JPH11183259A - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子Info
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- JPH11183259A JPH11183259A JP35271597A JP35271597A JPH11183259A JP H11183259 A JPH11183259 A JP H11183259A JP 35271597 A JP35271597 A JP 35271597A JP 35271597 A JP35271597 A JP 35271597A JP H11183259 A JPH11183259 A JP H11183259A
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- Japan
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- infrared
- thin film
- magnetic field
- coil
- infrared detecting
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度の赤外線検出素子を得る。
【解決手段】 ＬａＡｌＯ3基板１２上に、複合ペロブ
スカイト酸化物薄膜Ｌａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3１１を形
成する。Ｌａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3薄膜に近接してコイ
ルを設け、コイルから交流磁界を発生させてＬａ0.65Ｃ
ａ0.35ＭｎＯ3薄膜に印加し、赤外線の入射によって変
化する抵抗値を磁界で変調する。変調された抵抗値を位
相を同期して赤外線を検出する構成とする。
スカイト酸化物薄膜Ｌａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3１１を形
成する。Ｌａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3薄膜に近接してコイ
ルを設け、コイルから交流磁界を発生させてＬａ0.65Ｃ
ａ0.35ＭｎＯ3薄膜に印加し、赤外線の入射によって変
化する抵抗値を磁界で変調する。変調された抵抗値を位
相を同期して赤外線を検出する構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出素子に
関するものであり、特にマンガン酸化物、さらに詳しく
はペロブスカイト型複合マンガン酸化物を用いた高感度
で有効波長域の広い赤外線検出素子に関する。
関するものであり、特にマンガン酸化物、さらに詳しく
はペロブスカイト型複合マンガン酸化物を用いた高感度
で有効波長域の広い赤外線検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、赤外線を検出する素子として、半
導体の光伝導効果、光起電効果、光電磁効果等の内部量
子効果を用いた量子型素子と、赤外線を熱に変換しその
結果生じる温度変化を検出に用いる熱型素子が開発され
ている。これらの赤外線検出素子は、電子機器間の信号
伝送や人体検知を始めとし、調理品の加熱具合のモニタ
ー、医療診断、防犯・防災用センサ、熱管理、火山観
測、地球環境観測、資源探査、天体（宇宙）観測等に幅
広く応用されている。また、近年、赤外線からミリ波帯
の中間の波長領域（極遠赤外線）を、通信へ応する研究
も活発に進められている。
導体の光伝導効果、光起電効果、光電磁効果等の内部量
子効果を用いた量子型素子と、赤外線を熱に変換しその
結果生じる温度変化を検出に用いる熱型素子が開発され
ている。これらの赤外線検出素子は、電子機器間の信号
伝送や人体検知を始めとし、調理品の加熱具合のモニタ
ー、医療診断、防犯・防災用センサ、熱管理、火山観
測、地球環境観測、資源探査、天体（宇宙）観測等に幅
広く応用されている。また、近年、赤外線からミリ波帯
の中間の波長領域（極遠赤外線）を、通信へ応する研究
も活発に進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記量
子型の素子は、検出できる赤外線の波長領域が用いる半
導体によって限定されるため、波長領域が狭いという欠
点があった。また、波長１０μｍ以上の長波長の赤外線
を検出するためには、半導体の禁制帯エネルギー幅ある
いは不純物イオン化ポテンシャルを小さくする必要があ
り、熱励起によって半導体に発生するキャリアの増大を
避けるために、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）レベルの
極低温まで冷却しなければならないという問題点があっ
た。また、熱型の素子は、有効波長領域は広いが、全体
にわたって感度が低いという欠点があった。
子型の素子は、検出できる赤外線の波長領域が用いる半
導体によって限定されるため、波長領域が狭いという欠
点があった。また、波長１０μｍ以上の長波長の赤外線
を検出するためには、半導体の禁制帯エネルギー幅ある
いは不純物イオン化ポテンシャルを小さくする必要があ
り、熱励起によって半導体に発生するキャリアの増大を
避けるために、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）レベルの
極低温まで冷却しなければならないという問題点があっ
た。また、熱型の素子は、有効波長領域は広いが、全体
にわたって感度が低いという欠点があった。
【０００４】そこで、最近、ペロブスカイト型複合マン
ガン酸化物が示す絶縁体（または半導体）−金属相転移
を用いた赤外線検出素子の研究が行われている（例えば
９７年秋季応用物理学会学術講演会、講演予稿集p.59
3、またはA.Goyal et al.Appl.Phys.Lett.71,2535(199
7)）。
ガン酸化物が示す絶縁体（または半導体）−金属相転移
を用いた赤外線検出素子の研究が行われている（例えば
９７年秋季応用物理学会学術講演会、講演予稿集p.59
3、またはA.Goyal et al.Appl.Phys.Lett.71,2535(199
7)）。
【０００５】ペロブスカイト型複合マンガン酸化物が示
す絶縁体（または半導体）から金属への相転移は、温度
に対して極めて急峻であるため、赤外線検出素子の感度
を示す指標である性能指数ｄｌｏｇＲ／ｄＴ（抵抗温度
係数で、Ｒは電気抵抗値、Ｔは絶対温度）の値が、大き
いことが特徴である。従来より用いられている材料のバ
ナジウム酸化物ＶＯxでは、この性能指数が０．０２程
度であるが（電気学会論文誌 Vol.117-E, No.12, p.61
2(1997)）、ペロブスカイト型複合マンガン酸化物の性
能指数としては、０．０４〜０．２０もの値が得られて
いる。さらに、入射赤外線に対して、広い有効波長域を
有するとともに、動作温度も従来の量子型の素子より高
い温度で使用できる。
す絶縁体（または半導体）から金属への相転移は、温度
に対して極めて急峻であるため、赤外線検出素子の感度
を示す指標である性能指数ｄｌｏｇＲ／ｄＴ（抵抗温度
係数で、Ｒは電気抵抗値、Ｔは絶対温度）の値が、大き
いことが特徴である。従来より用いられている材料のバ
ナジウム酸化物ＶＯxでは、この性能指数が０．０２程
度であるが（電気学会論文誌 Vol.117-E, No.12, p.61
2(1997)）、ペロブスカイト型複合マンガン酸化物の性
能指数としては、０．０４〜０．２０もの値が得られて
いる。さらに、入射赤外線に対して、広い有効波長域を
有するとともに、動作温度も従来の量子型の素子より高
い温度で使用できる。
【０００６】しかしながら、赤外線を電気抵抗の変化で
検出する赤外線検出素子の場合、高感度に信号を検出す
るためには、電気的な外部雑音と、検出システム内部の
雑音を除去する必要がある。しかしながら、これまで
は、ペロブスカイト型複合マンガン酸化物の急峻な相転
移を利用した赤外線検出については、電気抵抗の温度変
化が基礎特性として示されているのみで、このような雑
音を除去して高感度に赤外線を検出できる素子は実用化
されていない。
検出する赤外線検出素子の場合、高感度に信号を検出す
るためには、電気的な外部雑音と、検出システム内部の
雑音を除去する必要がある。しかしながら、これまで
は、ペロブスカイト型複合マンガン酸化物の急峻な相転
移を利用した赤外線検出については、電気抵抗の温度変
化が基礎特性として示されているのみで、このような雑
音を除去して高感度に赤外線を検出できる素子は実用化
されていない。
【０００７】そこで、本発明はかかる課題を解決するた
めになされたものであり、ペロブスカイト型複合マンガ
ン酸化物が示す絶縁体（または半導体）−金属相転移を
用い、かつ該材料が磁界にも応答することを利用して、
雑音を除去することにより検出感度を高めた赤外線検出
素子を提供することを目的とする。
めになされたものであり、ペロブスカイト型複合マンガ
ン酸化物が示す絶縁体（または半導体）−金属相転移を
用い、かつ該材料が磁界にも応答することを利用して、
雑音を除去することにより検出感度を高めた赤外線検出
素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するする
ために、本願請求項１記載の赤外線検出素子は、基板上
に形成されたマンガン酸化物薄膜からなる赤外線検出部
と、該赤外線検出部の両端に配置された電極と、前記赤
外線検出部に近接して配置されたコイルとを具備し、か
つ、前記コイルから交流磁界を発生させて、該交流磁界
を前記赤外線検出部に印加して、赤外線検出部に赤外線
が入射した場合に生じる電気抵抗の変化を、該交流磁界
の位相と同期させて検出する手段を有することを特徴と
する。
ために、本願請求項１記載の赤外線検出素子は、基板上
に形成されたマンガン酸化物薄膜からなる赤外線検出部
と、該赤外線検出部の両端に配置された電極と、前記赤
外線検出部に近接して配置されたコイルとを具備し、か
つ、前記コイルから交流磁界を発生させて、該交流磁界
を前記赤外線検出部に印加して、赤外線検出部に赤外線
が入射した場合に生じる電気抵抗の変化を、該交流磁界
の位相と同期させて検出する手段を有することを特徴と
する。
【０００９】このように構成することにより、マンガン
酸化物薄膜からなる赤外線検出部は、コイルから発生す
る交流磁界を印加される。マンガン酸化物は、転移温度
において絶縁体（または半導体）から金属へ相転移する
だけでなく、磁界の印加に対しても抵抗の値が大きく変
化する特徴がある。
酸化物薄膜からなる赤外線検出部は、コイルから発生す
る交流磁界を印加される。マンガン酸化物は、転移温度
において絶縁体（または半導体）から金属へ相転移する
だけでなく、磁界の印加に対しても抵抗の値が大きく変
化する特徴がある。
【００１０】図２に、マンガン酸化物の磁界をパラメー
タとした電気抵抗の温度変化を模式的に示す。交流磁界
を印加して抵抗値を変調した状態で赤外線が入射する
と、赤外線が熱に変換されて温度が上昇し、これによっ
て交流磁界と同期して抵抗値が変化する。このように照
射される赤外線の強度によって変化した抵抗値を位相を
同期して検出することにより、電気的な外部雑音とシス
テム内部の雑音を除去することができ、赤外線を高感度
に検出することができる。
タとした電気抵抗の温度変化を模式的に示す。交流磁界
を印加して抵抗値を変調した状態で赤外線が入射する
と、赤外線が熱に変換されて温度が上昇し、これによっ
て交流磁界と同期して抵抗値が変化する。このように照
射される赤外線の強度によって変化した抵抗値を位相を
同期して検出することにより、電気的な外部雑音とシス
テム内部の雑音を除去することができ、赤外線を高感度
に検出することができる。
【００１１】また、本願請求項２記載の赤外線検出素子
は、前記マンガン酸化物薄膜は、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3
またはＮｄ1-yＳｒyＭｎＯ3で表される複合ペロブスカ
イト型マンガン酸化物薄膜であることを特徴とする。Ｌ
ａ1-xＣａxＭｎＯ3を用いることにより、絶縁体（また
は半導体）から金属へ相転移する温度が、２５０Ｋ程度
で、性能指数ｄｌｏｇＲ／ｄＴが０．１５程度の赤外線
検出部が得られる。これにより、室温近傍からわずかな
冷却により、動作できる高感度の赤外線検出素子が得ら
れる。Ｎｄ1-yＳｒyＭｎＯ3を用いることにより、前記
相転移温度が、１６０Ｋ付近であるが、絶縁体から金属
への抵抗変化が極めて急峻で、性能指数ｄｌｏｇＲ／ｄ
Ｔが０．２にもおよぶ高感度な赤外線検出部が得られ
る。
は、前記マンガン酸化物薄膜は、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3
またはＮｄ1-yＳｒyＭｎＯ3で表される複合ペロブスカ
イト型マンガン酸化物薄膜であることを特徴とする。Ｌ
ａ1-xＣａxＭｎＯ3を用いることにより、絶縁体（また
は半導体）から金属へ相転移する温度が、２５０Ｋ程度
で、性能指数ｄｌｏｇＲ／ｄＴが０．１５程度の赤外線
検出部が得られる。これにより、室温近傍からわずかな
冷却により、動作できる高感度の赤外線検出素子が得ら
れる。Ｎｄ1-yＳｒyＭｎＯ3を用いることにより、前記
相転移温度が、１６０Ｋ付近であるが、絶縁体から金属
への抵抗変化が極めて急峻で、性能指数ｄｌｏｇＲ／ｄ
Ｔが０．２にもおよぶ高感度な赤外線検出部が得られ
る。
【００１２】さらに、本願請求項３記載の赤外線検出素
子は、前記赤外線検出部に近接して配置されたコイル
は、薄膜で形成されていることを特徴とする。このよう
に構成することにより、素子を小型にすることができ、
実用性が向上する。
子は、前記赤外線検出部に近接して配置されたコイル
は、薄膜で形成されていることを特徴とする。このよう
に構成することにより、素子を小型にすることができ、
実用性が向上する。
【００１３】また、本願請求項４記載の赤外線検出素子
は、前記赤外線検出部に近接して配置されたコイルが、
前記赤外線検出部と同一基板上にモノリシックに薄膜で
形成されていることを特徴とする。このように構成する
ことにより、素子が小型になるだけでなく、赤外線検出
部とコイルを一体にしたことにより、振動等による赤外
線検出部とコイルの位置ずれに伴う雑音が低減し、赤外
線検出素子の感度を向上させることができる。
は、前記赤外線検出部に近接して配置されたコイルが、
前記赤外線検出部と同一基板上にモノリシックに薄膜で
形成されていることを特徴とする。このように構成する
ことにより、素子が小型になるだけでなく、赤外線検出
部とコイルを一体にしたことにより、振動等による赤外
線検出部とコイルの位置ずれに伴う雑音が低減し、赤外
線検出素子の感度を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いた実施
形態により詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に
おける赤外線検出素子の構造図である。本実施形態で
は、マンガン酸化物薄膜１１としてＬａ0.65Ｃａ0.35Ｍ
ｎＯ3薄膜、基板１２としてＬａＡｌＯ3、コイル１３と
して銅の配線を用いている。
形態により詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に
おける赤外線検出素子の構造図である。本実施形態で
は、マンガン酸化物薄膜１１としてＬａ0.65Ｃａ0.35Ｍ
ｎＯ3薄膜、基板１２としてＬａＡｌＯ3、コイル１３と
して銅の配線を用いている。
【００１５】以下、本実施形態における赤外線検出素子
の製造方法について述べる。まず、上記Ｌａ0.65Ｃａ
0.35ＭｎＯ3薄膜１１は、レーザ蒸着法により、所望の
組成比が得られるように形成される。すなわち、基板と
してＬａＡｌＯ3を用い、固相反応法で作製した所望の
組成比のＬａ1-xＣａxＭｎＯ3をターゲットにして、レ
ーザを照射する。レーザの強度は２Ｊ／ｃｍ2とし、基
板の温度は８５０℃とした。薄膜作製時には、酸素分圧
を４００ｍＴｏｒｒとして酸素を導入し、薄膜形成後、
５００Ｔｏｒｒの酸素雰囲気で室温まで冷却した。さら
に、その後、酸素雰囲気中、８５０℃で１０時間の熱処
理を行った。
の製造方法について述べる。まず、上記Ｌａ0.65Ｃａ
0.35ＭｎＯ3薄膜１１は、レーザ蒸着法により、所望の
組成比が得られるように形成される。すなわち、基板と
してＬａＡｌＯ3を用い、固相反応法で作製した所望の
組成比のＬａ1-xＣａxＭｎＯ3をターゲットにして、レ
ーザを照射する。レーザの強度は２Ｊ／ｃｍ2とし、基
板の温度は８５０℃とした。薄膜作製時には、酸素分圧
を４００ｍＴｏｒｒとして酸素を導入し、薄膜形成後、
５００Ｔｏｒｒの酸素雰囲気で室温まで冷却した。さら
に、その後、酸素雰囲気中、８５０℃で１０時間の熱処
理を行った。
【００１６】上記条件で作製したＬａ1-xＣａxＭｎＯ3
薄膜１１は、電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）、誘導
結合プラズマ分光（ＩＣＰ）等で組成を分析した結果、
Ｌｎ：Ｃａ：Ｍｎ＝０．６５：０．３５：１の組成とな
り、ターゲット組成と同一の所望の組成比のものを得る
ことができた。また、作製した薄膜は、Ｘ線回折実験の
結果、Ｃ軸がＬａＡｌＯ3基板に垂直に配向した薄膜で
あることがわかった。
薄膜１１は、電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）、誘導
結合プラズマ分光（ＩＣＰ）等で組成を分析した結果、
Ｌｎ：Ｃａ：Ｍｎ＝０．６５：０．３５：１の組成とな
り、ターゲット組成と同一の所望の組成比のものを得る
ことができた。また、作製した薄膜は、Ｘ線回折実験の
結果、Ｃ軸がＬａＡｌＯ3基板に垂直に配向した薄膜で
あることがわかった。
【００１７】上記のようにして、Ｌａ0.65Ｃａ0.35Ｍｎ
Ｏ3薄膜１１を膜厚約２００ｎｍまで形成した後、赤外
線検出部となるＬａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3薄膜をフォト
レジスト（ＡＺ−１５１８）で保護し、保護されていな
い部分をＡｒイオンビームで除去することにより、図１
に示すようなブリッジの形状に加工する。ここで、ブリ
ッジ部分の幅は約２μｍ、長さは約３０μｍとした。次
に、真空中で、電子ビームによりＡｇを蒸着して、Ａｇ
薄膜で形成される電流電極１４と電圧電極１５を１００
ｎｍ厚さまで蒸着する。さらに、このようにして形成し
た赤外線検出部に銅配線からなるコイルを近接して設置
し、赤外線検出素子を作製した。
Ｏ3薄膜１１を膜厚約２００ｎｍまで形成した後、赤外
線検出部となるＬａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3薄膜をフォト
レジスト（ＡＺ−１５１８）で保護し、保護されていな
い部分をＡｒイオンビームで除去することにより、図１
に示すようなブリッジの形状に加工する。ここで、ブリ
ッジ部分の幅は約２μｍ、長さは約３０μｍとした。次
に、真空中で、電子ビームによりＡｇを蒸着して、Ａｇ
薄膜で形成される電流電極１４と電圧電極１５を１００
ｎｍ厚さまで蒸着する。さらに、このようにして形成し
た赤外線検出部に銅配線からなるコイルを近接して設置
し、赤外線検出素子を作製した。
【００１８】このようにして形成した赤外線検出部の電
気抵抗の温度依存性を、磁界をパラメータにして測定し
た。測定した電気抵抗の温度依存性を図３に示す。実線
は磁界を印加しない場合で、破線は１００ガウスの磁界
を印加した場合の特性を表す。赤外線検出部の温度を、
室温から低下させると、電気抵抗は増加するが、温度２
６０Ｋで最大値を示し、その後、急激に減少した。この
ときの抵抗変化率から赤外線検出素子としての性能指数
ｄｌｏｇＲ／ｄＴを求めると、２５５Ｋの温度におい
て、０．１５であった。また、形成した赤外線検出部は
磁界の印加によって抵抗値が減少することを確認した。
気抵抗の温度依存性を、磁界をパラメータにして測定し
た。測定した電気抵抗の温度依存性を図３に示す。実線
は磁界を印加しない場合で、破線は１００ガウスの磁界
を印加した場合の特性を表す。赤外線検出部の温度を、
室温から低下させると、電気抵抗は増加するが、温度２
６０Ｋで最大値を示し、その後、急激に減少した。この
ときの抵抗変化率から赤外線検出素子としての性能指数
ｄｌｏｇＲ／ｄＴを求めると、２５５Ｋの温度におい
て、０．１５であった。また、形成した赤外線検出部は
磁界の印加によって抵抗値が減少することを確認した。
【００１９】上記のようにして得られた赤外線検出素子
の特性を、２５５Ｋの温度で評価した。検出回路のブロ
ック図を図４に示す。電流電極に定電流電源から３０μ
Ａの一定電流を流した状態で、赤外線検出部に交流磁界
を印加し、変調された電圧信号を差動増幅器を通した
後、交流磁界の位相と同期した信号をロックインアンプ
で検出した。
の特性を、２５５Ｋの温度で評価した。検出回路のブロ
ック図を図４に示す。電流電極に定電流電源から３０μ
Ａの一定電流を流した状態で、赤外線検出部に交流磁界
を印加し、変調された電圧信号を差動増幅器を通した
後、交流磁界の位相と同期した信号をロックインアンプ
で検出した。
【００２０】このとき、コイルから発生する交流磁界
は、周波数１００Ｈｚ、大きさ１．５ガウス（ｒｍｓ）
とした。赤外線の光源として、波長９．６μｍのＰｂＳ
ｎＴｅレーザ及びニクロム発熱体から発生する熱線を回
折格子を通した赤外線を用いた。測定した結果、作製し
た素子の赤外線に対する電圧感度は、波長９．６μｍ及
び２０μｍの赤外線に対して同じであり、２×１０3Ｖ
／Ｗの値が得られた。ロックインアンプで増幅される前
段の雑音は、１０Ｈｚの周波数で約１２０ｎＶ／Ｈｚ
1/2であった。従って、赤外線検出素子の実質的な感度
を示す雑音等価電力として、６×１０-11Ｗ／Ｈｚ1/2の
値が得られた。コイルから交流磁界を発生させず、赤外
線検出部の電圧電極間の電圧変化を直接測定した場合、
１０Ｈｚでの電圧雑音は１．６μＶ／Ｈｚ1/2であり、
このとき、雑音等価電力は、８×１０-10Ｗ／Ｈｚ1/2で
あった。この結果から、本発明による赤外線検出素子
は、従来素子と比較して１０倍以上の高感度化が達成さ
れたことが分かった。
は、周波数１００Ｈｚ、大きさ１．５ガウス（ｒｍｓ）
とした。赤外線の光源として、波長９．６μｍのＰｂＳ
ｎＴｅレーザ及びニクロム発熱体から発生する熱線を回
折格子を通した赤外線を用いた。測定した結果、作製し
た素子の赤外線に対する電圧感度は、波長９．６μｍ及
び２０μｍの赤外線に対して同じであり、２×１０3Ｖ
／Ｗの値が得られた。ロックインアンプで増幅される前
段の雑音は、１０Ｈｚの周波数で約１２０ｎＶ／Ｈｚ
1/2であった。従って、赤外線検出素子の実質的な感度
を示す雑音等価電力として、６×１０-11Ｗ／Ｈｚ1/2の
値が得られた。コイルから交流磁界を発生させず、赤外
線検出部の電圧電極間の電圧変化を直接測定した場合、
１０Ｈｚでの電圧雑音は１．６μＶ／Ｈｚ1/2であり、
このとき、雑音等価電力は、８×１０-10Ｗ／Ｈｚ1/2で
あった。この結果から、本発明による赤外線検出素子
は、従来素子と比較して１０倍以上の高感度化が達成さ
れたことが分かった。
【００２１】さらに、マンガン酸化物として用いたＬａ
1-xＣａxＭｎＯ3薄膜の組成比ｘを変えて、実験を行っ
たところ、０＜ｘ＜０．５において、本実施形態を同程
度の結果が得られた。
1-xＣａxＭｎＯ3薄膜の組成比ｘを変えて、実験を行っ
たところ、０＜ｘ＜０．５において、本実施形態を同程
度の結果が得られた。
【００２２】次に、マンガン酸化物として、Ｌａ1-xＣ
ａxＭｎＯ3の代わりにＮｄ1-yＳｒyＭｎＯ3を用いた以
外は、第１の実施形態と同様に形成された赤外線検出素
子である第２の実施形態について説明する。作製したＮ
ｄ1-yＳｒyＭｎＯ3の組成はＮｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3薄膜
であった。
ａxＭｎＯ3の代わりにＮｄ1-yＳｒyＭｎＯ3を用いた以
外は、第１の実施形態と同様に形成された赤外線検出素
子である第２の実施形態について説明する。作製したＮ
ｄ1-yＳｒyＭｎＯ3の組成はＮｄ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3薄膜
であった。
【００２３】電気抵抗の温度依存性を測定した結果、室
温から温度を低下させると、電気抵抗は減少するが、温
度１６０Ｋで最小値を示し、その後、急激に上昇した。
このときの抵抗変化率から赤外線検出素子としての性能
指数を求めた結果、０．２０の値が得られた。
温から温度を低下させると、電気抵抗は減少するが、温
度１６０Ｋで最小値を示し、その後、急激に上昇した。
このときの抵抗変化率から赤外線検出素子としての性能
指数を求めた結果、０．２０の値が得られた。
【００２４】上記のようにして得られた赤外線検出素子
を、動作温度を１５５Ｋにして、第１の実施形態と同様
にして検出特性を評価した。この結果、本実施形態にお
いては、作製した素子の電圧感度として、２．１×１０
4Ｖ／Ｗが得られた。電圧雑音として、１０Ｈｚの周波
数で１７０ｎＶ／Ｈｚ1/2の値が得られ、従って、雑音
等価電力として、８×１０-12Ｗ／Ｈｚ1/2が得られた。
このように構成することにより、第１の実施形態より優
れた雑音等価電力が得られた。
を、動作温度を１５５Ｋにして、第１の実施形態と同様
にして検出特性を評価した。この結果、本実施形態にお
いては、作製した素子の電圧感度として、２．１×１０
4Ｖ／Ｗが得られた。電圧雑音として、１０Ｈｚの周波
数で１７０ｎＶ／Ｈｚ1/2の値が得られ、従って、雑音
等価電力として、８×１０-12Ｗ／Ｈｚ1/2が得られた。
このように構成することにより、第１の実施形態より優
れた雑音等価電力が得られた。
【００２５】さらに、マンガン酸化物として用いたＮｄ
1-yＳｒyＭｎＯ3薄膜の組成比ｙを変えて、実験を行っ
たところ、０．４５＜ｙ＜０．５２において、本実施形
態を同程度の結果が得られた。
1-yＳｒyＭｎＯ3薄膜の組成比ｙを変えて、実験を行っ
たところ、０．４５＜ｙ＜０．５２において、本実施形
態を同程度の結果が得られた。
【００２６】次に、コイルとして銅の配線を用いる代わ
りに、基板上に薄膜の形態で形成された薄膜コイルを用
いた以外は、第１の実施形態と同様に形成された赤外線
検出素子である第３の実施形態について、図５を用いて
説明する。本実施形態においては、ＬａＡｌＯ3基板２
２上にＡｇ薄膜を電子ビーム蒸着で形成し、フォトリソ
グラフィの工程を用いて、渦巻き状の形状に加工する。
その後、コイルの形状にしたときにＡｇ薄膜が交差する
部分に、絶縁層として、レーザ蒸着でＳｒＴｉＯ3薄膜
２３を形成する。さらに、その上に、同様にフォトリソ
グラフィの工程を用いてＡｇ薄膜を蒸着して、コイルを
作製する。このようにしてＡｇ薄膜によるコイル２１を
形成した基板と、第１の実施形態と同様にして赤外線検
出部を形成した基板１２を接着剤で貼り合せて赤外線検
出素子を形成した。
りに、基板上に薄膜の形態で形成された薄膜コイルを用
いた以外は、第１の実施形態と同様に形成された赤外線
検出素子である第３の実施形態について、図５を用いて
説明する。本実施形態においては、ＬａＡｌＯ3基板２
２上にＡｇ薄膜を電子ビーム蒸着で形成し、フォトリソ
グラフィの工程を用いて、渦巻き状の形状に加工する。
その後、コイルの形状にしたときにＡｇ薄膜が交差する
部分に、絶縁層として、レーザ蒸着でＳｒＴｉＯ3薄膜
２３を形成する。さらに、その上に、同様にフォトリソ
グラフィの工程を用いてＡｇ薄膜を蒸着して、コイルを
作製する。このようにしてＡｇ薄膜によるコイル２１を
形成した基板と、第１の実施形態と同様にして赤外線検
出部を形成した基板１２を接着剤で貼り合せて赤外線検
出素子を形成した。
【００２７】このようにして得られた赤外線検出素子を
第１の実施形態と同様にして検出特性を評価した。この
結果、本実施形態においては、電圧雑音として、１０Ｈ
ｚの周波数で１６０ｎＶ／Ｈｚ1/2の値が得られ、従っ
て、雑音等価電力として、８×１０-11Ｗ／Ｈｚ1/2が得
られた。このように構成することにより、第１の実施形
態と同等の感度が得られ、さらに、コイルを薄膜で形成
したことにより、素子の小型化が達成された。
第１の実施形態と同様にして検出特性を評価した。この
結果、本実施形態においては、電圧雑音として、１０Ｈ
ｚの周波数で１６０ｎＶ／Ｈｚ1/2の値が得られ、従っ
て、雑音等価電力として、８×１０-11Ｗ／Ｈｚ1/2が得
られた。このように構成することにより、第１の実施形
態と同等の感度が得られ、さらに、コイルを薄膜で形成
したことにより、素子の小型化が達成された。
【００２８】さらに、コイルとして銅の配線を用いる代
わりに、赤外線検出部と同一基板上に薄膜の形態でモノ
リシックに形成された薄膜コイルを用いた以外は、第１
の実施形態と同様に形成された赤外線検出素子である第
４の実施形態について説明する。本実施形態において
は、第１の実施形態と同様にしてマンガン酸化物からな
る赤外線検出部を形成した後、絶縁膜としてＳｒＴｉＯ
3からなる薄膜を形成し、さらにその上に、第３の実施
形態と同様にして、Ａｇ薄膜からなるコイルを形成す
る。
わりに、赤外線検出部と同一基板上に薄膜の形態でモノ
リシックに形成された薄膜コイルを用いた以外は、第１
の実施形態と同様に形成された赤外線検出素子である第
４の実施形態について説明する。本実施形態において
は、第１の実施形態と同様にしてマンガン酸化物からな
る赤外線検出部を形成した後、絶縁膜としてＳｒＴｉＯ
3からなる薄膜を形成し、さらにその上に、第３の実施
形態と同様にして、Ａｇ薄膜からなるコイルを形成す
る。
【００２９】このようにして得られた赤外線検出素子を
第１の実施形態と同様にして検出特性を評価した。その
結果、本実施形態においては、電圧雑音として、１０Ｈ
ｚの周波数で８０ｎＶ／Ｈｚ1/2の値が得られ、従っ
て、雑音等価電力として、４×１０-11Ｗ／Ｈｚ1/2が得
られた。このように構成することにより、第３の実施形
態と同様に、赤外線検出素子の小型化が図れただけでな
く、第１の実施形態よりも高い感度が得られた。これ
は、上記構成したことにより、赤外線検出部とコイルが
一体になったことで、振動等によるコイルの位置ずれに
伴う雑音が低減し、感度が向上したものと考えられる。
第１の実施形態と同様にして検出特性を評価した。その
結果、本実施形態においては、電圧雑音として、１０Ｈ
ｚの周波数で８０ｎＶ／Ｈｚ1/2の値が得られ、従っ
て、雑音等価電力として、４×１０-11Ｗ／Ｈｚ1/2が得
られた。このように構成することにより、第３の実施形
態と同様に、赤外線検出素子の小型化が図れただけでな
く、第１の実施形態よりも高い感度が得られた。これ
は、上記構成したことにより、赤外線検出部とコイルが
一体になったことで、振動等によるコイルの位置ずれに
伴う雑音が低減し、感度が向上したものと考えられる。
【００３０】上記各実施形態における赤外線検出素子
は、上記各実施形態に限定されるものではなく、複合ペ
ロブスカイトマンガン酸化物薄膜における組成比や薄膜
及びコイルの形状、製造方法を適宜最適化することによ
って同じ効果を奏することができる。
は、上記各実施形態に限定されるものではなく、複合ペ
ロブスカイトマンガン酸化物薄膜における組成比や薄膜
及びコイルの形状、製造方法を適宜最適化することによ
って同じ効果を奏することができる。
【００３１】また、上記実施形態においては、基板材料
としてＬａＡｌＯ3を用いているが、本発明は、この材
料に限定されるものではなく、例えば、ＳｒＴｉＯ3、
ＭｇＯを用いても良いことは言うまでもない。
としてＬａＡｌＯ3を用いているが、本発明は、この材
料に限定されるものではなく、例えば、ＳｒＴｉＯ3、
ＭｇＯを用いても良いことは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】以上より明らかなように、本願発明の赤
外線検出素子は、赤外線及び磁界の印加によって抵抗が
変化するマンガン酸化物に、交流磁界を印加する手段と
してコイルを設け、コイルから発生する磁界が赤外線検
出部に作用する構成にして、赤外線の照射によって変化
する抵抗値を交流磁界で変調し、変調された抵抗変化を
位相を同期して検出することにより、外部の電気的雑音
やシステム内部の雑音を除去して、高感度に赤外線を検
出することができるようになる。すなわち、本願発明に
よれば、赤外線の入射による絶縁体（または半導体）−
金属相転移に伴う大きな抵抗変化を用い、これに磁界に
よる変調を加えて雑音の処理を行っているため、高感度
で有効波長域の広い赤外線検出素子を得ることができ
る。
外線検出素子は、赤外線及び磁界の印加によって抵抗が
変化するマンガン酸化物に、交流磁界を印加する手段と
してコイルを設け、コイルから発生する磁界が赤外線検
出部に作用する構成にして、赤外線の照射によって変化
する抵抗値を交流磁界で変調し、変調された抵抗変化を
位相を同期して検出することにより、外部の電気的雑音
やシステム内部の雑音を除去して、高感度に赤外線を検
出することができるようになる。すなわち、本願発明に
よれば、赤外線の入射による絶縁体（または半導体）−
金属相転移に伴う大きな抵抗変化を用い、これに磁界に
よる変調を加えて雑音の処理を行っているため、高感度
で有効波長域の広い赤外線検出素子を得ることができ
る。
【図１】本発明の赤外線検出素子の構造図である。
【図２】本発明の赤外線検出素子の特性を示す模式図で
ある。
ある。
【図３】本発明の赤外線検出素子の特性図である。
【図４】本発明の赤外線検出素子の検出回路のブロック
図である。
図である。
【図５】本発明の赤外線検出素子の第３の実施形態の構
造図である。
造図である。
１１ Ｌａ0.65Ｃａ0.35ＭｎＯ3薄膜 １２ ＬａＡｌＯ3基板 １３ コイル １４ Ａｇ電流電極 １５ Ａｇ電圧電極 ２１ Ａｇ薄膜コイル ２２ ＬａＡｌＯ3基板 ２３ ＳｒＴｉＯ3薄膜（絶縁層）
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に形成されたマンガン酸化物薄膜
からなる赤外線検出部と、該赤外線検出部の両端に配置
された電極と、前記赤外線検出部に近接して配置された
コイルとを具備し、かつ、前記コイルから交流磁界を発
生させて、該交流磁界を前記赤外線検出部に印加して、
赤外線検出部に赤外線が入射した場合に生じる電気抵抗
の変化を、該交流磁界の位相と同期させて検出する手段
を有することを特徴とする赤外線検出素子。 - 【請求項２】 前記マンガン酸化物薄膜が、Ｌａ1-xＣ
ａxＭｎＯ3またはＮｄ1-yＳｒyＭｎＯ3で表される複合
ペロブスカイト型マンガン酸化物薄膜であることを特徴
とする請求項１記載の赤外線検出素子。 - 【請求項３】 前記赤外線検出部に近接して配置された
コイルが、薄膜で形成されていることを特徴とする請求
項１記載の赤外線検出素子。 - 【請求項４】 前記赤外線検出部に近接して配置された
コイルが、前記赤外線検出部と同一基板上にモノリシッ
クに薄膜で形成されていることを特徴とする請求項１記
載の赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35271597A JPH11183259A (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35271597A JPH11183259A (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 赤外線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183259A true JPH11183259A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18425943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35271597A Pending JPH11183259A (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11183259A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6432474B1 (en) * | 1998-06-29 | 2002-08-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film of perovskite type manganese oxide process for producing the same thin film and an infrared sensing element using the same thin film |
| WO2005078399A1 (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 赤外線撮像素子 |
| JP2006003552A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-01-05 | Mitsubishi Chemicals Corp | 発光装置 |
| FR3070487A1 (fr) * | 2017-08-29 | 2019-03-01 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Detecteur de rayonnement electromagnetique |
-
1997
- 1997-12-22 JP JP35271597A patent/JPH11183259A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6432474B1 (en) * | 1998-06-29 | 2002-08-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film of perovskite type manganese oxide process for producing the same thin film and an infrared sensing element using the same thin film |
| WO2005078399A1 (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 赤外線撮像素子 |
| JP2006003552A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-01-05 | Mitsubishi Chemicals Corp | 発光装置 |
| FR3070487A1 (fr) * | 2017-08-29 | 2019-03-01 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Detecteur de rayonnement electromagnetique |
| WO2019043312A1 (fr) * | 2017-08-29 | 2019-03-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Detecteur de rayonnement electromagnetique |
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