JPWO2010013748A1 - 紫外線受光素子および紫外線量の測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】紫外線に対して、選択的に感度を有する新しい紫外線受光素子、およびそれを用いた紫外線量の測定方法を提供する。【解決手段】石英ガラスやサファイアなどの基板上にフッ化セリウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムなどの金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層を形成し、更に当該紫外線検出層上に少なくとも一対の陽極と陰極を形成して紫外線受光素子とする。この紫外線受光素子は、入射した紫外線量に応じて電気抵抗率が変化するので、該変化を電気信号として取り出し測定することにより紫外線量を測定することができる。【選択図】図７
Description
本発明は、金属フッ化物薄膜を利用した新規な受光素子に関する。詳しくは、紫外線に対して高感度である一方可視光に低感度であって、選択的に紫外線を検出することが可能であり、紫外線量を測定可能な受光素子並びにその測定方法を提供する。
半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、パターン作製に必要なリソグラフィー技術に用いる露光光源には、より波長の短い紫外光源が求められている。現在はＫｒＦエキシマレーザー（５．０ｅＶ、波長２４８ｎｍ）が用いられており、ＡｒＦ エキシマレーザー（６．４ｅＶ、波長１９３ｎｍ）を用いたリソグラフィー技術も立ち上がりつつある。また次世代露光光源としてＦ２レーザー（７．９ｅＶ、波長１５７ｎｍ）、極短紫外線（９５ｅＶ、波長１３ｎｍ）を用いたリソグラフィー技術の開発も進められている。
これら紫外光源から発生する紫外線の検出や光量評価に紫外線受光素子が必要となる。紫外領域の受光素子としては、一般にシリコン（Ｓｉ）系の受光素子（フォトダイオード）が用いられてきたが、Ｓｉ系の受光素子は可視光にも感度があるため可視光遮蔽フィルターが必要となる問題があり、より短波長の光を選択的に検出できる、新しい素子の開発が期待されていた。
短波長の光を選択的に検出するには、長波長の光に感度が低く、短波長の光に感度が高い必要がある。受光素子の波長選択性は検出層に用いる材料のバンドギャップで決まる。検出層材料のバンドギャップに相当する波長より短い波長の光を入射することで、電子、正孔が生成し、検出が可能となるためである。これまでにもバンドギャップの大きい材料による受光素子が開発されてきた。具体的には、ダイヤモンド[例えば非特許文献１]や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）[例えば非特許文献２]を用いた受光素子が開発されている。
ダイヤモンド受光素子は、シリコン（Ｓｉ）基板、砒化ガルウム（ＧａＡｓ）基板、あるいは炭化珪素（ＳｉＣ）基板上にプラズマ気相成長法によって高配向性のダイヤモンド薄膜を形成して作製する。かかるダイヤモンド受光素子は、２２５ｎｍより短波長に感度のある紫外線受光素子として既に市販されている。また、ＡｌＧａＮ受光素子は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）の混晶であり、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（Ｘ＝０〜１）の化学式で表すことができ、組成に応じてバンドギャップを変えることができる。このようなＡｌＧａＮ薄膜は有機金属気相成長法によってサファイア基板やＳｉＣ基板上に形成される。ＧａＮ受光素子やＡｌ含有率の低いＡｌＧａＮ受光素子については既に市販されている。しかし、ダイヤモンドのバンドギャップは５．５ｅＶ（波長２２５ｎｍ）、ＡｌＧａＮのバンドギャップは６．２〜３．４ｅＶ（波長２００〜３６５ｎｍ）であり、２００ｎｍより短波長の光に選択的に感度のある受光素子は理論的に実現できない。
一方、金属フッ化物は６．２ｅＶより大きいバンドギャップを持つものが存在する。例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）は１３．６ｅＶ（波長９１ｎｍ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）は１０ｅＶ（波長１２４ｎｍ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）は９．４ｅＶ（波長１３２ｎｍ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）は９．１ｅＶ（波長１３６ｎｍ）である[非特許文献３]。また、６．２ｅＶは超えないものの、金属フッ化物は全般に比較的大きいバンドギャップを持つものが存在し、例えばフッ化セリウム（ＣｅＦ３）のバンドギャップは４．１３ｅＶ（波長３００ｎｍ）である。
当該金属フッ化物はＣＺ法などの融液成長法が適用可能なものが多いため、様々なバルク単結晶が育成されており、いくつかの金属フッ化物のバルク単結晶については光伝導性が検討されている。具体的にはフッ化マブネシウム（ＭｇＦ２）、Ｙｂ添加ＣａＦ２、Ｙｂ添加ＢａＦ２、Ｙｂ添加ＳｒＦ２、Ｅｕ添加ＢａＦ２のバルク単結晶について調べられている[非特許文献４、非特許文献５]。しかしながら、これら金属フッ化物については、その薄膜の作製が極めて困難であるため、これまで金属フッ化物薄膜を利用した紫外線受光素子は存在しなかった。
K.Hyashi, et al., "Durable ultraviolet sensors using highly oriented diamond films", Diamond and Related Materials 15, 792-796(2006)
大内洋一郎他、「AlGaN系紫外線受光素子の開発」、三菱電線工業時報、第100号、2003年4月
"CRC Handbook of Laser Science and Technology", 30-37
Geoffrey P Summers, "Photoconductivity in MgF2", J. Phys. C: Solid State Phys., Vol. 8, 3621-3628(1975)
B. Moine, et al., "Photoconductivity and fluorescence properties of divalent ytterbium ions in fluoride crystals", Journal of Luminescence 48 & 49, 501-504(1991)
本発明は、紫外線に対して選択的に感度を有する新しい紫外線受光素子、およびそれを用いた紫外線量の測定方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、前記実情に鑑みて、金属フッ化物薄膜の作製方法、及び当該金属フッ化物薄膜の紫外線受光素子としての応用について鋭意検討を重ねた。その結果、金属フッ化物薄膜の作製方法として、パルスレーザー堆積法が好適であることを見出した。さらに、当該パルスレーザー堆積法によって作製した金属フッ化物薄膜の上に陽極と陰極を直接形成せしめることによって、３５０ｎｍ以下の波長の紫外線に対して選択的に感度を有する紫外線受光素子が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明によれば、
基板と、該基板上に形成された金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層と、当該紫外線検出層上に形成された少なくとも一対の陽極と陰極を具備することを特徴とする紫外線受光素子が提供される。
上記紫外線受光素子において、
（１）金属フッ化物薄膜が、希土類金属フッ化物の薄膜であること
（２）金属フッ化物薄膜が、金属フッ化物単結晶の薄膜であること
が好適である。
本発明によれば、また、
紫外線を金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層に入射させ、入射紫外線量に起因して生じる紫外線検出層の電気抵抗率の変化量を電気信号として取り出すことを特徴とする紫外線量の測定方法が提供される。
基板と、該基板上に形成された金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層と、当該紫外線検出層上に形成された少なくとも一対の陽極と陰極を具備することを特徴とする紫外線受光素子が提供される。
上記紫外線受光素子において、
（１）金属フッ化物薄膜が、希土類金属フッ化物の薄膜であること
（２）金属フッ化物薄膜が、金属フッ化物単結晶の薄膜であること
が好適である。
本発明によれば、また、
紫外線を金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層に入射させ、入射紫外線量に起因して生じる紫外線検出層の電気抵抗率の変化量を電気信号として取り出すことを特徴とする紫外線量の測定方法が提供される。
本発明の紫外線受光素子によれば、紫外線に対して選択的に感度を有する紫外線受光素子が得られる。かかる紫外線受光素子は、リソグラフィー等の分野において、紫外光源から発生する紫外線の検出や光量評価に好適に用いることができる。
以下、本発明の紫外線受光素子について説明する。本発明の紫外線受光素子は、基板と、該基板上に形成された金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層と、当該紫外線検出層上に形成された少なくとも一対の陽極と陰極とで基本的に構成される。
本発明において使用される基板の材料は特に限定されず、常温、常圧で安定な無機固体材料を任意に用いることができる。中でも、金属フッ化物薄膜を形成する工程で劣化しないような無機固体材料が好ましい。具体的には、石英ガラス、Ｓｉ、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ等の無機固体材料、あるいはフッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化セリウム、フッ化ネオジム、フッ化ランタンなどの金属フッ化物単結晶が採用される。
基板上に形成する金属フッ化物薄膜は、単結晶、多結晶、或いはアモルファスの何れかの形態を取る。中でも、空孔が少なく組成が均一のため、受光感度を均一にしやすい単結晶が好ましい。また、単結晶に存在する結晶欠陥は、受光素子として動作させた際にキャリアがトラップされることで再結合が起こり暗電流の原因になるなど特性悪化の原因となりやすいため、結晶欠陥の少ない単結晶を用いることが特に好ましい。
金属フッ化物薄膜を基板上に形成せしめる際には、基板の材料の種類が形成する金属フッ化物の結晶欠陥密度に影響する。従って、基板の材料と形成する金属フッ化物との格子定数および熱膨張係数の差が近い組み合わせを選ぶことが好ましい。基板の厚みは特に限定されないが、約０．３ｍｍ〜３０ｍｍの厚みが好適である。
金属フッ化物薄膜を形成する方法は特に限定されず、公知の結晶成長法を用いることができる。具体的にはパルスレーザー堆積法（レーザーアブレーション法）、真空中で蒸発させた分子状材料から結晶を成長させる分子線成長法、または高温で液体となった金属に結晶材料を溶かし種となる基板を入れて冷やすことで基板上に結晶を成長させるＬＰＥ法、などの方法を用いることができる。中でも気相成長法の一種であるパルスレーザー堆積法が好適である。パルスレーザー堆積法は、レーザーパルス照射によって原料に大きなエネルギーを与えて昇華させ基板上に堆積させる物理的気相成長法である。この方法は、形成される薄膜の光学的性質が不均一になりやすい化学的気相成長法に対し、光学的性質の均一な薄膜が容易に作製できるので受光感度が均一になり、優れている。
以下、代表的な気相成長法であるパルスレーザー堆積法を例にして、基板上に金属フッ化物薄膜を形成する具体的説明を、図１に基づいて行う。
パルスレーザー堆積法は、レーザー光を原料蒸発のエネルギー源とする物理的気相成長の一つであり、レーザーアブレーション法とも呼ばれている。高出力パルスレーザー光をレーザー光源１から入射し、ターゲット２の表面に集光、照射し、その時に起きる表面層部の瞬間的な剥離（アブレーション）を利用して、構成元素の原子、分子、イオンやクラスタを基板３に堆積させる成膜方法である。ターゲットには前記した金属フッ化物の単結晶体、多結晶体、ペレットなどを用いることができる。レーザー光としては、通常Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第三高調波などが用いられる。
本発明の紫外線受光素子は、紫外線検出層として金属フッ化物の薄膜を用いることを最大の特徴とする。
該金属フッ化物の種類は特に限定されず、従来公知の金属フッ化物を任意に用いることができる。具体的には、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化スカンジウム、フッ化チタン、フッ化クロム、フッ化マンガン、フッ化鉄、フッ化コバルト、フッ化ニッケル、フッ化銅、フッ化亜鉛、フッ化ガリウム、フッ化ゲルマニウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウム、フッ化イットリウム、フッ化ジルコニウム、フッ化バリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化プラセオジム、フッ化ネオジム、フッ化ユーロピウム、フッ化ガドリニウム、フッ化テルビウム、フッ化エルビウム、フッ化ツリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ルテシウム、フッ化ハフニウム、フッ化タンタル、フッ化鉛などの少なくとも一種類が使用される。
中でも、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化スカンジウムなど、バンドギャップが６．２ｅＶ以上の金属フッ化物の少なくとも一種類からなる紫外線検出層は、２００ｎｍより短波長の紫外線に選択的に感度のある受光素子を実現できる。特に、希土類金属フッ化物は、深紫外域や真空紫外域にバンドギャップを有するものが多いうえ、適度な導電性を有しているので紫外線検出層としたときに電気抵抗率の変化量を電気信号として取り出しやすく、好適である。
中でも、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化スカンジウムなど、バンドギャップが６．２ｅＶ以上の金属フッ化物の少なくとも一種類からなる紫外線検出層は、２００ｎｍより短波長の紫外線に選択的に感度のある受光素子を実現できる。特に、希土類金属フッ化物は、深紫外域や真空紫外域にバンドギャップを有するものが多いうえ、適度な導電性を有しているので紫外線検出層としたときに電気抵抗率の変化量を電気信号として取り出しやすく、好適である。
また、異なるバンドギャップを持つ２種類以上の金属フッ化物の固溶体を用いた金属フッ化物薄膜は、当該固溶体における金属フッ化物の混合比率を調整することで、様々な波長の光に選択的に感度のある受光素子を実現できる。特に希土類金属のフッ化物はお互いに固溶しやすく、作製が容易なため好ましい。ただし、希土類金属フッ化物は種々の組み合わせで固溶体を作ることができるが、イオン半径の差が大き過ぎると固溶しない場合もあるため、イオン半径が近い組み合わせを選択することが好ましい。具体的には、ＮｄｘＬａ１−ｘＦ３（ｘ＝０〜１）、ＣｅｘＬａ１−ｘＦ３（ｘ＝０〜１）、ＰｒｘＬａ１−ｘＦ３（ｘ＝０〜１）などの固溶体が挙げられる。
金属フッ化物薄膜の膜厚の下限は特に限定されない。ただし、形成する金属フッ化物薄膜の膜厚が不均一となり、著しく膜厚が薄い部分が生じないようにするため、平均５０ｎｍ以上とすることが好ましい。紫外線の検出効率の点では、紫外線の侵入長（入射光の強度が１／ｅまで減衰する長さ）と同程度の厚み以上であることが好ましい。紫外線の侵入長は、紫外線の波長や紫外線検出層に用いる金属フッ化物の種類によって変化するが、一般には約１μｍ以下である。ただし、膜厚を厚くすることで形成される金属フッ化物薄膜の結晶性が損なわれる場合はこの限りではなく、紫外線の侵入長よりも薄くした方が総合的な検出感度が優れる場合もある。膜厚の上限は結晶性が著しく損なわれない限りは任意であるが、小型軽量化の観点から平均１０００μｍ未満であることが好ましい。
形成する金属フッ化物薄膜の受光面積は特に限定されず、小さ過ぎて取り扱いや電極形成ができなくなってしまわない大きさであればよい。このような金属フッ化物薄膜を基板上に一層形成するだけで紫外線検出層として動作可能であるが、必ずしも一層の膜である必要はなく多層膜としてもよい。例えば、基板と金属フッ化物薄膜の間に格子不整合を解消する何らかの緩衝層を形成することで、金属フッ化物薄膜の結晶性を向上させることが可能である。また、紫外線受光素子の最表面に酸化防止膜を形成しても良い。
金属フッ化物薄膜上に形成する電極には、金属膜もしくは導電性の金属酸化物膜を用いることができる。膜厚は特に限定されないが、最低限の耐久性を得るために１ｎｍ以上とすることが好ましく、小型軽量化の観点から１０００μｍ以下であることが好ましい。また、複数の金属もしくは金属酸化物を用いて多層膜としても良い。該電極の材料としては、従来公知の金属、導電性酸化物を任意に用いることができる。具体的にはアルミニウム、チタン、ニッケル、コバルト、金、銀、銅、クロム、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの少なくとも一種類が使用される。
金属膜を形成する方法は、従来公知の金属膜形成技術を任意に用いることができる。好ましくは真空蒸着法が採用される。真空蒸着法は、真空中で蒸着材料を加熱により昇華または蒸発させて生じた粒子を基板に沈着させて均一な膜状試料を形成する方法である。マスクと呼ばれる遮蔽物を用いることで蒸着させたくない部分を遮蔽して、任意の形状の電極を形成できる。
電極の形状に制限はない。ただし、図２に示すような一対の電極４、５が相互にかみ合ったくし型形状を有する電極（くし型電極）とすれば、一対の長方形の電極を形成するよりも受光面積を増やすことができ、その結果高感度になるため好ましい。また、電極間距離は、狭くした方が応答速度を上げられるため好ましい。尚、この一対の電極は、一方を陽極、他の一方を陰極とする。
紫外線量の測定には、光伝導効果を利用する。金属フッ化物に紫外線が入射すると、価電子帯にある電子が入射光により励起され伝導帯まで上昇する。これにより電気的に中性だった部分に電子・正孔キャリアが発生し、このキャリアが外部からの電界により駆動され電流伝導に寄与して、抵抗が減少する。その後伝導帯にある電子と、価電子帯にある正孔が再結合し伝導寄与が終了する。この効果を利用し、光伝導性物質に外部から電界を印加可能な形にして、電気抵抗率の変化量を電気的信号として検出する。
以下、具体的に紫外線量を測定する方法について説明する。図３に示すように、エレクトロメーター６と紫外線受光素子７を直列に接続する。なお、本発明において、エレクトロメーターとは電圧を印加しながら電流、電気抵抗を測定できる装置のことを云い、従来公知の装置を任意に用いることができる。抵抗率を測定する際の適切な印加電圧の範囲は、金属フッ化物薄膜の導電性や陽極、陰極と金属フッ化物薄膜との接触抵抗、陽極、陰極の面積などによって変化するため、予め実験により最適な値を求めておくことが好ましい。ここで紫外線検出層に紫外線を照射すると、照射している間は光伝導効果で抵抗率が下がる。事前に紫外線量の変化に応じた抵抗率の変化を調べて検量線を作っておくことで、紫外線量の測定が可能となる。尚、本発明の方法は、紫外線量を測定するものであるが、単に紫外線の存在の有無の検出方法としても適用できる。
以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。
実施例１
パルスレーザー堆積装置を用いて石英ガラス基板上にフッ化セリウム（ＣｅＦ３）薄膜を製造した。基板には２０×２０×０．５ (幅×長さ×厚さ、単位ｍｍ)の石英ガラスを用いた。ターゲットにはＣｅＦ３の焼結体を用いた。先ず、ロータリーポンプと油拡散ポンプを用いてチャンバー内を約２．０×１０−４Ｐａの真空とした。次いで、成膜が行われないよう基板とターゲットを金属板で遮断した状態で、波長３５５ｎｍ、繰り返し周波数１０Ｈｚのパルスレーザーをターゲットに照射して、不純物が付着している可能性のあるターゲット表層の剥離・除去を１０分間行った後、基板とターゲット間の金属板を外して、成膜した。ターゲットと基板間の距離は４．２ｃｍ、堆積時間は２４０分とし、成膜は基板温度を４００℃、単位面積あたりのレーザー照射のエネルギー量を１５．５（Ｊ／ｃｍ２）として成膜を行った。なお、単位面積あたりのレーザー照射のエネルギー量はレーザー照射後のターゲットのレーザー照射痕の幅Ｄと実験時のパルスエネルギーＥから、Ｅ／πＤ２／４として算出した。パルスエネルギーは実験時の平均レーザーパワーＰを、
Ｅ（Ｊ）＝Ｐ（Ｗ）／１０（Ｈｚ）、
の式より算出した。この成膜条件で作製した金属フッ化物薄膜の膜厚を断面ＳＥＭ像の観察によって評価したところ２０５ｎｍであった。
パルスレーザー堆積装置を用いて石英ガラス基板上にフッ化セリウム（ＣｅＦ３）薄膜を製造した。基板には２０×２０×０．５ (幅×長さ×厚さ、単位ｍｍ)の石英ガラスを用いた。ターゲットにはＣｅＦ３の焼結体を用いた。先ず、ロータリーポンプと油拡散ポンプを用いてチャンバー内を約２．０×１０−４Ｐａの真空とした。次いで、成膜が行われないよう基板とターゲットを金属板で遮断した状態で、波長３５５ｎｍ、繰り返し周波数１０Ｈｚのパルスレーザーをターゲットに照射して、不純物が付着している可能性のあるターゲット表層の剥離・除去を１０分間行った後、基板とターゲット間の金属板を外して、成膜した。ターゲットと基板間の距離は４．２ｃｍ、堆積時間は２４０分とし、成膜は基板温度を４００℃、単位面積あたりのレーザー照射のエネルギー量を１５．５（Ｊ／ｃｍ２）として成膜を行った。なお、単位面積あたりのレーザー照射のエネルギー量はレーザー照射後のターゲットのレーザー照射痕の幅Ｄと実験時のパルスエネルギーＥから、Ｅ／πＤ２／４として算出した。パルスエネルギーは実験時の平均レーザーパワーＰを、
Ｅ（Ｊ）＝Ｐ（Ｗ）／１０（Ｈｚ）、
の式より算出した。この成膜条件で作製した金属フッ化物薄膜の膜厚を断面ＳＥＭ像の観察によって評価したところ２０５ｎｍであった。
次に真空蒸着法により、金属フッ化物薄膜上にマスクを用いて図４に示す寸法の電極を形成し、本発明の金属フッ化物紫外線受光素子を得た。マスクはステンレス（ＳＵＳ３０４）製、厚さ０．２ｍｍのものを用いた。加熱用ヒーターとしてタングステンワイヤをらせん状に巻いた物を使用し、蒸着源にはアルミニウムを用いた。真空引きはロータリーポンプと油拡散ポンプにより４×１０−４Ｔｏｒｒ以下に排気を行った。
このようにして作製した紫外線受光素子を、図３に示すようにエレクトロメーター６と接続した。エレクトロメーターにはKeithley Electrometer Model 6517を用いた。紫外線受光素子にはエレクトロメーター内蔵電源より２００、４００、６００、８００、１０００（Ｖ）を印加して、電極間の電気抵抗値を測定し、紫外線受光素子の電気抵抗率を求めた。また、印加電圧と電気抵抗値を用いてオームの法則より電流を算出し、電圧電流特性を調べた。各印加電圧で暗室内、室温（２３℃）時の電気抵抗値を記録し、その後、紫外光源（セン特殊光源株式会社製ＨＬＲ１００Ｔ−２）によって紫外線照射（紫外線受光素子の垂直上方１４ｃｍより照射）をした際の電気抵抗値を記録するという形で行った。
電流電圧特性をプロットした結果を図５に示す。６００Ｖの電圧印加時の電気抵抗率は、紫外線非照射時に５．００×１０１５（Ω・ｍ）であり、紫外線照射時は５．７５×１０１４（Ω・ｍ）であった。この結果より、紫外線照射時の抵抗率の低下が観察され、紫外線受光素子としての動作を実証できた。更に、蛍光分光光度計ＳＰＥＸ Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ ２（ランプ：ＯＳＲＡＭ製 Ｘｅ Ｌａｍｐ ４５０Ｗ、分光器：米国スペックス社製ＳＰＥＸ １６８０ ０．２２ｍ Ｄｏｕｂｌｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ＭＯＤＥＬ １６８０Ｂ Ｓ／Ｎ １９９０）を用い、紫外線感度の波長依存性を調べた。図６に分光透過率と光電流の波長依存性を示す。入射紫外線の波長が３００ｎｍでは感度があり、４００ｎｍ以上ではほとんど感度がないことがわかる。これにより該金属フッ化物薄膜受光素子の波長選択性が確認できた。
実施例２
ターゲットとしてＣｅＦ３の焼結体に代えてＮｄＦ３の焼結体を用いた他は実施例１と同様にして、石英ガラス基板上にＮｄＦ３薄膜を製造した。作製した金属フッ化物薄膜の膜厚を断面ＳＥＭ像の観察によって評価したところ２００ｎｍであった。次に、実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を得た。このようにして作製した紫外線受光素子を、図３に示すようにエレクトロメーター６と接続した。エレクトロメーターには株式会社エーディーシー製デジタル超高抵抗/微小電流計8340Aを用いた。紫外線受光素子にはエレクトロメーター内蔵電源より３００（Ｖ）までを印加して、電極間の電気抵抗値を測定し、紫外線受光素子の電気抵抗率を求めた。また、印加電圧と電気抵抗値を用いて、オームの法則より電流を算出し、電圧電流特性を調べた。各印加電圧で暗室内、室温（２３℃）時の電気抵抗値を記録し、その後、紫外光源（セン特殊光源株式会社製ＨＬＲ１００Ｔ−２）によって紫外線照射（紫外線受光素子の垂直上方１２ｃｍより照射）をした際の電気抵抗値を記録するという形で行った。
ターゲットとしてＣｅＦ３の焼結体に代えてＮｄＦ３の焼結体を用いた他は実施例１と同様にして、石英ガラス基板上にＮｄＦ３薄膜を製造した。作製した金属フッ化物薄膜の膜厚を断面ＳＥＭ像の観察によって評価したところ２００ｎｍであった。次に、実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を得た。このようにして作製した紫外線受光素子を、図３に示すようにエレクトロメーター６と接続した。エレクトロメーターには株式会社エーディーシー製デジタル超高抵抗/微小電流計8340Aを用いた。紫外線受光素子にはエレクトロメーター内蔵電源より３００（Ｖ）までを印加して、電極間の電気抵抗値を測定し、紫外線受光素子の電気抵抗率を求めた。また、印加電圧と電気抵抗値を用いて、オームの法則より電流を算出し、電圧電流特性を調べた。各印加電圧で暗室内、室温（２３℃）時の電気抵抗値を記録し、その後、紫外光源（セン特殊光源株式会社製ＨＬＲ１００Ｔ−２）によって紫外線照射（紫外線受光素子の垂直上方１２ｃｍより照射）をした際の電気抵抗値を記録するという形で行った。
電流電圧特性をプロットした結果を図８に示す。３００Ｖの電圧印加時の電気抵抗率は、紫外線非照射時に８．２５×１０１３（Ω・ｍ）であり、紫外線照射時は４．２３×１０１３（Ω・ｍ）であった。この結果より、紫外線照射時の抵抗率の低下が観察され、紫外線受光素子としての動作を実証できた。また、本紫外線受光素子に波長６３３ｎｍ、出力１５ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射したところ電気抵抗率の変化は認められなかった。
実施例３
ターゲットとしてＣｅＦ３の焼結体に代えてＹｂＦ３の焼結体を用いた他は実施例１と同様にして、石英ガラス基板上にＹｂＦ３薄膜を製造した。作製した金属フッ化物薄膜の膜厚を断面ＳＥＭ像の観察によって評価したところ６００ｎｍであった。次に、実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を得た。このようにして作製した紫外線受光素子の電気抵抗率及び電圧電流特性を、実施例２と同様の方法で調べた。
ターゲットとしてＣｅＦ３の焼結体に代えてＹｂＦ３の焼結体を用いた他は実施例１と同様にして、石英ガラス基板上にＹｂＦ３薄膜を製造した。作製した金属フッ化物薄膜の膜厚を断面ＳＥＭ像の観察によって評価したところ６００ｎｍであった。次に、実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を得た。このようにして作製した紫外線受光素子の電気抵抗率及び電圧電流特性を、実施例２と同様の方法で調べた。
電流電圧特性をプロットした結果を図９に示す。３００Ｖの電圧印加時の電気抵抗率は、紫外線非照射時に６．２０×１０１５（Ω・ｍ）であり、紫外線照射時は３．６３×１０１５（Ω・ｍ）であった。この結果より、紫外線照射時の抵抗率の低下が観察され、紫外線受光素子としての動作を実証できた。また、本紫外線受光素子に波長６３３ｎｍ、出力１５ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射したところ電気抵抗率の変化は認められなかった。
１ レーザー光源
２ ターゲット
３ 基板
４ 電極
５ 電極
６ エレクトロメーター
７ 紫外線受光素子
８ 電極
９ 電極
１０ 紫外線検出層
１１ 基板
２ ターゲット
３ 基板
４ 電極
５ 電極
６ エレクトロメーター
７ 紫外線受光素子
８ 電極
９ 電極
１０ 紫外線検出層
１１ 基板
Claims (4)
- 基板と、該基板上に形成された金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層と、当該紫外線検出層上に形成された少なくとも一対の陽極と陰極を具備することを特徴とする紫外線受光素子。
- 金属フッ化物薄膜が、希土類金属フッ化物薄膜であること特徴とする請求項１に記載の紫外線受光素子。
- 金属フッ化物薄膜が、金属フッ化物単結晶薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線受光素子。
- 紫外線を金属フッ化物薄膜からなる紫外線検出層に入射させ、入射紫外線量に起因して生じる紫外線検出層の電気抵抗率の変化量を電気信号として取り出すことを特徴とする紫外線量の測定方法。
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