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公開番号2024056365
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-23
出願番号2022163187
出願日2022-10-11
発明の名称光センサ
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10N 10/17 20230101AFI20240416BHJP()
要約【課題】感度の向上を図ることができる光センサを提供する。
【解決手段】光センサは、支持層と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のp型材料層と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のn型材料層と、を含み、第1主面上に配置される熱電変換材料部と、ヒートシンクと、第1主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のp型材料層はそれぞれ、ヒートシンクと重なる第1領域と、光吸収膜と重なる第2領域と、を含む。複数のn型材料層はそれぞれ、ヒートシンクと重なる第3領域と、光吸収膜と重なる第4領域と、を含む。複数のp型材料層および複数のn型材料層はそれぞれ、交互に直列で配置される。光吸収膜は、60質量%以上95質量%以下のカーボンと、5質量%以上40質量%以下の樹脂と、から構成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１主面および前記第１主面と厚さ方向の反対に位置する第２主面を有する支持層と、
ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、前記第１主面上に配置される熱電変換材料部と、
前記第２主面上に配置され、前記第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、
前記第１主面と垂直な方向に見て、前記凹部と重なって配置される光吸収膜と、
前記熱電変換材料部と前記光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備え、
前記複数のｐ型材料層はそれぞれ、前記第１主面と垂直な方向に見て前記ヒートシンクと重なる第１領域と、前記光吸収膜と重なる第２領域と、を含み、
前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１主面と垂直な方向に見て前記ヒートシンクと重なる第３領域と、前記光吸収膜と重なる第４領域と、を含み、
前記複数のｐ型材料層および前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１領域と前記第３領域とが電気的に接続され、前記第２領域と前記第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置され、
前記光吸収膜は、
６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、
５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている、光センサ。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記光吸収膜の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記樹脂は、エポキシ樹脂を含む、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記光吸収膜の厚さは、２μｍ以上７μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項５】
前記光吸収膜の外形形状は、前記第１主面と垂直な方向に見て、円形状であり、
各前記ｐ型材料層および各前記第ｎ材料層は、放射状に配置されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項６】
前記第２領域および前記第４領域はそれぞれ、径方向において前記光吸収膜の中心から前記光吸収膜の半径の３０％以上８０％以下の領域に位置する、請求項５に記載の光センサ。
【請求項７】
前記光吸収膜の外形形状は、前記第１主面と垂直な方向に見て、矩形状であり、
各前記ｐ型材料層および各前記第ｎ材料層は、前記光吸収膜の一辺の延びる方向または前記一辺の延びる方向に垂直な方向に長手方向が沿うように配置されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項８】
前記第１領域と前記第３領域とが導電性を有する第１導電部を介して電気的に接続され、前記第２領域と前記第４領域とが導電性を有する第２導電部を介して電気的に接続される、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項９】
前記複数のｐ型材料層および前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１領域と前記第３領域とが前記第１主面に垂直な方向に見て重なり、オーミック接触して接続され、前記第２領域と前記第４領域とが前記第１主面に垂直な方向に見て重なり、オーミック接触して接続される、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項１０】
前記ｐ型材料層およびｎ前記型材料層のうちの少なくともいずれか一方は、粒径が３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるナノ結晶構造およびアモルファス構造のうちの少なくともいずれか一方を有するＳｉＧｅから構成されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光センサに関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する熱電変換材料を用いたサーモパイル型の赤外線センサに関する技術が知られている（たとえば特許文献１参照）。赤外線センサは、光エネルギーを熱エネルギーに変換する受光部（光吸収膜）と、温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する熱電変換部（サーモパイル）とを備える。熱電変換部においては、ｐ型熱電変換材料とｎ型熱電変換材料とを接続して形成される熱電対が用いられる。複数のｐ型熱電変換材料と複数のｎ型熱電変換材料とを交互に直列で接続することにより、出力を増加させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０００－３４０８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光センサについては、光吸収膜により受けた光に応じて温度差が形成され、この温度差（熱エネルギー）が電気エネルギーに変換される。光センサにおいては、感度の向上を図ることが求められる。
【０００５】
そこで、感度の向上を図ることができる光センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に従った光センサは、第１主面および第１主面と厚さ方向の反対に位置する第２主面を有する支持層と、ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、第１主面上に配置される熱電変換材料部と、第２主面上に配置され、第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のｐ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重なる第１領域と、光吸収膜と重なる第２領域と、を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重なる第３領域と、光吸収膜と重なる第４領域と、を含む。複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１領域と第３領域とが電気的に接続され、第２領域と第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置される。光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
上記光センサによると、感度を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施の形態１における光センサの外観の概略平面図である。
図２は、図１における線分ＩＩ－ＩＩに沿う断面を示す実施の形態１の光センサの概略断面図である。
図３は、図１に示す光センサにおいて、図１における線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面を示す実施の形態１の光センサの一部の概略断面図である。
図４は、実施の形態１における光センサおよびカーボンのみを赤外線吸収膜として用いた場合の光センサにおける温度と中心からの距離との関係を示すグラフである。
図５は、実施の形態１における光センサの感度と、カーボンのみを赤外線吸収膜として用いた場合の光センサの感度とを比較したグラフである。
図８は、本開示の実施の形態２における光センサの外観の概略平面図である。
図７は、図６における線分ＶＩＩ－ＶＩＩに沿う断面を示す実施の形態２の光センサの概略断面図である。
図８は、本開示の実施の形態３における光センサの外観の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る光センサは、
（１）第１主面および第１主面と厚さ方向の反対に位置する第２主面を有する支持層と、ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、第１主面上に配置される熱電変換材料部と、第２主面上に配置され、第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のｐ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重重なる第１領域と、光吸収膜と重なる第２領域と、を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重なる第３領域と、光吸収膜と重なる第４領域と、を含む。複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１領域と第３領域とが電気的に接続され、第２領域と第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置される。光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。なお、第２領域と第４領域とが電気的に接続される、とは、第２領域と第４領域とが電位差の無い程度に電気的に接続されていることをいう。
【００１０】
赤外線センサのような、温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する熱電変換材料を用いたサーモパイル型の光センサについては、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光吸収膜と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換材料部（サーモパイル）と、を備える場合がある。熱電変換材料部においては、例えば、ｐ型の熱電変換材料とｎ型の熱電変換材料部とを接続して形成される熱電対が用いられる場合がある。複数の帯状のｐ型の熱電変換材料部と複数の帯状のｎ型の熱電変換材料部とを交互に直列で接続することにより、出力を増加させている。光センサにおける感度については、以下の数１に示す式によって表される。
（【００１１】以降は省略されています）

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