マンガン、ビスマスおよびガドリニウムを含んだ酸化物）以外の酸化物、ランタノイド（ネオジム、ガドリニウム、セリウム等）、バリウム、カルシウム、コバルト等が挙げられる。
前述したように、本発明の焦電体では、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）が得られる。
したがって、本発明の焦電体は、いかなる温度領域で用いられるものであってもよいが、−４０℃以上４０℃以下の範囲の環境温度で用いられるものであるのが好ましく、−３０℃以上４０℃以下の範囲の環境温度で用いられるものであるのがより好ましい。
本発明に係る焦電体では、このような温度範囲において、焦電係数（感度）が特に高く、また、焦電係数（感度）の安定性が特に高いため、例えば、焦電体を含む材料で構成された焦電素子の温度ばらつきに由来する出力ばらつきを特に小さいものとすることができ、焦電素子を備えた熱型光検出器等の信頼性を特に優れたものとすることができる。
また、このような温度範囲は、通常、空調を施さない室内温度や業務用冷凍庫内の温度等を含む実用性の高い温度範囲であり、本発明の焦電体がこのような温度範囲で用いられるものであることにより、焦電体の適用範囲は十分に広いものとなる。
《焦電体の製造方法》
次に、前述したような本発明の焦電体の製造方法について説明する。
前述したような本発明の焦電体は、いかなる方法で製造してもよいが、脂肪酸金属塩を有機溶媒に溶解した溶液を加熱することにより、製造するのが好ましい。
これにより、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）を有する焦電体を効率よく製造することができる。
脂肪酸金属塩としては、前記酸化物を構成する金属元素のうち少なくとも一部の金属元素について用いればよいが、酸化物を構成する必須の金属元素、すなわち、鉄、マンガン、ビスマスおよびガドリニウムのそれぞれについて、脂肪酸金属塩を用いるのが好ましい。
脂肪酸金属塩を構成する脂肪酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸等が挙げられるが、特に酢酸であるのが好ましい。
これにより、脂肪酸金属塩の有機溶媒に対する溶解性、前記酸化物への化学反応のし易さ等を好適なものとすることができる。
なお、複数種の金属元素について、脂肪酸金属塩を用いる場合、各金属元素について、同一の脂肪酸を用いてもよいし、異なる脂肪酸を用いてもよい。
また、任意の金属元素の脂肪酸金属塩について、単一の脂肪酸を用いてもよいし、複数種の脂肪酸を組み合わせて用いてもよい。
脂肪酸金属塩を溶解する有機溶媒としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸等の脂肪酸；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の脂肪酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセリン等のアルコール類等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、脂肪酸を用いるのが好ましい。
脂肪酸は、一般に、脂肪酸金属塩の溶解性を特に優れるとともに、適度な粘度を有するものであるため、溶媒や溶液の取扱いが容易となるだけでなく、製造される焦電体の各部位での不本意な組成のばらつきの発生をより効果的に防止することができる。また、脂肪酸は、一般に、適度に高い沸点を有しているため、加熱による前記酸化物への化学反応を好適に進行させることができる。
中でも、脂肪酸金属塩を溶解する有機溶媒としての脂肪酸としては、プロピオン酸が好ましい。
これにより、脂肪酸金属塩の有機溶媒に対する溶解性、前記酸化物への化学反応のし易さ等を好適なものとすることができる。また、簡易な器具、装置を用いて比較的高い温度で化学反応を行うことができるとともに、化学反応後の溶媒の除去が容易である。以上のようなことから、焦電体の生産性を特に優れたものとすることができるとともに、得られる焦電体中に溶媒が不本意に残存することをより確実に防止することができる。
脂肪酸金属塩を有機溶媒に溶解した溶液の加熱温度（反応温度）は、特に限定されないが、９０℃以上２５０℃以下であるのが好ましく、１００℃以上２００℃以下であるのがより好ましい。
これにより、得られる焦電体における不本意な組成のばらつき等を防止しつつ、目的とする組成の焦電体をより高い生産性で製造することができる。
《焦電素子、熱電変換素子、熱型光検出器（熱型光検出装置）》
次に、本発明の焦電素子、熱電変換素子、熱型光検出器について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における熱型光検出器の平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１および図２に示す熱型光検出器１は、焦電型赤外線検出器（光センサーの一種）である。この熱型光検出器１は、光吸収層５０における光吸収によって発生する熱を、熱検出素子（焦電素子）４０において電気信号に変換するものである。熱型光検出器１は、これら光吸収層５０および熱検出素子４０によって、受光した光の強度に対応する検出信号（電気信号）を出力する構成となっている。
熱型光検出器１は、図１に示すように、ベース部材１０と、ポスト（柱部材）２０とを有し、また、図２に示すように、支持部材３０と、熱検出素子４０と、光吸収層５０とを有する。
ベース部材１０は、図２に示すように、基板１１と、基板１１上に形成されるスペーサー層１２とを含む。基板１１は、例えば、シリコン基板から形成されている。この基板１１には、不図示の電気回路が設けられており、ポスト２０（図１参照）を介して熱検出素子４０と電気的に接続される構成となっている。
スペーサー層１２は、絶縁層であって、例えば、ＳｉＯ２等によって形成されている。このスペーサー層１２上には、エッチングストッパー膜１３ａが形成されている。エッチングストッパー膜１３ａは、空洞部６０を形成するために犠牲層１４（後述する図６参照）を除去する工程において、エッチングの対象外の層が除去されるのを防止するものである。エッチングストッパー膜１３ａは、例えば、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌ２Ｏ３等によって形成されている。なお、支持部材３０の下面にも、エッチングストッパー膜１３ａと同構成のエッチングストッパー膜１３ｂが形成されている。
ポスト２０は、ベース部材１０から柱状に立設するものである。本実施形態のポスト２０は、図１に示すように２本設けられ、支持部材３０を２点で支持する構成となっている。ポスト２０には、熱検出素子４０と電気的に接続されるプラグ２１が配置されている。プラグ２１は、基板１１に設けられた不図示の電気回路に接続される。このポスト２０は、ＳｉＯ２等によって形成されている犠牲層１４をパターンエッチングすることで選択的に形成され、空洞部６０と同時に形成される。
支持部材（メンブレン）３０は、図１に示すように、２本のポスト２０に支持されるものである。支持部材３０は、熱検出素子４０および光吸収層５０を支持する本体部３１と、ポスト２０に接続する接続部３２と、本体部３１と接続部３２との間を連結するアーム部３３（３３ａ、３３ｂ）とを有する。アーム部３３は、本体部３１の縁部から２本延出され、熱検出素子４０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に形成されている。
アーム部３３（３３ａ、３３ｂ）上には、配線層４１（４１ａ、４１ｂ）が形成されている。配線層４１ａは、熱検出素子４０の第１電極４２に接続されており、アーム部３３ａに沿って延設され、ポスト２０を介して基板１１内の電気回路に接続されている。また、配線層４１ｂは、熱検出素子４０の第２電極４３に接続されており、アーム部３３ｂに沿って延設され、ポスト２０を介して基板１１内の電気回路に接続されている。配線層４１（４１ａ、４１ｂ）も、熱検出素子４０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に形成されている。
支持部材３０は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ）／窒化シリコン膜（ＳｉＮ）／酸化シリコン膜（ＳｉＯ）の３層の積層膜をパターニングすることによって形成することができる。支持部材３０を積層構造とすることにより、例えば、中間層である窒化膜が有する強い引張残留応力を、上下２層の酸化膜が有する圧縮残留応力によって相殺するように作用させて、支持部材３０に反りを生じさせる残留応力を低減できる。この支持部材３０は、熱検出素子４０および光吸収層５０を安定的に支持するために、支持部材３０のトータルの厚みは、必要な機械強度を満足する厚みを有する。なお、支持部材３０は必ずしも積層構造でなくてもよく、ＳｉＯ２層（第１絶縁層）の単層にて形成してもよい。
熱検出素子４０は、図２に示すように、ベース部材１０との間に空洞部６０が介在するように支持部材３０に支持される。熱検出素子４０は、第１電極（下部電極）４２と、第２電極（上部電極）４３と、第１電極４２と第２電極４３との間に設けられた焦電体（焦電体層）４４とを含む。第１電極４２および第２電極４３は、ともに、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成することができる。例えば、焦電体４４から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）およびプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。
焦電体４４は、前述した本発明の焦電体で構成されている。この焦電体４４に熱が伝達されると、焦電効果（パイロ電子効果）によって、焦電体４４の電気分極量の変化が生じる。この電気分極量の変化に伴う電流を検出することによって、入射した光の強度を検出することができる。
本発明の焦電体は、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）を有するものであるため、熱検出素子４０、熱型光検出器１の信頼性は高いものである。
本実施形態の熱検出素子（焦電素子）４０は、厚みや形成材料によって、支持部材３０と接する第１電極４２の熱抵抗を、第２電極４３の熱抵抗よりも大きくしている。この構成によれば、熱が第２電極４３を介して焦電体４４に伝達されやすく、しかも、焦電体４４の熱が第１電極４２を介して支持部材３０に逃げ難くなり、熱検出素子４０の感度が向上する。
熱検出素子４０は、保護膜４５ａによって覆われている。また、熱検出素子４０は、保護膜４５ａの外側が絶縁層４６によって覆われている。一般に、絶縁層４６の原料ガス（ＴＥＯＳ）が化学反応する際には、水素ガスや水蒸気等の還元ガスが発生する。保護膜４５ａは、この絶縁層４６の形成中に発生する還元ガスから熱検出素子４０を保護するものである。この保護膜４５ａは、例えば、Ａｌ２Ｏ３等によって形成されている。なお、支持部材３０の一部、配線層４１および光吸収層５０も、保護膜４５ａと同構成の保護膜４５ｂによって覆われている。
絶縁層４６上には、配線層４１（４１ａ、４１ｂ）が配線される。絶縁層４６には、コンタクトホール４７（４７ａ、４７ｂ）が形成されている。図２に示すように、コンタクトホール４７は、保護膜４５ａにも同様に貫通して形成されている。配線層４１ａは、コンタクトホール４７ａを介して、第１電極４２と導通する。また、配線層４１ｂは、コンタクトホール４７ｂを介して、第２電極４３と導通する。
光吸収層５０は、絶縁層４６に覆われた熱検出素子４０上に形成されている。光吸収層５０は、入射した光を吸収して発熱するものであり、例えば、ＳｉＯ２等によって形成されている。第２電極４３をＰｔ等の金属にて形成すると、第２電極４３の上面を反射面とすることができる。この場合、光吸収層５０の上面から第２電極４３の上面までの距離Ｌをλ／４（λは入射する光の波長）とすることで、波長λの光が多重反射される光共振器（λ１／４光共振器）を構成することができる。これにより、光吸収層５０は、波長λの光を効率よく吸収することができる。
上記構成の熱型光検出器１は、熱検出素子（焦電素子）４０が第１電極４２と第２電極４３との間に焦電体４４を有し、支持部材３０によってベース部材１０との間に空洞部６０が介在するように支持される。そして、光吸収層５０に光が入射すると、光が共振等して光吸収層５０が発熱し、焦電体４４に熱が伝達される。焦電体４４では、焦電効果（パイロ電子効果）によって電気分極量の変化が生じ、この電気分極量の変化に伴う電流が配線層４１（４１ａ、４１ｂ）を介して基板１１の電気回路に流れ、その電流を検出することによって、入射した光の強度を検出することができる。
そして、熱検出素子（焦電素子）４０、絶縁層４６、および、光吸収層５０によって、熱電変換素子が構成されている。
熱型光検出器１は、上述のように支持部材３０が残留応力を有する。この残留応力によって本体部３１の反りが生じると、図１に示すように、アーム部３３を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力が作用する。アーム部３３は、その性質上、細長く形成しなければならないため、この回転応力Ｓの大きさによっては、アーム部３３にクラックが生じたり、熱検出素子４０の配線層４１が断線する場合がある。
このため、熱型光検出器１は、図１に示すように、支持部材３０のアーム部３３を部分的に幅広に形成する第１幅広部７０および第２幅広部８０を有する。
第１幅広部（幅広部）７０は、アーム部３３が本体部３１と連結する第１連結部（連結部）３３Ａにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成するものである。第１幅広部７０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部７１ａ、７１ｂを有する。拡張部７１ａ、７１ｂは、本体部３１とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料および同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部７１ａ、７１ｂは、平面視で矩形状に形成されている。この拡張部７１ａ、７１ｂによって、第１連結部３３Ａの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。
アーム部３３は、本体部３１に沿って屈曲する屈曲部３３Ｃを有する。すなわち、アーム部３３は、平面視で矩形状に形成された本体部３１から、その任意の一辺に平行な方向に延出した後、直角に屈曲し、本体部３１の当該一辺に隣接する他の一辺に平行な方向に延びて接続部３２に接続されている。このように、平面視でＬ字状に形成されたアーム部３３ａ、３３ｂは、本体部３１の中心に対して点対称に形成されている。
第１幅広部７０の拡張部７１ａは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成するものである。また、第１幅広部７０の拡張部７１ｂは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２に対応するアーム部３３の幅方向における他方側を部分的に幅広に形成するものである。このように、本実施形態では、第１幅広部７０は、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっている。
第２幅広部８０は、アーム部３３が接続部３２と連結する第２連結部３３Ｂにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成するものである。第２幅広部８０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部８１ａ、８１ｂを有する。拡張部８１ａ、８１ｂは、接続部３２とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料および同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部８１ａ、８１ｂは、平面視で矩形状に形成されている。この拡張部８１ａ、８１ｂによって、第１連結部３３Ａの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。
第２幅広部８０の拡張部８１ａは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成するものである。また、第２幅広部８０の拡張部８１ｂは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２に対応するアーム部３３の幅方向における他方側を部分的に幅広に形成するものである。このように、本実施形態では、第２幅広部８０は、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっている。
続いて、上記構成の熱型光検出器１の製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。
図３〜図６は、本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。
まず、図３（ａ）に示すように、基板１１の上に、スペーサー層１２を形成する。さらに、スペーサー層１２の上に、エッチングストッパー膜（第１エッチングストッパー膜）１３ａを形成し、さらに、犠牲層１４、エッチングストッパー膜（第２エッチングストッパー膜）１３ｂを形成する（ベース部材形成工程）。エッチングストッパー膜１３ａ、１３ｂの形成方法として、例えば、原子の大きさレベルで膜厚が調整できる原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法を用いることができる。
次に、図３（ｂ）に示すように、エッチングストッパー膜１３ｂの上に、支持部材３０となる３層積層膜を形成する（メンブレン形成工程）。
次に、図４（ａ）に示すように、支持部材３０に、第１電極４２、焦電体４４、第２電極４３を積層形成して、熱検出素子（焦電素子）４０を形成するとともに、保護膜（第１保護膜）４５ａおよび絶縁層４６を形成する（焦電素子形成工程）。保護膜４５ａの形成方法として、例えば、原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法を用いることができる。また、絶縁層４６の形成方法として、例えば、通常のＣＶＤ法を用いることができる。
次に、熱検出素子４０の第１電極４２と第２電極４３にそれぞれコンタクトホール４７（４７ａ、４７ｂ）を形成し、また、配線層４１（４１ａ、４１ｂ）を形成する（配線層形成工程）。保護膜４５ａは、絶縁層４６にコンタクトホール４７を形成する際、還元ガスが熱検出素子４０に侵入することを防止する。
次に、図５（ａ）に示すように、光吸収層５０を形成し、パターニングする（光吸収層形成工程）。光吸収層５０の形成方法として、例えば、通常のＣＶＤ法を用いることができる。また、光吸収層５０の表面を、例えば、ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）によって平坦化してもよい。
次に、支持部材３０をパターニングし、本体部３１、接続部３２、アーム部３３を形成する（メンブレン加工工程）。この工程において、第１幅広部７０の拡張部７１ａ、７１ｂおよび第２幅広部８０の拡張部８１ａ、８１ｂもパターニングによって同時に形成する。
次に、図６（ａ）に示すように、犠牲層１４をエッチングする際の保護膜（第２保護膜）４５ｂを形成し、犠牲層１４をウエットエッチングする（犠牲層エッチング工程）。犠牲層１４をウエットエッチングする際、エッチングストッパー膜１３ａはスペーサー層１２を保護し、エッチングストッパー膜１３ｂは支持部材３０を保護する。
最後に、図６（ｂ）に示すように、ウエットエッチングによって犠牲層１４を除去することで、空洞部６０を形成する（空洞加工工程）。また、犠牲層１４を選択的に除去することで、空洞部６０と同時にポスト２０も形成する。空洞部６０によって、支持部材３０はベース部材１０から分離され、支持部材３０を経由した放熱が抑制される。このようにして、熱型光検出器１が製造される。
上記のような熱型光検出器１、焦電素子４０は、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）を有するものであるため、信頼性の高いものである。
特に、図１に示すような構成の熱型光検出器１は、アーム部３３が本体部３１と連結する第１連結部３３Ａにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成する第１幅広部７０を有する。この構成によれば、支持部材３０において本体部３１と連結するアーム部３３の第１連結部３３Ａが部分的に幅広に形成されるため、第１連結部３３Ａにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、上記製造工程において生じた支持部材３０の残留応力による破壊を抑制することができる。また、アーム部３３を幅広に形成すると熱抵抗が大きくなるが、熱抵抗はアーム部３３の最小幅で決まるため、アーム部３３の幅広部分を部分的にすることで、ベース部材１０へのアーム部３３を介した熱伝導を抑えることができ、熱検出素子４０の検出特性の低下を防止することができる。
また、第１幅広部７０は、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっている。本実施形態のように、アーム部３３が本体部３１に沿って屈曲する屈曲部３３Ｃを有する場合、本体部３１がアーム部３３を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力Ｓが作用すると、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１には引張応力が作用し、また、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２には圧縮応力が作用する。このため、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の両側を幅広に形成することで、第１連結部３３Ａにおけるアーム部３３の剛性をより高めることができる。
さらに、熱型光検出器１は、アーム部３３が接続部３２と連結する第２連結部３３Ｂにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成する第２幅広部８０を有する。この構成によれば、上記第１連結部３３Ａと同様に、第２連結部３３Ｂにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、残留応力による破壊を抑制することができる。
また、第２幅広部８０は、第２連結部３３Ｂにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっており、屈曲部３３Ｃの存在による引張応力と圧縮応力に対応でき、第２連結部３３Ｂにおけるアーム部３３の剛性をより高めることができる。
したがって、上述した本実施形態によれば、ベース部材１０と、ベース部材１０に立設するポスト２０と、ポスト２０に支持される支持部材３０と、ベース部材１０との間に空洞部６０が介在するように支持部材３０に支持される熱検出素子４０と、熱検出素子４０上に形成されている光吸収層５０とを有する熱型光検出器１であって、支持部材３０は、熱検出素子４０および光吸収層５０を支持する本体部３１と、ポスト２０に接続する接続部３２と、本体部３１と接続部３２との間を連結するアーム部３３とを有し、アーム部３３が本体部３１と連結する第１連結部３３Ａにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成する第１幅広部７０を有する、という構成を採用することによって、アーム部３３にクラックが生じたり、熱検出素子４０の配線層４１が断線したりすることを効果的に抑制できるため、歩留りを向上できる熱型光検出器１が得られる。
また、前述した方法によれば、効率よく、信頼性の高い熱型光検出器、焦電素子（焦電体キャパシタ）を製造することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の熱型光検出器の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態における熱型光検出器の平面図である。以下の説明では、前述した実施形態との相違点について中心的に説明し、同様の事項についての説明は省略する。
第２実施形態では、図７に示すように、第１幅広部７０および第２幅広部８０の構成が、上記実施形態と異なる。
第２実施形態の第１幅広部７０は、第１連結部３３Ａにおいて、本体部３１に近づくにしたがってアーム部３３の幅を漸次大きくする構成となっている。この第１幅広部７０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部７２ａ、７２ｂを有する。拡張部７２ａ、７２ｂは、本体部３１とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料および同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部７２ａ、７２ｂは、それぞれ平面視で直角三角形状に形成されている。この拡張部７２ａ、７２ｂによって、第１連結部３３Ａの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。この第１幅広部７０は、上述したメンブレン加工工程のパターニングにて形成することができる。
また、第２実施形態の第２幅広部８０は、第２連結部３３Ｂにおいて、接続部３２に近づくにしたがってアーム部３３の幅を漸次大きくする構成となっている。この第２幅広部８０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部８２ａ、８２ｂを有する。拡張部８２ａ、８２ｂは、接続部３２とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料および同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部８２ａ、８２ｂは、それぞれ平面視で直角三角形状に形成されている。この拡張部８２ａ、８２ｂによって、第２連結部３３Ｂの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。この第２幅広部８０は、上述したメンブレン加工工程のパターニングにて形成することができる。
上記構成の第２実施形態によれば、第１連結部３３Ａにおいてアーム部３３の幅が本体部３１に近づくにしたがって漸次大きくなるため、アーム部３３の根元付近における応力集中を緩和することができる。したがって、第１連結部３３Ａにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、上記製造工程において生じた支持部材３０の残留応力による破壊を抑制することができる。
さらに、上記構成の第２実施形態によれば、第２連結部３３Ｂにおいてアーム部３３の幅が接続部３２に近づくにしたがって漸次大きくなるため、アーム部３３の先端付近における応力集中を緩和することができる。したがって、上記第１連結部３３Ａと同様に、第２連結部３３Ｂにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、残留応力による破壊を抑制することができる。
したがって、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態における作用効果が得られるとともに、さらに、アーム部３３の根元付近に応力集中を緩和することができるため、アーム部３３にクラックが生じたり、熱検出素子４０の配線層４１が断線したりすることをより効果的に抑制できる。このため、第２実施形態では、歩留りをより向上できる熱型光検出器１が得られる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の熱型光検出装置の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第３実施形態における熱型光検出装置を示す平面図である。以下の説明では、前述した実施形態との相違点について中心的に説明し、同様の事項についての説明は省略する。
図８に示すように、熱型光検出装置１００は、複数の熱型光検出器１が２次元配置されて構成されている。
熱型光検出装置１００において、熱型光検出器１はセル単位で設けられ、２軸方向例えば直交２軸方向に配列されている。なお、１セル分のみの熱型光検出器１にて熱型光検出装置１００が構成されても良い。ベース部材１０から複数のポスト２０が立設され、例えば２本のポスト２０に支持された１セル分の熱型光検出器１が、直交２軸方向に配列されている。１セル分の熱型光検出器１が占める領域は、例えば１００×１００μｍである。
熱型光検出器１は、２本のポスト２０に連結された支持部材３０と、熱検出素子４０および光吸収層５０とを含んでいる。１セル分の熱型光検出器１が占める領域は、例えば８０×８０μｍである。１セル分の熱型光検出器１は、２本のポスト２０と接続される以外は非接触とされ、熱型光検出器１の下方には空洞部６０（図２参照）が形成され、平面視で熱型光検出器１の周囲には、空洞部６０に連通する開口部１０１が配置される。これにより、１セル分の熱型光検出器１は、ベース部材１０や他のセルの熱型光検出器１から熱的に分離されている。
上記構成の第３実施形態によれば、複数の熱型光検出器１が２次元的に配置された（例えば、直交２軸（Ｘ軸およびＹ軸）の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）１００が実現される。
《電子機器》
次に、本発明の電子機器について説明する。
図９は、本発明の好適な実施形態の電子機器の構成図、図１０は、本発明の好適な実施形態の電子機器のセンサーデバイスの構成図、図１１は、本発明の好適な実施形態の電子機器としてのテラヘルツカメラの構成図である。
図９に示すように、電子機器２００は、熱型光検出器１または熱型光検出装置１００からなるセンサーデバイス４１０を有する。
電子機器２００は、光学系４００、センサーデバイス４１０、画像処理部４２０、処理部４３０、記憶部４４０、操作部４５０、表示部４６０を含む。なお、本実施形態の電子機器２００は図９の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
光学系４００は、例えば１または複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部等を含む。そしてセンサーデバイス４１０への物体像の結像等を行う。また、必要であればフォーカス調整等も行う。
センサーデバイス４１０は、熱型光検出器１を二次元配列させて構成され、複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。
画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理等の各種の画像処理を行う。
処理部４３０は、電子機器２００の全体の制御や、電子機器２００内の各ブロックの制御を行う。この処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する。操作部４５０は、ユーザーが電子機器２００を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面等により実現される。表示部４６０は、例えばセンサーデバイス４１０により取得された画像やＧＵＩ画面等を表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の各種のディスプレイにより実現される。
このように、１セル分の熱型光検出器１をセンサーとして用いる他、１セル分の熱型光検出器１を二軸方向例えば直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス４１０を構成することができ、こうすると電磁波に起因する熱分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、特定物質探知装置、偽造紙幣の判定、封筒内の薬品検出、建造物の非破壊検査等のテラヘルツカメラを用いる電子機器２００を構成することができる。
図１０（ａ）に図９のセンサーデバイス４１０の構成例を示す。このセンサーデバイスは、センサーアレイ５００と、行選択回路（行ドライバー）５１０と、読み出し回路５２０を含む。またＡ／Ｄ変換部５３０、制御回路５５０を含むことができる。このセンサーデバイスを用いることで、高性能なテラヘルツカメラを実現できる。
センサーアレイ５００には、例えば図８に示すように二軸方向に複数のセンサーセルが配列（配置）される。また複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。なお行線および列線の一方の本数が１本であってもよい。例えば行線が１本である場合には、図１０（ａ）において行線に沿った方向（横方向）に複数のセンサーセルが配列される。一方、列線が１本である場合には、列線に沿った方向（縦方向）に複数のセンサーセルが配列される。
図１０（ｂ）に示すように、センサーアレイ５００の各センサーセルは、各行線と各列線の交差位置に対応する場所に配置（形成）される。例えば図１０（ｂ）のセンサーセルは、行線ＷＬ１と列線ＤＬ１の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様である。
行選択回路５１０は、１または複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う。例えば図１０（ｂ）のようなＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）のセンサーアレイ（焦点面アレイ）５００を例にとれば、行線ＷＬ０、ＷＬ１、ＷＬ２・・・・ＷＬ２３９を順次選択（走査）する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号（ワード選択信号）をセンサーアレイ５００に出力する。
読み出し回路５２０は、１または複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作を行う。ＱＶＧＡのセンサーアレイ５００を例にとれば、列線ＤＬ０、ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３・・・・ＤＬ３１９からの検出信号（検出電流、検出電荷）を読み出す動作を行う。
Ａ／Ｄ変換部５３０は、読み出し回路５２０において取得された検出電圧（測定電圧、到達電圧）をデジタルデータにＡ／Ｄ変換する処理を行う。そしてＡ／Ｄ変換後のデジタルデータＤＯＵＴを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部５３０には、複数の列線の各列線に対応して各Ａ／Ｄ変換器が設けられる。そして、各Ａ／Ｄ変換器は、対応する列線において読み出し回路５２０により取得された検出電圧のＡ／Ｄ変換処理を行う。なお、複数の列線に対応して１つのＡ／Ｄ変換器を設け、この１つのＡ／Ｄ変換器を用いて、複数の列線の検出電圧を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。
制御回路（タイミング生成回路）５５０は、各種の制御信号を生成して、行選択回路５１０、読み出し回路５２０、Ａ／Ｄ変換部５３０に出力する。例えば充電や放電（リセット）の制御信号を生成して出力する。或いは、各回路のタイミングを制御する信号を生成して出力する。
図１１は、本実施形態のセンサーデバイス４１０を含むテラヘルツカメラ１０００である。前述のセンサーデバイス４１０の光吸収層５０の電磁波吸収材は、その吸収波長がテラヘルツ波で最適になるように設定されており、テラヘルツ光照射ユニットと組み合わせてテラヘルツカメラ１０００を構成した例を示す。
テラヘルツカメラ１０００は、制御ユニット１０１０と、照射光ユニット１０２０と、光学フィルター１０３０と、撮像ユニット１０４０と、表示部１０５０とを備えて構成されている。撮像ユニット１０４０は、図示しないレンズ等の光学系と前述の熱型光検出器１の光吸収層５０の電磁波吸収材の吸収波長をテラヘルツ域で最適化したセンサーデバイスを含んで構成されている。
制御ユニット１０１０は、本装置全体を制御するシステムコントローラーを含み、該システムコントローラーは制御ユニットに含まれる光源駆動部および画像処理ユニットを制御する。照射光ユニット１０２０は、テラヘルツ光（波長が１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲にある電磁波を指す。）を出射するレーザー装置と光学系を含み、テラヘルツ光を検査対象の人物１０６０に照射する。人物１０６０からの反射テラヘルツ光は、探知対象である特定物質１０７０の分光スペクトルのみを通過させる光学フィルター１０３０を介して撮像ユニット１０４０に受光される。撮像ユニット１０４０で生成された画像信号は、制御ユニット１０１０の画像処理ユニットで所定の画像処理が施され、その画像信号が表示部１０５０へ出力される。そして人物１０６０の衣服内等に特定物質１０７０が存在するか否かにより受光信号の強度が異なるので特定物質１０７０の存在が判別できる。
上記のような本発明の電子機器は、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）を発揮する本発明の焦電体を備える熱型光検出器を有するものであるため、信頼性の高いものである。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の熱型光検出器、電子機器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明は、種々の熱型光検出器に好適に適用することができる。また、本発明の電子機器としては、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が、これらに限定されるものではない。
以下に具体的な実施例をあげて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に温度条件を示していない処理は、室温（２５℃）において行ったものである。また、各種測定条件についても特に温度条件を示していないものは、室温（２５℃）における数値である。
［１］焦電体の製造
（実施例１）
酢酸ビスマス、酢酸ガドリニウム、酢酸鉄、酢酸マンガンおよびチタニウムテトライソプロポキシドを所定の割合で準備し、プロピオン酸溶液に入れて混合し、その後、１４０℃×１２０分間加熱した。
このようにして得られた混合液を、厚さ：２００ｎｍのＰｔ膜（第１電極）上に塗布後、加熱処理を行うことにより、厚さ：４００ｎｍの焦電体（焦電体層）を形成した。形成された焦電体は、鉄、マンガン、ビスマス、ガドリニウムおよびチタンを含む酸化物で構成されたものであり、当該酸化物では、Ａサイト元素の原子数の総和に対するガドリニウムの原子数の比率が１６．０原子％であり、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するマンガンの原子数の比率が１．０原子％であり、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するチタンの原子数の比率が３．０原子％であった。
その後、第１電極と焦電体との積層体の一部をポリイミドテープでマスクした状態で、スパッタリングを行うことにより、焦電体の表面（第１電極に対向する面とは反対側の面）の一部に厚さ：２００ｎｍのＰｔ膜（第２電極）を形成した。
（実施例２〜８）
混合液の調製に用いる各脂肪酸金属塩の溶液の配合比率を変更し、形成される焦電体の組成が表１に示すものとなるようにした以外は、前記実施例１と同様にして第１電極と焦電体と第２電極との積層体を製造した。
（比較例１、２）
混合液の調製に用いる各脂肪酸金属塩の溶液の配合比率を変更し、形成される焦電体の組成が表１に示すものとなるようにした以外は、前記実施例１と同様にして第１電極と焦電体と第２電極との積層体を製造した。
（比較例３）
混合液の調製において、酢酸ガドリニウムの代わりに酢酸ランタンを用い、酢酸ビスマス、酢酸ランタン、酢酸鉄、酢酸マンガンおよびチタニウムテトライソプロポキシドの配合割合を変更した以外は、前記実施例１と同様にして第１電極と焦電体と第２電極との積層体を製造した。
前記各実施例および比較例について焦電体の組成を表１にまとめて示す。なお、表１中、「Ｆｅ比率」の欄には、焦電体を構成する酸化物におけるＢサイト元素の原子数の総和に対する鉄（Ｆｅ）の原子数の比率を示し、「Ｍｎ比率」の欄には、焦電体を構成する酸化物におけるＢサイト元素の原子数の総和に対するマンガン（Ｍｎ）の原子数の比率を示し、「Ｔｉ比率」の欄には、焦電体を構成する酸化物におけるＢサイト元素の原子数の総和に対するチタン（Ｔｉ）の原子数の比率を示し、「Ｂｉ比率」の欄には、焦電体を構成する酸化物におけるＡサイト元素の原子数の総和に対するビスマス（Ｂｉ）の原子数の比率を示し、「Ｇｄ比率」の欄には、焦電体を構成する酸化物におけるＡサイト元素の原子数の総和に対するガドリニウム（Ｇｄ）の原子数の比率を示し、「Ｌａ比率」の欄には、焦電体を構成する酸化物におけるＡサイト元素の原子数の総和に対するランタン（Ｌａ）の原子数の比率を示した。
Figure 2016092336
［２］評価
［２．１］焦電係数
前記各実施例および比較例について、熱刺激電流（ＴＳＣ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ）測定装置（リガク社製、ＴＳ−ＰＯＬＡＲ）を用いて、−５０℃から５０℃まで一定の昇温速度で温度を上昇させ、この際に発生した電流値を測定し、その測定値から各温度での焦電係数を求め、以下の基準に従い評価した。
Ａ：最大の焦電係数が、１１０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上。
Ｂ：最大の焦電係数が、１００ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上１１０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
Ｃ：最大の焦電係数が、６０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上１００ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
Ｄ：最大の焦電係数が、５０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上６０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
Ｅ：最大の焦電係数が、５０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
［２．２］焦電係数の安定性
上記［２．１］の結果から、−４０℃以上４０℃以下の温度領域における焦電係数の最大値と最小値を求め、以下の基準に従い評価した。
Ａ：焦電係数の最大値と最小値との差が、２０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
Ｂ：焦電係数の最大値と最小値との差が、２０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上３０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
Ｃ：焦電係数の最大値と最小値との差が、３０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上４０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
Ｄ：焦電係数の最大値と最小値との差が、４０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上５０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ未満。
Ｅ：焦電係数の最大値と最小値との差が、５０ｎＣ／ｃｍ２・Ｋ以上。
［２．３］残留分極量（電気分極量）の測定
前記各実施例および比較例について、ＦＣＥ強誘電体評価システム（東陽テクニカ社製）を用い、測定温度２５℃、前波形としてピーク電圧−２０Ｖの片側三角波を印加し、２秒後に、ピーク電圧２０Ｖの標準三角波（＋２０Ｖ→−２０Ｖ）を印加した際の、残留分極値を求め、以下の基準に従い評価した。なお、駆動周波数は１ｋＨｚとした。
Ａ：残留分極値が９０μＣ／ｃｍ２以上。
Ｂ：残留分極値が８０μＣ／ｃｍ２以上９０μＣ／ｃｍ２未満。
Ｃ：残留分極値が７０μＣ／ｃｍ２以上８０μＣ／ｃｍ２未満。
Ｄ：残留分極値が６０μＣ／ｃｍ２以上７０μＣ／ｃｍ２未満。
Ｅ：残留分極値が６０μＣ／ｃｍ２未満。
［２．４］リーク電流の測定（絶縁性評価）
前記各実施例および比較例について、上記のようにして製造した第１電極と焦電体と第２電極との積層体の第１電極と第２電極との間に電圧を印加した際のリーク電流量を測定し、以下の基準に従い評価した。
（６０μＶ印加時）
Ａ：リーク電流が１．０Ｅ−１０Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｂ：リーク電流が１．０Ｅ−１０Ａ・ｃｍ−２以上３．３Ｅ−１０Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｃ：リーク電流が３．３Ｅ−１０Ａ・ｃｍ−２以上６．７Ｅ−１０Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｄ：リーク電流が６．７Ｅ−１０Ａ・ｃｍ−２以上１．０Ｅ−９Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｅ：リーク電流が１．０Ｅ−９Ａ・ｃｍ−２以上。
（１２Ｖ印加時）
Ａ：リーク電流が１．２Ｅ−４Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｂ：リーク電流が１．２Ｅ−４Ａ・ｃｍ−２以上１．２Ｅ−３Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｃ：リーク電流が１．２Ｅ−３Ａ・ｃｍ−２以上１．２Ｅ−２Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｄ：リーク電流が１．２Ｅ−２Ａ・ｃｍ−２以上１．２Ｅ−１Ａ・ｃｍ−２未満。
Ｅ：リーク電流が１．２Ｅ−１Ａ・ｃｍ−２以上。
これらの結果を表２にまとめて示す。
Figure 2016092336
表２から明らかなように、本発明では、広い温度範囲にわたって安定して高い焦電係数（感度）を有する焦電体が得られた。これに対し、比較例では、満足のいく結果が得られなかった。
１…熱型光検出器
１０…ベース部材
１１…基板
１２…スペーサー層
１３ａ…エッチングストッパー膜（第１エッチングストッパー膜）
１３ｂ…エッチングストッパー膜（第２エッチングストッパー膜）
１４…犠牲層
２０…ポスト（柱部材）
２１…プラグ
３０…支持部材（メンブレン）
３１…本体部
３２…接続部
３３、３３ａ、３３ｂ…アーム部
３３Ａ…第１連結部（連結部）
３３Ｂ…第２連結部
３３Ｃ…屈曲部
３３Ｃ１…外側
３３Ｃ２…内側
４０…熱検出素子（焦電素子）
４１、４１ａ、４１ｂ…配線層
４２…第１電極（下部電極）
４３…第２電極（上部電極）
４４…焦電体（焦電体層）
４５ａ…保護膜（第１保護膜）
４５ｂ…保護膜（第２保護膜）
４６…絶縁層
４７、４７ａ、４７ｂ…コンタクトホール
５０…光吸収層
６０…空洞部
７０…第１幅広部（幅広部）
７１ａ、７１ｂ…拡張部
７２ａ、７２ｂ…拡張部
８０…第２幅広部
８１ａ、８１ｂ…拡張部
８２ａ、８２ｂ…拡張部
１００…熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）
１０１…開口部
２００…電子機器
４００…光学系
４１０…センサーデバイス
４２０…画像処理部
４３０…処理部
４４０…記憶部
４５０…操作部
４６０…表示部
５００…センサーアレイ（焦点面アレイ）
５１０…行選択回路（行ドライバー）
５２０…読み出し回路
５３０…Ａ／Ｄ変換部
５５０…制御回路（タイミング生成回路）
１０００…テラヘルツカメラ（電子機器）
１０１０…制御ユニット
１０２０…照射光ユニット
１０３０…光学フィルター
１０４０…撮像ユニット
１０５０…表示部
１０６０…人物
１０７０…特定物質
ＷＬ０、ＷＬ１、ＷＬ２、ＷＬ２３８、ＷＬ２３９…行線
ＤＬ０、ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ３１８、ＤＬ３１９…列線

Claims (13)

  1. 鉄、マンガン、ビスマスおよびガドリニウムを含んだ酸化物を含み、
    前記酸化物はペロブスカイト型結晶構造を有し、
    前記酸化物は、Ａサイト元素の原子数の総和に対する前記ガドリニウムの原子数の比率が、８．０原子％以上１８原子％以下であることを特徴とする焦電体。
  2. 前記酸化物は、Ｂサイト元素の原子数の総和に対する前記マンガンの原子数の比率が、１．０原子％以上２．０原子％以下である請求項１に記載の焦電体。
  3. 前記酸化物は、Ｂサイト元素の原子数の総和に対するチタンの原子数の比率が、０原子％以上４．０原子％以下である請求項１または２に記載の焦電体。
  4. 焦電体は、−４０℃以上４０℃以下の範囲の環境温度で用いられるものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焦電体。
  5. 第１電極と、
    請求項１ないし４のいずれか１項に記載の焦電体と、
    第２電極とを備えることを特徴とする焦電素子。
  6. 第１電極と、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の焦電体と、第２電極とを積層する工程を有することを特徴とする焦電素子の製造方法。
  7. 請求項５に記載の焦電素子と、
    光吸収層と、
    焦電素子と光吸収層との間に設けられた絶縁層とを有することを特徴とする熱電変換素子。
  8. 請求項５に記載の焦電素子を形成する工程と、
    前記焦電素子の少なくとも一部を被覆するように絶縁層を介して光吸収層を形成する工程とを有することを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
  9. 請求項５に記載の焦電素子を備えたことを特徴とする熱型光検出器。
  10. 請求項６に記載の製造方法を用いて製造された焦電素子を備えることを特徴とする熱型光検出器。
  11. 基板および犠牲層を有するベース部材を用意する工程と、
    前記ベース部材の前記犠牲層が設けられた側の面に支持部材を形成する工程と、
    前記支持部材上に、請求項５に記載の焦電素子を形成する工程と、
    絶縁層を介して前記焦電素子の外表面を被覆するように光吸収層を形成する工程と、
    前記支持部材をパターニングする工程と、
    前記犠牲層をエッチングする工程とを有することを特徴とする熱型光検出器の製造方法。
  12. 請求項９または１０に記載の熱型光検出器を備えたことを特徴とする電子機器。
  13. 請求項１１に記載の製造方法を用いて製造された熱型光検出器を備えることを特徴とする電子機器。
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