JPH04279068A - 赤外線検知部及び赤外線検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、赤外線検知部及び赤
外線検知方法に関するものであり、たとえば、赤外線を
検知するショットキ−・バリア形赤外線検知部に関する
。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えばインターナショナルジャー
ナルオブインフラレッドアンドミリメータウェーブズ第
６巻第１０号１０３１ペ−ジ〜１０４１ペ−ジに示され
た従来のショットキ−・バリア形赤外線検知部を示す図
である。図において、１はシリコン部材で、２はそのシ
リコン部材の表層部に形成された白金硅化物からなる層
であり、両者の境界面においてショットキ−接合が形成
されている。また、６は入射光である。

【０００３】次に図１０に基づいて、動作について説明
する。入射光６のうち、シリコンの吸収端より長い波長
、すなわちおおよそ１．１μｍ以上の波長の赤外線は、
白金硅化物層２中で電子７を励起し、“熱い”正孔８を
生成する。生成された“熱い”正孔８は電子と再結合す
るまで白金硅化物層２中をランダムに運動する。そして
、運動中ショットキ−接合を形成している白金硅化物層
２とシリコン部材１との境界面に達した“熱い”正孔８
のうち、境界に垂直な方向の運動量に相当するエネルギ
ーがショットキ−・バリアの高さφｂより大きいものは
、白金硅化物層２からシリコン部材１中に放出され光電
流となる。このように入射した上記赤外線のうち、その
エネルギーがφｂより大きい赤外線は検出される。

【０００４】ところで、前記ショットキ−・バリアの高
さは硅化物の組成によって異なるが、図９に示した従来
のショットキ−・バリア形赤外線検知部のように白金硅
化物の場合には０．２７ないし０．２０ｅＶであり、こ
れは赤外線の波長４．６ないし６．２μｍに対応する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のシ
ョットキ−・バリア形赤外線検知部では、上記のように
生成された“熱い”正孔８が電子７と再結合することな
く白金硅化物層２とシリコン部材１との境界面に達する
よう、白金硅化物層２は薄くなければならない。このた
め、波長がおおよそ１．１μｍ以上であってショットキ
−・バリアの高さφｂより大きいエネルギーを有してい
る赤外線であっても白金硅化物層２における吸収率は低
く、入射光６の一部しか白金硅化物層２で吸収されず、
透過してしまうという問題点があった。例えば、前出の
文献の場合白金硅化物層２の厚さは５ｎｍあり、その吸
収率はたかだか１０〜１５％程度であった。

【０００６】この発明は、係る問題点を解決するために
なされたものであり、白金硅化物層の厚さが従来のよう
に薄くても高い吸収率を得ることができ、高感度なショ
ットキ−・バリア形等の赤外線検知部及び赤外線検知方
法を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る赤外線
検知部においては、シリコン層（中間体）を介して、白
金硅化物層（赤外線吸収体）に近接した部分に、赤外線
反射体を設けたものである。

【０００８】また、　　第２の発明に係る赤外線検知部
においては、赤外線反射体を設けるために、シリコン層
（中間体）を介して白金硅化物層（赤外線吸収体）に近
接した部分にシリコン層と異なる屈折率を有する層を設
ける。

【０００９】また、　　第３の発明に係る赤外線検知部
においては、白金硅化物層（赤外線吸収体）とシリコン
と異なる屈折率を有する層（赤外線反射体）間のシリコ
ン層（中間体）の厚さを波長程度にする。

【００１０】また、　　第４の発明に係る赤外線検知方
法においては、（ａ）入射光を赤外線吸収体に入射させ
る入射工程、（ｂ）赤外線吸収体を通過した入射光を赤
外線吸収体に再び入射させようとする再入射工程、（ｃ
）赤外線吸収体に入射された赤外線を検知する工程を備
えたものである。

【００１１】

【作用】上記のように構成された赤外線検知部の赤外線
反射体は、白金硅化物層（赤外線吸収体）で吸収されず
に透過してしまった入射光の一部を反射し、白金硅化物
層（赤外線吸収体）に戻すので白金硅化物層（赤外線吸
収体）に戻った赤外線の一部も白金硅化物層（赤外線吸
収体）で吸収される。さらに、白金硅化物層（赤外線吸
収体）に戻った赤外線のさらに一部は反射され赤外線反
射体に達した後、再び赤外線反射体で反射され白金硅化
物層（赤外線吸収体）で吸収される。以後これを繰り返
す。

【００１２】また、シリコンと異なる屈折率を有する層
（赤外線反射体）とシリコン層（中間体）の境界面は、
それぞれの屈折率の差のため反射面となり、赤外線反射
体を形成する。また、シリコンと異なる屈折率を有する
層（赤外線反射体）の次にシリコン部材がある構造の場
合は、シリコンと異なる屈折率を有する層（赤外線反射
体）とシリコン部材の境界面はそれぞれの屈折率の差の
ため反射面となり、赤外線反射体を形成する。

【００１３】また、シリコンと異なる屈折率を有する層
（赤外線反射体）と白金硅化物層（赤外線吸収体）との
間のシリコン層（中間体）の厚さを波長程度に狭くする
と各境界面での多重反射および干渉の影響のため、白金
硅化物層（赤外線吸収体）における吸収率は向上する。

【００１４】

【実施例】実施例１． 図１はこの発明の一実施例を示す図である。１はシリコ
ン部材で、２は赤外線吸収体の一例である白金硅化物層
で、３は赤外線反射体の一例であるシリコンと異なる屈
折率を有する層で、４は中間体の一例であるシリコン層
であり、白金硅化物層２とシリコン層４との境界面にお
いてショットキ−接合が形成されている。また、６は入
射光である。

【００１５】白金硅化物層２に入射した入射光６の内一
部は従来のショットキ−・バリア形赤外線検知部と同様
に白金硅化物層２に吸収され検知される。しかし、一部
は白金硅化物層２を透過しシリコンと異なる屈折率を有
する層３に達する。シリコンと異なる屈折率を有する層
３の屈折率は、シリコン層４やシリコン部材１の屈折率
と異なるので、シリコン部材と異なる屈折率を有する層
３とシリコン層４間の境界面およびシリコンと異なる屈
折率を有する層３とシリコン部材１間の境界面が反射面
となる。このため、白金硅化物層２を透過してしまった
入射光６の一部はこれらの面で反射され白金硅化物層２
に戻り吸収される。さらに、白金硅化物層２に戻った入
射光６のさらに一部は再びシリコンと異なる屈折率を有
する層３に達した後ここで反射されて白金硅化物層２に
戻り吸収される。以後、これを繰り返す。

【００１６】ここで、シリコンと異なる屈折率を有する
層３の具体例としては、二酸化珪素、一酸化珪素等があ
げられる。二酸化珪素、一酸化珪素の屈折率は、１．４
〜１．７であり、シリコンの屈折率は３．４５であるの
で、赤外線を反射することができる。シリコンと異なる
屈折率を有する層３の具体例として、屈折率が２．２の
窒化珪素でもよい。

【００１７】図２は、図１に示したこの発明の一実施例
の白金硅化物層２における吸収率の波長依存性を示す図
である。白金硅化物層２の厚さを５ｎｍ、シリコンと異
なる屈折率を有する層３の光学的厚さを１μｍ（４μｍ
／４）とした。それぞれシリコンと異なる屈折率を有す
る層３の屈折率が１．４、１．８、２．２、２．６、お
よび３．０の場合の特性を実線で示しており、従来のシ
ョットキ−・バリア形赤外線検知部の場合の特性を破線
で示している。図より吸収率が１．５倍程度になること
が期待できることが分かる。

【００１８】実施例２． 図３は、この発明の他の実施例を示す図である。５は図
１に示したこの発明の一実施例の白金硅化物層２の表面
側に形成された反射防止膜である。白金硅化物層２の表
面側に反射防止膜５が形成されているため、白金硅化物
層２の表面側における反射が抑制されていること以外は
動作原理など図１に示したこの発明の一実施例と全く同
じである。

【００１９】図４は、図３に示したこの発明の他の実施
例の白金硅化物層２における吸収率の波長依存性を示す
図である。白金硅化物層の厚さ２を５ｎｍ、シリコンと
異なる屈折率を有する層３の光学的厚さを１μｍ（４μ
ｍ／４）とした。それぞれシリコンと異なる屈折率を有
する層３の屈折率が１．４、１．８、２．２、２．６、
および３．０の場合の特性を実線で示しており、従来の
ショットキ−・バリア形赤外線検知部に反射防止膜５を
形成した場合の特性を破線で示している。図より吸収率
が１．５倍程度になることが期待できることが分かる。

【００２０】なお、この実施例の反射防止膜は二酸化珪
素の単層膜からなる反射防止膜でその光学的厚さが１μ
ｍ（４μｍ／４）とした場合であるが、他のいかなる反
射防止膜の場合でも同様に吸収率の増加が期待できる。

【００２１】また、以上の説明ではシリコンと異なる屈
折率を有する層３の屈折率がシリコンより小さい（１．
４、１．８、２．２、２．６、３．０）場合について述
べたが、シリコンと異なる屈折率を有する層３の屈折率
がシリコンより大きい場合も同様に吸収率の増加が期待
できる。

【００２２】また、以上の説明では、白金硅化物層２と
シリコンと異なる屈折率を有する層３間のシリコン層が
十分厚く、白金硅化物層２の両側の境界面における反射
光とシリコンと異なる屈折率を有する層３の両側の境界
面における反射光とが干渉しない場合について説明した
が、シリコン層の厚さを波長程度に狭くすると各境界面
での多重反射および干渉の影響のため、白金硅化物層２
における吸収率はさらに向上することが期待できる。こ
の点は、図５から図８に示す白金硅化物層２における吸
収率の波長依存性で説明する。

【００２３】実施例３． 図５は、図１に示したこの発明の一実施例のシリコン層
４の厚さが５０ｎｍである場合の白金硅化物層２におけ
る吸収率の波長依存性を示す図である。白金硅化物層の
厚さ（３）を５ｎｍ、シリコンと異なる屈折率を有する
層３の光学的厚さを１μｍ（４μｍ／４）とした。それ
ぞれシリコンと異なる屈折率を有する層３）の屈折率が
１．４、１．８、２．２、２．６、および３．０の場合
の特性を実線で示しており、従来のショットキ−・バリ
ア形赤外線検知部の特性を破線で示している。図より吸
収率が４．５倍程度にもなることが期待できることが分
かる。

【００２４】実施例４． 図６は、図１に示したこの発明の一実施例のシリコン層
４の厚さが１００ｎｍである場合の白金硅化物層２にお
ける吸収率の波長依存性を示す図である。白金硅化物層
２の厚さを５ｎｍ、シリコンと異なる屈折率を有する層
３の光学的厚さを１μｍ（４μｍ／４）とした。それぞ
れシリコンと異なる屈折率を有する層３の屈折率が１．
４、１．８、２．２、２．６、および３．０の場合の特
性を実線で示しており、従来のショットキ−・バリア形
赤外線検知部の特性を破線で示している。図より吸収率
が４．５倍程度にもなることが期待できることが分かる
。

【００２５】実施例５． 図７は、図３に示したこの発明の他の実施例のシリコン
層４の厚さが５０ｎｍである場合の白金硅化物層２にお
ける吸収率の波長依存性を示す図である。白金硅化物層
２の厚さを５ｎｍ、シリコンと異なる屈折率を有する層
３の光学的厚さを１μｍ（４μｍ／４）とした。それぞ
れシリコンと異なる屈折率を有する層３の屈折率が１．
４、１．８、２．２、２．６、および３．０の場合の特
性を実線で示しており、従来のショットキ−・バリア形
赤外線検知部に反射防止膜５を形成した場合の特性を破
線で示している。図より吸収率が３．２倍程度にもなる
ことが期待できることが分かる。

【００２６】実施例６． 図８は、図３に示したこの発明の他の実施例のシリコン
層４の厚さが１００ｎｍである場合の白金硅化物層にお
ける吸収率の波長依存性を示す図である。白金硅化物層
２の厚さを５ｎｍ、シリコンと異なる屈折率を有する層
３の光学的厚さを１μｍ（４μｍ／４）とした。それぞ
れシリコンと異なる屈折率を有する層３の屈折率が１．
４、１．８、２．２、２．６、および３．０の場合の特
性を実線で示しており、従来のショットキ−・バリア形
赤外線検知部に反射防止膜５を形成した場合の特性を破
線で示している。図より吸収率が３．２倍程度にもなる
ことが期待できることが分かる。

【００２７】以上の説明のようにシリコン層４の厚さを
波長程度に狭くすると各境界面での多重反射および干渉
の影響のため、白金硅化物層２における吸収率はより向
上することが期待できる。

【００２８】なお、図５から図８による説明においては
、シリコン層４の厚さおよびシリコンと異なる屈折率を
有する層３の厚さと屈折率に特定の値を示しているが、
ショットキ−・バリア形赤外線検知部の適用用途に応じ
て上記値以外に適当な値としてよいことは、言うにおよ
ばない。

【００２９】ところで、上記の説明ではシリコンと異な
る屈折率を有する層３を形成することで赤外線反射体を
実現する場合について述べたが、他の方法、シリコン層
４の白金硅化物層２と反対側にＡｌなど金属薄膜を形成
するなどの方法により実現した赤外線反射体の場合でも
よいことは、言うにおよばない。

【００３０】また、ここまでの説明では金属硅化物とし
て白金硅化物の場合について述べてきたが、他の金属硅
化物の場合でもよいことは、言うにおよばない。また、
金属硅化物の場合に限るものではなく、赤外線を吸収で
きる赤外線吸収体であればよい。また、ここまでの説明
では、中間体としてシリコンの場合について述べてきた
が、他の物質の場合でもよい。

【００３１】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３２】第１の発明によれば、赤外線反射体を形成
することで金属硅化物等の赤外線吸収体における赤外線
の吸収率が高くなり、感度の高い赤外線検知部を得るこ
とができる。

【００３３】第２の発明によれば、シリコン等の中間体
と異なる屈折率を有する層を形成することで赤外線反射
体を実現でき、金属硅化物等からなる赤外線吸収体にお
ける赤外線の吸収率が高くなり、感度の高い赤外線検知
部を得ることができる。

【００３４】第３の発明によれば、シリコン等の中間体
と異なる屈折率を有する層と白金硅化物層との間のシリ
コン層（中間体）の厚さを波長程度に狭くすると各境界
面での多重反射および干渉の影響のため、白金硅化物層
における吸収率は向上し、感度の高い赤外線検知部を得
ることができる。

【００３５】第４の発明によれば、赤外線吸収体を通過
した、赤外線が再入射するので、感度の高い赤外線検知
方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例１の白金硅化物層における吸
収率の波長依存性を示す特性図である。

【図３】この発明の実施例２を示す断面図である。

【図４】この発明の実施例２の白金硅化物層における吸
収率の波長依存性を示す特性図である。

【図５】この発明の実施例３の白金硅化物層における吸
収率の波長依存性を示す特性図である。

【図６】この発明の実施例４の白金硅化物層における吸
収率の波長依存性を示す特性図である。

【図７】この発明の実施例５の白金硅化物層における吸
収率の波長依存性を示す特性図である。

【図８】この発明の実施例６の白金硅化物層における吸
収率の波長依存性を示す特性図である。

【図９】従来のショットキ−・バリア形赤外線検知部を
示す断面図である。

【図１０】ショットキ−・バリア形赤外線検知部の動作
原理を示す図である。

【符号の説明】

１　　シリコン部材 ２　　白金硅化物層（赤外線吸収体） ３　　シリコンと異なる屈折率を有する層（赤外線反射
体） ４　　シリコン層（中間体）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　以下の要素を有する赤外線検知部（ａ
   ）赤外線を吸収する赤外線吸収体、（ｂ）赤外線を反射
   する赤外線反射体、（ｃ）赤外線吸収体と赤外線反射体
   の間にある中間体。
2. 【請求項２】　　赤外線反射体として、中間体と異なる
   屈折率を有する層を備えたことを特徴とする請求項１記
   載の赤外線検知部。
3. 【請求項３】　　中間体からなる層の厚さが赤外線の波
   長程度であることを特徴とする請求項１記載の赤外線検
   知部。
4. 【請求項４】　　以下の工程を有する赤外線検知方法（
   ａ）入射光を赤外線吸収体に入射させる入射工程、（ｂ
   ）赤外線吸収体を通過した入射光を赤外線吸収体に再び
   入射させようとする再入射工程、（ｃ）赤外線吸収体に
   入射された赤外線を検知する工程。