JP5256321B2 - 放射検出器及び電磁波を検出する方法 - Google Patents

Description

本発明は、異方熱電効果を利用した放射検出器及び電磁波を検出する方法に関する。

熱電変換材料の両端に温度差が生じると、その温度差に比例して起電力（熱起電力）が発生する。熱電変換材料において、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される現象は、ゼーベック効果として知られている。発生する起電力Ｖは、温度差ΔＴと、材料固有のゼーベック係数Ｓとを用いて、Ｖ＝ＳΔＴで表される。

一般的に、等方的な物性を示す熱電変換材料において、ゼーベック効果によって発生する起電力は、温度差が生じた方向と同じ方向にのみ生じる。一方、電気輸送特性に異方性を示す熱電変換材料においては、結晶軸の傾斜配置により、温度差の方向と直交する方向に起電力が発生する。なお、電気輸送特性とは、電荷をもつ電子や正孔が物質中を移動する振舞いをいう。このように、材料の結晶軸の傾斜配置により、温度差の方向（熱流方向）とは異なる方向に起電力が発生する現象を、異方熱電効果あるいは非対角熱電効果という。

図１０は、異方熱電効果を説明するための座標系の図である。図１０に示すように、試料１００の結晶軸ａｂｃは、空間軸ｘｙｚに対して傾斜している。試料１００において、ｚ軸方向に沿った方向に温度差ΔＴｚを与えると、ｚ軸と直交する方向であるｘ軸に沿った方向に起電力Ｖｘが発生する。起電力Ｖｘは、式（１）により表される。

ただし、ｌは試料１００の幅、ｄは試料１００の厚さ、αは試料１００の表面（ｘｙ面）に対するａｂ面の傾斜角度、ΔＳはｃ軸方向のゼーベック係数Ｓｃとａｂ面内のゼーベック係数Ｓａｂとの差（異方性による差）を表す。

このように、熱電変換材料において、異方性の基準となる結晶面（以下、異方性基準結晶面という。図１０に示す試料１００では、ａｂ面が異方性基準結晶面に相当する。）を熱電変換材料の表面（図１０に示す試料１００では、その表面（ｘｙ面）に相当する。）に対して傾斜配置させることで、異方熱電効果が得られる。

従来、このような効果を利用した熱電変換デバイスとして、基板上に配置された熱電変換材料からなる薄膜であって、異方性基準結晶面が基板平面（基板の主面）に対して傾斜して配置されている薄膜（以下、「傾斜薄膜」という。）を用いた熱電変換デバイスが提案されている。さらに、このような構成の熱電変換デバイスを放射検出器として利用することも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１１に、異方熱電効果を利用した熱電変換デバイスの基本構造を示す。この熱電変換デバイスは、傾斜基板１１１と、傾斜基板１１１上に配置された傾斜薄膜１１２と、傾斜薄膜１１２上に配置された電極対１１３，１１４とから構成されている。なお、傾斜基板とは、基板を構成する材料の結晶の低指数面（図１１に示す傾斜基板１１１では、面１１６）が、基板平面に対して傾斜している基板を指す。また、傾斜薄膜とは、上記説明のとおりであり、図１１に示す基本構造においては、傾斜薄膜１１２の異方性基準結晶面１１５は傾斜基板１１１の表面に対して傾斜している。図１１中、１１９は異方性基準結晶面１１５が傾斜して並んでいる方向を示しており、１２０は傾斜基板１１１の面１１６が傾斜して並んでいる方向を示している。

このような構成を有する熱電変換デバイスを利用する放射検出器では、傾斜薄膜１１２の表面から電磁波が入射すると、傾斜薄膜１１２の表面から裏面方向に向かって温度勾配１１７が発生する。その結果、上述した異方熱電効果によって、傾斜薄膜１１２の表面と平行な方向１１８に起電力が発生する。ここで発生する起電力を読み取ることで、電磁波の検出が可能となる。

しかしながら、従来の技術では、放射検出器の実用化のための十分な感度が達成されていなかった。

この方式の放射検出器の感度向上に対する課題として、入射する電磁波のエネルギーが有効に利用されていない（熱起電力に変換されていない）点が挙げられる。入射された電磁波のエネルギーのうち、熱起電力に変換される割合は、傾斜薄膜で吸収される電磁波の割合に依存する。傾斜薄膜における電磁波の吸収を増大させるには、傾斜薄膜の膜厚を厚くすればよい。しかしながら、上記式（１）によると、異方熱電効果によって発生する起電力は、温度差が一定の場合、傾斜薄膜の膜厚を厚くするほど小さくなる。したがって、放射検出器の感度を上げるには、傾斜薄膜の膜厚を薄くすることが望まれるが、その反面、膜厚を薄くすれば、傾斜薄膜で吸収される電磁波の割合が減り、電磁波のエネルギーは有効に熱起電力に変換されないことになる。すなわち、放射検出器としての感度向上のためには、入射される電磁波をより有効に熱起電力に変換する技術が必要となる。

特開平８−２４７８５１号公報

K. Takahashi et al., "Tailoring of inclined crystal orientation in layered cobaltite thin films for the development of off-diagonal thermoelectric effect", Applied Physics Letters 95, 051913 (2009)

本発明の目的は、この技術分野における放射検出器の検出感度を改善することにある。前述の通り、従来の構造からなる熱電変換デバイスを利用した放射検出器では、より多くの用途で実用に足るだけの十分な検出感度を得ることができない。放射検出器としての感度を向上させるためには、デバイスに入射される電磁波を有効に熱起電力に変換して、大きな熱起電力を発生させる必要がある。したがって、本発明は、入射される電磁波を有効に熱起電力に変化して、大きな熱起電力を発生させることができる放射検出器を提供することを課題とする。また、本発明は、放射検出器を用いた電磁波を検出する方法を提供することも課題とする。

本発明者らは、実用的な性能を持つ放射検出器を実現するため、傾斜薄膜を備えた熱電変換デバイスの構成に関して鋭意研究を重ねてきた。その結果、傾斜薄膜／基板のへテロ構造から構成される基本構造（図１１参照）において、連続的な電磁波が傾斜薄膜側から入射した場合でも、基板側から入射した場合でも、傾斜薄膜表面に発生する起電力の極性は同一であることを見出した。これは、前記基本構造を有する熱電変換デバイスに連続的な電磁波が入射されると、その入射方向に関わらず、傾斜薄膜内部では、傾斜薄膜と基板との界面が、空気と傾斜薄膜との界面に対して、温度が低くなることを意味している。本発明者らは、この意外な知見に基づいて、本発明の放射検出器の構成に至った。なお、「傾斜薄膜／基板」との表記は、傾斜薄膜と基板とがこの順番に上から積層されるヘテロ構造を表している。以下、同様の表記は同様の意味を表す。

本発明の放射検出器は、薄膜、基板、電磁波反射膜、第１電極、および第２電極を具備し、
前記基板は、前記薄膜および前記電磁波反射膜の間に挟まれており、
前記薄膜は、結晶体であり、ゼーベック係数に異方性を有し、かつ前記異方性を発現させる基準となる結晶面を有し、
前記基板は結晶体であり、
前記薄膜の前記結晶面と前記基板の表面とが形成する角度αは、１０°以上８０°以下であり、
前記基板の低指数面と前記基板の表面とが形成する角度βは、１０°以上８０°以下であり、
前記第１電極および前記第２電極は前記薄膜に電気的に接続される。

本発明は、電磁波を検出する方法であって、以下の工程を具備する：
放射検出器を準備する工程、
ここで、前記放射検出器は、薄膜、基板、電磁波反射膜、第１電極、および第２電極を具備し、
前記基板は、前記薄膜および前記電磁波反射膜の間に挟まれており、
前記薄膜は、結晶体であり、ゼーベック係数に異方性を有し、かつ前記異方性を発現させる基準となる結晶面を有し、
前記基板は結晶体であり、
前記薄膜の前記結晶面と前記基板の表面とが形成する角度αは、１０°以上８０°以下であり、
前記基板の低指数面と前記基板の表面とが形成する角度βは、１０°以上８０°以下であり、
前記第１電極および前記第２電極は前記薄膜に電気的に接続され、
および
前記第１電極と前記第２電極との間の電位差を検出し、前記電位差が検出されれば前記放射検出器に電磁波が照射されたことが決定される工程。

本発明の放射検出器は、傾斜薄膜／基板の基本構造に加えて、基板の傾斜薄膜が配置されていない主面上に電磁波反射膜が設けられた構造を有している。この構造によれば、電磁波により薄膜内に温度勾配を生じさせて、傾斜薄膜内に熱起電力を生じさせる場合に、薄膜側から入射した電磁波のうち薄膜で吸収されなかった電磁波が、電磁波反射膜で反射されて再び薄膜に入射するので、薄膜の電磁波吸収効率が向上する。薄膜に電磁波が入射されると、その入射方向に関わらず、薄膜内部では、薄膜と基板との界面が、空気と薄膜との界面に対して温度が低くなる。この現象により、放射検出器に入射した電磁波の吸収によって薄膜内部に生じる起電力の方向と、電磁波反射膜で反射した電磁波の吸収によって薄膜内部に生じた起電力の方向とが同じになる。これにより、放射検出器に入射する電磁波のパワーを効率よく熱起電力に変換することができ、電磁波の検出感度を向上させることができる。

本発明の電磁波を検出する方法は、前記放射検出器を用いる方法であるため、高い感度での電磁波の検出が可能となる。

本発明の実施の形態１における放射検出器の一構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における放射検出器の別の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における放射検出器の一構成例を示す断面図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態３における放射検出器において、第１傾斜薄膜が形成された面を示す平面図であり、図４Ｂは、本発明の実施の形態３における放射検出器において、第２傾斜薄膜が形成された面を示す平面図である。 基板の片面だけを利用して形成された放射検出器において、傾斜薄膜の直列接続構造を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態３における放射検出器において、第１傾斜薄膜のラインと第２傾斜薄膜のラインとが重なり合わないように配置された構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における放射検出器において、第１傾斜薄膜のラインと第２傾斜薄膜のラインとが重なり合うように配置された構成例を示す断面図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態４における放射検出器において、傾斜薄膜が形成された面を示す平面図であり、図８Ｂは、本発明の実施の形態４における放射検出器の接続電極（電磁波反射膜）が形成された面を示す平面図である。 本発明の実施例の予備的実験において、傾斜薄膜／基板の基本構造を有するデバイスに関し、電磁波が傾斜薄膜側から入射した場合と、電磁波が基板側から入射した場合とについて、傾斜薄膜内に生じた起電力の経時変化を示すグラフである。 異方熱電効果を説明するための座標系の図である。 異方熱電効果を利用した熱電変換デバイスの基本構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は一例であり、本発明は以下の実施の形態に限定されない。また、以下の実施の形態では、同一部材に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における放射検出器の一構成例を示す断面図である。本実施の形態の放射検出器１は、傾斜基板１１と、傾斜基板１１の第１主面上に配置された第１傾斜薄膜１２と、傾斜基板１１の第１主面と反対側の第２主面上に配置された第２傾斜薄膜１３と、を備えている。すなわち、放射検出器１は、傾斜基板１１の表裏面の両方に傾斜薄膜が設けられた、傾斜薄膜／基板／傾斜薄膜のヘテロ構造を有している。

傾斜基板１１の低指数面１４は、基板表面に対して角度βで傾斜している。第１傾斜薄膜１２は、異方性の基準となる結晶面（以下、基準結晶面と略記する。）１５を有している。基準結晶面１５は、傾斜基板１１の第１主面に対して傾斜していて、互いに平行に並んでいる。第２傾斜薄膜１３は、基準結晶面１６を有している。基準結晶面１６は、傾斜基板１１の第２主面に対して傾斜していて、互いに平行に並んでいる。

第１傾斜薄膜１２上には、基準結晶面１５が傾斜して並んでいる方向２０について互いに対向する、第１取り出し電極１７及び接続電極１８が配置されている。第１取り出し電極１７は、方向２０における第１傾斜薄膜１２の一方の端部側に配置されており、接続電極１８は、方向２０における第１傾斜薄膜１２の他方の端部側に配置されている。接続電極１８は、第１傾斜薄膜１２上から放射検出器１の側面を伝って、第２傾斜薄膜１３上の端部まで延びる構成を有する。さらに、第２傾斜薄膜１３上には、接続電極１８の位置から基準結晶面１６が傾斜して並んでいる方向２１に沿って第２傾斜薄膜１３の端部まで進んだ位置に、第２取り出し電極１９が配置されている。すなわち、本実施の形態では、第１取り出し電極１７と接続電極１８とが、本発明の放射検出器における第１電極対に相当し、接続電極１８と第２取り出し電極１９とが、本発明の放射検出器における第２電極対に相当する。

第１傾斜薄膜１２に電磁波２２が入射すると、第１傾斜薄膜１２内には厚さ方向に温度勾配が発生する。その結果生じる起電力の方向は、基準結晶面１５が傾斜して並んでいる方向２０、すなわち第１電極対を構成する第１取り出し電極１７と接続電極１８とが対向する方向となる。基準結晶面１５は、第１取り出し電極１７と接続電極１８とが対向する方向に対して、傾斜角α₁で傾斜している。

一方、第２傾斜薄膜１３に電磁波２２が入射すると、第２傾斜薄膜１３内には厚さ方向に温度勾配が発生する。その結果生じる起電力の方向は、基準結晶面１６が傾斜して並んでいる方向２１、すなわち第２電極対を構成する接続電極１８と第２取り出し電極１９とが対向する方向となる。基準結晶面１６は、接続電極１８と第２取り出し電極１９とが対向する方向に対して、傾斜角α₂で傾斜している。

第１傾斜薄膜１２の基準結晶面１５の傾斜角α₁と、第２傾斜薄膜１３の基準結晶面１６の傾斜角α₂とは、傾斜基板１１の低指数面１４の傾斜角βに応じて決定され、α₁，α₂＝β±θ（θ：０〜１０度）となる。放射検出器１においては、傾斜角α₁及び傾斜角α₂は、１０°以上８０°以下であればよく、好ましくは２５°以上８０°以下である。これにより、検出感度の高い放射検出器１を実現できる。なお、第１傾斜薄膜１２と第２傾斜薄膜１３とが同じ熱電変換材料からなる場合、角度α₁と角度α₂とは同じ角度となる。

以上のような構成により、放射検出器１において、第１取り出し電極１７から、第１傾斜薄膜１２、接続電極１８、第２傾斜薄膜１３、第２取り出し電極１９へと、電流が流れる経路をたどると、その経路において、第１傾斜薄膜１２の基準結晶面１５と第２傾斜薄膜１３の基準結晶面１６とは、単一方向に傾斜していることになる（電流が流れる経路において、基準結晶面が下がっていく方向（又は上がっていく方向）が単一である。）。すなわち、第１傾斜薄膜１２と第２傾斜薄膜１３とは、基準結晶面が単一の傾斜方向からなる直列接続を形成する。

このような放射検出器１に、第１傾斜薄膜１２の表面から電磁波２２が入射すると、電磁波２２は第１傾斜薄膜１２で一部が吸収された後、透過波として、傾斜基板１１、第２傾斜薄膜１３へと入射される。透過波として第２傾斜薄膜１３へと入射された電磁波２２は、第２傾斜薄膜１３でさらにその一部が吸収される。詳細は後述する実施例で述べるが、傾斜薄膜１２，１３で電磁波２２が吸収されると、電磁波２２の進行方向に関わらず、傾斜薄膜１２，１３内に生じる温度勾配は、空気と傾斜薄膜１２，１３との界面２３側が高く、傾斜薄膜１２，１３と傾斜基板１１との界面２４側が低くなるように発生する。従って、上記構造において、第１傾斜薄膜１２の表面から電磁波２２が入射すると、第１傾斜薄膜１２及び第２傾斜薄膜１３のいずれにおいても、空気と傾斜薄膜１２，１３との界面２３が、傾斜薄膜１２，１３と傾斜基板１１との界面２４に対して高温になる。その結果発生する熱起電力により、第１傾斜薄膜１２内では、接続電極１８側が第１取り出し電極１７側に対して高電位になり、一方、第２傾斜薄膜１３内では、第２取り出し電極１９側が接続電極１８側に対して高電位になる。ただし、この起電力の向きは、第１傾斜薄膜１２及び第２傾斜薄膜１３がｐ型材料の場合である。放射検出器１による電磁波の検出は、第１取り出し電極１７と第２取り出し電極１９との間の電位差を測定することによって行われる。すなわち、放射検出器１では、第１傾斜薄膜１２と第２傾斜薄膜１３との両方で発生した起電力の合計が、電磁波の検出に用いられることになる。

放射検出器１では、入射される電磁波２２によって発生する熱起電力を第１取り出し電極１７及び第２取り出し電極１９を介して読み取ることで、電磁波の検出を行う。したがって、基板の両主面上に傾斜薄膜が設けられた構成を有する放射検出器１は、基板の一方の主面のみに傾斜薄膜が設けられた従来の構成と比較して、第２傾斜薄膜１３において発生する起電力の分だけ、電磁波に対する感度が向上することになる。

次に、放射検出器１の各構成要素の材料及びその作製方法について、具体的に説明する。

傾斜基板１１には、Ａｌ₂Ｏ₃基板（サファイア基板）、ＳｒＴｉＯ₃、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ₃、ＳｉＯ₂及びＳｉなどが使用できる。

第１傾斜薄膜１２及び第２傾斜薄膜１３は、ゼーベック係数に異方性がある材料（異方熱電効果を有する材料）であれば、特に限定されない。具体的には、Ｃａ_xＣｏＯ₂、Ｓｒ_xＣｏＯ₂、Ｎａ_xＣｏＯ₂、Ｃａ₃Ｃｏ₄Ｏ₉及びＳｒ₃Ｃｏ₄Ｏ₉などの層状コバルト酸化物（ただし、ｘは、Ｃａ_xＣｏＯ₂及びＳｒ_xＣｏＯ₂においては０．１５≦ｘ≦０．５を満たし、Ｎａ_xＣｏＯ₂においては０．１５≦ｘ≦１を満たす。）や、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δなどの層状ペロブスカイト構造を持つ材料（ただし、δは酸素欠損量で、０≦δ≦０．７を満たす。）が好適に用いられる。なお、第１傾斜薄膜１２と第２傾斜薄膜１３とは、同じ熱電変換材料から形成されていてもよいし、異なる熱電変換材料から形成されていてもよい。

第１傾斜薄膜１２及び第２傾斜薄膜１３を作製する方法は、特に限定されない。スパッタ法、蒸着法、レーザーアブレーション法及び化学的気相成長法などの気相成長によるもの、あるいは液相からの成長など、種々の方法が適用可能である。

放射検出器１における第１取り出し電極１７、接続電極１８及び第２取り出し電極１９は、電気伝導の良い材料であればよく、その材料は特に限定されない。具体的には、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ及びＩｎなどの金属、ＴｉＮなどの窒化物、及び、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）及びＳｎＯ₂などの酸化物が好適に用いられる。また、はんだや導電性ペーストを用いることもできる。

第１取り出し電極１７及び第２取り出し電極１９の作製方法は、蒸着法及びスパッタ法などの気相成長による方法他に、導電性ペーストの塗布、めっき、溶射、はんだによる接合など、様々な方法を用いることができる。

接続電極１８の作製方法は、蒸着法及びスパッタ法などの気相成長による方法他に、導電性ペーストの塗布、めっき、溶射、はんだによる接合、板材や箔材又は線材の圧接や溶接など、様々な方法を用いることができる。さらに、接続電極１８による第１傾斜薄膜１２と第２傾斜薄膜１３との接続経路は、傾斜基板１１の側面に限定されるものではない。例えば傾斜基板１１に設けられたスルーホールを介して第１傾斜薄膜１２と第２傾斜薄膜１３とが接続されるように接続電極１８を設けることもできるし、接続電極１８が線材のような自立可能な形態であれば中空に配置することもできる。

本実施の形態の放射検出器の別の構成例についても説明する。図２に示す放射検出器２は、図１に示した放射検出器１に対して、第２傾斜薄膜１３の表面上に配置された絶縁膜２５と、絶縁膜２５上に配置された電磁波反射膜２６とをさらに設けた構成を有する。なお、電磁波反射膜２６とは、被測定電磁波に対して高い反射率（例えば７５％以上の反射率）を有する膜である。この構成によれば、放射検出器２に対して第１傾斜薄膜１２の表面から入射された電磁波２２をさらに効率よく利用できる。すなわち、入射された電磁波２２のうち、第１傾斜薄膜１２、傾斜基板１１及び第２傾斜薄膜１３で吸収されなかった余剰の電磁波は、電磁波反射膜２６で反射されて、再度、第２傾斜薄膜１３及び第１傾斜薄膜１２へと入射される。第２傾斜薄膜１３及び第１傾斜薄膜１２において、反射された電磁波がさらに熱起電力に変換される。その結果、放射検出器２では、電磁波反射膜２６が設けられていない構成に比べて、放射検出器としての感度がさらに向上する。なお、電磁波反射膜２６が絶縁体で構成されている場合は、絶縁膜２５は特に設ける必要はない。すなわち、放射検出器２のように電磁波２２が第１傾斜薄膜１２側から入射される構成の場合、電磁波反射膜２６は、第２傾斜薄膜１３に対して第１傾斜薄膜１２側と反対側に配置されればよい。

絶縁膜２５は、電気伝導の悪い材料であれば特に限定されない。具体的には、Ｓｉ及びＧｅなどの半導体でもよいし、あるいは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ及びＳｒＴｉＯ₃などの酸化物絶縁体でもよい。ただし、被測定電磁波に対して透過率の高い材料であることが望ましい。また、電磁波反射膜２６は、被測定電磁波に対して反射率の高い材料からなる膜であればよく、材料は特に限定されない。絶縁膜２５及び電磁波反射膜２６の作製方法としては、蒸着法及びスパッタ法などの気相成長による方法の他に、めっき及び溶射など、様々な方法を用いることができる。

本実施の形態の放射検出器の製造方法は、傾斜薄膜／基板／傾斜薄膜のヘテロ構造を実現できる方法であればよく、上記方法に特に限定されない。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における放射検出器の一構成例を示す断面図である。本実施の形態の放射検出器３は、傾斜基板３１と、傾斜基板３１の第１主面上に配置された傾斜薄膜３２と、傾斜基板３１の第１主面と反対側の第２主面上に配置された電磁波反射膜３３と、を備えている。

傾斜基板３１の低指数面３４は、基板表面に対して角度βで傾斜している。傾斜薄膜３２は、基準結晶面３５を有している。基準結晶面３５は、傾斜基板３１の第１主面に対して傾斜していて、互いに平行に並んでいる。

傾斜薄膜３２上には、電極対として、第１取り出し電極３６と第２取り出し電極３７とが設けられている。第１取り出し電極３６と第２取り出し電極３７とは、傾斜薄膜３２の基準結晶面３５が第１主面に対して傾斜して並んでいる方向４０について、互いに対向している。

傾斜薄膜３２に電磁波２２が入射すると、傾斜薄膜３２内には厚さ方向に温度勾配が発生する。その結果生じる起電力の方向は、基準結晶面３５が傾斜して並んでいる方向４０、すなわち電極対を構成する第１取り出し電極３６と第２取り出し電極３７とが対向する方向となる。基準結晶面３５は、第１取り出し電極３６と第２取り出し電極３７とが対向する方向に対して、傾斜角αで傾斜している。

傾斜薄膜３２の基準結晶面３５の傾斜角αは、傾斜基板３１の低指数面３４の傾斜角βに応じて決定され、α＝β±θ（θ：０〜１０度）となる。放射検出器３においては、傾斜角αは、１０°以上８０°以下であればよく、好ましくは２５°以上８０°以下である。これにより、検出感度の高い放射検出器３を実現できる。

傾斜基板３１は、実施の形態１で説明した傾斜基板１１と同様の構成を有しており、同様の基板を利用できる。

傾斜薄膜３２は、実施の形態１で説明した第１傾斜薄膜１２及び第２傾斜薄膜１３と同様の構成を有し、同様の材料及び作製方法を利用できる。

電磁波反射膜３３は、被測定電磁波に対して高い反射率（例えば７５％以上の反射率）を有する膜であればよく、材料は特に限定されない。電磁波反射膜３３の作製方法としては、蒸着法及びスパッタ法などの気相成長による方法の他に、めっき及び溶射など、様々な方法を用いることができる。

第１取り出し電極３６及び第２取り出し電極３７は、実施の形態１で説明した第１取り出し電極１７及び第２取り出し電極１９と同様の材料及び作製方法を利用できる。

実施の形態１でも説明したように、傾斜薄膜３２で電磁波２２が吸収されると、電磁波２２の進行方向に関わらず、傾斜薄膜３２内の温度勾配は、空気と傾斜薄膜３２との界面３８側が高く、傾斜薄膜３２と傾斜基板３１との界面３９側が低くなるように発生する。したがって、傾斜薄膜３２と空気との界面３８側から入射して傾斜薄膜３２で吸収された電磁波２２に起因して生じる温度勾配方向は、傾斜薄膜３２及び傾斜基板３１を透過して電磁波反射膜３３で反射され、傾斜薄膜３２と傾斜基板３１との界面３９側から再び傾斜薄膜３２に入射して傾斜薄膜３２で吸収された電磁波に起因して生じる温度勾配方向と同じ方向になる。したがって、これらの温度勾配によって生じる熱起電力は同じ方向となる。このように、放射検出器３では、一旦は傾斜薄膜３２を透過した余剰の電磁波が、電磁波反射膜３３によって反射されて再び傾斜薄膜３２に入射して有効に利用される。そのため、放射検出器３は、電磁波反射膜３３が設けられていない従来の放射検出器と比較して、感度が向上する。放射検出器３よる電磁波の検出は、第１取り出し電極３６と第２取り出し電極３７との間の電位差を測定することによって行われる。

（実施の形態３）
実施の形態３における放射検出器は、実施の形態１と同様の方法で作製される、傾斜薄膜（第１傾斜薄膜）／基板／傾斜薄膜（第２傾斜薄膜）の構造を有している。さらに、第１傾斜薄膜及び第２傾斜薄膜が共に、複数の独立したライン状にパターニングされている。ライン状のパターンは、互いに平行となっている。図４Ａは、実施の形態３における放射検出器において、第１傾斜薄膜が形成された面を示す平面図であり、図４Ｂは、実施の形態３における放射検出器において、第２傾斜薄膜が形成された面を示す平面図である。なお、第１傾斜薄膜及び第２傾斜薄膜の基準結晶面は、傾斜基板による傾斜方向の制限があるため、すべて単一方向に傾斜する。

図４Ａに示すように、傾斜基板１１の第１主面上に配置される第１傾斜薄膜は、第１ライン４１−１、第２ライン４１−２、第３ライン４１−３、…と、複数の独立したラインとして形成されている。第１ライン４１−１上には、第１ライン４１−１の基準結晶面が前記第１主面に対して傾斜して並んでいる方向４６について、互いに対向する第１電極対（第１取り出し電極４３と第１接続電極４４−１）が配置されている。第２ライン４１−２上には、第２ライン４１−２の基準結晶面が前記第１主面に対して傾斜して並んでいる方向４６について、互いに対向する第１電極対（第２接続電極４４−２と第３接続電極４４−３）が配置されている。第３ライン４１−３、第４ライン４１−４、…についても同様に、各ライン上には、基準結晶面が傾斜して並んでいる方向４６について互いに対向する第１電極対が配置されている。本実施の形態では、第１傾斜薄膜の最終ラインである第７ライン４１−７上には、第１電極対として、第１２接続電極４４−１２と取り出し電極４５とが配置されている。

図４Ｂに示すように、傾斜基板１１の第２主面上に配置される第２傾斜薄膜は、第１ライン４２−１、第２ライン４２−２、第３ライン４２−３、…と、複数の独立したラインとして形成されている。第１ライン４２−１上には、第１ライン４２−１の基準結晶面が前記第２主面に対して傾斜して並んでいる方向４７について、互いに対向する第２電極対（第１接続電極４４−１と第２接続電極４４−２）が配置されている。第２ライン４２−２上には、第２ライン４２−２の基準結晶面が前記第２主面に対して傾斜して並んでいる方向４７について、互いに対向する第２電極対（第３接続電極４４−３と第４接続電極４４−４）が配置されている。第３ライン４２−３、第４ライン４２−４、…についても同様に、各ライン上には、基準結晶面が傾斜して並んでいる方向４７について互いに対向する第２電極対が配置されている。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１傾斜薄膜の第１ライン４１−１は、第１接続電極４４−１を介して、第２傾斜薄膜の第１ライン４２−１に接続される。第１接続電極４４−１は、第１傾斜薄膜の第１ライン４１−１上から放射検出器の側面を伝って、第２傾斜薄膜の第１ライン４２−１上の端部まで延びる構成を有する。さらに、第２傾斜薄膜の第１ライン４２−１は、第２接続電極４４−２を介して、第１傾斜薄膜の第２ライン４１−２に接続される。第２接続電極４４−２は、第１接続電極４４−１とは逆側の側面を伝って、第１傾斜薄膜の第２ライン４１−２上の端部まで延びる構成を有する。このように、第１傾斜薄膜のラインと第２傾斜薄膜のラインとは、直列接続を繰り返し、最終的には、直列接続体の両端に配置される第１取り出し電極４３及び第２取り出し電極４５を介して、電磁波の入射に伴って発生する起電力を取り出す。

異方熱電効果によって発生する起電力の大きさは、傾斜薄膜のライン幅には依存せず、測定端子間における傾斜薄膜ラインの全長に依存する。したがって、本実施の形態の放射検出器のように、基準結晶面が単一方向に傾斜した傾斜薄膜の複数個（Ｎ個）のラインを直列に接続することで、１個の傾斜薄膜のラインからなる放射検出器と比較して、起電力をＮ倍増大させることができる。

また、本実施の形態の放射検出器は、傾斜基板１１の表裏面の両方に傾斜薄膜が設けられる構成であるため、第１接続電極４４−１、第２接続電極４４−２、…のように、放射検出器の側面を利用して傾斜薄膜のラインの直列接続を実現できる。これにより、限られた面積内で接続電極を配置するために傾斜薄膜のライン数を少なくする必要がないので、従来の構成と比較して直列接続されるラインの本数を増やすことができ、大きい起電力を確保できる。

詳しく説明すると、複数のラインを直列接続する構成を傾斜基板の一つの主面上で実現するには、傾斜基板上に作製した傾斜薄膜を平行なライン状にパターニングし、隣り合うラインを、それぞれ起電力が打ち消し合わないように接続する必要がある。一方、傾斜薄膜の基準結晶面の傾斜方向は、通常、図１１に示すように、傾斜基板１１１の低指数面１１６の傾斜方向（面１１６が傾斜して並んでいる方向１２０）に依存する（非特許文献２参照）。したがって、傾斜基板の同一面上に作製した傾斜薄膜を互いに平行なライン状にパターニングすると、傾斜基板上において、すべてのラインは、その基準結晶面が同一方向に傾斜するように配置される。この状態で、すべてのラインを起電力が打ち消し合わないように直列接続するには、図５に示すように、傾斜薄膜のライン５１の間を縫う形で、接続電極５２を傾斜基板５３の表面上に形成する必要がある。その結果、接続電極５２の幅だけ、傾斜薄膜のライン５１が取り得るスペースが小さくなる。したがって、傾斜基板５３上でパターニング可能となる傾斜薄膜のライン５１の総数（直列接続されるラインの総数）が制限される。さらに、図５に示すような直列接続体に電磁波が入射する場合を考える。この場合、傾斜薄膜のライン５１が覆う部分に照射される電磁波は熱起電力に変換されるものの、それ以外の部分（電極部分、間隙部分）に照射される電磁波は、熱起電力に変換されない。

図４Ａ及び図４Ｂと、図５とを比較するとわかるように、傾斜基板の表裏面を利用して傾斜薄膜のラインの直列接続体を実現すると、傾斜基板の片面だけを利用して直列接続体を実現した場合に比べ、直列接続される傾斜薄膜のライン数を大幅に増大させることができる。具体的には、傾斜基板の片面だけを利用した場合に比べ、直列接続の総数を約４倍増やすことができ、大幅な感度向上が達成できる。

なお、図４Ａ及び図４Ｂに示す放射検出器のＩ−Ｉ線断面において、第１傾斜薄膜のライン４１−１、４１−２、…と、第２傾斜薄膜のライン４２−１、４２−２、…とが重なり合わないように配置すると（図６参照）、重なり合う配置（図７参照）に比べて、素子に入射した電磁波２２は効率良く利用され、感度の向上が得られる。これは、第１傾斜薄膜と第２傾斜薄膜のラインが重なり合う配置にした場合、隣り合うラインの間隙に入射した電磁波２２の成分は、熱起電力に変換されないためである。なお、第１傾斜薄膜と第２傾斜薄膜のラインは完全に重なり合わない設計にする必要はなく、わずかでも重なり合わない面積があれば、完全に重なり合う配置に比べて、電磁波は効率よく利用されることになる。

また、ライン状の傾斜薄膜を直列接続する本実施の形態の放射検出器においても、図２に示すような、第２傾斜薄膜の表面上に絶縁膜を介して電磁波反射膜を設ける構成を適用できる。電磁波反射膜を設けることにより、入射した電磁波がより有効に利用されるので、さらなる感度の向上が得られる。なお、実施の形態１で説明したのと同様に、電磁波反射膜が絶縁性を有する場合は、絶縁膜を設けずに、第２傾斜薄膜上に電磁波反射膜を直接配置してもよい。

本実施の形態の放射検出器における第１傾斜薄膜のライン４１−１、４１−２、…は、実施の形態１で説明した第１傾斜薄膜１２と同様の材料及び作製方法を利用できる。

本実施の形態の放射検出器における第２傾斜薄膜のライン４２−１、４２−２、…は、実施の形態１で説明した第２傾斜薄膜１３と同様の材料及び作製方法を利用できる。

本実施の形態の放射検出器における第１取り出し電極４３、接続電極（第１接続電極４４−１、第２接続電極４４−２、…）及び第２取り出し電極４５は、実施の形態１で説明した第１取り出し電極１７、接続電極１８及び第２取り出し電極１９と、それぞれ同様の材料及び作製方法を利用できる。さらに、接続電極の構成も、実施の形態１の接続電極１８の構成と同様に、傾斜基板１１に設けたスルーホールを利用する構成などが利用できる。

（実施の形態４）
実施の形態４における放射検出器は、実施の形態２と同様の方法で作製される傾斜薄膜／基板／電磁波反射膜の構造を有している。さらに、傾斜薄膜が複数の独立したライン状にパターニングされている。ライン状のパターンは、互いに平行となっている。傾斜薄膜の複数のラインは、傾斜基板の裏面（第２主面）に引き回された接続電極によって直列接続されており、傾斜基板の裏面上の接続電極は、電磁波反射膜としても機能している。

図８Ａは、実施の形態４における放射検出器において、傾斜薄膜が形成された面を示す平面図であり、図８Ｂは、実施の形態４における放射検出器において、接続電極（電磁波反射膜）が形成された面を示す平面図である。なお、傾斜薄膜の基準結晶面は、傾斜基板による傾斜方向の制限があるため、すべて単一方向に傾斜する。

図８Ａに示すように、傾斜基板３１の第１主面上に配置される傾斜薄膜は、第１ライン８１−１、第２ライン８１−２、第３ライン８１−３、…と、複数の独立したラインとして形成されている。第１ライン８１−１上には、第１ライン８１−１の基準結晶面が前記第１主面に対して傾斜して並んでいる方向８５について、互いに対向する電極対（第１取り出し電極８２と第１接続電極８３−１）が配置されている。第２ライン８１−２上には、第２ライン８１−２の基準結晶面が前記第１主面に対して傾斜して並んでいる方向８５について、互いに対向する電極対（第１接続電極８３−１と第２接続電極８３−２）が配置されている。第３ライン８１−３、第４ライン８１−４、…についても同様に、各ライン上には、基準結晶面が傾斜して並んでいる方向８５について互いに対向する電極対が配置されている。本実施の形態では、傾斜薄膜の最終ラインである第７ライン８１−７上には、電極対として、第６接続電極８３−６と第２取り出し電極８４とが配置されている。

図８Ｂに示すように、傾斜基板３１の第２主面上には、傾斜薄膜のラインを直接接続するために引き回された第１接続電極８３−１、第２接続電極８３−２、…が配置されている。これらの接続電極は、電磁波反射膜としても機能する。したがって、本実施の形態における接続電極は、電気伝導の良い材料から形成されていることに加え、被測定電磁波に対して高い反射率（例えば７５％以上の反射率）を有する膜であることが必要となる。したがって、接続電極には、被測定電磁波に対して高い反射率を有する金属のような材料を用いることが望ましい。

本実施の形態によると、傾斜薄膜のライン（第１ライン８１−１、第２ライン８１−２、…）を透過した余剰の電磁波は、裏面の接続電極（第１接続電極８３−１、第２接続電極８３−２、…）で反射され、再度傾斜薄膜に入射されることになる。これにより、入射電磁波を効率よく熱起電力に変換できるので、放射検出器の感度を向上させることができる。

以上の実施の形態１〜４では、傾斜薄膜／基板／傾斜薄膜、あるいは、傾斜薄膜／基板／電磁波反射膜の構造を有する本発明の熱電変換デバイスの構成を利用した本発明の放射検出器の実施の形態について説明したが、これらの説明は、本発明の熱電変換デバイスの実施の形態としても適用できる。なお、本発明の熱電変換デバイスの構成は、放射検出器だけでなく、例えば、熱発電素子及びレーザーパワーメーターなどにも利用できる。

以下、本発明のより具体的な実施例を説明する。

（予備的実験）
傾斜薄膜／基板のへテロ構造から構成される放射検出器の基本構造（図１１参照）において、傾斜薄膜に対する電磁波の入射方向と、傾斜薄膜に発生する起電力の極性との関係を確認するための予備的実験を行った。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板の一方の主面上に、膜厚が１５０ｎｍのＣａ_xＣｏＯ₂薄膜を作製した。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板は、Ａｌ₂Ｏ₃（１１−２３）面が表面に切り出されており、Ａｌ₂Ｏ₃（０００１）面が表面に対して６１°傾斜している（β＝６１°）。Ｃａ_xＣｏＯ₂は、導電性のＣｏＯ₂層（（００１）面に対応）と絶縁性のＣａ_xブロック層とが交互に積層した結晶構造を有することから、ＣｏＯ₂面内のゼーベック係数Ｓ_abと、その垂直方向（Ｃａ_xＣｏＯ₂のｃ軸方向に対応）のゼーベック係数Ｓ_cに異方性を有する。したがって、Ｃａ_xＣｏＯ₂における基準結晶面は、（００１）面になる。なお、Ｃａ_xＣｏＯ₂のΔＳ（ΔＳ＝Ｓ_c-Ｓ_ab）は、約３５μＶ／Ｋである。

Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の作製には、高周波（ＲＦ：radio frequency）マグネトロンスパッタを使用した。スパッタのターゲットには、ＣａとＣｏのモル比が１：１になるように混合したターゲットを使用した。成膜チャンバー内を１．０×１０^-3Ｐａ以下まで排気した後、アルゴン（９６％）、酸素（４％）の混合ガスを導入してチャンバー内のガス圧を５Ｐａに固定した。この状態で抵抗加熱ヒーターによりＡｌ₂Ｏ₃基板を４５０℃に加熱した後、ＲＦパワー１００ＷでＡｌ₂Ｏ₃基板上にＣａ_xＣｏＯ₂薄膜をスパッタ蒸着した。薄膜の堆積後は、前記と同様のアルゴン及び酸素の混合ガスの導入下（５Ｐａ）で、６０分かけて室温まで冷却した。

作製したＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の陽イオン組成比をエネルギー分散型Ｘ線分析装置で評価したところ、Ｃａ、Ｃｏの組成比は、ほぼ１：２（ｘ≒０．５に対応）であった。Ｘ線回折測定により、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の配向性を調べたところ、Ｃａ_xＣｏＯ₂の（００１）面は基板表面に対して６２度傾斜して積層していることがわかった。すなわちＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の傾斜角αは６２°であった。

このようにして得られた傾斜薄膜であるＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の表面に、真空蒸着法により、Ａｕからなる１組の電極対を形成して、図１１に示すような放射検出器の基本構造を作製した。Ａｕ電極対は、ＣｏＯ₂面の基準結晶面が傾斜して並んでいる方向と平行な方向について互いに対向するように配置し、電極間の幅は６ｍｍにした。ただし、この電極間の幅は用途や設置場所などに応じて最適化でき、６ｍｍに限定されるものではない。

上記構成からなる放射検出器の基本特性を評価するため、赤外線ランプ（波長８００〜２０００ｎｍ）から発生される電磁波を２つの方法で入射し、Ａｕ電極対間で生じる起電力を測定した。２つの方法とは、（ｉ）空気とＣａ_xＣｏＯ₂薄膜との界面側から放射検出器に入射した場合、及び、（ｉｉ）空気とＡｌ₂Ｏ₃基板との界面側から放射検出器に入射した場合である。図９に、赤外線ランプのパワーを３００ｍＷとして、膜厚１５０ｎｍのＣａ_xＣｏＯ₂薄膜に対して測定した結果を示す。図９は、電磁波の入射及び遮断による起電力の経時変化を示すグラフである。

図９に示す結果から、赤外線ランプをいずれの方向から入射しても、ランプを照射している間、共に正の値の起電力が発生していることがわかった。通常、ある熱電変換材料からなる試料に電磁波が入射されると、電磁波の吸収量は、電磁波入射面近傍で最も大きくなり、試料に侵入するに従って小さくなる。したがって、試料内部における温度勾配は、電磁波の入射方向に一致することが予想される。一方、異方熱電効果によって発生する起電力の極性は、キャリアの種類（ｐ型かｎ型か）及び基準結晶面の傾斜方向が同一であれば、温度勾配の方向に依存する。したがって、上記測定条件では、電磁波の入射方向が逆転すると、異方熱電効果によって発生する起電力の極性も反転することが予想される。

しかしながら、図９に示すように、本発明者らは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造において、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜に入射する電磁波が、空気とＣａ_xＣｏＯ₂薄膜との界面から入射する場合でも、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜とＡｌ₂Ｏ₃基板との界面（空気とＡｌ₂Ｏ₃基板との界面）側から入射する場合でも、発生する起電力の極性が同一になることを見出した。すなわち、いずれの方向から電磁波を入射しても、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜内部において定常的に発生する温度勾配は同一方向になり、空気とＣａ_xＣｏＯ₂薄膜との界面側が、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜とＡｌ₂Ｏ₃基板との界面側に対して高温になることを見出した。

本発明者らは、この特性を利用して、Ａｌ₂Ｏ₃基板の両主面上に、Ｃａ_xＣｏＯ₂のような熱電変換材料からなる傾斜薄膜を配置した、図１に示すような構造を考案した。

（実施例１及び比較例１）
実施例１の放射検出器として、図１に示す構造と同様の構造を有するサンプルを作製した。

傾斜基板として、上記予備的実験の場合と同様のＡｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を用いた。Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板の両主面上に、第１傾斜薄膜１２及び第２傾斜薄膜１３として、上記予備的実験と同様の方法でＣａ_xＣｏＯ₂薄膜を形成した。第１傾斜薄膜１２及び第２傾斜薄膜１３の膜厚は互いに同一とし、１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍの膜厚を有するＣａ_xＣｏＯ₂薄膜を、それぞれ作製した。Ｘ線回折測定によって結晶配向性を調べたところ、第１傾斜薄膜１２としてのＣａ_xＣｏＯ₂薄膜（以下、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜という。）及び第２傾斜薄膜１３としてのＣａ_xＣｏＯ₂薄膜（以下、第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜という。）共に、Ｃａ_xＣｏＯ₂（００１）面が、基板表面に対して６２度傾斜して積層していることがわかった。すなわち、第１傾斜薄膜１２の傾斜角α₁及び第２傾斜薄膜１３の傾斜角α₂は、共に６２°であった。

このようにして得られた第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の表面に、真空蒸着法により、Ａｕからなる第１取り出し電極１７及び接続電極１８を形成した。第１取り出し電極１７と接続電極１８は、基準結晶面であるＣａ_xＣｏＯ₂（００１）面が傾斜して並んでいる方向について互いに対向し、且つ両者の間の距離が６ｍｍになるように形成した。接続電極１８を素子（傾斜薄膜／基板／傾斜薄膜の構造体）の側面に形成する際は、Ａｕターゲットに対して素子を傾斜させた。同様の方法で、第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の表面に、素子の側面から連続する接続電極１８と第２取り出し電極１９とを形成した。接続電極１８と第２取り出し電極１９とは、基準結晶面であるＣａ_xＣｏＯ₂（００１）面が傾斜して並んでいる方向について互いに対向し、且つ両者の間の距離が６ｍｍになるように形成した。なお、これらの電極パターンは、Ａｕ蒸着時にＡｌ₂Ｏ₃基板表面にメタルマスクを被せることでパターニングした。

このように作製したＣａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を有する放射検出器のサンプルを、実施例１のサンプルとした。

一方、予備的実験の場合と同様の方法で、傾斜薄膜（Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜）の膜厚が１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍである、図１１に示す構成の放射検出器のサンプルをそれぞれ作製し、比較例１のサンプルとした。

実施例１のサンプルに対して、それぞれ赤外線ランプ（波長８００〜２０００ｎｍ）から発生される電磁波を第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜側から入射して、第１取り出し電極１７と第２取り出し電極１９との間で生じる起電力を測定した。一方、比較例１のサンプルに対しても、それぞれ赤外線ランプ（波長８００〜２０００ｎｍ）から発生される電磁波をＣａ_xＣｏＯ₂薄膜側から入射して、Ａｕ電極対間で生じる起電力を測定した。赤外線ランプのパワーは４８０ｍＷであった。結果は、表１に示すとおりである。

実施例１及び比較例１について、同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を有する実施例１のサンプルは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例１のサンプルに比べて、最大１．３６倍の感度向上が確認された。

（実施例２及び比較例２）
実施例２の放射検出器として、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板の代わりにＡｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板を用いた以外は、実施例１と同様の方法で各サンプルを作製した。また、実施例２と比較するために、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板の代わりにＡｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板を用いた以外は比較例１と同様の方法で作製された、比較例２のサンプルも準備した。実施例２及び比較例２のサンプルに対しても、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法で、電磁波の入射によって発生する起電力を測定した。なお、Ａｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板は、Ａｌ₂Ｏ₃（１０−１１）面が表面に切り出されており、Ａｌ₂Ｏ₃（０００１）面が表面に対して７２°傾斜している（β＝７２°）。また、Ａｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板上に作製したＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の陽イオン組成比をエネルギー分散型Ｘ線分析装置で評価したところ、Ｃａ、Ｃｏの組成比は、ほぼ１：２（ｘ≒０．５に対応）であった。Ｘ線回折測定により、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜及び第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の配向性を調べたところ、Ｃａ_xＣｏＯ₂（００１）面は基板表面に対して７０°傾斜して積層していることがわかった。すなわち、第１傾斜薄膜１２の傾斜角α₁及び第２傾斜薄膜１３の傾斜角α₂は、共に７０°であった。結果を表２に示す。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例１及び比較例１の結果と同様、Ａｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板を利用した実施例２及び比較例２の場合でも、実施例２のサンプルは、比較例２のサンプルと比較して、１．３倍程度の感度向上が実現できた。一方、実施例２の結果と、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例１の結果との間で、それぞれのヘテロ構造で得られる起電力の絶対値を比較すると、実施例２の結果は、すべての値が実施例１の結果の約０．７５倍になっていた。これは、式（１）に表されるように、この構成からなる素子によって得られる起電力が、実際にｓｉｎ２αに比例していることを示している。

（実施例３）
実施例１と同様の方法で、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を使用して、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を作製した。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚は１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍとし、それぞれの膜厚について、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚と第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚とを同じにした。上記構造を作製した後、第２Ｃａ_xＣｏＯ₂の表面に、厚さ１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜からなる絶縁膜と、厚さ１００ｎｍのＡｕ膜からなる電磁波反射膜を形成し、図２に示す構成と同様の構成を有するサンプルを作製した。Ａｌ₂Ｏ₃膜は、スパッタ法により、Ａｌ₂Ｏ₃ターゲットを用いて作製した。一方、Ａｕ膜は、真空蒸着法によって作製した。

このように作製した、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例３のサンプルの起電力を、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例１のサンプルの起電力と比較した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を表３に示す。

同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例３のサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例１のサンプルに比べて、最大２．５倍の起電力の増大が確認された。

（実施例４）
実施例２と同様の方法で、Ａｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板を使用して、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を作製した。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚は１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍとし、それぞれの膜厚について、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚と第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚とを同じにした。上記構造を作製した後、さらに一方のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の表面に、厚さ１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜からなる絶縁膜と、厚さ１００ｎｍのＡｕ膜からなる電磁波反射膜を形成し、図２に示す構成と同様の構成を有するサンプルを作製した。Ａｌ₂Ｏ₃膜は、スパッタ法により、Ａｌ₂Ｏ₃ターゲットを用いて作製した。一方、Ａｕ膜は、真空蒸着法によって作製した。

このように作製した、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例４のサンプルの起電力を、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例２のサンプルの起電力と比較した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を表４に示す。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例３及び比較例１の結果と同様、同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例４サンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例２サンプルに比べて、２．５倍程度の感度向上が実現できた。一方、実施例４の結果と、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例３の結果との間で、それぞれのヘテロ構造で得られる起電力の絶対値を比較すると、実施例４の結果は、すべての値が実施例３の結果の約０．７５倍になっていた。これは、式（１）に表されるように、この構成からなる素子によって得られる起電力が、実際にｓｉｎ２αに比例していることを示している。

（実施例５及び比較例３）
Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を使用し、実施例１と同様の方法で、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を作製した。なお、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚は１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍとし、それぞれの膜厚について、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚と第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚とを同じにした。さらに、第１及び第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜を共に平行なライン状にパターニングした。その後、Ａｌ₂Ｏ₃基板の一方の主面上に形成されたＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと、Ａｌ₂Ｏ₃基板の他方の主面上に形成されたＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインとを交互に直列接続させて、図４Ａ及び図４Ｂに示す構成と同様の構成を有するサンプルを作製した。

Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜を平行なライン状にパターニングするために、幅１００μｍ、長さ８ｍｍの長方形の開口が１００μｍ間隔で４０本平行に並んだメタルマスクを使用した。上記メタルマスクをＡｌ₂Ｏ₃基板上に被せてＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のスパッタ蒸着を行うことで、一本が幅１００μｍ、長さ８ｍｍからなるＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインが、Ａｌ₂Ｏ₃基板の両主面上にそれぞれ４０本ずつ配置されるように形成した。真空蒸着法により、Ａｕからなる取り出し電極と接続電極とを作製し、図４Ａ及び図４Ｂに示すような直列接続体を作製した。なお、各Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜ライン上における電極間の距離が６ｍｍになるように、各電極を形成した。このように作製されたサンプルは、受光部面積が８ｍｍ×８ｍｍ程度の大きさで、８０本の長さ６ｍｍのＣａ_xＣｏＯ₂薄膜ラインが直列接続された構成であった。

このような方法で、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインが、第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと重なるように配置したサンプルと、重ならないように配置したサンプルとの、２種類のサンプルを作製した。第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインとが重なるように配置したサンプルを実施例５ａのサンプルとした。実施例５ａのサンプルは、図７に示された構成を有していた。また、重ならないように配置したサンプルを実施例５ｂのサンプルとした。実施例５ｂのサンプルは、図６に示された構成を有していた。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のそれぞれの膜厚において前記２種類のサンプルを作製したため、合計１２種類のサンプルを作製した。

一方、比較のために、比較例３のサンプルも作製した。まず、比較例１と同様の方法でＣａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を作製した。なお、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚は、１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍとした。さらに、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜を平行なライン状にパターニングし、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインを直列接続させて、図５に示す構成と同様の構成を有する比較例３のサンプルを作製した。

比較例３では、実施例５と同じ受光部面積（８ｍｍ×８ｍｍ）でＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の直列接続を実現するために、幅１００μｍ、長さ８ｍｍの長方形の開口が２０本、３００μｍ間隔で平行に並んだメタルマスクを使用して、ライン状のパターニングを行った。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の平行ラインの形成後、それらの直列接続を実現するために、図５に示すように隣り合うＣａ_xＣｏＯ₂薄膜ラインの間に、両方のラインから１００μｍ離れた位置に、１００μｍの幅を有するＡｕからなる接続電極を形成した。このように作製された比較例３のサンプルは、受光部面積が８ｍｍ×８ｍｍ程度の大きさで、２０本の長さ６ｍｍのＣａ_xＣｏＯ₂薄膜ラインが直列接続された構成であった。

Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を有する実施例５（実施例５ａ、実施例５ｂ）のサンプルと、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルとについて、起電力を測定した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を表５に示す。

同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を有する実施例５のサンプルのうち、基板の表裏面のラインが重なる実施例５ａのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルに比べて、最大２．７倍の起電力の増大が確認された。また、基板の表裏面のラインが重ならない実施例５ｂのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルに比べて、最大３．９倍の起電力の増大が確認された。

（実施例６及び比較例４）
Ａｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板を使用し、実施例２と同様の方法で、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を作製した。なお、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚は１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍとし、それぞれの膜厚について、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚と第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚とを同じにした。さらに、実施例５と同様の方法で、両方のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜を平行なライン状にパターニングした。その後、Ａｌ₂Ｏ₃基板の一方の主面上に形成されたＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと、Ａｌ₂Ｏ₃基板の他方の主面上に形成されたＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインとを交互に直列接続させて、図４Ａ及び図４Ｂに示す構成と同様の構成を有するサンプルを作製した。

このような方法で、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインが、第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと重なるように配置したサンプルと、重ならないように配置したサンプルとの、２種類のサンプルを作製した。第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインとが重なるように配置したサンプルを、実施例６ａのサンプルとした。実施例６ａのサンプルは、図７に示された構成を有していた。また、重ならないように配置したサンプルを、実施例６ｂのサンプルとした。実施例６ｂのサンプルは、図６に示された構成を有していた。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のそれぞれの膜厚において前記２種類のサンプルを作製したため、合計１２種類のサンプルを作製した。

一方、比較のために、比較例４のサンプルも作製した。まず、比較例２と同様の方法でＣａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を作製した。なお、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚は、１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍとした。さらに、比較例３と同様の方法で、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜を平行なライン状にパターニングし、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインを直列接続させて、図５に示す構成と同様の構成を有する比較例４のサンプルを作製した。

Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を有する実施例６（実施例６ａ、実施例６ｂ）のサンプルと、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルとについて、起電力を測定した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を表６に示す。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例５及び比較例３の結果と同様、同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のヘテロ構造を有する実施例６のサンプルのうち、基板の表裏面のラインが重なる実施例６ａのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルに比べて、最大３．０倍の起電力の増大が確認された。また、基板の表裏面のラインが重ならない実施例６ｂのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルに比べて、最大３．８倍の起電力の増大が確認された。一方、実施例６の結果と、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例５の結果との間で、それぞれのヘテロ構造で得られる起電力の絶対値を比較すると、実施例６の結果は、すべての値が実施例５の結果の約０．７５倍になっていた。これは、式（１）に表されるように、この構成からなる素子によって得られる起電力が、実際にｓｉｎ２αに比例していることを示している。

（実施例７）
実施例５と同様の構造を有するサンプルに対し、一方のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の表面上に、厚さ１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜からなる絶縁膜、さらに厚さ１００ｎｍのＡｕ膜からなる電磁波反射膜を配置して、実施例７のサンプルとした。実施例５と同様に、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚が１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍのサンプルをそれぞれ作製した。Ａｌ₂Ｏ₃膜及びＡｕ膜は、それぞれ、室温において、スパッタ法及び真空蒸着法で作製した。実施例５と同様に、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインが、第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと重なるように配置したサンプルと、重ならないように配置したサンプルとの、２種類のサンプルを作製した。第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインとが重なるように配置したサンプルを、実施例７ａのサンプルとした。実施例７ａのサンプルは、図７に示された構成を有していた。また、重ならないように配置したサンプルを、実施例７ｂのサンプルとした。実施例７ｂのサンプルは、図６に示された構成を有していた。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のそれぞれの膜厚において前記２種類のサンプルを作製したため、合計１２種類のサンプルを作製した。

このように作製した実施例７のサンプルを、比較例３のサンプルと比較した。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例７（実施例７ａ、実施例７ｂ）のサンプルと、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルとについて、起電力を測定した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を表７に示す。

同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例７のサンプルのうち、基板の表裏面のラインが重なる実施例７ａのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルに比べて、最大５．０倍の起電力の増大が確認された。また、基板の表裏面のラインが重ならない実施例５ｂのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルに比べて、最大５．３倍の起電力の増大が確認された。

（実施例８）
実施例６と同様の構造を有するサンプルに対し、一方のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜の表面上に、厚さ１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜からなる絶縁膜、さらに厚さ１００ｎｍのＡｕ膜からなる電磁波反射膜を配置して、実施例８のサンプルとした。実施例６と同様に、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚が１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍのサンプルをそれぞれ作製した。Ａｌ₂Ｏ₃膜及びＡｕ膜は、それぞれ、室温において、スパッタ法及び真空蒸着法で作製した。実施例６と同様に、第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインが、第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと重なるように配置したサンプルと、重ならないように配置したサンプルとの、２種類のサンプルを作製した。第１Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインと第２Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインとが重なるように配置したサンプルを、実施例８ａのサンプルとした。実施例８ａのサンプルは、図７に示された構成を有していた。また、重ならないように配置したサンプルを、実施例８ｂのサンプルとした。実施例８ｂのサンプルは、図６に示された構成を有していた。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のそれぞれの膜厚において前記２種類のサンプルを作製したため、合計１２種類のサンプルを作製した。

このように作製した実施例８のサンプルを、比較例４のサンプルと比較した。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例８（実施例８ａ、実施例８ｂ）のサンプルと、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルとについて、起電力を測定した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を、表８に示す。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例７及び比較例３の結果と同様、同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ａｕ膜のヘテロ構造を有する実施例８のサンプルのうち、基板の表裏面のラインが重なる実施例８ａのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルに比べて、最大５．５倍の起電力の増大が確認された。また、基板の表裏面のラインが重ならない実施例８ｂのサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルに比べて、最大５．７倍の起電力の増大が確認された。一方、実施例８の結果と、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例７の結果との間で、それぞれのヘテロ構造で得られる起電力の絶対値を比較すると、実施例８の結果は、すべての値が実施例７の結果の約０．７５倍になっていた。これは、式（１）に表されるように、この構成からなる素子によって得られる起電力が、実際にｓｉｎ２αに比例していることを示している。

（実施例９）
実施例９の放射検出器として、図３、図８Ａ及び図８Ｂに示す構造と同様の構造を有するサンプルを作製した。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を使用して、比較例１と同様の方法で、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を作製した。なお、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜の膜厚は、１０ｎｍ、７０ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、１１００ｎｍとした。さらに、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜を平行なライン状にパターニングして、図８Ａ及び図８Ｂに示すように接続電極を傾斜基板の裏面に引き回すことで、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインが直列接続したサンプルを作製した。

Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜を平行なライン状にパターニングするために、幅１００μｍ、長さ８ｍｍの長方形の開口が１００μｍ間隔で４０本平行に並んだメタルマスクを使用した。上記メタルマスクをＡｌ₂Ｏ₃基板上に被せてＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のスパッタ蒸着を行うことで、一本が幅１００μｍ、長さ８ｍｍからなるＣａ_xＣｏＯ₂薄膜のラインが、Ａｌ₂Ｏ₃基板の一方の主面上に４０本配置されるように形成した。真空蒸着法により、Ａｕからなる取り出し電極と接続電極とを作製し、図８Ａ及び図８Ｂに示すような直列接続体を作製した。なお、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜ライン上における電極間の距離が６ｍｍになるように、各電極を形成した。このように作製されたサンプルは、受光部面積が８ｍｍ×８ｍｍ程度の大きさで、４０本の長さ６ｍｍのＣａ_xＣｏＯ₂薄膜ラインが直列接続された構成であった。

このように作製した実施例９のサンプルを、比較例３のサンプルと比較した。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ａｕ膜（接続電極、兼、電磁波反射膜）のヘテロ構造を有する実施例９のサンプルと、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルとについて、起電力を測定した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を、表９に示す。

同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ａｕ膜（接続電極、兼、電磁波反射膜）のヘテロ構造を有する実施例９のサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例３のサンプルに比べて、最大４倍の起電力の増大が確認された。

（実施例１０）
Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板の代わりにＡｌ₂Ｏ₃−ｓ面基板を用いた点以外は、実施例９と同様の構成を有するサンプルを同様の方法で作製し、実施例１０のサンプルとした。

このように作製した実施例１０のサンプルを、比較例４のサンプルと比較した。Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ａｕ膜（接続電極、兼、電磁波反射膜）のヘテロ構造を有する実施例１０のサンプルと、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルとについて、起電力を測定した。それぞれのサンプルについての起電力の測定は、実施例１及び比較例１の場合と同様の方法を用いた。その結果を、表１０に示す。

Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例９及び比較例３の結果と同様、同じ膜厚のＣａ_xＣｏＯ₂薄膜で構成されるサンプル同士を比較すると、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板／Ａｕ膜（接続電極、電磁波反射膜）のヘテロ構造を有する実施例１０のサンプルでは、Ｃａ_xＣｏＯ₂薄膜／Ａｌ₂Ｏ₃基板のヘテロ構造を有する比較例４のサンプルに比べて、最大４．５倍の起電力の増大が確認された。一方、実施例１０の結果と、Ａｌ₂Ｏ₃−ｎ面基板を利用した実施例９の結果との間で、それぞれのヘテロ構造で得られる起電力の絶対値を比較すると、実施例１０の結果は、すべての値が実施例９の結果の約０．７５倍になっていた。これは、式（１）に表されるように、この構成からなる素子によって得られる起電力が、実際にｓｉｎ２αに比例していることを示している。

本発明にかかる放射検出器は、優れた放射検出特性を有しており、温度センサーや、レーザー光のパワーメーターなど電磁波の放射を伴う各種対象物の検出に利用可能である。

Claims (4)

1. 連続的な電磁波を検出する方法であって、以下の工程を具備する：
   放射検出器を準備する工程、
   ここで、前記放射検出器は、薄膜、基板、電磁波反射膜、第１電極、および第２電極を
   具備し、
   前記基板は、前記薄膜および前記電磁波反射膜の間に挟まれており、
   前記薄膜は、結晶体であり、ゼーベック係数に異方性を有し、かつ前記異方性を発現さ
   せる基準となる結晶面を有し、
   前記基板は結晶体であり、
   前記薄膜の前記結晶面と前記基板の表面とが形成する角度αは、１０°以上８０°以下
   であり、
   前記基板の低指数面と前記基板の表面とが形成する角度βは、１０°以上８０°以下で
   あり、
   前記第１電極および前記第２電極は前記薄膜に電気的に接続され、
   および
   前記第１電極と前記第２電極との間の電位差を検出し、前記電位差が検出されれば前記
   放射検出器に連続的な電磁波が照射されたことが決定される工程。
2. 連続的な電磁波を検出する放射検出器であって、
   前記放射検出器は、薄膜、基板、電磁波反射膜、第１電極、および第２電極を具備し、
   前記基板は、前記薄膜および前記電磁波反射膜の間に挟まれており、
   前記薄膜は、結晶体であり、ゼーベック係数に異方性を有し、かつ前記異方性を発現さ
   せる基準となる結晶面を有し、
   前記基板は結晶体であり、
   前記薄膜の前記結晶面と前記基板の表面とが形成する角度αは、１０°以上８０°以下
   であり、
   前記基板の低指数面と前記基板の表面とが形成する角度βは、１０°以上８０°以下で
   あり、
   前記第１電極および前記第２電極は前記薄膜に電気的に接続される、
   放射検出器。
3. 前記第１電極および前記第２電極が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕからなる、請求項
   ２に記載の放射検出器。
4. 前記薄膜が、Ｃａ_xＣｏＯ₂、Ｓｒ_xＣｏＯ₂、Ｎａ_xＣｏＯ₂、Ｃａ₃Ｃｏ₄Ｏ₉、Ｓｒ₃Ｃｏ
   ₄Ｏ₉又はＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ(ただし、ｘは、Ｃａ_xＣｏＯ₂及びＳｒ_xＣｏＯ₂においては
   ０．１５≦ｘ≦０．５を満たし、Ｎａ_xＣｏＯ₂においては０．１５≦ｘ≦１を満たし、δ
   は酸素欠損量で、０≦δ≦０．７を満たす。)からなる、
   請求項２に記載の放射検出器。
   

Images