JP7352884B2 - 赤外線センサ及びフォノニック結晶体 - Google Patents
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Description
本開示は、フォノニック結晶構造を有する梁を備える赤外線センサに関する。また、本開示は、フォノニック結晶構造を有するフォノニック結晶体に関する。
赤外線センサの分野において、梁を用いてベース基板から赤外線受光部を離間させる構造が提案されている。この構造は、ベース基板からの赤外線受光部の熱的な絶縁を目的としている。この構造を有する赤外線センサでは、梁の断熱性能が高いほど赤外線の受光感度が向上する。
特許文献１、特許文献２、及び非特許文献１は、薄膜の熱伝導率を減少させる、複数の貫通孔により構成される周期構造を開示している。この周期構造では、薄膜を平面視して、ナノメートルのオーダー（１ｎｍから１０００ｎｍの領域）内の周期で規則的に貫通孔が配列している。この周期構造は、フォノニック結晶構造の一種である。このタイプのフォノニック結晶構造は、貫通孔の配列を構成する最小単位を単位格子とする周期構造である。薄膜の熱伝導率は、例えば、多孔質化により低減できる。多孔質化により薄膜に導入された空隙が、薄膜の熱伝導率を減少させるためである。しかし、フォノニック結晶構造によれば、薄膜を構成する母材自身の熱伝導率が低減可能である。このため、単なる多孔質化に比べて、熱伝導率のさらなる低減が期待される。
特許文献３は、フォノニック結晶構造を有する梁を使用した赤外線センサを開示している。
Nomura et al., "Impeded thermal transport is Si multiscale hierarchical architectures with phononic crystal nanostructures", Physical ReviewB 91, 205422 (2015)
赤外線センサの感度をさらに高める技術が求められている。
本開示は、赤外線センサの感度をさらに高める技術を提供する。
本開示は、以下の赤外線センサを提供する。
赤外線センサであって、以下を具備する：
ベース基板；
赤外線受光部；及び
梁、
ここで、
前記梁は、前記ベース基板、及び／又は前記ベース基板上の部材と接続された接続部と、前記ベース基板から離間した離間部と、を有し、
前記赤外線受光部と前記梁とは、前記離間部において互いに接合されており、
前記赤外線受光部は、前記離間部を有する前記梁によって、前記ベース基板とは離間した状態で支持されており、
前記梁における、前記赤外線受光部との接合部と、前記接続部との間に位置する区間は、規則的に配列した複数の貫通孔により構成されるフォノニック結晶構造を有し、
前記フォノニック結晶構造は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含み、
前記第１ドメインは、平面視において、第１方向に規則的に配列した前記複数の貫通孔から構成され、
前記第２ドメインは、平面視において、前記第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列した前記複数の貫通孔から構成され、かつ、
前記赤外線受光部は、サーモパイル赤外線受光部、又はボロメータ赤外線受光部であり：
前記赤外線受光部がサーモパイル赤外線受光部である場合、
前記梁は、第１のゼーベック係数を有する第１の領域と、前記第１のゼーベック係数とは異なる第２のゼーベック係数を有する第２の領域と、前記第１の領域及び前記第２の領域が互いに接合した接合領域と、を有し、かつ、
前記赤外線受光部と、前記梁の前記接合領域とが互いに接合されており；
前記赤外線受光部がボロメータ赤外線受光部である場合、
前記赤外線センサは、さらに以下を具備する：
前記赤外線受光部に電気的に接続された第１の配線及び第２の配線；
前記第１の配線に電気的に接続された第１の信号処理回路；及び
前記第２の配線に電気的に接続された第２の信号処理回路。
ベース基板；
赤外線受光部；及び
梁、
ここで、
前記梁は、前記ベース基板、及び／又は前記ベース基板上の部材と接続された接続部と、前記ベース基板から離間した離間部と、を有し、
前記赤外線受光部と前記梁とは、前記離間部において互いに接合されており、
前記赤外線受光部は、前記離間部を有する前記梁によって、前記ベース基板とは離間した状態で支持されており、
前記梁における、前記赤外線受光部との接合部と、前記接続部との間に位置する区間は、規則的に配列した複数の貫通孔により構成されるフォノニック結晶構造を有し、
前記フォノニック結晶構造は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含み、
前記第１ドメインは、平面視において、第１方向に規則的に配列した前記複数の貫通孔から構成され、
前記第２ドメインは、平面視において、前記第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列した前記複数の貫通孔から構成され、かつ、
前記赤外線受光部は、サーモパイル赤外線受光部、又はボロメータ赤外線受光部であり：
前記赤外線受光部がサーモパイル赤外線受光部である場合、
前記梁は、第１のゼーベック係数を有する第１の領域と、前記第１のゼーベック係数とは異なる第２のゼーベック係数を有する第２の領域と、前記第１の領域及び前記第２の領域が互いに接合した接合領域と、を有し、かつ、
前記赤外線受光部と、前記梁の前記接合領域とが互いに接合されており；
前記赤外線受光部がボロメータ赤外線受光部である場合、
前記赤外線センサは、さらに以下を具備する：
前記赤外線受光部に電気的に接続された第１の配線及び第２の配線；
前記第１の配線に電気的に接続された第１の信号処理回路；及び
前記第２の配線に電気的に接続された第２の信号処理回路。
本開示の赤外線センサにおける梁の断熱性能は高い。したがって、本開示の赤外線センサは、赤外線の高い受光感度を有しうる。
（本開示の基礎となった知見）
絶縁体及び半導体において、熱は、主として、フォノンと呼ばれる格子振動によって運ばれる。絶縁体又は半導体から構成される材料の熱伝導率は、材料が有するフォノンの分散関係により決定される。フォノンの分散関係とは、周波数と波数との関係、又はバンド構造を意味している。絶縁体及び半導体において、熱を運ぶフォノンは、１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの幅広い周波数帯域に及ぶ。この周波数帯域は、熱の帯域である。材料の熱伝導率は、熱の帯域にあるフォノンの分散関係により定められる。
絶縁体及び半導体において、熱は、主として、フォノンと呼ばれる格子振動によって運ばれる。絶縁体又は半導体から構成される材料の熱伝導率は、材料が有するフォノンの分散関係により決定される。フォノンの分散関係とは、周波数と波数との関係、又はバンド構造を意味している。絶縁体及び半導体において、熱を運ぶフォノンは、１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの幅広い周波数帯域に及ぶ。この周波数帯域は、熱の帯域である。材料の熱伝導率は、熱の帯域にあるフォノンの分散関係により定められる。
上述したフォノニック結晶構造によれば、貫通孔の周期構造によって、材料が有するフォノンの分散関係が制御可能である。即ち、フォノニック結晶構造によれば、材料、例えば薄膜の母材、の熱伝導率そのものが制御可能である。とりわけ、フォノニック結晶構造によるフォノニックバンドギャップ（ＰＢＧ）の形成は、材料の熱伝導率を大きく低減させうる。ＰＢＧ内にフォノンは存在できない。このため、熱の帯域に位置するＰＢＧは、熱伝導のギャップとなりうる。また、ＰＢＧ以外の周波数帯域においても、フォノンの分散曲線の傾きがＰＢＧによって小さくなる。傾きの低減はフォノンの群速度を低下させ、熱伝導速度を低下させる。これらの点は、材料の熱伝導率の低減に大きく寄与する。
本発明者らの検討によれば、フォノニック結晶構造によってもたらされる熱伝導率の低減の程度は、熱の伝達方向と、フォノニック結晶構造の単位格子の方位（orientation）とが成す角度に依存する。これは、ＰＢＧの帯域広さ、ＰＢＧの数、及びフォノンの平均群速度といった熱伝導に関わる要素が、当該角度に依存するためと考えられる。また、熱の伝達に関して、マクロ的には高温から低温の方向にフォノンは流れる。一方、ナノメートルのオーダーにあるミクロ領域に着目すると、フォノンの流れる方向には指向性がみられない。即ち、ミクロ的にはフォノンの流れる方向は一様ではない。
上述の各特許文献及び非特許文献には、単位格子の方位が一様に揃った複数のフォノニック結晶領域を有する部材が開示されている。しかし、これらの部材では、ミクロで見て、ある特定の方向に流れるフォノンに対しては相互作用が最大となるものの、それ以外の方向に流れるフォノンに対しては相互作用が弱まる。一方、本開示の赤外線センサが備える梁は、単位格子の方位が互いに異なる２以上のフォノニック結晶領域を有する。このため、ミクロで見て、複数の方向に流れる各フォノンに対する相互作用を高めることができる。この特徴は、マクロな部材である梁としての熱伝導率のさらなる低減、即ち、断熱性能のさらなる向上、をもたらす。
（本開示の実施形態）
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的、又は具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、及び接続形態、プロセス条件、ステップ、ステップの順序等は一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的、又は具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、及び接続形態、プロセス条件、ステップ、ステップの順序等は一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
（実施形態１）
実施形態１の赤外線センサが図１Ａ及び図１Ｂに示される。図１Ｂには、図１Ａの赤外線センサ１Ａの断面１Ｂ－１Ｂが示される。図１Ａ及び図１Ｂの赤外線センサ１Ａは、サーモパイル赤外線センサである。赤外線センサ１Ａは、ベース基板１１、サーモパイル赤外線受光部１２Ａ、及び梁１３を備える。また、赤外線センサ１Ａは、第１の信号処理回路１４Ａ、第２の信号処理回路１４Ｂ、第１の配線１５Ａ、及び第２の配線１５Ｂを備える。信号処理回路１４Ａ，１４Ｂ及び配線１５Ａ，１５Ｂは、ベース基板１１上に設けられている。
実施形態１の赤外線センサが図１Ａ及び図１Ｂに示される。図１Ｂには、図１Ａの赤外線センサ１Ａの断面１Ｂ－１Ｂが示される。図１Ａ及び図１Ｂの赤外線センサ１Ａは、サーモパイル赤外線センサである。赤外線センサ１Ａは、ベース基板１１、サーモパイル赤外線受光部１２Ａ、及び梁１３を備える。また、赤外線センサ１Ａは、第１の信号処理回路１４Ａ、第２の信号処理回路１４Ｂ、第１の配線１５Ａ、及び第２の配線１５Ｂを備える。信号処理回路１４Ａ，１４Ｂ及び配線１５Ａ，１５Ｂは、ベース基板１１上に設けられている。
梁１３は、ベース基板１１と接続された接続部１３１Ａ，１３１Ｂと、ベース基板１１から離間した離間部１３２とを有する。梁１３は、双方の端部に接続部１３１Ａ，１３１Ｂを有している。赤外線受光部１２Ａと梁１３とは、離間部１３２において互いに接合されている。赤外線受光部１２Ａは、梁１３の上面に接合されている。赤外線受光部１２Ａと梁１３との接合の位置は、梁１３の双方の端部の間、より具体的には、梁１３の中央付近である。赤外線受光部１２Ａは、離間部１３２を有する梁１３によって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。梁１３は、両持ち梁である。
ベース基板１１は、赤外線受光部１２Ａが設けられた上面１６に凹部１７を有する。平面視において、赤外線受光部１２Ａの面積に比べて凹部１７の面積は大きい。また、平面視において、赤外線受光部１２Ａは、凹部１７の外縁に囲まれている。凹部１７は、赤外線受光部１２Ａ及び梁１３と、ベース基板１１との間に位置している。断面視において、赤外線受光部１２Ａ及び梁１３が、ベース基板１１の凹部１７上に懸架されている。なお、梁１３の双方の端部は、凹部１７の側壁に接続されている。なお、本明細書において、「平面視」とは、対象物の主面に垂直な方向から対象物を視ることを意味する。また、「主面」とは、最も広い面積を有する面を意味する。
梁１３は、単層である。梁１３は、第１のゼーベック係数を有する第１の領域３０１と、第１のゼーベック係数とは異なる第２のゼーベック係数を有する第２の領域３０２と、第１の領域３０１と第２の領域３０２とが互いに接合した接合領域３０３を有する。第１の領域３０１と第２の領域３０２とは、各々の一方の端部３０４，３０５において互いに接合されている。接合領域３０３において接合された第１の領域３０１及び第２の領域３０２は、熱電対素子を構成する。接合領域３０３は、平面視において、赤外線センサ１Ａと重複する位置にある。接合領域３０３は、平面視において、例えば、赤外線センサ１Ａの中心に位置する。赤外線受光部１２Ａと、梁１３における接合領域３０３とは互いに接合されている。第１のゼーベック係数と第２のゼーベック係数との差は、例えば、１０μＶ／Ｋ以上である。なお、本明細書におけるゼーベック係数は、２５℃での値を意味する。
第１の配線１５Ａは、第１の領域３０１の他方の端部３０６において、第１の領域３０１と電気的に接続されている。端部３０６は、梁１３の接続部１３１Ａに位置する。第２の配線１５Ｂは、第２の領域３０２の他方の端部３０７において、第２の領域３０２と電気的に接続されている。端部３０７は、梁１３の接続部１３１Ｂに位置する。第１の配線１５Ａは、梁１３における第１の領域３０１と第１の信号処理回路１４Ａとを電気的に接続する。第２の配線１５Ｂは、梁１３における第２の領域３０２と第２の信号処理回路１４Ｂとを電気的に接続する。図１Ａ及び図１Ｂにおいて、第１の信号処理回路１４Ａと第２の信号処理回路１４Ｂとは、互いに独立した２つの部材である。ただし、第１の信号処理回路１４Ａと第２の信号処理回路１４Ｂとは、双方の回路が統合された１つの部材であってもよい。
梁１３における、赤外線受光部１２Ａとの接合部１３３と、ベース基板１１、第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂとの接続部１３１Ａ，１３１Ｂとの間に位置する区間１３４（１３４Ａ，１３４Ｂ）は、フォノニック結晶構造Ａを有している。梁１３が複数の区間１３４を有する場合、例えば、全ての区間がフォノニック結晶構造Ａを有する。
赤外線受光部１２Ａに赤外線が入射すると、赤外線受光部１２Ａの温度が上昇する。このとき、赤外線受光部１２Ａの温度は、熱浴であるベース基板１１及びベース基板１１上の部材から熱的に絶縁されているほど、大きく上昇する。サーモパイル赤外線受光部１２Ａと接合された熱電対素子では、温度上昇に伴って、ゼーベック効果による起電力が生じる。生じた起電力を信号処理回路１４Ａ，１４Ｂで処理して、赤外線が検知される。信号処理によっては、赤外線センサ１Ａによる赤外線の強度測定、及び／又は対象物の温度測定が可能である。
第１の領域３０１は、第１のゼーベック係数を有する第１の材料から構成される。第２の領域３０２は、第１のゼーベック係数とは異なる第２のゼーベック係数を有する第２の材料から構成される。第１の材料及び第２の材料は、金属ではなく、半導体又は絶縁体であってもよい。金属において熱を運ぶ媒体は、フォノンではなく、主として自由電子であるためである。半導体は、例えば、Ｓｉ又はＧｅといった単一元素の半導体、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ、ＧａＮ、又はＡｌＮといった化合物半導体、並びにＦｅ2Ｏ3、ＶＯ2、ＴｉＯ2、又はＳｒＴｉＯ3といった酸化物半導体である。ただし、第１の材料又は第２の材料である半導体は、これらの例に限定されない。第１の材料及び第２の材料は、通常、互いに異なる組成を有する。ただし、半導体である第１の材料及び第２の材料は、互いの導電形が異なる場合に、同一の基本組成を有することができる。半導体の導電形は、ドーピングといった公知の手法により制御できる。例えば、第１の材料がｐ形半導体であり、第２の材料がｎ形半導体であってもよい。この場合、第１の領域３０１はｐ形領域であり、第２の領域３０２はｎ形領域である。具体的な一例では、単結晶Ｓｉから構成される単層の梁１３が、ドーピングされた第１の領域３０１及び第２の領域３０２を有する。単結晶Ｓｉに対する加工プロセス技術は確立されている。このため、この一例は製造性に優れている。
第１の材料及び第２の材料は、原子配列の秩序が長距離に及ぶ単結晶材料であってもよいし、多結晶材料又はアモルファス材料であってもよい。
ベース基板１１は、典型的には、半導体から構成される。半導体は、例えば、Ｓｉである。Ｓｉから構成されるベース基板１１の上面１６には、酸化膜が形成されていてもよい。酸化膜は、例えば、ＳｉＯ2膜である。ただし、ベース基板１１の構成は、上記例に限定されない。
赤外線受光部１２Ａは、例えば、シリコン系半導体から構成される。シリコン系半導体は、例えば、Ｓｉ又はＳｉＧｅである。ただし、赤外線受光部１２Ａの構成は、上記例に限定されない。
配線１５Ａ，１５Ｂは、例えば、ドープされた半導体、又は金属から構成される。金属は、例えば、Ｔｉ又はＴｉＮといった低熱伝導率の種である。ただし、配線１５Ａ，１５Ｂの構成は、上記例に限定されない。
信号処理回路１４Ａ，１４Ｂは、公知の構成を有しうる。
以下の説明は、梁１３が有するフォノニック結晶構造Ａに関する。梁１３は、区間１３４Ａ，１３４Ｂ以外の部分にフォノニック結晶構造Ａを有していてもよい。
フォノニック結晶構造Ａの一例が図２に示される。図２には、梁１３の一部を平面視した状態が示されている。梁１３は、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する薄膜である。梁１３は、平面視において、長方形である。梁１３の長辺は、赤外線受光部１２Ａと第１の配線１５Ａ又は第２の配線１５Ｂとを結ぶ方向、即ち、赤外線センサ１Ａにおけるマクロな熱の伝達方向、と一致している。梁１３には、梁１３の厚さ方向に延びる複数の貫通孔２０が設けられている。梁１３が有するフォノニック結晶構造Ａは、複数の貫通孔２０が面内方向に規則的に配列した二次元フォノニック結晶構造である。
フォノニック結晶構造Ａは、フォノニック結晶領域である第１のドメイン２１Ａ、及びフォノニック結晶領域である第２のドメイン２１Ｂを有する。第１ドメイン２１Ａは、平面視において、第１方向に規則的に配列した複数の貫通孔２０から構成されるフォノニック単結晶構造を有する。第２ドメイン２１Ｂは、平面視において、第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列した複数の貫通孔２０から構成されるフォノニック単結晶構造を有する。各々の単結晶構造内において、複数の貫通孔２０の径及び配列周期は同一である。また、各々の単結晶構造内において、規則的に配列した複数の貫通孔２０により構成される単位格子９１Ａ又は９１Ｂの方位は同一である。第１ドメイン２１Ａ及び第２ドメイン２１Ｂの形状は、平面視において、長方形である。第１ドメイン２１Ａの形状と、第２ドメイン２１Ｂの形状とは、平面視において、同一である。フォノニック結晶構造Ａは、複数のフォノニック単結晶構造の複合体であるフォノニック多結晶構造２２でもある。
フォノニック結晶領域であるドメインは、貫通孔２０の配列の周期をＰとして、平面視において、例えば、２５Ｐ2以上の面積を有する領域である。フォノニック結晶構造によってフォノンの分散関係を制御するには、ドメインは、少なくとも２５Ｐ2以上の面積を有していてもよい。平面視において正方形のドメインでは、５×Ｐ以上の周期とすることで、２５Ｐ2以上の面積が確保可能である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、フォノニック結晶構造Ａでは、第１ドメイン２１Ａにおける単位格子９１Ａの方位２３Ａと、第２ドメイン２１Ｂにおける単位格子９１Ｂの方位２３Ｂとが、平面視において、互いに異なっている。方位２３Ａと方位２３Ｂとが成す角度は、平面視において、例えば１０度以上である。ただし、単位格子９１Ａ及び単位格子９１Ｂが同一であって、ｎ回回転対称性を有する場合、方位２３Ａと方位２３Ｂとが成す角度の上限は３６０／ｎ度未満である。なお、単位格子が複数のｎに対してｎ回回転対称性を有するとき、上記角度の上限を定めるｎには最大のｎが使用される。例えば、六方格子は、２回回転対称性、３回回転対称性、及び６回回転対称性を有する。このとき、角度の上限を定めるｎには「６」が使用される。即ち、六方格子である単位格子９１Ａ，９１Ｂについて、方位２３Ａと方位２３Ｂとが成す角度は６０度未満である。フォノニック結晶構造Ａは、単位格子の方位が互いに異なる２以上のフォノニック結晶領域を少なくとも有している。この条件が満たされる限り、フォノニック結晶構造Ａは、任意のフォノニック結晶領域、及び／又はフォノニック結晶構造を有さない領域をさらに含んでいてもよい。
ここで、フォノニック結晶構造Aの態様としては、フォノニック結晶構造を有さない領域の数が少ないほど望ましい。この理由は、フォノニック結晶構造を有する領域の数が多いほど、フォノニック結晶構造Aの断熱性能が高まる、つまり、赤外線センサの感度が上昇するためである。もう一つの理由は、赤外線受光部１２A及びベース基板１１の間の温度差が大きくなるためである。赤外線は、赤外線受光部１２Aのみでなく、梁１３においても受光される。フォノニック結晶構造Ａにおいてフォノニック結晶構造を有さない領域の数が多い場合、梁１３における赤外線の受光面積は大きい。このため、この場合、梁１３における赤外線の受光量は多い。これにより、赤外線受光部１２A及びベース基板１１の間の温度差が小さくなる。一方、フォノニック結晶構造Aにおいてフォノニック結晶構造を有する領域の数が多い場合には、梁１３における赤外線の受光量は少ない。このため、赤外線受光部１２及びベース基板１２の間の温度差をより大きく保つことが可能となる。この結果、赤外線センサの感度が上昇する。
単位格子の方位は、任意の規則に基づいて決定できる。ただし、異なるドメイン間において、同じ規則を適用して単位格子の方位を定める必要がある。単位格子の方位は、例えば、フォノニック結晶構造Ａにおけるマクロな熱の伝達方向を一方向に決定したときに、フォノンの平均群速度が最も遅くなる方向である。あるいは、単位格子の方位は、例えば、単位格子を構成する平行でない二辺の成す角を二等分する直線の伸長方向である。ただし、異なるドメイン間において、同じ規則で二辺を定める必要がある。あるいは、単位格子の方位は、例えば、最近接の二孔間を結ぶ直線方向である。
図２のフォノニック結晶構造Ａの領域Ｒ１の拡大図が、図４に示される。隣接する第１ドメイン２１Ａと第２ドメイン２１Ｂとの界面２５において、単位格子９１Ａ，９１Ｂの方位２３Ａ，２３Ｂが変化している。単位格子の方位が変化する界面２５は、フォノニック結晶構造Ａをマクロに流れる熱に対する大きな界面抵抗をもたらす。この界面抵抗は、第１ドメイン２１Ａと第２ドメイン２１Ｂとの間で生じる、フォノン群速度のミスマッチに基づく。この界面抵抗は、フォノニック結晶構造Ａを有する梁１３における熱伝導率の低減に寄与する。なお、図４において、界面２５は、平面視において、直線状に延びている。また、界面２５は、平面視において、長方形の梁１３の幅方向に延びている。幅方向は、マクロな熱の伝達方向により定められた梁１３の中心線の伸張方向に垂直な方向でありうる。界面２５は、平面視において、マクロな熱の伝達方向に垂直にフォノニック結晶構造Ａを分割している。
図２のフォノニック結晶構造Ａにおいて、第１ドメイン２１Ａにおける複数の貫通孔２０の配列の周期Ｐと、第２ドメイン２１Ｂにおける複数の貫通孔２０の配列の周期Ｐとが等しい。
図２のフォノニック結晶構造Ａにおいて、第１ドメイン２１Ａにおいて規則的に配列した複数の貫通孔２０の径と、第２ドメイン２１Ｂにおいて規則的に配列した複数の貫通孔２０の径とが等しい。
図２のフォノニック結晶構造Ａにおいて、第１ドメイン２１Ａにおける単位格子９１Ａの種類と、第２ドメイン２１Ｂにおける単位格子９１Ｂの種類とは、同一である。図２の単位格子９１Ａ及び単位格子９１Ｂは、いずれも六方格子である。
平面視による各ドメインの形状は限定されない。平面視による各ドメインの形状は、例えば、三角形、正方形及び長方形を含む多角形、円、楕円、及びこれらの複合形状である。平面視による各ドメインの形状は、不定形であってもよい。また、フォノニック結晶構造Ａが有するドメインの数は限定されない。フォノニック結晶構造Ａが有するドメインの数が多くなるほど、ドメイン間の界面による界面抵抗の作用が大きくなる。さらに、フォノニック結晶構造Ａが有する各ドメインのサイズは限定されない。
梁１３における複数の区間１３４がフォノニック結晶構造Ａを有する場合、各フォノニック構造Ａの具体的な構成は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
以下、フォノニック結晶構造Ａの例が示される。
図５及び図６のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造２２では、隣接する第１ドメイン２１Ａ及び第２ドメイン２１Ｂの界面２５が、平面視において、長方形の梁１３の長辺の方向に延びている。長辺の方向は、マクロな熱の伝達方向でありうる。この点以外、図５及び図６のフォノニック結晶構造Ａは、図２のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。界面２５は、平面視において、マクロな熱の伝達方向に平行にフォノニック結晶構造Ａを分割している。なお、図６は、図５の領域Ｒ２の拡大図である。
図２及び図５のフォノニック結晶構造Ａでは、平面視において、第１ドメイン２１Ａのサイズ及び第２ドメイン２１Ｂのサイズが同一である。ただし、平面視において、フォノニック構造Ａが有する第１ドメイン２１Ａ及び第２ドメイン２１Ｂのサイズは互いに異なっていてもよい。
図７及び図８のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造２２では、平面視において、第２ドメイン２１Ｂが第１ドメイン２１Ａにより囲まれている。第１ドメイン２１Ａ及び第２ドメイン２１Ｂの形状は、平面視において、長方形である。ただし、第１ドメイン２１Ａのサイズと第２ドメイン２１Ｂのサイズとは、平面視において、異なっている。第２ドメイン２１Ｂと、第２ドメイン２１Ｂを囲む第１ドメイン２１Ａとの界面２５は、平面視において、第２ドメイン２１Ｂの外縁を構成している。これらの点以外、図７及び図８のフォノニック結晶構造Ａは、図２のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。なお、図８は、図７の領域Ｒ３の拡大図である。
また、図７及び図８のフォノニック結晶構造Ａでは、界面２５が屈曲部を有している。
さらに、図７及び図８のフォノニック結晶構造Ａは、梁１３の辺に接していない第２ドメイン２１Ｂを有する。
図９のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造２２では、平面視において、第１ドメイン２１Ａと第２ドメイン２１Ｂとが離間して配置されている。より具体的には、平面視において、貫通孔２０を有さない領域２０１が、梁１３の長辺方向における第１ドメイン２１Ａと第２ドメイン２１Ｂとの間に設けられている。この点以外、図９のフォノニック結晶構造Ａは、図２のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。
図１０のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造２２では、平面視において、第１ドメイン２１Ａと第２ドメイン２１Ｂとが離間して配置されている。より具体的には、平面視において、ランダムに設けられた貫通孔２０を有する領域２０２が、梁１３の長辺方向における第１ドメイン２１Ａと第２ドメイン２１Ｂとの間に設けられている。領域２０２では、平面視において、貫通孔２０は規則的に配列していない。又は、領域２０２では、平面視において、規則的に配列した領域の面積が、例えば、２５Ｐ2未満である。ここで、Ｐは、貫通孔２０の配列の周期である。この点以外、図１０のフォノニック結晶構造Ａは、図２のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。
図１１のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造２２は、平面視において、互いに異なった形状を有する複数のドメイン２１Ａから２１Ｇを含んでいる。各々のドメイン内において、複数の貫通孔２０の配列の周期、及び単位格子の方位は同一である。しかし、ドメイン２１Ａから２１Ｇ間では、単位格子の方位が各々互いに異なっている。また、平面視において、ドメイン２１Ａから２１Ｇのサイズ及び形状は互いに異なっている。この形態では、これまで例示した形態に比べて、フォノニック結晶構造Ａの全体で見たときに、より多くの単位格子の方位が存在する。このため、ドメイン間で単位格子の方位が異なることに基づいて熱伝導率を低下させる効果がより顕著となる。また、この形態では、ドメイン間の界面２５が、平面視において、複数のランダムな方向に延びている。このため、界面抵抗に基づいて熱伝導率を低下させる効果がより顕著となる。
また、図１１のフォノニック結晶構造Ａでは、隣接する第１ドメイン２１Ａと第２ドメイン２１Ｂとの界面２５が、平面視において、梁１３の幅方向から傾いた方向に延びている。界面２５は、平面視において、屈曲部も有している。
フォノニック結晶構造Ａである多結晶構造２２は、貫通孔２０の配列の周期Ｐ及び／又は貫通孔２０の径Ｄが互いに異なる第１ドメイン２１Ａ及び第２ドメイン２１Ｂを含んでいてもよい。図１２Ａに示される第１ドメイン２１Ａにおける貫通孔２０の径Ｄと、図１２Ｂに示される第２ドメイン２１Ｂにおける貫通孔２０の径Ｄとは互いに異なっている。なお、図１２Ａに示される第１ドメイン２１Ａにおける貫通孔２０の配列の周期Ｐと、図１２Ｂに示される第２ドメイン２１Ｂにおける貫通孔２０の配列の周期Ｐとは同一である。
図１３に示されるフォノニック結晶構造Ａは、相対的に小さな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔２０が規則的に配列した第１ドメイン２１Ａと、相対的に大きな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔２０が規則的に配列した第２ドメイン２１Ｂとを有する。また、図１３に示されるフォノニック結晶構造Ａは、相対的に小さな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔２０から構成される領域９２と、相対的に大きな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔２０から構成される領域９３とを有する。領域９２と領域９３とは隣接している。領域９２及び領域９３は、それぞれ、図１１に示される例と同様に、平面視において、互いに異なった形状を有し、かつ、単位格子の方位が各々互いに異なる複数のドメインを含んでいる。また、領域９２及び領域９３は、マクロな熱の伝達方向に垂直にフォノニック結晶構造Ａを分割している。この形態では、第１ドメイン２１Ａで形成されるフォノニックバンドギャップの周波数帯域と第２ドメイン２１Ｂで形成されるフォノニックバンドギャップの周波数帯域とが異なるため、熱伝導率の低減の効果が特に顕著となる。
図１４に示されるフォノニック結晶構造Ａでは、相対的に小さな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔２０が規則的に配列した第１ドメイン２１Ａと、相対的に大きな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔２０が規則的に配列した第２ドメイン２１Ｂとを含む。図１４のフォノニック結晶構造Ａは、平面視において、互いに異なった形状を有し、かつ、単位格子の方位が各々互いに異なる複数のドメインを含んでいる。この形態では、第１ドメイン２１Ａで形成されるフォノニックバンドギャップの周波数帯域と第２ドメイン２１Ｂで形成されるフォノニックバンドギャップの周波数帯域とが異なるため、熱伝導率の低減の効果が特に顕著となる。
貫通孔２０の配列の周期Ｐは、例えば、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。これは、熱を運ぶフォノンの波長が、主として、１ｎｍから３００ｎｍの範囲に及ぶためである。周期Ｐは、平面視において隣接する貫通孔２０間の中心間距離により定められる（図１２Ａ，１２Ｂ参照）。
貫通孔２０の径Ｄは、周期Ｐに対する比Ｄ／Ｐにより表して、例えば、Ｄ／Ｐ≧０．５である。比Ｄ／Ｐ＜０．５である場合、梁１３における空隙率が過度に低下して、熱伝導率が十分に低下しないことがある。比Ｄ／Ｐの上限は、隣接する貫通孔２０同士が接しないために、例えば、０．９未満である。径Ｄは、貫通孔２０の開口の径である。貫通孔２０の開口の形状が平面視において円である場合、径Ｄは当該円の直径である。貫通孔２０の開口の形状は平面視において円でなくてもよい。この場合、径Ｄは、開口の面積と同じ面積を有する仮想の円の直径により定められる（図１２Ａ，１２Ｂ参照）。
規則的に配列した複数の貫通孔２０により構成される単位格子９１の種類は、例えば、正方格子（図１５Ａ）、六方格子（図１５Ｂ）、長方格子（図１５Ｃ）、及び面心長方格子（図１５Ｄ）である。ただし、単位格子９１の種類は、これらの例に限定されない。
実施形態１の赤外線センサ１Ａを製造する方法の一例が、以下に説明される。以下に説明する方法では、図１Ａの赤外線センサ１Ａが製造される。以下の説明に用いる図１６Ａから図１６Ｅでは、図１Ａの赤外線センサ１Ａにおける断面１Ｂ－１Ｂに対応する断面が示される。赤外線センサ１Ａを製造する方法は、以下の例に限定されない。
最初に、Ｓｉ基板４０１が準備される。次に、Ｓｉ基板４０１の上面を熱酸化して、ＳｉＯ2から構成される絶縁膜４０２が形成される。このようにして、ベース基板１１が得られる。次に、絶縁膜４０２の上面に梁層４０３が形成される（図１６Ａ）。梁層４０３は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）といった公知の薄膜形成手法により形成できる。梁層４０３を構成する材料として、梁１３、第１の領域３０１及び第２の領域３０２を形成可能な材料が選択される。梁層４０３を構成する材料は、例えば、ドーピングにより第１の領域３０１及び第２の領域３０２に変化する材料である。梁層４０３を構成する材料として、赤外線受光部１２Ａをもさらに形成可能な材料が選択されてもよい。梁層４０３の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
次に、図１６Ｂに示すように、平面視において規則的に配列した複数の貫通孔２０が梁層４０３に形成される。１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度の周期Ｐを有する貫通孔２０の形成には、例えば、電子線リソグラフィーが利用可能である。１ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度の周期Ｐを有する貫通孔２０の形成には、ブロック共重合体リソグラフィーが利用可能である。また、ブロック共重合体リソグラフィーは、平面視において互いに異なった形状を有する複数のドメインを含むフォノニック結晶構造Ａ、例えば図１１に示されるフォノニック結晶構造Ａ、の形成に適している。
次に、図１６Ｃに示すように、梁層４０３及び絶縁膜４０２に対するフォトリソグラフィー及び選択的エッチングによって、梁１３の形状が構築されると共に、凹部１７が形成される。凹部１７の形成によって、梁層４０３における上記形状に変化した部分がベース基板１１から離間する。
次に、図１６Ｄに示すように、梁層４０３における上記形状に変化した部分をドーピングして、第１の領域３０１、第２の領域３０２、及び接合領域３０３が形成される。第１の領域３０１に変化する部分は、例えばｐ形に、第２の領域３０２に変化する部分は、例えばｎ形に、それぞれドーピングされる。続いて実施される配線１５Ａ，１５Ｂの形成のために、平面視においてベース基板１１と重複する部分にまでドーピングされてもよい。
次に、図１６Ｅに示すように、接合領域３０３と接するように、梁１３の上面に赤外線受光部１２Ａが形成される。また、第１の領域３０１及び第２の領域３０２の各々と電気的に接続された第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂが形成される。配線１５Ａ，１５Ｂは、例えば、フォトリソグラフィー及びスパッタリングにより形成できる。続いて、信号処理回路１４Ａ，１４Ｂがベース基板１１上に形成される。さらに、必要な電気的接続が確保されて、実施形態１の赤外線センサ１Ａが得られる。赤外線受光部１２Ａ、及び信号処理回路１４Ａ，１４Ｂは、公知の手法により形成できる。
図１Ａの赤外線センサ１Ａは、原理上、単独で赤外線センサとして機能する。個々の赤外線センサ１Ａを一画素として、複数の赤外線センサ１Ａをベース基板１１上に配列させてもよい。複数の赤外線センサ１Ａが配列したアレイ構造により、例えば、有限の温度を有する物体のイメージング、及び／又は、赤外線放射、若しくはレーザー光線の強度分布の評価が可能となる。
（実施形態２）
実施形態２の赤外線センサが図１７Ａ及び図１７Ｂに示される。図１７Ｂには、図１７Ａの赤外線センサ１Ｂの断面１７Ｂ－１７Ｂが示される。図１７Ａ及び図１７Ｂの赤外線センサ１Ｂは、サーモパイル赤外線センサである。
実施形態２の赤外線センサが図１７Ａ及び図１７Ｂに示される。図１７Ｂには、図１７Ａの赤外線センサ１Ｂの断面１７Ｂ－１７Ｂが示される。図１７Ａ及び図１７Ｂの赤外線センサ１Ｂは、サーモパイル赤外線センサである。
赤外線センサ１Ｂの梁１３は、基層３２１と、基層３２１上に配置された熱電対層３２２とを備える。梁１３は、基層３２１及び熱電対層３２２の積層構造を有する。熱電対層３２２は、第１のゼーベック係数を有する第１の領域３０１と、第１のゼーベック係数とは異なる第２のゼーベック係数を有する第２の領域３０２と、第１の領域３０１と第２の領域３０２とが互いに接合した接合領域３０３を有する。第１の領域３０１と第２の領域３０２とは、各々の一方の端部３０４，３０５において互いに接合されている。接合領域３０３において接合された第１の領域３０１及び第２の領域３０２は、熱電対素子を構成する。接合領域３０３は、平面視において、赤外線センサ１Ｂと重複する位置にある。接合領域３０３は、平面視において、例えば、赤外線センサ１Ｂの中心に位置する。赤外線受光部１２Ａと、梁１３における接合領域３０３とは互いに接合されている。この態様では、例えば、基層３２１としてアモルファスＳｉが採用可能となる。アモルファスＳｉは材料としての熱伝導率が低い。このため、この態様では、例えば、赤外線の受光感度の更なる向上が視野に入る。
実施形態２の赤外線センサ１Ｂにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける対応する構成と同様である。また、実施形態２の赤外線センサ１Ｂの作動原理は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの作動原理と同じである。
実施形態２の赤外線センサ１Ｂは、実施形態１の赤外線センサ１Ａの製造方法を応用して製造できる。
（実施形態３）
実施形態３の赤外線センサが図１８Ａ及び図１８Ｂに示される。図１８Ｂには、図１８Ａの赤外線センサの断面１８Ｂ－１８Ｂが示される。図１８Ａ及び図１８Ｂの赤外線センサ１Ｃは、サーモパイル赤外線センサである。
実施形態３の赤外線センサが図１８Ａ及び図１８Ｂに示される。図１８Ｂには、図１８Ａの赤外線センサの断面１８Ｂ－１８Ｂが示される。図１８Ａ及び図１８Ｂの赤外線センサ１Ｃは、サーモパイル赤外線センサである。
赤外線センサ１Ｃは、ベース基板１１の上面１６に配置された第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂをさらに備える。第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂは、ベース基板１１の上面１６から離れる方向に延びている。梁１３は、第１の支柱３１Ａと接続された接続部１３１Ａと、第２の支柱３１Ｂと接続された接続部１３１Ｂとを有する。また、梁１３は、ベース基板１１から離間した離間部１３２を有する。梁１３は、双方の端部に接続部１３１Ａ，１３１Ｂを有している。赤外線受光部１２Ａと梁１３とは、離間部１３２において互いに接合されている。赤外線受光部１２Ａは、梁１３の上面に接合されている。赤外線受光部１２Ａと梁１３との接合の位置は、梁１３の双方の端部の間、より具体的には、梁１３の中央付近である。赤外線受光部１２Ａは、離間部１３２を有する梁１３によって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。断面視において、赤外線受光部１２Ａ及び梁１３が、支柱３１Ａ，３１Ｂによってベース基板１１の上部で懸架されている。梁１３は、両持ち梁である。この態様では、平面視において、赤外線センサ１Ｃの面積に占める赤外線受光部１２Ａの面積の割合を増大できる。この割合は、フィルファクタとして当業者に知られている。
第１の領域３０１と第１の配線１５Ａとは、第１の支柱３１Ａを介して電気的に接続されている。第２の領域３０２と第２の配線１５Ｂとは、第２の支柱３１Ｂを介して電気的に接続されている。
第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂは、導電性材料から構成される。導電性材料は、例えば、金属である。第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂを構成する金属は、例えば、Ｃｕ、及びＡｌである。ただし、第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂを構成する材料は、上記例に限定されない。
赤外線センサ１Ｃは、ベース基板１１の上面１６に赤外線反射膜をさらに有していてもよい。この形態では、赤外線センサ１Ｃの受光感度をさらに高めることができる。赤外線反射膜を構成する材料は、例えば、Ａｌ、及びＡｕである。ただし、赤外線反射膜を構成する材料は、上記例に限定されない。
実施形態３の赤外線センサ１Ｃにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける対応する構成と同様である。また、実施形態３の赤外線センサ１Ｃの作動原理は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの作動原理と同じである。
実施形態３の赤外線センサ１Ｃを製造する方法の一例を、以下に説明する。以下に説明する方法では、図１８Ａの赤外線センサ１Ｃを製造している。以下の説明に用いる図１９Ａから図１９Ｄでは、図１８Ａの赤外線センサ１Ｃにおける断面１８Ｂ－１８Ｂに対応する断面が示される。赤外線センサ１Ｃを製造する方法は、以下の例に限定されない。
最初に、ベース基板１１が準備される。次に、信号処理回路１４、配線１５Ａ、及び配線１５Ｂがベース基板１１の上面１６に形成される（図１９Ａ）。信号処理回路１４、配線１５Ａ、及び配線１５Ｂの形成には、スパッタリング法、又は蒸着法といった薄膜形成手法、並びにフォトリソグラフィー法といったパターン形成手法を含む公知の方法が利用可能である。信号処理回路１４、配線１５Ａ、及び配線１５Ｂと共に、赤外線反射膜がベース基板１１の上面１６に形成されてもよい。
次に、図１９Ｂに示すように、ベース基板１１の上面１６に犠牲層４０４及び梁層４０３が順に形成される。犠牲層４０４は、信号処理回路１４、配線１５Ａ、及び配線１５Ｂを覆うように形成できる。犠牲層４０４は、典型的には、樹脂から構成される。犠牲層４０４の厚さとして、製造する赤外線センサ１Ｃにおける梁１３とベース基板１１との離間距離が選択可能である。樹脂は、例えば、ポリイミドである。犠牲層４０４は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、又はスピンコーティング法といった公知の薄膜形成手法により形成できる。梁層４０３を構成する材料は、上述のとおりである。梁層４０３の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。続いて、平面視において規則的に配列した複数の貫通孔２０が梁層４０３に形成される。ただし、図１９Ｂ、及び後述の図１９Ｃ，図１９Ｄにおける貫通孔２０の図示は省略する。貫通孔２０の形成方法は上述のとおりである。
次に、図１９Ｃに示すように、第１の領域３０１、第２の領域３０２、接合領域３０３、第１の支柱３１Ａ、第２の支柱３１Ｂ，及び赤外線受光部１２Ａが形成される。第１の領域３０１、第２の領域３０２、及び接合領域３０３の形成には、上述したフォトリソグラフィー及び選択的エッチング、並びにドーピングが利用可能である。第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂの形成には、支柱３１Ａ，３１Ｂを形成する空間を確保するための選択的エッチング、並びに確保した空間に支柱３１Ａ，３１Ｂを形成するためのスパッタリング法、又は蒸着法といった薄膜形成手法が利用可能である。赤外線受光部１２Ａは、公知の手法により形成できる。
次に、図１９Ｄに示すように、選択的エッチングによって犠牲層４０４が除去されて、実施形態３の赤外線センサ１Ｃが得られる。
（実施形態４）
実施形態４の赤外線センサが図２０に示される。図２０の赤外線センサ１Ｄは、サーモパイル赤外線センサである。
実施形態４の赤外線センサが図２０に示される。図２０の赤外線センサ１Ｄは、サーモパイル赤外線センサである。
梁１３は、ベース基板１１と接続された接続部１３１と、ベース基板１１から離間した離間部１３２とを有する。梁１３は、一方の端部に接続部１３１を有している。赤外線受光部１２Ａと梁１３とは、離間部１３２において互いに接合されている。より具合的には、赤外線受光部１２Ａと梁１３とは、離間部１３２に位置する梁１３の他方の端部において互いに接続されている。赤外線受光部１２Ａは、離間部１３２を有する梁１３によって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。梁１３は、片持ち梁である。
ベース基板１１は、赤外線受光部１２Ａが設けられた上面１６に凹部１７を有する。凹部１７は、赤外線受光部１２Ａ及び梁１３と、ベース基板１１との間に位置している。断面視において、赤外線受光部１２Ａ及び梁１３が、ベース基板１１の凹部１７上に懸架されている。
梁１３は、基層３２１と、基層３２１上に配置された熱電対層３２２とを備える。熱電対層３２２は、第１のゼーベック係数を有する第１の領域３０１と、第１のゼーベック係数とは異なる第２のゼーベック係数を有する第２の領域３０２と、第１の領域３０１と第２の領域３０２とが互いに接合した接合領域３０３を有する。第１の領域３０１と第２の領域３０２とは、各々の一方の端部３０４，３０５において互いに接合されている。接合領域３０３において接合された第１の領域３０１及び第２の領域３０２は、熱電対素子を構成する。赤外線受光部１２Ａと、梁１３における接合領域３０３とは互いに接合されている。
第１の配線１５Ａは、第１の領域３０１の他方の端部３０６において、第１の領域３０１と電気的に接続されている。端部３０６は、梁１３の接続部１３１に位置する。第２の配線１５Ｂは、第２の領域３０２の他方の端部３０７において、第２の領域３０２と電気的に接続されている。端部３０７は、梁１３の接続部１３１に位置する。第１の配線１５Ａは、梁１３における第１の領域３０１と第１の信号処理回路１４Ａとを電気的に接続する。第２の配線１５Ｂは、梁１３における第２の領域３０２と第２の信号処理回路１４Ｂとを電気的に接続する。
梁１３における、赤外線受光部１２Ａとの接合部１３３と、ベース基板１１、第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂとの接続部１３１との間に位置する区間１３４は、フォノニック結晶構造Ａを有している。
実施形態４の赤外線センサ１Ｄにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける対応する構成と同様である。また、実施形態４の赤外線センサ１Ｄの作動原理は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの作動原理と同じである。
実施形態４の赤外線センサ１Ｄは、実施形態１の赤外線センサ１Ａの製造方法を応用して製造できる。
（実施形態５）
実施形態５の赤外線センサが図２１Ａ及び図２１Ｂに示される。図２１Ｂには、図２１Ａの赤外線センサ１Ｅの断面２１Ｂ－２１Ｂが示される。図２１Ａ及び図２１Ｂの赤外線センサ１Ｅは、ボロメータ赤外線センサである。赤外線センサ１Ｅは、ベース基板１１、ボロメータ赤外線受光部１２Ｂ、及び梁１３を備える。また、赤外線センサ１Ｅは、第１の信号処理回路１４Ａ、第２の信号処理回路１４Ｂ、第１の配線１５Ａ、及び第２の配線１５Ｂを備える。信号処理回路１４Ａ，１４Ｂは、ベース基板１１上に設けられている。配線１５Ａ，１５Ｂは、ベース基板１１及び梁１３上に設けられている。
実施形態５の赤外線センサが図２１Ａ及び図２１Ｂに示される。図２１Ｂには、図２１Ａの赤外線センサ１Ｅの断面２１Ｂ－２１Ｂが示される。図２１Ａ及び図２１Ｂの赤外線センサ１Ｅは、ボロメータ赤外線センサである。赤外線センサ１Ｅは、ベース基板１１、ボロメータ赤外線受光部１２Ｂ、及び梁１３を備える。また、赤外線センサ１Ｅは、第１の信号処理回路１４Ａ、第２の信号処理回路１４Ｂ、第１の配線１５Ａ、及び第２の配線１５Ｂを備える。信号処理回路１４Ａ，１４Ｂは、ベース基板１１上に設けられている。配線１５Ａ，１５Ｂは、ベース基板１１及び梁１３上に設けられている。
梁１３は、ベース基板１１と接続された接続部１３１と、ベース基板１１から離間した離間部１３２とを有する。梁１３は、双方の端部に接続部１３１を有している。赤外線受光部１２Ｂと梁１３とは、離間部１３２において互いに接合されている。赤外線受光部１２Ｂは、梁１３の上面に接合されている。赤外線受光部１２Ｂと梁１３との接合の位置は、梁１３の双方の端部の間、より具体的には、梁１３の中央付近である。赤外線受光部１２Ｂは、離間部１３２を有する梁１３によって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。梁１３は、両持ち梁である。
ベース基板１１は、赤外線受光部１２Ｂが設けられた上面１６に凹部１７を有する。平面視において、赤外線受光部１２Ｂの面積に比べて凹部１７の面積は大きい。また、平面視において、赤外線受光部１２Ｂは、凹部１７の外縁に囲まれている。凹部１７は、赤外線受光部１２Ｂ及び梁１３と、ベース基板１１との間に位置している。断面視において、赤外線受光部１２Ｂ及び梁１３が、ベース基板１１の凹部１７上に懸架されている。なお、梁１３の双方の端部は、凹部１７の側壁に接続されている。
第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂは、赤外線受光部１２Ｂと電気的に接続されている。第１の配線１５Ａは、第１の信号処理回路１４Ａと電気的に接続されている。第２の配線１５Ｂは、第２の信号処理回路１４Ｂと電気的に接続されている。
梁１３における、赤外線受光部１２Ｂとの接合部１３３と、ベース基板１１との接続部１３１との間に位置する区間１３４（１３４Ａ，１３４Ｂ）は、フォノニック結晶構造Ａを有している。梁１３が複数の区間１３４を有する場合、例えば、全ての区間がフォノニック結晶構造Ａを有する。
赤外線受光部１２Ｂに赤外線が入射すると、赤外線受光部１２Ｂの温度が上昇する。このとき、赤外線受光部１２Ｂの温度は、熱浴であるベース基板１１及びベース基板１１上の部材から熱的に絶縁されているほど、大きく上昇する。ボロメータ赤外線受光部１２Ｂでは、温度上昇に伴って、電気抵抗の変化が生じする。生じた電気抵抗の変化を信号処理回路１４Ａ，１４Ｂで処理して、赤外線が検知される。信号処理によっては、赤外線センサ１Ｅによる赤外線の強度測定、及び／又は対象物の温度測定が可能である。
図２１Ａ及び図２１Ｂの赤外線センサ１Ｅでは、第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂは、ベース基板１１から離間した区間を有する。第１の配線１５Ａにおける当該区間は、赤外線受光部１２Ｂとの接続部から第１の信号処理回路１４Ａに至るまでの間に位置する。第２の配線１５Ｂにおける当該区間は、赤外線受光部１２Ｂとの接続部から第２の信号処理回路１４Ｂに至るまでの間に位置する。第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂにおける各々の当該区間は、梁１３の表面に接している。第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂにおける各々の当該区間は、梁１３の一部の領域であってもよい。例えば、ドープした半導体によって梁１３における一部の領域を構成することで、この区間が形成可能である。
実施形態５では、第１の配線１５Ａ及び／又は第２の配線１５Ｂがフォノニック結晶構造Ａを有していてもよい。この形態では、第１の配線１５Ａ及び／又は第２の配線１５Ｂを介した熱の伝導が抑制される。このため、赤外線センサ１Ｅの受光感度がさらに向上しうる。
第１の配線１５Ａ及び／又は第２の配線１５Ｂがフォノニック結晶構造Ａを有する場合、梁１３、及び第１の配線１５Ａが有する各々のフォノニック結晶構造Ａは、共通する複数の貫通孔から構成されていてもよい。また、梁１３、及び第２の配線１５Ｂが有する各々のフォノニック結晶構造Ａは、共通する複数の貫通孔から構成されていてもよい。この形態では、赤外線センサ１Ｅの受光感度がさらに向上しうる。また、梁１３、第１の配線１５Ａ，及び第２の配線１５Ｂに対してフォノニック結晶構造Ａを同時に形成できることから、この形態は製造性に優れる。
赤外線受光部１２Ｂは、典型的には、抵抗変化層１２１と、抵抗変化層１２１上に設けられた赤外線吸収層１２２との積層構造を有する。赤外線吸収層１２２は、通常、赤外線受光部１２Ｂの最外層に位置する。
抵抗変化層１２１は、温度による電気抵抗の変化が大きな材料から構成される。抵抗変化層１２１を構成する材料は、例えば、Ｐｔ、アモルファスＳｉ、及び酸化バナジウムである。これらの材料の抵抗温度係数は大きい。ただし、抵抗変化層１２１を構成する材料は、上記例に限定されない。
赤外線吸収層１２２は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｌ、又はＣｕといった金属、ＳｉＯ2といった酸化物、並びにＴｉＮ又はＳｉＮといった窒化物から構成される。ただし、赤外線吸収層１２２を構成する材料は、上記例に限定されない。赤外線吸収層１２２が導電性を有する場合、赤外線受光部１２Ｂは、通常、抵抗変化層１２１と赤外線吸収層１２２との間に絶縁層を有する。
実施形態５の赤外線センサ１Ｅにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける対応する構成と同様である。
実施形態５の赤外線センサ１Ｅは、スパッタリング法、又は蒸着法といった薄膜形成手法、及びフォトリソグラフィー法、又は選択的エッチング法といった微細加工手法を含む公知の手法により製造できる。また、赤外線センサ１Ｅは、上述した、実施形態１の赤外線センサ１Ａの製造方法を応用して製造することができる。
（実施形態６）
実施形態６の赤外線センサが図２２Ａ及び図２２Ｂに示される。図２２Ｂには、図２２Ａの赤外線センサ１Ｆの断面２２Ｂ－２２Ｂが示される。図２２Ａ及び図２２Ｂの赤外線センサ１Ｆは、ボロメータ赤外線センサである。
実施形態６の赤外線センサが図２２Ａ及び図２２Ｂに示される。図２２Ｂには、図２２Ａの赤外線センサ１Ｆの断面２２Ｂ－２２Ｂが示される。図２２Ａ及び図２２Ｂの赤外線センサ１Ｆは、ボロメータ赤外線センサである。
梁１３は、ベース基板１１と接続された接続部１３１と、ベース基板１１から離間した離間部１３２とを有する。梁１３は、一方の端部に接続部１３１を有している。赤外線受光部１２Ｂと梁１３とは、離間部１３２において互いに接合されている。より具合的には、赤外線受光部１２Ｂと梁１３とは、離間部１３２に位置する梁１３の他方の端部において互いに接続されている。赤外線受光部１２Ｂは、離間部１３２を有する梁１３によって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。梁１３は、片持ち梁である。
ベース基板１１は、赤外線受光部１２Ｂが設けられた上面１６に凹部１７を有する。凹部１７は、赤外線受光部１２Ｂ及び梁１３と、ベース基板１１との間に位置している。断面視において、赤外線受光部１２Ｂ及び梁１３が、ベース基板１１の凹部１７上に懸架されている。
第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂは、赤外線受光部１２Ｂと電気的に接続されている。第１の配線１５Ａは、第１の信号処理回路１４Ａと電気的に接続されている。第２の配線１５Ｂは、第２の信号処理回路１４Ｂと電気的に接続されている。
梁１３における、赤外線受光部１２Ｂとの接合部１３３と、ベース基板１１との接続部１３１との間に位置する区間１３４は、フォノニック結晶構造Ａを有している。
実施形態６の赤外線センサ１Ｆにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態５の赤外線センサ１Ｅにおける対応する構成と同様である。また、実施形態６の赤外線センサ１Ｆの作動原理は、実施形態５の赤外線センサ１Ｅの作動原理と同じである。
実施形態６の赤外線センサ１Ｆは、スパッタリング法、又は蒸着法といった薄膜形成手法、及びフォトリソグラフィー法、又は選択的エッチング法といった微細加工手法を含む公知の手法により製造できる。また、赤外線センサ１Ｆは、上述した、実施形態１の赤外線センサ１Ａの製造方法を応用して製造することもできる。
（実施形態７）
実施形態７の赤外線センサが図２３Ａ及び図２３Ｂに示される。図２３Ｂには、図２３Ａの赤外線センサ１Ｇの断面２３Ｂ－２３Ｂが示される。図２３Ａ及び図２３Ｂの赤外線センサ１Ｇは、ボロメータ赤外線センサである。
実施形態７の赤外線センサが図２３Ａ及び図２３Ｂに示される。図２３Ｂには、図２３Ａの赤外線センサ１Ｇの断面２３Ｂ－２３Ｂが示される。図２３Ａ及び図２３Ｂの赤外線センサ１Ｇは、ボロメータ赤外線センサである。
赤外線センサ１Ｇは、ベース基板１１の上面１６に配置された第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂをさらに備える。第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂは、ベース基板１１の上面１６から離れる方向に延びている。梁１３は、第１の支柱３１Ａと接続された接続部１３１Ａと、第２の支柱３１Ｂと接続された接続部１３１Ｂとを有する。また、梁１３は、ベース基板１１から離間した離間部１３２を有する。梁１３は、双方の端部に接続部１３１Ａ，１３１Ｂを有している。赤外線受光部１２Ｂと梁１３とは、離間部１３２において互いに接合されている。赤外線受光部１２Ｂは、梁１３の上面に接合されている。赤外線受光部１２Ｂと梁１３との接合の位置は、梁１３の双方の端部の間、より具体的には、梁１３の中央付近である。赤外線受光部１２Ｂは、離間部１３２を有する梁１３によって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。断面視において、赤外線受光部１２Ｂ及び梁１３が、支柱３１Ａ，３１Ｂによってベース基板１１の上部で懸架されている。梁１３は、両持ち梁である。
第１の配線１５Ａ及び第２の配線１５Ｂは、赤外線受光部１２Ｂと電気的に接続されている。第１の配線１５Ａは、第１の支柱３１Ａをその一部に含みながら、第１の信号処理回路１４Ａと電気的に接続されている。第２の配線１５Ｂは、第２の支柱３１Ｂをその一部に含みながら、第２の信号処理回路１４Ｂと電気的に接続されている。
梁１３における、赤外線受光部１２Ｂとの接合部１３３と、ベース基板１１との接続部１３１との間に位置する区間１３４Ａ，１３４Ｂは、それぞれフォノニック結晶構造Ａを有している。接合部１３３と接続部１３１との間に位置する区間１３４を梁１３が複数有する場合は、全ての区間がフォノニック結晶構造Ａを有していてもよい。
実施形態７の赤外線センサ１Ｇにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態５の赤外線センサ１Ｅにおける対応する構成と同様である。また、第１の支柱３１Ａ及び第２の支柱３１Ｂの具体的な構成は、実施形態３の説明において上述したとおりである。実施形態７の赤外線センサ１Ｇの作動原理は、実施形態５の赤外線センサ１Ｅの作動原理と同じである。
実施形態７の赤外線センサ１Ｇは、スパッタリング法、又は蒸着法といった薄膜形成手法、及びフォトリソグラフィー法、又は選択的エッチング法といった微細加工手法を含む公知の手法により製造できる。また、赤外線センサ１Ｇは、上述した、実施形態３の赤外線センサ１Ｃの製造方法を応用して製造することもできる。
[フォノニック結晶体]
本開示のフォノニック結晶体は、フォノニック結晶構造Ａを有する。本開示のフォノニック結晶体は、規則的に配列した複数の貫通孔を有する膜状体である。膜状体の厚さは、典型的には、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
本開示のフォノニック結晶体は、フォノニック結晶構造Ａを有する。本開示のフォノニック結晶体は、規則的に配列した複数の貫通孔を有する膜状体である。膜状体の厚さは、典型的には、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
より具体的には、本開示のフォノニック結晶体は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含む。第１ドメインは、フォノニック結晶体の平面視において、第１方向に規則的に配列した複数の貫通孔から構成される。第２ドメインは、フォノニック結晶体の平面視において、第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列した複数の貫通孔から構成される。
本開示のフォノニック結晶体は、例えば、図２，５，７，９，１０，１１，１３又は１４に示されるフォノニック結晶構造Ａを有していてもよい。
本開示のフォノニック結晶体は、面内方向に低い熱伝導率を有する。即ち、本開示のフォノニック結晶体は、面内方向の高い断熱性を示す。本開示のフォノニック結晶体は、例えば、面内方向の高い断熱性が要求される各種の用途に使用できる。
本開示の赤外線センサは、従来の赤外線センサの用途を含む種々の用途に使用できる。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 赤外線センサ
１１ ベース基板
１２Ａ （サーモパイル）赤外線受光部
１２Ｂ （ボロメータ）赤外線受光部
１３ 梁
１４ 信号処理回路
１４Ａ 第１の信号処理回路
１４Ｂ 第２の信号処理回路
１５Ａ 第１の配線
１５Ｂ 第２の配線
１６ 上面
１７ 凹部
２０ 貫通孔
２１Ａ 第１ドメイン
２１Ｂ 第２ドメイン
２２ フォノニック多結晶構造
２３Ａ，２３Ｂ 方位
２５ 界面
３１Ａ 第１の支柱
３１Ｂ 第２の支柱
９１，９１Ａ，９１Ｂ 単位格子
９２ 領域
９３ 領域
１２１ 抵抗変化層
１２２ 赤外線吸収層
１３１ 接続部
１３２ 離間部
１３３ 接合部
１３４，１３４Ａ，１３４Ｂ 区間
２０１ 領域
２０２ 領域
３０１ 第１の領域
３０２ 第２の領域
３０３ 接合領域
３０４ 端部
３０５ 端部
３０６ 端部
３０７ 端部
４０１ ベース基板
４０２ 絶縁層
４０３ 梁層
４０４ 犠牲層
１１ ベース基板
１２Ａ （サーモパイル）赤外線受光部
１２Ｂ （ボロメータ）赤外線受光部
１３ 梁
１４ 信号処理回路
１４Ａ 第１の信号処理回路
１４Ｂ 第２の信号処理回路
１５Ａ 第１の配線
１５Ｂ 第２の配線
１６ 上面
１７ 凹部
２０ 貫通孔
２１Ａ 第１ドメイン
２１Ｂ 第２ドメイン
２２ フォノニック多結晶構造
２３Ａ，２３Ｂ 方位
２５ 界面
３１Ａ 第１の支柱
３１Ｂ 第２の支柱
９１，９１Ａ，９１Ｂ 単位格子
９２ 領域
９３ 領域
１２１ 抵抗変化層
１２２ 赤外線吸収層
１３１ 接続部
１３２ 離間部
１３３ 接合部
１３４，１３４Ａ，１３４Ｂ 区間
２０１ 領域
２０２ 領域
３０１ 第１の領域
３０２ 第２の領域
３０３ 接合領域
３０４ 端部
３０５ 端部
３０６ 端部
３０７ 端部
４０１ ベース基板
４０２ 絶縁層
４０３ 梁層
４０４ 犠牲層
Claims (19)
- 赤外線センサであって、以下を具備する：
ベース基板；
赤外線受光部；及び
梁、
ここで、
前記梁は、前記ベース基板、及び／又は前記ベース基板上の部材と接続された接続部と、前記ベース基板から離間した離間部と、を有し、
前記赤外線受光部と前記梁とは、前記離間部において互いに接合されており、
前記赤外線受光部は、前記離間部を有する前記梁によって、前記ベース基板とは離間した状態で支持されており、
前記梁における、前記赤外線受光部との接合部と、前記接続部との間に位置する区間は、規則的に配列した複数の貫通孔により構成されるフォノニック結晶構造を有し、
前記フォノニック結晶構造は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含み、
前記第１ドメインは、平面視において、第１方向に規則的に配列した前記複数の貫通孔から構成され、
前記第２ドメインは、平面視において、前記第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列した前記複数の貫通孔から構成され、
前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間には界面が存在し、かつ、
前記赤外線受光部は、サーモパイル赤外線受光部、又はボロメータ赤外線受光部であり：
前記赤外線受光部がサーモパイル赤外線受光部である場合、
前記梁は、第１のゼーベック係数を有する第１の領域と、前記第１のゼーベック係数とは異なる第２のゼーベック係数を有する第２の領域と、前記第１の領域及び前記第２の領域が互いに接合した接合領域と、を有し、かつ、
前記赤外線受光部と、前記梁の前記接合領域とが互いに接合されており；
前記赤外線受光部がボロメータ赤外線受光部である場合、
前記赤外線センサは、さらに以下を具備する：
前記赤外線受光部に電気的に接続された第１の配線及び第２の配線；
前記第１の配線に電気的に接続された第１の信号処理回路；及び
前記第２の配線に電気的に接続された第２の信号処理回路。 - 請求項１に記載の赤外線センサであって、
前記赤外線受光部はサーモパイル赤外線受光部であり、かつ、
前記梁は単層である。 - 請求項１に記載の赤外線センサであって、
前記赤外線受光部はサーモパイル赤外線受光部であり、
前記梁は、基層と、前記基層上に配置された熱電対層と、を備え、かつ、
前記熱電対層は、前記第１の領域、前記第２の領域、及び前記接合領域を有する。 - 請求項１に記載の赤外線センサであって、
前記赤外線受光部はサーモパイル赤外線受光部であり、かつ、
前記赤外線センサは、さらに以下を具備する：
前記第１の領域に電気的に接続された第１の配線；
前記第２の領域に電気的に接続された第２の配線；
前記第１の配線に電気的に接続された第１の信号処理回路；及び
前記第２の配線に電気的に接続された第２の信号処理回路。 - 請求項１に記載の赤外線センサであって、
前記赤外線受光部はボロメータ赤外線受光部であり、
前記第１の配線及び前記第２の配線は、それぞれ、前記赤外線受光部との接続部から前記第１の信号処理回路、又は前記第２の信号処理回路に至るまでの間に、前記ベース基板から離間した区間を有し、かつ、
前記第１の配線及び／又は前記第２の配線における前記離間した区間は、前記フォノニック結晶構造を有する。 - 請求項１に記載の赤外線センサであって、
前記赤外線受光部はボロメータ赤外線受光部であり、
前記第１の配線及び前記第２の配線は、それぞれ、前記赤外線受光部との接続部から前記第１の信号処理回路、又は前記第２の信号処理回路に至るまでの間に、前記ベース基板から離間した区間を有し、かつ、
前記第１の配線及び／又は前記第２の配線における前記離間した区間は、前記梁の表面に接している。 - 請求項６に記載の赤外線センサであって、
前記第１の配線及び／又は前記第２の配線における前記離間した区間は、前記フォノニック結晶構造を有し、かつ、
前記梁及び前記第１の配線、並びに／又は、前記梁及び前記第２の配線が有する各々の前記フォノニック結晶構造は、互いに共通する前記複数の貫通孔から構成される。 - 請求項１～７のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記梁は、双方の端部に前記接続部を有し、かつ、
前記赤外線受光部と前記梁とは、前記梁の前記双方の端部の間において互いに接合されている。 - 請求項１～７のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記梁は、一方の端部に前記接続部を有し、かつ、
前記赤外線受光部と前記梁とは、前記梁の他方の端部において互いに接合されている。 - 請求項１～９のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記ベース基板が凹部を有し、
前記凹部は、前記赤外線受光部、及び前記梁と、前記ベース基板との間に位置しており、かつ、
断面視において、前記赤外線受光部、及び前記梁が、前記ベース基板の前記凹部上に懸架されている。 - 請求項１～９のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記赤外線センサは、前記ベース基板上に配置された、前記ベース基板の上面から離れる方向に延びる支柱をさらに具備し、
ここで、
前記梁は、前記接続部において前記支柱に接続されており、かつ、
断面視において、前記赤外線受光部、及び前記梁が、前記支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されている。 - 請求項１～１１のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメインにおける前記複数の貫通孔の配列の周期と、
前記第２ドメインにおける前記複数の貫通孔の配列の周期と、が等しい。 - 請求項１～１２のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメインにおいて規則的に配列した前記複数の貫通孔の径と、
前記第２ドメインにおいて規則的に配列した前記複数の貫通孔の径と、が等しい。 - 請求項１～１３のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメインにおいて規則的に配列した前記複数の貫通孔により構成される単位格子の種類と、
前記第２ドメインにおいて規則的に配列した前記複数の貫通孔により構成される単位格子の種類と、が等しい。 - 請求項１～１４のいずれかに記載の赤外線センサであって、
平面視において、前記第１ドメインの形状と、前記第２ドメインの形状とが異なる。 - 請求項１～１５のいずれかに記載の赤外線センサであって、
平面視において、隣接する前記第１ドメインと前記第２ドメインとの前記界面が、前記区間における前記梁の幅方向から傾いた方向に延びている。 - 請求項１～１６のいずれかに記載の赤外線センサであって、
平面視において、隣接する前記第１ドメインと前記第２ドメインとの前記界面が、屈曲部を有している。 - 請求項１～１７のいずれかに記載の赤外線センサであって、
前記フォノニック結晶構造は、前記梁の辺に接していない前記第１ドメイン及び／又は前記第２ドメインを有する。 - フォノニック結晶構造を有するフォノニック結晶体であって、
前記フォノニック結晶体は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含み、
第１ドメインは、平面視において、第１方向に規則的に配列した複数の貫通孔から構成され、
第２ドメインは、平面視において、第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列した複数の貫通孔から構成され、かつ、
前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間には界面が存在する。
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