JP7327470B2 - 光センサ - Google Patents
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Description
D*=η・N・(α1+α2)・(A・Gel/(4・k・T))1/2/Gth・・・(2)
特許文献1に開示の赤外線センサでは、感度および比検出能が不十分な場合がある。さらなる感度および比検出能の向上が求められる。
上記光センサによれば、感度および比検出能の向上を図ることができる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る光センサは、支持層と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の第1材料層および導電性を有する帯状の第2材料層を含み、支持層上に配置される熱電変換材料部と、熱電変換材料部上であって第1材料層の長手方向に温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。第1材料層は、長手方向において一方側に位置する第1の端部を含む第1領域と、長手方向において他方側に位置する第2の端部を含む第2領域と、を含む。第2材料層は、長手方向において一方側に位置する第3の端部を含む第3領域と、長手方向において他方側に位置する第4の端部を含み、第2領域と接続される第4領域と、を含む。光センサは、第1領域と電気的に接続される第1電極と、第1電極と離隔して配置され、第3領域と電気的に接続される第2電極と、をさらに備える。第1材料層の長手方向に垂直な幅は、0.1μm以上である。第1材料層は、長手方向に垂直な断面の幅方向の中央を含むように位置する厚肉部と、厚肉部の両側に配置され、厚肉部よりも厚さの小さい薄肉部と、を含む。厚肉部の厚さは、10nm以上である。薄肉部の合計の幅は、第1材料層の幅の15%以上である。
次に、本開示の光センサの一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
本開示の実施の形態1に係る光センサについて説明する。図1は、実施の形態1における光センサの外観の概略平面図である。図2は、図1の線分II-IIに沿う断面を示す概略断面図である。線分II-IIは、後述する長方形の形状のベース部12の重心と、X方向において向かい合う辺のそれぞれの中点を通る。図3は、図1中のIIIで示す領域の拡大図である。図4は、図3中の線分IV-IVに沿う断面を示す概略断面図である。図5は、実施の形態1における光センサの一部を示す概略断面図である。図5は、後述する第2領域および第4領域を含む部分の概略断面図である。なお、図1において、後述する赤外線吸収膜23を簡略化して一点鎖線で図示している。また、図2において、後述するベース部12上に配置される熱電変換材料部20の断面を簡略化して図示している。
次に、他の実施の形態である実施の形態2について説明する。図9は、実施の形態2における光センサに備えられる第1材料層および支持層を示す概略断面図である。図9は、実施の形態1における図6に示す断面に相当する。図9を参照して、実施の形態2における光センサ11は、第2の辺33bおよび第3の辺33c,33dに対応する面の表面粗さRaを1nm以上200nm以上の範囲内としている点において実施の形態1の場合とは異なっている。なお、図9中において、第2の辺33bおよび第3の辺33c,33dに対応する面に形成される凹凸形状については、理解の容易の観点から誇張して図示している。
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態3について説明する。図11は、実施の形態3における光センサに備えられる第1材料層および支持層を示す概略断面図である。図11は、実施の形態1における図6に示す断面に相当する。図11を参照して、実施の形態3における光センサに備えられる支持層52は、バッファ層51をさらに備える点において実施の形態1の場合とは異なっている。
上記の実施の形態において、第3の辺33c,33dに対応する面は平面であることとしたが、これに限らず、第3の辺33c,33dに対応する面は曲面であってもよい。この場合、たとえば、厚さ方向において、第2の辺33bに対応する面側に突出する円弧面であってもよいし、第1の辺33aに対応する面側に凹む円弧面であってもよい。さらに第3の辺33c、33dに対応する面は、複数の曲面と平面とを含んでもよい。
Claims (10)
- 光センサであって、
支持層と、
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の第1材料層および導電性を有する帯状の第2材料層を含み、前記支持層上に配置される熱電変換材料部と、
前記熱電変換材料部上であって前記第1材料層の長手方向に温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備え、
前記第1材料層は、
長手方向において一方側に位置する第1の端部を含む第1領域と、
長手方向において他方側に位置する第2の端部を含む第2領域と、を含み、
前記第2材料層は、
長手方向において一方側に位置する第3の端部を含む第3領域と、
長手方向において他方側に位置する第4の端部を含み、前記第2領域と接続される第4領域と、を含み、
前記光センサは、
前記第1領域と電気的に接続される第1電極と、
前記第1電極と離隔して配置され、前記第3領域と電気的に接続される第2電極と、をさらに備え、
前記第1材料層の前記長手方向に垂直な幅は、0.1μm以上であり、
前記第1材料層は、
前記長手方向に垂直な断面の幅方向の中央を含むように位置する厚肉部と、
前記厚肉部の両側に配置され、前記厚肉部よりも厚さの小さい薄肉部と、を含み、
前記厚肉部の厚さは、10nm以上であり、
前記薄肉部の合計の幅は、前記第1材料層の幅の15%以上である、光センサ。 - 前記薄肉部の厚さは、前記厚肉部から離れるにしたがって小さくなる、請求項1に記載の光センサ。
- 前記第1材料層の前記長手方向に垂直な断面は、
前記支持層に対向する第1の辺と、
前記第1の辺と前記厚肉部の厚さ方向に間隔をあけて位置する第2の辺と、
前記第1の辺と前記第2の辺とを接続する一対の第3の辺とを含み、
前記第1の辺の長さが前記第2の辺の長さよりも大きい台形状の形状を有する、請求項1または請求項2に記載の光センサ。 - 前記第1材料層の前記長手方向に垂直な断面において、前記第1の辺の長さをwとし、前記厚肉部の厚さをdとし、前記第1の辺と前記第3の辺とのなす角度をθとすると、2≦tanθ×(w/d)≦10.7の関係を有する、請求項3に記載の光センサ。
- 前記第1材料層の表面粗さRaは、1nm以上200nm以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光センサ。
- 前記第1材料層の表面粗さRaは、13nm以上50nm以下である、請求項5に記載の光センサ。
- 前記第1材料層は、p型またはn型の導電型を有する半導体からなる、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光センサ。
- 前記第2材料層は、金属または、熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、前記第1材料層と異なる導電型である半導体からなる、請求項7に記載の光センサ。
- 前記第1材料層は、SiおよびGeを母材元素とし、Auを添加元素として含み、
前記支持層は、前記第1材料層と接触して配置され、Siからなるバッファ層を含む、請求項8に記載の光センサ。 - さらに複数の前記第1材料層と複数の前記第2材料層とを備え、
前記複数の前記第1材料層および前記複数の前記第2材料層はそれぞれ、前記第1電極に接続される前記第1領域および前記第2電極に接続される前記第3領域を除いて、前記第1領域と前記第3領域とが電気的に接続され、前記第2領域と前記第4領域とが電気的に接続されるよう交互に配置される、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の光センサ。
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