WO2015159540A1 - テラヘルツ波検出器 - Google Patents

テラヘルツ波検出器 Download PDF

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reflective film
film
terahertz
substrate
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晴次 倉科
勝 三好
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日本電気株式会社
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    • G01J2005/103—Absorbing heated plate or film and temperature detector

Definitions

  • the present invention relates to a detector that detects electromagnetic waves (terahertz waves) in the terahertz frequency band, and more particularly to a bolometer-type terahertz wave detector.
  • THz waves electromagnetic waves in a terahertz (THz) frequency band between light and radio waves
  • electromagnetic waves having a frequency of 10 12 Hz and a wavelength of about 30 ⁇ m to 1 mm that is, electromagnetic waves having a frequency of 10 12 Hz and a wavelength of about 30 ⁇ m to 1 mm, hereinafter referred to as THz waves
  • THz waves electromagnetic waves having a frequency of 10 12 Hz and a wavelength of about 30 ⁇ m to 1 mm
  • FIG. 14 is an explanatory diagram schematically showing a pixel structure of the two-dimensional bolometer type THz wave detector described in Patent Document 3.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a two-dimensional bolometer type THz wave detector.
  • FIG. 16 and FIG. 17 are explanatory diagrams schematically showing the pixel structure of the two-dimensional bolometer type THz wave detector described in Patent Document 4.
  • FIG. 16 and FIG. 17 are explanatory diagrams schematically showing the pixel structure of the two-dimensional bolometer type THz wave detector described in Patent Document 4.
  • FIG. 17 is explanatory diagrams schematically showing the pixel structure of the two-dimensional bolometer type THz wave detector described in Patent Document 4.
  • the THz wave detector it is desirable to be able to detect THz waves with higher sensitivity.
  • the THz wave detector described in Patent Document 3 realizes highly sensitive THz wave detection using interference between the reflection film 103 and the absorption film 111 as shown in FIG.
  • FIG. 18 is a graph showing the polarization angle dependence of the sensor sensitivity of the THz wave detector shown in FIG. 14.
  • FIG. 19 is a top view of the reflective film 103 of the arranged pixels (THz wave detector shown in FIG. 14).
  • FIG. 19 shows a top view of the reflective films 103 of a plurality of pixels arranged in an overhead view.
  • the THz wave passes through the gap between the reflective films 103 between the pixels, and the THz wave is reflected and absorbed by the substrate 102 (specifically, the metal wiring of the readout circuit 102a of the substrate 102). Therefore, in order to examine the THz reflection characteristics of the THz wave detector, it is necessary to estimate reflection / absorption in the metal wiring of the readout circuit 102a.
  • FIG. 20 shows the THz reflection characteristics of a THz wave detector in which the structure above the reflective film 103 is not formed.
  • FIG. 20 is a graph showing the reflectance polarization angle dependency of the THz wave detector shown in FIG. 14 when the structure above the reflective film 103 is not formed.
  • the THz reflectivity varies greatly depending on the polarization angle. Assuming that the gap shape of the reflective film 103 is reflected in the THz reflection characteristics, in that case, the THz reflection characteristics are expected to be four-fold symmetrical repeated every 90 degrees. However, since the THz reflection characteristics shown in FIG. 20 are two-fold symmetric, it can be assumed that reflection / absorption from the metal wiring of the readout circuit 102a below the reflection film 103 occurs. That is, reflection / absorption in the metal wiring of the readout circuit 102a can be estimated from the graph shown in FIG.
  • an object of the present invention is to provide a bolometer-type terahertz wave detector that can reduce the dependence of the sensor sensitivity on the polarization angle and that is more sensitive.
  • the terahertz wave detector according to the present invention is supported by the support unit including the electrode wiring connected to the readout circuit formed on the substrate in a state where the temperature detection unit including the bolometer thin film connected to the electrode wiring is floated from the substrate.
  • a terahertz wave detector having a thermal separation structure comprising: a reflective film that reflects a terahertz wave formed on a substrate; and an absorption film that absorbs a terahertz wave formed on a temperature detector; It is formed integrally with a reflection film of adjacent terahertz wave detectors.
  • the terahertz wave detector according to the present invention is supported by the support unit including the electrode wiring connected to the readout circuit formed on the substrate in a state where the temperature detection unit including the bolometer thin film connected to the electrode wiring is floated from the substrate.
  • a terahertz wave detector having a thermal separation structure, a second reflective film formed on the substrate to reflect the terahertz wave and covering the reflective film, and a temperature detector And a second reflection film formed integrally with a second reflection film of an adjacent terahertz wave detector.
  • the terahertz wave detector according to the present invention is supported by the support unit including the electrode wiring connected to the readout circuit formed on the substrate in a state where the temperature detection unit including the bolometer thin film connected to the electrode wiring is floated from the substrate.
  • a terahertz wave detector having a thermal separation structure comprising: a reflective film that reflects a terahertz wave formed on a substrate; and an absorption film that absorbs a terahertz wave formed on a temperature detector; It is characterized in that it is formed without a gap between the reflection films of adjacent terahertz wave detectors.
  • the terahertz wave detector according to the present invention is supported by the support unit including the electrode wiring connected to the readout circuit formed on the substrate in a state where the temperature detection unit including the bolometer thin film connected to the electrode wiring is floated from the substrate.
  • a terahertz wave detector having a thermal separation structure comprising: a reflective film that reflects a terahertz wave formed on a substrate; and an absorption film that absorbs a terahertz wave formed on a temperature detector; The polarization angle dependency is smaller than a predetermined value.
  • the polarization angle dependency of the sensor sensitivity of the bolometer type THz wave detector can be reduced, and more sensitive THz wave detection can be realized.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows typically the pixel structure of the two-dimensional bolometer type
  • FIG. It is explanatory drawing which shows typically the pixel structure of the two-dimensional bolometer type
  • FIG. It is explanatory drawing which shows typically the pixel structure of the two-dimensional bolometer type
  • FIG. It is explanatory drawing which shows typically the pixel structure of the two-dimensional bolometer type
  • FIG. It is a graph which shows the polarization angle dependence of the sensor sensitivity of the THz wave detector shown in FIG.
  • Embodiment 1 FIG. A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a pixel structure of a first embodiment of a THz wave detector according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a THz wave detector.
  • the THz wave detector includes a readout circuit 2a, a substrate 2, a reflective film 3, a contact 4, a first protective film 5, an electrode wiring 9, a flange 12, and a support portion 13. And a temperature detection unit (diaphragm) 14.
  • the substrate 2, the readout circuit 2a, the reflection film 3, the contact 4, the first protective film 5, the electrode wiring 9, the flange 12, the support portion 13 and the temperature detection portion 14 are the substrate 102, the readout circuit 102a, Since it is the same as the reflective film 103, the contact 104, the first protective film 105, the electrode wiring 109, the collar 112, the support part 113, and the temperature detection part 114, the description thereof is omitted.
  • the second protective film 6, the third protective film 8, and the fourth protective film 10 included in the support part 13 are the second protective film 106, the third protective film 108, and the second protective film included in the support part 113 illustrated in FIG. 14. Since it is the same as 4 protective film 110, description is abbreviate
  • the bolometer thin film 7 and the absorption film 11 included in the temperature detection unit 14 are the same as the bolometer thin film 107 and the absorption film 111 included in the temperature detection unit 114 illustrated in FIG.
  • FIG. 2 is a top view of the reflective film 3 shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a top view of the reflective films 3 of a plurality of pixels arranged in an overhead view.
  • the gap between the reflective films 3 is not formed to prevent the THz wave from passing through, and reflection / absorption from the metal wiring of the readout circuit 2a is prevented. Thereby, the polarization angle dependency of the THz reflectance of the substrate 2 can be reduced.
  • the reflective film is integrally formed. However, the reflective film need not be formed integrally, and the reflective film 3 may be formed as a separate body as long as no gap is left. .
  • FIG. 5 shows the polarization angle dependency of the sensor sensitivity as shown in FIG. 18, and the effect of the present invention is remarkably exhibited.
  • FIG. 4 is a graph showing the reflectance frequency dependency when the structure above the reflective film 3 of the THz wave detector shown in FIG. 1 is not formed.
  • FIG. 4 shows the frequency dependence of the THz reflectivity when the polarization angles are 0 degrees, 120 degrees, and 240 degrees.
  • FIG. 21 is a graph showing the reflectance frequency dependence when the structure above the reflective film 3 is not formed in the THz wave detector shown in FIG.
  • the THz wave detector of the present embodiment can suppress variations in the polarization angle dependence of the THz reflectivity depending on the frequency, and can keep the polarization sensitivity dependence of the sensor sensitivity small even when the frequency changes.
  • the reflective film 3 is formed so that there is no gap in the reflective film 3 between the pixels. Thereby, it is possible to prevent the THz wave from passing through the gap between the reflective films 3, and to reduce the polarization angle dependency of the THz reflectance of the substrate 2. Therefore, it is difficult to generate a phenomenon in which the output (sensor sensitivity) from the THz wave detector changes depending on the polarization angle. That is, according to the present invention, it is possible to reduce the dependence of the sensor sensitivity on the polarization angle in the THz wave detector that detects the THz wave using the interference between the reflection film and the absorption film as shown in FIG. .
  • the reflective film 3 may be disposed between the contact 4 and the contact of another pixel.
  • the reflective film 3 is formed as shown in FIG.
  • FIG. 6 is a top view of the entire reflection film 3 when the reflection film 3 is disposed between the contact 4 and the contact of another pixel.
  • FIG. 6 shows a top view of the reflective films 3 of a plurality of pixels arranged in an overhead view.
  • one of the contacts 4 of the THz wave detector may be electrically connected to the contact 4 of the other THz wave detector.
  • a gap (a hole for the contact 4 formed in the reflective film 3) between the reflective film 3 and the contact 4 provided in the reflective film 3 can be reduced.
  • the area of the reflective film 3 can be increased as much as possible, and the dependence of the sensor sensitivity of the THz wave detector on the polarization angle can be further reduced.
  • FIG. 7 is a top view of the reflective film 3 when the contact 4 is electrically connected to contacts of other pixels.
  • FIG. 7 shows a top view of the reflective films 3 of a plurality of pixels arranged in an overhead view.
  • FIG. 8 is an explanatory view schematically showing a pixel structure of the second embodiment of the THz wave detector according to the present invention.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of the THz wave detector.
  • the THz wave detector includes a second reflective film 3a in addition to the components shown in FIG.
  • FIG. 9 is a top view of the second reflective film 3a shown in FIG.
  • FIG. 9 shows a top view of the second reflective films 3a of a plurality of pixels arranged in an overhead view.
  • the second reflective film 3 a is formed so as to cover the reflective film 3.
  • the reflective film 3 and the second reflective film 3a are physically separated.
  • the second reflective film 3a and the absorption film 11 form an optical resonance structure.
  • This embodiment is effective when the reflective film 3 cannot be connected to the reflective film of an adjacent pixel due to the manufacture of a THz sensor. For example, when a voltage is applied to the reflective film 3, there is a possibility that a short circuit will occur if the reflective film 3 is connected to the reflective film of an adjacent pixel. In that case, by forming the second reflective film 3a physically separated from the reflective film 3 so as to cover the reflective film 3, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the effect of the present invention appears more remarkably when the sheet resistance of the second reflective film 3a is 100 ⁇ / ⁇ or less, as in the first embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a pixel structure of the third embodiment of the THz wave detector according to the present invention.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the THz wave detector.
  • the pixel structure of the third embodiment is the same as the pixel structure of the first embodiment.
  • the THz wave detector does not include the trough 12.
  • the distance (air gap 16) between the upper surface of the first protective film 5 and the lower surface of the temperature detection unit 14 is less than 8 ⁇ m without changing the distance (gap 15) between the reflective film 3 and the absorption film 11.
  • the film thickness of the first protective film 5 is set so that
  • this embodiment is an embodiment in which the reflective film 3 of the first embodiment is applied to the THz wave detector shown in FIG.
  • the present invention may be applied to the THz wave detector shown in FIG.
  • the same effect as the first embodiment can be obtained.
  • the second reflective film 3a of the second embodiment may be applied to the THz wave detector shown in FIG. As a result, in the THz wave detector as shown in FIG. 15, even if the reflective film 3 cannot be connected to the reflective film of the adjacent pixel due to the THz sensor manufacturing, The same effect can be obtained.
  • FIG. 11 is an explanatory view schematically showing a pixel structure of a fourth embodiment of the THz wave detector according to the present invention.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of the THz wave detector.
  • the pixel structure of the fourth embodiment is the same as the pixel structure of the third embodiment. However, in the present embodiment, the ridge 12 is formed on the temperature detection unit 14.
  • this embodiment is an embodiment in which the reflective film 3 of the first embodiment is applied to the THz wave detector shown in FIG.
  • the present invention may be applied to the THz wave detector shown in FIG.
  • an effect equivalent to that of the first embodiment can be obtained.
  • the second reflective film 3a of the second embodiment may be applied to the THz wave detector shown in FIG. Thereby, in the THz wave detector as shown in FIG. 16, even if it is not possible to connect the reflective film 3 to the reflective film of the adjacent pixel due to the THz sensor manufacturing, The same effect can be obtained.
  • FIG. 12 is an explanatory view schematically showing a pixel structure of the fifth embodiment of the THz wave detector according to the present invention.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional view of the THz wave detector.
  • the pixel structure of the fifth embodiment is the same as the pixel structure of the second embodiment.
  • vias and wiring layers are sequentially stacked on the wiring used as the reflective film 3 by using a wiring formation method in the semiconductor manufacturing process, and the electrode wiring 9 is connected to the readout circuit 2a.
  • a multilayer wiring structure is formed. Thereby, disconnection of the electrode wiring 9 can be suppressed.
  • the interlayer insulating film 21 is an insulating film between the stacked wiring layers.
  • the present embodiment is an embodiment in which the second reflective film 3a of the second embodiment is applied to the THz wave detector shown in FIG.
  • the present invention may be applied to the THz wave detector shown in FIG.
  • the THz wave detector as shown in FIG. 17 even when the reflective film 3 cannot be connected to the reflective film of the adjacent pixel due to the THz sensor manufacturing, The same effect can be obtained.
  • the THz wave detector shown in FIG. 17 may include the reflective film 3 instead of the reflective film 103. Even in such a form, an effect equivalent to that of the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing the minimum configuration of the terahertz wave detector according to the present invention.
  • the temperature detection unit 14 including the bolometer thin film 7 connected to the electrode wiring 9 is formed on the substrate by the support unit 13 including the electrode wiring 9 connected to the readout circuit 2 a formed on the substrate 2.
  • 2 is a terahertz wave detector having a thermal separation structure supported in a floating state from 2, and includes a reflection film 3 that reflects the terahertz wave formed on the substrate 2 and a terahertz wave that is formed on the temperature detection unit 14.
  • the reflective film 3 is formed integrally with the reflective film of the adjacent terahertz wave detector.
  • the sheet resistance of the reflective film 3 may be 100 ⁇ / ⁇ or less. According to such a configuration, the polarization angle dependency of the sensor sensitivity of the THz wave detector can be further reduced.
  • a hole for the contact 4 may be formed in the reflective film 3 in accordance with the area of the contact 4 that electrically connects the readout circuit 2 a formed on the substrate 2 and the electrode wiring 9 included in the support portion 13. . According to such a configuration, the area of the reflective film 3 can be increased as much as possible, and the polarization angle dependency of the sensor sensitivity of the THz wave detector can be further reduced.
  • the terahertz wave detector includes a temperature detection unit 14 including a bolometer thin film 7 connected to the electrode wiring 9 by a support unit 13 including the electrode wiring 9 connected to the readout circuit 2 a formed on the substrate 2.
  • a terahertz wave detector having a thermal separation structure supported in a floating state from the substrate 2 so as to cover the reflective film 3 on the upper side of the reflective film 3 that reflects the terahertz wave formed on the substrate 2.
  • the second reflection film 3a to be formed and the absorption film 11 for absorbing the terahertz wave formed in the temperature detection unit 14 are provided, and the second reflection film 3a is integrated with the second reflection film of the adjacent terahertz wave detector. It is formed.
  • the THz sensor instead of forming the reflective film 3 integrally with the reflective film of the adjacent pixel, if the second reflective film 3a covering the reflective film 3 is formed integrally with the second reflective film of the adjacent pixel, the THz sensor Even when the reflective film 3 cannot be connected to the reflective film of an adjacent pixel due to manufacturing reasons, the dependence of the sensor sensitivity on the polarization angle in the THz wave detector can be reduced.
  • the reflective film 3 and the second reflective film 3a may be separated. According to such a configuration, for example, when a voltage is applied to the reflective film 3, there is a possibility of short-circuiting if the reflective film 3 is connected to the reflective film of an adjacent pixel. In that case, by physically separating the reflective film 3 and the second reflective film 3a, the dependence of the sensor sensitivity on the polarization angle in the THz wave detector can be reduced.
  • the sheet resistance of the second reflective film 3a may be 100 ⁇ / ⁇ or less. According to such a configuration, the polarization angle dependency of the sensor sensitivity of the THz wave detector can be further reduced.
  • the terahertz wave detector includes a temperature detection unit 14 including a bolometer thin film 7 connected to the electrode wiring 9 by a support unit 13 including the electrode wiring 9 connected to the readout circuit 2 a formed on the substrate 2.
  • a terahertz wave detector having a thermal separation structure supported in a floating state from the substrate 2, the reflective film 3 reflecting the terahertz wave formed on the substrate 2, and the terahertz formed on the temperature detector 14.
  • the reflection film 3 is formed without a gap from the reflection film of the adjacent terahertz wave detector.
  • the THz wave passes through the gap of the reflective film 3. This can be prevented. Thereby, the polarization angle dependency of the THz reflectance of the substrate 2 can be reduced.
  • the terahertz wave detector includes a temperature detection unit 14 including a bolometer thin film 7 connected to the electrode wiring 9 by a support unit 13 including the electrode wiring 9 connected to the readout circuit 2 a formed on the substrate 2.
  • a terahertz wave detector having a thermal separation structure supported in a floating state from the substrate 2, the reflective film 3 reflecting the terahertz wave formed on the substrate 2, and the terahertz formed on the temperature detector 14.
  • the reflection film 3 is formed so that the dependency of the terahertz wave reflectance on the polarization angle is smaller than a predetermined value.

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Abstract

　基板２に形成された読出回路２ａに接続される電極配線９を含む支持部１３により、電極配線９に接続されるボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４が基板２から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板２上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜３と、温度検出部１４に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜１１とを備え、反射膜３は隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と一体に形成される。

Description

テラヘルツ波検出器
　本発明は、テラヘルツ周波数帯の電磁波（テラヘルツ波）を検出する検出器に関し、特に、ボロメータ型のテラヘルツ波検出器に関する。
　近年、光と電波の狭間にあるテラヘルツ（ＴＨｚ）周波数帯の電磁波（すなわち、周波数が１０１２Ｈｚ、波長が約３０μｍ～１ｍｍの電磁波。以下、ＴＨｚ波と呼ぶ。）が、物質の情報を直接反映する電磁波として注目されている。ＴＨｚ波を検出するための技術として、熱分離構造を有するボロメータ型赤外線検出器の技術を応用した技術がある。その１つとして、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器（以下、単にＴＨｚ波検出器とも呼ぶ。）がある（例えば、特許文献１～４、非特許文献１参照。）。
　図１４は、特許文献３に記載された２次元ボロメータ型ＴＨｚ波検出器の画素構造を模式的に示す説明図である。図１４には、２次元ボロメータ型ＴＨｚ波検出器の断面図が示されている。
　図１５、図１６および図１７は、特許文献４に記載された２次元ボロメータ型ＴＨｚ波検出器の画素構造を模式的に示す説明図である。
特開２００８－２４１４３８号公報 特開２０１１－１０６８２５号公報 特開２０１２－００２６０３号公報 特開２０１２－１９４０８０号公報
小田等、Proceedings of SPIE，Vol.6940，2008年，頁69402Y-1～69402Y-12
　ＴＨｚ波検出器においては、より高感度なＴＨｚ波検出ができることが望ましい。例えば、特許文献３に記載されたＴＨｚ波検出器は、図１４に示すように反射膜１０３と吸収膜１１１との干渉を用いて、高感度なＴＨｚ波検出を実現する。
　しかし、図１４に示すようなＴＨｚ波検出器では、直線偏光されたＴＨｚ波を検出器に入射した場合に、検出器からの出力、つまりＴＨｚセンサ感度（以下、単にセンサ感度と呼ぶ。）が、偏光方向と検出器との角度（偏光角度）により変化する現象が認められる。つまり、図１４に示すようなＴＨｚ波検出器では、センサ感度の偏光角度依存性が認められる。図１８は、図１４に示すＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性を示すグラフである。
　より高感度なＴＨｚ波検出器を実現するには、センサ感度の偏光角度依存性を小さくする必要がある。
　図１９は、配列された画素（図１４に示すＴＨｚ波検出器）の反射膜１０３の上面図である。図１９には、配列された複数画素の反射膜１０３を俯瞰した上面図が示されている。図１９に示すように、図１４に示す反射膜１０３の構造では、画素と画素の間において反射膜１０３に隙間が空く。画素と画素の間における反射膜１０３の隙間をＴＨｚ波が通り抜け、基板１０２（具体的には、基板１０２の読出回路１０２ａの金属配線）においてＴＨｚ波が反射・吸収される。従って、ＴＨｚ波検出器のＴＨｚ反射特性を調べるには、読出回路１０２ａの金属配線における反射・吸収を推測する必要がある。しかし、読出回路１０２ａの金属配線は通常複数層あるため、読出回路１０２ａの金属配線における反射・吸収を推測するのは困難である。
　図２０に、反射膜１０３より上側の構造が形成されていないＴＨｚ波検出器のＴＨｚ反射特性を示す。図２０は、図１４に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜１０３より上側の構造が形成されていない場合の反射率偏光角度依存性を示すグラフである。
　図２０に示すグラフから、偏光角度によってＴＨｚ反射率が大きく変動していることが分かる。反射膜１０３の隙間形状がＴＨｚ反射特性に反映されると仮定すると、その場合、ＴＨｚ反射特性は、９０度毎に繰り返される４回対称になると予想される。しかし、図２０に示すＴＨｚ反射特性が２回対称であることから、反射膜１０３より下部にある読出回路１０２ａの金属配線からの反射・吸収が生じていると推測できる。つまり、図２０に示すグラフから読出回路１０２ａの金属配線における反射・吸収を推測できる。
　そして、図１８および図２０に示されるグラフから、センサ感度の偏光角度依存性と、基板１０２のＴＨｚ反射率の偏光角度依存性との間に相関があることを見出した。具体的には、基板１０２でのＴＨｚ反射率が低い偏光角度において、ＴＨｚ波検出器のセンサ感度が低いことを見出した。
　そこで、本発明は、センサ感度の偏光角度依存性を小さくすることができ、より高感度なボロメータ型のテラヘルツ波検出器を提供することを目的とする。
　本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜と、温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、反射膜は隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と一体に形成されることを特徴とする。
　本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜の上側に当該反射膜を覆うように形成される第２反射膜と、温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、第２反射膜は隣り合うテラヘルツ波検出器の第２反射膜と一体に形成されることを特徴とする。
　本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜と、温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、反射膜は隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と隙間なく形成されることを特徴とする。
　本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜と、温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、反射膜は偏光角度依存性が所定値より小さくなるように形成されることを特徴とする。
　本発明によれば、ボロメータ型のＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性を小さくすることができ、より高感度なＴＨｚ波検出を実現することができる。
本発明によるＴＨｚ波検出器の第１の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。 図１に示す反射膜の上面図である。 図１に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜より上側の構造が形成されていない場合の反射率偏光角度依存性を示すグラフである。 図１に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜より上側の構造が形成されていない場合の反射率周波数依存性を示すグラフである。 図１に示すＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性を示すグラフである。 コンタクトと他のコンタクトとの間に反射膜を配置した場合の、反射膜全体の上面図である。 コンタクトを他の画素のコンタクトと電気的に接続した場合の反射膜の上面図である。 本発明によるＴＨｚ波検出器の第２の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。 図８に示す第２反射膜の上面図である。 本発明によるＴＨｚ波検出器の第３の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。 本発明によるＴＨｚ波検出器の第４の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。 本発明によるＴＨｚ波検出器の第５の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。 本発明によるテラヘルツ波検出器の最小構成を示す説明図である。 特許文献３に記載された２次元ボロメータ型ＴＨｚ波検出器の画素構造を模式的に示す説明図である。 特許文献４に記載された２次元ボロメータ型ＴＨｚ波検出器の画素構造を模式的に示す説明図である。 特許文献４に記載された２次元ボロメータ型ＴＨｚ波検出器の画素構造を模式的に示す説明図である。 特許文献４に記載された２次元ボロメータ型ＴＨｚ波検出器の画素構造を模式的に示す説明図である。 図１４に示すＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性を示すグラフである。 配列された画素（図１４に示すＴＨｚ波検出器）の反射膜の上面図である。 図１４に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜より上側の構造が形成されていない場合の反射率偏光角度依存性を示すグラフである。 図１４に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜より上側の構造が形成されていない場合の反射率周波数依存性を示すグラフである。
実施形態１．
　以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。
　図１は、本発明によるＴＨｚ波検出器の第１の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。図１には、ＴＨｚ波検出器の断面図が示されている。
　図１に示すように、ＴＨｚ波検出器は、読出回路２ａと、基板２と、反射膜３と、コンタクト４と、第１保護膜５と、電極配線９と、庇１２と、支持部１３と、温度検出部（ダイアフラム）１４とを備える。
　なお、基板２、読出回路２ａ、反射膜３、コンタクト４、第１保護膜５、電極配線９、庇１２、支持部１３および温度検出部１４は、図１４に示す基板１０２、読出回路１０２ａ、反射膜１０３、コンタクト１０４、第１保護膜１０５、電極配線１０９、庇１１２、支持部１１３および温度検出部１１４と同様であるため説明を省略する。
　また、支持部１３が含む、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０は、図１４に示す支持部１１３が含む、第２保護膜１０６、第３保護膜１０８、第４保護膜１１０と同様であるため説明を省略する。また、温度検出部１４が含む、ボロメータ薄膜７および吸収膜１１は、図１４に示す温度検出部１１４が含む、ボロメータ薄膜１０７および吸収膜１１１と同様であるため説明を省略する。
　本実施形態では、図１に示すように、隣接する画素との間において反射膜３に隙間が空かないように、隣接する反射膜と一体となった反射膜３を形成する。図２は、図１に示す反射膜３の上面図である。図２には、配列された複数画素の反射膜３を俯瞰した上面図が示されている。このように、本実施形態では、反射膜３の隙間が空かないようにして、ＴＨｚ波が通り抜けることを防止し、読出回路２ａの金属配線からの反射・吸収を生じさせないようにする。それにより、基板２のＴＨｚ反射率の偏光角度依存性を小さくすることができる。本実施形態では、反射膜が一体として形成されているが、一体として形成されている必要はなく、隙間が空かないようになっていれば、反射膜３は別体として形成されていても良い。
　次に、本発明によるＴＨｚ波検出器のＴＨｚ反射特性を説明する。
　ここで、本発明の効果を説明しやすくするために、反射膜３を図１に示すように形成し、かつ反射膜３より上側の構造が形成されていないＴＨｚ波検出器のＴＨｚ反射特性を図３および図４に示す。図３は、図１に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜３より上側の構造が形成されていない場合の反射率偏光角度依存性を示すグラフである。
　図３に示すグラフには、図２０に示すグラフにおいて見られたＴＨｚ反射率の偏光角度に対する依存性が見られない。
　さらに、本実施形態のＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性を図５に示す。図５に示すグラフには、図１８に示すようなセンサ感度の偏光角度依存性が見られず、本発明による効果が顕著に表れている。
　図４は、図１に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜３より上側の構造が形成されていない場合の反射率周波数依存性を示すグラフである。図４には、偏光角度が０度、１２０度、２４０度であるときのＴＨｚ反射率の周波数依存性が示されている。図２１は、図１４に示すＴＨｚ波検出器の、反射膜３より上側の構造が形成されていない場合の反射率周波数依存性を示すグラフである。図４に示すグラフには、図２１に示すような周波数および偏光角度によるＴＨｚ反射率の大きな変動は見られない。つまり、本実施形態のＴＨｚ波検出器は、周波数によるＴＨｚ反射率の偏光角度依存性のばらつきを抑えることができ、周波数が変化した場合でもセンサ感度の偏光角度依存性を小さく保つことができる。
　なお、発明者の検討により、反射膜３のシート抵抗が１００Ω／□以下である場合に、本発明の効果がより顕著に表れることが分かった。
　以上に説明したように、本実施形態では、画素と画素の間において反射膜３に隙間が空かないように、反射膜３を形成する。それにより、反射膜３の隙間をＴＨｚ波が通り抜けることを防止することができ、基板２のＴＨｚ反射率の偏光角度依存性を小さくすることができる。従って、ＴＨｚ波検出器からの出力（センサ感度）が偏光角度により変化する現象が発生しづらくなる。つまり、本発明によれば、図１４に示すような、反射膜と吸収膜との干渉を用いてＴＨｚ波を検出するＴＨｚ波検出器における、センサ感度の偏光角度依存性を小さくすることができる。
　なお、図２に示すコンタクト４の面積が大きくない場合は、コンタクト４と他の画素のコンタクトとの間に反射膜３が配置されても構わない。その場合、反射膜３は図６に示すように形成される。図６は、コンタクト４と他の画素のコンタクトとの間に反射膜３を配置した場合の、反射膜３全体の上面図である。図６には、配列された複数画素の反射膜３を俯瞰した上面図が示されている。反射膜３を図６に示すように形成することにより、反射膜３の面積を可能な限り大きくすることができ、ＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性をより小さくすることができる。
　また、ＴＨｚ波検出器のコンタクト４の一方が、他のＴＨｚ波検出器のコンタクト４と電気的に接続されてもよい。その場合、図７に示すように、反射膜３に設けられる、反射膜３とコンタクト４との隙間（反射膜３に形成されたコンタクト４用の穴）を削減することができる。それにより、反射膜３の面積を可能な限り大きくすることができ、ＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性をより小さくすることができる。図７は、コンタクト４を他の画素のコンタクトと電気的に接続した場合の反射膜３の上面図である。図７には、配列された複数画素の反射膜３を俯瞰した上面図が示されている。
実施形態２．
　以下、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。
　図８は、本発明によるＴＨｚ波検出器の第２の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。図８には、ＴＨｚ波検出器の断面図が示されている。
　第２の実施形態の画素構造は、第１の実施形態の画素構造と同様である。ただし、図８に示すように、本実施形態では、ＴＨｚ波検出器は、図１に示す構成要素に加えて、第２反射膜３ａを備える。図９は、図８に示す第２反射膜３ａの上面図である。図９には、配列された複数画素の第２反射膜３ａを俯瞰した上面図が示されている。
　本実施形態では、図８および図９に示すように、反射膜３を覆うように第２反射膜３ａを形成する。なお、反射膜３と第２反射膜３ａとは物理的に分離している。また、第２反射膜３ａと吸収膜１１とで光学的共振構造が形成される。
　本実施形態は、ＴＨｚセンサ製造上の都合により、反射膜３を隣接する画素の反射膜とつなげることができない場合に有効である。例えば、反射膜３に電圧をかけるような場合には、反射膜３を隣接する画素の反射膜と接続してしまうとショートする可能性がある。その場合に、反射膜３と物理的に分離した第２反射膜３ａを、反射膜３を覆うように形成することにより、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
　また、発明者の検討により、第１の実施形態と同様に、第２反射膜３ａのシート抵抗が１００Ω／□以下である場合に、本発明の効果がより顕著に表れることが分かった。
実施形態３．
　以下、本発明の第３の実施形態を図面を参照して説明する。
　図１０は、本発明によるＴＨｚ波検出器の第３の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。図１０には、ＴＨｚ波検出器の断面図が示されている。
　第３の実施形態の画素構造は、第１の実施形態の画素構造と同様である。
　ただし、本実施形態では、ＴＨｚ波検出器は、庇１２を備えない。また、本実施形態では、反射膜３と吸収膜１１の間隔（ギャップ１５）を変えずに、第１保護膜５の上面と温度検出部１４の下面との間隔（エアギャップ１６）が８μｍ未満となるように、第１保護膜５の膜厚が設定される。
　つまり、本実施形態は、図１５に示すＴＨｚ波検出器に、第１の実施形態の反射膜３を適用した実施形態である。このように、図１５に示すＴＨｚ波検出器に、本発明を適用してもよい。それにより、図１５に示すようなＴＨｚ波検出器においても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
　なお、図１５に示すＴＨｚ波検出器に、第２の実施形態の第２反射膜３ａを適用してもよい。それにより、図１５に示すようなＴＨｚ波検出器において、ＴＨｚセンサ製造上の都合により、反射膜３を隣接する画素の反射膜とつなげることができない場合であっても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
実施形態４．
　以下、本発明の第４の実施形態を図面を参照して説明する。
　図１１は、本発明によるＴＨｚ波検出器の第４の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。図１１には、ＴＨｚ波検出器の断面図が示されている。
　第４の実施形態の画素構造は、第３の実施形態の画素構造と同様である。ただし、本実施形態では、温度検出部１４上に庇１２が形成される。
　つまり、本実施形態は、図１６に示すＴＨｚ波検出器に、第１の実施形態の反射膜３を適用した実施形態である。このように、図１６に示すＴＨｚ波検出器に、本発明を適用してもよい。それにより、図１６に示すようなＴＨｚ波検出器においても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
　なお、図１６に示すＴＨｚ波検出器に、第２の実施形態の第２反射膜３ａを適用してもよい。それにより、図１６に示すようなＴＨｚ波検出器において、ＴＨｚセンサ製造上の都合により、反射膜３を隣接する画素の反射膜とつなげることができない場合であっても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
実施形態５．
　以下、本発明の第５の実施形態を図面を参照して説明する。
　図１２は、本発明によるＴＨｚ波検出器の第５の実施形態の画素構造を模式的に示す説明図である。図１２には、ＴＨｚ波検出器の断面図が示されている。
　第５の実施形態の画素構造は、第２の実施形態の画素構造と同様である。
　ただし、本実施形態では、半導体製造工程における配線形成手法を利用して、反射膜３として利用する配線の上に、ビアと配線層を順次積層し、電極配線９を読出回路２ａに接続するための多層配線構造を形成する。これにより、電極配線９の断線を抑制することが可能となる。層間絶縁膜２１は、積層された配線層間の絶縁膜である。
　つまり、本実施形態は、図１７に示すＴＨｚ波検出器に、第２の実施形態の第２反射膜３ａを適用した実施形態である。このように、図１７に示すＴＨｚ波検出器に、本発明を適用してもよい。それにより、図１７に示すようなＴＨｚ波検出器において、ＴＨｚセンサ製造上の都合により、反射膜３を隣接する画素の反射膜とつなげることができない場合であっても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
　なお、図１７に示すＴＨｚ波検出器に、第１の実施形態の反射膜３を適用してもよい。つまり、図１７に示すＴＨｚ波検出器が、反射膜１０３の代わりに、反射膜３を備えていてもよい。そのような形態においても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
　次に、本発明の概要を説明する。図１３は、本発明によるテラヘルツ波検出器の最小構成を示す説明図である。本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板２に形成された読出回路２ａに接続される電極配線９を含む支持部１３により、電極配線９に接続されるボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４が基板２から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板２上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜３と、温度検出部１４に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜１１とを備え、反射膜３は隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と一体に形成される。
　そのような構成によれば、反射膜３の隙間をＴＨｚ波が通り抜けることを防止することができ、基板２のＴＨｚ反射率の偏光角度依存性を小さくすることができる。従って、検出器からの出力（センサ感度）が偏光角度により変化する現象が発生しづらくなる。つまり、図１４に示すような、反射膜と吸収膜との干渉を用いてＴＨｚ波を検出するＴＨｚ波検出器における、センサ感度の偏光角度依存性を小さくすることができる。
　また、反射膜３のシート抵抗が、１００Ω／□以下であってもよい。そのような構成によれば、ＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性をより小さくすることができる。
　また、基板２に形成された読出回路２ａと支持部１３が含む電極配線９とを電気的に接続するコンタクト４の面積に合わせて、反射膜３にコンタクト４用の穴が形成されてもよい。そのような構成によれば、反射膜３の面積を可能な限り大きくすることができ、ＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性をより小さくすることができる。
　また、本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板２に形成された読出回路２ａに接続される電極配線９を含む支持部１３により、電極配線９に接続されるボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４が基板２から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板２上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜３の上側に当該反射膜３を覆うように形成される第２反射膜３ａと、温度検出部１４に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜１１とを備え、第２反射膜３ａは隣り合うテラヘルツ波検出器の第２反射膜と一体に形成される。
　このように、反射膜３を隣接する画素の反射膜と一体に形成する代わりに、反射膜３を覆う第２反射膜３ａを隣接する画素の第２反射膜と一体に形成すれば、ＴＨｚセンサ製造上の都合により、反射膜３を隣接する画素の反射膜とつなげることができない場合にも、ＴＨｚ波検出器におけるセンサ感度の偏光角度依存性を小さくすることができる。
　また、反射膜３と第２反射膜３ａとが分離していてもよい。そのような構成によれば、例えば、反射膜３に電圧をかけるような場合には、反射膜３を隣接する画素の反射膜と接続してしまうとショートする可能性がある。その場合に、反射膜３と第２反射膜３ａとを物理的に分離させることにより、ＴＨｚ波検出器におけるセンサ感度の偏光角度依存性を小さくすることができる。
　また、第２反射膜３ａのシート抵抗が、１００Ω／□以下であってもよい。そのような構成によれば、ＴＨｚ波検出器のセンサ感度の偏光角度依存性をより小さくすることができる。
　また、本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板２に形成された読出回路２ａに接続される電極配線９を含む支持部１３により、電極配線９に接続されるボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４が基板２から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板２上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜３と、温度検出部１４に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜１１とを備え、反射膜３は隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と隙間なく形成される。
　そのような構成によれば、反射膜が隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と別体となっていて、一体として形成されていない場合であっても、反射膜３の隙間をＴＨｚ波が通り抜けることを防止することができる。それにより、基板２のＴＨｚ反射率の偏光角度依存性を小さくすることができる。
　また、本発明によるテラヘルツ波検出器は、基板２に形成された読出回路２ａに接続される電極配線９を含む支持部１３により、電極配線９に接続されるボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４が基板２から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、基板２上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜３と、温度検出部１４に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜１１とを備え、反射膜３はテラヘルツ波反射率の偏光角度依存性が所定値より小さくなるように形成される。
　そのような構成によれば、ＴＨｚ波検出器からの出力（センサ感度）が偏光角度により変化する現象が発生しづらくなる。
　以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１４年４月１８日に出願された日本特許出願２０１４－０８６４１２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　２、１０２　基板
　２ａ、１０２ａ　読出回路
　３、１０３　反射膜
　３ａ　第２反射膜
　４、１０４　コンタクト
　５、１０５　第１保護膜
　６、１０６　第２保護膜
　７、１０７　ボロメータ薄膜
　８、１０８　第３保護膜
　９、１０９　電極配線
　１０、１１０　第４保護膜
　１１、１１１　吸収膜
　１２、１１２　庇
　１３、１１３　支持部
　１４、１１４　温度検出部（ダイアフラム）
　１５、１１５　ギャップ
１６、１１６　エアギャップ

Claims (8)

  1. 　基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が前記基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、
    　前記基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜と、
    　前記温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、
    　前記反射膜は隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と一体に形成される
    　ことを特徴とするテラヘルツ波検出器。
  2. 　反射膜のシート抵抗が、１００Ω／□以下である
    　請求項１に記載のテラヘルツ波検出器。
  3. 　基板に形成された読出回路と支持部が含む電極配線とを電気的に接続するコンタクトの面積に合わせて、反射膜に前記コンタクト用の穴が形成される
    　請求項１または請求項２に記載のテラヘルツ波検出器。
  4. 　基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が前記基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、
    　前記基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜の上側に当該反射膜を覆うように形成される第２反射膜と、
    　前記温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、
    　前記第２反射膜は隣り合うテラヘルツ波検出器の第２反射膜と一体に形成される
    　ことを特徴とするテラヘルツ波検出器。
  5. 　反射膜と第２反射膜とが分離している
    　請求項４に記載のテラヘルツ波検出器。
  6. 　第２反射膜のシート抵抗が、１００Ω／□以下である
    　請求項４または請求項５に記載のテラヘルツ波検出器。
  7. 　基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が前記基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、
    　前記基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜と、
    　前記温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、
    　前記反射膜は隣り合うテラヘルツ波検出器の反射膜と隙間なく形成される
    　ことを特徴とするテラヘルツ波検出器。
  8. 　基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が前記基板から浮いた状態で支持される熱分離構造を有するテラヘルツ波検出器であって、
    　前記基板上に形成されるテラヘルツ波を反射する反射膜と、
    　前記温度検出部に形成されるテラヘルツ波を吸収する吸収膜とを備え、
    　前記反射膜はテラヘルツ波反射率の偏光角度依存性が所定値より小さくなるように形成される
    　ことを特徴とするテラヘルツ波検出器。
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