(57)【要約】  テラヘルツ波の周波数帯域でのテラヘルツ吸収率の均一性を向上することができるよう、ボロメータ型テラヘルツ波検出器１は、テラヘルツ波を反射する反射膜１１と、テラヘルツ波を吸収し、反射膜１１に平行に配置された第１の吸収膜１２及び第２の吸収膜１３と、第１の吸収膜１２及び第２の吸収膜１３の温度変化を検出するボロメータ薄膜２０１と、を有し、第１の吸収膜１２及び第２の吸収膜１３の間隔は、反射膜１１と第１の吸収膜１２又は第２の吸収膜１３の光学的共振効果のあるテラヘルツ波と異なる周波数のテラヘルツ波について光学的な共振構造を形成する間隔である。
2017077996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を反射する反射膜と、
前記テラヘルツ波を吸収し、前記反射膜に平行に配置された第１及び第２の吸収膜と、
前記第１及び第２の吸収膜の温度変化を検出するボロメータ膜と、
を有し、
前記第１及び第２の吸収膜の間隔は、前記反射膜と第１又は第２の吸収膜との光学的共振効果のあるテラヘルツ波と異なる周波数のテラヘルツ波について光学的な共振構造を形成する間隔である、
ボロメータ型テラヘルツ波検出器。
【請求項２】
前記第１及び第２の吸収膜のシート抵抗は、前記反射膜、前記第１及び第２の吸収膜の間隔による複数の光学的共振効果に基づき設定された抵抗値である、
請求項１に記載のボロメータ型テラヘルツ波検出器。
【請求項３】
前記反射膜を有する回路基板と、
前記回路基板に設けられ、前記第１の吸収膜を前記反射膜と平行に支持する第１の支持部と、
前記第１の支持部に設けられ、前記第２の吸収膜を前記反射膜と平行に支持する第２の支持部を有し、
前記ボロメータ膜は、前記第１の支持部に形成される、
請求項１又は２に記載のボロメータ型テラヘルツ波検出器。
【請求項４】
前記第１の吸収膜と前記第２の吸収膜の間隔は、前記反射膜と前記第１の吸収膜の間隔と等しく、
前記第２の吸収膜のシート抵抗が前記第１の吸収膜のシート抵抗の２倍である、
請求項３に記載のボロメータ型テラヘルツ波検出器。
【請求項５】
前記第２の支持部に設けられ、前記テラヘルツ波を吸収する第３の吸収膜を前記反射膜と平行に支持する第３の支持部を有し、
前記第１の吸収膜と前記第２の吸収膜の間隔及び前記第２の吸収膜と前記第３の吸収膜の間隔は、前記反射膜と前記第１の吸収膜の間隔と等しく、
前記第２の吸収膜のシート抵抗が前記第１の吸収膜のシート抵抗の２倍であり、
前記第３の吸収膜のシート抵抗が前記第１の吸収膜のシート抵抗の３倍である、
請求項３に記載のボロメータ型テラヘルツ波検出器。
【請求項６】
前記反射膜を形成する回路基板と、
前記回路基板に設けられ、前記第１の吸収膜を前記反射膜と平行に支持する第１の支持部と、
前記第２の吸収膜を含み前記第１の支持部から前記ボロメータ膜に平行に延びる庇と、
を有する請求項１又は２に記載のボロメータ型テラヘルツ波検出器。
【請求項７】
前記第１の支持部は、前記ボロメータ薄膜を内蔵し、
前記庇は、前記第１の支持部の前記ボロメータ薄膜を内蔵する部分の周縁部から内側及び外側に延びるように形成される、請求項６に記載のボロメータ型テラヘルツ波検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ周波数帯の電磁波を検出する検出器に関し、特に、ボロメータ型テラヘルツ波検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボロメータ型テラヘルツ波検出器は、回路基板上にテラヘルツ波を反射する反射膜が形成され、ボロメータ薄膜を含む温度検出部（ダイアフラム）が支持部により基板から浮いた状態で保持された構造となっている。またボロメータ薄膜の両端部が支持部に内蔵された電気配線を介して基板に実装される読出回路に接続される構成となっている。【０００３】
特許文献１から３に、ボロメータ型テラヘルツ波検出器に関連する技術が開示されている。例えば特許文献１には、温度検出部の表面、裏面あるいは内部にテラヘルツ波を吸収する吸収膜が形成され、反射膜上にテラヘルツ波に対して透明な誘電体が形成されたボロメータ型テラヘルツ波検出器が開示されている。特許文献１のボロメータ型テラヘルツ波検出器では、誘電体の上面と温度検出部の下面との間隔が８マイクロメートル未満となるように、誘電体の膜厚が設定されている。またテラヘルツ波を効率的に吸収するため反射膜と吸収膜とで形成される光学的共振構造が適切に設定されている。【０００４】
また特許文献２に開示される技術は、基板と温度検出部とに電磁波共振構造を設け、電磁波共振構造は、特定の波長の電磁波を、その進行方向と該進行方向に直交する垂直方向とにおいて共振させる。また、特許文献２に開示される技術は、特定の波長の電磁波を熱に変換して、変換した熱を温度検出部に伝える。【０００５】
また特許文献３には、温度検出部の上部にテラヘルツ波を効率良く集めるための誘電体材料からなる誘電体カバーを追加したボロメータ型テラヘルツ波検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９４０８０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９０７８３号公報
【特許文献３】特開２００８−２４１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の構造のボロメータ型テラヘルツ波検出器では、１対の反射膜と吸収膜とで光学的共振構造が形成されている。このため、光学的共振の効果のある周波数帯域については吸収率が高いが、光学的共振の効果が得られない周波数帯域では吸収率がない無吸収帯域が発生してしまう。【０００８】
本発明は、テラヘルツ波の周波数帯域でのテラヘルツ吸収率の均一性を向上することができるボロメータ型テラヘルツ波検出器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】
【０００９】
本発明のボロメータ型テラヘルツ波検出器は、テラヘルツ波を反射する反射膜と、前記テラヘルツ波を吸収し、前記反射膜に平行に配置された第１及び第２の吸収膜と、前記第１及び第２の吸収膜の温度変化を検出するボロメータ膜とを有し、前記第１及び第２の吸収膜の間隔は、前記反射膜と第１又は第２の吸収膜との光学的共振効果のあるテラヘルツ波と異なる周波数のテラヘルツ波について光学的な共振構造を形成する間隔である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、テラヘルツ波の周波数帯域でのテラヘルツ吸収率の均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、２つの吸収膜を備える第１の実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、３つの吸収膜を備える第２の実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、図１及び図２のテラヘルツ吸収率のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図４は、図１の変形例のテラヘルツ吸収率のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図５は、第３の実施形態の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、第４の実施形態の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の構成について、図面を参照して説明する。図１は、２つの吸収膜を備える第１の実施形態の構成を示す断面図である。図２は、３つの吸収膜を備える第２の実施形態の構成を示す断面図である。
【００１３】
反射膜１１は、回路基板２１上に形成されている。
【００１４】
第１の実施形態のボロメータ型テラヘルツ波検出器１は、図１に示すように、テラヘルツ波を反射する反射膜１１と、テラヘルツ波を吸収する２枚の吸収膜１２、１３を備えている。また第２の実施形態のボロメータ型テラヘルツ波検出器２は、図２に示すように、テラヘルツ波を反射する反射膜１１と、テラヘルツ波を吸収する３枚の吸収膜１２、１３、１４を備えている。
【００１５】
反射膜１１は、図２に示すように、回路基板２１上に形成されている。
【００１６】
回路基板２１上に回路基板２１から浮いた状態で反射膜１１と平行に第１の吸収膜１２を保持する第１の支持部２２が形成されている。第１の吸収膜１２は、第１の支持部２２上に、反射膜１１と反対側の面に形成されている。
【００１７】
第１の支持部２２は、テラヘルツ波を吸収して温度が変化した吸収膜１２の温度変化を検出するボロメータ薄膜２０１を内蔵する。なお支持部２２のボロメータ薄膜２０１を内蔵する部分を温度検出部２０という。
【００１８】
回路基板２１には、読出回路が形成され、支持部２２内に形成された電極配線によってボロメータ薄膜２０１の端部と回路基板２１に形成された読出回路とが接続されるよう構成されている。
【００１９】
また、第１の支持部２２上に反射膜１１に平行に第１の支持部２２から浮いた状態で第２の吸収膜１３を保持する第２の支持部２３が形成されている。第２の吸収膜１３は、第２の支持部２３上に、反射膜１１と反対側の面に、形成されている。さらに第２の実施形態では、図２に示すように第２の支持部２３上に反射膜１１に平行に第２の支持部２３から浮いた状態で第３の吸収膜１４を保持する第３の支持部２４が形成され、第３の吸収膜１４が第３の支持部２４上に、反射膜１１と反対側の面に、に形成されている。
【００２０】
第１の吸収膜１２と反射膜１１の間隔は、テラヘルツ波を効率的に吸収できるよう光学的な共振構造となるよう設定される。また第１の吸収膜１２のシート抵抗が吸収率を左右するため、第１の吸収膜１２のシート抵抗は、テラヘルツ波を効率的に吸収できるよう設定される。３ＴＨｚ（１００μｍ）を例にとると、反射膜１１と第１の吸収膜１２の間隔を２５μｍ、シート抵抗を３７７（１２０×π）Ω／□とすると最も吸収率を高くすることが出来る。
【００２１】
しかし、上述のように間隔及びシート抵抗を設定した第１の吸収膜１枚のみの構造では３ＴＨｚから離れるテラヘルツ波に対しては吸収率が低下してくる。第１、第２の実施形態では、テラヘルツ波を吸収する複数の吸収膜を備え、第１の吸収膜１２と第２の吸収膜１３の間隔により、吸収膜が１枚のみの光学的共振の効果のあるテラヘルツ波と異なる周波数について光学的な共振構造が形成される。例えば、第１の吸収膜１２と第２の吸収膜１３の間隔を、２５μｍとすると、例えば１．５ＴＨｚについて光学的な共振構造が形成される。また他にも例えば第２の吸収膜１３から反射膜１１を経由して第１の吸収膜１２までの間隔により４．５ＴＨｚについて光学的な共振構造が形成される。またこれらの複数の光学的共振効果のバランスをとり３ＴＨｚから離れるテラヘルツ波に対する吸収率の低下を改善するよう第１の吸収膜１２と第２の吸収膜１３のシート抵抗を設定する。このことで吸収率の均一な周波数の範囲を広くすることができる。
【００２２】
図３は、図１及び図２のテラヘルツ吸収率のシミュレーション結果を示す図である。吸収膜が１枚、すなわち第２の吸収膜１３がなく、第１の吸収膜１枚のみの構造では、図３に破線で示すように、３ＴＨｚから離れると吸収率が低下してくる。これに対し吸収膜が２枚の第１の実施形態については、吸収膜１２のシート抵抗を３３７Ω／□とし、吸収膜１３のシート抵抗を吸収膜１２のシート抵抗３３７Ω／□の２倍の７５４Ω／□のシート抵抗とすると、図３に一点鎖線で示すように、吸収膜１枚と比較して吸収率の均一な範囲が広くなる。
【００２３】
また、吸収膜が３枚の第２の実施形態については、第２の吸収膜１３と第３の吸収膜１４の間隔を、例えば第１の吸収膜１２と第２の吸収膜１３の間隔と同じく２５μｍとし、第３の吸収膜１４のシート抵抗を第１の吸収膜１２のシート抵抗３３７Ω／□の３倍とすると、図３に実線で示すように、吸収膜２枚と比較して、均一な範囲がさらに広くなる。
【００２４】
このようにテラヘルツ波を吸収する複数の吸収膜を備え、吸収膜の間隔により、反射膜と１枚の吸収膜の構造と異なるテラヘルツ波について光学的な共振構造を形成する。さらに反射膜と複数の吸収膜の間隔による複数の光学的共振構造の効果のバランスをとるよう複数の吸収膜のシート抵抗を設定する。このことにより、吸収膜が１枚のみの構造で発生する吸収率がピークの周波数から離れた周波数でのテラヘルツ吸収率の低下を防ぎ、テラヘルツ吸収率の均一な範囲を広くすることができる。
【００２５】
なお第１及び第２の実施形態において、図３に示すように、いずれも６ＴＨｚで大きな吸収率の落ち込み（ノッチ）が生じている。
【００２６】
この吸収率の落ち込みを改善する変形例について説明する。図４は、図１の変形例のテラヘルツ吸収率を示す図である。変形例は、吸収膜を第１の実施形態と同様に２枚とし、反射膜１２と第１の吸収膜１２の間隔、及び、第１の吸収膜１２と第２の吸収膜１３の間隔を、例えば、第１の実施形態の半分の１２．５μｍとする。このことにより、第１の実施形態で大きな吸収率の落ち込み（ノッチ）が生じている６ＴＨｚ（２００μｍ）について光学的共振構造が形成される。また、第１の吸収膜１２と第２の吸収膜１３の間隔を、例えば１２．５μｍとすると、例えば３ＴＨｚ及び９ＴＨｚについて光学的な共振構造が形成される。さらに反射膜１１、第１及び第２の吸収膜１２、１３の間隔による複数の光学的共振構造の効果のバランスをとり広い範囲で吸収率が均一となるよう、第１の吸収膜１２及び第２の吸収膜１３のシート抵抗を設定する。例えば、第１の吸収膜１２のシート抵抗を、３３７Ω／□、第２の吸収膜１３のシート抵抗を、第１の吸収膜１２の２倍の７５４Ω／□とすると、図４に示すように、６ＴＨｚにおけるノッチを大幅に改善することが可能となる。
【００２７】
次に第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態の構成を示す断面図である。
【００２８】
本実施形態のボロメータ型テラヘルツ波検出器３は、第１の実施形態と同様、テラヘルツ波を反射する反射膜３１と、テラヘルツ波を吸収する複数の吸収膜３２、３３とを備えているが、第２の吸収膜３３は、図５に示すように、温度検出部４０の周縁部から内側及び外側に延びるように形成された庇４３に内蔵される点で第１、第２の実施形態と異なる。
【００２９】
反射膜３１は、図５に示すように、例えば、回路基板４１上に形成されている。回路基板４１内には、図５に示すように読出回路４１１が形成される。回路基板４１上には、読出回路４１１に接続するためのコンタクト４１２が形成される。反射膜３１及びコンタクト４１２の上には、第１保護膜４１３が形成されている。
【００３０】
第１保護膜４１３上に反射膜３１と平行に、エアギャップ３７をもって回路基板４１から浮いた状態で、吸収膜３２を保持する第１の支持部４２が形成されている。第１の支持部４２には、テラヘルツ波を吸収して温度が変化した第１、第２の吸収膜３２、３３の温度変化を検出するボロメータ薄膜４０１を内蔵する。ボロメータ薄膜４０１を内蔵する部分を温度検出部４０という。
【００３１】
第１の支持部４２及び庇４３の詳細構造について説明する。支持部４２の温度検出部４０は、ボロメータ薄膜４０１の反射膜３１側の面に第２保護膜４０２が形成され、反射膜３１と反対側の面に第３保護膜４０３が形成され、それぞれボロメータ薄膜４０１を保護する構造となっている。また支持部４２の側面部分は、内側に第２保護膜４０２及び第３保護膜４０３が積層され、第３保護膜４０３の外側（反射膜３１と反対側）の面に電極配線４２１が形成された構造となっている。電極配線４２１によってボロメータ薄膜４０１の両端部と、読出回路４１１に接続するためのコンタクト４１２とが接続される。電極配線４２１及び第３保護膜４０３の外側には、第４保護膜４０４が形成され、電極配線４２１が保護される構造となっている。また第４保護膜４０４の外側には、吸収膜３２が形成され、さらに吸収膜３２の外側に第５保護膜４０５が形成され、吸収膜３２が保護される構造となっている。また第５保護膜４０５上に反射膜３１と平行に、エアギャップ３８をもって温度検出部４０（支持部４２）から浮いた状態で、吸収膜３３を内蔵する庇４３が形成されている。庇４３の詳細構造は、吸収膜３３の反射膜３１側の面に第６保護膜４３１が形成され、反射膜３１と反対側の面に第７保護膜４３２が形成され、それぞれ吸収膜３３を保護する構造となっている。
【００３２】
また第１の吸収膜３２と反射膜３１のギャップ３５、第１の吸収膜３２と第２の吸収膜３３のギャップ３６、及び吸収膜３２と吸収膜３３のシート抵抗は、第１、第２の実施形態と同様に設定してよい。
【００３３】
本実施形態においても、複数の吸収膜を備えることにより吸収膜１枚の構造と異なる複数のテラヘルツ波について光学的な共振構造を形成し、さらに複数の光学的共振構造の効果のバランスをとるよう複数の吸収膜のシート抵抗を設定する。このことにより、第１、第２の実施形態と同様の効果が得られる。また吸収膜３３を内蔵する庇４３がボロメータ膜を内蔵する温度検出部４０の周縁部から内側及び外側に延びるように形成されていることにより、温度検出部４０の周囲を含め広くテラヘルツ波を吸収することができ、テラヘルツ吸収率を全体的に向上させることが可能である。
【００３４】
次に第４の実施形態について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態の構成を示す断面図である。
【００３５】
本実施形態のボロメータ型テラヘルツ波検出器４は、テラヘルツ波を吸収する３層の吸収膜３２、３３、３４を備える。ボロメータ型テラヘルツ波検出器４は、第３の実施形態の庇４３上に、さらに反射膜３１と平行に延びるように形成された庇４４が設置され、庇４４に第３の吸収膜３４が内蔵される。
【００３６】
反射膜３１、回路基板４１、読出回路４１１、コンタクト４１２、第１保護膜４１３、第１の吸収膜３２、第１の支持部４２、温度検出部４０、庇４３の構造は第３の実施形態と同様である。
【００３７】
本実施形態では、庇４３の第７保護膜４３２上に反射膜３１と平行に、庇４３から浮いた状態で、エアギャップ４５をもって吸収膜３４を内蔵する庇４４が形成されている。庇４４は、図６に示すように、温度検出部４０の周縁部から外側に延びた庇４３から、内側及び外側に延びるように形成されてよい。庇４４の詳細構造は、吸収膜３４の反射膜３１側の面に第８保護膜４４１が形成され、反射膜３１と反対側の面に第９保護膜４４２が形成され、それぞれ吸収膜３４を保護する構造となっている。
【００３８】
また第１の吸収膜３２と反射膜３１のギャップ３５、第１の吸収膜３２と第２の吸収膜３３のギャップ３６、及び吸収膜３２と吸収膜３３のシート抵抗は、第１、第２の実施形態と同様に設定してよい。また、第２の吸収膜３３と第３の吸収膜３４のギャップ３９は、第２の実施形態と同様に、第１の吸収膜３２と第２の吸収膜３３の間隔と同様に設定してよい。また第３の吸収膜３４のシート抵抗を第１の吸収膜３２のシート抵抗の３倍としてよい。
【００３９】
本実施形態においても、３層の吸収膜を備えることにより吸収膜１枚の構造と異なる複数のテラヘルツ波について光学的な共振構造を形成し、さらに複数の光学的共振構造の効果のバランスをとるよう複数の吸収膜のシート抵抗を設定する。このことにより、第１、第２、第３の実施形態と同様の効果が得られる。また第３の吸収膜３４を内蔵する庇４４がボロメータ膜を内蔵する温度検出部４０の周縁部から内側及び外側に延びるように形成されていることにより、温度検出部４０及び庇４３の周囲を含め広くテラヘルツ波を吸収することができ、テラヘルツ吸収率を全体的に向上させることが可能である。
【００４０】
以上、実施形態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。
【００４１】
例えば、図２の説明では、テラヘルツ波を吸収する吸収膜１２、１３、１４が、支持部２２、２３、２４の、反射膜１１と反対側の面に形成されるものとして説明したがこれに限られるものでなく、反射膜１１側の面に形成されても構わないし、支持部２２、２３、２４の内部にあっても構わない。
【００４２】
また、例えば、ボロメータ型テラヘルツ波検出器３の温度検出部４０の周縁部から内側及び外側に延びるものとして説明したが、内側のみに延びるように形成されたものでも構わない。
【００４３】
この出願は、２０１５年１１月４日に出願された日本出願特願２０１５−２１６７８１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。
【符号の説明】
【００４４】
１、２、３、４    ボロメータ型テラヘルツ波検出器
１１、３１    反射膜
１２、１３、１４、３２、３３、３４    吸収膜
２０、４０    温度検出部
２０１、４０１    ボロメータ薄膜
２１、４１    回路基板
２２、２３、２４、４２    支持部
３５    ギャップ
４０２    第２保護膜
４０３    第３保護膜
４０４    第４保護膜
４０５    第５保護膜
４１１    読出回路
４１２    コンタクト
４１３    第１保護膜
４２１    電極配線
４３、４４    庇
４３１    第６保護膜
４３２    第７保護膜
４４１    第８保護膜
４４２    第９保護膜
【図１】
2017077996.tif 000003
【図２】
2017077996.tif 000004
【図３】
2017077996.tif 000005
【図４】
2017077996.tif 000006
【図５】
2017077996.tif 000007
【図６】
2017077996.tif 000008
【国際調査報告】
2017077996.tif 000009
2017077996.tif 000010
2017077996.tif 000011
2017077996.tif 000012