(57)【要約】【課題】波長選択性を有し、入射角依存性が小さく、検出効率が高いボロメータ及びボロメータアレイを提供する。【解決手段】ボロメータは、第１の金属層９、第１の金属層９上に積層された誘電体層１０、及び誘電体層１０上に積層された第２の金属層１１を有する積層構造体８を含み、所定波長の入射光を吸収して熱を発生する光吸収体７と、光吸収体７と熱的に接続され、光吸収体７で発生した熱に応じて電気抵抗値が変化する抵抗体５と、を備える。積層構造体８では、所定波長の入射光により表面プラズモンが励起され、誘電体層１０と第１の金属層９及び第２の金属層１１の少なくとも一方との界面における第１の方向に沿った第１の金属層９及び第２の金属層１１の少なくとも一方の第１の幅は、表面プラズモンを共振させる第１の長さＬ１となっている。【選択図】図３
2014044164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属層、前記第１の金属層上に積層された誘電体層、及び前記誘電体層上に積層された第２の金属層を有する積層構造体を含み、所定波長の入射光を吸収して熱を発生する光吸収体と、
前記光吸収体と熱的に接続され、前記光吸収体で発生した前記熱に応じて電気抵抗値が変化する抵抗体と、を備え、
前記積層構造体では、前記所定波長の前記入射光により表面プラズモンが励起され、
前記誘電体層と前記第１の金属層及び第２の金属層の少なくとも一方との界面における第１の方向に沿った前記第１の金属層及び第２の金属層の少なくとも一方の第１の幅は、前記表面プラズモンを共振させる第１の長さとなっている、ボロメータ。
【請求項２】
前記第１の幅は、前記積層構造体に励起される前記表面プラズモンの波長の２分の１の整数倍となっている、請求項１記載のボロメータ。
【請求項３】
前記界面における第２の方向に沿った前記第１の金属層及び第２の金属層の少なくとも一方の第２の幅は、前記第１の幅の長さとは異なり且つ前記表面プラズモンを共振させる第２の長さとなっている、請求項１又は２記載のボロメータ。
【請求項４】
前記第２の幅は、前記積層構造体に励起される前記表面プラズモンの波長の２分の１の整数倍となっている、請求項３記載のボロメータ。
【請求項５】
前記光吸収体は、前記抵抗体上に形成されている、請求項１〜４のいずれか一項記載のボロメータ。
【請求項６】
前記積層構造体は、前記第１の金属層、前記誘電体層及び前記第２の金属層の積層方向に垂直な面に沿って二次元方向に複数配列されている、請求項５記載のボロメータ。
【請求項７】
前記第１の金属層は、複数の前記積層構造体にわたって一体的に形成されている、請求項５又は６記載のボロメータ。
【請求項８】
前記誘電体層は、複数の前記積層構造体ごとに分離して形成されている、請求項５〜７のいずれか一項記載のボロメータ。
【請求項９】
前記誘電体層は、複数の前記積層構造体にわたって連続して形成されている、請求項５〜７のいずれか一項記載のボロメータ。
【請求項１０】
前記誘電体層は、単一の半導体、多重量子井戸構造又は半導体量子ドット積層構造を有する半導体、グラフェン、及びグラフェン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも一種を含む、請求項１〜９のいずれか一項記載のボロメータ。
【請求項１１】
前記入射光は、赤外線である、請求項１〜１０のいずれか一項記載のボロメータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項記載のボロメータが一次元方向又は二次元方向に複数配列されている、ボロメータアレイ。
【請求項１３】
複数の前記ボロメータにおけるそれぞれの前記抵抗体と電気的に接続され、それぞれの前記抵抗体の電気抵抗値の変化を読み出す読出し部を更に備え、
複数の前記ボロメータにおけるそれぞれの光吸収体は、互いに異なる波長の入射光を吸収して熱を発生するものである、請求項１２記載のボロメータアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモンを利用するボロメータ及びボロメータアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光検出器の一種として、温度によって電気抵抗値が変化する材料を用いて光を検出するボロメータが知られている。特に近年では、検出する光の波長を選択することが可能な（つまり波長選択性を有する）ボロメータの研究が進んでいる。波長選択性を生じさせる手段としては、例えば、光吸収体としてスラブ型フォトニック結晶を利用して特定波長の光のみを導波モードに結合させること（特許文献１参照）、及び、光吸収体として金属膜等を利用して当該金属膜等の面内に表面プラズモンを励起することができる特定波長の光のみを光吸収させること（特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４８４２号公報
【特許文献２】特許第４９６４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光吸収体としてスラブ型フォトニック結晶を利用する特許文献１記載の手段では、入射角がわずかに変化しただけで導波モードへの結合条件が異なってしまうため、検出効率が低下する。また、特許文献２記載の手段では、原理的に表面プラズモンが励起される条件に入射角依存性があり、効果的に検出される光の波長が入射角によって変わってしまう。また、表面プラズモンが励起される条件においても、実際には金属膜等の表面から５０％程度の反射が生じるため、検出効率が不十分であるといえる。
【０００５】
そこで本発明は、波長選択性を有し、入射角依存性が小さく、検出効率が高いボロメータ及びボロメータアレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のボロメータは、第１の金属層、第１の金属層上に積層された誘電体層、及び誘電体層上に積層された第２の金属層を有する積層構造体を含み、所定波長の入射光を吸収して熱を発生する光吸収体と、光吸収体と熱的に接続され、光吸収体で発生した熱に応じて電気抵抗値が変化する抵抗体と、を備え、積層構造体では、所定波長の入射光により表面プラズモンが励起され、誘電体層と第１の金属層及び第２の金属層の少なくとも一方との界面における第１の方向に沿った第１の金属層及び第２の金属層の少なくとも一方の第１の幅は、表面プラズモンを共振させる第１の長さとなっている。
【０００７】
このボロメータでは、光吸収体における積層構造体に所定波長の入射光が入射することにより、入射角に依らず積層構造体に表面プラズモンが励起される。積層構造体は、誘電体層と第１の金属層及び第２の金属層の少なくとも一方との界面における上記第１の幅が、表面プラズモンを共振させる第１の長さとなっていることにより、表面プラズモンの共振器として働くため、所定波長の入射光により励起された表面プラズモンは、積層構造体において共振する。つまり、所定波長の入射光が表面プラズモンに変換されて積層構造体中に閉じ込められることになる。この共振状態においては、所定波長の入射光が積層構造体に完全に吸収され、所定波長以外の入射光はほぼ完全に反射される。共振する表面プラズモンはやがて熱に変化して、光吸収体と熱的に接続された抵抗体へと伝導され、抵抗体の電気抵抗値を変化させる。以上の作用により、本発明のボロメータは、波長選択性を有し、入射角依存性が小さく、検出効率が高いものとなる。
【０００８】
本発明のボロメータにおいて、第１の幅は、積層構造体に励起される表面プラズモンの波長の２分の１の整数倍となっていてもよい。これによれば、第１の幅に基づく表面プラズモンの共振が効果的に生じる。
【０００９】
上記界面における第２の方向に沿った第１の金属層及び第２の金属層の少なくとも一方の第２の幅は、第１の幅の長さとは異なり且つ表面プラズモンを共振させる第２の長さとなっていてもよい。これによれば、積層構造体が、第１の幅に基づく共振器長を有するほかに第２の幅に基づく共振器長を有することとなるため、第１の幅に基づいて共振するべき表面プラズモンを励起させることができない波長の入射光に関し、第２の幅に基づいて共振する表面プラズモンを励起させることができるため、本発明のボロメータが、複数種の波長の光を検出することができるものとなる。
【００１０】
上記第２の幅は、積層構造体に励起される表面プラズモンの波長の２分の１の整数倍となっていてもよい。これによれば、第２の幅に基づく表面プラズモンの共振が効果的に生じる。
【００１１】
また、本発明のボロメータは、光吸収体が、抵抗体上に形成されていてもよい。これによれば、光吸収体が構造的に安定化し、且つ抵抗体との熱的な接続が良好となる。
【００１２】
ここで、積層構造体は、第１の金属層、誘電体層及び第２の金属層の積層方向に垂直な面に沿って二次元方向に複数配列されていてもよい。積層構造体が複数配列されると受光領域が大きくなるため、ボロメータの検出効率が一層高いものとなる。また、積層構造体が二次元方向に複数配列されると、抵抗体の幅と積層構造体の第１の幅又は第２の幅との関係に自由度を持たせることができる。
【００１３】
本発明のボロメータにおいて、第１の金属層は、複数の積層構造体にわたって一体的に形成されていてもよい。これによれば、積層構造体の配列が一層安定化される。
【００１４】
本発明のボロメータにおいて、誘電体層は、複数の積層構造体ごとに分離して形成されていてもよく、複数の積層構造体にわたって連続して形成されていてもよい。また、誘電体層は、単一の半導体、多重量子井戸構造又は半導体量子ドット積層構造を有する半導体、グラフェン、及びグラフェン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも一種を含んでいてもよい。誘電体層をいずれの構成としても、本発明の効果を奏する。また、ボロメータの製造方法等の都合により、誘電体層をいずれの構成とするかを選択することができる。
【００１５】
検出対象たる入射光は、赤外線であってもよい。従来、赤外線を検出するに際しては、測定環境中の熱体が発する他の赤外線がバックグラウンドとして生じているのが通常であるため、検出したい赤外線のみを効率よく検出することは比較的困難であった。本発明のボロメータによれば、所定波長の入射光のみにより励起される表面プラズモンを介して抵抗体に熱を伝導させるため、バックグラウンドの赤外線による影響を小さくすることができる。
【００１６】
本発明のボロメータアレイでは、上記ボロメータが一次元方向又は二次元方向に複数配列されている。ボロメータが複数配列されると受光領域が大きくなるため、検出したい光の検出効率が一層高いものとなる。また、ボロメータを二次元方向に複数配列した場合は、所定波長の入射光について、二次元のイメージングを行うことができる。
【００１７】
また、本発明のボロメータアレイは、複数のボロメータにおけるそれぞれの抵抗体と電気的に接続され、それぞれの抵抗体の電気抵抗値の変化を読み出す読出し部を更に備え、複数のボロメータにおけるそれぞれの光吸収体は、互いに異なる波長の入射光を吸収して熱を発生するものであってもよい。これによれば、読出し部により、所望のタイミングで必要なボロメータの情報を読み出すことができるため、互いに異なる波長の入射光を分光して検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、波長選択性を有し、入射角依存性が小さく、検出効率が高いボロメータ及びボロメータアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態のボロメータの斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿っての断面図である。
【図３】図１のボロメータの部分拡大図である。
【図４】入射光の偏光方向と共振器長との関係を示す図である。
【図５】入射光の反射に関するシミュレート結果を示すグラフである。
【図６】入射角依存性に関するシミュレート結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例のボロメータの部分拡大図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の変形例のボロメータの部分拡大図である。
【図９】本発明の第２の実施形態のボロメータの部分拡大図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態のボロメータアレイの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１及び図２に示されるように、ボロメータ１Ａは、中央が有底に刳り貫かれて空洞部２が形成された基板３を備え、その空洞部２が開口している側の主面３ａの全面上に、第１の絶縁層４が形成されている。第１の絶縁層４上には、空洞部２による基板３の開口を架け渡し、且つ開口を覆うように板状に成形された抵抗体５が設けられている。抵抗体５による開口の架け渡しは、第１の絶縁層４上に沿って折り返されながら連続して１．５往復なされている。抵抗体５上には、第２の絶縁層６を介して、光吸収体７が、抵抗体５と対向するように積層されている。抵抗体５の両端には第２の絶縁層６及び光吸収体７がいずれも設けられておらず露出している領域があり、当該露出領域にはそれぞれコンタクト電極８，８が設けられている。また、コンタクト電極８，８には電気回路（図示せず）が接続されている。
【００２２】
図３に示されるように、光吸収体７は、複数の積層構造体８を含んでおり、それぞれの積層構造体８は、Ａｕからなる第１の金属層９と、第１の金属層９上に積層され、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる平面視矩形の誘電体層１０と、誘電体層１０上に積層され、Ａｕからなる同矩形の第２の金属層１１とを有している。複数の積層構造体８は、抵抗体５及び第２の絶縁層６上において、第１の金属層９、誘電体層１０及び第２の金属層１１の積層方向に垂直な面に沿って、平面視ストライプ状に一次元方向に配列されている。ここで、第１の金属層９は、複数の積層構造体８にわたって一体的に形成されている。
【００２３】
次に、ボロメータ１Ａの動作原理について説明する。ボロメータ１Ａでは、所定波長の入射光（例えば赤外線）が光吸収体７に入射すると、後述する作用により所定波長の入射光が光吸収体７に吸収され、熱が発生する。発生した熱は、第２の絶縁層６を介して抵抗体へと伝導される。ここで、基板３には空洞部２が設けられているため、当該熱は容易には基板３には逃げずに効率よく抵抗体５に伝導される。抵抗体５は、温度変化により電気抵抗値が変化する材料からなっており、光吸収体７から伝導された熱により温められて、電気抵抗値が変化する。当該電気抵抗値の変化をコンタクト電極８，８を通じた電気回路により読み取ることにより、結果として所定波長の入射光を検出することができる。
【００２４】
所定波長の入射光の吸収により熱が発生する原理については次のとおりである。光吸収体７における積層構造体８に所定波長の入射光が入射することにより、積層構造体８に表面プラズモンが励起される（表面プラズモン共鳴）。積層構造体８は、誘電体層１０と第２の金属層１１との界面における第１の幅が、表面プラズモンを共振させる第１の長さＬ１となっていることにより、表面プラズモンの共振器として働く。このため、所定波長の入射光により励起された表面プラズモンは、積層構造体８において共振する。つまり、所定波長の入射光が表面プラズモンに変換されて積層構造体８中に閉じ込められることになる。この共振状態においては、所定波長の入射光が積層構造体８に完全に吸収され、所定波長以外の入射光はほぼ完全に反射される。共振する表面プラズモンはやがて熱に変化して、光吸収体と熱的に接続された抵抗体へと伝導されることになる。
【００２５】
ここで、誘電体層１０が所定波長の入射光に対して吸収を持っている場合には、誘電体層１０で速やかに吸収されるが、誘電体層１０が吸収を持っていなくても、当該入射光は共振器内に閉じ込められているため第１の金属層９又は第２の金属層１１に吸収される。なお、このような表面プラズモンを共振させる共振器としての振舞いは、J.Le Perchec, et al., "Plasmon-based photosensors comprising avery thin semiconducting region”, Appl. Phys. Lett., 94, 181104(2009)、IrinaPuscasu and William L.Schaich, "Narrow-band, tunable infrared emissionfrom arrays of microstrip patches", Appl. Phys. Lett., 92, 233102(2008)、Yi-Han Te et al., "Localized surface plasmon polaritons inAg/SiO2/Ag plasmonic thermal emitter", Appl. Phys. Lett 93, 033113(2008)、H.T.Miyazaki and Y.Kurokawa, "Squeezing Visible Light Wavesinto a 3-nm-Thick and 55-nm-Long Plasmon Cavity”, Phys. Rev. Lett.,96, 097401(2006)、等の文献に記載されている。
【００２６】
次に、表面プラズモンを共振させる共振器として作用する積層構造体８における共振器長について説明する。積層構造体８において励起された表面プラズモンを共振させるに際しては、誘電体層１０と第２の金属層１１との界面における第１の幅の第１の長さＬ１、及び、誘電体層１０の厚さＴを考慮する。共振器の共鳴波長（すなわち共振する表面プラズモンを励起することができる入射光の波長）λと、共振器長（第１の長さ）Ｌ１との関係は概ね次式で決定される。
【数１】
2014044164.tif 000003
式（１）中、λpは表面プラズモンの波長を示し、ｎは誘電体層の屈折率を示し、δは金属層に対する光の表皮深さを示す。誘電体層の厚さＴが小さいほどλpはλに対して短くなり、プラズモンの性質が強く共振器のＱ値は高くなる。なお、共振器長Ｌ１は、所謂ファブリペロー共振器の共振器長に相当し、理想的には、積層構造体８に励起される表面プラズモンの波長の２分の１の整数倍となっていることが好ましい。
【００２７】
積層構造体８が共振器として機能するためには、入射光の偏光方向と、積層構造体８において共振器が構成される方向とが一致する必要がある。図４（ａ）に示されるように、積層構造体８がストライプ状に配列されている場合、入射光の偏光方向（白抜き矢印が指す方向）がストライプが延びる方向と直交する方向と一致する場合には、共振器長は積層構造体における第１の長さＬ１そのものとなる。また、図４（ｂ）に示されるように、入射光の偏光方向（白抜き矢印が指す方向）がストライプが延びる方向と直交する方向と角度θ１でずれている場合も、共振器長は第１の長さＬ１が共振器長となる。この場合は、偏光した光を直行する２つの成分に分けて考えれば、Ｅ・cosθ成分が共振器に共鳴する成分となる。一方、Ｅ・sinθ成分はストライプが延びる方向に対して共鳴する。このとき、当該方向の共振器長（第２の長さ）Ｌ２は、検出対象とする波長の入射光に対して表面プラズモンを励起させ共振させる条件になっていなければならない。共振器長たる第１の長さＬ１とこれに直交する共振器長たる第２の長さＬ２とが等しい場合には、ストライプが延びる方向と直交する方向のみならずこれと直交する方向に偏光した入射光に対しても完全吸収が生じるため、光吸収体の偏光依存性を小さくすることができる。なお、上記「Ｅ」は、光が持つ電界の強度を意味する。
【００２８】
なお、図３及び図４では積層構造体８が周期的に配列されているように描かれているが、表面プラズモンが励起されるためには周期性は必要なく、積層構造体８は１つであってもよい。
【００２９】
共振器（積層構造体８）と他の共振器との間隔Ｇ（図３参照）は、所定波長の入射光の吸収効率に関与する。積層構造体８が占める領域よりも広い領域に入射光が照射された場合には、間隔Ｇが入射光の波長よりも小さいほうが、入射光の吸収効率が高くなる。従って、入射光をより完全に吸収させるためには、共振器を所定波長よりも密に並べることが好ましい。
【００３０】
ここで、入射光の吸収率について、厳密結合波理論という手法でシミュレートした。図５は入射光が積層構造体８の積層方向から積層構造体８に入射した場合（つまり入射角がゼロの場合）の反射スペクトルである。比誘電率３．４の誘電体をＡｕで挟み込んだ積層構造に対する計算であり、誘電体の厚さを５０ｎｍとした。図５によれば、共振器長Ｌ１を変えると完全吸収（つまり反射率がゼロ）が生じる波長が制御することができることが分かる。反射されていない光は全て構造体の中で吸収されている。ある共振器長に対して完全吸収が生じるのは１つの波長のみであるが、吸収は広がりがあるため、ある波長の光を吸収させようとした場合には、共振器長は±１０％程度は共鳴する長さからずれていてもよいことがわかる。
【００３１】
また、上記入射光の吸収は、入射角によらない。入射面内に電界があるＴＭ偏光について、入射角依存性をシミュレートした。その結果を図６に示す。図６によれば、入射角θ２（図３参照）を変えても反射スペクトルは変わらず波長５μｍ付近で完全吸収が生じていることが分かる。
【００３２】
以上説明した作用に基づき、本実施形態のボロメータ１Ａは、波長選択性を有し、入射角依存性が小さく、検出効率が高いものとなる。また、ボロメータ１Ａでは、光吸収体７が抵抗体５上に形成されているため、光吸収体７が構造的に安定化し、且つ抵抗体５との熱的な接続が良好となっている。また、光吸収体７では積層構造体８が複数配列され受光領域が大きくなっているため、ボロメータの検出効率が一層高いものとなっている。また、第１の金属層９は、複数の積層構造体８にわたって一体的に形成されているため、積層構造体８の配列が安定化されている。
【００３３】
また、本実施形態のボロメータ１Ａは、赤外線の検出に特に有用である。従来、赤外線を検出するに際しては、測定環境中の熱体が発する他の赤外線がバックグラウンドとして生じているのが通常であるため、検出したい赤外線のみを効率よく検出することは比較的困難であった。本実施形態のボロメータ１Ａによれば、所定波長の入射光のみにより励起される表面プラズモンを介して抵抗体５に熱を伝導させるため、バックグラウンドの赤外線による影響を小さくすることができる。
【００３４】
なお、本実施形態のボロメータ１Ａは、特許文献２におけるボロメータとは以下の点で相違する。特許文献２におけるボロメータは、いわゆる伝播型表面プラズモンを利用したものである。一般に、平坦な金属表面に光を照射しても表面プラズモンを励起することはできず、照射された光は単に反射するだけである。これは、光と表面プラズモンとの間に分散曲線に交点がないことに基づく。換言すれば、光と表面プラズモンとの間で運動量保存の法則とエネルギー保存の法則の両者が成り立つことがないからである。そこで、金属表面に凹凸構造を設けると、この凹凸構造に由来する波数が生まれるため、凹凸構造の周期を調整することにより、どのようなエネルギーの光においても不足する運動量を追加することができ、分散関係に交点が生じるようになる。すなわち、光により表面プラズモンを励起することが可能となる。特許文献２記載の発明では、このように金属表面の凹凸構造の周期を調整することにより、表面プラズモンが発生する光の波長を選択している。このような表面プラズモンは一般に伝播型表面プラズモンと呼ばれており、金属面内を自由に伝播することを特徴とする。伝播中に表面プラズモンは金属ロスにより吸収され、熱に変わる。更に、特許文献２に記載されているように、表面プラズモンの励起には入射光の入射角依存性がある。
【００３５】
これに対し、本実施形態のボロメータ１Ａは、この伝播型表面プラズモンではなく、いわゆる局在型表面プラズモンを利用している。局在型表面プラズモンは金属と誘電体との界面を伝播するのではなく、金属と誘電体が作る共振器構造に対して共鳴し、定在波を形成する。この場合には、金属表面に凹凸構造を設けることなく、表面プラズモンを励起することができる。
【００３６】
以上、本発明の第１の実施形態のボロメータ１Ａについて説明したが、ボロメータ１Ａにおいて、誘電体層１０は第２の金属層１１と同一形状（つまり共振器長に合わせた形状）である必要はなく、図７に示されるように、第１の金属層９のように、複数の積層構造体８にわたって連続して形成されていてもよい。この場合でも、第１の実施形態のボロメータ１Ａと同様の効果が奏される。
【００３７】
また、上記第１の実施形態のボロメータ１Ａにおいて、誘電体層１０及び第２の金属層１１の形状は、平面視矩形である必要はなく、円形であってもよい。この場合、図８に示されるように、円形の直径が共振器長Ｌ３となる。また、入射光の吸収に関し、偏光方向の依存性がない。
【００３８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態として、ボロメータの他の形態について説明する。第２の実施形態のボロメータ１Ｂが第１の実施形態のボロメータ１Ａと異なる点は、図９に示されるように、積層構造体８が、抵抗体５が延びる方向のみならず、抵抗体の幅方向にも配列されている点である。
【００３９】
このように積層構造体８が二次元方向に複数配列されていると、抵抗体の板状面の幅と積層構造体８の第１の幅又は第２の幅との関係に自由度を持たせることができる。すなわち、積層構造体８における共振器長は、理想的には積層構造体８に励起される表面プラズモンの波長の２分の１の整数倍となっていることが好ましいところ、抵抗体５の長さ及び幅に設計上の制約がある場合、所望の共振器長を有する積層構造体を配列するのに抵抗体５上に領域の無駄が生じる場合がある。ここで、積層構造体８を二次元方向に複数配列することにより、抵抗体５上の領域の無駄を小さくすることができる。
【００４０】
以上、本発明の第２の実施形態のボロメータ１Ｂについて説明したが、ボロメータ１Ｂにおいては、第１の実施形態のボロメータ１Ａにおける変形例と同様の変更を適用することができる。すなわち、誘電体層１０は第２の金属層１１と同一形状（つまり共振器長に合わせた形状）である必要はなく、第１の金属層９のように、複数の積層構造体８にわたって連続して形成されていてもよい。また、誘電体層１０及び第２の金属層１１の形状は、平面視矩形である必要はなく、円形であってもよい。
【００４１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態として、ボロメータアレイについて説明する。図１０に示されるように、ボロメータアレイ１００は、共通基板１２上に本発明のボロメータを一次元方向に複数配列させたものである。ボロメータの構造としては、例えば上記第１の実施形態のボロメータ１Ａを採用することができる。
【００４２】
共通基板１２は、ボロメータ１Ａが配列される箇所が断面視台形状に突出する形状に加工されており、突出した部分の頂部にボロメータ１Ａが設けられている。ここで、複数のボロメータ１Ａにおけるそれぞれの光吸収体７は、互いに異なる波長の入射光を吸収して熱を発生するものとされている。
【００４３】
共通基板１２のうち、各ボロメータ１Ａの下方には、各ボロメータ１Ａに対応する読出し回路１３が設けられている。各読出し回路１３は、共通基板１２の断面視台形形状に加工された部分の側面に形成された配線１４、及び配線１４と連続し、且つ共通基板１２内部を通るビア配線１５によって、各ボロメータ１Ａにおける抵抗体５と接続されている。
【００４４】
このボロメータアレイ１００によれば、複数のボロメータ１Ａにおけるそれぞれの光吸収体７が互いに異なる波長の入射光を吸収するため、様々な波長の入射光を検出することができる。また、読出し部１３により所望のタイミングで特定のボロメータ１Ａの情報を読み出すようにすることにより、互いに異なる波長の入射光を分光して検出することもできる。
【００４５】
以上、本発明の第３の実施形態としてボロメータアレイ１００について説明したが、ボロメータアレイ１００においては、同一波長の入射光を検出するボロメータ１Ａを二次元方向に複数配列してもよい。この場合、所定波長の入射光について、二次元のイメージングを行うことができる。また、読出し部１３は、複数のボロメータ１Ａに対して一つだけ設ける態様としてもよい。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、第１の金属層９及び第２の金属層１１の材質は、Ａｕに限られず、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等、検出しようとする波長領域で負の誘電率を有するものであればよい。従って、高濃度にドーピングされた半導体も、中赤外領域よりも長波長側では金属的な振舞いをする負の誘電率を有することから、これらの物質も第１の金属層９及び第２の金属層１１の材質として利用することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、誘電体層１０の材質としてはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）を用いたが、入射光をより速く確実に吸収させるために、誘電体層１０の材質として、入射光に対して吸収がある他の物質を選択してもよい。例えば、単一の半導体、多重量子井戸構造又は半導体量子ドット積層構造を有する半導体、グラフェン、及びグラフェン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ，１Ｂ…ボロメータ、５…抵抗体、７…光吸収体、８…積層構造体、９…第１の金属層、１０…誘電体層、１１…第２の金属層、１３…読出し部、１００…ボロメータアレイ、Ｌ１…共振器長（第１の長さ），Ｌ２…共振器長（第２の長さ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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