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公開番号2024056389
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-23
出願番号2022163220
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】雑音等価電力の低減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、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主面を有する支持膜と、p型導電型を有する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第1材料層と、n型導電型を有する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第2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主面上に配置されるヒートシンクと、第1主面と垂直な方向に見て、第1材料層の長手方向および第2材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第1材料層および複数の第2材料層は、多数の空孔を有する第1フォノニック構造から構成される。
【選択図】図4
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主面を有する支持膜と、
ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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、前記第１材料層の長手方向および前記第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備え、
前記複数の第１材料層および前記複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される、光センサ。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記支持膜は、多数の空孔を有する第２フォノニック構造から構成される、請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔を長さＤ１とし、前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔の直径を長さＤ２とすると、
長さＤ１と長さＤ２との差は、５ｎｍ以上５００ｎｍ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４】
前記長さＤ１と前記長さＤ２との差は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項３に記載の光センサ。
【請求項５】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔は、２０ｎｍ以上１２００ｎｍ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６】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔の直径は、１５ｎｍ以上２００ｎｍ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７】
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下地膜をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項８】
前記下地膜の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、請求項６に記載の光センサ。
【請求項９】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔および前記空孔の直径は、前記第２フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔および前記空孔の直径と、それぞれ同じである、請求項２に記載の光センサ。
【請求項１０】
前記ＳｉＧｅ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を有する、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 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
化合物半導体から構成される熱電変換材料を有する熱電変換素子が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。また、フォノニック構造を用いた赤外線センサが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２１／０３９０７４号
特開２０１７－２２３６４４号公報
【非特許文献】
【０００４】
Ｔａｍｂｏ，Ｎａｏｋｉ，ｅｔａｌ． “Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｒｍａｌｉｎｆｒａｒｅｄｓｅｎｓｏｒｃｅｌｌａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｐｈｏｎｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓ．” ＩｍａｇｅＳｅｎｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＶＩＩＩ．Ｖｏｌ．１１７２３．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０２１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光センサを例えば赤外線センサとして用いる場合、雑音等価電力（ＮＥＰ（ＮｏｉｓｅＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＰｏｗｅｒ））が良好であること、すなわち、その値が低いことが求められる。そこで、雑音等価電力の低減を図ることができる光センサを提供することを本開示の目的の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主面を有する支持膜と、ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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主面上に配置されるヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、第１材料層の長手方向および第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。
【発明の効果】
【０００７】
上記光センサによれば、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【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、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３は、図１および図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。
図４は、実施の形態１における光センサの一部を示す概略断面図である。
図５は、第１フォノニック構造から構成される第１材料層の一部を拡大して示す模式図である。
図６は、実施の形態１における光センサの製造方法の代表的な工程を示すフローチャートである。
図７は、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８は、図７に示す光センサの一部の領域ＶＩＩＩを拡大して示す概略平面図である。
図９は、実施の形態３に示す光センサの概略断面図である。
図１０は、実施の形態３における光センサの製造方法の代表的な工程を示すフローチャートである。
図１１は、光センサの感度と、長さＤ１と長さＤ２との差との関係を示すグラフである。
図１２は、光センサのノイズと、長さＤ１と長さＤ２との差との関係を示すグラフである。
図１３は、光センサの雑音等価電力（ＮＥＰ）と、長さＤ１と長さＤ２との差との関係を示すグラフである。
図１４は、空隙率とＮＥＰとの関係を示すグラフである。
【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主面を有する支持膜と、ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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主面上に配置されるヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、第１材料層の長手方向および第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。
【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、第１の導電型であるｎ型の熱電変換材料と第１の導電型とは異なる第２の導電型であるｐ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ｎ型の熱電変換材料部と複数の帯状のｐ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。
（【００１１】以降は省略されています）

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