(57)【要約】【課題】Ｐｂ（鉛）を含まず、優れた焦電機能を有する熱電変換素子、該熱電変換素子を備えた光検出装置及び電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の熱電変換素子は、一対の電極と、一対の電極間に挟持された強誘電体層としての焦電体１１３と、を有し、焦電体１１３は、少なくともＢｉ（ビスマス）、Ｌａ（ランタン）、Ｆｅ（鉄）を含み、焦電体１１３の結晶構造におけるＢｉ／ＬａサイトのＬａのモル分率が０．１５以上０．２０以下であることを特徴とする。【選択図】図５
2015198155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、一対の電極間に挟持された強誘電体層と、を有する熱電変換素子であっ
て、
前記強誘電体層は、少なくともＢｉ（ビスマス）、Ｌａ（ランタン）、Ｆｅ（鉄）を含
み、
前記強誘電体層の結晶構造におけるＢｉ／ＬａサイトのＬａのモル分率が０．１５以上
０．２０以下であることを特徴とする熱電変換素子。
【請求項２】
前記強誘電体層は、さらにＭｎ（マンガン）、Ｔｉ（チタン）を含み、
前記強誘電体層の結晶構造におけるＦｅ／Ｍｎ／ＴｉサイトのＴｉのモル分率が０．０
５以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項３】
素子温度の変化に対し保持された分極量が可逆的に変化することを特徴とする請求項１
または２に記載の熱電変換素子。
【請求項４】
素子温度の昇温時における焦電係数が、−４［ｎＣ／（ｃｍ2・Ｋ）］よりも小さいこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項５】
分極処理において７分後の分極保持率が８７％以上であることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項６】
分極処理において１５時間後の分極保持率が８４％以上であることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項７】
前記一対の電極のうちの一方の電極と接する光吸収部を含むことを特徴とする請求項１
乃至６のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項８】
請求項７に記載の熱電変換素子を直交二軸方向に沿って二次元配置したことを特徴とす
る光検出装置。
【請求項９】
請求項７に記載の熱電変換素子を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項８に記載の光検出装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換素子、焦電型の光検出装置、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光検出装置として、光吸収膜を含む熱型光検出素子と、該熱型光検出素子を支持する支
持部材とが基板上に設けられた熱型光検出器を、直交二軸方向に沿って二次元配置した熱
型光検出装置が知られている（特許文献１）。
上記特許文献１の熱型光検出素子は、第１電極と第２電極との間に熱エネルギーを電気
エネルギーに変換可能な焦電材料である強誘電体膜が挟持されたキャパシターを含んでい
る。また、該強誘電体膜として、ゾルゲル法やスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法などを用
いて成膜することが可能なＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ、Ｔｉ）Ｏ3、チタン酸ジルコン酸鉛）が
挙げられている。ＰＺＴは、優れた焦電材料であるが、Ｐｂ（鉛）を含むことから環境的
に問題視されている。
【０００３】
一方で、特許文献２には、Ｐｂ（鉛）を含まない強誘電層を有するシーン素子を備えた
焦電センサシステムが開示されている。該強誘電層は、ＳＢＴ（ストロンチウムビスマス
タンタル酸化物）、バリウムビスマスタンタル酸化物、及びランタンビスマスタンタル酸
化物の中から選択されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５３８５１号公報
【特許文献２】特表２００６−５１８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献２には、強誘電層を構成する材料の１つとしてＳＢＴが挙げられているが
、ＳＢＴは分極保持率がＰＺＴに比べて低い。したがって、ＳＢＴ系の強誘電体を含むシ
ーン素子を焦電センサシステムに適用する場合には、該シーン素子に電圧を印加して分極
を保持しながら、該シーン素子が受けた熱エネルギーを電気エネルギーとして取り出すこ
とが望ましい。それゆえに、焦電センサシステムとしての読み出し時に該シーン素子に電
圧を印加することからノイズが増加するおそれがあり、感度が高い焦電センサシステムを
実現することが難しいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例］本適用例に係る熱電変換素子は、一対の電極と、一対の電極間に挟持された
強誘電体層と、を有する熱電変換素子であって、前記強誘電体層は、少なくともＢｉ（ビ
スマス）、Ｌａ（ランタン）、Ｆｅ（鉄）を含み、前記強誘電体層の結晶構造におけるＢ
ｉ／ＬａサイトのＬａのモル分率が０．１５以上０．２０以下であることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、Ｐｂ（鉛）を含むことなく、優れた分極特性を有する熱電変換素子
を提供することができる。
【０００９】
上記適用例に記載の熱電変換素子において、前記強誘電体層は、さらにＭｎ（マンガン
）、Ｔｉ（チタン）を含み、前記強誘電体層の結晶構造におけるＦｅ／Ｍｎ／Ｔｉサイト
のＴｉのモル分率が０．０５以下であることが好ましい。
この構成によれば、強誘電体層の膜厚を例えば１μｍ未満に薄膜化しても一対の電極間
におけるリーク電流の発生を抑制できる。
【００１０】
上記適用例に記載の熱電変換素子において、素子温度の変化に対し保持された分極量が
可逆的に変化することが好ましい。
この構成によれば、素子温度が変化しても優れた分極特性を維持することが可能な熱電
変換素子を提供することができる。
【００１１】
上記適用例に記載の熱電変換素子において、素子温度の昇温時における焦電係数が、−
４［ｎＣ／（ｃｍ2・Ｋ）］よりも小さいことが好ましい。
この構成によれば、温度変化に対して敏感、すなわち感度がよい熱電変換素子を提供す
ることができる。
【００１２】
上記適用例に記載の熱電変換素子において、分極処理において７分後の分極保持率が８
７％以上であることが好ましい。
この構成によれば、１度分極処理した後、７分後に分極処理したとしても、分極保持率
が極端に低下しないので、熱電変換素子が受けた熱エネルギーを効率的に電気エネルギー
に変換できる。つまり、高い精度の出力が得られる熱電変換素子を提供できる。
【００１３】
上記適用例に記載の熱電変換素子において、分極処理において１５時間後の分極保持率
が８４％以上であることが好ましい。
この構成によれば、１度分極処理した後、１５時間後に分極処理したとしても、分極保
持率が極端に低下しないので、電気信号の取り出しの都度、高い精度の出力を得るために
、分極処理を行わなくてもよい。つまり、省電力型の熱電変換素子を提供できる。
【００１４】
上記適用例に記載の熱電変換素子において、前記一対の電極のうちの一方の電極と接す
る光吸収部を含むことが好ましい。
この構成によれば、熱電変換素子に入射した光を光吸収部で吸収して効率的に熱エネル
ギーに変換することができる。つまり、感度がよい熱電変換素子を提供できる。
【００１５】
［適用例］本適用例に係る光検出装置は、上記適用例に記載の熱電変換素子を直交二軸
方向に沿って二次元配置したことを特徴とする。
本適用例によれば、熱電変換素子が二次元配置された領域に入射した光（温度）の分布
を画像として出力可能な光検出装置を提供できる。また、当該熱電変換素子は、優れた分
極特性を有しているので、当該画像の読み出しの都度、分極させるための電圧を熱電変換
素子に印加する必要がなく、省電力型の光検出装置を提供できる。
【００１６】
［適用例］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の熱電変換素子を備えたこと
を特徴とする。
本適用例によれば、例えば、物体の物理情報の解析機器（測定機器）などの電子機器を
提供することができる。
【００１７】
［適用例］本適用例に係る他の電子機器は、上記適用例に記載の光検出装置を備えたこ
とを特徴とする。
本適用例によれば、焦電型の光検出装置を備え、例えば火や発熱を検知するセキュリテ
ィー機器、工場などに用いられるＦＡ（機器）などの電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光検出装置の構成を示す概略平面図。
【図２】光検出装置の画素の構成を示す概略平面図。
【図３】光検出装置の画素の電気的な構成を示す回路図。
【図４】熱電変換素子の構成を示す概略平面図。
【図５】（ａ）は図３のＡ−Ａ‘線で切った熱電変換素子の構造を示す概略断面図、（ｂ）は焦電キャパシターの構成例を示す概略断面図。
【図６】（ａ）は焦電体の結晶構造を示す模式図、（ｂ）は焦電体の焦電機能を説明する図。
【図７】（ａ）は焦電体の分極特性を示すグラフ、（ｂ）は焦電体の分極処理の方法を示す図。
【図８】焦電体の実施例及び比較例における構成と分極特性とを示す表。
【図９】（ａ）は比較例１の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、（ｂ）は比較例１の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフ、（ｃ）は分極処理の方法を示す図。
【図１０】（ａ）は比較例２の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、（ｂ）は比較例２の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフ。
【図１１】（ａ）は比較例３の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、（ｂ）は比較例３の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフ。
【図１２】（ａ）は実施例１の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、（ｂ）は実施例１の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフ。
【図１３】（ａ）は実施例２の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、（ｂ）は実施例２の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフ。
【図１４】（ａ）は実施例３の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、（ｂ）は実施例３の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフ。
【図１５】（ａ）は比較例３の素子温度と焦電係数との関係を示すグラフ、（ｂ）は実施例３の素子温度と焦電係数との関係を示すグラフ。
【図１６】本実施形態の熱電変換素子を含む電子機器の構成例を示す図。
【図１７】（ａ）は図１５のセンサーデバイスの構成例を示すブロック図、（ｂ）はセンサーデバイスにおけるセンサーアレイの構成例を示す図。
【図１８】本実施形態の熱電変換素子を含むテラヘルツカメラの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図
面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示してい
る。
【００２０】
（第１実施形態）
＜光検出装置＞
まず、本実施形態の熱電変換素子が適用された光検出装置について、図１〜図３を参照
して説明する。図１は光検出装置の構成を示す概略平面図、図２は光検出装置の画素の構
成を示す概略平面図、図３は光検出装置の画素の電気的な構成を示す回路図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の光検出装置１００は、基板１０１と、基板１０１上に
形成された複数の画素１００Ｐとを備えている。
基板１０１は、例えばシリコンなどの半導体基板であって、複数の画素１００Ｐは、基
板１０１上において第１の方向（行方向）と、第１の方向に交差する第２の方向（列方向
）とに二次元的（マトリックス状）に配置されている。以降、第１の方向をＸ方向とし、
第２の方向をＹ方向として説明する。また、図の紙面に対して法線方向から見ることを平
面視と言う。
【００２２】
本実施形態の光検出装置１００は、例えば後述するテラヘルツカメラに適用されるもの
であって、画素１００Ｐは、入射した光を電気信号に変換する機能を有している。
具体的には、図２に示すように、画素１００Ｐは、Ｘ方向に３個、Ｙ方向に３個、合計
９個の熱電変換素子１１０を有している。言い換えれば、光検出装置１００は、複数の熱
電変換素子１１０がアレイ化されたものである。光検出装置１００は、平面視で例えば１
辺がおよそ１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の四角形である。画素１００Ｐは、例えば周波数が１Ｔ
Ｈｚ〜３ＴＨｚのテラヘルツ光を選択的且つ効率的に受光できるように、テラヘルツ光の
波長を考慮して１辺が１００μｍ〜３００μｍ程度の四角形となっている。画素１００Ｐ
に設けられた熱電変換素子１１０は、同じく平面視で例えば１辺がおよそ１μｍ〜５０μ
ｍの四角形の支持体１１１上に形成された焦電キャパシター１１５を有している。熱電変
換素子１１０の詳しい構成や構造については後述するが、熱電変換素子１１０は、入射し
た光を熱に変換し、さらにその熱を電気信号に変換して出力する素子である。
【００２３】
図３に示すように、画素１００Ｐにおいて、Ｘ方向に配列した３つの熱電変換素子１１
０は直列に接続され、Ｙ方向に配列した３つずつの熱電変換素子１１０は、配線１２３と
配線１２４との間で並列に接続されている。配線１２３の端には出力端子１２５Ａが設け
られ、配線１２４の端には出力端子１２５Ｂが設けられている。
【００２４】
したがって、光検出装置１００は、画素１００Ｐごとに複数の熱電変換素子１１０を備
えることで、入射した光を効率よく受けて、検知した光を画素１００Ｐごとに出力端子１
２５Ａ，１２５Ｂから電気信号として出力する。なお、光検出装置１００及び画素Ｐ並び
に熱電変換素子１１０の形状や大きさはこれに限定されるものではない。また、画素１０
０Ｐおける複数の熱電変換素子１１０の数や配置も、これに限定されるものではない。
【００２５】
＜熱電変換素子＞
次に、本実施形態の熱電変換素子１１０について、図４〜図７を参照して説明する。図
４は熱電変換素子の構成を示す概略平面図、図５（ａ）は図４のＡ−Ａ‘線で切った熱電
変換素子の構造を示す概略断面図、図５（ｂ）は焦電キャパシターの構成例を示す概略断
面図である。図６（ａ）は焦電体の結晶構造を示す模式図、図６（ｂ）は焦電体の焦電機
能を説明する図、図７（ａ）は焦電体の分極特性を示すグラフ、図７（ｂ）は焦電体の分
極処理の方法を示す図である。
【００２６】
図４に示すように、熱電変換素子１１０は、基板１０１と、基板１０１上に配置された
支持体１１１と、支持体１１１上に配置された焦電キャパシター１１５とを有している。
焦電キャパシター１１５は、支持体１１１上において対向して配置された一対の電極１１
２，１１４と、一対の電極１１２，１１４の間に挟持された焦電体１１３とを有している
。
平面視で四角形の支持体１１１のほぼ中心に、同じく平面視で支持体１１１よりも一回
り小さい四角形の焦電キャパシター１１５が配置されている。また、支持体１１１上にお
いて焦電キャパシター１１５は、光吸収部１１７によって覆われている。焦電キャパシタ
ー１１５の詳しい構成については後述する。
【００２７】
支持体１１１の対角に位置するコーナー部のそれぞれからアーム部１１１ａが延設され
ている。アーム部１１１ａは、支持体１１１の上記コーナー部を構成する１辺部側に沿っ
て平行に伸びている。アーム部１１１ａの先端側に平面視で四角形の先端部１１１ｂが設
けられている。先端部１１１ｂは、基板１０１に形成されたポスト１０９上に配置されて
いる。
【００２８】
図面上で支持体１１１に対して左側に位置する一方のアーム部１１１ａ上には、一対の
電極１１２，１１４のうち電極１１２に接続された配線１２２Ａが配置されている。配線
１２２Ａの上記先端部１１１ｂと重なる位置に接続部１２１Ａが設けられている。
図面上で支持体１１１に対して右側に位置する他方のアーム部１１１ａ上には、電極１
１４に接続された配線１２２Ｂが配置されている。配線１２２Ｂの上記先端部１１１ｂと
重なる位置に接続部１２１Ｂが設けられている。つまり、基板１０１の対角方向で支持体
１１１から離間した位置に配置された先端部１１１ｂ上に、焦電キャパシター１１５に繋
がる一対の接続部１２１Ａ，１２１Ｂが配置されている。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、基板１０１の基材１０１ｓ上には、例えば、複数（３つ）の
配線層１０２，１０４，１０６が設けられている。配線層１０２と配線層１０４との間に
は、第１層間絶縁膜１０３が設けられている。配線層１０４と配線層１０６との間には第
２層間絶縁膜１０５が設けられている。
最上層の配線層１０６には、焦電キャパシター１１５に電気的に繋がる２つの接続部１
２１Ａ，１２１Ｂに対応した配線が設けられている。接続部１２１Ａ，１２１Ｂが設けら
れた先端部１１１ｂのそれぞれは、空洞１１８で囲まれたポスト１０９により支持されて
いる。
ポスト１０９は、空洞１１８に囲まれた柱状の絶縁部１０８内に、導通部１０７ａと、
導通部１０７ａに接する配線層１０７ｂとが埋め込まれた構造となっている。導通部１０
７ａは絶縁部１０８に形成されたビアホール１０８ａを導通部材で埋めることによって形
成されている。
【００３０】
各接続部１２１Ａ，１２１Ｂは先端部１１１ｂを貫通してポスト１０９の配線層１０７
ｂと接するように設けられている。つまり、各接続部１２１Ａ，１２１Ｂは導通性のポス
ト１０９を介して下層の配線層１０６に電気的に接続している。配線層１０６は、さらに
、第２層間絶縁膜１０５に設けられたビアホールＨ２や第１層間絶縁膜１０３に設けられ
たビアホールＨ１によって下層の配線層１０４または配線層１０２のいずれかに電気的に
接続される。配線層１０２や配線層１０４には、基板１０１上において配置される複数の
熱電変換素子１１０を電気的に接続させる配線１２３，１２４（図３参照）が形成されて
いる。なお、基材１０１ｓ上における配線層の数は、これに限定されるものではない。
【００３１】
支持体１１１とアーム部１１１ａとは、基板１０１との間に空洞１１８を隔てて配置さ
れていると共に、空洞１１８に囲まれたポスト１０９によって支持されている。
焦電キャパシター１１５が配置される支持体１１１は、例えば膜厚が５００ｎｍ程度の
酸化シリコンからなる。基板１０１の厚みに比べて支持体１１１の膜厚は極薄いものであ
ることから、支持体１１１はメンブレン（薄膜）とも呼ばれている。
空洞１１８を挟んで支持体１１１と対向する第２層間絶縁膜１０５上には、反射層１０
６Ｒが形成されている。言い換えれば、反射層１０６Ｒは、配線層１０６の一部として第
２層間絶縁膜１０５上に形成されている。
【００３２】
焦電キャパシター１１５は、一対の電極１１２，１１４と、一対の電極１１２，１１４
の間に挟持された強誘電体層としての焦電体１１３とを有する。以降、一対の電極１１２
，１１４のうち、支持体１１１側に配置される方を下部電極１１２と呼び、焦電体１１３
を介して下部電極１１２に対向して配置される方を上部電極１１４と呼ぶ。
【００３３】
下部電極１１２と上部電極１１４との間に挟持される焦電体１１３は、Ｂｉ（ビスマス
）、Ｌａ（ランタン）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔｉ（チタン）を含む金属酸化
物の強誘電体が用いられている。このようなＢＬＦ系の金属酸化物の結晶構造は、図６（
ａ）に示すように、立方体の結晶格子における頂点部分にＢｉとＬａとを含むＡサイトが
存在し、該結晶格子の内部にＦｅとＭｎとＴｉとを含むＢサイトが存在する。また、該結
晶格子の内部において、Ｂサイトを囲むように酸素イオン（Ｏ2-）が存在する。このよう
な結晶構造は、ペロブスカイト構造と呼ばれている。該結晶格子において酸素イオン（Ｏ
2-）がいずれかの方向に変位して存在すると電荷の偏りが生ずる。
【００３４】
図６（ｂ）に示すように、上記金属酸化物の電荷の偏りを有する結晶面の配向方向があ
る程度揃って自発分極状態になると、焦電体１１３の表面に浮遊電荷が引き寄せられて電
気的に中和された状態となる。中和状態の焦電体１１３において例えば温度が上昇すると
、自発分極状態が解消され浮遊電荷だけが残り、焦電体１１３に接する電極から電荷が放
出される。このような電荷の放出は、焦電体１１３の温度が下降して自発分極状態が解消
された場合にも同様に起こる。電荷が放出された後に、焦電体１１３の温度が一定に保持
されると、再び自発分極状態となり、電気的に中和状態となる。これが焦電キャパシター
１１５における熱を電荷に変換する焦電機能である。前述したように、焦電体１１３の自
発分極は、焦電体１１３を構成する上記金属酸化物の結晶面の配向性による。本実施形態
の焦電体１１３は、ＡサイトにおけるＬａのモル分率の値を０．１５以上０．２０以下と
することで、優れた分極特性を実現している。
【００３５】
なお、本実施形態の焦電体１１３では、ＢサイトにおけるＦｅのモル分率は０．９６、
Ｍｎのモル分率は０．０１、Ｔｉのモル分率は０．０３である。上記金属酸化物の結晶面
の配向性を考慮すると、Ｍｎ及びＴｉのモル分率は、０．０１以上０．０５以下であるこ
とが好ましい。特に、ＢサイトにおけるＴｉのモル分率が０．０５より大きくなると、焦
電キャパシター１１５においてリーク電流が増加し易いということが分かったので、Ｔｉ
のモル分率を０．０５以下としている。
【００３６】
また、焦電体１１３と接する下部電極１１２及び上部電極１１４として、電極の成膜時
に結晶方向を制御し易い白金（Ｐｔ）を用いている。下部電極１１２の膜厚はおよそ１５
０ｎｍである。上部電極１１４の膜厚はおよそ５０ｎｍである。
焦電体１１３は、結晶の成長方向が揃った白金（Ｐｔ）の下部電極１１２に接して、例
えばＣＶＤ法やスパッタ法などの気相成膜法やゾルゲル法などの液相成膜法を用いて形成
することができる。これにより、焦電体１１３であるＢＬＦ系の金属酸化物の結晶面の配
向性を向上させることができる。焦電体１１３の膜厚は、０．２μｍ（２００ｎｍ）以上
１．０μｍ（１０００ｎｍ）未満であることが好ましい。焦電体１１３の膜厚を１．０μ
ｍ以上とすると熱容量が増加して感度に影響を及ぼすおそれがある。また、熱容量を考慮
して膜厚を０．２μｍ未満とすると、成膜時に安定した結晶面の配向性を有する強誘電体
層（焦電体１１３）が得られないおそれがある。本実施形態では、焦電体１１３の膜厚を
およそ０．４μｍとしている。
【００３７】
焦電体１１３が上記ＢＬＦ系の金属酸化物を用いることから、焦電体１１３が還元され
ると、焦電機能が失われるおそれがある。白金（Ｐｔ）からなる下部電極１１２や上部電
極１１４で焦電体１１３を挟んでも、下部電極１１２や上部電極１１４を通じて還元反応
が進むことが考えられる。また、焦電体１１３を下部電極１１２と上部電極１１４との間
に挟んだ構造としても、焦電体１１３の側面は露出しており還元されるおそれがある。そ
こで、本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、支持体１１１上に配置された焦電キャ
パシター１１５の表面を覆う還元保護膜１１６を設けている。還元保護膜１１６は、例え
ばアルミニウムの酸化物（ＡｌＯｘ）を用いて構成することができる。加えて、下部電極
１１２と支持体１１１との間にもアルミニウムの酸化物（ＡｌＯｘ）からなる還元保護膜
１１６ａを配置している。
【００３８】
支持体１１１上に配置された焦電キャパシター１１５は、上述したように、還元保護膜
１１６で覆われると共に、さらに光吸収部１１７で覆われている（図５（ａ）参照）。光
吸収部１１７は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンが堆積されたものである。光吸収部
１１７の厚みはおよそ１μｍである。光吸収部１１７は支持体１１１上の凹凸を覆うので
、ここで言う厚みとは、光吸収部１１７で覆われた領域における平均的な膜厚を指す。
【００３９】
熱電変換素子１１０に入射した光は、光吸収部１１７で吸収され熱として焦電キャパシ
ター１１５に伝わる。焦電キャパシター１１５では、焦電機能により伝わった熱を電荷と
して放電し、電気信号に変換される。本実施形態の熱電変換素子１１０は、一定の温度か
ら昇温したときに焦電キャパシター１１５から電荷を放出する。昇温した状態から元の温
度に戻るときに電荷が焦電キャパシター１１５に蓄電される。一定の温度に保たれている
とき、あるいは昇温した状態が保たれると電荷は放出されない。
【００４０】
このような熱電変換素子１１０において、焦電キャパシター１１５が配置される支持体
１１１の下層に空洞１１８を介して反射層１０６Ｒを配置する構造は、入射した光を光吸
収部１１７で吸収させるだけでなく、反射層１０６Ｒにより支持体１１１に向けて反射さ
せることができる。また、支持体１１１と基板１０１との間に空洞１１８を設けることに
より、光吸収部１１７から焦電キャパシター１１５に伝わった熱が、支持体１１１を通じ
て基板１０１に放熱されることを抑制することができる。すなわち、熱電変換素子１１０
に入射した光を効率よく熱に変換すると共に、電気信号に変換して出力することができる
。
本実施形態における光あるいは熱を反射させる反射層１０６Ｒは、例えば膜厚が１００
ｎｍ程度のＴｉやＡｕ（金）の層で構成されている。なお、熱電変換素子１１０において
、反射層１０６Ｒは必須の構成ではない。
【００４１】
このような熱電変換素子１１０の製造方法としては、次のような公知の方法を採用する
ことができる。まず、配線層１０６上にポスト１０９を含むトレンチ（凹部）を形成する
。次に、トレンチを埋めて例えば酸化シリコンからなる犠牲層を形成する。犠牲層に例え
ばＣＭＰ処理（化学的機械的研磨処理）してその表面を平坦化する。そして、平坦化され
た犠牲層の表面を覆って支持体１１１の前駆体層を形成する。前駆体層は、酸化シリコン
や窒化シリコンを例えばＣＶＤ法で堆積させて形成する。そして、前駆体層を覆う還元保
護膜１１６ａ（図５（ｂ）参照）を形成した後に、還元保護膜１１６ａ上に白金（Ｐｔ）
からなる下部電極１１２を形成する。下部電極１１２を覆って前述したＢＬＦ系の金属酸
化物（強誘電体層）を例えばゾルゲル法を用いて膜厚が０．４μｍとなるように形成する
。さらに白金（Ｐｔ）からなる電極層を形成する。電極層をパターニングして上部電極１
１４を形成し、形成された上部電極１１４をマスクとして上記強誘電体層をパターニング
して焦電体１１３を形成する。このようにして形成された焦電キャパシター１１５の表面
を覆う還元保護膜１１６を形成する。次に、還元保護膜１１６上に下部電極１１２に繋が
る配線１２２Ａを形成すると共に、配線１２２Ａに繋がる接続部１２１Ａを形成する。同
じく、還元保護膜１１６上に上部電極１１４に繋がる配線１２２Ｂを形成すると共に、配
線１２２Ｂに繋がる接続部１２１Ｂを形成する。そして、平面視で焦電キャパシター１１
５を覆う光吸収部１１７を形成する。その後、支持体１１１の前駆体層をパターニングし
て、支持体１１１や支持体１１１から伸びるアーム部１１１ａ、先端部１１１ｂを形成す
る。前駆体層のパターニングによって犠牲層が露出した部分を開口として、当該開口から
犠牲層をエッチングして除去することにより、反射層１０６Ｒと支持体１１１との間に空
洞１１８を形成する。反射層１０６Ｒと支持体１１１との距離、つまり空洞１１８の深さ
は大きいほど熱が伝わり難くなるので好ましいが、上述したように犠牲層をエッチングし
て空洞１１８を形成することから、空洞１１８の深さは、１μｍ〜５μｍの範囲が好まし
く、本実施形態では、空洞１１８の深さを２．５μｍとしている。
【００４２】
酸化シリコンや窒化シリコンからなる層をエッチングして光吸収部１１７を形成する工
程や、酸化シリコンからなる犠牲層をエッチングする工程では、還元性を有する例えばフ
ッ素系処理ガスを用いたドライエッチングが行われる。このようなドライエッチングを行
ったとしても、焦電キャパシター１１５は還元保護膜１１６，１１６ａでその表面が覆わ
れているので、上記金属酸化物の強誘電体である焦電体１１３がドライエッチングの処理
ガスによって還元されない。
【００４３】
次に、焦電キャパシター１１５の分極特性と分極処理について、図７を参照して説明す
る。前述したように、熱電変換素子１１０は、入射した光を熱に変換し、さらに電荷に変
換することができる。このような焦電機能は、前述したように焦電キャパシター１１５に
用いられた強誘電体層である焦電体１１３の自発分極に起因する。焦電キャパシター１１
５の分極特性は、下部電極１１２と上部電極１１４との間に分極を生じさせる所定の電圧
を印加して、生じた電荷を計測することにより求めることができる。
【００４４】
本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、焦電キャパシター１１５の下部電極１１２
と上部電極１１４との間に、０Ｖを基準として２０Ｖと−２０Ｖとの間で電位が時間と共
に直線的に変化する交流電圧（三角波）を印加して、焦電体１１３を分極させた。本実施
形態では、このような分極のさせ方を分極処理と言う。交流電圧の周波数は１ｋＨｚであ
る。つまり、１周期の交流電圧の印加時間は、１ｍｓｅｃ（ミリ秒）となる。１周期の交
流電圧を印加して、再び２０Ｖまで電位を上昇させると、図７（ａ）に示すような焦電キ
ャパシター１１５の分極特性を示すヒステリシスのグラフが得られる。図７（ａ）に示す
ように、印加電圧が０Ｖから２０Ｖに上昇するにつれて分極は大きくなるが、２０Ｖで分
極が正（＋）の飽和状態となる。印加電圧を２０Ｖから−２０Ｖに下降させると、分極の
向きが逆になり−２０Ｖで分極が負（−）の飽和状態となる。印加電圧を−２０Ｖから再
び２０Ｖに上昇させると分極の向きが反転して、分極は再び正（＋）の飽和状態となる。
分極処理は、少なくとも１周期の交流電圧を印加すればよいが、繰り返し交流電圧を印加
してもよい。
【００４５】
本実施形態の焦電キャパシター１１５では、分極の向きが異なる、正（＋）と負（−）
とでほぼ同程度の分極量が得られる。つまり、焦電体１１３を構成するＢＬＦ系の金属酸
化物は、分極の向きによって偏りがない安定した分極量を示す優れた強誘電体の性質を有
していることが分かる。
【００４６】
次に、焦電体１１３として用いられた強誘電体であるＢＬＦ系の金属酸化物の構成につ
いて、実施例と比較例とを挙げ、図８〜図１５を参照して具体的な効果を説明する。また
、実施例及び比較例の分極特性を比較するため、本実施形態では、分極処理により得られ
たヒステリシスにおける印加電圧が０Ｖのとき、すなわち焦電体１１３に電場を与えない
ときの、正（＋）の残留分極の値（Ｐｒ）と、負（−）の残留分極の値（−Ｐｒ）の絶対
値との和を分極量（２Ｐｒ）として用いることとする。
【００４７】
図８は焦電体の実施例及び比較例における構成と分極特性とを示す表である。より具体
的には、実施例及び比較例における、ＢＬＦ系の金属酸化物を用いた焦電体のＡサイトに
おけるＬａのモル分率、７分後の分極処理における分極量（２Ｐｒ）、分極処理における
７分後の分極保持率、同じく分極処理における１５時間後の分極保持率を示すものである
。
図９（ａ）は比較例１の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、図９（ｂ）は
比較例１の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフ、図９（ｃ）は分極処理の
方法を示す図である。
図１０（ａ）は比較例２の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、図１０（ｂ
）は比較例２の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフである。
図１１（ａ）は比較例３分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、図１１（ｂ）
は比較例３の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフである。
図１２（ａ）は実施例１の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、図１２（ｂ
）は実施例１の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフである。
図１３（ａ）は実施例２の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、図１３（ｂ
）は実施例２の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフである。
図１４（ａ）は実施例３の分極処理の７分後のヒステリシスを示すグラフ、図１４（ｂ
）は実施例３の分極処理の１５時間後のヒステリシスを示すグラフである。
図１５（ａ）は比較例３の素子温度と焦電係数との関係を示すグラフ、図１５（ｂ）は
実施例３の素子温度と焦電係数との関係を示すグラフである。
【００４８】
（比較例１）
比較例１の焦電体１１３は、ＢＬＦ系の金属酸化物の結晶構造において、Ａサイト（Ｂ
ｉ、Ｌａ）におけるＬａのモル分率を０．１０としたものである。ＢサイトにおけるＦｅ
、Ｍｎ、Ｔｉのモル分率は前述したとおり、Ｆｅが０．９６、Ｍｎが０．０１、Ｔｉが０
．０３である。焦電体１１３の膜厚は前述したように０．４μｍ、焦電キャパシター１１
５の平面サイズは、１辺が３０μｍの正方形である。
【００４９】
（比較例２）
比較例２の焦電体１１３は、ＢＬＦ系の金属酸化物の結晶構造において、Ａサイトにお
けるＬａのモル分率を０．２１としたものである。他の構成は、比較例１と同じである。
【００５０】
（比較例３）
比較例３の焦電体１１３は、ＢＬＦ系の金属酸化物の結晶構造において、Ａサイトにお
けるＬａのモル分率を０．２２としたものである。他の構成は、比較例１と同じである。
【００５１】
（実施例１）
実施例１の焦電体１１３は、ＢＬＦ系の金属酸化物の結晶構造において、Ａサイトにお
けるＬａのモル分率を０．１５としたものである。他の構成は、比較例１と同じである。
【００５２】
（実施例２）
実施例２の焦電体１１３は、ＢＬＦ系の金属酸化物の結晶構造において、Ａサイトにお
けるＬａのモル分率を０．１８としたものである。他の構成は、比較例１と同じである。
【００５３】
（実施例３）
実施例２の焦電体１１３は、ＢＬＦ系の金属酸化物の結晶構造において、Ａサイトにお
けるＬａのモル分率を０．２０としたものである。他の構成は、比較例１と同じである。
【００５４】
上記実施例及び上記比較例の分極特性を比較するため、分極処理における分極量（２Ｐ
ｒ）と分極保持率Ｈとを求めた。具体的には、図９（ｃ）に示すように、熱電変換素子に
０Ｖから２０Ｖへ、２０Ｖから０Ｖに直線的に変化する電圧を印加する前処理を行う。そ
の後、所定の時間を置いて、０Ｖを基準として２０Ｖと−２０Ｖとの間で電圧が直線的に
変化する１周期の交流電圧（三角波）を印加する分極処理を実施した。ここでは、所定の
時間として７分と１５時間とを設定した。
【００５５】
比較例１の熱電変換素子において、前処理してから７分後に分極処理を行うと、図９（
ａ）に示すヒステリシスが得られた。図９（ａ）に示すように、前処理によって比較例１
の焦電体が分極した状態となるが、７分間放置されることで正の残留分極の値が低下して
いる。その後の分極処理における分極量（２Ｐｒ）の値は、５６．８［μＣ／ｃｍ2］で
ある。本実施形態において、前処理後、所定の時間放置した後の正の残留分極の値をＰｒ
ｔとする。本実施形態における焦電体の分極保持率Ｈは、以下の数式（１）によって与え
、百分率で表記する。
Ｈ＝［（２Ｐｒ）／２−（Ｐｒ−Ｐｒｔ）］／（（２Ｐｒ）／２）・・（１）
すなわち、分極処理直後の残留分極の値（２Ｐｒ／２）から所定の時間放置することで
減少した残留分極の値（Ｐｒ−Ｐｒｔ）を差し引いた値を、分極処理直後の残留分極の値
で除した値を分極保持率Ｈとした。
【００５６】
図９（ａ）のヒステリシスのグラフによれば、比較例１のＰｒの値が１６．２［μＣ／
ｃｍ2］であり、７分後のＰｒｔの値が０．０８［μＣ／ｃｍ2］であることから、数式（
１）に当てはめると、比較例１の分極処理における７分後の分極保持率Ｈは、およそ４３
％である。
【００５７】
同様にして、比較例１の熱電変換素子において、前処理してから１５時間後に分極処理
を行うと、図９（ｂ）に示すヒステリシスが得られた。図９（ｂ）のヒステリシスのグラ
フによれば、比較例１の分極量（２Ｐｒ）の値が５６．３［μＣ／ｃｍ2］であり、Ｐｒ
の値が１８．６［μＣ／ｃｍ2］であって、１５時間後のＰｒｔの値が０．０８［μＣ／
ｃｍ2］であることから、数式（１）に当てはめると、比較例１の分極処理における１５
時間後の分極保持率Ｈは、およそ３４％となる（図８参照）。
【００５８】
比較例２の熱電変換素子において、前処理してから７分後に分極処理を行うと、図１０
（ａ）に示すヒステリシスが得られ、前処理してから１５時間後に分極処理を行うと、図
１０（ｂ）に示すヒステリシスが得られた。この結果から、比較例１と同様に分極量（２
Ｐｒ）と分極保持率Ｈとを求めると、比較例２の熱電変換素子における分極量（２Ｐｒ）
は９５．２［μＣ／ｃｍ2］であり、７分後の分極保持率は６２％であり、１５時間後の
分極保持率Ｈはおよそ３５％である（図８参照）。
【００５９】
比較例３の熱電変換素子において、前処理してから７分後に分極処理を行うと、図１１
（ａ）に示すヒステリシスが得られ、前処理してから１５時間後に分極処理を行うと、図
１１（ｂ）に示すヒステリシスが得られた。この結果から、比較例３の熱電変換素子にお
ける分極量（２Ｐｒ）は９８．７［μＣ／ｃｍ2］であり、７分後の分極保持率は１８％
であり、１５時間後の分極保持率Ｈはおよそ−３％である（図８参照）。
【００６０】
実施例１の熱電変換素子において、前処理してから７分後に分極処理を行うと、図１２
（ａ）に示すヒステリシスが得られ、前処理してから１５時間後に分極処理を行うと、図
１２（ｂ）に示すヒステリシスが得られた。この結果から、実施例１の熱電変換素子にお
ける分極量（２Ｐｒ）は１０３．８［μＣ／ｃｍ2］であり、７分後の分極保持率は８７
％であり、１５時間後の分極保持率Ｈはおよそ８４％である（図８参照）。
【００６１】
実施例２の熱電変換素子において、前処理してから７分後に分極処理を行うと、図１３
（ａ）に示すヒステリシスが得られ、前処理してから１５時間後に分極処理を行うと、図
１３（ｂ）に示すヒステリシスが得られた。この結果から、実施例２の熱電変換素子にお
ける分極量（２Ｐｒ）は９９．５［μＣ／ｃｍ2］であり、７分後の分極保持率は８９％
であり、１５時間後の分極保持率Ｈはおよそ８７％である（図８参照）。
【００６２】
実施例３の熱電変換素子において、前処理してから７分後に分極処理を行うと、図１４
（ａ）に示すヒステリシスが得られ、前処理してから１５時間後に分極処理を行うと、図
１４（ｂ）に示すヒステリシスが得られた。この結果から、比較例２の熱電変換素子にお
ける分極量（２Ｐｒ）は１０５．５［μＣ／ｃｍ2］であり、７分後の分極保持率は９１
％であり、１５時間後の分極保持率Ｈはおよそ８８％である（図８参照）。
【００６３】
図９〜図１４のヒステリシスのグラフに基づいてまとめた比較例及び実施例の分極特性
は、図８の表に示すように、分極処理直後の分極量（２Ｐｒ）の値は、Ａサイトにおける
Ｌａのモル分率が、０．１５〜０．２２の範囲でほぼ同程度の値となっている。Ｌａのモ
ル分率が０．１５を下回ると分極量（２Ｐｒ）が急激に低下する。一方、分極保持率Ｈは
、Ｌａのモル分率が０．１５を下回るとやはり低下する。また、Ｌａのモル分率が０．２
０を超えると急激に低下している。焦電体の自発分極は、ＢＬＦ系の金属酸化物である強
誘電体の結晶面の配向性によるものと考えられ、分極処理が繰り返し行われても安定した
自発分極状態が維持されることが好ましい。その点では、ＡサイトにおけるＬａのモル分
率は０．１５以上０．２０以下であることが好ましい。
【００６４】
なお、焦電キャパシター１１５の分極保持率Ｈを求めるにあたり、前処理後から分極処
理を開始するまでの所定の時間を７分と１５時間としたが、これに限定されるものではな
い。
熱電変換素子１１０に光が入射すると、前述したように焦電機能により焦電体１１３か
ら電荷が放出される、つまり放電が起こる。所定の時間を例えば５分から１０分として求
めた分極保持率Ｈが８７％以上（Ｌａのモル分率が０．１５以上）であれば、１度放電し
てからわずかな時間が経過した程度ならば、再び熱電変換素子１１０に光が入射しても同
程度の感度で電気信号を取り出すことができることを示している。
また、所定の時間を例えば１２時間から２４時間として求めた分極保持率Ｈが８４％以
上（Ｌａのモル分率が０．１５以上）であれば、熱電変換素子１１０から電気信号を取り
出すも読み出しの都度、感度を維持するために、予め分極処理を行う必要がないことを示
すものである。
【００６５】
次に、実施例及び比較例の熱電変換素子における焦電係数について図１５を参照して説
明する。図１５（ａ）は比較例３の熱電変換素子の焦電係数を示すグラフ、図１５（ｂ）
は実施例３の熱電変換素子の焦電係数を示すグラフである。
焦電係数［ｎＣ／ｃｍ-2・Ｋ-1］は、熱電変換素子における素子温度（絶対温度Ｋ）と
分極量との関係を示すものである。焦電体１１３としてＢＬＦ系の金属酸化物の強誘電体
を用いた本実施形態の熱電変換素子１１０は、昇温時に電荷が放出されるものである。と
ころが、図１５（ａ）に示すように、比較例３の熱電変換素子では、およそ２２０Ｋ未満
の絶対温度では強誘電体の性質（焦電機能）を示し、およそ２２０Ｋ以上の絶対温度では
焦電係数の正負が反転することから、焦電機能が失われた反強誘電体の性質を示している
。これは、焦電体の電荷の偏りを示す結晶面の配向が、素子温度の変化に伴って互いに電
荷の偏りを打ち消し合う状態に結晶面が配向する結晶構造に相転移するものと考えられる
。比較例３の熱電変換素子が焦電機能を発揮する２２０Ｋ未満における昇温時の焦電係数
はおよそ−０．０８［ｎＣ／ｃｍ-2・Ｋ-1］である。
【００６６】
これに対して、実施例３の熱電変換素子１１０は、図１５（ｂ）に示すように素子温度
の変化（昇温時と降温時）に対し保持された分極量が可逆的に変化するので、焦電機能が
安定している。言い換えれば、図１５（ａ）に示した比較例３のように焦電体が素子温度
の変化によって相転移して反強誘電体となってしまうことはない。また、図１５（ｂ）に
示すように、実用的な温度範囲である例えば絶対温度が２２３Ｋ〜３２３Ｋ（０℃±５０
℃）の範囲で焦電機能を発揮し、昇温時の焦電係数が比較例３よりも小さいおよそ−４［
ｎＣ／ｃｍ-2・Ｋ-1］である。
このような熱電変換素子の分極特性（焦電機能）と焦電体の結晶構造との関係は、結晶
格子のＡサイト（Ｂｉ／Ｌａサイト）におけるＬａのモル分率の影響を受けていると考え
られる。すなわち、Ｌａのモル分率が０．１５未満、あるいは０．２１以上になると、電
荷の偏りを示す結晶面の配向方向が揃わなくなったり、温度によって配向方向が反転した
結晶面を含む状態となったりして、焦電機能が不安定になると考えられる。
【００６７】
上記実施例１〜実施例３及び上記比較例１〜比較例３の分極特性によれば、ＢＬＦ系の
金属酸化物の強誘電体における結晶格子において、ＡサイトのＬａ（ランタン）のモル分
率は０．１５以上０．２０以下であることが、分極量（２Ｐｒ）と分極保持率Ｈを確保す
る点で好ましい。また、昇温時の焦電係数は−４［ｎＣ／ｃｍ-2・Ｋ-1］よりも小さいこ
とが実用的な温度範囲で感度がよい熱電変換素子１１０を実現する点で好ましい。
【００６８】
また、強誘電体層としてＳＢＴ系の金属酸化物を用いた場合、分極量（２Ｐｒ）がおよ
そ２０［μＣ／ｃｍ2］程度であることが知られている。熱電変換素子１１０の感度の指
標である焦電係数は、室温における分極量（２Ｐｒ）の値に比例する。したがって、ＢＬ
Ｆ系の金属酸化物と、ＳＢＴ系の金属酸化物とを比較すると、上述したように、ＳＢＴ系
の金属酸化物のほうが分極量（２Ｐｒ）の値が小さいので、焦電係数の値もＳＢＴ系の金
属酸化物のほうが小さくなる。つまり、ＳＢＴ系の金属酸化物に比べてＢＬＦ系の金属酸
化物が優れた分極特性を有する強誘電体であることが分かる。
【００６９】
上記実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）熱電変換素子１１０は、基板１０１と、基板１０１との間に空洞１１８を介して
配置された支持体１１１と、支持体１１１上に配置された焦電キャパシター１１５と、焦
電キャパシター１１５を覆う光吸収部１１７とを備えている。焦電キャパシター１１５は
、下部電極１１２と、上部電極１１４と、これら一対の電極間に挟持された焦電体１１３
とを有している。焦電体１１３は、ＢＬＦ系の金属酸化物からなる強誘電体層であり、結
晶構造のＡサイト（Ｂｉ／Ｌａサイト）におけるＬａのモル分率が０．１５以上０．２０
以下であることから、ＳＢＴ系の金属酸化物に比べて高い分極量（２Ｐｒ）の値を示し、
且つ高い分極保持率Ｈが実現されている。したがって、優れた分極特性が安定して得られ
る熱電変換素子１１０を提供できる。
（２）焦電体１１３は、結晶構造におけるＢサイト（Ｆｅ／Ｍｎ／Ｔｉサイト）のＭｎ
及びＴｉのモル分率が０．０１以上０．０５以下であることから、結晶構造における結晶
面の配向性が安定している。また、Ｔｉのモル分率が０．０５以下であることから焦電キ
ャパシター１１５におけるリーク電流の発生を抑制することができる。
（３）熱電変換素子１１０は、素子温度の変化に対して保持された分極量が可逆的に変
化し、且つ昇温時における焦電係数が−４［ｎＣ／ｃｍ-2・Ｋ-1］よりも小さいので、実
用的な温度範囲で感度がよい熱電変換素子１１０を提供することができる。
（４）本実施形態の光検出装置１００は、複数の熱電変換素子１１０を備えた画素１０
０Ｐが二次元配置された領域に入射した光（温度）の分布を画像として出力することがで
きる。また、熱電変換素子１１０は、優れた分極特性を有しているので、当該画像の読み
出し時に、分極させるための電圧を都度、熱電変換素子１１０に印加する必要がない。し
たがって、熱電変換素子１１０から電圧無印加で電気信号を読み出すことができるので、
読み出し時のノイズが低減され、高感度で省電力型の光検出装置１００を提供できる。
【００７０】
（第２実施形態）
＜電子機器＞
図１６に本実施形態の熱演変換素子を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、
光学系４００、センサーデバイス４１０、画像処理部４２０、処理部４３０、記憶部４４
０、操作部４５０、表示部４６０を含む。なお本実施形態の電子機器は図１６の構成に限
定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の
構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
【００７１】
光学系４００は、例えば１または複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部な
どを含む。そしてセンサーデバイス４１０への物体像の結像などを行う。また必要であれ
ばフォーカス調整なども行う。
【００７２】
センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の熱電変換素子１１０を二次元配列さ
せて構成され、複数の行線（走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。センサー
デバイス４１０は、二次元配列された熱電変換素子１１０、つまり光検出装置１００に加
えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して熱電変換素子１１０からのデータを
読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各熱電
変換素子１１０からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができ
る。
【００７３】
画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素デー
タ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。
【００７４】
処理部４３０は、電子機器の全体の制御や、電子機器内の各ブロックの制御を行う。こ
の処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記
憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する
。操作部４５０は、ユーザーが電子機器を操作するためのインターフェースとなるもので
あり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現され
る。表示部４６０は、例えばセンサーデバイス４１０により取得された画像やＧＵＩ画面
などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの各種のディ
スプレイにより実現される。
【００７５】
このように、１セル分の熱電変換素子１１０をセンサーとして用いる他、１セル分の熱
電変換素子１１０を二軸方向例えば直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイ
ス４１０を構成することができる。センサーデバイス４１０は、光を受光して光（電磁波
）に起因する熱分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて
、特定物質探知装置、偽造紙幣の判定装置、封筒内の薬品検出装置、建造物の非破壊検査
装置などの撮像装置を用いる電子機器を構成することができる。
【００７６】
図１７（ａ）に図１６のセンサーデバイス４１０の構成例を示す。このセンサーデバイ
スは、センサーアレイ５００と、行選択回路（行ドライバー）５１０と、読み出し回路５
２０を含む。またＡ／Ｄ変換部５３０、制御回路５５０を含むことができる。このセンサ
ーデバイスを用いることで、高性能な撮像装置を実現できる。
【００７７】
センサーアレイ５００には、二軸方向に複数のセンサーセルが配列（配置）される。ま
た複数の行線（走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。なお行線及び列線の一
方の本数が１本であってもよい。例えば行線が１本である場合には、図１７（ａ）におい
て行線に沿った方向（横方向）に複数のセンサーセルが配列される。一方、列線が１本で
ある場合には、列線に沿った方向（縦方向）に複数のセンサーセルが配列される。
【００７８】
図１７（ｂ）に示すように、センサーアレイ５００の各センサーセルは、各行線と各列
線の交差位置に対応する場所に配置（形成）される。例えばセンサーセルは、行線ＷＬ１
と列線ＤＬ１の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様であ
る。
【００７９】
行選択回路５１０は、１又は複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う
。例えば図１７（ｂ）のようなＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）のセンサーアレイ５００
（焦点面アレイ）を例にとれば、行線ＷＬ０，ＷＬ１，ＷＬ２・・・・ＷＬ２３９を順次
選択（走査）する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号（ワード選択信号）をセ
ンサーアレイ５００に出力する。
【００８０】
読み出し回路５２０は、１又は複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作
を行う。ＱＶＧＡのセンサーアレイ５００を例にとれば、列線ＤＬ０，ＤＬ１，ＤＬ２・
・・・ＤＬ３１９からの検出信号（検出電流、検出電荷）を読み出す動作を行う。
【００８１】
Ａ／Ｄ変換部５３０は、読み出し回路５２０において取得された検出電圧（測定電圧、
到達電圧）をデジタルデータにＡ／Ｄ変換する処理を行う。そしてＡ／Ｄ変換後のデジタ
ルデータＤＯＵＴを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部５３０には、複数の列線の各列
線に対応して各Ａ／Ｄ変換器が設けられる。そして、各Ａ／Ｄ変換器は、対応する列線に
おいて読み出し回路５２０により取得された検出電圧のＡ／Ｄ変換処理を行う。なお、複
数の列線に対応して１つのＡ／Ｄ変換器を設け、この１つのＡ／Ｄ変換器を用いて、複数
の列線の検出電圧を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。
【００８２】
制御回路５５０（タイミング生成回路）は、各種の制御信号を生成して、行選択回路５
１０、読み出し回路５２０、Ａ／Ｄ変換部５３０に出力する。例えば充電や放電（リセッ
ト）の制御信号を生成して出力する。あるいは、各回路のタイミングを制御する信号を生
成して出力する。
【００８３】
図１８に本実施形態の熱電変換素子１１０を含むテラヘルツカメラの例を示す。前述の
センサーデバイス４１０は、その吸収波長がテラヘルツ波で最適になるように設定されて
おり、センサーデバイス４１０とテラヘルツ光照射ユニットとを組み合わせてテラヘルツ
カメラ１０００を構成した例を示す。
【００８４】
テラヘルツカメラ１０００は、制御ユニット１０１０と、照射光ユニット１０２０と、
光学フィルター１０３０と、撮像ユニット１０４０と、表示部１０５０とを備えて構成さ
れている。撮像ユニット１０４０は、図示しないレンズなどの光学系と前述の熱電変換素
子１１０の吸収波長をテラヘルツ域（１ＴＨｚ〜３ＴＨｚ）で最適化したセンサーデバイ
ス４１０を含んで構成されている。
【００８５】
制御ユニット１０１０は、本装置全体を制御するシステムコントローラーを含み、該シ
ステムコントローラーは制御ユニットに含まれる光源駆動部および画像処理ユニットを制
御する。照射光ユニット１０２０は、テラヘルツ光（波長が１００μｍ〜１０００μｍの
範囲にある電磁波を指す。）を出射するレーザー装置と光学系を含み、テラヘルツ光を検
査対象の人物１０６０に照射する。人物１０６０からの反射テラヘルツ光は、探知対象で
ある特定物質１０７０の分光スペクトルのみを通過させる光学フィルター１０３０を介し
て撮像ユニット１０４０に受光される。撮像ユニット１０４０で生成された画像信号は、
制御ユニット１０１０の画像処理ユニットで所定の画像処理が施され、その画像信号が表
示部１０５０へ出力される。そして人物１０６０の衣服内等に特定物質１０７０が存在す
るか否かにより受光信号の強度が異なるので特定物質１０７０の存在が判別できる。
なお、吸収波長をテラヘルツ域で最適化する方法としては、テラヘルツ域の光だけを透
過する光学フィルターをセンサーデバイス４１０に組み込む方法が挙げられる。
【００８６】
本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲および明細書全体か
ら読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような
変更を伴う熱電変換素子および該光検出装置ならびに該熱電変換素子を適用する電子機器
もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が
考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００８７】
（変形例１）熱電変換素子１１０において支持体１１１上に配置される焦電キャパシタ
ー１１５の数は１つであることに限定されず、複数でもよい。また、複数の焦電キャパシ
ター１１５は、支持体１１１上において電気的に直列または並列、あるいは直列と並列と
を組み合わせて接続される。
【００８８】
（変形例２）熱電変換素子１１０において、焦電キャパシター１１５の平面視の形状は
四角形であることに限定されない。例えば、四角形以外の多角形や円形、楕円形あるいは
異形状であってもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１００…光検出装置、１０１…基板、１１０…熱電変換素子、１１２…一対の電極のう
ちの下部電極、１１３…強誘電体層としての焦電体、１１４…一対の電極のうちの上部電
極、１１５…焦電キャパシター、１１６…還元保護膜、１１７…光吸収部、１１８…空洞
、４１０…電子機器としてのセンサーデバイス、１０００…電子機器としてのテラヘルツ
カメラ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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