JP2022133933A - Temperature sensor, temperature detection device, temperature detection method, temperature detection program, and manufacturing method for temperature sensor - Google Patents

Temperature sensor, temperature detection device, temperature detection method, temperature detection program, and manufacturing method for temperature sensor Download PDF

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Abstract

To improve a spatial resolution in temperature detection.SOLUTION: A temperature detection device 1 includes a temperature sensor 2. The temperature sensor 2 includes a light-emitting material 24 emitting light by reception of excitation energy and having an emission spectrum changing depending on a temperature, and a base material 23 to which the light-emitting material 24 is introduced. When viewed from a detection direction where the temperature is detected, a region where the light-emitting material 24 is introduced in the base material 23 is configured as a plurality of light-emitting regions 25 which is disposed apart from each other. In addition, the temperature detection device 1 includes a light detection unit 31 that detects light from the light-emitting material 24, and a control unit 32 functioning as a temperature detection unit that detects the temperature on the basis of the detected light.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、励起エネルギーを受けることによって発光する元素の光を利用して温度を検出するような温度センサ、温度検出装置、温度検出方法、温度検出プログラム、および温度センサの製造方法に関する。 The present invention relates to a temperature sensor, a temperature detection device, a temperature detection method, a temperature detection program, and a method of manufacturing a temperature sensor that detect temperature using light emitted from an element upon receiving excitation energy.

従来、マトリックスとして塩化物を含み、付活剤としてエルビウムイオンまたはツリウムイオンを含む塩化物蛍光体からなる温度センサを用いて、励起光によって温度センサを励起させ、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出し、検出したスペクトルから温度を演算する温度測定装置が提案されている(特許文献1参照)。このような温度センサを製造するにあたり、発光物質を結晶中に導入する方法としては、結晶成長中に発光物質を導入する気相成長法がある。 Conventionally, using a temperature sensor composed of a chloride phosphor containing chloride as a matrix and erbium ions or thulium ions as an activator, the temperature sensor is excited by excitation light, and the fluorescence spectrum generated by the excitation of the temperature sensor is There has been proposed a temperature measuring device that detects , and calculates the temperature from the detected spectrum (see Patent Document 1). In manufacturing such a temperature sensor, as a method of introducing a light-emitting substance into a crystal, there is a vapor phase epitaxy method in which a light-emitting substance is introduced during crystal growth.

しかしながら、気相成長法では、発光物質が結晶中に均等に分散して配置されるので、発光物質の設置位置を制御することができない。このため、背景技術では、局所的に発光物質を配置して、微細な領域の温度を検出することができず、温度検出における空間分解能に問題がある。 However, in the vapor phase growth method, since the light-emitting substance is evenly distributed in the crystal, the installation position of the light-emitting substance cannot be controlled. For this reason, in the background art, it is not possible to detect the temperature of a minute area by locally arranging a light-emitting substance, and there is a problem with spatial resolution in temperature detection.

特開2004-028629号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-028629

この発明は、上述した問題に鑑み、温度検出における空間分解能を向上させることができる、温度センサ、温度検出装置、温度検出方法、温度検出プログラム、および温度センサの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems described above, an object of the present invention is to provide a temperature sensor, a temperature detection device, a temperature detection method, a temperature detection program, and a temperature sensor manufacturing method that can improve the spatial resolution in temperature detection. do.

この発明は、励起エネルギーを受けることによって発光し、かつ、当該発光が温度によって変化する発光物質と、前記発光物質が導入される母材とを備え、前記母材中に前記発光物質が導入される領域は、温度を検出するための検出方向から見て、それぞれ間隔を隔てて配置される複数の発光領域として構成されている温度センサ、温度検出装置、温度検出方法、温度検出プログラム、および温度センサの製造方法であることを特徴とする。 The present invention includes a luminescent substance that emits light when receiving excitation energy and whose luminescence changes with temperature; and a base material into which the luminescent substance is introduced, wherein the luminescent substance is introduced into the base material A temperature sensor, a temperature detection device, a temperature detection method, a temperature detection program, and a temperature sensor are configured as a plurality of light-emitting regions arranged at intervals when viewed from the detection direction for detecting temperature. The present invention is characterized by being a method for manufacturing a sensor.

この発明により、温度検出における空間分解能を向上させることができる、温度センサ、温度検出装置、温度検出方法、温度検出プログラム、および温度センサの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a temperature sensor, a temperature detection device, a temperature detection method, a temperature detection program, and a temperature sensor manufacturing method that can improve the spatial resolution in temperature detection.

温度検出装置の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a temperature detection device; センサ部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a sensor part. 励起光を用いた励起方法の一例を示す図。The figure which shows an example of the excitation method using excitation light. 電流を用いた励起方法の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of an excitation method using current; 電子ビームを用いた励起方法の一例を示す図。The figure which shows an example of the excitation method using an electron beam. センサ部の製造方法の一例の一部を示す図。4A and 4B are diagrams showing a part of an example of a method for manufacturing a sensor unit; センサ部の製造方法の一例の一部であって、図4に後続する図。FIG. 5 is a diagram subsequent to FIG. 4 showing a part of the example of the method for manufacturing the sensor unit; センサ部の製造方法の一例の一部であって、図5に後続する図。FIG. 6 is a diagram subsequent to FIG. 5 showing a part of the example of the method for manufacturing the sensor unit; 或る発光物質の発光スペクトルを示すグラフ。Graph showing the emission spectrum of a certain luminescent material. 或る発光物質における発光強度比と温度の関係を示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between the emission intensity ratio and temperature in a certain luminescent substance. 温度検出処理を示すフローチャート。4 is a flowchart showing temperature detection processing; 検出方向から見たセンサ部の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the sensor part seen from the detection direction.

以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、温度検出装置1の構成を示すブロック図である。図2は、実施例1のセンサ部22の構成を示す図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the temperature detection device 1. As shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the sensor unit 22 of the first embodiment.

温度検出装置1は、発光する温度センサ2と、温度センサ2からの光を受光する受光部3と、導光路4を有している。導光路4は、光ファイバ等によって構成され、温度センサ2および受光部3を接続して温度センサ2からの光を受光部3に導く。 The temperature detection device 1 has a temperature sensor 2 that emits light, a light receiving section 3 that receives light from the temperature sensor 2 , and a light guide path 4 . The light guide path 4 is composed of an optical fiber or the like, connects the temperature sensor 2 and the light receiving section 3 and guides the light from the temperature sensor 2 to the light receiving section 3 .

温度センサ2は、励起部21およびセンサ部22を有する。図2に示すように、センサ部22は、母材23、および母材23内の所定位置にドープ(導入)される発光物質24を有する。 The temperature sensor 2 has an excitation section 21 and a sensor section 22 . As shown in FIG. 2, the sensor section 22 has a base material 23 and a luminescent material 24 doped (introduced) at predetermined positions in the base material 23 .

母材23は、励起エネルギーを受けても発光しないか、または発光したとしても発光物質24の発光スペクトルにおける発光ピークを含む所定の波長帯域では発光しない材料で構成される。たとえば、母材23は、半導体材料、セラミック材料、金属材料、および木材等によって構成される。母材23は、熱伝導率が0.25W/(cm·K) (300K)以上であることが好ましく、0.5W/(cm·K) (300K)以上であることがより好ましく、1.8W/(cm·K) (300K)以上であることが好適である。母材23の厚み(発光物質24が設けられる表面から裏面までの厚み)は、温度検出における空間分解能を向上させる観点から、センサ部22の熱容量を低減し、センサ部22をできるだけ小さくするために、できるだけ薄いことが好ましい。具体的には、発光物質添加半導体23の厚みは、500nm以下であり、50nm以下であることが好ましく、1nm~10nmであることがより好ましい。これにより、裏面側の熱を表面側の発光物質24へ速やかにかつ十分に伝達でき、裏面側の温度を適切に測定することができる。 The base material 23 is made of a material that does not emit light even if it receives excitation energy, or does not emit light in a predetermined wavelength band including the emission peak in the emission spectrum of the light-emitting substance 24 even if it emits light. For example, the base material 23 is made of semiconductor material, ceramic material, metal material, wood, or the like. The base material 23 preferably has a thermal conductivity of 0.25 W/(cm K) (300 K) or more, more preferably 0.5 W/(cm K) (300 K) or more. 8 W/(cm·K) (300K) or more is preferable. The thickness of the base material 23 (thickness from the front surface to the back surface where the light-emitting material 24 is provided) is determined from the viewpoint of improving the spatial resolution in temperature detection, reducing the heat capacity of the sensor section 22, and making the sensor section 22 as small as possible. , preferably as thin as possible. Specifically, the thickness of the light-emitting substance-added semiconductor 23 is 500 nm or less, preferably 50 nm or less, and more preferably 1 nm to 10 nm. As a result, the heat on the back side can be quickly and sufficiently transferred to the light-emitting material 24 on the front side, and the temperature on the back side can be appropriately measured.

母材23として半導体材料を用いる場合には、たとえば、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム、リン化インジウム、シリコンゲルマニウム、ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、酸化亜鉛、窒化インジウム、窒化インジウムガリウム、窒化ホウ素、ダイヤモンドなどを用いることができる。特に、母材に導入された発光物質24の発光のしやすさの観点から、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、または窒化アルミニウムガリウムを発光物質添加半導体23の母材として用いることが好ましい。また、母材23として励起エネルギーとして電流を用いる(電流注入によって発光物質24を励起する)場合には、センサ部22は、縦pn接合ダイオード、縦ショットキーバリアダイオード、横pn接合ダイオード、横ショットキーバリアダイオードまたは高移動度電界効果トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)等として構成される。 When a semiconductor material is used as the base material 23, for example, gallium nitride, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium gallium arsenide, indium phosphide, silicon germanium, silicon, silicon carbide, aluminum nitride, aluminum gallium nitride, Zinc oxide, indium nitride, indium gallium nitride, boron nitride, diamond, and the like can be used. In particular, it is preferable to use gallium nitride, aluminum nitride, or aluminum gallium nitride as the base material of the luminescent material-added semiconductor 23 from the viewpoint of ease of light emission of the luminescent material 24 introduced into the base material. When current is used as the excitation energy for the base material 23 (excitation of the light-emitting substance 24 by current injection), the sensor unit 22 includes a vertical pn junction diode, a vertical Schottky barrier diode, a horizontal pn junction diode, a horizontal shot It is configured as a key barrier diode, a high mobility field effect transistor (High Electron Mobility Transistor: HEMT), or the like.

発光物質24は、励起エネルギーを受けることによって発光し、かつ、当該発光が温度によって変化する元素により構成されている。すなわち、発光物質24の発光スペクトルは、温度によって変化する。 The light-emitting substance 24 is composed of an element that emits light upon receiving excitation energy and whose light emission changes with temperature. That is, the emission spectrum of the luminescent material 24 changes with temperature.

たとえば、発光物質24は、希土類元素であり、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムから選択される1種以上である。 For example, the light emitting material 24 is a rare earth element and is one or more selected from praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, and ytterbium.

図3Aは、励起光を用いた励起方法の一例を示す図である。図3Bは、電流を用いた励起方法の一例を示す図である。図3Cは、電子ビームを用いた励起方法の一例を示す図である。 FIG. 3A is a diagram showing an example of an excitation method using excitation light. FIG. 3B is a diagram showing an example of an excitation method using current. FIG. 3C is a diagram showing an example of an excitation method using an electron beam.

励起部21は、センサ部22(発光物質24)に励起エネルギーを付与するための励起エネルギー付与手段として機能し、発光物質24を励起する。発光物質24に励起エネルギーを付与する方法としては、励起光による方法(フォトルミネセンス)、電流注入による方法(エレクトロルミネセンス)、電子を衝突させる方法(カソードルミネセンス)等がある。 The excitation unit 21 functions as excitation energy applying means for applying excitation energy to the sensor unit 22 (light-emitting substance 24 ), and excites the light-emitting substance 24 . Methods for imparting excitation energy to the light-emitting substance 24 include a method using excitation light (photoluminescence), a method using current injection (electroluminescence), and a method involving electron collision (cathodeluminescence).

図3Aに示すように、フォトルミネセンスでは、励起光を発光物質24に照射する。たとえば、発光物質24の共鳴励起条件に対応する共鳴励起光を励起光として発光物質24に照射して、発光物質24を直接励起することができる。また、母材23が半導体材料である場合には、所定のエネルギーを持つ光を励起光として発光物質24およびその周辺の母材23に照射して、母材23(半導体材料)における電子・正孔対の再結合エネルギーもしくはホットキャリアの衝突によって発光物質24を間接的に励起(間接励起)することができる。なお、発光物質24の共鳴励起条件が複数存在する場合には、複数種類の共鳴励起光を励起光としてもよい。また、母材23が半導体材料である場合に照射される光は、母材23のバンドギャップを超えるエネルギーを持つ光(たとえば紫外光)であることが好ましい。フォトルミネセンスを用いる場合には、励起部21は、励起光を照射するための光源を有し、励起光照射部として機能する。 As shown in FIG. 3A, in photoluminescence, a luminescent material 24 is irradiated with excitation light. For example, the luminescent substance 24 can be directly excited by irradiating the luminescent substance 24 with resonance excitation light corresponding to the resonance excitation condition of the luminescent substance 24 as excitation light. Further, when the base material 23 is a semiconductor material, light having a predetermined energy is irradiated as excitation light to the light-emitting substance 24 and the base material 23 around it to cause electrons and positive electrons in the base material 23 (semiconductor material). The light emitting material 24 can be indirectly excited (indirect excitation) by recombination energy of hole pairs or collision of hot carriers. When there are multiple resonance excitation conditions for the light-emitting substance 24, multiple types of resonance excitation light may be used as the excitation light. Moreover, when the base material 23 is a semiconductor material, the light to be irradiated is preferably light having energy exceeding the bandgap of the base material 23 (for example, ultraviolet light). When photoluminescence is used, the excitation unit 21 has a light source for irradiating excitation light and functions as an excitation light irradiation unit.

図3Bに示すように、エレクトロルミネセンスでは、母材23が半導体材料で構成され、母材23の表面に、一対の電極が設けられる。そして、電極に所定の電圧(順方向バイアス)が印加されると、母材23内に電流が流れる。このとき、母材23内に電流が流れることによって、母材23において電子・正孔対の再結合エネルギーが生じる。したがって、紫外光によるフォトルミネセンスと同様に間接励起によって発光物質24が励起される。エレクトロルミネセンスを用いる場合には、励起部21は、商用電源または電池などの電源に接続され、センサ部22に所定の電圧(温度検出用の電圧)を印加する電圧印加部として機能する。 As shown in FIG. 3B, in electroluminescence, a base material 23 is made of a semiconductor material, and a pair of electrodes is provided on the surface of the base material 23 . Then, when a predetermined voltage (forward bias) is applied to the electrodes, current flows in the base material 23 . At this time, recombination energy of electron-hole pairs is generated in the base material 23 by the current flowing in the base material 23 . Therefore, the luminescent material 24 is excited by indirect excitation, similar to photoluminescence by ultraviolet light. When using electroluminescence, the excitation unit 21 is connected to a power source such as a commercial power supply or a battery, and functions as a voltage application unit that applies a predetermined voltage (voltage for temperature detection) to the sensor unit 22 .

図3Cに示すように、カソードルミネセンスでは、数kVから数10kVに加速した電子ビーム(電子線)を発光物質24に照射する。この場合、電子の衝突によって発光物質24を直接励起することもできるし、母材23が半導体材料である場合には、電子・正孔対の再結合エネルギーもしくはホットキャリアの衝突によって発光物質24を間接励起することもできる。カソードルミネセンスを用いる場合には、励起部21は、電子銃等を有し、電子ビームを照射するための電子ビーム照射部として機能する。 As shown in FIG. 3C, in cathodoluminescence, the luminescent material 24 is irradiated with an electron beam (electron beam) accelerated to several kV to several tens of kV. In this case, the light-emitting substance 24 can be directly excited by collision of electrons, or if the base material 23 is a semiconductor material, the light-emitting substance 24 can be excited by recombination energy of electron-hole pairs or collision of hot carriers. Indirect excitation is also possible. When cathodoluminescence is used, the excitation unit 21 has an electron gun or the like and functions as an electron beam irradiation unit for irradiating an electron beam.

フォトルミネセンスおよびエレクトロルミネセンスで温度検出可能な最小の範囲(空間分解能)は、発光物質24の発光を検出する光学系(受光部3および導光路4)の分解能によって規定される。当分野における汎用の光学系の分解能は、励起光波長や発光物質の発光波長にも依存するが、200nm程度であり、超解像顕微鏡などを用いれば、50nm程度である。 The minimum temperature-detectable range (spatial resolution) of photoluminescence and electroluminescence is defined by the resolution of the optical system (light-receiving section 3 and light guide 4) that detects the light emitted from the light-emitting substance 24. FIG. The resolution of general-purpose optical systems in this field is about 200 nm, depending on the excitation light wavelength and the emission wavelength of a luminescent substance, and is about 50 nm if a super-resolution microscope or the like is used.

カソードルミネセンスでの温度検出の空間分解能は、電子ビームの外径寸法および電子ビームが付与するエネルギーの空間的広がり等の要因によって規定される。すなわち、カソードルミネセンスにおいて励起される最小の領域の大きさによって規定される。カソードルミネセンスにおいて励起される最小の領域の大きさは、10nm程度である。 The spatial resolution of temperature detection in cathodoluminescence is defined by factors such as the outer diameter of the electron beam and the spatial spread of the energy imparted by the electron beam. That is, it is defined by the size of the smallest region excited in cathodoluminescence. The size of the smallest region excited in cathodoluminescence is of the order of 10 nm.

図2に戻って、センサ部22は、温度を検出するための検出方向から見た場合に、発光物質24が導入され、互いに間隔を隔てて配置される複数の領域(発光領域)25と、発光物質24が導入されない領域(非発光領域)26とを有する。本実施例では、センサ部22を検出方向から見た場合、発光領域25以外の領域は全て非発光領域26となる。 Returning to FIG. 2, the sensor unit 22 includes a plurality of regions (light-emitting regions) 25 into which the light-emitting substance 24 is introduced and arranged at intervals from each other when viewed from the detection direction for detecting temperature; and a region (non-light-emitting region) 26 into which the light-emitting substance 24 is not introduced. In this embodiment, when the sensor section 22 is viewed from the detection direction, all areas other than the light emitting area 25 are non-light emitting areas 26 .

検出方向から見た場合の発光領域25の形状は、特に限定されず、矩形状や円形状等とすることができる。ただし、検出方向から見た場合の発光領域25の形状は、真円形状や正多角形状等、等方的な形状であることが好ましい。 The shape of the light emitting region 25 when viewed from the detection direction is not particularly limited, and may be rectangular, circular, or the like. However, the shape of the light emitting region 25 when viewed from the detection direction is preferably an isotropic shape such as a perfect circle or a regular polygon.

また、検出方向から見た場合の発光領域25の大きさは、200nm×200nmまたは直径200nmより小さければよく、好ましくは50nm×50nmまたは直径50nmであればよく、より好ましくは10nm×10nmまたは直径10nm以下であればよい。 In addition, the size of the light emitting region 25 when viewed from the detection direction may be smaller than 200 nm×200 nm or 200 nm in diameter, preferably 50 nm×50 nm or 50 nm in diameter, and more preferably 10 nm×10 nm or 10 nm in diameter. Any of the following is acceptable.

上述したように、カソードルミネセンスでの温度検出の空間分解能(観測領域)は10nm程度である。このため、カソードルミネセンスを用いた場合、発光領域25の大きさが10nm×10nmまたは直径10nm程度であっても、1つの発光領域25を個別に検出可能である。 As described above, the spatial resolution (observation area) of temperature detection by cathodoluminescence is about 10 nm. Therefore, when cathodoluminescence is used, even if the size of the light-emitting region 25 is about 10 nm×10 nm or the diameter of the light-emitting region 25 is about 10 nm, one light-emitting region 25 can be detected individually.

また、光の検出が容易さについては、発光領域が観測領域よりも大きい場合、観測領域内の発光物質数(観測領域体積×発光物質濃度)によって決定され、発光領域が観測領域よりも小さい場合、発光領域内の発光物質数(発光領域体積×発光物質濃度)によって決定される。 Regarding the ease of light detection, if the light emitting area is larger than the observation area, it is determined by the number of light emitting substances in the observation area (observation area volume x light emitting substance concentration), and if the light emitting area is smaller than the observation area , is determined by the number of light-emitting substances in the light-emitting region (light-emitting region volume×light-emitting substance concentration).

さらに、隣り合う発光領域25同士の距離は、空間分解能の観点からは、励起方法毎の最小の観測領域の大きさに応じてできるだけ小さく設定されればよい。たとえば、フォトルミネセンスおよびエレクトロルミネセンスでは50nm以上とし、カソードルミネセンスでは10nm以上とすることができる。このようにすれば、励起方法毎の最小の観測領域に応じて発光領域間距離をなるべく短くすることができ、結果的に空間分解能を向上させることができる。なお、発光領域25同士の距離を小さくして、発光領域25を増やしすぎると、イオン注入ダメージが大きくなり、熱処理による修復が難しくなる。このため、温度センサ2の性能低下を抑制するために、発光領域25同士の距離が小さく設定される場合には、すなわち、発光領域25同士の距離が小さくなるに連れて、発光物質をなるべく少なく注入することが好ましい。なお、隣り合う発光領域25の間には、非発光領域26が存在するので、複数の発光領域25同士の距離は、非発光領域26の大きさ(幅寸法)のことでもある。 Furthermore, from the viewpoint of spatial resolution, the distance between adjacent light emitting regions 25 should be set as small as possible according to the minimum size of the observation region for each excitation method. For example, it can be 50 nm or more for photoluminescence and electroluminescence, and 10 nm or more for cathodoluminescence. By doing so, the distance between the light emitting regions can be shortened as much as possible according to the minimum observation region for each excitation method, and as a result the spatial resolution can be improved. If the distance between the light emitting regions 25 is reduced to increase the number of the light emitting regions 25 too much, the ion implantation damage becomes large and the repair by heat treatment becomes difficult. Therefore, when the distance between the light emitting regions 25 is set small in order to suppress the deterioration of the performance of the temperature sensor 2, that is, as the distance between the light emitting regions 25 becomes smaller, the amount of the light emitting substance is reduced as much as possible. Injection is preferred. Since non-light-emitting regions 26 exist between adjacent light-emitting regions 25 , the distance between the plurality of light-emitting regions 25 also means the size (width dimension) of the non-light-emitting regions 26 .

上述したように、カソードルミネセンスでの温度検出の空間分解能は10nm程度である。このため、カソードルミネセンスを用いれば、隣り合う発光領域25同士の距離が10nm以上あれば、1つの発光領域25を個別に(他の発光領域25と区別して)励起することができる。すなわち、1つの発光領域25を個別に検出可能である。また、隣り合う発光領域25同士の距離が200nm以上あれば、フォトルミネセンスおよびエレクトロルミネセンスであっても1つの発光領域25を個別に検出可能である。 As described above, the spatial resolution of temperature detection by cathodoluminescence is about 10 nm. Therefore, by using cathodoluminescence, if the distance between adjacent light emitting regions 25 is 10 nm or more, one light emitting region 25 can be excited individually (distinguished from other light emitting regions 25). That is, one light emitting region 25 can be individually detected. Moreover, if the distance between adjacent light emitting regions 25 is 200 nm or more, each light emitting region 25 can be detected individually even by photoluminescence and electroluminescence.

発光領域25における発光物質24の導入濃度は、5×1013個/cm~1×1022個/cmの範囲内であり、好ましくは、5×1016個/cm~4×1021個/cmの範囲内である。 The concentration of the light-emitting substance 24 introduced in the light-emitting region 25 is within the range of 5×10 13 /cm 3 to 1×10 22 /cm 3 , preferably 5×10 16 /cm 3 to 4×10 It is within the range of 21 pieces/cm 3 .

5×1013個/cmの濃度は、200nm×200nm×500nmの領域に約1個の発光物質24が存在する程度の濃度であり、5×1016個/cmの濃度は、200nm×200nm×500nmの領域に約1000個の発光物質24が存在する程度の濃度である。 The concentration of 5×10 13 /cm 3 is a concentration at which approximately one light-emitting substance 24 exists in a region of 200 nm×200 nm×500 nm, and the concentration of 5×10 16 /cm 3 is equivalent to 200 nm×200 nm×500 nm. The concentration is such that about 1000 light-emitting substances 24 are present in an area of 200 nm×500 nm.

たとえば、プラセオジム1個の発光強度は、1秒あたり光子数が10万個程度であるので、発光するプラセオジムが1個あれば、公知の光検出器で十分に温度センサ2(センサ部22)からの光を検出可能である。したがって、5×1013個/cm以上の濃度であれば、原理的には検出可能な光を得ることができると考えられる。また、5×1016個/cm以上の濃度であれば、より確実に温度センサ2からの光を検出できる。 For example, the emission intensity of one praseodymium is about 100,000 photons per second. of light can be detected. Therefore, in principle, detectable light can be obtained at a concentration of 5×10 13 /cm 3 or more. Moreover, if the concentration is 5×10 16 /cm 3 or more, the light from the temperature sensor 2 can be detected more reliably.

また、1×1022個/cmの濃度は、原子濃度で約10%に相当し、4×1021個/cmの濃度は、原子濃度で約4%に相当する。希土類元素の最大発光強度は、原子濃度で約4%前後である場合に得られるため、発光領域25における発光物質24の導入濃度としては、4×1021個/cmとすることが最も好ましい。 A concentration of 1×10 22 /cm 3 corresponds to an atomic concentration of approximately 10%, and a concentration of 4×10 21 /cm 3 corresponds to an atomic concentration of approximately 4%. Since the maximum emission intensity of the rare earth element is obtained when the atomic concentration is around 4%, it is most preferable to set the concentration of the light-emitting substance 24 introduced in the light-emitting region 25 to 4×10 21 /cm 3 . .

図4はセンサ部22の製造方法の一部を示す図である。図5はセンサ部22の製造方法の一部であって、図4に後続する図である。図6はセンサ部22の製造方法の一部であって、図5に後続する図である。 4A and 4B are diagrams showing a part of the manufacturing method of the sensor section 22. FIG. FIG. 5 shows a part of the manufacturing method of the sensor section 22 and is a diagram subsequent to FIG. FIG. 6 shows a part of the manufacturing method of the sensor section 22 and is a diagram subsequent to FIG.

上記のような構成のセンサ部22の製造方法としては、イオン注入法を用いることができる。以下、母材23を窒化ガリウムとし、発光物質24をプラセオジムとした場合のセンサ部22の製造方法を説明する。 An ion implantation method can be used as a method for manufacturing the sensor section 22 having the configuration described above. A method of manufacturing the sensor unit 22 in which the base material 23 is gallium nitride and the light-emitting material 24 is praseodymium will be described below.

図4に示すように、まず、母材23の表面に、感光性樹脂等によって構成されるレジスト膜40を形成する(レジスト膜形成工程)。なお、レジスト膜40は、母材23の表面のうち、少なくとも検出方向(導光路4または受光部3)に対向する部分に形成される。 As shown in FIG. 4, first, a resist film 40 made of a photosensitive resin or the like is formed on the surface of the base material 23 (resist film forming step). The resist film 40 is formed on at least a portion of the surface of the base material 23 facing the detection direction (the light guide path 4 or the light receiving portion 3).

次に、電子ビームリソグラフィによって、レジスト膜40に、複数の発光領域25のそれぞれに対応する複数のスルーホール41を形成する(スルーホール形成工程)。なお、スルーホール41の大きさは、上述した発光領域25の大きさに対応する。 Next, by electron beam lithography, a plurality of through holes 41 corresponding to the plurality of light emitting regions 25 are formed in the resist film 40 (through hole forming step). The size of the through hole 41 corresponds to the size of the light emitting region 25 described above.

次に、図5に示すように、スルーホール41を介して、母材23に発光物質24をイオン注入する(イオン注入工程)。母材23に発光物質24をイオン注入する際の注入濃度は、発光領域25における発光物質24の導入濃度に対応する。ただし、この段階では、母材23に注入された発光物質24はイオン化(活性化)されていないため、励起エネルギーを受けたとしても発光しない状態である。 Next, as shown in FIG. 5, ions of a light-emitting material 24 are implanted into the base material 23 through the through holes 41 (ion implantation step). The implantation concentration when ion-implanting the light-emitting substance 24 into the base material 23 corresponds to the introduction concentration of the light-emitting substance 24 in the light-emitting region 25 . However, at this stage, the light-emitting substance 24 injected into the base material 23 is not ionized (activated), so that it does not emit light even if it receives excitation energy.

続いて、レジスト膜40を除去し(レジスト膜除去工程)、発光物質24が注入された母材23を熱処理(高温処理)することによって、発光物質24をイオン化(酸化)させる(熱処理工程)。熱処理工程における処理温度は、500℃~1650℃である。なお、高温で処理するほど、効率よく発光物質24をイオン化させることができる。一方、処理温度が高すぎると、母材23の結晶構造が崩れてしまうという問題がある。なお、このような結晶構造を回復させるための熱処理に関する技術の一例として、窒化ガリウムを窒素ガス雰囲気中で高温(1550℃付近)、高圧にする技術が、参考文献1(S. Porowski et al., J. Phys: Condens. Matter 14 (2002) 11097-11110)に開示されている。 Subsequently, the resist film 40 is removed (resist film removing step), and the base material 23 into which the light emitting substance 24 is implanted is heat treated (high temperature treatment) to ionize (oxidize) the light emitting substance 24 (heat treatment step). The processing temperature in the heat treatment step is 500.degree. C. to 1650.degree. Note that the higher the temperature, the more efficiently the light-emitting substance 24 can be ionized. On the other hand, if the treatment temperature is too high, there is a problem that the crystal structure of the base material 23 collapses. As an example of a technique related to heat treatment for recovering such a crystal structure, a technique of subjecting gallium nitride to high temperature (around 1550° C.) and high pressure in a nitrogen gas atmosphere is disclosed in reference 1 (S. Porowski et al. , J. Phys: Condens. Matter 14 (2002) 11097-11110).

このため、図6に示すように、母材23を覆う熱処理保護膜42を形成した上で、熱処理を行うようにしてもよい。この場合、レジスト膜40の除去後に、母材23を覆う熱処理保護膜42を形成し(保護膜形成工程)、熱処理保護膜42が形成された状態の母材23を熱処理した後に、熱処理保護膜42を除去すればよい(保護膜除去工程)。熱処理保護膜42は、窒化シリサイド(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、窒化アルミニウム(AlN)等によって構成される。なお、熱処理保護膜を用いる熱処理方法の報告例が参考文献2(K. Lorenz, et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2712-2714)に開示されている。 Therefore, as shown in FIG. 6, after forming a heat treatment protective film 42 covering the base material 23, the heat treatment may be performed. In this case, after removing the resist film 40, a heat treatment protective film 42 covering the base material 23 is formed (protective film forming step), and after the base material 23 with the heat treatment protective film 42 formed thereon is heat treated, the heat treatment protective film is formed. 42 may be removed (protective film removing step). The heat treatment protection film 42 is composed of silicide nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum nitride (AlN), or the like. An example of a heat treatment method using a heat treatment protective film is disclosed in Reference 2 (K. Lorenz, et al., Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 2712-2714).

図7は3価のプラセオジムの発光スペクトルであって、22.5℃での発光スペクトルと、50.7℃での発光スペクトルとを示すグラフである。図8は3価のプラセオジムにおける発光強度比と温度の関係を示すグラフである。 FIG. 7 is an emission spectrum of trivalent praseodymium, which is a graph showing an emission spectrum at 22.5°C and an emission spectrum at 50.7°C. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the emission intensity ratio and temperature in trivalent praseodymium.

発光物質24には、発光スペクトルにおいて発光強度が高くなる波長帯域(発光ピーク)が2つ存在するものがある。たとえば、発光ピークが2つ存在するものとしては、3価のプラセオジムなどがある。図7に示すように、3価のプラセオジムの発光スペクトルでは、650nm付近に第1の発光ピーク(第1のピーク)が存在し、652nm付近に第2の発光ピーク(第2のピーク)が存在する。本実施例では、649nm以上651nm未満の波長帯域(第1の波長帯域)を第1のピークとし、651nm以上653nm未満の波長帯域(第2の波長帯域)を第2のピークとする。 Some of the luminescent substances 24 have two wavelength bands (emission peaks) in which the emission intensity is high in the emission spectrum. For example, trivalent praseodymium and the like have two emission peaks. As shown in FIG. 7, the emission spectrum of trivalent praseodymium has a first emission peak (first peak) near 650 nm and a second emission peak (second peak) near 652 nm. do. In this embodiment, the wavelength band of 649 nm or more and less than 651 nm (first wavelength band) is defined as the first peak, and the wavelength band of 651 nm or more and less than 653 nm (second wavelength band) is defined as the second peak.

第1のピークおよび第2のピークのいずれも、温度が低い(22.5℃)場合の方が、温度が高い(50.7℃)場合よりも発光強度が高くなる。ただし、第1のピークと第2のピークとでは、温度変化による発光強度の変化量(変化率)に差がある。すなわち、第1のピークにおける発光強度(第1の発光強度)と、第2のピークにおける発光強度(第2の発光強度)との比(発光強度比)は、温度に応じて変化する。 Both the first peak and the second peak have higher emission intensity when the temperature is lower (22.5° C.) than when the temperature is higher (50.7° C.). However, between the first peak and the second peak, there is a difference in the amount of change (rate of change) in emission intensity due to temperature change. That is, the ratio (emission intensity ratio) between the emission intensity at the first peak (first emission intensity) and the emission intensity at the second peak (second emission intensity) changes according to the temperature.

プラセオジムを例に挙げると、図8に示すように、低温になるにつれて発光強度比が小さくなり、高温になるにつれて発光強度比が大きくなる。本実施例では、発光物質24がプラセオジムである場合を例に挙げて説明したが、温度に応じて2つのピークの発光強度比が変化すること、および、低温になるにつれて発光強度比が小さくなり、高温になるにつれて発光強度比が大きくなることは、他の希土類元素においても同じである。 Taking praseodymium as an example, as shown in FIG. 8, the lower the temperature, the smaller the emission intensity ratio, and the higher the temperature, the higher the emission intensity ratio. In this embodiment, the case where the light-emitting substance 24 is praseodymium has been described as an example. It is the same with other rare earth elements that the emission intensity ratio increases as the temperature rises.

たとえば、図示は省略するが、ネオジムの発光スペクトルでは、865nm付近に第1のピークが存在し、885nm付近に第2のピークが存在する。また、エルビウムの発光スペクトルでは、525nm付近に第1のピークが存在し、550nm付近に第2のピークが存在する。さらに、ネオジムとイッテルビウムを共添加した場合には、950nm付近に第1のピークが存在し、1050nm付近に第2のピークが存在する。なお、ここで例示しない他の希土類元素についても、実験等により予め発光スペクトルを取得しておき、第1のピークと第2のピークを設定することによって、2つのピークの発光強度比と温度との関係を明らかにすることができると考えられる。 For example, although not shown, the emission spectrum of neodymium has a first peak near 865 nm and a second peak near 885 nm. In addition, the emission spectrum of erbium has a first peak near 525 nm and a second peak near 550 nm. Furthermore, when neodymium and ytterbium are co-doped, there is a first peak near 950 nm and a second peak near 1050 nm. In addition, for other rare earth elements not exemplified here, the emission spectrum is obtained in advance by experiment or the like, and by setting the first peak and the second peak, the emission intensity ratio of the two peaks and the temperature It is thought that it is possible to clarify the relationship between

図1に戻って、受光部3は、光検出部31および制御部32を有する。光検出部31は、センサ部22(発光物質24)からの光を検出するためのものであり、分光部33、第1光検出器34、および第2光検出器35を有する。分光部33は、センサ部22(発光物質24)からの光を、第1のピークに相当する第1の波長帯域の光と、第2のピークに相当する第2の波長帯域の光とに分光するためのものである。分光部33の構成は特に限定されず、ビームスプリッタまたはダイクロイックミラー等を用いてもよいし、ミラー等の光学素子とエタロンフィルタ、バンドパスフィルタとの組み合わせによって構成してもよい。分光部33によって分光された光のうち、第1の波長帯域の光は第1光検出器34に入射され、第2の波長帯域の光は第2光検出器35に入射される。 Returning to FIG. 1 , the light receiver 3 has a light detector 31 and a controller 32 . The light detection section 31 is for detecting light from the sensor section 22 (light-emitting substance 24 ), and has a spectroscopic section 33 , a first photodetector 34 and a second photodetector 35 . The spectroscopic unit 33 splits the light from the sensor unit 22 (light-emitting material 24) into light in a first wavelength band corresponding to the first peak and light in a second wavelength band corresponding to the second peak. It is for spectroscopy. The configuration of the spectroscopic section 33 is not particularly limited, and a beam splitter, a dichroic mirror, or the like may be used, or a combination of an optical element such as a mirror, an etalon filter, and a bandpass filter may be used. Of the light split by the spectroscopic section 33 , light in the first wavelength band enters the first photodetector 34 , and light in the second wavelength band enters the second photodetector 35 .

第1光検出器34および第2光検出器35は、入射された光の強度に応じた信号を制御部32に出力するためのものである。第1光検出器34および第2光検出器35の構成は特に限定されず、フォトダイオード等を用いることができる。また、第1光検出器34および第2光検出器35を単一光子の検出が可能な単一光子検出器で構成してもよい。 The first photodetector 34 and the second photodetector 35 are for outputting a signal corresponding to the intensity of the incident light to the controller 32 . The configurations of the first photodetector 34 and the second photodetector 35 are not particularly limited, and photodiodes or the like can be used. Also, the first photodetector 34 and the second photodetector 35 may be composed of single photon detectors capable of detecting single photons.

制御部32は、CPU(中央演算処理装置)と各種データを記憶する記憶部(メモリ)とを有している。この制御部32は、少なくとも温度検出処理を実行する。すなわち、制御部32は、光検出部31から出力される信号に基づいてセンサ部22の発光物質24からの光を検出し、検出した光に基づいて温度を検出(測定)する温度検出部として機能する。なお、制御部32は、温度検出装置1の主制御部として機能してもよく、この場合、制御部32は、励起部21等の温度検出装置1の各部位に制御信号を送信し、温度検出装置1に種々の動作を実行させる。 The control unit 32 has a CPU (central processing unit) and a storage unit (memory) that stores various data. This control unit 32 executes at least temperature detection processing. That is, the control unit 32 functions as a temperature detection unit that detects light from the light-emitting material 24 of the sensor unit 22 based on the signal output from the light detection unit 31 and detects (measures) temperature based on the detected light. Function. Note that the control unit 32 may function as a main control unit of the temperature detection device 1. In this case, the control unit 32 transmits a control signal to each part of the temperature detection device 1 such as the excitation unit 21 to control the temperature. Detecting device 1 is caused to perform various operations.

以上のように構成された温度検出装置1は、発光物質24の2つのピークの発光強度比と温度との関係を利用して、発光物質24の設置位置の温度を検出する温度検出処理を実行する。温度検出処理の実行にあたり、使用する発光物質24の2つのピークの発光強度比と温度との関係に基づいた温度の検出条件が予め作成されており、この温度の検出条件のデータが制御部32の記憶部に記憶されている。たとえば、さまざまな温度にける2つのピークの発光強度比を実験等によって取得しておき、実験結果に基づいた発光強度比と温度の関係を示す近似式または発光強度比を温度に変換するためのテーブルデータなどを温度の検出条件として作成して制御部32の記憶部に記憶しておく。 The temperature detection device 1 configured as described above uses the relationship between the light emission intensity ratio of the two peaks of the light-emitting substance 24 and the temperature to execute temperature detection processing for detecting the temperature at the position where the light-emitting substance 24 is installed. do. In executing the temperature detection process, a temperature detection condition is created in advance based on the relationship between the luminescence intensity ratio of the two peaks of the light-emitting substance 24 to be used and the temperature. is stored in the storage unit of For example, the luminous intensity ratio of two peaks at various temperatures is obtained by experiments, etc., and an approximation formula representing the relationship between the luminous intensity ratio and temperature based on the experimental results, or an approximation for converting the luminous intensity ratio to temperature Table data or the like is created as temperature detection conditions and stored in the storage section of the control section 32 .

図9は、制御部32で実行される温度検出処理を示すフローチャートである。まず、励起部21を制御して、センサ部22(電極)に励起エネルギーを付与する(ステップS1)。センサ部22に励起エネルギーが付与されることによって、発光物質24が発光し、発光物質24の光が導光路4を通って光検出部31に入射される。このときの発光物質24からの光の発光スペクトルは、発光物質24の現在温度での発光スペクトルとなる。本実施例では、光検出部31に入射された光は、分光部33によって、第1光検出器34に入射される第1の波長帯域の光と、第2光検出器35に入射される第2の波長帯域の光とに分光される。 FIG. 9 is a flow chart showing temperature detection processing executed by the control unit 32. As shown in FIG. First, the excitation unit 21 is controlled to apply excitation energy to the sensor unit 22 (electrode) (step S1). When excitation energy is applied to the sensor section 22 , the light-emitting substance 24 emits light, and the light from the light-emitting substance 24 passes through the light guide 4 and enters the light detection section 31 . The emission spectrum of the light from the light-emitting substance 24 at this time is the emission spectrum of the light-emitting substance 24 at the current temperature. In this embodiment, the light incident on the photodetector 31 is incident on the first photodetector 34 and the second photodetector 35 by the spectroscopic unit 33. light in the second wavelength band.

そして、第1光検出器34からは、第1の波長帯域の光の強度である第1の発光強度に応じた信号が出力され、制御部32は、この信号に応じて第1の発光強度を検出(取得)する(ステップS2)。また、第2光検出器35からは、第2の波長帯域の光の強度である第2の発光強度に応じた信号が出力され、制御部32は、この信号に応じて第2の発光強度を取得する(ステップS3)。 Then, the first photodetector 34 outputs a signal corresponding to the first emission intensity, which is the intensity of the light in the first wavelength band. is detected (obtained) (step S2). Further, the second photodetector 35 outputs a signal corresponding to the second emission intensity, which is the intensity of the light in the second wavelength band. (step S3).

続いて、第1の発光強度と第2の発光強度との発光強度比を算出し(ステップS4)、温度の検出条件に従って、発光強度比から発光物質24の設置位置の温度を検出する(ステップS5)。 Subsequently, the emission intensity ratio between the first emission intensity and the second emission intensity is calculated (step S4), and the temperature at the installation position of the light-emitting substance 24 is detected from the emission intensity ratio according to the temperature detection conditions (step S5).

このようにして、本実施例では、ナノスケール(ナノメートルオーダー)で選択的に発光領域25(発光物質24)のそれぞれの温度を個別に検出することができる。すなわち、ナノスケールで温度を検出することができる。したがって、温度検出処理における空間分解能を向上させることができる。また、発光スペクトルに基づいて温度測定を行うため、温度測定対象にセンサ部22を当接させておけば、温度測定するタイミングで他のものを接触させる必要がないため、温度測定時においてセンサ部22以外の物体の接触による温度変化を防止して温度測定することができる。 In this manner, in this embodiment, the temperature of each light emitting region 25 (light emitting substance 24) can be individually detected selectively on a nanoscale (nanometer order). That is, temperature can be detected on the nanoscale. Therefore, it is possible to improve the spatial resolution in the temperature detection process. Further, since the temperature is measured based on the emission spectrum, if the sensor unit 22 is brought into contact with the temperature measurement object, there is no need to bring other objects into contact with the temperature measurement timing. The temperature can be measured while preventing temperature change due to contact with an object other than 22 .

さらに、従来技術として、炭化ケイ素中のシリコン空孔を磁気センサ等の量子センサとして用いる技術がある。このような従来技術では、適用できる材料が炭化ケイ素のみであり、他の材料には適用できなかった。これに対し、本実施例では、上記の従来技術に比べ、センサ部22を構成する材料的な制限が少ないという利点がある。 Furthermore, as a conventional technique, there is a technique of using silicon vacancies in silicon carbide as a quantum sensor such as a magnetic sensor. In such prior art, the applicable material was only silicon carbide, and other materials could not be applied. On the other hand, the present embodiment has the advantage that there are fewer restrictions on the material constituting the sensor section 22 than in the above-described prior art.

また、発光物質24の現在温度での発光スペクトルによる温度測定を行うため、発光物質24を含むセンサ部22が配置されている部位の周辺温度を測定する、あるいは、センサ部22の母材23の裏面が当接している対象物の温度を測定するといったことができる。たとえば、センサ部22の母材23の裏面が設置された対象物の温度は、当接して設置されている母材23から発光物質24へと熱伝達する。このため、母材23が当接している対象物の温度を発光物質24の発光から測定することができる。 In addition, in order to measure the temperature by the emission spectrum at the current temperature of the light-emitting substance 24, the ambient temperature of the part where the sensor section 22 containing the light-emitting substance 24 is arranged, or the temperature of the base material 23 of the sensor section 22 is measured. For example, it is possible to measure the temperature of an object with which the back surface is in contact. For example, the temperature of the object on which the back surface of the base material 23 of the sensor unit 22 is placed is heat-transferred from the base material 23 placed in contact with the light-emitting substance 24 . Therefore, the temperature of the object with which the base material 23 is in contact can be measured from the luminescence of the luminescent material 24 .

なお、母材23の種類と発光物質24の種類との組み合わせについて好ましい例としては、母材23を窒化ガリウムとし、発光物質24をプラセオジム、特に3価のプラセオジムとすることができる。この組み合わせであれば、プラセオジムが発光しやすいので、光を検出しやすいという利点がある。また、母材23を窒化ガリウムとすることによって、電子デバイス、特に半導体デバイスへの組み込み性が高くなるし、さらに、窒化ガリウムを含む電子デバイス上に発光物質24を導入してセンサ部22または温度センサ2を構成することもできるようになる。このようにすれば、電子デバイス上の任意の位置の温度を局所的に検出したり、電子デバイス上の複数の位置の温度を検出し、当該電子デバイスにおける温度分布を検出したりすることもできる。 As a preferred example of the combination of the type of the base material 23 and the type of the luminescent material 24, the base material 23 can be gallium nitride and the luminescent material 24 can be praseodymium, particularly trivalent praseodymium. With this combination, praseodymium easily emits light, so there is an advantage that light can be easily detected. In addition, by using gallium nitride as the base material 23, it is possible to incorporate it into an electronic device, particularly a semiconductor device. It also becomes possible to configure the sensor 2 . In this way, it is possible to locally detect the temperature at an arbitrary position on the electronic device, or to detect the temperature distribution in the electronic device by detecting the temperatures at a plurality of positions on the electronic device. .

また、発光物質24には、温度変化に応じて発光ピークが表れる波長が変化するものがある。たとえば、ネオジムの発光スペクトルでは、発光ピークが863nm付近に現れ、温度が低くなるにつれて発光ピークの波長が短くなり(短波長化し)、温度が高くなるにつれて発光ピークの波長が長くなる(長波長化する)傾向にある。すなわち、発光ピークが表れる波長の長短と、温度とは関係があるといえる。この発光ピークが表れる波長の長短と、温度との関係を利用して、発光物質24の発光スペクトルを検出し、その発光スペクトルにおける発光ピークの波長の長短に応じて、温度を検出することができる。この場合、基準となる温度における波長を基準波長として設定しておき、基準波長に対する差(Δλ)に応じて温度を検出するようにしてもよい。 Moreover, some of the light-emitting substances 24 change the wavelength at which the emission peak appears according to the temperature change. For example, in the emission spectrum of neodymium, the emission peak appears around 863 nm, the wavelength of the emission peak becomes shorter (shorter wavelength) as the temperature decreases, and the wavelength of the emission peak becomes longer (longer wavelength) as the temperature rises. do). That is, it can be said that there is a relationship between the length of the wavelength at which the emission peak appears and the temperature. Using the relationship between the length of the wavelength at which the emission peak appears and the temperature, the emission spectrum of the light-emitting substance 24 can be detected, and the temperature can be detected according to the length of the wavelength of the emission peak in the emission spectrum. . In this case, the wavelength at the reference temperature may be set as the reference wavelength, and the temperature may be detected according to the difference (Δλ) from the reference wavelength.

このように、発光ピークが表れる波長の長短と、温度との関係を利用する場合には、発光物質24からの光を分光する必要が無い。したがって、光検出部36は、1つの光検出部37を有するだけでよい。 Thus, when utilizing the relationship between the length of the wavelength at which the emission peak appears and the temperature, there is no need to disperse the light from the light-emitting substance 24 . Therefore, the photodetector 36 only needs to have one photodetector 37 .

図10は、検出方向から見たセンサ部22の構成の一例を示す図である。図10に示すように、センサ部22において複数の発光領域25(発光物質24)を配列しておき、母材23の表面に、生体細胞等の温度検出対象物を配置することもできる。このようにすれば、各発光領域25の温度を個別に検出することによって、温度検出対象物における温度分布をナノスケールで検出することができる。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the sensor section 22 viewed from the detection direction. As shown in FIG. 10, a plurality of light-emitting regions 25 (light-emitting substances 24) may be arranged in the sensor section 22, and a temperature detection object such as a living cell may be arranged on the surface of the base material 23. FIG. In this way, by individually detecting the temperature of each light emitting region 25, the temperature distribution in the temperature detection target can be detected on a nanoscale.

この発明は本実施形態に限られず他の様々な実施形態とすることができる。また、上述の実施形態で挙げた具体的な構成等は一例であり、実際の製品に応じて適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to this embodiment, and various other embodiments are possible. Also, the specific configurations and the like given in the above-described embodiments are examples, and can be changed as appropriate according to actual products.

また、本発明は、温度検出装置および温度センサとして提供するだけでなく、温度センサを用いて、発光物質からの光を検出し、検出した光に基づいて温度を検出する方法、プログラム、およびプログラムを記憶した記憶媒体としても提供することができるし、イオン注入法を用いた温度センサの製造方法としても提供することもできる。 Further, the present invention provides not only a temperature detection device and a temperature sensor, but also a method, program, and program for detecting light from a light-emitting substance using the temperature sensor and detecting temperature based on the detected light. It can also be provided as a storage medium storing , and can also be provided as a method of manufacturing a temperature sensor using an ion implantation method.

この発明は、励起エネルギーを受けることによって発光する元素の光を利用して温度を検出するような産業に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in industries that detect temperature using the light of elements that emit light upon receiving excitation energy.

1…温度検出装置
2…温度センサ
3…受光部
21…励起部
22…センサ部
23…母材
24…発光物質
25…発光領域
31…光検出部
32…制御部(温度検出部)
40…レジスト膜
41…スルーホール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Temperature detection device 2... Temperature sensor 3... Light receiving part 21... Excitation part 22... Sensor part 23... Base material 24... Light emitting material 25... Light emitting area 31... Light detection part 32... Control part (temperature detection part)
40... Resist film 41... Through hole

Claims (7)

励起エネルギーを受けることによって発光し、かつ、当該発光が温度によって変化する発光物質と、
前記発光物質が導入される母材とを備え、
前記母材中に前記発光物質が導入される領域は、温度を検出するための検出方向から見て、それぞれ間隔を隔てて配置される複数の発光領域として構成されている
温度センサ。
a light-emitting substance that emits light upon receiving excitation energy and whose light emission changes with temperature;
A base material into which the luminescent substance is introduced,
A temperature sensor according to claim 1, wherein a region into which the luminous substance is introduced into the base material is configured as a plurality of luminous regions spaced apart from each other when viewed from a detection direction for detecting temperature.
前記発光物質は、イオン化した状態で前記母材に導入されている
請求項1記載の温度センサ。
2. The temperature sensor according to claim 1, wherein said light-emitting substance is introduced into said base material in an ionized state.
前記複数の発光領域のそれぞれの大きさは、前記検出方向から見た場合に、10nm×10nm以上であり、
前記複数の発光領域同士の距離は、10nm以上である
請求項1または2記載の温度センサ。
each size of the plurality of light-emitting regions is 10 nm × 10 nm or more when viewed from the detection direction;
3. The temperature sensor according to claim 1, wherein the distance between the plurality of light emitting regions is 10 nm or more.
請求項1から3のいずれか1つに記載の温度センサと、
前記温度センサの前記発光物質に励起エネルギーを付与する励起エネルギー付与手段と、
前記発光物質からの光を検出する光検出部と、
検出した前記光に基づいて温度を検出する温度検出部を備えた
温度検出装置。
a temperature sensor according to any one of claims 1 to 3;
excitation energy imparting means for imparting excitation energy to the light-emitting substance of the temperature sensor;
a photodetector that detects light from the luminescent material;
A temperature detection device comprising a temperature detection unit that detects temperature based on the detected light.
励起エネルギーを受けることによって発光し、かつ、当該発光が温度によって変化する発光物質と、前記発光物質が導入される母材とを備え、前記母材中に前記発光物質が導入される領域が、温度を検出するための検出方向から見て、それぞれ間隔を隔てて配置される複数の発光領域として構成されている温度センサを用い、
前記発光物質からの光を検出し、
検出した前記光に基づいて温度を検出する
温度検出方法。
A light-emitting substance that emits light when receiving excitation energy and whose light emission changes depending on temperature; Using a temperature sensor configured as a plurality of light emitting regions arranged at intervals when viewed from the detection direction for detecting temperature,
detecting light from the luminescent material;
A temperature detection method for detecting temperature based on the detected light.
励起エネルギーを受けることによって発光し、かつ、当該発光が温度によって変化する発光物質と、前記発光物質が導入される母材とを備え、前記母材中に前記発光物質が導入される領域が、温度を検出するための検出方向から見て、それぞれ間隔を隔てて配置される複数の発光領域として構成されている温度検出装置のコンピュータを、
前記発光物質からの光を検出する光検出部と、
検出した前記光に基づいて温度を検出する温度検出部として機能させる
温度検出プログラム。
A light-emitting substance that emits light when receiving excitation energy and whose light emission changes depending on temperature; A computer of a temperature detection device configured as a plurality of light emitting regions arranged at intervals when viewed from a detection direction for detecting temperature,
a photodetector that detects light from the luminescent material;
A temperature detection program that functions as a temperature detection unit that detects temperature based on the detected light.
励起エネルギーを受けることによって発光し、かつ、当該発光が温度によって変化する発光物質と、前記発光物質が導入される母材とを備え、前記母材中に前記発光物質が導入される領域が、温度を検出するための検出方向から見て、それぞれ間隔を隔てて配置される複数の発光領域として構成されている温度センサの製造方法であって、
前記発光物質が導入された前記母材の表面にレジスト膜を形成し、
前記レジスト膜に、前記発光領域に対応するスルーホールを形成し、
前記スルーホールを介して前記母材に前記発光物質をイオン注入し、
前記レジスト膜を除去し、
前記発光物質が注入された前記母材を覆う熱処理保護膜を形成し、
前記熱処理保護膜が形成された前記母材を熱処理し、
前記熱処理後、前記熱処理保護膜を除去する
温度センサの製造方法。
A light-emitting substance that emits light when receiving excitation energy and whose light emission changes depending on temperature; A method for manufacturing a temperature sensor configured as a plurality of light-emitting regions spaced apart from each other when viewed from a detection direction for detecting temperature,
forming a resist film on the surface of the base material into which the light-emitting substance has been introduced;
forming a through hole corresponding to the light emitting region in the resist film;
ion-implanting the light-emitting substance into the base material through the through-hole;
removing the resist film;
forming a heat treatment protective film covering the base material into which the light-emitting substance is injected;
heat-treating the base material on which the heat-treatment protective film is formed;
A method of manufacturing a temperature sensor, wherein the heat treatment protective film is removed after the heat treatment.
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