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公開番号2025093435
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2023209069
出願日2023-12-12
発明の名称半導体型カーボンナノチューブを用いた赤外線ボロメータ及びその製造方法
出願人日本電気株式会社
代理人個人
主分類G01J 1/02 20060101AFI20250617BHJP(測定;試験)
要約【課題】
半導体型カーボンナノチューブを用いた赤外線ボロメータの抵抗値を低下する。
【解決手段】
間隔を置いて設けられたソース電極及びドレイン電極、
前記2つの電極の間に存在し、且つ前記2つの電極に少なくとも一部が重なって電気的に接触している光検知部であるカーボンナノチューブ膜、並びに
前記カーボンナノチューブ膜の上又は下に絶縁膜を介して設けられたゲート電極、
を有する赤外線ボロメータ。
【選択図】図1A

特許請求の範囲【請求項１】
間隔を置いて設けられたソース電極及びドレイン電極、
前記２つの電極の間に存在し、且つ前記２つの電極に少なくとも一部が重なって電気的に接触している光検知部であるカーボンナノチューブ膜、並びに
前記カーボンナノチューブ膜の上又は下に絶縁膜を介して設けられたゲート電極、
を有する赤外線ボロメータ。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に電圧が印加され、前記ゲート電極に独立して電圧が印加される、請求項１に記載の赤外線ボロメータ。
【請求項３】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に電圧が印加され、前記ゲート電極が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のいずれか一方と電気的に短絡している、請求項１に記載の赤外線ボロメータ。
【請求項４】
前記ゲート電極が、第１の絶縁膜を介して前記カーボンナノチューブ膜の下に形成されている、請求項１に記載の赤外線ボロメータ。
【請求項５】
前記ゲート電極が、第２の絶縁膜を介して前記カーボンナノチューブ膜の上に形成されている、請求項１に記載の赤外線ボロメータ。
【請求項６】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極、又はこれらの電極に給電する配線が、表面が絶縁性の基板上に形成されている、請求項１に記載の赤外線ボロメータ。
【請求項７】
（ｉ）前記ソース電極及び前記ドレイン電極、又はこれらの電極に給電する配線、並びに（ｉｉ）前記ゲート電極が、表面が絶縁性の基板上に形成されている、請求項４に記載の赤外線ボロメータ。
【請求項８】
前記ゲート電極がミラーを兼ねる、請求項１に記載の赤外線ボロメータ。
【請求項９】
少なくとも素子形成表面が絶縁性の基板を準備する工程と、
前記基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に、カーボンナノチューブ膜を形成する工程と、
を含む、赤外線ボロメータの製造方法。
【請求項１０】
少なくとも素子形成表面が絶縁性の基板を準備する工程と、
前記基板上に、カーボンナノチューブ膜を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブ膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を含む、赤外線ボロメータの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体型カーボンナノチューブを用いた赤外線ボロメータ及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ボロメータ方式の赤外線センサーは、入射した赤外線を受光部が吸収することにより受光部の温度を変化させ、この受光部に配置した材料の温度変化による抵抗値変化から該赤外線の放射強度を電気信号として検出するものである。現在、ボロメータの素子材料としては、主に酸化バナジウムやアモルファスシリコン等が使用されている。しかしながら、酸化バナジウムは抵抗変化の温度依存性（抵抗温度係数（ＴＣＲ））が低いことにより、性能が律速されるという課題がある。またアモルファスシリコンは抵抗値が高く、酸化バナジウムを上回る性能が得られるには至っていない。
【０００３】
このような技術的背景の中、ＴＣＲの絶対値が高いカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をボロメータ部分に利用することが検討されている。例えば、特許文献１には、受光領域を有する半導体部の表面上に金属部が設けられ、前記受光領域の上面から前記金属部の上面に乗り上げてＣＮＴ膜を設けた半導体光検出素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－１４８１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体型ＣＮＴはＴＣＲが高い一方で抵抗値が大きいため、これをボロメータ部分に利用した赤外線センサーは、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が低くなるという問題があった。したがって、カーボンナノチューブを用いた赤外線センサー（ＣＮＴ非冷却型赤外線センサー）を実用化するためには、ＴＣＲの向上に加えて、低抵抗化が必要である。
【０００６】
本発明の目的は、上記した課題を鑑み、半導体型カーボンナノチューブを用いた赤外線ボロメータの抵抗値を低下することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明の赤外線ボロメータは、
間隔を置いて設けられたソース電極及びドレイン電極、
前記２つの電極の間に存在し、且つ前記２つの電極に少なくとも一部が重なって電気的に接触している光検知部であるカーボンナノチューブ膜、並びに
前記カーボンナノチューブ膜の上又は下に絶縁膜を介して設けられたゲート電極、
を有する赤外線ボロメータである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、抵抗値が低い赤外線ボロメータ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１Ａは、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの構造の一例を示す断面図である。
図１Ｂは、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの構造の一例を示す断面図である。
図１Ｃは、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの構造の一例を示す断面図である。
図１Ｄは、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの構造の一例を示す断面図である。
図１Ｅは、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの構造の一例を示す断面図である。
図２は、図１のボロメータの製造方法の工程を示す断面図である。
図３は、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第１実施形態を示す断面図及び平面図である。
図４は、第１実施形態のボロメータのバリエーションを示す断面図である。
図５は、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第２実施形態を示す断面図及び平面図である。
図６は、第２実施形態のボロメータのバリエーションを示す断面図である。
図７は、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第３実施形態を示す断面図及び平面図である。
図８は、第３実施形態のボロメータのバリエーションを示す断面図である。
図９は、ゲート電極が第１の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の下に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第４実施形態を示す断面図及び平面図である。
図１０は、第４実施形態のボロメータのバリエーションを示す断面図である。
図１１は、ゲート電極が第２の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の上に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの構造の一例を示す断面図である。
図１２は、図１１のボロメータの製造方法の工程を示す断面図である。
図１３は、ゲート電極が第２の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の上に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第５実施形態を示す断面図及び平面図である。
図１４は、ゲート電極が第２の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の上に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第６実施形態を示す断面図及び平面図である。
図１５は、ゲート電極が第２の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の上に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第７実施形態を示す断面図及び平面図である。
図１６は、ゲート電極が第２の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の上に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第８実施形態を示す断面図及び平面図である。
図１７は、ゲート電極が第２の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の上に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第９実施形態を示す断面図及び平面図である。
図１８は、ゲート電極が第２の絶縁膜を介してカーボンナノチューブ膜の上に形成されている、本発明の赤外線ボロメータの第１０実施形態を示す断面図及び平面図である。
図１９は、実施例１及び比較例１のボロメータの断面図である。
図２０は、実施例１及び比較例１のボロメータの電流／電圧曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（【００１１】以降は省略されています）

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