KR20120067280A - 촬상 장치, 전자 기기, 태양전지, 및, 촬상 장치의 제조 방법 - Google Patents

촬상 장치, 전자 기기, 태양전지, 및, 촬상 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20120067280A
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Abstract

과제
촬상 화상의 화상 품질을 향상한다.
해결 수단
열전대 소자군(210)의 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 복수의 열전대(211 내지 216)에 대해 사이를 두고 배치한다. 입사광이 그레이팅 구조에 입사하여 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 열전대 소자군(210)에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 각 열전대(211 내지 216)에서 기전력이 생기도록, 열전대 소자군(210)을 형성한다.

Description

촬상 장치, 전자 기기, 태양전지, 및, 촬상 장치의 제조 방법{IMAGING APPARATUS, ELECTRONIC APPARATUS, PHOTOVOLTAIC CELL, AND METHOD OF MANUFACTURING IMAGING APPARATUS}
본 발명은, 촬상 장치, 전자 기기, 태양전지, 및, 촬상 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
디지털 카메라 등의 전자 기기는, 촬상 장치를 포함한다. 촬상 장치는, 복수의 화소가 배열되어 있는 촬상 영역이, 기판의 면에 마련되어 있다. 촬상 장치에서는, 피사체상으로서 입사하는 입사광을 촬상 영역에서 수광하고, 촬상 화상을 생성한다. 여기서는, 예를 들면, 3원색의 광의 각각에 관해 수광함으로써, 컬러 화상을 촬상 화상으로서 생성한다.
예를 들면, 촬상 장치는, CCD(Charge Coupled Device)형이나, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형의 이미지 센서를 포함한다. 이 경우에는, 촬상 영역에서, 복수의 화소의 각각에, 예를 들면, 포토 다이오드를 광전 변환 소자로서 마련한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 구체적으로는, 특허 문헌 1에 나타나 있는 바와 같이, 실리콘 반도체 기판에 불순물을 이온 주입함으로써 포토 다이오드를 형성하고, 포토 다이오드가 입사광을 수광하여 광전 변환함으로써 신호 전하를 생성한다.
이 밖에, 플라즈몬 공명을 이용한 소자로 광을 검출함으로써 촬상을 실시하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 내지 4 참조).
플라즈몬 공명은, 입사광이 금속 표면에 입사하여 생기는 소멸광(evanescent light)에 의해, 그 금속 표면에서 표면 플라즈몬이 공명하여 여기되는 현상이고, 국소적으로 전기장을 증강시킨다. 이 때문에, 이 방법에서는, 그 국소적으로 증강된 전기장에 의해 얻어지는 신호를 이용하여, 이미징이 실시된다.
구체적으로는, 특허 문헌 2의 경우에는, 반도체 재료로 요철이 주기적으로 형성된 그레이팅 구조의 표면에 광이 입사하고, 플라즈몬 공명에 의해 전계 에너지가 생성된다. 그리고, 그 전계 에너지를 실리콘층에서의 광전 변환에 이용하여, 광검출을 행하고 있다. 여기서는, 그레이팅 구조의 형상을 적절히 변경함으로써, 특정 파장의 광에 관해 선택적으로 검출하고, 컬러 화상이 생성된다.
특허 문헌 3의 경우에는, 금속과 유전체와의 파형(波形) 계면에 광이 입사하고, 플라즈몬 공명에 의해 전계 에너지가 생성된다. 여기서는, 3원색의 광의 각각에 대응하여 3개의 파형 계면이 적층되어 있다. 그리고, 그 계면에서 발생하는 플라즈몬의 전계 에너지를 반도체층에서의 광전 변환에 이용하여, 고효율로 전자를 발생시켜서, 광검출을 행하고 있다.
특허 문헌 4의 경우에는, 금속 나노 입자가 복수 연결된 나노 체인이 절연막상에 배치되어 있고, 그곳에 광이 입사하여 플라즈몬 공명이 생긴다. 그리고, 그것에 의한 전계 에너지(발열 에너지)에 관해, 하층의 다이오드의 저항 변화나, 열전대에 의한 전위 변화를 판독함으로써, 광검출을 행하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2009-277732호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2009-38352호 공보 특허 문헌 3 : 일본국 특표2009-528542호 공보 특허 문헌 4 : 일본국 특개2009-175124호 공보
상기에 있어서, 특허 문헌 1과 같이, 포토 다이오드를 화소에 마련하는 경우에는, 실리콘 결정에 존재하는 결함으로, 전자의 재결합이나 생성이 생기는 경우가 있다. 이 때문에, 화소에 광이 입사하지 않는 경우라도, 신호 전하가 생성되고, 촬상 신호가 출력되는 경우가 있다. 이 결과, 이른바 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하여, 화상 품질이 저하되는 경우가 있다.
이와 마찬가지로, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3의 경우에도, 반도체층에서의 광전 변환을 이용하고 있기 때문에, 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하여, 화상 품질이 저하되는 경우가 있다.
이에 대해, 반도체층(실리콘 결정) 내에 전자를 전반(傳搬)시키지 않는 경우에는, 상기와 달리, 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하는 일이 원리적으로는 없다.
그러나, 특허 문헌 4의 경우에는, 공간적으로 등방적인 나노 체인 구조이기 때문에, 편광 의존성이 높다. 이 때문에, 레이저광과 같이 편광성이 강한 광의 검출에 관해서는, 알맞지만, 자연광과 같이 편광이 혼재하고 있는 광의 검출에 관해서는, 알맞지가 않다. 또한, 플라즈몬 공명에 의해 발생한 전계 에너지를 온도 변화라는 형태로 검출하고 있는데, 그 온도 변화를 평균화하여 신호를 얻는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 검출 강도의 다이내믹 레인지가 좁고, 분광(分光)과 감도의 점에서 부적당한 경우가 있다.
이와 같이, 촬상 장치에서는, 여러 가지의 부적합함의 발생에 의해, 촬상 화상에 관해 화상 품질을 향상하는 것이 곤란하다.
이 밖에, 촬상 장치에서는, 박막화가 곤란하기 때문에, 장치의 소형화가 용이하지 않은 경우가 있다. 또한, 비용을 저감하는 것이 곤란한 경우가 있다.
촬상 장치의 화소와 마찬가지로, 광기전력 소자를 포함하는 태양전지에 관해서도, 박막화가 곤란하기 때문에, 장치의 소형화가 용이하지 않은 경우가 있다. 또한, 비용을 저감하는 것이 곤란한 경우가 있다.
따라서 본 발명은, 촬상 화상의 화상 품질의 향상이나, 장치의 소형화, 비용의 저감 등을 향상 가능한, 촬상 장치, 전자 기기 및 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 장치의 소형화, 비용의 저감 등을 향상 가능한, 태양전지를 제공한다.
본 발명의 촬상 장치는, 입사광을 수광면에서 수광하는 화소가 기판의 촬상 영역에 복수 마련되어 있는 촬상부를 구비하고, 상기 화소는, 복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 포함하고, 상기 열전대 소자군은, 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대가 사이를 두고 배치되어 있고, 상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
본 발명의 촬상 장치의 제조 방법은, 입사광을 수광면에서 수광하는 화소를 기판의 촬상 영역에 복수 마련함으로써 촬상부를 형성하는, 촬상부 형성 공정을 가지며, 상기 촬상부 형성 공정은, 복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 상기 화소에 형성하는, 열전대 소자군 형성 공정을 포함하고, 열전대 소자군 형성 공정에서는, 상기 열전대 소자군의 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대에 대해 사이를 두고 배치하고, 상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 기전력이 생기도록, 상기 열전대 소자군을 형성한다.
본 발명의 전자 기기는, 입사광을 수광면에서 수광하는 화소가 기판의 촬상 영역에 복수 마련되어 있는 촬상부를 구비하고, 상기 화소는, 복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 포함하고, 상기 열전대 소자군은, 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대가 사이를 두고 배치되어 있고, 상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
본 발명의 태양전지는, 입사광을 수광면에서 수광하여 기전력이 생기는 광기전력 소자를 구비하고, 상기 광기전력 소자는, 복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 포함하고, 상기 열전대 소자군은, 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대가 사이를 두고 배치되어 있고, 상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 상기 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
상기한 발명에서는, 열전대 소자군의 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 복수의 열전대에 대해 사이를 두고 배치함으로써, 열전대 소자군을 형성한다. 여기서는, 입사광이, 그 그레이팅 구조에 입사하여 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨으로써, 각 열전대에서 기전력이 생기도록, 열전대 소자군을 형성한다.
본 발명에 의하면, 촬상 화상의 화상 품질의 향상이나, 장치의 소형화, 비용의 저감 등을 향상할 수 있는, 촬상 장치, 전자 기기 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 장치의 소형화, 비용의 저감 등을 향상 할 수 있는 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 실시 형태에서, 촬상 장치를 구성하는 화소 등에 포함되는 포토 센서(광기전력 소자)의 주요부를 도시하는 도면.
도 2는, 본 발명에 관한 실시 형태에서, 촬상 장치를 구성하는 화소 등에 포함되는 포토 센서(광기전력 소자)의 주요부를 도시하는 도면.
도 3은, 입사광이 그레이팅 구조에 입사한 때의 양상을 도시하는 도면.
도 4는, 입사광이 그레이팅 구조에 입사한 때의 양상을 도시하는 도면.
도 5는, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 카메라(40)의 구성을 도시하는 구성도.
도 6은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 소자(1)의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 7은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 소자(1)의 주요부를 도시하는 도면.
도 8은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 화소(P)의 색 배열을 모식적으로 도시하는 상면도.
도 9는, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 장치를 제조하는 방법의 공정에 관한 주요부를 도시하는 도면.
도 10은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 장치를 제조하는 방법의 공정에 관한 주요부를 도시하는 도면.
도 11은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 장치를 제조하는 방법의 공정에 관한 주요부를 도시하는 도면.
도 12는, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 장치를 제조하는 방법의 공정에 관한 주요부를 도시하는 도면.
도 13은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 장치를 제조하는 방법의 공정에 관한 주요부를 도시하는 도면.
도 14는, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 변형례 1에서, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 도면.
도 15는, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 변형례 2에서, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 도면.
도 16은, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 변형례 3에서, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 도면.
도 17은, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 변형례 3에서, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 도면.
도 18은, 본 발명에 관한 실시 형태 2에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면.
도 19는, 본 발명에 관한 실시 형태 3에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면.
도 20은, 본 발명에 관한 실시 형태 4에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면.
도 21은, 본 발명에 관한 실시 형태 4에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면.
도 22는, 본 발명에 관한 실시 형태 4에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면.
도 23은, 본 발명에 관한 실시 형태 5에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면.
도 24는, 본 발명에 관한 실시 형태 6에서, 신호 처리부(44)(도 5 참조)의 주요부를 도시하는 블록도.
도 25는, 본 발명에 관한 실시 형태 6에서, 보정 처리의 동작을 도시하는 플로우도.
도 26은, 본 발명에 관한 실시 형태 6에서, 입사광의 광량에 대한 기전력의 응답 함수를 도시하는 도면.
도 27은, 본 발명에 관한 실시 형태 7에서, 제어부(43)(도 5 참조)의 주요부를 도시하는 블록도.
도 28은, 본 발명에 관한 실시 형태 7에서, 냉각 처리의 동작을 도시하는 플로우도.
도 29는, 본 발명에 관한 실시 형태 7에서, 냉각 처리의 동작을 도시하는 단면도.
도 30은, 본 발명에 관한 실시 형태 8에서, 촬상 동작을 도시하는 도면.
도 31은, 본 발명에 관한 실시 형태 9에서, 태양전지의 주요부를 도시하는 상면도.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 설명은, 하기의 순서로 행한다.
0. 기본 양태
1. 실시 형태 1(촬상 장치)
2. 실시 형태 2(Al막으로 열전대 소자군의 윗면을 피복하는 경우)
3.실시 형태 3(열전대 소자군을 적층하는 경우)
4. 실시 형태 4(차광막으로 일부를 피복하는 경우)
5. 실시 형태 5(나노 스프링을 포함하는 경우)
6. 실시 형태 6(데이터 보정을 한 경우)
7. 실시 형태 7(펠티에 효과(Peltier Effect)로 냉각하는 경우)
8. 실시 형태 8(촬상 동작)
9. 실시 형태 9(태양전지)
10. 기타
<0. 기본 형태>
도 1과 도 2는, 본 발명에 관한 실시 형태에서, 촬상 장치를 구성하는 화소 등에 포함되는 포토 센서(광기전력 소자)의 주요부를 도시하는 도면이다.
여기서, 도 1은, 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 2는, 윗면을 도시하고 있다. 도 1에서는, 도 2의 X1-X2 부분의 단면에 관해, 하방에서 상방을 향하는 방향을 시선(視線)으로 한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 2의 X1-X2 부분의 단면에 관해, 상방에서 하방을 향하는 방향을 시선으로 한 경우에 관해서는, 도시를 생략하고 있지만, 도 1과 같은 형상으로 각 부분이 마련되어 있다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 포토 센서는, 열전대(熱電對) 소자군(210)을 포함한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 기판(11)에서, 입사광(L)이 입사하는 측의 면(윗면)에 마련되어 있다. 그리고, 열전대 소자군(210)은, 예를 들면, SiO2 등의 절연물로 형성된 절연층(SZ)으로 주위가 덮여 있다. 이 밖에, 열전대 소자군(210)은, 유기 다공질막, 공기층 등과 같이, 열전도율이 낮은 재료로, 주위가 덮여 있는 것이 알맞다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 216)로 구성되어 있다. 예를 들면, 열전대 소자군(210)에서는, 제1 열전대(211), 제2 열전대(212), 제3 열전대(213), 제4 열전대(214), 제5 열전대(215), 제6 열전대(216)의 6개의 열전대가 마련되어 있다.
열전대 소자군(210)에서, 복수의 열전대(211 내지 216)는, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(11)의 윗면(xy면)에 따라서 나열되어 있다. 그리고, 복수의 열전대(211 내지 216)는, 직렬로 접속되어 있다.
여기서는, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 열전대(211 내지 216)의 각각은, 제1 금속부(211A 내지 216A)와, 제2 금속부(211B 내지 216B)를 포함한다.
복수의 열전대(211 내지 216)는, 제1 금속부(211A 내지 216A)와, 제2 금속부(211B 내지 216B)가, 기판(11)의 윗면(xy면)에 따라서 나열되어 있고, 서로 접합되어 있다. 제1 금속부(211A 내지 216A)와 제2 금속부(211B 내지 216B)는, 각 열전대(211 내지 216)에서 제베크 효과(Seebeck effect)로 열기전력이 생기도록, 서로 열전능(熱電能)이 다른 금속으로 형성되어 있다. 제1 금속부(211A 내지 216A)와 제2 금속부(211B 내지 216B)는, 예를 들면, Cu, Al, Ag, Ni, Fe, 이들의 합금으로 형성되어 있다. 예를 들면, 제1 금속부(211A 내지 216A)가, -다리(negative bridge)로서 기능하고, 제2 금속부(211B 내지 216B)가, +다리(positive bridge)로서 기능하도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조를 구성하도록, 복수의 열전대(211 내지 216)가 사이를 두고 배치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨으로써, 복수의 열전대(211 내지 216)에서 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
즉, 각 화소(P)는, 수광부와 검출부가 일체화된 요철의 그레이팅 구조를 갖는다. 여기서는, 입사광(L)에 포함되는 특정한 파장대역의 광에 의해, 플라즈몬 공명이 수광면(윗면)에서 생기도록, 열전대 소자군(210)의 수광면(윗면)이 요철의 그레이팅 구조로 형성되어 있다. 그리고, 그 그레이팅 구조상에서 발생한 플라즈몬 공명(그곳에서 발생하는 소멸광)의 증강 전계에 의한 국소적인 열에너지를, 열전대 소자군(210)으로 효율적으로 전위차(전압)로 변환한다. 이에 의해, 그 기전력으로부터 얻어지는 신호에 의거하여, 입사광(입사 전자파)의 강도 검출이나, 이미징이 실시된다.
열전대 소자군(210)을 구성하는 각 부분의 상세에 관해 하기에 나타낸다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)에서, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)는, 제1 열전대(211)와 제2 열전대(212)의 사이, 및, 제2 열전대(212)와 제3 열전대(213)의 사이에, 트렌치(TR12, TR23)가 마련되어 있다. 이와 함께, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 열전대(211)와 제3 열전대(213)의 사이에, 트렌치(TR13)가 마련되어 있다.
그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 열전대(211)와 제2 열전대(212)가, 이 트렌치(TR21)의 하방에서 직렬로 접속되어 있다. 또한, 제2 열전대(212)와 제3 열전대(213)가, 트렌치(TR23)의 하방에서 직렬로 접속되어 있다.
이와 같이, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)의 각각은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판(11)의 깊이 방향(z)에서 입사광(L)이 입사하는 상측 부분에서 제1 금속부(211A 내지 213A)의 상단과, 제2 금속부(211B 내지 213B)의 상단이 접합되어 있다. 즉, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)는, 상측 부분이 측온(測溫) 접점(열접점)이 되도록, 제1 금속부(211A 내지 213A)와, 제2 금속부(211B 내지 213B)가 접합되어 있다.
또한, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)는, 입사광(L)이 출사하는 하측 부분에, 제1 금속부(211A 내지 213A)의 하단과 제2 금속부(211B 내지 213B)의 하단이 위치하고 있고, 양자의 하단은, 갭(G1 내지 G3)을 사이에 두고 이간되어 있다. 즉, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)는, 하측 부분이 기준(基準) 접점(냉접점)이 되도록, 제1 금속부(211A 내지 213A)와, 제2 금속부(211B 내지 213B)가 서로 이간되어 있다.
그리고, 제1 열전대(211)의 제2 금속부(211B)와, 제2 열전대(212)의 제1 금속부(212A)가 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제2 열전대(212)의 제2 금속부(212B)와, 제3 열전대(213)의 제1 금속부(213A)가 서로 전기적으로 접속되어 있다.
이에 대해, 제4부터 제6의 열전대(214 내지 216)에 관해서는, 단면에 관해 도시를 생략하고 있지만, 제4 열전대(214)와 제5 열전대(215)의 사이, 및, 제5 열전대(215)와 제6 열전대(216)의 사이에 트렌치(도시 생략)가 상기한 바와 마찬가지로 마련되어 있다. 이와 함께, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제4 열전대(214)와 제6 열전대(216)의 사이에, 트렌치(TR46)가 마련되어 있다.
그리고, 제4 열전대(214)와 제5 열전대(215)가, 트렌치(도시 생략)의 하방에서 직렬로 접속되어 있다. 또한, 제5 열전대(215)와 제6 열전대(216)가, 트렌치(도시 생략)의 하방에서 직렬로 접속되어 있다.
즉, 도시를 생략하고 있지만, 제4부터 제6의 열전대(214 내지 216)는, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)와 마찬가지로, 상측 부분에서 제1 금속부(214A 내지 216A)의 상단과, 제2 금속부(214B 내지 216B)의 상단이 접합되어 있다. 또한, 제4부터 제6의 열전대(214 내지 216)는, 제1 금속부(214A 내지 216A)의 하단과, 제2 금속부(214B 내지 216B)의 하단이 하측에 위치하고 있고, 양자의 하단은, 갭(도시 생략)을 사이에 두고 이간되어 있다.
그리고, 제4 열전대(214)의 제2 금속부(214B)와, 제5 열전대(215)의 제1 금속부(215A)가 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제5 열전대(215)의 제2 금속부(215B)와, 제6 열전대(216)의 제1 금속부(216A)가 서로 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 열전대(211)와 제6 열전대(216)의 사이, 제2 열전대(212)와 제5 열전대(215)의 사이, 제3 열전대(213)와 제4 열전대(214)의 사이에 트렌치(TR)가 마련되어 있다. 여기서는, 트렌치(TR)가 열전대 소자군(210)의 중심을 통과하여 x방향으로 연재되도록 마련되어 있다.
그리고, 도 2의 우측에 도시하는 바와 같이, 제3 열전대(213)와 제4 열전대(214)가, 직렬로 접속되어 있다. 즉, 제3 열전대(213)의 제2 금속부(213B)와, 제4 열전대(214)의 제1 금속부(214A)가 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도시를 생략하고 있지만, 제3 열전대(213)와 제4 열전대(214)의 접속 부분의 상방에서도, 트렌치(TR)가 x방향으로 연재되어 있다.
또한, 각 트렌치의 내부는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 절연층(SZ)이 마련되어 있다.
상기한 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 216)가 볼록부로서 마련되어 있음과 함께, 복수의 열전대(211 내지 216)의 각각의 사이가 떨어지도록 트렌치가 오목부로서 마련되어 있다. 이 때문에, 열전대 소자군(210)은, 이 볼록부와 오목부로 구성된 요철면에 의해, 회절 격자로서 기능한다.
여기서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조가 중심점 대칭이 되도록, 복수의 열전대(211 내지 216)가 배치되어 있다.
본 실시 형태에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 수광면에서 외형이 원형 형상의 밤크헨 구조(Baumkuchen structure)이고, 그 원형 형상의 중심을 축으로 하여 복수의 열전대(211 내지 216)가 대칭이 되도록 형성되어 있다.
구체적으로는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)에서, 제2 열전대(212)와 제5 열전대(215)의 각각은, 평면 형상이 반원 형상이다. 제2 열전대(212)와 제5 열전대(215)는, 조합된 때의 외형이 원형이 되도록, y방향으로 나열되어 있다.
이에 대해, 제1 열전대(211)와 제3 열전대(213)와 제4 열전대(214)와 제6 열전대(216)의 각각은, 평면 형상이 원호형상이다. 제1 열전대(211)와 제3 열전대(213)와 제4 열전대(214)와 제6 열전대(216)의 각각은, 조합된 때의 외형이 원형 형상이 되도록, 제2 열전대(212)와 제5 열전대(215)의 주위에 배치되어 있다. 제1 열전대(211)와 제3 열전대(213)는, 제2 열전대(212)의 상방에서, x방향으로 나열되도록 배치되어 있다. 또한, 제4 열전대(214)와 제6 열전대(216)는, 제5 열전대(215)의 하방에서, x방향으로 나열되도록 배치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 216)의 각각이, 수광면에서 발생하는 플라즈몬 공명에 의한 증폭 전계장 영역(소멸광의 진폭의 배(腹)에 상당하는 영역)에 위치하도록 마련되어 있다. 즉, 복수의 열전대(211 내지 216)에서 제1 금속부(211A 내지 216A)와 제2 금속부(211B 내지 216B)가 접합되는 부분이, 플라즈몬 공명에 의해 국소적으로 전계가 증폭되는 부분에 대응하도록, 각 부분을 형성한다.
그리고, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 배선(H1, H2)이 마련되어 있다. 여기서는, 열전대 소자군(210)에서, 직렬로 접속된 복수의 열전대(211 내지 216)의 일단과 타단의 각각에, 배선(H1, H2)이 접속되어 있다. 또한, 배선(H1, H2)은, 로직 회로(도시 생략)에 접속되어 있다.
구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 직렬로 접속된 복수의 열전대(211 내지 216) 중, 제1 열전대(211)를 구성하는 제1 금속부(211A)의 하단에 배선(H1)이 마련되어 있다. 또한, 제6 열전대(216)를 구성하는 제2 금속부(216A)의 하단에 배선(H2)이 마련되어 있다. 배선(H1, H2)은, 예를 들면, Cu와 같이, 전기 저항이 낮은 도전 재료를 이용하여 형성되어 있다.
상술한 열전대 소자군(210)에서, 그레이팅 구조의 윗면에 입사광(L)이 입사한 때에는, 그 상면의 표면 플라즈몬이 여기(勵起)된다. 그리고, 그 상면 부분에서는, 그곳에서 발생하는 소멸광의 증강 전계에 의해, 국소적으로 열에너지를 받게 된다.
이 때문에, 열전대 소자군(210)에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 윗면측에 위치하는 히트 영역(HT)이 가열된다. 즉, 열전대 소자군(210)의 측온 접점에서는, 온도가 변화한다.
이에 대해, 열전대 소자군(210)에서, 하면측에 위치하는 참조 영역(REF)에 대해서는, 플라즈몬 공명이 발생하지 않기 때문에, 가열되지 않는다. 즉, 열전대 소자군(210)의 기준 접점에서는, 온도가 변하지 않는다.
따라서, 열전대 소자군(210)은, 입사광(L)이 입사한 때에는, 히트 영역(HT)과 참조 영역(REF)의 사이에 온도차가 생기기 때문에, 제베크 효과에 의해, 기전력이 생긴다.
하기의 식(1)에 표시하는 바와 같이, 히트 영역(HT)의 온도(T1)와 참조 영역(REF)의 온도(T0) 사이의 온도차(T1-T0)와, 제베크 계수(Seebeck coefficient)(Zc)의 곱으로 나타나는 기전력(Vi)이, 각 열전대(211 내지 216)에서 얻어진다. 그리고, 열전대 소자군(210)에서는, 하기의 식(2)에 표시하는 바와 같이, 복수의 열전대(211 내지 216)에서 얻어지는 기전력(Vi)의 합으로 나타나는 총전력(Vtot)이 얻어진다.
Vi=Zc(T1-T0) … (1)
Vtot=ΣVi(i=1, 2, 3, …, n) … (2)
구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)의 각각에서는, 기전력(V1, V2, V3)이 생기고, 제1 금속부(211A 내지 213A)로부터, 제2 금속부(211B 내지 213B)에 전류가 흐른다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 제4부터 제6의 열전대(214 내지 216)의 각각에서도, 마찬가지로, 기전력이 생기고 전류가 흐른다. 즉, 제1부터 제6의 열전대(211 내지 216)의 배열 방향에 따라서, 전류가 흐른다.
도 3, 도 4는, 입사광이 그레이팅 구조에 입사한 때의 양상을 도시하는 도면이다.
도 3은 단면도이다. 도 3에서는, 소정의 높이(d)의 볼록부가 소정의 피치(T)에서 수광면에 마련된 금속(Ni 또는 Al)의 그레이팅 구조에, 입사광이 SiO2의 층을 통하여 입사하는 양상을 나타내고 있다.
도 4는, 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 도 4에서는, 도 3에 도시하는 그레이팅 구조에 입사광이 입사한 경우에 있어서, 광의 파장과, 그 흡수량과의 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다. 도 4에서, (a)는, 그레이팅 구조가 Al 단체로 형성된 경우를 나타내고 있고, (b)는, 그레이팅 구조가 Ni 단체로 형성된 경우를 나타내고 있다. 여기서는, 2차원 FDTD(Finite-difference-Time-Domain)법으로 시뮬레이션을 실시한 결과를 나타내고 있다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 그레이팅 구조의 요철에 관해 애스펙트비를 적절히 설정함으로써, 특정한 파장대역의 광에 관해 선택적으로 검출을 할 수 있다. 이와 함께, 재질(유전율)의 차이에 응하여, 특정한 파장대역의 광에 관해 선택적으로 검출을 할 수 있다.
<1.실시 형태 1>
[A. 장치 구성]
(A-1) 카메라의 주요부 구성
도 5는, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 카메라(40)의 구성을 도시하는
구성도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 카메라(40)는, 촬상 소자(1)와, 광학계(42)와, 제어부(43)와, 신호 처리부(44)를 갖는다. 각 부분에 관해, 순차적으로, 설명한다.
촬상 소자(1)는, 광학계(42)를 통하여 피사체상으로서 입사한 입사광(L)을 촬상면(PS)에서 수광하여 신호를 생성한다. 여기서는, 촬상 소자(1)는, 제어부(43)로부터 출력된 제어 신호에 의거하여 구동하고, 신호를 출력한다.
광학계(42)는, 결상 렌즈나 조리개 등의 광학 부재를 포함하고, 입사광(L)을, 촬상 소자(1)의 촬상면(PS)에 집광하도록 배치되어 있다.
제어부(43)는, 각종의 제어 신호를 촬상 소자(1)와 신호 처리부(44)에 출력하고, 촬상 소자(1)와 신호 처리부(44)를 제어하여 구동시킨다. 제어부(43)는, 프로그램에 의해 제어 수단으로서 동작하는 컴퓨터를 포함한다.
신호 처리부(44)는, 촬상 소자(1)로부터 출력된 신호에 관해 신호 처리를 실시함에 의해, 피사체상의 촬상 화상을 생성한다. 신호 처리부(44)는, 프로그램에 의해 신호 처리 수단으로서 동작하는 컴퓨터를 포함한다.
(A-2) 촬상 소자의 주요부 구성
촬상 소자(1)의 전체 구성에 관해 설명한다.
도 6은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 소자(1)의 전체 구성을 도시하는 도면이다. 도 6에서는, 윗면을 나타내고 있다.
촬상 소자(1)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 기판(11)을 포함한다. 기판(11)은, 예를 들면, 실리콘 반도체로 이루어지는 반도체 기판이고, 기판(11)의 면에서는, 촬상 영역(PA)과, 주변 영역(SA)이 마련되어 있다.
촬상 영역(PA)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 4각형 형상이고, 복수의 화소(P)가 수평 방향(x)과 수직 방향(y)의 각각에, 배치되어 있다. 즉, 화소(P)가 매트릭스 형상으로 나열되어 있다. 화소(P)에 상세에 관해서는, 후술한다. 이 촬상 영역(PA)은, 도 1에 도시한 촬상면(PS)에 상당한다.
주변 영역(SA)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 촬상 영역(PA)의 주위에 위치하고 있다. 도시를 생략하고 있지만, 이 주변 영역(SA)에서는, 주변 회로가 마련되어 있다.
예를 들면, 촬상 영역(PA)의 각 화소(P)를 구동하는 구동 회로나, 각 화소(P)에서 생성된 신호를 외부에 출력하는 외부 출력 회로가, 주변 회로로서 마련되어 있다.
(A-3) 촬상 소자의 상세 구성
본 실시 형태에 관한 촬상 소자(1)의 상세 내용에 관해 설명한다.
도 7은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 소자(1)의 주요부를 도시하는 도면이다. 도 7에서는, 화소(P)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 도 7은, 도 1과 마찬가지의 단면에 관해 나타내고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(1)는, 화소(P)가 열전대 소자군(210)을 포함한다. 또한, 각 화소(P)에 대응하도록, 에어 갭층(31)과 마이크로 렌즈(ML)가 마련되어 있다.
열전대 소자군(210)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 기판(11)에서 입사광(L)이 입사하는 측에 위치하는 윗면에 마련되어 있다. 그리고, 열전대 소자군(210)은, 예를 들면, SiO2 등의 절연물로 형성된 절연층(SZ)으로 주위가 덮여 있다.
윗면에 관해서는 도시를 생략하고 있지만, 열전대 소자군(210)은, 도 2에 도시한 경우와 마찬가지로 구성되어 있다.
즉, 상기한 바와 마찬가지로, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조를 구성하도록, 복수의 열전대(211 내지 216)가 사이를 두고 배치되어 있다. 또한, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 수광면에서 발생하고, 그 수광면의 부분의 온도가 변화됨에 의해, 복수의 열전대(211 내지 216)에서 기전력이 생기도록 마련되어 있다(도 2 참조).
예를 들면, 복수의 열전대(211 내지 216)는, 제1 금속부(211A 내지 216A)와 제2 금속부(211B 내지 216B)가, Ni와, Ni와 Cu와의 합금에 의해 형성되어 있다. 그 밖에, 제베크 효과가 알맞게 발생하는 조합으로, 여러 가지의 금속재료를 선택하여 이용하여도 좋다.
에어 갭층(31)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 공극으로서, 열전대 소자군(210)의 윗면에 마련되어 있다. 그리고, 에어 갭층(31)은, 윗면이, 예를 들면, SiO2 등의 절연층(SZ)으로 피복되어 있다. 즉, 에어 갭층(31)은, 열전대 소자군(210)에서, 입사광(L)이 입사한 윗면과, 절연층(SZ) 사이에 개재하도록 형성되어 있다.
또한, 공기를 포함하는 에어 갭층(31)에 대신하여, 진공층을 공극으로서 마련하여도 좋다.
마이크로 렌즈(ML)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)의 윗면을 덮는 절연층(SZ)의 윗면에 마련되어 있다. 마이크로 렌즈(ML)는, 중심이 언저리보다 두껍게 형성된 볼록형 렌즈이고, 입사광(L)을 열전대 소자군(210)의 윗면에 집광하도록 구성되어 있다.
도 8은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 화소(P)의 색 배열을 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(1)는, 적색광을 선택적으로 수광하는 적색 화소(R)와, 녹색광을 선택적으로 수광하는 녹색 화소(G)와, 청색광을 선택적으로 수광하는 청색 화소(B)를 포함한다. 촬상 소자(1)는, 적색 화소(R)와 녹색 화소(G)와 청색 화소(B)의 각각으로부터 얻어지는 신호에 의해, 컬러 화상을 촬상한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 적색 화소(R)와 녹색 화소(G)와 청색 화소(B)의 각각은, 서로 인접하도록 마련되어 있다. 여기서는, 적색 화소(R)와 녹색 화소(G)와 청색 화소(B)의 각각은, 베이어 배열로 나열되도록 배치되어 있다.
구체적으로는, 복수의 녹색 화소(G)가 체크무늬 형상이 되도록, 대각 방향으로 나열되어 배치되어 있다. 그리고, 적색 화소(R)와 청색 화소(B)가, 복수의 녹색 화소(G)의 사이에서, 대각 방향으로 나열되도록 배치되어 있다. 각각은, 화소 사이즈가, 예를 들면, 1.4㎛이고, 막두께가, 예를 들면, 1.0㎛이 되도록 형성되어 있다.
적색 화소(R)와 녹색 화소(G)와 청색 화소(B)의 각각은, 상술한 바와 같이, 열전대 소자군(210)을 포함한다.
적색 화소(R)에서는, 적색광을 선택적으로 수광하여 신호를 출력하도록, 열전대 소자군(210)은, 요철 형상에 관해, 예를 들면, 볼록부의 높이가 55㎚이고, 그 피치가 180㎚의 주기 구조가 되도록 형성되어 있다.
녹색 화소(G)에서는, 녹색광을 선택적으로 수광하여 신호를 출력하도록, 열전대 소자군(210)은, 요철 형상에 관해, 예를 들면, 볼록부의 높이가 35㎚이고, 그 피치가 120㎚의 주기 구조가 되도록 형성되어 있다.
청색 화소(B)에서는, 청색광을 선택적으로 수광하여 신호를 출력하도록, 열전대 소자군(210)은, 요철 형상에 관해, 예를 들면, 볼록부의 높이가 25㎚이고, 그 피치가 90㎚의 주기 구조가 되도록 형성되어 있다.
또한, 열전대 소자군(210)은, 「요철의 최대 간격」이, 검출하는 광의 최대 파장 이하이다.
이 때문에, 적색 화소(R)에서는, 「요철의 최대 간격」이, 예를 들면 700㎚ 이하이다.
녹색 화소(G)에서는, 「요철의 최대 간격」이, 예를 들면, 600㎚ 이하이다.
청색 화소(B)에서는, 「요철의 최대 간격」이, 예를 들면, 500㎚ 이하이다.
또한, 「요철의 간격」이란, 반복 배치된 볼록부와 볼록부 또는 오목부와 오목부 사이의 거리(피치 폭)를 나타내고 있다.
또한, 열전대 소자군(210)에서는, 열전대의 수를, 적절히, 설정 가능하다. 열전대의 수를 증가시킴으로써, 감도를 향상시킬 수 있다.
[B. 제조 방법]
이하에서, 상기한 촬상 장치를 제조하는 제조 방법의 주요부에 관해 설명한다.
도 9 내지 도 13은, 본 발명에 관한 실시 형태 1에서, 촬상 장치를 제조하는 방법의 공정에 관한 주요부를 도시하는 도면이다. 도 9 내지 도 13은, 도 7과 마찬가지의 단면에 관해 도시하고 있다. 도 9 내지 도 13에서, (a) 내지 (k)에 나타내는 각 공정을 순차적으로 경유하여, 도 7 등에 도시하는 촬상 소자(1)에 관해 제조를 한다.
또한, 도 9 내지 도 13에서는, 열전대 소자군(210)을 구성하는 복수의 열전대(211 내지 216) 중, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)를 형성하는 부분에 관해 나타내고 있다. 제4부터 제6의 열전대(214 내지 216)에 관해서는, 도시를 생략하고 있지만, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)와 동일 공정으로 형성된다.
(a) 절연층(SZ1)의 형성
촬상 소자(1)를 제조할 때에는, 우선, 도 9(a)에 도시하는 바와 같이, 절연층(SZ1)을 형성한다.
여기서는, 실리콘 반도체로 이루어지는 기판(11)의 윗면에, CVD법에 의해, SiO2를 성막함으로써, 절연층(SZ1)을 형성한다. 예를 들면, 막두께가 100㎚ 이하가 되도록, 절연층(SZ1)을 형성한다.
(b) 배선(H1)의 형성
다음에, 도 9(b)에 도시하는 바와 같이, 배선(H1)을 형성한다.
여기서는, 절연층(SZ1)에서 배선(H1)을 형성하는 부분에 트렌치를 형성 후, 그 트렌치에 도전 재료를 매입함으로써, 배선(H1)을 형성한다.
예를 들면, 드라이 에칭 처리에 의해, 절연층(SZ1)에 트렌치를 형성한다. 그리고, 예를 들면, 스퍼터링법에 의해, Cu 등의 금속재료를 퇴적시킴으로써, 배선(H1)을 형성한다. 또한, 배선(H2)에 대해서도, 상기와 동일한 공정으로 형성한다.
(c) 절연층(SZ2)의 형성
다음에, 도 9(c)에 도시하는 바와 같이, 절연층(SZ2)을 형성한다.
여기서는, 절연층(SZ1)의 윗면에, CVD법에 의해, SiO2를 성막함으로써, 절연층(SZ2)을 형성한다. 예를 들면, 절연층(SZ1)과 절연층(SZ2)을 합친 막두께가, 200㎚ 이하가 되도록, 절연층(SZ2)을 형성한다.
(d) 절연층(SZ2)의 패턴 가공
다음에, 도 9(d)에 도시하는 바와 같이, 절연층(SZ2)에 대해 패턴 가공한다.
여기서는, 열전대 소자군(210)을 구성하는 각 열전대(211 내지 216)의 하부에서 기판(11)의 윗면에 따른 하부 수평 부분을 형성하는 영역(도 1, 도 7 참조)을 제거하도록, 절연층(SZ2)을 패턴 가공한다.
예를 들면, 드라이 에칭 처리에 의해, 절연층(SZ2)에 대해 패턴 가공한다. 이에 의해, 각 열전대(211 내지 216)의 하부 수평 부분에 대응하는 부분에, 트렌치가 형성된다.
(e) 제1 금속층(21A)의 형성
다음에, 도 10(e)에 도시하는 바와 같이, 제1 금속층(21A)을 형성한다.
여기서는, 앞 공정에서 형성된 트렌치의 내부에 마스크 패턴(PM1)을 형성한다. 마스크 패턴(PM1)에 관해서는, 열전대 소자군(210)을 구성하는 각 열전대(211 내지 216)의 하부에서 제2 금속부(211B 내지 216B)를 형성하는 부분의 면을 피복하고, 제1 금속부(211A 내지 216A)를 형성하는 부분의 면이 노출하도록 형성한다. 포토리소그래피 기술을 이용하여 포토레지스트막을 가공함으로써, 이 마스크 패턴(PM1)을 형성한다.
그리고, 그 마스크 패턴(PM1)이 마련된 트렌치의 내부를 금속재료로 매입하도록, 절연층(SZ2) 및 마스크 패턴(PM1)의 윗면에 금속재료를 성막한다. 여기서는, 각 열전대(211 내지 216)를 구성하는 제1 금속부(211A 내지 216A)와 동일한 금속재료를 성막한다.
그 후, 예를 들면, CMP 처리를 실시함으로써, 절연층(SZ2) 및 마스크 패턴(PM1)의 윗면을 노출시킴으로써, 제1 금속층(21A)을 형성한다.
(f) 제2 금속층(22B)의 형성
다음에, 도 10(f)에 도시하는 바와 같이, 제2 금속층(22B)을 형성한다.
여기서는, 트렌치의 내부로부터 마스크 패턴(PM1)을 제거한 후에, 그 트렌치의 내부를 금속재료로 매입하도록, 절연층(SZ2) 및 제1 금속층(21A)의 윗면에 금속재료를 성막한다. 여기서는, 각 열전대(211 내지 216)를 구성하는 제2 금속부(211B 내지 216B)와 동일한 금속재료를 성막한다.
그 후, 예를 들면, CMP 처리를 실시함으로써, 절연층(SZ2) 및 마스크 패턴(PM1)의 윗면을 노출시킴으로써, 제2 금속층(22B)을 형성한다.
(g) 절연층(SZ3)의 형성
다음에, 도 11(g)에 도시하는 바와 같이, 절연층(SZ3)에 관해 형성한다.
여기서는, 절연층(SZ2)의 윗면에, CVD법에 의해, SiO2를 성막함으로써, 절연층(SZ3)을 형성한다. 예를 들면, 막두께가, 100㎚ 이하가 되도록, 절연층(SZ3)을 형성한다.
그리고, 절연층(SZ3)에 대해 패턴 가공한다.
여기서는, 열전대 소자군(210)을 구성하는 각 열전대(211 내지 216)에서 기판(11)의 윗면에 수직한 수직 부분을 형성하는 영역(도 1, 도 7 참조)을 제거하도록, 절연층(SZ3)을 패턴 가공한다.
예를 들면, 절연층(SZ3)에 대해 드라이 에칭 처리를 실시함으로써, 절연층(SZ3)을 패턴 가공한다. 이에 의해, 각 열전대(211 내지 216)의 수직 부분에 대응하는 부분에, 트렌치가 형성된다.
(h) 제3 금속층(23A)의 형성
다음에, 도 11(h)에 도시하는 바와 같이, 제3 금속층(23A)을 형성한다.
여기서는, 제3 금속층(23A)의 형성 전에, 마스크 패턴(PM2)을 형성한다. 마스크 패턴(PM2)에 관해서는, 앞 공정에서 형성된 트렌치 중, 각 열전대(211 내지 216)에서 제2 금속부(211B 내지 216B)를 형성하는 부분의 트렌치를 매입하고, 제1 금속부(211A 내지 216A)를 형성하는 부분의 면이 노출하도록 형성한다. 이와 함께, 절연층(SZ3)의 윗면에서, 각 열전대(211 내지 216)의 제2 금속부(211B 내지 216B)를 형성하는 부분의 면을 피복하고, 제1 금속부(211A 내지 216A)를 형성하는 부분의 면이 노출하도록, 마스크 패턴(PM2)을 형성한다. 포토리소그래피 기술을 이용하여 포토레지스트막을 가공함으로써, 이 마스크 패턴(PM2)을 형성한다.
그리고, 그 마스크 패턴(PM2)의 트렌치 내부를 금속재료로 매입하도록, 절연층(SZ3) 및 마스크 패턴(PM2)의 윗면에 금속재료를 성막한다. 여기서는, 각 열전대(211 내지 216)를 구성하는 제1 금속부(211A 내지 216A)와 동일한 금속재료를 성막한다.
그 후, 예를 들면, CMP 처리를 실시함으로써, 마스크 패턴(PM2)의 윗면을 노출시킴으로써, 제3 금속층(23A)을 형성한다.
(i) 제4 금속층(24B)의 형성
다음에, 도 12(i)에 도시하는 바와 같이, 제4 금속층(24B)을 형성한다.
여기서는, 제4 금속층(24B)의 형성 전에, 마스크 패턴(PM2)을 제거한다. 그리고, 마스크 패턴(PM3)을 형성한다. 마스크 패턴(PM3)에 관해서는, 절연층(SZ3)의 윗면에서, 각 열전대(211 내지 216)의 제2 금속부(211B 내지 216B)를 형성하는 부분의 면이 노출되고, 다른 부분이 피복되도록 형성한다. 포토리소그래피 기술을 이용하여 포토레지스트막을 가공함으로써, 이 마스크 패턴(PM3)을 형성한다.
그리고, 절연층(SZ3) 및 마스크 패턴(PM3)에 마련된 트렌치의 내부를 금속재료로 매입하도록, 절연층(SZ3) 및 제3 금속층(23A)의 윗면에 금속재료를 성막한다. 여기서는, 각 열전대(211 내지 216)를 구성하는 제2 금속부(211B 내지 216B)와 동일한 금속재료를 성막한다.
그 후, 예를 들면, CMP 처리를 실시함으로써, 제3 금속층(23A)의 윗면을 노출시킴으로써, 제4 금속층(24B)을 형성한다.
이에 의해, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제1 금속층(21A), 제2 금속층(22B), 제3 금속층(23A), 제4 금속층(24B)을 이용하여 각 열전대(211 내지 216)가 형성된다.
(j) 절연층(SZ4)의 형성
다음에, 도 12(j)에 도시하는 바와 같이, 절연층(SZ4)에 관해 형성한다.
여기서는, 절연층(SZ4)의 형성 전에, 마스크 패턴(PM3)을 제거한다. 그리고, 마스크 패턴(PM3)이 제거된 부분에, CVD법에 의해, SiO2를 매입함으로써, 절연층(SZ4)을 형성한다.
(k) 에어 갭층(31)의 형성 다음에, 도 13(k)에 도시하는 바와 같이, 에어 갭층(31)을 형성한다.
여기서는, 다른 기판(11Z)의 한쪽의 면에 절연층(SZ5)을 마련한다. 예를 들면, 막두께가, 100㎚ 이하가 되도록, CVD법에 의해, SiO2를 성막함으로써, 절연층(SZ5)을 형성한다.
그리고, 절연층(SZ5)에서 에어 갭층(31)을 형성하는 부분을 제거하고, 절연층(SZ5)에 트렌치를 형성한다. 예를 들면, 깊이가 30㎚ 이하가 되도록, 절연층(SZ5)에 대해 드라이 에칭 처리함으로써, 절연층(SZ5)에 트렌치를 형성한다.
이 후, 기판(11Z)에서 절연층(SZ5)을 마련된 면을, 기판(11)에서 절연층(SZ4)이 마련된 면에 접합한다.
이 접합에 관해서는, 저압(100mT 이하)의 환경하에서 실시한다.
이에 의해, 복수의 절연층(SZ1 내지 SZ5)에 의해, 각 열전대(211 내지 216)의 주위를 피복하도록, 절연층(SZ)이 마련된다.
접합에 관해서는, 다음과 같이 실시하여도 좋다.
우선, 희생층(유기계 재료)을 그레이팅 바로 위에 형성하고, 그 후, SiO2를 CVD법 등의 성막법으로 형성한다. 다음에, 이것에 드라이 에칭으로 홀을 복수 뚫어서, O2애싱 처리를 실시함으로써, 하층의 희생층을 제거한다. 최후에, 커버리지가 나쁜 막으로 구멍을 막는다. 예를 들면, PVD법으로 산화막을 퇴적시킴으로써 구멍을 막는다.
상기 프로세스에서, 예를 들면, SiO2막에 대해 드라이 에칭 처리할 때에는, CCP(Capacitive Coupled Plasma) 에칭 장치를 이용한다.
구체적으로는, 하기의 드라이 에칭 조건으로 실시한다.
?가스종류와 유량 : C4F8/O2/Ar=11/8/400sccm
?압력 : 30mT
?상부 인가 파워 : 1500W
?하부 인가 파워 : 1500W
?에칭 시간 : 120s
?RF 주파수 : 상부/하부=60MHz/13.56MHz
또한, 가공 조건, 사용 장치(CCP 이외의 ICP(Inductive Coupled Plasma)나 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 등)는, 이것으로 한정되지 않는다.
(l) 마이크로 렌즈(ML)의 형성
다음에, 도 7에 도시한 바와 같이, 마이크로 렌즈(ML)를 형성한다.
여기서는, 기판(11Z)(도 13 참조)에 대해 제거하여, 절연층(SZ)의 윗면이 노출된다. 그 후, 그 절연층(SZ)의 윗면에 마이크로 렌즈(ML)를 형성한다.
예를 들면, 마이크로 렌즈(ML)에 관해서는, 감광성 수지막을 포토리소그래피 기술로 패턴 가공한 후에, 리플로우 처리로 렌즈 형상으로 변형시킴으로써 형성한다. 이 밖에, 렌즈 재료로 이루어진 막 위에 렌즈 형상의 레지스트막을 형성한 후, 에치백 처리를 실시함으로써, 마이크로 렌즈(ML)를 형성하여도 좋다.
[C. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태의 촬상 소자(1)는, 복수의 열전대(211 내지 216)가 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군(210)을, 화소(P)가 포함한다. 열전대 소자군(210)은, 수광면이 그레이팅 구조를 구성하도록, 복수의 열전대(211 내지 216)가 사이를 두고 배치되어 있다. 또한, 상기 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생한다. 그리고, 그에 의해, 열전대 소자군(210)에서 입사광(L)이 입사하는 부분의 온도가 변하고, 복수의 열전대(211 내지 216)에서 기전력이 발생한다(도 1, 도 2, 도 7 참조).
이 때문에, 본 실시 형태는, 반도체층에서의 광전 변환을 이용하지 않고서, 기전력으로부터 신호를 얻기 때문에, 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하여, 화상 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 그레이팅 표면에서 발생하는 플라즈몬 공명에 의해, 국소적으로 증폭된 전계 에너지를 이용하고 있기 때문에, 고감도화를 실현할 수 있다. 또한, 입사광(L)의 수광 전후의 혼색이 발생하기 어렵기 때문에, 선명한 색조를 재현 가능하다.
따라서 촬상 화상의 화상 품질을 향상 가능하다.
또한, 본 실시 형태는, 컬러 필터가 없더라도, 그레이팅에 의해 분광이 가능하기 때문에, 전체를 박막화하는 것을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 혼색의 발생에 관해 억제가능하다.
또한, 본 실시 형태는, 열전대 소자군(210)의 형성에서 불순물의 이온 주입이 불필요하기 때문에, 비용 저감, 프로세스 공정수의 삭감, 시뮬레이션 평가 공수의 삭감 등을 용이하게 실현할 수 있다.
상기 외에, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 입사광(L)이 입사하는 윗면에 절연층(SZ)이 마련되어 있음과 함께, 그 입사광(L)이 입사하는 윗면과 절연막의 사이에, 에어 갭층(31)이 개재되어 있다. 에어 갭층(31)은, 공극이고, 열전대 소자군(210)보다도 열전도율이 낮다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 에어 갭층(31)은, 열전대 소자군(210)의 히트 영역(HT)으로부터 외부에 전달하는 열을 차단할 수 있다. 따라서, 복수의 열전대(211 내지 216)에서는, 효율 좋게 열기전력이 발생하기 때문에, 고감도화를 더욱 알맞게 실현할 수 있다(도 1, 도 2, 도 7 참조).
본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 수광면에서 그레이팅 구조가 중심점 대칭이 되도록, 복수의 열전대(211 내지 216)가 배치되어 있다(도 2 참조). 이 때문에, 입사광(L)의 편광성에 의존하지 않고서, 자연광과 같이 다양한 편광 성분이 혼재된 광에 관해 검출하고, 고감도를 실현할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 복수의 열전대(211 내지 216)의 각각은, 서로 열전능이 다른 제1 금속부(211A 내지 216A)와 제2 금속부(211B 내지 216B)가 수광면에 따라서 나열되어 있다. 그리고, 복수의 열전대(211 내지 216)의 각각은, 기판(11)의 깊이 방향(z)에서 입사광(L)이 입사하는 측에서 제1 금속부(211A 내지 216A)의 일단과 제2 금속부(211B 내지 216B)의 일단이 접합되어 있다. 이와 함께, 입사광(L)이 출사하는 측에 제1 금속부(211A 내지 216A)의 타단과 제2 금속부(211B 내지 216B)의 타단이 위치하고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 각 열전대(211 내지 216)의 측온 접점이, 수광면에 나열되고, 기준 접점이 수광면을 점유하지 않기 때문에, 더욱 고감도화를 실현할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 216)의 각각이, 수광면에서 발생하는 플라즈몬 공명에 의한 증폭 전계장 영역에 위치하도록 마련되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 더욱, 고감도화를 용이하게 실현할 수 있다.
[D. 변형례]
열전대 소자군(210)에 관해서는, 상기 이외에 다양한 형태를 적용할 수 있다. 하기에, 그 변형례를 나타낸다.
(변형례 1)
도 14는, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 변형례 1에서, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 도면이다. 도 14에서는, 도 2와 마찬가지로, 윗면을 모식적으로 나타내고 있다. 단면에 관해서는, 도 1과 마찬가지이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 본 변형례에서는, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 220)로 구성되어 있다. 여기서는, 제1부터 제10의 열전대(211 내지 220)의 10개의 열전대가 마련되어 있다. 이와 같이, 본 변형례에서는, 상기한 실시 형태 1의 경우보다도 많은 열전대를 포함한다. 이 점, 및, 이에 관련되는 점을 제외하고, 본 변형례는, 상기한 실시 형태 1의 경우와 마찬가지이다. 이 때문에, 중복 부분에 관해서는, 적절히, 설명을 생략한다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 220)가, 기판(11)의 윗면(xy면)에 따라서 나열되어 있고, 직렬로 접속되어 있다.
복수의 열전대(211 내지 220)의 각각은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 제1 금속부(211A) 내지 220A와, 제2 금속부(211B) 내지 220B를 포함하고, 서로 접합되어 있다.
본 변형례에서는, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조를 구성하도록, 복수의 열전대(211 내지 220)가 사이를 두고 배치되어 있다. 즉, 단면에 관해서는 도시를 생략하고 있지만, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 220)가 볼록부로서 마련되어 있음과 함께, 복수의 열전대(211 내지 220)의 각각의 사이에 트렌치가 오목부로서 마련되어 있다.
또한, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조가 중심점 대칭이 되도록, 복수의 열전대(211 내지 220)가 배치되어 있다. 여기서는, 열전대 소자군(210)은, 수광면에서 외형이 원형 형상의 밤크헨 구조이고, 그 원형 형상의 중심을 축으로 하여 복수의 열전대(211 내지 220)가 대칭이 되도록 형성되어 있다.
그리고, 도 14에 도시하는 바와 같이, 배선(H1, H2)이 마련되어 있다. 여기서는, 열전대 소자군(210)에서, 직렬로 접속된 복수의 열전대(211 내지 220)의 일단과 타단의 각각에, 배선(H1, H2)이 접속되어 있다. 배선(H1, H2)은, 로직 회로(도시 생략)에 접속되어 있다.
이와 함께, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 복수의 열전대(211 내지 220)에서 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
구체적으로는, 도 14에서 굵은 화살표로 도시하는 바와 같이, 제1부터 제10의 열전대(211 내지 210)의 각각에서, 기전력이 생겨서, 전류가 흐른다. 즉, 제1부터 제10의 열전대(211 내지 220)의 배열 방향에 따라서, 전류가 흐른다.
본 변형례에서는, 상기한 실시 형태 1의 경우보다도 열전대가 많다. 이 때문에, 더욱 검출 감도를 향상할 수 있다.
(변형례 2)
도 15는, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 변형례 2에서, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 도면이다. 도 15에서는, 도 2와 마찬가지로, 윗면을 모식적으로 나타내고 있다. 단면에 관해서는, 도 1과 마찬가지이다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 본 변형례에서는, 열전대 소자군(210)은, 변형례 1과 마찬가지로, 제1부터 제10의 열전대(211 내지 220)의 10개의 열전대가 마련되어 있다. 그렇지만, 본 변형례에서는, 수광면에서의 열전대 소자군(210)의 외형이, 변형례 1과 다르다. 이 점, 및, 이것에 관한 점을 제외하고, 본 변형례는, 상기한 실시 형태 1의 경우와 마찬가지이다. 이 때문에, 중복 부분에 관해서는, 적절히, 설명을 생략한다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 220)가, 상기한 변형례 1의 경우와 마찬가지로, 기판(11)의 윗면(xy면)에 따라서 나열되어 있고, 직렬로 접속되어 있다.
열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조를 구성하도록, 복수의 열전대(211 내지 220)가 사이를 두고 배치되어 있다. 즉, 단면에 관해서는 도시를 생략하고 있지만, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 220)가 볼록부로서 마련되어 있음과 함께, 복수의 열전대(211 내지 220)의 각각의 사이에 트렌치가 오목부로서 마련되어 있다.
또한, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조가 중심점 대칭이 되도록, 복수의 열전대(211 내지 220)가 배치되어 있다. 여기서는, 변형례 1과 달리, 열전대 소자군(210)은, 수광면에서의 외형이 다각형의 구조이고, 그 다각형상의 중심을 축으로 하여 복수의 열전대(211 내지 220)가 대칭이 되도록 형성되어 있다.
구체적으로는, 열전대 소자군(210)은, 외형이 육각형의 허니컴 구조로 형성되어 있다.
그리고, 도 15에 도시하는 바와 같이, 배선(H1, H2)이 마련되어 있다. 여기서는, 열전대 소자군(210)에서, 직렬로 접속된 복수의 열전대(211 내지 220)의 일단과 타단의 각각에, 배선(H1, H2)이 접속되어 있다. 또한, 배선(H1, H2)은, 로직 회로(도시 생략)에 접속되어 있다.
이와 함께, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 복수의 열전대(211 내지 220)에서 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
구체적으로는, 도 15에서 굵은 화살표로 도시하는 바와 같이, 제1부터 제10의 열전대(211 내지 220)의 각각에서, 기전력이 생겨서, 전류가 흐른다. 즉, 제1부터 제10의 열전대(211 내지 220)의 배열 방향에 따라서, 전류가 흐른다.
본 변형례에서는, 상기한 실시 형태 1의 경우보다도 열전대가 많다. 이 때문에, 더욱 검출 감도를 향상할 수 있다.
(변형례 3)
도 16, 도 17은, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 변형례 3에서, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 도면이다. 도 16, 도 17에서는, 도 2와 마찬가지로, 윗면을 모식적으로 나타내고 있다. 도 16은, 열전대 소자군(210)을 구성하는 복수의 열전대(211 내지 219)를 나타내고 있다. 또한, 도 17에서는, 그 복수의 열전대(211 내지 219)와 함께, 복수의 열전대(211 내지 219)의 사이의 접속 관계에 관해 나타내고 있다. 단면에 관해서는, 도 1과 마찬가지이다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 본 변형례에서는, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 219)로 구성되어 있다. 여기서는, 제1부터 제9의 열전대(211 내지 219)의 9개의 열전대가 마련되어 있다. 이와 같이, 본 변형례에서는, 상기한 실시 형태 1의 경우보다도 많은 열전대를 포함한다. 또한, 각 열전대(211 내지 219)의 형상 및 배치가, 실시 형태 1의 경우와 다르다. 이들의 점, 및, 이들에 관련되는 점을 제외하고, 본 변형례는, 상기한 실시 형태 1의 경우와 마찬가지이다. 이 때문에, 중복 부분에 관해서는, 적절히, 설명을 생략한다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 219)가, 기판(11)의 윗면(xy면)에 따라서 나열되어 있다.
본 변형례에서도, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조를 구성하도록, 복수의 열전대(211 내지 219)가 사이를 두고 배치되어 있다. 즉, 복수의 열전대(211 내지 219)가 볼록부로서 마련되어 있음과 함께, 복수의 열전대(211 내지 219)의 각각의 사이에 트렌치가 오목부로서 마련되어 있다. 또한, 열전대 소자군(210)은, 그 구레테잉 구조가 중심점 대칭이 되도록, 복수의 열전대(211 내지 219)가 배치되어 있다.
여기서는, 복수의 열전대(211 내지 219)의 각각은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 윗면이 사각형 형상이고, x방향과 y방향의 각각에서, 복수가 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.
구체적으로는, 열전대 소자군(210)은, x방향으로 3개의 열전대가 일정한 피치로 나열됨과 함께, y방향으로 3개의 열전대가 일정한 피치로 나열된 구조이다. 그리고, 제1 열전대(211)를 중심으로 하여, 다른 열전대(212 내지 219)가, x방향, y방향, 및, 이들에 대해 경사진 방향에서 대칭이 되도록 배치되어 있다.
복수의 열전대(211 내지 219)의 각각은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 제1 금속부(211A 내지 219A)와, 제2 금속부(211B 내지 219B)를 포함한다. 복수의 열전대(211 내지 219)의 각각에서는, 제1 금속부(211A 내지 219A)와, 제2 금속부(211B 내지 219B)가 x방향으로 나열되도록 배치되어 있고, 서로가 접합되어 있다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 복수의 열전대(211 내지 219)의 각각은, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 직렬로 접속되어 있다. 즉, 복수의 열전대(211 내지 219)의 각각은, 깊이 방향의 하측 부분에서, 직렬로 접속되어 있다.
구체적으로는, 중심에 위치하는 제1 열전대(211)가, 그 우측에 위치하는 제2 열전대(212)와 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 제2 열전대(212)가, 그 상측에 위치하는 제3 열전대(213)와 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 제3 열전대(213)가, 그 좌측에 위치하는 제4 열전대(214)와 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 제4 열전대(214)가, 그 좌측에 위치하는 제5 열전대(215)와 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 제5 열전대(215)가, 그 하측에 위치하는 제6 열전대(216)와 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 제6 열전대(216)가, 그 하측에 위치하는 제7 열전대(217)와 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 제7 열전대(217)가, 그 우측에 위치하는 제8 열전대(218)와 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 제8 열전대(218)가, 그 우측에 위치하는 제9 열전대(219)와 직렬로 접속되어 있다.
그리고, 도 16, 도 17에 도시하는 바와 같이, 배선(H1, H2)이 마련되어 있다. 여기서는, 열전대 소자군(210)에서, 직렬로 접속된 복수의 열전대(211 내지 219)의 일단과 타단의 각각에, 배선(H1, H2)이 접속되어 있다. 또한, 배선(H1, H2)은, 로직 회로(도시 생략)에 접속되어 있다.
이와 함께, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 복수의 열전대(211 내지 219)에서 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
구체적으로는, 도 17에서 굵은 화살표로 도시하는 바와 같이, 제1부터 제9의 열전대(211 내지 219)의 각각에서, 기전력이 생겨서, 전류가 흐른다. 즉, 제1부터 제9의 열전대(211 내지 219)의 배열 방향에 따라서, 전류가 흐른다.
본 변형례에서는, 상기한 실시 형태 1의 경우보다도 열전대가 많다. 이 때문에, 더욱 검출 감도를 향상할 수 있다.
<2. 실시 형태 2>
[A. 장치 구성 등]
도 18은, 본 발명에 관한 실시 형태 2에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 18에서는, 화소(P)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 도 18은, 도 1과 같은 부분의 단면에 관해 나타내고 있다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 금속막(41)가 마련되어 있다. 이 점을 제외하고, 본 실시 형태는, 실시 형태 1과 마찬가지이다. 이 때문에, 중복되는 부분에 관해서는, 적절히, 기재를 생략한다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 기판(11)에서 입사광(L)이 입사하는 측의 윗면에 마련되어 있다. 상세에 관해서는 도시를 생략하고 있지만, 열전대 소자군(210)은, 도 1과 도 2에 도시한 경우와 마찬가지로 구성되어 있다.
금속막(41)은, 도 18에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)에서, 입사광(L)이 입사하는 윗면을 피복하도록 형성되어 있다. 여기서는, 금속막(41)은, 윗면이 요철의 그레이팅 구조이고, 그 상면을 피복하고 있다.
금속막(41)은, 열전대(211 내지 216)(도 2 참조)를 구성하는 제1 금속부(211A 내지 216A) 및 제2 금속부(211B 내지 216B) 보다도, 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 생기기 쉬운 금속을 이용하여 형성되어 있다. 금속막(41)은, 예를 들면, 스퍼터링법에 의해, 알루미늄을 성막함으로써 형성된다. 금속막(41)은, 예를 들면, 두께가 30㎚가 되도록 형성되어 있다.
금속막(41)은, 요철 주기에 응하여, 알루미늄 이외의 금속을 이용하여 형성하여도 좋다. 플라즈몬 공명은, 소멸파(evanescent wave)의 분산 관계가, 표면 플라즈몬의 그것에 일치하는 경우에 일어난다. 즉, 요철 구조(주기(L))가 있는 경우는, 하기의 식이 성립한다.
(w/c) x sinθ=(w/c)(e1*e2/(e1+e2))^0.5+2π/L
(여기서는, w : 진동수, c : 광속, θ : 입사각, e1, e2 : 매질(에어 갭층(31)), 금속(금속막(41))의 유전율의 실부(實部)이다.)
이 때문에, 전술한 도 4에서 나타낸 조건의 경우에는, 금속막(41)은, 「알루미늄과 비슷한 유전율의 실부를 갖는 금속」을 이용하는 것이 알맞지만, 요철 주기에 의해서는, 알루미늄 이외의 다른 금속을 이용하는 것이 알맞게 된다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 입사광(L)이 그레이팅 구조의 수광면에 입사하여 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 부분의 온도가 변화됨에 의해, 기전력이 생기도록 구성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하여, 화상 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 등의 여러 가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 생기기 쉬운 금속으로 형성된 금속막(41)이, 열전대 소자군(210)에서, 입사광(L)이 입사한 윗면을 피복하고 있다. 이 때문에, 입사광(L)이 입사한 때는, 금속막(41)에서 플라즈몬 공명이 생기고, 플라즈몬 공명에 의한 열이, 금속막(41)에 분포한다.
본 실시 형태에서는, 금속막(41)에서, 실시 형태 1의 경우보다도 플라즈몬 공명이 생기기 쉽기 때문에, 고감도화를 용이하게 실현할 수 있다.
따라서 촬상 화상의 화상 품질을 더욱 향상할 수 있다.
<3.실시 형태 3>
[A. 장치 구성 등]
도 19는, 본 발명에 관한 실시 형태 3에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 19에서는, 화소(P)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 도 19는, 도 1과 동일한 부분의 단면에 관해 나타내고 있다.
도 19에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 하나의 화소(P)가, 복수의 열전대 소자군(210)을 포함하도록 구성되어 있다. 또한, 배선(H1, H2)이 마련된 위치가 다르다. 이들의 점, 및, 이들에 관련되는 점을 제외하고, 본 실시 형태는, 실시 형태 1과 마찬가지이다. 이 때문에, 중복되는 부분에 관해서는, 적절히, 기재를 생략한다.
도 19에 도시하는 바와 같이, 2개의 열전대 소자군(210)이, 기판(11)에서 입사광(L)이 입사하는 측에 위치하는 윗면에 마련되어 있다. 2개의 열전대 소자군(210)은, 기판(11)의 깊이 방향(z)에서 적층되도록 마련되어 있다. 상세에 관해서는 도시를 생략하고 있지만, 열전대 소자군(210)의 각각은, 도 1과 도 2에 도시한 경우와 마찬가지로 구성되어 있다. 그리고, 2개의 열전대 소자군(210)은, 직렬로 접속되어 있다.
도 19에 도시하는 바와 같이, 배선(H1, H2)은, 직렬로 접속된 2개의 열전대 소자군(210)에서, 일단과 타단의 각각에 전기적으로 접속되도록 마련되어 있다.
여기서는, 한쪽의 배선(H1)은, 상단의 열전대 소자군(210)의 측면에 마련되어 있다. 이에 대해, 다른쪽의 배선(H2)은, 하단의 열전대 소자군(210)의 측면에 마련되어 있다.
또한, 열전대 소자군(210)의 각각은, 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 기전력이 생기도록 마련되어 있다.
여기서는, 상단의 열전대 소자군(210)에 입사광(L)이 입사하고, 기전력이 생김과 함께, 상단의 열전대 소자군(210)을 통하여, 하단의 열전대 소자군(210)에 입사광(L)이 입사하여 기전력이 생긴다. 즉, 상단의 열전대 소자군(210) 및 하단의 열전대 소자군(210)을 구성하는 각 열전대에서, 기전력이 생기고, 직렬로 접속된 각 열전대의 배열 방향에 따라서, 전류가 흐른다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 상단의 열전대 소자군(210)을 출사된 광에 관해, 하단의 열전대 소자군(210)이 수광하여 기전력이 생기고, 신호가 얻어진다. 이 때문에, 더욱 검출 감도를 향상할 수 있다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 입사광(L)이 그레이팅 구조의 수광면에 입사하여 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 부분의 온도가 변화됨에 의해, 기전력이 생기도록 구성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하고, 화상 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 등의 여러 가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 하나의 화소(P)에 관해, 복수의 열전대 소자군(210)을 적층시키고 있기 때문에, 더욱 검출 감도를 향상할 수 있다.
따라서 촬상 화상의 화상 품질을 더욱 향상할 수 있다.
또한, 열전대 소자군(210)을 적층시키는 수는, 상기로 한정되지 않고, 3 이상이라도 좋다.
<4. 실시 형태 4>
[A. 장치 구성 등]
도 20으로부터 도 22는, 본 발명에 관한 실시 형태 4에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 20, 도 21은, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 상면도이다. 도 20, 도 21으로는, 도 2와 마찬가지로, 윗면을 모식적으로 나타내고 있다. 도 20으로는, 열전대 소자군(210)을 구성하는 복수의 열전대(211 내지 224)를 나타내고 있다. 또한, 도 21으로는, 그 복수의 열전대(211 내지 225)와 함께, 복수의 열전대(211 내지 225)의 사이의 접속 관계에 관해 나타내고 있다. 도 21으로는, 복수의 열전대(211 내지 225)의 사이의 접속 관계를 나타내기 위해(때문에), 도 20로 도시하고 있는 차광막(SM)에 관해 나타내고 있지 않다.
도 22는, 열전대 소자군(210)의 주요부를 도시하는 단면도이다. 도 22에 있어서, (a)는, 도 20, 도 21의 X1-X2 부분의 단면을 나타내고 있다. 도 22에 있어서, (b)는, 도 20, 도 21의 X3-X4 부분의 단면을 나타내고 있다.
각 도면에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 제1부터 제15의 열전대(211 내지 225)의 15개의 열전대가 마련되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 상기한 실시 형태 1의 경우보다도 열전대가 많다. 또한, 각 열전대(211 내지 225)의 형상 및 배치가, 실시 형태 1의 경우와 다르다. 이 밖에, 차광막(SM)이 마련되어 있다. 이들의 점, 및, 이들에 관련되는 점을 제외하고, 본 실시 형태는, 상기한 실시 형태 1의 경우와 마찬가지이다. 이 때문에, 중복 부분에 관해서는, 적절히, 설명을 생략한다.
도 20 내지 도 22에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 복수의 열전대(211 내지 225)가, 기판(11)의 윗면(xy면)에 따라서 나열되어 있다. 또한, 복수의 열전대(211 내지 225)의 윗면의 일부를 피복하도록, 차광막(SM)이 마련되어 있다.
도 20 내지 도 22에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 그레이팅 구조를 구성하도록, 복수의 열전대(211 내지 225)가 사이를 두고 배치되어 있다. 또한, 열전대 소자군(210)은, 그 그레이팅 구조가 중심점 대칭이 되도록, 복수의 열전대(211 내지 225)가 배치되어 있다.
여기서는, 복수의 열전대(211) 내지 221의 각각은, 도 20에 도시하는 바와 같이, 윗면이 차광막(SM)로 피복된 부분 이외의 부분이, 사각형 형상이고, x방향과 y방향과의 각각에서 매트릭스 모양으로 배치되어 있다. 이 사각형 형상의 부분이, x방향과 y방향과의 각각에서 동일 간격으로 나열된 부분을 포함하도록, 열전대 소자군(210)이 구성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 중앙 부분에서는, x방향에 3개의 열전대가 나란히 함과 함께, y방향에 3개의 열전대가 나열되어 있다. 구체적으로는, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)가, x방향에서 왼쪽에서 위에 순차적으로 나열되도록 마련되어 있다. 그리고, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)의 하방에서는, 제6으로부터 제9의 열전대(216 내지 219)가, x방향에서 위로부터 왼쪽에 순차적으로 나열되도록 마련되어 있다. 그리고, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)의 상방에서는, 제13으로부터 제15의 열전대(223 내지 225)가, x방향에서 왼쪽에서 위에 순차적으로 나열되도록 마련되어 있다.
그리고, 열전대 소자군(210)에서, 9개의 열전대가 배치된 중앙 부분을, x방향에서 끼우는 양측부에, 3개의 열전대가 y방향으로 나열되어 있다. 구체적으로는, 우측부에서는, 제4부터 제6의 열전대(214 내지 216)가, y방향에서 위에서 아래에 순차적으로 나열되도록 마련되어 있다. 좌측부에서는, 제9로부터 제11의 열전대(219) 내지 221이, y방향에서 아래로부터 위에 순차적으로 나열되도록 마련되어 있다.
이와 같이, 열전대 소자군(210)은, 중심에 위치하는 제2 열전대(212)를 축으로 하여, 다른 열전대가 점 대칭이 되도록 배치되어 있다.
복수의 열전대(211 내지 225)의 각각은, 도 20에 도시하는 바와 같이, 제1 금속부(211A 내지 225A)와, 제2 금속부(211B 내지 225B)를 포함한다.
도 20에 도시하는 바와 같이, 복수의 열전대(211 내지 225)의 각각에서는, 제1 금속부(211A 내지 225A)와, 제2 금속부(211B 내지 225B)가 x방향 또는y방향으로 나열되도록 배치되어 있고, 서로가 접합되어 있다.
여기서는, 도 21에 도시하는 바와 같이, 복수의 열전대(211 내지 225)의 각각은, 제1 금속부(211A 내지 225A) 및 제2 금속부(211B 내지 225B)의 일단과 타단의 사이가 수광면(xy면)에 따라서 나열되도록 마련되어 있다. 그리고, 그 제1 금속부(211A 내지 225A)의 일단과 제2 금속부(211B 내지 225B)의 일단이 접합되어 있다.
또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 복수의 열전대(211 내지 225)의 각각은, 제1 금속부(211A 내지 225A)의 타단과 제2 금속부(211B 내지 225B)의 타단에 두고, 순차적으로, 직렬로 접속되어 있다.
그리고, 도 20에 도시하는 바와 같이, 입사광(L)을 차광한 차광막(SM)이, 그 제1 금속부(211A 내지 225A)의 타단과 제2 금속부(211B 내지 225B)의 타단을 피복하도록 마련되어 있다. 또한, 차광막(SM)은, 직렬로 접속된 열전대의 사이에 개재하도록 형성된 부분을 포함한다.
예를 들면, 차광막(SM)은, W(텅스텐)를 재료로서 이용하여, 막두께가 50㎚가 되도록 형성되어 있다.
그리고, 도 20, 도 21에 도시하는 바와 같이, 배선(H1, H2)이 마련되어 있다. 여기서는, 열전대 소자군(210)에서, 직렬로 접속된 복수의 열전대(211 내지 225)의 일단과 타단의 각각에, 배선(H1, H2)이 접속되어 있다. 또한, 배선(H1, H2)은, 로직 회로(도시 생략)에 접속되어 있다.
또한, 열전대 소자군(210)은, 실시 형태 1과 마찬가지로, 그레이팅 구조에 입사한 입사광(L)에 의해 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 복수의 열전대(211 내지 225)에서 기전력이 생긴다.
열전대 소자군(210)은, 히트 영역(HT)(측온 접점)으로서 마련된 부분이 차광막(SM)로 피복되지 않고, 참조 영역(REF)(기준 접점)으로서 마련된 부분이 차광막(SM)로 피복되어 있다(도 20, 도 21 참조). 이 때문에, 열전대 소자군(210)은, 입사광(L)이 측온 접점에 입사한 때에는, 플라즈몬 공명에 의해, 측온 접점과 기준 접점의 사이에 온도차가 생기기 때문에, 제베크 효과에 의해, 기전력이 생긴다.
구체적으로는, 도 21에 있어서 굵은 화살표로 도시하는 바와 같이, 제1부터 제15의 열전대(211 내지 225)의 각각에서, 기전력이 생겨서, 전류가 흐른다. 즉, 제1부터 제15의 열전대(211 내지 225)의 배열 방향에 따라서, 전류가 흐른다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 입사광(L)이 그레이팅 구조의 수광면에 입사하여 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 부분의 온도가 변화됨에 의해, 기전력이 생기도록 구성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하고, 화상 품질이 저하된 것을 방지할 수 있는 등의 여러 가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1의 경우보다도 열전대가 많다. 이 때문에, 더욱 검출 감도를 향상할 수 있다.
따라서, 촬상 화상의 화상 품질을 더욱 향상할 수 있다.
<5. 실시 형태 5>
[A. 장치 구성 등]
도 23은, 본 발명에 관한 실시 형태 5에서, 촬상 소자의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 23으로는, 화소(P)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 도 23은, 도 1과 동일한 부분의 단면에 관해 나타내고 있다.
도 23에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)이 나노 스프링(NS)을 포함하도록 형성되어 있다. 이 점을 제외하고, 본 실시 형태는, 실시 형태 1과 마찬가지이다. 이 때문에, 중복되는 부분에 관해서는, 적절히, 기재를 생략한다.
도 23에 도시하는 바와 같이, 제1부터 제3의 열전대(211 내지 213)의 각각은, 제1 금속부(211A 내지 213A) 및 제2 금속부(211B 내지 211B)의 일단(상단)과 타단의 사이(하단)가, 나노 스프링(NS)을 끼우도록 형성되어 있다. 도시를 생략하고 있지만, 제4부터 제6의 열전대(214 내지 216)의 각각에 관계해도, 마찬가지로 형성되어 있다.
나노 스프링(NS)은, 종(seed)을 만들어 두고, 회전하면서, 이온 밀링으로 막을 생성함으로써 형성된다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)은, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 입사광(L)이 그레이팅 구조의 수광면에 입사하여 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 부분의 온도가 변화됨에 의해, 기전력이 생기도록 구성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 백점(흰 흠집)이 촬상 화상에 발생하고, 화상 품질이 저하된 것을 방지할 수 있는 등의 여러 가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 제1 금속부(211A 내지 213A) 및 제2 금속부(211B 내지 211B)의 일단(상단)과 타단의 사이(하단)가, 나노 스프링(NS)을 끼우도록 형성되어 있다. 이 때문에, 측온 접점과 기준 접점의 사이에 있어서, 열의 전반 경로가 길게 확장되고, 열의 전반이 완화되기 때문에, 검출 감도를 향상 가능하다.
따라서, 촬상 화상의 화상 품질을 더욱 향상할 수 있다.
<6. 실시 형태 6>
[A. 보정 처리에 관해]
도 24는, 본 발명에 관한 실시 형태 6에서, 신호 처리부(44)(도 5 참조)의 주요부를 도시하는 블록도이다.
도 24에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 신호 처리부(44)가 신호 보정부(441)를 포함한다. 이 점을 제외하고, 본 실시 형태는, 실시 형태 1과 마찬가지이다. 이 때문에, 중복되는 부분에 관해서는, 적절히, 기재를 생략한다.
신호 보정부(441)는, 촬상 동작에 의해 각 화소(P)에서 생긴 기전력에 의한 신호(검출 데이터)에 관해, 보정 처리를 실시한다. 여기서는, 촬상 동작에 의해 화소(P)에서 생긴 기전력에 의한 신호(검출 데이터)에 관해 보정 처리를 실시한 프로그램을, 컴퓨터가 실행함으로써, 신호 보정부(441)로서 기능한다.
열전대 소자군(210)은, 상부의 히트 영역(HT)과, 하부의 참조 영역(REF)의 사이의 온도차에 의해 기전력이 생기고, 그 기전력에 의한 신호가 촬상 화상의 생성에 사용된다(도 1 참조). 이 때문에, 장시간 또는 연속적으로 노광이 된 때에는, 그것에 의한 열로 기준의 온도 상태에서 변동되고, 검출 감도가 저하되기 때문에, 촬상 화상의 화상 품질이 저하된 경우가 있다. 따라서, 신호 보정부(441)는, 이와 같은 이상의 발생으로 화상 품질이 저하된 것을 방지하기 위해, 촬상 동작에 의해 화소(P)에서 생긴 기전력에 의한 신호(검출 데이터)에 관해 보정 처리를 실시한다. 그리고, 그 보정 처리된 신호에 의거하여, 신호 처리부(44)가 촬상 화상을 생성한다.
도 25는, 본 발명에 관한 실시 형태 6에서, 보정 처리의 동작을 도시하는 플로우도이다.
(1) 모니터링 데이터의 취득 우선
도 25에 도시하는 바와 같이, 모니터링 데이터(Vm)에 관해 취득한다(ST11).
여기서는, 제어부(43)(도 1 참조)가, 촬상 소자(1)에 제어 신호를 출력하고, 촬상 소자(1)의 각 화소(P)로부터 모니터링 데이터(Vm)를 신호 처리부(44)에 출력시킨다.
예를 들면, 제어부(43)는, 촬상 동작과 다른 타이밍에, 이 모니터링 동작을 실시한다. 그리고, 그 모니터링 동작에 있어서, 각 화소(P)에 포함되는 열전대 소자군(210)에서 생기는 기전력으로부터 얻어지는 신호를, 모니터링 데이터(Vm)로서, 신호 처리부(44)에 출력시킨다. 예를 들면, 촬상 동작의 실시 직전에 모니터링 동작을 실시하고, 이 모니터링 데이터(Vm)를 출력한다.
(2) 변동률의 산출
다음에, 도 25에 도시하는 바와 같이, 모니터링 데이터(Vm)가, 기준 데이터(V0)로부터 변동한 변동률(|(Vm-V0)/V0|)을 산출한다(ST21).
여기서는, 모니터링 데이터(Vm)와, 미리 설정된 기준 데이터(V0)의 사이를 차분한 차분 처리를, 신호 보정부(441)가 실시한다. 그 후, 그 차분치(Vm-V0)의 절대치를 기준 데이터(V0)로 나누는 제산 처리를 신호 보정부(441)가 실시한다. 이에 의해, 모니터링 데이터(Vm)가 기준 데이터(V0)로부터 변동한 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 각 화소(P)의 각각에 대해 산출된다.
(3) 변동률과 임계치과의 비교
다음에, 도 25에 도시하는 바와 같이, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 소정치(Vs) 이상인지(Yes), 아닌지(No)에 관해, 판단한다(ST31).
여기서는, 상기에 있어서 산출한 변동률(|(Vm-V0)/V0|)과, 미리 임계치로서 설정된 소정치(Vs)를 비교하는 비교 처리를, 신호 보정부(441)가 실시한다.
이 비교 처리에서, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 소정치(Vs) 이상이 아닌 경우(No)라고 판단된 경우에는, 다음 스텝(ST41)의 보정 처리를 실시하지 않고서, 본 동작을 종료한다. 예를 들면, 소정치(Vs)가 0.1 이상이 아닌 경우에는, 보정 처리를 실시하지 않는다.
이에 대해, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 그 소정치(Vs) 이상이라고 판단된 경우(Yes)에는, 다음 스텝(ST41)으로 진행된다. 예를 들면, 소정치(Vs)가 0.1 이상인 경우에는, 다음 스텝(ST41)에서 보정 처리를 실시한다.
(4)검출 데이터의 보정
도 25에 도시하는 바와 같이, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 그 소정치(Vs) 이상이라고 판단된 경우(Yes)에는, 검출 데이터(V)에 관해, 응답 함수를 이용하여 보정한다(ST41).
여기서는, 상기에 있어서 산출된 변동률(|(Vm-V0)/V0|)과, 입사광의 광량에 대한 기전력의 응답 함수로부터 보정 계수(H)를 산출한다.
도 26은, 본 발명에 관한 실시 형태 6에서, 입사광의 광량에 대한 기전력의 응답 함수를 도시하는 도면이다.
도 26으로는, 횡축이, 열전대 소자군(210)에서 생기는 기전력(전위차)(V)을 나타내고 있고, 종축이, 입사광의 광량(F)을 나타내고 있다.
도 26에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)이 적정한 온도로 동작한 때에는, 기준 데이터(V0)에 기초하여 기준 광량(F0)을 얻을 수 있다. 그러나, 열전대 소자군(210)의 온도가 적정한 온도로부터 변동되고, 모니터링 데이터(Vm)가, 그 기준 데이터(V0)로부터 낮아지는 때에는, 적정한 광량은 광량(F0)이 아니며, 상기 광량(F0)보다 낮은 광량(Fm)이 수광되었음이 검출된다.
이 때문에, 미리 구해둔 응답 함수로부터, 기준 데이터(V0)에 대응한 광량(F0)과, 모니터링 데이터(Vm)에 대응한 광량(Fm)을 산출 후, 그 광량(F0)을 광량(Fm)으로 나눈값 값(F0/Fm)을 보정 계수(H)로서 화소(P)마다 산출한다.
그리고, 촬상 동작에 있어서, 각 화소(P)에서 생긴 기전력에 의한 신호(검출 데이터)(V)에 대해 보정 계수(H)를 적산함으로써, 그 각 화소(P)에서 생긴 기전력에 의한 신호(검출 데이터)(V)를 보정한다. 이에 의해, 열전대 소자군(210)이 기준의 온도 상태로부터 변동된 상태에서 촬상 동작을 실시하는 경우라도, 그 검출 데이터가, 기준의 온도 상태에서 검출된 검출 데이터에 근접하도록 보정된다.
예를 들면, 1초 간격으로, 모니터링 동작을 실시하고, 그 모니터링 동작 후에 실시된 촬상 동작에서 얻어진 신호의 각각(검출 데이터)에 대해, 상기한 바와 같이 보정을 실시한다.
또한, 상기 설명에서는, 기준 데이터(V0)에 관해, 미리 설정된 값을 이용한 경우에 관해 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 촬상한 경우에 있어서 복수 얻어지는 모니터링 데이터(Vm) 중, 처음에 취득된 모니터링 데이터(Vm)를, 기준 데이터(V0)로서 이용하여도 좋다. 또한, 보정 계수(H)의 산출에 관해서는, 모니터링 데이터(Vm)와 보정 계수(H)를 관련지었던 룩 업 테이블을 메모리에 기억시키고 두고, 취득한 모니터링 데이터(Vm)에 대응한 보정 계수(H)를 룩 업 테이블으로부터 추출하도록 동작시켜도 좋다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)이 기준 온도로부터 변동된 상태에서 촬상 동작이 실시된 경우라도, 그 변동된 온도에 대응하고, 그 촬상에 의한 검출 데이터를 보정하고 있다.
따라서 본 실시 형태는, 촬상 화상의 화상 품질을 향상 가능하다.
<7. 실시 형태 7>
[A. 냉각 처리에 관해]
도 27은, 본 발명에 관한 실시 형태 7에서, 제어부(43)(도 5 참조)의 주요부를 도시하는 블록도이다.
도 27에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제어부(43)가 냉각 처리부(431)를 포함한다. 이 점을 제외하고, 본 실시 형태는, 실시 형태 1과 마찬가지이다. 이 때문에, 중복되는 부분에 관해서는, 적절히, 기재를 생략한다.
냉각 처리부(431)는, 열전대 소자군(210)을 구성하는 각 열전대(211 내지 216)(도 1, 도 2 참조)에 대해 냉각하도록, 동작을 제어한다. 상세는 후술하지만, 냉각 처리부(431)는, 각 열전대(211 내지 216)에서 제베크 효과에 기초하여 흐르는 전류와는 역방향의 전류를 흐르게 한다. 여기서는, 냉각 처리부(431)는, 모니터링 데이터(Vm)와 기준 데이터(V0) 사이의 차분치에 상당하는 열량을 감소시키도록, 그 역방향의 전류를, 각 열전대(211 내지 216)에 흐르게 한다. 이에 의해, 냉각 처리부(431)는, 펠티에 효과에 의해, 각 열전대(211 내지 216)에 대해 냉각 처리를 실시한다. 여기서는, 상기한 냉각 처리를 실시한 프로그램을, 컴퓨터가 실행함으로써, 냉각 처리부(431)로서 기능한다.
상술한 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 장시간 또는 연속적으로 촬상 동작이 실시된 때에는, 열에 의해, 기준의 온도 상태에서 변동하고 검출 감도가 저하되기 때문에, 촬상 화상의 화상 품질이 저하된 경우가 있다. 따라서, 신호 보정부(441)는, 촬상 동작에 의해 화소(P)로부터 신호(검출 데이터)를 얻기 전에, 열전대 소자군(210)이 기준의 온도 상태가 되도록 냉각 처리를 실시한다. 그리고, 그 냉각되고 기준 온도에 근접한 상태에서 촬상을 실시하고 신호(검출 데이터)를 취득하고, 그 신호에 의거하여, 신호 처리부(44)가 촬상 화상을 생성한다.
도 28은, 본 발명에 관한 실시 형태 7에서, 냉각 처리의 동작을 도시하는 플로우도이다.
(1) 모니터링 데이터의 취득
우선, 도 28에 도시하는 바와 같이, 모니터링 데이터(Vm)에 관해 취득한다(ST11).
여기서는, 실시 형태 6의 경우와 마찬가지로, 제어부(43)(도 1 참조)가, 촬상 소자(1)에 제어 신호를 출력하고, 촬상 소자(1)의 각 화소(P)로부터 모니터링 데이터(Vm)를 신호 처리부(44)에 출력시킨다.
예를 들면, 제어부(43)는, 촬상 동작과 다른 타이밍에, 촬상 소자(1)의 각 화소(P)에 포함되는 열전대 소자군(210)의 기전력으로부터 얻어지는 신호를, 모니터링 데이터(Vm)로서, 신호 처리부(44)에 출력시킨다. 예를 들면, 촬상 동작의 실시 직전에 모니터링 동작을 실시하고, 이 모니터링 데이터(Vm)를 출력한다.
(2) 변동률의 산출
다음에, 도 28에 도시하는 바와 같이, 모니터링 데이터(Vm)가, 기준 데이터(V0)로부터 변동된 변동률(|(Vm-V0)/V0|)을 산출한다(ST21).
여기서는, 실시 형태 6의 경우와 마찬가지로, 모니터링 데이터(Vm)와, 미리 설정된 기준 데이터(V0)의 사이를 차분한 차분 처리를 신호 보정부(441)가 실시한다. 그 후, 그 차분치(Vm-V0)의 절대치와 기준 데이터(V0)의 사이에서 제산 처리를 신호 보정부(441)가 실시한다. 이에 의해, 모니터링 데이터(Vm)가 기준 데이터(V0)로부터 변동된 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 각 화소(P)의 각각에 대해 산출된다.
(3) 변동률과 임계치의 비교
다음에, 도 28에 도시하는 바와 같이, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 소정치(Vs) 이상인지(Yes), 아닌지(No)에 관해, 판단한다(ST31).
여기서는, 실시 형태 6의 경우와 마찬가지로, 상기에 있어서 산출한 변동률(|(Vm-V0)/V0|)과, 미리 임계치로서 설정된 소정치(Vs)를 비교한 비교 처리를, 신호 보정부(441)가 실시한다.
이 비교 처리에서, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 소정치(Vs) 이상이 아닌 경우(No)라고 판단된 경우에는, 다음 스텝(ST41b)에 진행되지 않고, 본 동작을 종료한다.
이에 대해, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 소정치(Vs) 이상이라고 판단된 경우(Yes)에는, 다음 스텝(ST41b)으로 진행된다.
(4) 열전대 소자군(210)의 냉각 처리
도 28에 도시하는 바와 같이, 변동률(|(Vm-V0)/V0|)이, 그 소정치(Vs) 이상이라고 판단된 경우(Yes)에는, 열전대 소자군(210)에 대해 냉각 처리를 실시한다(ST41b).
도 29는, 본 발명에 관한 실시 형태 7에서, 냉각 처리의 동작을 도시하는 단면도이다. 도 29로는, 화소(P)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 도 29로는, 도 7과 마찬가지의 단면에 관해 나타내고 있다.
도 29에 도시하는 바와 같이, 열전대 소자군(210)에 대해 냉각 처리를 실시한 때에는, 각 열전대(211 내지 216)에 있어(도 29로는, 214 내지 216은 도시 생략) 제베크 효과에 의거하여 흐르는 전류(검은 화살표)와는 역방향의 전류(흰 화살표)를 흐르게 한다.
여기서는, 모니터링 데이터(Vm)와 기준 데이터(V0) 사이의 차분치(Vm-V0)에 상당하는 열량을 감소시키도록, 그 역방향의 전류를, 각 열전대(211 내지 216)에 흐르게 한다.
예를 들면, 모니터링 데이터(Vm)와 기준 데이터(V0)와의 차분치(Vm-V0)와, 각 열전대(211 내지 216)으로 흐른 역방향의 전류의 값을 관련지었던 룩 업 테이블을 메모리에 기억시키고 둔다. 그리고, 모니터링 데이터(Vm)와 기준 데이터(V0)의 차분치(Vm-V0)에 대응하는, 그 전류치를 룩 업 테이블으로부터 화소(P)마다 추출한다. 그리고, 그 추출된 전류치의 전류를, 각 열전대(211 내지 216)에 흐르게 한다.
이에 의해, 각 열전대(211 내지 216)는, 펠티에 효과에 의해 냉각된다.
그리고, 냉각 처리의 종료 후에 촬상 동작을 실시하고, 각 화소(P)에서 발생한 기전력에 의한 신호(검출 데이터)를 얻는다. 여기서는, 열전대 소자군(210)이 기준의 온도 상태에 근접한 상태에서, 촬상 동작이 실시되기 때문에, 그 검출 데이터가, 기준의 온도 상태에서 검출된 검출 데이터에 근접한다.
예를 들면, 1초 간격으로, 모니터링 동작을 실시하고, 기준의 온도 상태에 근접하도록 냉각 처리가 된 상태에서, 촬상 동작을 실시한다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)이 기준의 온도 상태에서 변동된 경우라도, 냉각 처리에 의해 기준 온도에 접근한 후에, 촬상 동작이 실시된다.
따라서 본 실시 형태는, 촬상 화상의 화상 품질을 향상 가능하다.
<8. 실시 형태 8>
[A. 촬상 동작에 관해]
도 30은, 본 발명에 관한 실시 형태 8에서, 촬상 동작을 도시하는 도면이다.
도 30에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제어부(43)는, 여러 가지의 촬상 동작으로 촬상을 실시할 수 있다. 이 점을 제외하고, 본 실시 형태는, 실시 형태 1과 마찬가지이다. 이 때문에, 중복되는 부분에 관해서는, 적절히, 기재를 생략한다.
도 30(a)에 도시하는 바와 같이, 수광 시간(T)가 경과하면, 열전대 소자군(210)에서는, 기전력(E)이 상승하고, 소정의 시점(Tmx)에서 최대의 기전력(Emx)이 발생한 후에, 기전력(E)이 감소한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 1프레임 시간에서, 열전대 소자군(210)의 기전력(E)이 최대치(Emx)로 된 시점(Tmx)에서 전위 검출을 실시하고 신호를 얻도록, 제어부(43)가 각 부분을 제어한다. 그리고, 이에 의해 얻어진 신호로부터, 촬상 화상을 생성한다.
이 밖에, 도 30(b)에 도시하는 바와 같이, 1프레임 시간에서 열전대 소자군(210)에서 발생하는 기전력(E)이 최대치(Emx)가 되는 시점(Tmx)에서 전위를 검출하여 신호를 생성하는 전위 검출 동작을, 복수, 반복하도록, 제어부(43)가 각 부분을 제어하여도 좋다.
이 경우에는, 복수의 전위 검출 동작의 사이에, 열전대 소자군(210)에 대해 냉각하는 냉각 동작을 실시하도록, 제어부(43)가 각 부분을 제어한다. 구체적으로는, 복수의 전위 검출 동작의 사이에 냉각 시간(Tc)을 마련하고, 열전대 소자군(210)의 기전력(E)이 초기치가 되도록, 냉각 동작을 실시한다. 예를 들면, 실시 형태 7로 나타냈던 것처럼, 열전대 소자군(210)에서 펠티에 효과를 발생시키고, 냉각 동작을 실시한다.
그리고, 그 후, 그 복수의 신호를 적산하여 얻은 신호로부터, 촬상 화상을 생성한다. 즉, 이 적산 전압을 1프레임 부분의 실효 전압으로서 검출하고, 촬상 화상을 생성하여도 좋다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 1프레임 시간에서 열전대 소자군(210)에서 생기는 기전력(E)이 최대치(Emx)가 되는 시점(Tmx)에서, 그 전위를 검출함에 의해, 신호를 취득하고, 그 신호로부터 촬상 화상을 생성한다.
이 밖에, 본 실시 형태에서는, 열전대 소자군(210)에서 생기는 기전력(E)이 최대치가 되는 시점(Tmx)에서 전위를 검출하여 신호를 생성하는 전위 검출 동작을, 1프레임 시간에서, 복수, 반복한다. 그 후, 그 복수의 신호를 적산한다. 그리고, 그 적산하여 얻은 신호로부터, 촬상 화상을 생성한다. 여기서는, 복수의 전위 검출 동작의 사이에, 열전대 소자군(210)에 대해 냉각하는 냉각 동작을 실시한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 히트 영역(HT)과 참조 영역(REF)과의 사이의 온도차가 최대인 상태에서 신호를 취득하고, 그 신호로부터 촬상 화상을 생성한다.
따라서 본 실시 형태는, 촬상 화상의 화상 품질을 향상 가능하다.
또한, 열전대 소자군(210)에서 생긴 기전력을, 구동 전력으로서 피드백하여 구동하도록 구성하여도 좋다. 즉, 검출한 전위의 일부를, 촬상 소자(1)의 구동 전력으로서 이용하도록, 제어부(43)가 제어하도록 구성하여도 좋다. 이 경우에는, 소비 전력의 저감을 실현할 수 있다.
<9. 실시 형태 9>
[A. 장치 구성에 관해]
도 31은, 본 발명에 관한 실시 형태 9에서, 태양전지의 주요부를 도시하는 상면도이다.
도 31에 도시하는 바와 같이, 태양전지는, 외형이 육각형인 셀(CE)이 복수 개인 허니컴 구조로 배열되어 있다.
도시를 생략하고 있지만, 태양전지에서, 각 셀(CE)은, 입사광을 수광면에서 수광하여 기전력이 생기는 광기전력 소자를 포함하고 있다. 여기서는, 광기전력 소자는, 도 15에 도시한 열전대 소자군(210)을 가지며, 열전대 소자군(210)이 광을 수광하여 기전력이 생기도록 구성되어 있다.
즉, 도 15에 도시한 바와 같이, 열전대 소자군(210)은, 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 복수의 열전대(211 내지 219)가 사이를 두고 배치되어 있다. 그리고, 입사광이 그레이팅 구조에 입사하여 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 그 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화한다. 이에 의해, 그 복수의 열전대(211 내지 219)의 각각에서 기전력이 생긴다.
태양전지는, 도 31에 도시하는 바와 같이, 가시광을 선택적으로 수광하는 가시광 셀(VR)과, 자외광을 선택적으로 수광하는 자외광 셀(UV)과, 적외광을 선택적으로 수광하는 적외광 셀(IR)을 갖는다.
이 때문에, 각 셀(CE)에서는, 수광한 광의 파장에 대응하고, 다른 그레이팅 구조에서 열전대 소자군(210)이 형성되어 있다.
예를 들면, 가시광 셀(VR)은, 열전대 소자군(210)의 요철 형상에 관해, 예를 들면, 볼록부의 높이가 40㎚이고, 그 피치가 120㎚의 주기 구조가 되도록 형성되어 있다.
예를 들면, 자외광 셀(UV)은, 열전대 소자군(210)의 요철 형상에 관해, 예를 들면, 볼록부의 높이가 10㎚이고, 그 피치가 40㎚의 주기 구조가 되도록 형성되어 있다.
예를 들면, 적외광 셀(IR)은, 열전대 소자군(210)의 요철 형상에 관해, 예를 들면, 볼록부의 높이가 80㎚이고, 그 피치가 350㎚의 주기 구조가 되도록 형성되어 있다.
[B. 정리]
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 태양전지는, 실시 형태 1(변형례 2)의 경우와 동일한 열전대 소자군(210)으로 구성되어 있다. 열전대 소자군(210)은, 출력이 전압이기 때문에, 태양전지에 적용 가능하다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 비용 저감 등을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 색소 증감형과 같이, 유기 재료를 이용한 태양전지보다도, 자외선에 의한 열화가 없고, 긴 수명으로 안정된 전력 공급이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 촬상 장치의 경우와 마찬가지로 여러 가지의 변형 형태를 적용할 수 있다. 즉, 열전대 소자군(210)에 관해서는, 수광면에서 복수 개를 적층시켜도 좋다. 또한, 마이크로 렌즈 등의 광학 부재를, 적절히, 각 셀에 마련하여도 좋다.
<10. 기타>
본 발명의 실시에 즈음하여서는, 상기한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변형례를 채용할 수 있다.
예를 들면, 그레이팅 구조의 요철 애스펙트비를 적절히 설정함으로써, 자외역부터 테라헬츠, 밀리파대(波帶)까지의 광대역에 관해 이미징을 실시 가능하다.
또한, 그레이팅 구조의 요철에 관해서는, 주기적, 비주기적인 것 그 어느 것 이라도 좋다.
또한, 촬상 소자에서는, 화소에 마이크로 렌즈를 마련하는 경우에 관해 나타냈지만, 용도에 따라서 마이크로 렌즈를 마련하지 않아도 좋다. 또한, 상기에서는, 컬러 필터에 관해 마련하지 않지만, 용도에 따라서 마련하여도 좋다.
상기한 실시 형태에서는, 촬상 소자를 카메라에 적용하는 경우에 관해 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 스캐너나 카피기 등과 같이, 촬상 소자를 구비하는 다른 전자 기기에, 본 발명을 적용하여도 좋다.
그 밖에, 상기한 각 실시 형태를, 적절히, 조합하여도 좋다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 촬상 소자(1)는, 본 발명의 촬상부에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 기판(11)은, 본 발명의 기판에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 에어 갭층(31)은, 본 발명의 공극에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 카메라(40)는, 본 발명의 촬상 장치, 전자 기기에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 금속막(41)은, 본 발명의 금속막에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 열전대 소자군(210)은, 본 발명의 열전대 소자군에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 열전대(211 내지 225)는, 본 발명의 열전대에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 제1 금속부(211A 내지 225A)는, 본 발명의 제1 금속부에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 제2 금속부(211B 내지 225B)는, 본 발명의 제2 금속부에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 냉각 처리부(431)는, 본 발명의 냉각 처리부에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 신호 보정부(441)는, 본 발명의 신호 보정부에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 나노 스프링(NS)은, 본 발명의 나노 스프링에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 화소(P)는, 본 발명의 화소에 상당한다. 또한, 상기한 실시 형태에서, 차광막(SM)은, 본 발명의 차광막에 상당한다.
1 : 촬상 소자
11 : 기판
31 : 에어 갭층
40 : 카메라
41 : 금속막
42 : 광학계
43 : 제어부
44 : 신호 처리부
210 : 열전대 소자군
211 내지 225 : 열전대
211A 내지 225A : 제1 금속부
211B 내지 225B : 제2 금속부
431 : 냉각 처리부
441 : 신호 보정부
NS : 나노 스프링
P : 화소
PA : 촬상 영역
PS : 촬상면
SM : 차광막

Claims (20)

  1. 입사광을 수광면에서 수광하는 화소가 기판의 촬상 영역에 복수 마련되어 있는 촬상부를 구비하고,
    상기 화소는,
    복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 포함하고,
    상기 열전대 소자군은, 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대가 사이를 두고 배치되어 있고,
    상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 기전력이 생기도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전대 소자군은, 상기 복수의 열전대가 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전대 소자군은, 상기 수광면에서 상기 그레이팅 구조가 중심점 대칭이 되도록 상기 복수의 열전대가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전대 소자군은, 상기 복수의 열전대의 각각이, 상기 수광면에서 발생하는 플라즈몬 공명에 의한 증폭 전계장 영역에 위치하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 열전대의 각각은, 제1 금속부와 상기 제1 금속부에 대해 열전능이 다른 제2 금속부가 상기 수광면에 따라서 나열되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 열전대의 각각은, 상기 기판의 깊이 방향에서 상기 입사광이 입사하는 측에서 상기 제1 금속부의 일단과 상기 제2 금속부의 일단이 접합하여 있음과 함께, 상기 입사광이 출사하는 측에 상기 제1 금속부의 타단과 상기 제2 금속부의 타단이 위치하고, 상기 복수의 열전대의 각각이 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전대 소자군은, 상기 입사광이 입사하는 면상에 절연막이 마련되어 있음과 함께, 상기 입사광이 입사하는 면과 상기 절연막의 사이에 공극이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열전대 소자군은,
    상기 입사광이 입사하는 면을 피복하는 금속막을 가지며,
    상기 금속막은, 상기 제1 금속부 및 상기 제2 금속부 보다도 상기 플라즈몬 공명이 생기기 쉬운 금속을 이용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 상기 열전대 소자군을 복수 포함하고, 당해 복수의 열전대 소자군이 상기 기판의 깊이 방향에서 적층되도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 열전대의 각각은, 상기 제1 금속부 및 상기 제2 금속부의 일단과 타단의 사이가 상기 수광면에 따라서 나열되도록 마련되어 있고, 상기 제1 금속부의 일단과 상기 제2 금속부의 일단이 접합하여 있음과 함께, 상기 제1 금속부의 타단과 상기 제2 금속부의 타단에서 상기 복수의 열전대의 각각이 직렬로 접속되어 있고,
    상기 입사광을 차광한 차광막이, 상기 제1 금속부의 타단과 상기 제2 금속부의 타단을 피복하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 열전대의 각각은, 상기 제1 금속부 및 상기 제2 금속부의 일단과 타단의 사이가, 나노 스프링을 끼우도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 화소에서 생긴 기전력에 의한 신호에 관해 보정하는 신호 보정부를 또한 가지며,
    상기 신호 보정부는, 모니터링 데이터와 기준 데이터 사이의 차분치와, 입사광의 광량에 대한 기전력의 응답 함수로부터 보정 계수를 산출하고, 상기 화소에서 생긴 기전력에 의한 신호에 대해 상기 보정 계수를 적산함으로써, 상기 화소에서 생긴 기전력에 의한 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 열전대의 각각에 대해, 제베크 효과에 의해 흐르는 전류와는 역방향의 전류를 흘림으로써, 펠티에 효과에 의해 당해 복수의 열전대의 각각에 대해 냉각 처리하는 냉각 처리부를 또한 가지며,
    상기 냉각 처리부는, 상기 화소에서 생긴 기전력에 의한 신호의 신호치와 기준치 사이의 차분치에 상당하는 열량을 감소시키도록, 상기 역방향의 전류를 상기 복수의 열전대에 흘리는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 촬상부는, 1프레임 시간에서 상기 열전대 소자군에서 생기는 기전력이 최대치가 되는 시점에서 전위를 검출함에 의해 신호를 생성하고, 촬상 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 촬상부는, 1프레임 시간에서 상기 열전대 소자군에서 생기는 기전력이 최대치가 되는 시점에서 전위를 검출하여 신호를 생성하는 전위 검출 동작을, 복수, 반복 후에, 당해 복수의 신호를 적산하여 얻은 신호로부터, 촬상 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 촬상부는, 상기 복수의 전위 검출 동작의 사이에, 상기 열전대 소자군에 대해 냉각하는 냉각 동작을 실시하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 촬상부는, 상기 열전대 소자군에서 생긴 기전력을, 구동 전력으로서 피드백하여 구동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  18. 입사광을 수광면에서 수광하는 화소를 기판의 촬상 영역에 복수 마련함으로써 촬상부를 형성하는, 촬상부 형성 공정을 가지며,
    상기 촬상부 형성 공정은,
    복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 상기 화소에 형성하는, 열전대 소자군 형성 공정을 포함하고,
    열전대 소자군 형성 공정에서는,
    상기 열전대 소자군의 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대에 대해 사이를 두고 배치하고,
    상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 기전력이 생기도록, 상기 열전대 소자군을 형성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 제조 방법.
  19. 입사광을 수광면에서 수광하는 화소가 기판의 촬상 영역에 복수 마련되어 있는 촬상부를 구비하고,
    상기 화소는,
    복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 포함하고,
    상기 열전대 소자군은, 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대가 사이를 두고 배치되어 있고,
    상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 기전력이 생기도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  20. 입사광을 수광면에서 수광하여 기전력이 생기는 광기전력 소자를 구비하고,
    상기 광기전력 소자는,
    복수의 열전대가 상기 수광면에 따라서 나열된 열전대 소자군을 포함하고,
    상기 열전대 소자군은, 상기 수광면이 그레이팅 구조가 되도록, 상기 복수의 열전대가 사이를 두고 배치되어 있고,
    상기 입사광이 상기 그레이팅 구조에 입사하여 상기 수광면에서 플라즈몬 공명이 발생하고, 당해 열전대 소자군에서 플라즈몬 공명이 발생한 부분의 온도가 변화됨에 의해, 상기 복수의 열전대의 각각에서 상기 기전력이 생기도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TR201717340T4 (tr) * 2011-10-05 2018-06-21 Oezyegin Ueniversitesi Nano ölçekte soğutma yapabilen nanoplazmonik cihaz.
CN103915459B (zh) * 2014-03-17 2016-06-29 东南大学 自供电射频收发组件中砷化镓基热电-光电微传感器
CN103915458B (zh) * 2014-03-17 2016-06-29 东南大学 自供电射频收发组件中硅基热电-光电集成微传感器
US9252138B2 (en) 2014-05-27 2016-02-02 General Electric Company Interconnect devices for electronic packaging assemblies
CN108734074B (zh) * 2017-04-18 2022-02-18 金佶科技股份有限公司 指纹识别方法以及指纹识别装置
CN104241414B (zh) * 2014-09-09 2016-08-24 华中科技大学 基于超材料的毫米波单谱信号探测器及其制备方法
WO2016075733A1 (ja) * 2014-11-10 2016-05-19 株式会社日立製作所 熱電変換デバイスおよびその製造方法
JPWO2017168969A1 (ja) * 2016-03-31 2019-01-31 株式会社村田製作所 熱電変換モジュールおよび熱電変換モジュールの製造方法
US10784300B1 (en) * 2019-04-16 2020-09-22 Visera Technologies Company Limited Solid-state imaging devices
JP7392972B2 (ja) 2019-10-24 2023-12-06 国立大学法人東京農工大学 熱電変換素子
WO2023282277A1 (ja) * 2021-07-07 2023-01-12 ソニーグループ株式会社 熱起電力発生素子、熱起電力発生素子の製造方法、およびイメージセンサ

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3529596B2 (ja) * 1997-08-06 2004-05-24 株式会社東芝 赤外線固体撮像装置及びその製造方法
US6441298B1 (en) * 2000-08-15 2002-08-27 Nec Research Institute, Inc Surface-plasmon enhanced photovoltaic device
JP3812881B2 (ja) * 2000-11-22 2006-08-23 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース 赤外線検出素子
EP1262754B1 (de) * 2001-05-09 2008-11-12 ALSTOM Technology Ltd Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätsprüfung eines insbesondere bei hohen Temperaturen und/oder Vibrationen einsetzbaren Thermoelements
DE60237615D1 (de) * 2001-07-12 2010-10-21 Hamamatsu Photonics Kk Infrarot-array-detektionseinrichtung
US7241867B2 (en) 2003-03-06 2007-07-10 Children's Hospital, Inc. Polypeptide encoded by a nucleotide sequence of a nontypeable strain of Haemophilus influenzae genome
CN1942919A (zh) * 2004-04-14 2007-04-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有可旋转微粒的电泳显示面板
JP2005308917A (ja) * 2004-04-20 2005-11-04 Hitachi Ltd プラズマディスプレイ装置
US7460246B2 (en) * 2004-09-27 2008-12-02 Idc, Llc Method and system for sensing light using interferometric elements
JP2007096201A (ja) * 2005-09-30 2007-04-12 Konica Minolta Photo Imaging Inc 撮像素子及び撮像装置
JP2007227740A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Seiko Epson Corp 発光装置及び発光装置の製造方法
US7623165B2 (en) * 2006-02-28 2009-11-24 Aptina Imaging Corporation Vertical tri-color sensor
JP4703443B2 (ja) * 2006-03-14 2011-06-15 株式会社東芝 受光素子及び光配線ｌｓｉ
JP2007258585A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Tokyo Electron Ltd 基板載置機構および基板処理装置
US7737394B2 (en) * 2006-08-31 2010-06-15 Micron Technology, Inc. Ambient infrared detection in solid state sensors
JP5300344B2 (ja) * 2007-07-06 2013-09-25 キヤノン株式会社 光検出素子及び撮像素子、光検出方法及び撮像方法
JP2009175124A (ja) * 2007-12-27 2009-08-06 Rohm Co Ltd プラズモン共鳴検出器
JP5422914B2 (ja) * 2008-05-12 2014-02-19 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
US8618481B2 (en) * 2008-11-21 2013-12-31 Babak NIKOOBAKHT Use of noble metal nanoparticles as light absorbers and heat generators in thermal photodetectors, sensors and microelectromechanical devices
JP2010271049A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Sony Corp ２次元固体撮像装置

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