JPH1062238A - 光学スペクトロメータ - Google Patents

光学スペクトロメータ

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JPH1062238A
JPH1062238A JP9167862A JP16786297A JPH1062238A JP H1062238 A JPH1062238 A JP H1062238A JP 9167862 A JP9167862 A JP 9167862A JP 16786297 A JP16786297 A JP 16786297A JP H1062238 A JPH1062238 A JP H1062238A
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radiation
intensity
layer
spectrum
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JP9167862A
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Ronald Allan Powell
ロナルド・エー・パウエル
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Varian Associates Inc
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】物質への放射入射のスペクトル強度を決定する
装置を提供する。 【解決手段】バンドギャップの移動がバンドギャップコ
ントロールパラメーターＴにより所望の波長間隔に渡っ
て生じさせられたときに、シャープなバンドギャップ光
学伝送要素を通過する光学スペクトルの一部分に起因し
た全強度Ｉ（λ、α）を測定するために、広帯域光学検
出器が配置される。入射光学放射の微分スペクトルは、
パラメーターＴに関連したＩ（λ、α）の微分により回
復される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学スペクトロメ
ータに関し、特に、温度依存バンドエッジシフト特性に
より特徴づけられる、物質上への放射入射のスペクトル
強度を決定するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学スペクトル、例えばエネルギーまた
は波長の関数としての放射強度は、一般的に、プリズム
または回折格子のような、波長（または周波数）に直接
対応して光放射を空間的に分散することのできる光学的
分散素子を利用する装置によって得られる。この方法に
おいて、入射ビーム内に存在するこれらの波長は、電荷
結合素子（ＣＣＤ）またはフォトダイオードのような適
当な記録媒体上への記録のために空間的に分散され、こ
れにより入射光学波長の分布が直接的に得られる。
【０００３】これらの装置は、典型的には、他の光学素
子と協同して作動するレンズまたは回折格子のような光
学システムの補助で、光学システムの焦点面上に像を形
成し、それらはすべて装置が十分に作動するための正確
な空間的関係を構築され、維持されなくてはならない。
【０００４】典型的には、このような分散素子は、同時
に解析される放射の広いスペクトル範囲を調節するため
に、比較的に空間的に広い焦点面を必要とする。これに
代わって、制限された焦点面の中程度の広がりに調節さ
れた入射光学放射のシーケンス解析を実現するために、
走査処理を利用することができる。これは、分散素子ま
たはそれらに相当するものの相対的機械回転（または他
の反復運動）を行うことにより従来より達成される。さ
らに、このような走査を達成するためには、精密な機械
的ステージが必要とされるだろう。
【０００５】ある程度の精度をもつ分解能、範囲または
他の作動パラメーターに対して、分散装置は典型的に高
価でこわれやすく、回折格子、ダイオード配列スペクト
ロメータ、または／およびＣＣＤを実施できるようなケ
アを必要とする。従来技術の内容は、Ｊ．Ｄ．イングル
・ジュニアとＳ．Ｒ．クローチの著でSpectrochemical
Analysisに記載されている（プレンタイス・ホール198
8）。
【０００６】非分散光学スペクトロメータが、従来技術
において周知である。通常、これらの装置は、分析にお
いて、スペクトルの微分部分に対して対応するチャネル
を形成する光学フィルター素子に依存している。実際
に、これらの装置は、比較的少ない数のフィルター素子
しか典型的に使用できないので、スペクトル解像とスペ
クトル分析される範囲との折衷的なものを必要とする。
【０００７】上述のような分光装置は必然的に、特定の
スペクトル領域のために設計される。可視域またはＵＶ
域で使用するために設計された装置は設計が非常に異な
り、このような装置の両方を近接させて調節することは
困難である。また、可視域においてよく透過する光学物
質の多くは、遠紫外域においては透過しない（水晶は、
約1500オングストロームより短い波長を有する紫外線に
対して不透過性である）。
【０００８】多くの分野の用途において、非常にコンパ
クトで、安価で（むしろおそらく、消耗品である）、機
械的および環境的に丈夫であり、比較的任意に特定され
る広いスペクトル領域をカバーすることができる光学ス
ペクトロメータが必要とされている。
【０００９】従来技術において、光学高温測定を行うた
めに、半導体のバンドギャップエネルギーシフトおよび
この半導体のこのようなシフトの温度依存を利用するこ
とが長く知られている。半導体物質の遠隔温度測定のた
めのさらに最近の従来技術が、キリロフらの米国特許第
5,118,200号に開示され、この出願と共に一諸に譲渡さ
れている。この特許は、温度測定装置、および伝導性強
度と波長とのヒストグラフの屈折点に対応する波長が、
リアルタイム基板温度に関連する温度依存バンドギャッ
プエネルギーにより特徴づけられる基板の放射熱を伴
う、その装置の使用技術について述べている。これは、
ウェーハ処理の間、非接触の、リアルタイム測定、およ
び半導体ウェーハの温度の調節を行うために、この概念
を利用するPOINT（商標）（Point-Of-INflection Therm
ometry）製品により、商業的に行われている。POINT
（商標）は、光学ステップフィルターとして作動するた
めに、半導体のバンドギャップの透過エッジを利用して
いる。この特徴は、温度依存バンドギャップエネルギー
に対応する波長の決定との組み合わせで明らかになる。
この組み合わせは、屈折点の位置が半導体の瞬間温度の
測定のために利用されている、屈折点により特徴づけら
れる。POINT（商標）は、瞬間ウェーハ温度を決定する
ために、屈折点を位置づけるために使用される。
【００１０】温度依存バンドギャップエネルギーを有す
る半導体結晶の温度を決定するための光学温度ゲージ
で、光学的に結晶を走査するものが、シャーマの米国特
許第4,338,516号に開示されている。透過エッジのとこ
ろでのバンドエッジ波長を通る瞬間波長のタイミング
は、結晶の瞬間温度に関連している。シャーマは特許
で、半導体のバンドギャップエネルギーにおける温度依
存シフトが使用され、入射光源のスペクトルは決定され
なかったが、半導体の温度を決定した。半導体の温度感
知は、ここに開示された発明に述べられているように、
１つの与えられた温度勾配に応じて反復的に決定される
のではない。むしろ、入射光の波長（例えば、熱せられ
たフィラメントのような広帯域光源またはＬＥＤのよう
な狭帯域光源）が周期的に反復し、センサーを通して進
む。広帯域光源を周期的に変えるために、走査モノクロ
メータが使用される。ＬＥＤから放出された波長を周期
的に変えるため、ＬＥＤにより放出された狭波長がその
バンドギャップの値により、ほとんど与えられるとき、
温度を周期的に変える。このように、狭波長のみがセン
サーを通って進み、ここに開示したような完全なスペク
トルは進まない。この周期的な加熱は、効果的にＬＥＤ
の波長を放出する。どちらの場合も、センサー温度は相
互に影響されて周期的になるのではないし、入射光のス
ペクトルを決定するためのどんな試みも為されていな
い。
【００１１】サンドロフらの米国特許第5,213,985号
が、温度依存バンドギャップエネルギー分布依存を示し
ている半導体が、光ルミネセンスを放出するために光学
的に励起される処理チェンバ内の温度を測定するための
光学モニター技術を開示している。放出された光ルミネ
センスのスペクトル解像度により、半導体のバンドギャ
ップが直接測定され、半導体の温度は、それから得られ
る。それ自身の温度またはこの半導体と熱接触している
チェンバの温度の測定のための、ＧａＡｓのような半導
体からのレーザー励起光ルミネセンスの使用は、この特
許よりも前のものである。このような概念は、従来技術
において周知である。例えば、レーザースポットの内部
の温度を測定するためのプローブとしてのルミネセンス
の利用を論じているＤ・キリロフおよびＪメルツェによ
る“アルゴンイオンレーザービームにより励起されたＧ
ａＡｓおよびＩｎＰの高温のバンド間の光ルミネセン
ス”（J.Applied Physics,p.4104,1983)がある。温度に
対する光ルミネセンスのピークの位置は、確かにバンド
ギャップエネルギーの温度依存を反映しているが、新し
いスペクトロメータ設計は、この特許の新規な主題では
ない。明らかに在来のスペクトロメータは、半導体から
放出される光ルミネセンス放射のスペクトルの測定のた
めに使用されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
スペクトルを得るための例えば入射波長λの非常に広範
囲に渡る入射放射に対してλの関数として相対強度Ｉを
決定するための固体スペクトロメータを提供することで
ある。このスペクトロメータは、分散素子または平行化
素子（例、レンズ、回折格子など）も、また複素子放射
検出器（例、ＣＣＤ，フォトダイオード配列など）も必
要としない。さらに、このスペクトロメータは、反復的
であってもそうでなくても、機械的走査によって作動す
るのではない。
【００１３】本発明のさらなる目的は、ほとんどすべて
の分野で使用するための、コンパクトで耐久力があり、
高価でない固体スペクトロメータを提供することであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、カットオフ波
長（バンドギャップ、バンドエッジまたは透過エッジ）
の上／下に全入射光学スペクトル分布を得るシャープな
バンドギャップを呈する物質から成る光学素子を使用す
る光学スペクトロメータを提供し、全放射（バンドギャ
ップによってのみ制限される）に対応するＴｒ（λ）
は、光学素子Ｉ（λ）を透過する全放射に比例する信号
を生じる検出器へと透過される。この透過されたスペク
トルに対応する数学的積分は、光学スペクトルの積分分
布の１つのデータである。次に、分布、例えばＴｒ
（λ、Ｔ）を与えるより高い／より低い波長に、送られ
た放射のためのカットオフ値を増加するように移すため
に、例えば温度勾配の適用によって、バンドギャップは
操作される。連続した光学的強度値、例えば波長（λ）
の関数の強度（Ｉ（λ））は、カットオフ値の透過分
布、例えば波長（λ）および温度（Ｔ）の関数のＴ
（λ、Ｔ）に渡って数学的に積分されると積分バイアス
曲線Ｉ（Ｔ）を生じ、これより微分スペクトルｄＩ
（Ｔ）／ｄＩは光学強度の数学的微分の操作の適用によ
り回復される。
【００１５】光学素子のカットオフ波長を移すための好
適なメカニズムは、ジュール（またはペルチエ）効果を
利用して光学素子を調節して加熱／冷却することであ
り、これは温度勾配を与える。解像度がバンドエッジの
シャープさにより主に決定されるため、例えば、バンド
エッジを広くするために半導体をドープすることによ
り、他の実施を行える。
【００１６】その他の考えられる実施例は、電流を通す
ことにより半導体（温度依存バンドギャップを有する）
に温度勾配を与えること、一方の端部にヒートタンクを
備えること、次にフィルター素子の温度を効果的に変え
るために物質に関して入射光を動かすことに関する。そ
のようにすることで、時間に対する温度を使用し、時間
微分をとる代わりに、位置に対する温度を記録して空間
微分をとる。この方法においては、半導体の温度を決定
するために、時間パラメーターでなく空間パラメーター
が使用されている。
【００１７】バンドキャップの温度依存はここで本発明
を実現するために利用されている。例えば圧力、流れな
どの他の都合良く関連する依存もまた、ここで開示され
て述べられたのと同様の原理に基づいて得ることができ
るだろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】ここに開示された本発明は、固体
スペクトロメータにおける分散素子として、半導体のバ
ンドキャップの温度依存シフトを利用している。ここに
開示された技術が非常に高いスペクトル解像度をもって
実施することができるのは、半導体を通る光透過が、バ
ンドキャップエッジのところでこのシャープなステップ
を呈しているためである。効果において、半導体は、通
過するエネルギーがそれ自身の温度により決定される、
バンドパス（通過帯域）光学フィルターとして機能す
る。
【００１９】このフィルターのシャープさは、多くの一
般的な半導体、特に“直接”バンドキャップと呼ばれる
ものをもつ半導体が、バンドキャップエネルギーよりも
大きいエネルギーに対して急激に増加する、光学吸収係
数（α）を示すという事実に関連する。例えば、ＧａＡ
ｓにおいて、αは実質的に波長に指数的に依存している
（波長にすると室温においてほんの数パーセントに減少
する（20ｎｍから900ｎｍ）と、10ｃｍ-1より低い値か
ら10,000ｃｍ-1を超えて増加する）。図１ａは、任意の
半導体の光学吸収定数の典型的な変動を図示している。
実際の実験的データは、Ｊ．Ｓ．ブレイクモア編集Gall
ium Arsenide (American Inst. of Physics , N.Y.198
7)の25ページにみることができる。結果として、半導体
の薄膜さえも通る光の透過性は、図１ｂに示したように
ステップ関数型で変動する。透過関数がすでにαの固有
的指数関数なので、変動は事実上、波長に二重に指数的
に依存する透過性を表し、バンドエッジの近くの透過に
非常にシャープな変化を引き起こし、これは半導体の物
質特性により“備わったもの”となる。
【００２０】半導体は特定の波長（λ）においてシャー
プなバンドギャップエッジを示すこと、およびこのバン
ドギャップエッジ波長（λbg）は温度の関数として詳し
く定められることが知られている。この温度依存は主
に、温度の上昇と共により長い波長へと典型的にシフト
する半導体格子の熱膨張のためである。図１ｃを参照。
【００２１】ほとんどの半導体のこれらの特性を考える
と、固体半導体光学スペクトロメータを含むのに必要な
構造および機能は、次の通りである。好適には、半導体
物質の薄膜は、膜の温度を非常に急速に変化させるため
にこの膜のための吸熱器としても働くことのできる透明
基板上に配置される。半導体物質は、目的のスペクトル
域にバンドギャップを有するように選択される。半導体
のバンドギャップ（Ｅg）は非常に物質に依存性があ
り、適切な物質の選択をすることで、ほぼ100という要
因子で変化し得る。さらに、化合物半導体のバンドギャ
ップは、正確な化学量論に基づく物質の生長により、広
い範囲のエネルギーに渡り、実質的に“同調させる”こ
とができる。室温300°Ｋでの種々の物質に対するおお
よそのバンドギャップが、表１に要約されている。
【００２２】
【表１】 表１ 半導体 300Ｋにおけるバンドギャップ 900Ｋにおけるバンドギャップ Ｈｇ0.8Ｃｄ0.2Ｔｅ 0.17ｅＶ 7.30μｍ ＩｎＳｂ 0.17ｅＶ 7.30μｍ 0.03ｅＶ 41.3μｍ ＰｂＴｅ 0.20ｅＶ 6.20μｍ ＩｎＡｓ 0.36ｅＶ 3.44μｍ 0.20ｅＶ 6.2μｍ Ｇｅ 0.67ｅＶ 1.85μｍ ＧａＳｂ 0.73ｅＶ 1.70μｍ 0.50ｅＶ 2.5μｍ Ｈｇ0.4Ｃｄ0.6Ｔｅ 0.73ｅＶ 1.70μｍ Ｓｉ 1.10ｅＶ 1.10μｍ ＩｎＰ 1.35ｅＶ 0.92μｍ 1.15ｅＶ 1.08μｍ ＧａＡｓ 1.42ｅＶ 0.87μｍ 1.10ｅＶ 1.1μｍ ＣｄＴｅ 1.45ｅＶ 0.86μｍ Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ 1.55ｅＶ 0.80μｍ Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ 1.90ｅＶ 0.65μｍ ＣｄＳ 2.40ｅＶ 0.52μｍ ＺｎＳ 3.54ｅＶ 0.35μｍ ダイヤモンド 5.40ｅＶ 0.23μｍ 表１のデータは、さまざまな出版物［１］〜［５］より
収集された。参照文献は10％ほど不一致であるため、与
えられた値はおおよそのものとして考えられるべきもの
である。エネルギー（ｅＶ）は、式：波長＝1.2398／エ
ネルギーを使って波長（μｍ）に換算された。900Ｋの
データが参照文献［５］で与えられた式を使用して計算
された。 ［１］Ｓ．アダチ著、J.Appl.Physics 58(3) 、1985年8
月1日、ページR1〜R29。 ［２］CRC Handbook of Chemistry and Physics , 第71
版(CRCプレス)、1990〜91年、第12章、第58〜63ペー
ジ。 ［３］Ｓ．ロガルスキとＪ．ピオフスキ著、Progress
in QuantumElectronics(ペルガモンプレス）、第12
巻、ナンバー2/3、1988年、第153ページ。 ［４］American Institute of Physics Handbook、第3
版（マグローヒル）、1972年、第9章、第17、24および6
3ページ。 ［５］Heterostructure Lasers:Part B(Materials & Op
erating Characteristics),Ｈ．Ｃ．ケイシーとＭ．
Ｂ．パニッシュ編（アカデミックプレス1978年）、第5
章、第9ページ。
【００２３】半導体物質は、バンドギャップ上のすべて
の入射放射を吸収するのに十分な厚さで配置されなくて
はいけない。膜は、適当な広帯域光電検出器、例えば透
明基板の後ろに配置された、例えばＣＣＤまたはフォト
ダイオードにより、透過スペクトルの収集の間、調節さ
れた方法で加熱される。言い換えると、半導体物質に熱
勾配が与えられる（これに代わって、光電検出器の上に
直接にバルク半導体を配置することができる）。この温
度依存透過強度スペクトルは、バンドギャップ調節パラ
メーターの値Ｔ1のところで収集される。この量Ｔ
r（λ、Ｔ1）は、曲線が全入射放射を表している図２ａ
に図示されているように、Ｔ1のところ（影のついた部
分）で半導体膜により通過した波長の間隔における透過
した放射の積分を表している。パラメーターＴはＴiを
超えて規則的に増加するため、結果として得られる量Ｔ
r（λ、Ｔi）は、図２ｂの積分分布を生じるように収集
される。つまり、図２ｂの曲線は、量 ∫Ｉ（λ）Ｔr（λ、Ｔi）ｄλ を表している。このように、数学的に求めた透過強度の
導関数が得られ、既知の温度依存の半導体膜のカットオ
フ波長が与えられると、この導関数は図２ｃに示したよ
うな温度の関数としての入射微分放射強度スペクトルと
等価である。図２ｃにおいて得られた分布は、このよう
に図２ａの入射スペクトル分布と対応している。このよ
うに、この固体半導体スペクトロメータは、単に半導体
物質自身の熱特性を利用して、半導体物質上に入射する
放射のスペクトル強度を決定する。
【００２４】開示されたスペクトロメータの作動エネル
ギー（または波長）は、その作動温度の半導体のバンド
ギャップエネルギーにより決定される。幸運にも、半導
体のバンドギャップ（Ｅｇ）は、非常に物質に依存性が
あり、適当な物質選択により、ほぼ100という要因子に
よって変化させることができる。所望のスペクトル範囲
で機能するためのスペクトロメータのために、適当なバ
ンドギャップエネルギーをもつ物質が選択される。例と
して、室温（300°Ｋ）において、半導体は、真空紫外
スペクトル域（例、Ｅｇ＝5.4ｅＶのダイヤモンド、ま
たはＥｇ＝1.1ｅＶのケイ素）、近赤外域（Ｅｇ＝1.42
ｅＶのＧａＡｓ、またはＥｇ＝0.67ｅＶのＧｅ）および
赤外域（Ｅｇ＝0.17ｅＶのＩｎＳｂ）に、バンドギャッ
プをもっているようにみられる。加えて、ＡｌxＧａ1-x
ＡｓまたはＨｇＣｄ1-xＴｅのような化合物半導体のバ
ンドギャップは、正確な物質化学量論に基づいて物質を
生長させることより、広い範囲のエネルギーに渡り
（例、Ａｌ0.4Ｇａ0.6ＡｓのＥｇ＝1.90ｅＶのとき、Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9ＡｓのＥｇ＝1.55ｅＶ）、“同調させる”
ことができる。室温でのさまざまな物質のおおよそのバ
ンドギャップは、表１に要約され、適当な物質を選ぶこ
とにより、0.15ｅＶより低いエネルギーから約5.5ｅＶ
よりも高いエネルギー（つまり、約2500Åから約8μｍ
またはそれ以上まで）までの非常に広い範囲のエネルギ
ーに渡ってスペクトルを記録することができるように図
示されている。バンドギャップの絶対値は、物質の選択
に対して非常に感度が高いため、バンドギャップ上の温
度の効果はほとんどの物質において顕著に等しい。つま
り、バンドギャップは、温度の上昇に伴って、１℃当た
り5×10-4ｅＶのオーダーで、ほぼ直線的に減少するの
が示されている。図示により、表１は室温（20℃≒300
Ｋ）から620℃（900Ｋ）の範囲で選択された物質に予想
されるバンドギャップを示している。このことから、ス
ペクトロメータにＧａＡｓを使用し、温度を300-900Ｋ
内で変化させることにより、約0.9-1.1μｍの範囲のス
ペクトルを収集することができる。
【００２５】いくつかの理由からどんなスペクトル範囲
にも制限されないので、固体スペクトロメータの魅力的
な適用は、約3-12μｍの近赤外域である。
【００２６】最も高度に開発された高品質成長技術（Ｍ
ＢＥおよびＭＯＣＶＤによるエピタキシー）が、ＧａＩ
ｎ1-xＳｂ，ＧａxＩｎ1-xＡｓ，ＰｂＳｎ1-xＴｅ，Ｈｇ
xＣｄ1-xＴｅのような、バンドギャップがｘの適当な選
択により近赤外に正確に配置された - および - 合
金の薄膜に適用されてきた。選択された開始ウェーハ
（ＧａＡｓ、ＰｂＴｅ，ＣｄＴｅ）は、それらの上で成
長したそれぞれの膜のバンドギャップよりも大きいバン
ドギャップを有するので、それらウェーハはスペクトロ
メータに所望される透明基板を提供する。
【００２７】半導体のエネルギーギャップは、温度と共
に、典型的に約0.5ｍｅＶ／°Ｋで減少していく。この
ために、温度の2-5°Ｋの変化は、約5μｍ波長において
達成できるわずか数ｃｍ-1のシフトを引き起こすことが
でき、これは在来のＦＴ赤外スペクトロメータのための
従来技術の態様に匹敵する。
【００２８】図３は、入射放射20が、抵抗的に熱せられ
た半導体薄膜22上に入射する本発明の好適実施例を図示
している。これは、選択された光学的に感度の高い領域
上に所望の加熱均一性を提供するためのパターン化され
た形状であり得る。この膜は、最少の熱応答時間で温度
が変化できるように、膜のための吸熱器を提供するため
に選択された透明基板26上に付着する。膜は適切な速い
熱応答時間を表すように十分に薄いが、目的の領域内の
バンドギャップを有し、例えば2〜3μｍのように適切な
厚さになるように選択される。
【００２９】膜22は、熱電対（または等価）温度センサ
ー25およびシステムコントローラー30に交互に応答する
温度コントローラー24によって熱せられる。複数のこの
ような温度センサーを提供できることが理解されよう。
広帯域光ダイオード28が、膜を調べ、膜および基板を通
して透過された放射の全強度に比例して信号を提供す
る。この信号は当業者に理解されているような標準的な
エレクトロニクスにより処理され、システムコントロー
ラー30に送られる。システムコントローラー30は、光学
データを記録して操作し、半導体膜22の温度を変化させ
るための温度コントローラー24に信号を提供するために
デジタルプロセッサーを組み入れている。システムコン
トローラー30は、適当な温度の変化を通して積分スペク
トルを累計し、次にデバイス32によりディスプレイする
か、さもなければ提示することのできる入射光学スペク
トルを回復するために微分を行う。
【００３０】本発明は、膜の代わりにバルク半導体物質
で行うことができる。
【００３１】他の実施例において、図４に示したような
一般的なフォトセンサー28により測定するために、複数
の異なった半導体膜が並べられ、ここで符号は関連した
詳細において図３の符号と一致する。一般的な温度範囲
において、対応する異なったバンドギャップの変動を示
すいろいろな半導体膜は、どんな１つの半導体膜によっ
て達成できるものよりもより広いスペクトル範囲を与え
るように形成することができる、分離したスペクトル表
現を生じるように選択することができる。いくつかの信
号Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｉdは、それぞれの半導体膜22a、2
2b、22c、22dを通過する光学強度から得られる情報を伝
える。複数のバンドギャップを提供する便利な方法は、
ＡｌxＣａ1-xのようなテニナリー(teninary)物質を付着
させ、それぞれの膜においてＡｌのｘを変化させること
である。バンドギャップはｘの強い関数である。
【００３２】本発明は、本発明の思想およびそれに関わ
る本質的な性質から逸脱することなく、さまざまな形態
で実施することができる。本実施例は図示のためのみの
ものであって、制限するためのものではない。特に、バ
ンドギャップコントロールパラメーターは温度である必
要はなく、バンドギャップに影響を及ぼすあらゆる物理
的改変を含むことができる。本発明の範囲は、先述の説
明ではなく、特許請求の範囲によって決定され、特許請
求の範囲に入るすべての変更、またはこのような特許請
求の範囲と同等のものは、包含されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａは、任意の典型的半導体のための光学吸
収定数の典型的な性質を示している。図１ｂは、任意の
典型的半導体のための光学透過温度性質を示している。
図１ｃは、任意の典型的半導体の温度依存バンドギャッ
プシフトを図示している。
【図２】図２ａは、本発明に従った光学スペクトロメー
タの図式化された機能作用である。図２ｂは、カットオ
フ値の分布に対して送られた光学強度から得られる光学
放射の積分分布を示している。図２ｃは、温度の関数と
しての入射微分放射強度スペクトルである。
【図３】図３は、本発明の好適実施例のための部分的な
ブロックダイアグラムを表している。
【図４】図４は、複半導体膜を利用した図４のデバイス
の変更を示している。
【符号の説明】
20…入射放射 22…半導体薄膜 24…温度コントローラー 25…温度センサー 26…透明基板 28…広帯域光ダイオード 30…システムコントローラー 32…デバイス

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入射放射のスペクトルを決定するための方
    法であって、 （ａ）少なくとも１つの物質の層を提供する工程、 （ｂ）前記層を調節可能に熱する工程であって、前記調
    節可能に熱せられた層を通って放射入射が投射される
    間、前記物質を横切って温度勾配をつけるところの工
    程、 （ｃ）前記物質を横切る前記温度勾配の関数としての透
    過された前記放射の強度を測定する工程、 （ｄ）波長
    の関数として、その微分強度を得るために、温度に関し
    て前記強度を微分する工程、を含み、 前記物質はバンドギャップエネルギーを有し、前記層
    は、前記バンドギャップエネルギーの上のすべての入射
    放射を吸収するのに十分な厚さを有する透明基板上に付
    着される、ところの方法。
  2. 【請求項２】バンドギャップエネルギーにより特徴づけ
    られる物質の層であって、 放射に対して実質的に透過性である基板上に付着され、
    放射に対して実質的に透過性であり、前記バンドギャッ
    プよりもより大きなエネルギーを有する放射入射のみを
    透過するのに十分な厚さを有する層上への放射入射のス
    ペクトル分布を決定する方法であって、 複数の温度で前記層を維持する工程、 前記層上に前記放射を送る工程、 前記層の前記複数の温度のそれぞれについて透過された
    前記放射の強度を測定する工程、 前記複数の温度に対する関数関係において、対応する複
    数の透過された強度を決定する工程、 前記対応する温度の関数として前記強度の前記関数関係
    の数学的導関数を実質的に得るために、前記関数関係を
    解析する工程、 温度の関数として前記物質を透過された全放射強度の微
    分変化が、直接的に前記スペクトルと同一視できる、前
    記複数の温度のそれぞれに対して対応する複数の前記導
    関数を決定する工程、を含む、ところの方法。
  3. 【請求項３】入射放射のスペクトルを決定するための装
    置であって、 物質の膜、 前記膜を横切った熱勾配を維持するために前記膜を熱す
    る手段、 前記熱勾配に対応する複数の温度における放射強度を検
    出するための手段、 前記複数の温度のそれぞれに対して、透過された温度を
    測定するための手段、 前記複数の温度測定に対応する複数の強度測定を収集す
    るための手段、および温度における微分変化に対応する
    強度における微分変化を決定し、その導関数を決定する
    ための手段、を含み、 前記物質は、バンドギャップを示し、該バンドギャップ
    上のすべての入射放射を吸収する厚さであり、適切な熱
    応答を提供するために、そこで協同する放射透明吸熱器
    基板上に配置される、ところの装置。
  4. 【請求項４】光学放射の分布を得る方法であって、 （ａ）光学識別素子を通じて入射放射を通すことで、カ
    ットオフ値より低い放射は透過せずに入射放射を通す工
    程、 （ｂ）透過された放射の全強度を検出して記録する工
    程、 （ｃ）パラメーターＴに対応させて、調節可能なように
    カットオフ波長を変化させる工程、 （ｄ）Ｔに関連したＴの関数として全放射を微分するこ
    とにより微分スペクトルを得る工程、を含む、ところの
    方法。
JP9167862A 1996-06-11 1997-06-11 光学スペクトロメータ Pending JPH1062238A (ja)

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