KR20140143326A - 테라헤르츠파 검출 장치, 카메라, 이미징 장치 및 계측 장치 - Google Patents
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Abstract
테라헤르츠파를 검출할 때에도 고정밀도로 전기 신호로 변환할 수 있는 테라헤르츠파 검출 장치를 제공한다. 베이스 기판(2)과, 베이스 기판(2) 상에 배열되어 있는 복수의 제1 검출 소자(9)를 구비하고, 제1 검출 소자(9)는, 베이스 기판(2)에 설치되는 제1 금속층(21)과, 제1 금속층(21)과 이격되어 설치된 지지 기판(26)과, 지지 기판(26)에 설치되고, 또한, 테라헤르츠파를 흡수해서 열을 발생하는 유전체층(31)과, 제2 금속층(32)과 초전체층(33)과 제3 금속층(34)이 적층되어 유전체층(31)에 설치되고, 또한, 유전체층(31)에서 발생한 열을 전기 신호로 변환하는 변환부(35)를 갖는다.
Description
본 발명은, 테라헤르츠파 검출 장치, 카메라, 이미징 장치 및 계측 장치에 관한 것이다.
광을 흡수해서 열로 변환시켜 열을 전기 신호로 변환하는 광센서가 활용되고 있다. 그리고, 특정한 파장에 대한 감도를 향상시킨 광센서가 특허문헌 1에 개시되어 있다. 그에 의하면, 광센서는 광을 흡수해서 열을 발생하는 흡수부와, 열을 전기 신호로 변환하는 변환부를 구비하고 있다.
흡수부는 직육면체의 형상을 하고 있고, 흡수부의 한 면에는 격자 형상으로 요철이 소정의 주기로 설치되어 있다. 흡수부에 조사된 광은 회절 또는 산란하여 광의 다중 흡수가 생긴다. 그리고, 특정한 파장의 광이 흡수부에 흡수된다. 이에 의해, 흡수부는 특정한 파장의 광의 광강도에 반응해서 광을 열로 변환시킬 수 있었다. 1개의 흡수부에는 1개의 변환부가 설치되어 있다. 그리고, 변환부는 흡수부의 온도 변화를 전기 신호로 변환하였다. 이 특정한 파장은 4㎛ 전후의 파장을 취급하고 있고, 요철의 주기는 1.5㎛ 전후로 되어 있었다.
최근, 100㎓ 이상 30㎔ 이하의 주파수를 갖는 전자파인 테라헤르츠파가 주목받고 있다. 테라헤르츠파는, 예를 들어 이미징, 분광 계측 등의 각종 계측, 비파괴 검사 등에 사용할 수 있다.
테라헤르츠파는 파장이 30㎛ 내지 1㎜로 긴 광이다. 테라헤르츠파를 검출할 때에는 특허문헌 1의 형태에서는 광센서가 커진다. 그리고, 흡수부의 열용량이 커지므로 반응 속도가 느려지고, 광센서는 검출 정밀도가 낮은 센서가 된다. 따라서, 테라헤르츠파를 검출할 때에도 고정밀도로 전기 신호로 변환할 수 있는 테라헤르츠파 검출 장치가 요망되고 있었다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.
[적용예 1]
본 적용예에 관한 테라헤르츠파 검출 장치로서, 기판과, 상기 기판 상에 배열되어 있는 복수의 검출 소자를 구비하고, 상기 검출 소자는, 상기 기판에 설치되는 제1 금속층과, 상기 제1 금속층과 이격되어 설치된 지지 기판과, 상기 지지 기판에 설치되고, 또한, 테라헤르츠파를 흡수해서 열을 발생하는 흡수부와, 제2 금속층과 초전체층과 제3 금속층이 적층되어 상기 흡수부에 설치되고, 또한, 상기 흡수부에서 발생한 열을 전기 신호로 변환하는 변환부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 테라헤르츠파 검출 장치는 기판을 구비하고, 기판 상에는 공동을 사이에 두고 검출 소자가 배열되어 있다. 검출 소자는 흡수부와 변환부를 구비하고 있다. 흡수부는 테라헤르츠파를 흡수해서 열을 발생한다. 흡수부에 조사되는 테라헤르츠파의 양에 따라서 흡수부는 열을 발생시킨다. 변환부는 흡수부에서 발생한 열을 전기 신호로 변환한다. 따라서, 흡수부에 조사되는 테라헤르츠파의 양에 대응한 전기 신호를 변환부가 출력한다.
공동, 지지 기판 및 흡수부가 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 끼워진 형태로 되어 있다. 흡수부에 테라헤르츠파가 입사될 때 테라헤르츠파는 흡수부 및 공동을 진행한다. 테라헤르츠파는, 제1 금속층과 제2 금속층에 반사한다. 그리고, 제1 금속층과 제2 금속층에 반사하는 테라헤르츠파는 흡수부의 내부를 진행하는 과정에서 흡수부에 에너지가 흡수되어 열로 변환된다. 따라서, 테라헤르츠파 검출 장치를 조사하는 테라헤르츠파는 효율적으로 흡수부에 흡수되어 에너지가 열로 변환된다.
흡수부가 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 끼워진 형태로 되어 있다. 흡수부에 테라헤르츠파가 입사될 때 테라헤르츠파는 흡수부, 지지 기판 및 지지 기판과 제1 금속층 사이의 공간을 진행한다. 테라헤르츠파는, 제1 금속층과 제2 금속층에 의해 반사한다. 그리고, 제1 금속층과 제2 금속층에 반사하는 테라헤르츠파는 흡수부의 내부를 진행하는 과정에서 흡수부에 에너지가 흡수되어 열로 변환된다. 따라서, 테라헤르츠파 검출 장치를 조사하는 테라헤르츠파는 효율적으로 흡수부에 흡수되어 에너지가 열로 변환된다. 그 결과, 테라헤르츠파 검출 장치는 조사되는 테라헤르츠파를 효율적으로 흡수해서 고정밀도로 전기 신호로 변환할 수 있다.
[적용예 2]
상기 적용예에 관한 테라헤르츠파 검출 장치에 있어서, 상기 복수의 검출 소자는, 인접하는 상기 변환부의 사이에서 상기 테라헤르츠파가 회절하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 검출 소자는 복수 배열되어 있으므로, 변환부도 복수 배열되어 있다. 그리고, 인접하는 변환부의 사이는 슬릿으로서 작용한다. 따라서, 인접하는 변환부의 사이에서 테라헤르츠파는 회절시켜 진행 방향을 바꿔서 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 진입한다. 그 결과, 테라헤르츠파 검출 장치는 조사되는 테라헤르츠파를 효율적으로 흡수해서 고정밀도로 전기 신호로 변환할 수 있다.
[적용예 3]
상기 적용예에 관한 테라헤르츠파 검출 장치에 있어서, 상기 제2 금속층의 배열의 주기는 상기 흡수부에서 흡수되는 상기 테라헤르츠파의 진공 중에서의 파장보다 짧은 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 제2 금속층은 흡수부에서 흡수되는 테라헤르츠파의 진공 중에서의 파장보다도 작은 주기로 배치되어 있다. 이때, 인접하는 제2 금속층의 사이의 간격은 좁으므로, 테라헤르츠파는 회절하기 쉽게 된다. 따라서, 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 테라헤르츠파를 진입시키기 쉽게 할 수 있다.
[적용예 4]
상기 적용예에 관한 테라헤르츠파 검출 장치에 있어서, 상기 검출 소자는, 상기 지지 기판과 접속하는 기둥 형상의 아암부를 포함하고, 또한, 상기 지지 기판을 상기 기판과 이격되어 지지하는 지지부를 구비하고, 상기 검출 소자가 배열되는 방향의 상기 제2 금속층의 길이 및 상기 흡수부의 길이는 상기 흡수부에서 흡수시키는 상기 테라헤르츠파의 진공 중에서의 파장보다 짧고 또한 10㎛보다 긴 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 흡수부는 지지 기판에 지지되고, 지지 기판에는 아암부가 접속하고 있다. 제2 금속층의 길이 및 흡수부의 길이는 진공 중에서의 테라헤르츠파의 파장보다 짧게 되어 있다. 이에 의해, 흡수부는 중량을 가볍게 할 수 있으므로, 아암부를 가늘게 할 수 있다. 또는, 아암부를 길게 할 수 있다. 아암부가 가늘 때 또는 아암부가 길 때에는 열이 전도되기 어렵게 되므로, 검출 소자는 열을 검출하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 제2 금속층의 길이는 10㎛보다 길다. 이에 의해, 테라헤르츠파는 제1 금속층 및 제2 금속층에서 다중 반사하므로, 흡수부는 테라헤르츠파를 효율적으로 흡수할 수 있다. 그 결과, 검출 소자는 고감도로 테라헤르츠파를 검출할 수 있다.
[적용예 5]
상기 적용예에 관한 테라헤르츠파 검출 장치에 있어서, 상기 검출 소자가 배열되는 방향의 상기 제2 금속층의 길이 및 상기 흡수부의 길이는 상기 흡수부에서 흡수되는 상기 테라헤르츠파의 진폭의 2배의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 흡수부는 지지 기판에 지지되고, 지지 기판에는 아암부가 접속하고 있다. 제2 금속층의 길이 및 흡수부의 길이는 테라헤르츠파의 진폭의 2배의 길이보다 짧게 되어 있다. 또한, 테라헤르츠파가 타원 편광하고 있을 때에는 테라헤르츠파의 진폭은 타원의 장축 방향의 진폭을 나타낸다. 이에 의해, 흡수부는 중량을 가볍게 할 수 있으므로, 아암부를 가늘게 할 수 있다. 또는, 아암부를 길게 할 수 있다. 아암부가 가늘 때 또는 아암부가 길 때에는 열이 전도되기 어렵게 되므로, 검출 소자는 열을 검출하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 제2 금속층의 길이는 10㎛보다 길다. 이에 의해, 테라헤르츠파는 제1 금속층 및 제2 금속층에서 다중 반사하므로, 흡수부는 테라헤르츠파를 효율적으로 흡수할 수 있다. 그 결과, 검출 소자는 고감도로 테라헤르츠파를 검출할 수 있다.
[적용예 6]
상기 적용예에 관한 테라헤르츠파 검출 장치에 있어서, 상기 흡수부의 재질은 산화지르코늄, 티탄산바륨, 산화하프늄, 규산하프늄 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 흡수부의 재질은 산화지르코늄, 티탄산바륨, 산화하프늄, 규산하프늄 중 어느 하나를 포함하고 있다. 산화지르코늄, 티탄산바륨, 산화하프늄, 규산하프늄은 유전율이 높은 재질이다. 따라서, 흡수부는 테라헤르츠파에 유전 손실을 발생시켜 테라헤르츠파의 에너지를 효율적으로 열로 변환시킬 수 있다.
[적용예 7]
상기 적용예에 관한 테라헤르츠파 검출 장치에 있어서, 상기 지지 기판의 주재료는 실리콘인 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 지지 기판의 주재료는 실리콘이다. 실리콘 및 실리콘 화합물은 유전체이므로, 지지 기판은 테라헤르츠파를 흡수해서 열을 발생시킬 수 있다. 그리고, 실리콘 및 실리콘 화합물은 강성이 있으므로, 흡수부 및 변환부를 지지하는 구조물로서 기능할 수 있다.
[적용예 8]
본 적용예에 관한 카메라로서, 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 발생부와, 상기 테라헤르츠파 발생부로부터 사출되어 대상물을 투과한 상기 테라헤르츠파 또는 상기 대상물에서 반사된 상기 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부와, 상기 테라헤르츠파 검출부의 검출 결과를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 테라헤르츠파 검출부는 상기 중 어느 하나에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치인 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 테라헤르츠파 발생부로부터 사출된 테라헤르츠파가 대상물을 조사한다. 테라헤르츠파는 대상물을 투과 또는 반사한 후, 테라헤르츠파 검출부를 조사한다. 테라헤르츠파 검출부는 테라헤르츠파의 검출 결과를 기억부에 출력하고, 기억부는 검출 결과를 기억한다. 이에 의해, 카메라는 대상물로부터 진행하는 테라헤르츠파의 데이터를 요구에 따라서 출력할 수 있다. 테라헤르츠파 검출부에는 상기에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치가 사용되고 있다. 따라서, 본 적용예의 카메라는 조사되는 테라헤르츠파를 고정밀도로 전기 신호로 변환하는 테라헤르츠파 검출 장치를 구비한 장치로 할 수 있다.
[적용예 9]
본 적용예에 관한 이미징 장치로서, 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 발생부와, 상기 테라헤르츠파 발생부로부터 사출되어 대상물을 투과한 상기 테라헤르츠파 또는 상기 대상물에서 반사된 상기 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부와, 상기 테라헤르츠파 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 대상물의 화상을 생성하는 화상 형성부를 구비하고, 상기 테라헤르츠파 검출부는 상기 중 어느 하나에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치인 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 테라헤르츠파 발생부로부터 사출된 테라헤르츠파가 대상물을 조사한다. 테라헤르츠파는 대상물을 투과 또는 반사한 후, 테라헤르츠파 검출부를 조사한다. 테라헤르츠파 검출부는 테라헤르츠파의 검출 결과를 화상 형성부에 출력하고, 화상 형성부는 검출 결과를 사용해서 대상물의 화상을 생성한다. 테라헤르츠파 검출부는 상기에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치이다. 따라서, 본 적용예의 이미징 장치는 조사되는 테라헤르츠파를 고정밀도로 전기 신호로 변환하는 테라헤르츠파 검출 장치를 구비한 장치로 할 수 있다.
[적용예 10]
본 적용예에 관한 계측 장치로서, 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 발생부와, 상기 테라헤르츠파 발생부로부터 사출되어 대상물을 투과한 상기 테라헤르츠파 또는 상기 대상물에서 반사된 상기 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부와, 상기 테라헤르츠파 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 대상물을 계측하는 계측부를 구비하고, 상기 테라헤르츠파 검출부는 상기 중 어느 하나에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치인 것을 특징으로 한다.
본 적용예에 의하면, 테라헤르츠파 발생부로부터 사출된 테라헤르츠파가 대상물을 조사한다. 테라헤르츠파는 대상물을 투과 또는 반사한 후, 테라헤르츠파 검출부를 조사한다. 테라헤르츠파 검출부는 테라헤르츠파의 검출 결과를 계측부에 출력하고, 계측부는 검출 결과를 사용해서 대상물을 계측한다. 테라헤르츠파 검출부는 상기에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치이다. 따라서, 본 적용예의 계측 장치는 조사되는 테라헤르츠파를 고정밀도로 전기 신호로 변환하는 테라헤르츠파 검출 장치를 구비한 장치로 할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관계되고, (a)는 테라헤르츠파 검출 장치의 구조를 도시하는 모식 평면도, (b)는 화소의 구조를 도시하는 주요부 확대도.
도 2의 (a)는 제1 검출 소자의 배치를 설명하기 위한 모식 평면도, 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)는 테라헤르츠파를 설명하기 위한 모식도.
도 3의 (a)는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 평면도, 도 3의 (b)는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 측단면도.
도 4는 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 5는 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 6은 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 7은 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 8은 제2 실시 형태에 관계되고, (a)는 이미징 장치의 구성을 도시하는 블록도, (b)는 대상물의 테라헤르츠대에서의 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 9는 대상물의 물질 A, B 및 C의 분포를 나타내는 화상의 도면.
도 10은 제3 실시 형태에 관계되고, 계측 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 11은 제4 실시 형태에 관계되고, 카메라의 구성을 도시하는 블록도.
도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 변형예에 관계되는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 평면도.
도 2의 (a)는 제1 검출 소자의 배치를 설명하기 위한 모식 평면도, 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)는 테라헤르츠파를 설명하기 위한 모식도.
도 3의 (a)는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 평면도, 도 3의 (b)는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 측단면도.
도 4는 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 5는 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 6은 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 7은 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 8은 제2 실시 형태에 관계되고, (a)는 이미징 장치의 구성을 도시하는 블록도, (b)는 대상물의 테라헤르츠대에서의 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 9는 대상물의 물질 A, B 및 C의 분포를 나타내는 화상의 도면.
도 10은 제3 실시 형태에 관계되고, 계측 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 11은 제4 실시 형태에 관계되고, 카메라의 구성을 도시하는 블록도.
도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 변형예에 관계되는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 평면도.
본 실시 형태에서는, 테라헤르츠파 검출 장치의 특징적인 예에 대해, 도 1 내지 도 12에 따라서 설명한다. 이하, 실시 형태에 대해 도면에 따라서 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서의 각 부재는, 각 도면 상에서 인식 가능한 정도의 크기로 하기 위해, 각 부재마다 축척을 다르게 하여 도시하고 있다.
(제1 실시 형태)
제1 실시 형태에 관계되는 테라헤르츠파 검출 장치에 대해 도 1 내지 도 7에 따라서 설명한다. 도 1의 (a)는 테라헤르츠파 검출 장치의 구조를 도시하는 모식 평면도이다. 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 테라헤르츠파 검출 장치(1)는 사각형의 기판으로서의 베이스 기판(2)을 구비하고, 베이스 기판(2)의 주위에는 프레임부(3)가 설치되어 있다. 프레임부(3)는 베이스 기판(2)을 보호하는 기능을 갖고 있다. 베이스 기판(2) 상에는 격자 형상으로 화소(4)가 배열되어 있다. 화소(4)의 행수 및 열수는 특별히 한정되지 않는다. 화소(4)의 개수가 많은 쪽이 고정밀도로 피검출물의 형상을 인식할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 도면을 알기 쉽게 하기 위해 테라헤르츠파 검출 장치(1)는 16행 16열의 화소(4)를 구비한 장치로 했다.
도 1의 (b)는 화소의 구조를 도시하는 주요부 확대도이다. 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 화소(4)는 제1 화소(5), 제2 화소(6), 제3 화소(7) 및 제4 화소(8)에 의해 구성되어 있다. 베이스 기판(2)의 평면에서 보아[베이스 기판(2)의 판 두께 방향에서 보아] 제1 화소(5) 내지 제4 화소(8)는 각각 사각형으로 되어 있고, 동일한 면적으로 되어 있다. 그리고, 제1 화소(5) 내지 제4 화소(8)는 화소(4)의 무게 중심을 지나는 선으로 4분할된 장소로 배치되어 있다.
제1 화소(5)에는 검출 소자로서의 제1 검출 소자(9)가 4행 4열의 격자 형상으로 배열되고, 제2 화소(6)에는 검출 소자로서의 제2 검출 소자(10)가 4행 4열의 격자 형상으로 배열되어 있다. 제3 화소(7)에는 검출 소자로서의 제3 검출 소자(11)가 4행 4열의 격자 형상으로 배열되고, 제4 화소(8)에는 검출 소자로서의 제4 검출 소자(12)가 4행 4열의 격자 형상으로 배열되어 있다. 제1 검출 소자(9) 내지 제4 검출 소자(12)는 동일한 구조를 하고 있고 베이스 기판(2)의 평면에서 볼 때 크기가 다르다. 제1 검출 소자(9)보다 제2 검출 소자(10)가 크고, 제2 검출 소자(10)보다 제3 검출 소자(11)가 큰 소자로 되어 있다. 그리고, 제3 검출 소자(11)보다 제4 검출 소자(12)가 큰 소자로 되어 있다.
제1 검출 소자(9) 내지 제4 검출 소자(12)는 베이스 기판(2)의 평면에서 볼 때 크기와 검출하는 테라헤르츠파의 공진 주파수 사이에서 상관이 있다. 큰 검출 소자는 작은 검출 소자보다도 파장이 긴 테라헤르츠파를 검출할 수 있다. 제1 검출 소자(9), 제2 검출 소자(10), 제3 검출 소자(11), 제4 검출 소자(12)가 검출하는 테라헤르츠파의 파장을 각각 제1 파장, 제2 파장, 제3 파장, 제4 파장으로 한다. 이때, 제4 파장이 이들 파장 중에서는 가장 긴 파장이며, 제3 파장, 제2 파장의 순서대로 짧게 되고, 제1 파장이 이들 파장 중에서는 가장 짧은 파장으로 되어 있다.
화소(4)에는 제1 검출 소자(9) 내지 제4 검출 소자(12)의 4종류의 검출 소자가 배열되어 있다. 따라서, 테라헤르츠파 검출 장치(1)는 제1 파장 내지 제4 파장의 4종류의 파장의 테라헤르츠파를 검출할 수 있다. 제1 검출 소자(9) 내지 제4 검출 소자(12)는 마찬가지의 구조이므로, 제1 검출 소자(9)의 구조를 설명하고, 제2 검출 소자(10) 내지 제4 검출 소자(12)의 설명은 생략한다.
도 2의 (a)는 제1 검출 소자의 배치를 설명하기 위한 모식 평면도이다. 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)는 테라헤르츠파를 설명하기 위한 모식도이다. 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 화소(5)에서는 제1 검출 소자(9)가 4행 4열의 격자 형상으로 배열되어 있다. 각 행에 있어서 제1 검출 소자(9)는 일정한 주기로 배열되어 있다. 그 주기를 주기로서의 제1 주기(13)로 한다. 각 열에 있어서 제1 검출 소자(9)는 일정한 주기로 배치되어 있다. 그 주기를 주기로서의 제2 주기(14)로 한다. 테라헤르츠파(15)는 제1 검출 소자(9)가 설치된 베이스 기판(2)의 평면에 대해 법선 방향으로 진행하여 제1 검출 소자(9)[구체적으로는, 후술하는 변환부(35)]에 도달하면 회절시켜 제1 검출 소자(9)의 내부에 진입한다. 인접하는 제1 검출 소자(9)[변환부(35)]의 사이의 부분은 좁게 되어 있고, 테라헤르츠파(15)에 대해 슬릿으로서 작용한다. 따라서, 조사되는 테라헤르츠파(15)의 진행 방향은 제1 검출 소자(9)의 단부에서 제1 검출 소자(9)의 내부를 향하는 방향으로 변경된다.
도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 테라헤르츠파(15)는 진공 중에서 일정한 파장(15a)을 유지하여 진행하는 광이다. 그리고, 테라헤르츠파(15)는 제1 화소(5)에 의해 검출되는 광이다. 이때, 제1 검출 소자(9)가 배열되는 방향의 주기인 제1 주기(13) 및 제2 주기(14)는 파장(15a)보다 짧은 것이 바람직하다. 제1 주기(13) 및 제2 주기(14)가 파장(15a)보다 짧은 쪽이 테라헤르츠파(15)는 회절하기 쉽게 되기 때문에, 제1 검출 소자(9)는 테라헤르츠파(15)를 도입하여 검출 감도를 올릴 수 있다.
도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이, 테라헤르츠파(15)는 편광하는 경우가 있다. 편광에는 타원 편광이나 직선 편광이 있다. 이때 편광의 길이 방향을 편광 방향(15b)으로 한다. 편광 방향(15b)은 테라헤르츠파(15)의 진행 방향과 직교하는 방향으로 되어 있다. 그리고, 편광 방향(15b)의 테라헤르츠파(15)의 길이의 절반의 길이를 진폭(15c)으로 한다. 이때, 제1 주기(13) 및 제2 주기(14)는 진폭(15c)의 2배의 길이보다 짧은 것이 바람직하다. 제1 주기(13) 및 제2 주기(14)가 짧은 쪽이 테라헤르츠파(15)가 회절하기 쉽게 되므로, 제1 검출 소자(9)는 테라헤르츠파(15)를 도입하여 검출 감도를 올릴 수 있다.
도 3의 (a)는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 평면도이며, 도 3의 (b)는 제1 검출 소자의 구조를 도시하는 모식 측단면도이다. 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A'선을 따르는 단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 베이스 기판(2) 상에는 제1 절연층(16)이 형성되어 있다. 베이스 기판(2)의 재질은 실리콘이며, 제1 절연층(16)의 재질은 특별히 한정되지 않지만 질화실리콘, 탄질화실리콘, 이산화실리콘 등을 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 예를 들어 제1 절연층(16)의 재질에 이산화실리콘이 사용되고 있다. 베이스 기판(2)의 제1 절연층(16)측의 면에는 배선이나 구동 회로 등의 회로가 형성되어 있다. 제1 절연층(16)은 베이스 기판(2) 상의 회로를 덮음으로써 예정 외의 전류의 유동을 방지한다.
제1 절연층(16) 상에는 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)가 세워 설치되어 있다. 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 재질은 제1 절연층(16)과 동일한 재질이다. 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 형상은 사각뿔의 정점을 평탄하게 한 각뿔대가 형상으로 되어 있다. 제1 절연층(16)에 있어서 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)와 접하는 장소를 제외한 장소에는 제1 금속층(21)이 형성되어 있다. 제1 금속층(21)의 상측, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 측면에는 제1 보호층(22)이 형성되어 있다. 제1 보호층(22)은 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18) 등을 형성할 때에 사용하는 에칭액으로부터 제1 금속층(21), 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)를 보호하는 층이다. 제1 기둥부(17), 제2 기둥부(18), 제1 금속층(21) 및 제1 절연층(16)이 에칭액에 내성이 있을 때에는 제1 보호층(22)의 설치를 생략해도 좋다.
제1 기둥부(17) 상에는 제2 보호층(23)을 개재해서 아암부 및 지지부로서의 제1 아암부(24)가 설치되고, 제2 기둥부(18) 상에는 제2 보호층(23)을 개재해서 아암부 및 지지부로서의 제2 아암부(25)가 설치되어 있다. 그리고, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)에 접속하여 지지 기판(26)이 배치되고, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)가 지지 기판(26)을 지지하고 있다. 제1 기둥부(17), 제2 기둥부(18), 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)에 의해 지지부(27)가 구성되어 있다. 지지부(27)에 의해 지지 기판(26)은 베이스 기판(2)으로부터 이격되어 지지되어 있다. 지지 기판(26), 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)에 있어서 베이스 기판(2)을 향하는 면에는 제2 보호층(23)이 형성되어 있다. 제2 보호층(23)은 지지 기판(26), 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18) 등을 형성할 때에 사용하는 에칭액으로부터 제1 아암부(24), 제2 아암부(25) 및 지지 기판(26)을 보호하는 막이다.
제1 금속층(21)의 재질은 테라헤르츠파(15)를 반사하기 쉬운 재질이면 좋고, 비저항이 10 이상 100 이하의 재질이 바람직하다. 또한, 제1 금속층(21)의 재질은 시트 저항이 10Ω/□ 이상의 재질이 바람직하다. 제1 금속층(21)의 재질에는 예를 들어, 금, 구리, 철, 알루미늄, 아연, 크롬, 납, 티타늄 등의 금속이나 니크롬 등의 합금을 사용할 수 있다. 제1 보호층(22) 및 제2 보호층(23)의 재질은 내에칭성이 있으면 좋고 특별히 한정되지 않지만 본 실시 형태에서는 예를 들어 제1 보호층(22) 및 제2 보호층(23)의 재질에 산화알루미늄을 사용하고 있다. 제1 아암부(24), 제2 아암부(25) 및 지지 기판(26)이 에칭액에 내성이 있을 때에는 제2 보호층(23)의 형성을 생략해도 좋다.
지지부(27)에 의해 지지 기판(26)은 베이스 기판(2) 및 제1 금속층(21)과 이격되어 있고, 베이스 기판(2)과 지지 기판(26) 사이는 공동(28)으로 되어 있다. 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)의 형상은 각기둥을 직각으로 구부린 형상으로 되어 있고, 일부가 지지 기판(26)의 변과 평행하게 배치되어 있다. 이에 의해, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)는 길게 되어 있고, 지지 기판(26)으로부터 베이스 기판(2)에 열이 전도되는 것을 억제한다.
베이스 기판(2)의 표면과 제1 아암부(24)의 도면 중 상측의 표면 사이에는 제1 기둥부(17) 및 제1 아암부(24)를 관통하는 제1 관통 전극(29)이 설치되어 있다. 또한, 베이스 기판(2)의 표면과 제2 아암부(25)의 표면 사이에는 제2 기둥부(18) 및 제2 아암부(25)를 관통하는 제2 관통 전극(30)이 설치되어 있다.
지지 기판(26)의 재질은 강성이 있어 테라헤르츠파(15)를 투과 흡수해서 가공 가능하면 좋고 특별히 한정되지 않는다. 지지 기판(26)의 주재질은 실리콘이 바람직하고, 본 실시 형태에서는 예를 들어, 이산화실리콘, 질화실리콘, 이산화실리콘의 3층 구조로 되어 있다. 제1 관통 전극(29) 및 제2 관통 전극(30)의 재질은 도전성이 있어 미세한 패턴이 형성 가능하면 좋고 특별히 한정되지 않지만 예를 들어 티타늄, 텅스텐, 알루미늄 등의 금속을 사용할 수 있다.
지지 기판(26) 상에는 베이스 기판(2)의 평면에서 보아 사각형의 흡수부로서의 유전체층(31)이 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 지지 기판(26)은 유전체층(31) 및 후술하는 변환부(35)를 지지하고 있다. 유전체층(31)은 진입하는 테라헤르츠파(15)를 흡수해서 열을 발생하는 층이다. 예를 들어 본 실시 형태에서는, 유전체층(31)의 두께는 100㎚ 이상 1㎛ 이하이고, 유전체층(31)의 비유전율은 2 이상 100 이하이다. 유전체층(31)의 비저항은 10 이상 100 이하가 바람직하고, 유전체층(31)의 재질은, 예를 들어 산화지르코늄, 티탄산바륨, 산화하프늄, 규산하프늄, 산화티타늄, 폴리이미드, 질화실리콘, 산화알루미늄 또는 이들의 적층체를 사용할 수 있다.
유전체층(31) 상에는 제2 금속층(32), 초전체층(33), 제3 금속층(34)이 이 순서대로 적층된 변환부(35)가 설치되어 있다. 변환부(35)는 열을 전기 신호로 변환하는 초전 센서의 기능을 갖고 있다. 제2 금속층(32)의 재질은 전도성이 좋아 테라헤르츠파(15)를 반사하는 금속이면 좋고, 나아가서는 내열성이 있는 금속이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 예를 들어, 제2 금속층(32)은 이리듐, 산화이리듐, 백금의 층을 지지 기판(26)측으로부터 이 순서대로 적층하고 있다. 이리듐은 배향 제어, 산화이리듐은 환원 가스 배리어, 백금은 시드층으로서의 기능을 구비하고 있다. 또한, 제2 금속층(32)은 유전체층(31)측에 제1 금속층(21)과 마찬가지인 재질의 층을 배치해도 좋다. 이에 의해 제2 금속층(32)은 테라헤르츠파(15)를 효율적으로 반사시킬 수 있다.
초전체층(33)의 재질은 초전 효과를 발휘할 수 있는 유전체이며, 온도 변화에 따라서 전기 분극량의 변화를 발생할 수 있다. 초전체층(33)의 재질에는 PZT(티탄산지르콘산납) 또는 PZT에 Nb(니오븀)를 첨가한 PZTN을 사용할 수 있다.
제3 금속층(34)의 재질은 도전성이 좋은 금속이면 좋고, 나아가서는 내열성이 있는 금속이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 예를 들어, 제3 금속층(34)의 재질에 백금, 산화이리듐, 이리듐의 층을 초전체층(33)측으로부터 이 순서대로 적층하고 있다. 백금은 배향 정합, 산화이리듐은 환원 가스 배리어, 이리듐은 저저항층으로서의 기능을 구비하고 있다. 또한, 제3 금속층(34), 제2 금속층(32)의 재질은 상기의 예에 한정되지 않고, 예를 들어 금, 구리, 철, 알루미늄, 아연, 크롬, 납, 티타늄 등의 금속이나 니크롬 등의 합금이어도 좋다.
변환부(35)의 주위에는 제2 절연층(36)이 배치되어 있다. 또한, 변환부(35)의 제1 아암부(24)측에는 제2 절연층(36)에 의해 슬로프가 설치되고, 유전체층(31)의 제2 기둥부(18)측에도 제2 절연층(36)에 의해 슬로프가 설치되어 있다. 그리고, 제1 아암부(24) 상에는 제1 관통 전극(29)과 제3 금속층(34)을 접속하는 제1 배선(37)이 설치되고, 제1 배선(37)은 제2 절연층(36)의 슬로프 상에 설치되어 있다. 제2 아암부(25) 상에는 제2 관통 전극(30)과 제2 금속층(32)을 접속하는 제2 배선(38)이 설치되고, 제2 배선(38)은 제2 절연층(36)의 슬로프 상에 설치되어 있다.
변환부(35)가 출력하는 전기 신호는 제1 배선(37), 제1 관통 전극(29), 제2 배선(38) 및 제2 관통 전극(30)에 의해 베이스 기판(2) 상의 전기 회로에 전달된다. 제1 배선(37)은 제1 아암부(24)로부터 제2 절연층(36) 상을 통과해서 제3 금속층(34)과 접속한다. 이에 의해, 제1 배선(37)이 제2 금속층(32) 및 초전체층(33)과 접촉하는 것이 방지되어 있다. 또한, 제1 배선(37) 및 제2 배선(38)을 덮어서 도시하지 않은 절연막이 형성되어도 좋다. 제1 배선(37) 및 제2 배선(38)에 예정 외의 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 제2 절연층(36)의 재료에는 실리콘막, 질화실리콘막, 산화실리콘막을 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 예를 들어 제2 절연층(36)에 질화실리콘막을 사용하고 있다.
베이스 기판(2)에는 제1 검출 소자(9)가 격자 형상으로 배열되어 있고, 제2 금속층(32)의 주기는 제1 주기(13) 및 제2 주기(14)와 동일한 주기로 되어 있다. 그리고, 제2 금속층(32)의 주기는 테라헤르츠파(15)의 진공에 있어서의 파장에 비해 작은 주기로 배열되어 있다. 이에 의해, 인접하는 제1 검출 소자(9)의 사이의 부분은 테라헤르츠파(15)에 대해 슬릿으로서 작용한다.
제1 검출 소자(9)에 테라헤르츠파(15)가 조사될 때 테라헤르츠파(15)는 인접하는 제1 검출 소자(9)[제2 금속층(32)]의 사이를 통과할 때에 회절한다. 그리고, 테라헤르츠파(15)는 진행 방향이 바뀌고 일부의 테라헤르츠파(15)는 제1 금속층(21)과 제2 금속층(32) 사이에 진입한다. 그리고, 테라헤르츠파(15)는 제1 금속층(21)과 제2 금속층(32) 사이에서 다중 반사해서 유전체층(31), 지지 기판(26) 및 공동(28)을 진행한다.
유전체층(31) 및 지지 기판(26)을 진행하는 테라헤르츠파(15)의 에너지는 열로 변환된다. 유전체층(31)은 유전율이 높으므로 효율적으로 발열한다. 그리고, 제1 검출 소자(9)를 조사하는 테라헤르츠파(15)의 광강도가 강한수록 유전체층(31) 및 지지 기판(26)이 가열되어 유전체층(31) 및 지지 기판(26)의 온도가 상승한다. 유전체층(31) 및 지지 기판(26)의 열은 변환부(35)에 전도된다. 그리고, 변환부(35)의 온도가 상승하고, 변환부(35)는 상승한 온도를 전기 신호로 변환시켜 제1 관통 전극(29) 및 제2 관통 전극(30)에 출력한다.
지지 기판(26) 및 변환부(35)에 축적된 열은, 제3 금속층(34), 제1 배선(37), 제1 아암부(24) 및 제1 기둥부(17)를 통과해서 베이스 기판(2)에 전도된다. 또한, 지지 기판(26) 및 변환부(35)에 축적된 열은, 제2 금속층(32), 제2 배선(38), 제2 아암부(25) 및 제2 기둥부(18)를 통과해서 베이스 기판(2)에 전도된다. 따라서, 제1 검출 소자(9)를 조사하는 테라헤르츠파(15)의 광강도가 저하할 때, 시간의 경과에 수반해서 지지 기판(26) 및 변환부(35)의 온도가 저하한다. 따라서, 제1 검출 소자(9)는 제1 검출 소자(9)에 조사되는 테라헤르츠파(15)의 광강도의 변동을 검출할 수 있다.
유전체층(31)은 평면에서 보아 정사각형이며 1변의 길이를 유전체층 길이(31a)로 한다. 제2 금속층(32)은 평면에서 보아 정사각형이며 1변의 길이를 제2 금속층 길이(32a)로 한다. 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는 예를 들어, 유전체층 길이(31a)와 제2 금속층 길이(32a)는 동일한 길이로 되어 있다. 유전체층 길이(31a) 및 제2 금속층 길이(32a)는 테라헤르츠파(15)의 진공에 있어서의 파장(15a)보다 짧게 하는 것이 바람직하다. 또한, 진폭(15c)의 2배보다 짧게 하는 것이 바람직하다.
유전체층 길이(31a) 및 제2 금속층 길이(32a)를 짧게 함으로써 유전체층(31)의 중량을 가볍게 할 수 있다. 이에 의해, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)를 가늘게 할 수 있다. 그리고, 제1 검출 소자(9)는 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)의 단열성을 높게 할 수 있다. 그 결과, 변환부(35) 및 지지 기판(26)으로부터 열이 방출되기 어렵게 되므로, 테라헤르츠파(15)의 검출을 고정밀도로 할 수 있다. 또한, 유전체층(31)이 작은 쪽이 클 때에 비해 열용량이 작아지므로, 열의 발생에 대해 온도 변화가 크게 된다. 이로 인해, 유전체층(31)은 효율적으로 테라헤르츠파(15)를 흡수해서 발생한 열을 온도로 변환할 수 있다.
유전체층 길이(31a) 및 제2 금속층 길이(32a)는 10㎛보다 길게 하는 것이 바람직하다. 이때, 테라헤르츠파(15)를 효율적으로 유전체층(31)에 흡수시킬 수 있다. 유전체층 길이(31a) 및 제2 금속층 길이(32a)가 10㎛보다 짧을 때 테라헤르츠파(15)가 유전체층(31)을 통과하는 확률이 높아지므로 테라헤르츠파(15)를 흡수해서 열을 발생하는 효율이 저하한다.
변환부(35), 유전체층(31) 및 지지 기판(26)을 덮어서 제3 보호층(41)이 설치되어 있다. 제3 보호층(41)은 변환부(35) 및 지지 기판(26)에 먼지가 부착되는 것을 방지한다. 또한, 산소나 수분의 진입에 의해 변환부(35) 및 지지 기판(26)이 열화되는 것을 방지한다. 제3 보호층(41)의 재료에는 실리콘막, 질화실리콘막, 산화실리콘막, 각종 수지 재료를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 예를 들어 제3 보호층(41)에 질화실리콘막을 사용하고 있다. 제3 보호층(41)은 또한 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)를 덮어도 좋다. 이에 의해 제3 보호층(41)은 제1 배선(37) 및 제2 배선(38)에 먼지가 부착되거나 예정 외의 전기가 유동되거나 하는 것을 방지할 수 있다.
배열된 각 제1 검출 소자(9)에 있어서 외형에 대한 제2 금속층(32)의 위치는 동일 위치로 되어 있다. 따라서, 각 제1 검출 소자(9)의 주기인 제1 주기(13) 및 제2 주기(14)는 제2 금속층(32)의 주기와 동일한 길이로 되어 있다. 그리고, 제2 금속층(32)의 주기가 파장(15a)보다 짧게 설정됨으로써, 인접하는 제2 금속층(32)의 간격을 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 테라헤르츠파(15)를 효율적으로 회절시켜 지지 기판(26)의 내부를 향해 진행시킬 수 있다.
다음에, 도 4 내지 도 7을 사용하여, 제1 검출 소자(9)의 제조 방법을 설명한다. 제2 검출 소자(10) 내지 제4 검출 소자(12)의 제조 방법은 제1 검출 소자(9)의 제조 방법과 동일하고, 설명을 생략한다. 도 4 내지 도 7은 제1 검출 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 베이스 기판(2) 상에 제1 절연층(16)을 형성한다. 제1 절연층(16)은, 예를 들어 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성된다. 다음에, 제1 절연층(16)에는 제1 관통 구멍(29a) 및 제2 관통 구멍(30a)이 포토리소그래피법 및 에칭법을 사용해서 패터닝하여 형성된다. 이하, 패터닝은 포토리소그래피법 및 에칭법을 사용하는 것으로 한다. 다음에, 제1 관통 구멍(29a) 및 제2 관통 구멍(30a)에 각각 제1 관통 전극(29) 및 제2 관통 전극(30)이 형성된다. 제1 관통 전극(29) 및 제2 관통 전극(30)은, 예를 들어 도금법, 스퍼터법에 의해 형성된다.
도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 절연층(16)이 패터닝되어, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)가 형성된다. 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 형성에는 드라이 에칭법이 사용되어 제조 조건을 조정함으로써 측면을 경사지게 할 수 있다. 다음에, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)를 제외한 장소의 제1 절연층(16) 상에 제1 금속층(21)이 설치된다. 제1 금속층(21)은 예를 들어 스퍼터법에 의해 형성되어 패터닝된다. 또한, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 측면에 제1 금속층(21)이 형성되어 있어도 좋다.
도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제1 금속층(21), 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18) 상에 제1 보호층(22)이 형성된다. CVD법에 의해 산화알루미늄의 막이 형성되고, 이 막을 제1 보호층(22)으로 한다. 이에 의해, 제1 절연층(16), 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)는 산화알루미늄의 막에 덮인 상태가 된다.
다음에, 제1 보호층(22) 상에 CVD법을 사용해서 이산화실리콘으로 이루어지는 희생층(42)이 형성된다. 이때, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)를 초과하는 높이에 이산화실리콘의 막이 형성되고, 희생층(42)의 막 두께는 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 높이보다 두껍게 형성된다. 다음에, CMP법(Chemical Mechanical Polishing)을 사용해서 희생층(42)의 상면이 평탄하게 형성되고, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 상면과 희생층(42)의 면이 동일한 면으로 형성된다. 또한, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)의 상면에 잔류하는 제1 금속층(21), 제1 보호층(22) 및 희생층(42)이 제거된다.
도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 희생층(42) 상에 제2 보호층(23)이 형성된다. 제2 보호층(23)은 CVD법이나 스퍼터법에 의해 형성된다. 다음에, 제2 보호층(23) 상에 지지 기판층(26a)이 형성된다. 지지 기판층(26a)은 제1 아암부(24), 제2 아암부(25) 및 지지 기판(26)의 원인이 되는 층이다. 지지 기판층(26a)은, 예를 들어 CVD법, 스퍼터법에 의해 형성된다.
다음에, 제2 보호층(23) 및 지지 기판층(26a)이 패터닝되고, 제1 관통 구멍(29a) 및 제2 관통 구멍(30a)이 형성된다. 제1 관통 구멍(29a) 및 제2 관통 구멍(30a)은, 각각 전공정에서 형성한 제1 관통 전극(29) 및 제2 관통 전극(30)이 노출되도록 형성된다. 다음에, 제1 관통 구멍(29a)에 제1 관통 전극(29)의 재료가 충전되고, 제2 관통 구멍(30a)에는 제2 관통 전극(30)의 재료가 충전된다. 제1 관통 전극(29) 및 제2 관통 전극(30)은, 예를 들어 도금법, 스퍼터법에 의해 형성된다. 이상의 공정에 의해, 지지 기판층(26a)의 표면으로부터 베이스 기판(2)에 연결되는 제1 관통 전극(29) 및 제2 관통 전극(30)이 형성된다.
도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 지지 기판층(26a)에 유전체층(31)의 재료를 배치한다. 유전체층(31)의 재료는, 예를 들어 CVD법에 의해 성막되어 패터닝에 의해 형성된다. 다음에, 배치한 유전체층(31)의 재료를 소성함으로써 유전체층(31)을 형성한다. 이때 소성 온도는 특별히 한정되지 않지만 본 실시 형태에서는 예를 들어 약 700 ℃에서 행하고 있다.
도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 유전체층(31) 상에, 제2 금속층(32), 초전체층(33) 및 제3 금속층(34)이 이 순서대로 적층되어 형성된다. 이에 의해, 변환부(35)가 형성된다. 제2 금속층(32), 제3 금속층(34)은, 예를 들어 스퍼터법에 의해 성막되어 패터닝하여 형성된다. 초전체층(33)은, 예를 들어 스퍼터법이나 졸겔법에 의해 성막된 후에 패터닝됨으로써 형성된다. 다음에, 초전체층(33)이 소결된다. 초전체층(33)을 소결하는 온도는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는 예를 들어 초전체층(33)을 약 400℃에서 소결하고 있다. 이 온도는 유전체층(31)에 영향을 주지 않는 온도로 되어 있다.
다음에, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 유전체층(31) 및 변환부(35)의 주위에, 제2 절연층(36)이 형성된다. 제2 절연층(36)은, 예를 들어 스퍼터법이나 CVD법에 의해 성막되어 패터닝됨으로써 형성된다. 패터닝 조건을 조정함으로써 제1 배선(37) 및 제2 배선(38)을 배치하는 장소에 슬로프가 형성된다.
도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 지지 기판층(26a) 상 및 제2 절연층(36) 상에 제1 배선(37)이 형성되고, 제3 금속층(34)과 제1 관통 전극(29)이 전기적으로 접속된다. 또한, 지지 기판층(26a) 상에 제2 배선(38)이 형성되고, 제2 금속층(32)과 제2 관통 전극(30)이 전기적으로 접속된다. 제1 배선(37) 및 제2 배선(38)은, 예를 들어 도금법, 스퍼터법에 의해 성막되어 패터닝됨으로써 형성된다.
도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 변환부(35) 및 유전체층(31)을 덮어서 제3 보호층(41)이 형성된다. 제3 보호층(41)은, 예를 들어 CVD법에 의해 성막되어 패터닝에 의해 형성된다. 제3 보호층(41)은 또한 제1 배선(37) 및 제2 배선(38)을 덮도록 형성되어도 좋다.
도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 지지 기판층(26a) 및 제2 보호층(23)이 패터닝된다. 이에 의해, 지지 기판(26)이 사각형으로 형성되고, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)가 각기둥 형상으로 형성된다. 제1 아암부(24)는 유전체층(31)과 제1 기둥부(17)를 연결하고, 제2 아암부(25)는 유전체층(31)과 제2 기둥부(18)를 연결한다.
도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 희생층(42)이 제거된다. 에칭하지 않는 장소가 마스킹된 후에 에칭되어 희생층(42)이 제거된다. 그리고, 에칭 후에 마스킹이 제거되어 세정된다. 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)는 제1 보호층(22)에 보호되어 있으므로 에칭되지 않게 형성된다. 지지 기판(26)의 베이스 기판(2)측의 면도 제2 보호층(23)에 보호되어 있으므로 지지 기판(26)은 에칭되지 않게 형성된다. 이에 의해, 제1 기둥부(17), 제2 기둥부(18) 및 공동(28)이 형성된다. 또한, 제1 기둥부(17) 및 제2 기둥부(18)와 동시에 프레임부(3)가 형성되어도 좋다. 또한, 제1 검출 소자(9)와 병행해서 제2 검출 소자(10) 내지 제4 검출 소자(12)가 형성된다. 이상의 공정에 의해 테라헤르츠파 검출 장치(1)가 완성된다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 이하의 효과를 갖는다.
(1) 본 실시 형태에 따르면, 제1 검출 소자(9)는 유전체층(31)과 변환부(35)를 구비하고 있다. 유전체층(31)은 테라헤르츠파(15)를 흡수해서 열을 발생한다. 유전체층(31)에 조사되는 테라헤르츠파(15)의 양에 따라서 유전체층(31)은 열을 발생시킨다. 변환부(35)는 유전체층(31)에서 발생한 열을 전기 신호로 변환한다. 따라서, 유전체층(31)에 조사되는 테라헤르츠파(15)의 양에 대응한 전기 신호를 변환부(35)가 출력할 수 있다.
(2) 본 실시 형태에 따르면, 테라헤르츠파 검출 장치(1)는 베이스 기판(2)을 구비하고, 베이스 기판(2) 상에는 공동(28)을 사이에 두고 제1 검출 소자(9)가 배열되어 있다. 지지 기판(26)은 지지부(27)에 의해 지지되어 있으므로, 지지 기판(26) 및 유전체층(31)의 열은 베이스 기판(2)에 전도되기 어렵게 되어 있다. 따라서, 유전체층(31)에서 발생한 열에 의해 변환부(35)의 온도가 응답성 좋게 상승하므로, 제1 검출 소자(9)는 고감도로 테라헤르츠파(15)를 검출할 수 있다. 또한, 제2 검출 소자(10) 내지 제4 검출 소자(12)의 구조는 제1 검출 소자(9)와 마찬가지의 구조이며, 고감도로 테라헤르츠파(15)를 검출할 수 있다.
(3) 본 실시 형태에 따르면, 지지 기판(26) 및 유전체층(31)이 제1 금속층(21)과 제2 금속층(32) 사이에 끼워진 형태로 되어 있다. 유전체층(31)에 테라헤르츠파(15)가 입사될 때 테라헤르츠파(15)는 유전체층(31), 지지 기판(26)을 진행한다. 테라헤르츠파(15)는, 제1 금속층(21)과 제2 금속층(32)에서 다중 반사한다. 그리고, 제1 금속층(21)과 제2 금속층(32)에 반사하는 테라헤르츠파(15)는 유전체층(31)의 내부를 진행하는 과정에서 유전체층(31)에 에너지가 흡수되어 열로 변환된다. 따라서, 테라헤르츠파 검출 장치(1)를 조사하는 테라헤르츠파(15)를 제1 검출 소자(9)는 효율적으로 유전체층(31)에 흡수시켜 에너지를 열로 변환시킬 수 있다.
(4) 본 실시 형태에 따르면, 제1 검출 소자(9)는 이격되어 복수 배열되어 있으므로, 변환부(35)도 이격되어 복수 배열되어 있다. 그리고, 인접하는 변환부(35)의 사이는 슬릿으로서 작용한다. 따라서, 변환부(35)에서 테라헤르츠파(15)는 회절시켜 진행 방향을 바꿔서 유전체층(31)에 진입한다. 그 결과, 테라헤르츠파 검출 장치(1)는 조사되는 테라헤르츠파(15)를 효율적으로 흡수해서 고정밀도로 전기 신호로 변환할 수 있다.
(5) 본 실시 형태에 따르면, 제2 금속층(32)은 유전체층(31)에서 흡수되는 테라헤르츠파(15)의 진공 중에서의 파장보다도 작은 주기로 배열되어 있다. 이때, 인접하는 제2 금속층(32)의 사이의 간격은 좁게 되므로, 테라헤르츠파(15)는 회절하기 쉽게 된다. 따라서, 제1 금속층(21)과 제2 금속층(32) 사이에 테라헤르츠파(15)를 진입시켜 쉽게 할 수 있다.
(6) 본 실시 형태에 따르면, 제2 금속층(32)의 길이 및 유전체층(31)의 길이는 유전체층(31)에서 흡수되는 테라헤르츠파(15)의 진공 중에서의 파장보다 짧게 되어 있다. 또한, 제2 금속층(32)의 길이 및 유전체층(31)의 길이는 유전체층(31)에서 흡수되는 테라헤르츠파(15)의 진폭의 2배의 길이보다 짧게 되어 있다. 이에 의해, 유전체층(31)은 중량을 가볍게 할 수 있으므로, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)를 가늘게 할 수 있다. 또는, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)를 길게 할 수 있다. 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)가 가늘 때 또는 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)가 길 때에는 지지 기판(26)의 열이 베이스 기판(2)에 전도되기 어렵게 되므로, 제1 검출 소자(9)는 열을 검출하기 쉽게 할 수 있다.
(7) 본 실시 형태에 따르면, 제2 금속층(32)의 길이는 10㎛보다 길게 되어 있다. 이에 의해, 테라헤르츠파(15)는 제1 금속층(21) 및 제2 금속층(32)에서 다중 반사하므로, 유전체층(31)은 테라헤르츠파(15)를 효율적으로 흡수할 수 있다. 그 결과, 제1 검출 소자(9)는 고감도로 테라헤르츠파(15)를 검출할 수 있다.
(8) 본 실시 형태에 따르면, 유전체층(31)은 산화지르코늄, 티탄산바륨, 산화하프늄, 규산하프늄 중 어느 하나를 포함하고 있다. 산화지르코늄, 티탄산바륨, 산화하프늄, 규산하프늄은 유전율이 높은 재질이다. 따라서, 유전체층(31)은 테라헤르츠파(15)에 유전 손실을 발생시켜 테라헤르츠파의 에너지를 효율적으로 열로 변환시킬 수 있다.
(9) 본 실시 형태에 따르면, 지지 기판(26)의 재질은 이산화실리콘을 구비하고 있다. 실리콘 및 실리콘 화합물은 유전체이므로, 지지 기판(26)은 테라헤르츠파(15)를 흡수해서 열을 발생할 수 있다. 그리고, 실리콘 및 실리콘 화합물은 강성이 있으므로, 유전체층(31) 및 변환부(35)를 지지하는 구조물로서 기능할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음에, 테라헤르츠파 검출 장치를 사용한 이미징 장치의 일 실시 형태에 대해 도 8 및 도 9를 사용해서 설명한다. 도 8의 (a)는 이미징 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 8의 (b)는 대상물의 테라헤르츠대에서의 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 9는 대상물의 물질 A, B 및 C의 분포를 나타내는 화상의 도면이다.
도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이 이미징 장치(45)는 테라헤르츠파 발생부(46), 테라헤르츠파 검출부(47) 및 화상 형성부(48)를 구비하고 있다. 테라헤르츠파 발생부(46)는 테라헤르츠파(15)를 대상물(49)에 사출한다. 테라헤르츠파 검출부(47)는 대상물(49)을 투과한 테라헤르츠파(15) 또는 대상물(49)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15)를 검출한다. 화상 형성부(48)는 테라헤르츠파 검출부(47)의 검출 결과에 기초하여, 대상물(49)의 화상의 데이터인 화상 데이터를 생성한다.
테라헤르츠파 발생부(46)에는, 예를 들어 양자 캐스케이드 레이저, 광전도 안테나와 단펄스 레이저를 사용한 방식, 비선형 광학 결정을 사용한 차 주파수 발생 방식을 사용할 수 있다. 테라헤르츠파 검출부(47)에는 상기에 기재한 테라헤르츠파 검출 장치(1)가 사용되고 있다.
테라헤르츠파 검출부(47)는 제1 검출 소자(9) 내지 제4 검출 소자(12)를 구비하고, 각 검출 소자는 다른 파장의 테라헤르츠파(15)를 검출한다. 따라서, 테라헤르츠파 검출부(47)는 4종류의 파장의 테라헤르츠파(15)를 검출할 수 있다. 이미징 장치(45)는 4개의 검출 소자 중 제1 검출 소자(9) 및 제2 검출 소자(10)를 사용해서 2종류의 파장의 테라헤르츠파(15)를 검출하고, 대상물(49)을 분석하는 장치이다.
분광 이미징의 대상이 되는 대상물(49)이, 제1 물질(49a), 제2 물질(49b) 및 제3 물질(49c)에 의해 구성되어 있는 것으로 한다. 이미징 장치(45)는, 이 대상물(49)의 분광 이미징을 행한다. 테라헤르츠파 검출부(47)는 대상물(49)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15)를 검출한다. 또한, 분석에 사용하는 파장의 종류는 3종류 이상으로 해도 좋다. 이에 의해 더 많은 종류의 대상물(49)을 분석할 수 있다.
제1 검출 소자(9)가 검출하는 테라헤르츠파(15)의 파장을 제1 파장으로 하고, 제2 검출 소자(10)가 검출하는 파장을 제2 파장으로 한다. 대상물(49)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15)의 제1 파장의 광강도를 제1 강도로 하고, 제2 파장의 광강도를 제2 강도로 한다. 제1 물질(49a)과 제2 물질(49b)과 제3 물질(49c)에 의해 제1 강도와 제2 강도의 차분이 서로 현저하게 구별할 수 있도록 제1 파장 및 제2 파장이 설정되어 있다.
도 8의 (b)에 있어서 종축은 검출된 테라헤르츠파(15)의 광강도를 나타내고, 도면 중 상측이 하측보다 강한 강도로 되어 있다. 횡축은 검출된 테라헤르츠파(15)의 파장을 나타내고 도면 중 우측이 좌측보다 긴 파장으로 되어 있다. 제1 특성선(50)은 제1 물질(49a)이 반사하는 테라헤르츠파(15)의 파장과 광강도의 관계의 특성을 나타내는 선이다. 마찬가지로, 제2 특성선(51)은 제2 물질(49b)에 있어서의 테라헤르츠파(15)의 특성을 나타내고, 제3 특성선(52)은 제3 물질(49c)에 있어서의 테라헤르츠파(15)의 특성을 나타내고 있다. 횡축에는 제1 파장(53) 및 제2 파장(54)의 장소가 명시되어 있다.
대상물(49)이 제1 물질(49a)일 때 대상물(49)에 의해 반사한 테라헤르츠파(15)의 제1 파장(53)의 광강도를 제1 강도(50a)로 하고 제2 파장(54)의 광강도를 제2 강도(50b)로 한다. 제1 강도(50a)는 제1 파장(53)에 있어서의 제1 특성선(50)의 값이며, 제2 강도(50b)는 제2 파장(54)에 있어서의 제1 특성선(50)의 값이다. 제2 강도(50b)로부터 제1 강도(50a)를 감산한 값인 제1 파장차는 플러스의 값이 된다.
마찬가지로, 대상물(49)이 제2 물질(49b)일 때 대상물(49)에 의해 반사한 테라헤르츠파(15)의 제1 파장(53)의 광강도를 제1 강도(51a)로 하고 제2 파장(54)의 광강도를 제2 강도(51b)로 한다. 제1 강도(51a)는 제1 파장(53)에 있어서의 제2 특성선(51)의 값이며, 제2 강도(51b)는 제2 파장(54)에 있어서의 제2 특성선(51)의 값이다. 제2 강도(51b)로부터 제1 강도(51a)를 감산한 값인 제2 파장차는 0이 된다.
대상물(49)이 제3 물질(49c)일 때 대상물(49)에 의해 반사한 테라헤르츠파(15)의 제1 파장(53)의 광강도를 제1 강도(52a)로 하고 제2 파장(54)의 광강도를 제2 강도(52b)로 한다. 제1 강도(52a)는 제1 파장(53)에 있어서의 제3 특성선(52)의 값이며, 제2 강도(52b)는 제2 파장(54)에 있어서의 제3 특성선(52)의 값이다. 제2 강도(52b)로부터 제1 강도(52a)를 감산한 값인 제3 파장차는 마이너스의 값이 된다.
이미징 장치(45)가 대상물(49)의 분광 이미징을 행할 때는, 우선, 테라헤르츠파 발생부(46)가 테라헤르츠파(15)를 발생시킨다. 그리고, 테라헤르츠파 발생부(46)가 테라헤르츠파(15)를 대상물(49)에 조사한다. 그리고, 대상물(49)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15) 또는 대상물(49)을 투과한 테라헤르츠파(15)의 광강도를 테라헤르츠파 검출부(47)가 검출된다. 이 검출 결과는 테라헤르츠파 검출부(47)로부터 화상 형성부(48)에 송출된다. 또한, 대상물(49)에의 테라헤르츠파(15)의 조사 및 대상물(49)에 의해 반사한 테라헤르츠파(15)의 검출은 검사하는 영역에 위치하는 모든 대상물(49)에 대해 행한다.
화상 형성부(48)는 테라헤르츠파 검출부(47)의 검출 결과를 사용해서 제2 파장(54)에 있어서의 광강도로부터 제1 파장(53)에 있어서의 광강도를 감산한다. 그리고, 감산한 결과가 플러스의 값이 되는 부위를 제1 물질(49a)이라고 판단한다. 마찬가지로, 감산한 결과가 0이 되는 부위를 제2 물질(49b)이라고 판단하고, 감산한 결과가 마이너스의 값이 되는 부위를 제3 물질(49c)이라고 판단한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 또한, 화상 형성부(48)에서는 대상물(49)의 제1 물질(49a), 제2 물질(49b) 및 제3 물질(49c)의 분포를 나타내는 화상의 화상 데이터를 작성한다. 이 화상 데이터는 화상 형성부(48)로부터 도시하지 않은 모니터에 출력되고, 모니터는 제1 물질(49a), 제2 물질(49b) 및 제3 물질(49c)의 분포를 나타내는 화상을 표시한다. 예를 들어, 제1 물질(49a)이 분포하는 영역은 흑색, 제2 물질(49b)이 분포하는 영역은 회색, 제3 물질(49c)이 분포하는 영역은 백색으로 구분해서 표시된다. 이상과 같이, 이미징 장치(45)에서는 대상물(49)을 구성하는 각 물질의 동정(同定)과, 그 각 물질의 분포 측정을 동시에 행할 수 있다.
또한, 이미징 장치(45)의 용도는, 상기의 것에 제한하지 않는다. 예를 들어, 인물에 대해 테라헤르츠파(15)를 조사하여 인물을 투과 또는 반사한 테라헤르츠파(15)를 검출한다. 화상 형성부(48)에 의해 검출한 테라헤르츠파(15)의 검출 결과의 처리를 행함으로써, 그 인물이 권총, 나이프, 위법인 약물 등을 소지하고 있는지 여부를 판별할 수도 있다. 테라헤르츠파 검출부(47)에는 상기에 기재한 테라헤르츠파 검출 장치(1)가 사용되고 있다. 따라서, 이미징 장치(45)는 높은 검출 감도를 가질 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음에, 테라헤르츠파 검출 장치를 사용한 계측 장치의 일 실시 형태에 대해 도 10을 사용해서 설명한다. 도 10은 계측 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이 계측 장치(57)는, 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 발생부(58), 테라헤르츠파 검출부(59) 및 계측부(60)를 구비하고 있다. 테라헤르츠파 발생부(58)는 대상물(61)에 테라헤르츠파(15)를 조사한다. 테라헤르츠파 검출부(59)는 대상물(61)을 투과하는 테라헤르츠파(15) 또는 대상물(61)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15)를 검출한다. 테라헤르츠파 검출부(59)에는 상기에 기재한 테라헤르츠파 검출 장치(1)가 사용되고 있다. 계측부(60)는 테라헤르츠파 검출부(59)의 검출 결과에 기초하여, 대상물(61)을 계측한다.
다음에, 계측 장치(57)의 사용예에 대해 설명한다. 계측 장치(57)에 의해, 대상물(61)의 분광 계측을 행할 때는, 우선, 테라헤르츠파 발생부(58)에 의해, 테라헤르츠파(15)를 발생시키고, 그 테라헤르츠파(15)를 대상물(61)에 조사한다. 그리고, 대상물(61)을 투과한 테라헤르츠파(15) 또는 대상물(61)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15)를 테라헤르츠파 검출부(59)가 검출한다. 검출 결과는, 테라헤르츠파 검출부(59)로부터 계측부(60)에 출력된다. 또한, 이 대상물(61)에의 테라헤르츠파(15)의 조사 및 대상물(61)을 투과한 테라헤르츠파(15) 또는 대상물(61)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15)의 검출은 계측 범위 내에 위치하는 전부의 대상물(61)에 대해 행해진다.
계측부(60)는 검출 결과로부터 각 화소(4)를 구성하는 제1 검출 소자(9) 내지 제4 검출 소자(12)에 있어서 검출된 테라헤르츠파(15)의 각각의 광강도를 입력하여 대상물(61)의 성분 및 그 분포 등의 분석을 행한다. 그 밖에도, 대상물(61)의 면적이나 길이를 계측해도 좋다. 테라헤르츠파 검출부(59)에는 상기에 기재한 테라헤르츠파 검출 장치(1)가 사용되고 있다. 따라서, 계측 장치(57)는 높은 검출 감도를 가질 수 있다.
(제4 실시 형태)
다음에, 테라헤르츠파 검출 장치를 사용한 카메라의 일 실시 형태에 대해 도 11을 사용해서 설명한다. 도 11은 카메라의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 11에 도시하는 바와 같이 카메라(64)는 테라헤르츠파 발생부(65), 테라헤르츠파 검출부(66), 기억부(67) 및 제어부(68)를 구비하고 있다. 테라헤르츠파 발생부(65)는 테라헤르츠파(15)를 대상물(69)에 조사한다. 테라헤르츠파 검출부(66)는 대상물(69)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15) 또는 대상물(69)을 투과한 테라헤르츠파(15)를 검출한다. 테라헤르츠파 검출부(66)에는 상기에 기재한 테라헤르츠파 검출 장치(1)가 사용되고 있다. 기억부(67)는 테라헤르츠파 검출부(66)의 검출 결과를 기억한다. 제어부(68)는 테라헤르츠파 발생부(65), 테라헤르츠파 검출부(66) 및 기억부(67)의 동작을 제어한다.
카메라(64)는 하우징(70)을 구비하고, 테라헤르츠파 발생부(65), 테라헤르츠파 검출부(66), 기억부(67) 및 제어부(68)는 하우징(70)에 수용되어 있다. 카메라(64)는 대상물(69)에 의해 반사한 테라헤르츠파(15)를 테라헤르츠파 검출부(66)에 결상시키는 렌즈(71)를 구비하고 있다. 또한, 카메라(64)는 테라헤르츠파 발생부(65)가 사출하는 테라헤르츠파(15)를 하우징(70)의 외부에 사출시키기 위한 창부(72)를 구비하고 있다. 렌즈(71)나 창부(72)의 재질은 테라헤르츠파(15)를 투과하여 굴절시키는 실리콘, 석영, 폴리에틸렌 등으로 구성되어 있다. 또한, 창부(72)는 슬릿과 같이 단순히 개구가 설치되어 있는 구성으로 해도 좋다.
다음에, 카메라(64)의 사용예에 대해 설명한다. 대상물(69)을 촬상할 때, 우선, 제어부(68)는 테라헤르츠파 발생부(65)에 테라헤르츠파(15)를 사출시킨다. 그 테라헤르츠파(15)는 대상물(69)을 조사한다. 그리고, 대상물(69)에서 반사된 테라헤르츠파(15)는 렌즈(71)에 의해 테라헤르츠파 검출부(66)에 결상되고, 테라헤르츠파 검출부(66)이 대상물(69)을 검출한다. 검출 결과는 테라헤르츠파 검출부(66)로부터 기억부(67)에 출력되어 기억된다. 또한, 대상물(69)에의 테라헤르츠파(15)의 조사 및 대상물(69)에 의해 반사된 테라헤르츠파(15)의 검출은 촬상 범위 내에 위치하는 전부의 대상물(69)에 대해 행해진다. 또한, 카메라(64)는 검출 결과를, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 장치에 송신해도 좋다. 퍼스널 컴퓨터는 검출 결과에 기초하여 각종 처리를 행할 수 있다.
카메라(64)의 테라헤르츠파 검출부(66)에는 상기에 기재한 테라헤르츠파 검출 장치(1)가 사용되고 있다. 따라서, 카메라(64)는 높은 검출 감도를 가질 수 있다.
또한, 본 실시 형태는 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 다양한 변경이나 개량을 추가하는 것도 가능하다. 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 기능, 방법 및 결과가 동일한 구성, 혹은 목적 및 효과가 동일한 구성으로 해도 좋다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성이 본질적이지 않은 부분을 치환한 구성으로 해도 좋다. 변형예를 이하에 설명한다.
(변형예 1)
상기 제1 실시 형태에서는, 베이스 기판(2) 상에 제1 검출 소자(9)가 종횡으로 배열되는 격자 형상으로 배치되었다. 제1 검출 소자(9)의 배열은 격자 형상 이외의 배열 패턴이어도 좋다. 도 12의 (a)는 제1 검출 소자의 구성을 도시하는 모식 평면도이다. 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 검출 소자로서의 제1 검출 소자(75)의 평면 형상을 육각형으로 하여 허니콤(HoneyComb) 형상으로 배열되어도 좋다. 그 밖에도 제1 검출 소자(9)의 배열은 이 이외의 반복 패턴으로 해도 좋다. 이때에도 인접하는 검출 소자의 사이를 슬릿으로 하여 테라헤르츠파(15)를 회절시켜 검출 소자에 진입시킬 수 있다.
(변형예 2)
상기 제1 실시 형태에서는, 제1 검출 소자(9) 내지 제4 검출 소자(12)의 4종류의 검출 소자가 설치되었다. 검출 소자의 종류는 1 내지 3종류라도 좋고 5종류 이상이어도 좋다. 검출하고자 하는 테라헤르츠파(15)의 파장의 종류의 수에 맞춰도 좋다.
(변형예 3)
상기 제1 실시 형태에서는, 유전체층(31) 및 제2 금속층(32)의 형상은 정사각형이었다. 도 12의 (b)는 제1 검출 소자의 구성을 도시하는 모식 평면도이다. 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 흡수부로서의 유전체층(76) 및 제2 금속층(77)의 형상은 삼각형이어도 좋다. 그 밖에도 유전체층(31) 및 제2 금속층(32)의 형상은 직사각형이어도 좋고, 다각형, 원호를 포함하는 형상이어도 좋다. 이때에도, 배열하는 방향에서의 유전체층 길이 및 제2 금속층 길이는 테라헤르츠파(15)의 진공에 있어서의 파장보다 짧은 것이 바람직하다. 또한, 배열하는 방향에서의 유전체층 길이 및 제2 금속층 길이는 진폭의 2배보다 짧은 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 아암부(24) 및 제2 아암부(25)를 가늘게 또는 길게 할 수 있으므로, 고감도로 테라헤르츠파(15)를 검출할 수 있다.
(변형예 4)
상기 제1 실시 형태에서는, 변환부(35)측으로부터 베이스 기판(2)을 향해 진행하는 테라헤르츠파(15)가 변환부(35)에서 회절하는 형태로 되어 있었다. 제1 금속층(21)에 슬릿을 설치해도 좋다. 그리고, 베이스 기판(2)측으로부터 변환부(35)를 향해 진행하는 테라헤르츠파(15)가 제1 금속층(21)에서 회절하는 형태로 해도 좋다. 이 형태일 때에도 테라헤르츠파(15)가 제1 금속층(21)과 제2 금속층(32) 사이에서 반사를 반복하므로 효율적으로 유전체층(31)이 테라헤르츠파(15)를 흡수할 수 있다.
1 : 테라헤르츠파 검출 장치
2 : 기판으로서의 베이스 기판
9, 75 : 검출 소자로서의 제1 검출 소자
10 : 검출 소자로서의 제2 검출 소자
11 : 검출 소자로서의 제3 검출 소자
12 : 검출 소자로서의 제4 검출 소자
13 : 주기로서의 제1 주기
14 : 주기로서의 제2 주기
15 : 테라헤르츠파
15a : 파장
15c : 진폭
17 : 지지부로서의 제1 기둥부
18 : 지지부로서의 제2 기둥부
21 : 제1 금속층
24 : 아암부 및 지지부로서의 제1 아암부
25 : 아암부 및 지지부로서의 제2 아암부
26 : 지지 기판
27 : 지지부
28 : 공동
31, 76 : 흡수부로서의 유전체층
32, 77 : 제2 금속층
33 : 초전체층
34 : 제3 금속층
35 : 변환부
45 : 이미징 장치
46, 58, 65 : 테라헤르츠파 발생부
47, 59, 66 : 테라헤르츠파 검출부
48 : 화상 형성부
49, 61, 69 : 대상물
57 : 계측 장치
60 : 계측부
64 : 카메라
67 : 기억부
2 : 기판으로서의 베이스 기판
9, 75 : 검출 소자로서의 제1 검출 소자
10 : 검출 소자로서의 제2 검출 소자
11 : 검출 소자로서의 제3 검출 소자
12 : 검출 소자로서의 제4 검출 소자
13 : 주기로서의 제1 주기
14 : 주기로서의 제2 주기
15 : 테라헤르츠파
15a : 파장
15c : 진폭
17 : 지지부로서의 제1 기둥부
18 : 지지부로서의 제2 기둥부
21 : 제1 금속층
24 : 아암부 및 지지부로서의 제1 아암부
25 : 아암부 및 지지부로서의 제2 아암부
26 : 지지 기판
27 : 지지부
28 : 공동
31, 76 : 흡수부로서의 유전체층
32, 77 : 제2 금속층
33 : 초전체층
34 : 제3 금속층
35 : 변환부
45 : 이미징 장치
46, 58, 65 : 테라헤르츠파 발생부
47, 59, 66 : 테라헤르츠파 검출부
48 : 화상 형성부
49, 61, 69 : 대상물
57 : 계측 장치
60 : 계측부
64 : 카메라
67 : 기억부
Claims (10)
- 기판과,
상기 기판 상에 배열되어 있는 복수의 검출 소자
를 구비하고,
상기 검출 소자는,
상기 기판에 설치되는 제1 금속층과,
상기 제1 금속층과 이격되어 설치된 지지 기판과,
상기 지지 기판에 설치되고, 또한, 테라헤르츠파를 흡수해서 열을 발생하는 흡수부와,
제2 금속층과 초전체층(pyroelectric layer)과 제3 금속층이 적층되어 상기 흡수부에 설치되고, 또한, 상기 흡수부에서 발생한 열을 전기 신호로 변환하는 변환부
를 갖는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 검출 소자는, 인접하는 상기 변환부의 사이에서 상기 테라헤르츠파가 회절하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 검출 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 금속층의 배열의 주기는 상기 흡수부에서 흡수되는 상기 테라헤르츠파의 진공 중에서의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 검출 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 소자는, 상기 지지 기판과 접속하는 기둥 형상의 아암부를 포함하고, 또한, 상기 지지 기판을 상기 기판과 이격되어 지지하는 지지부를 구비하고,
상기 검출 소자가 배열되는 방향의 상기 제2 금속층의 길이 및 상기 흡수부의 길이는 상기 흡수부에서 흡수시키는 상기 테라헤르츠파의 진공 중에서의 파장보다 짧고 또한 10㎛보다 긴 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 검출 장치. - 제4항에 있어서,
상기 검출 소자가 배열되는 방향의 상기 제2 금속층의 길이 및 상기 흡수부의 길이는 상기 흡수부에서 흡수되는 상기 테라헤르츠파의 진폭의 2배의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 검출 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수부의 재질은 산화지르코늄, 티탄산바륨, 산화하프늄, 규산하프늄 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 검출 장치. - 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판의 주재료는 실리콘인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 검출 장치. - 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 발생부와,
상기 테라헤르츠파 발생부로부터 사출되어 대상물을 투과한 상기 테라헤르츠파 또는 상기 대상물에서 반사된 상기 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부와,
상기 테라헤르츠파 검출부의 검출 결과를 기억하는 기억부
를 구비하고,
상기 테라헤르츠파 검출부는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치인 것을 특징으로 하는 카메라. - 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 발생부와,
상기 테라헤르츠파 발생부로부터 사출되어 대상물을 투과한 상기 테라헤르츠파 또는 상기 대상물에서 반사된 상기 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부와,
상기 테라헤르츠파 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 대상물의 화상을 생성하는 화상 형성부
를 구비하고,
상기 테라헤르츠파 검출부는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치인 것을 특징으로 하는 이미징 장치. - 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 발생부와,
상기 테라헤르츠파 발생부로부터 사출되어 대상물을 투과한 상기 테라헤르츠파 또는 상기 대상물에서 반사된 상기 테라헤르츠파를 검출하는 테라헤르츠파 검출부와,
상기 테라헤르츠파 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 대상물을 계측하는 계측부
를 구비하고,
상기 테라헤르츠파 검출부는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 테라헤르츠파 검출 장치인 것을 특징으로 하는 계측 장치.
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