(57)【要約】【課題】ヘテロ接合を形成する積層構造を有するダイオード型の紫外線センサであって、方向性がなく、かつ引き出し電極が必要ではなく、さらに、広い波長範囲にわたって、分光波長感度特性がフラットなものを得る。【解決手段】紫外線センサ１は、ｎ型半導体としてのＺｎＯ層２とｐ型半導体としての（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とを含む、積層体４を備える。積層体４の各端部上に、第１および第２の端子電極５および６がそれぞれ設けられる。（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３内には、第１および第２の端子電極５および６にそれぞれ電気的に接続される第１および第２の電流経路付与電極７および８が互いの間に所定の間隔９を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられる。ＺｎＯ層２の外表面上には、細線をもって第３の電流経路付与電極１０が設けられる。ＺｎＯ層２が紫外線の受光側に位置するように用いられる。【選択図】図１
2008305815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｎＯを含む酸化物半導体からなる、ＺｎＯ層と、
前記ＺｎＯ層に接するように設けられるものであって、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体からなる、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層と
を含む、積層体を備え、
前記積層体の、前記ＺｎＯ層および前記（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層が延びる方向に対向する各端部上に、第１および第２の端子電極がそれぞれ設けられ、
前記（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層内には、前記第１および第２の端子電極にそれぞれ電気的に接続される第１および第２の電流経路付与電極が互いの間に所定の間隔を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられ、
前記ＺｎＯ層の外表面上には、前記第１および第２の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第３の電流経路付与電極が設けられ、
前記ＺｎＯ層が、紫外線の受光側に位置されるように用いられる、
紫外線センサ。
【請求項２】
前記ＺｎＯ層の外表面上に、前記第３の電流経路付与電極を完全に覆うように設けられる、保護膜をさらに備える、請求項１に記載の紫外線センサ。
【請求項３】
前記保護膜は、ＺｎＯ、Ｚｎ２ＳｉＯ４、ガラスまたは樹脂からなる、請求項２に記載の紫外線センサ。
【請求項４】
ＺｎＯを含む酸化物半導体からなる、ＺｎＯ層と、
前記ＺｎＯ層に接するように設けられるものであって、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体からなる、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層と
を含む、積層体を備え、
前記積層体の、前記ＺｎＯ層および前記（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層が延びる方向に対向する各端部上に、第１および第２の端子電極がそれぞれ設けられ、
前記（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層内には、前記第１および第２の端子電極にそれぞれ電気的に接続される第１および第２の電流経路付与電極が互いの間に所定の間隔を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられ、
前記ＺｎＯ層内には、前記第１および第２の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第３の電流経路付与電極が設けられ、
前記ＺｎＯ層が、紫外線の受光側に位置されるように用いられる、
紫外線センサ。
【請求項５】
前記第１および第２の電流経路付与電極が延びる面に対して直交する方向に延びかつ前記第１および第２の電流経路付与電極間の間隔の中心位置を通る面に関して対称の構造を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の紫外線センサ。
【請求項６】
少なくとも前記ＺｎＯ層および前記（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層は、これらを一体に焼結させて得られたものである、請求項１ないし５のいずれかに記載の紫外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外線センサに関するもので、特に、ヘテロ接合を形成する積層構造を有するダイオード型の紫外線センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特開２００４−１７２１６６号公報（特許文献１）には、ＴｉＯ２を主成分とするｎ型半導体からなる単結晶基板と、その上にエピタキシャル成長によって形成された遷移金属酸化物薄膜とを備える、光センサが記載されている。この光センサは、遷移金属酸化物薄膜側が受光側とされ、遷移金属酸化物薄膜の外表面によって与えられる受光面とそれに対向する基板の裏面とにそれぞれ電極が設けられる。
【０００３】
そのため、この光センサには方向性があり、バンプなどの引き出し電極を形成することが必要である。これらのことは、光センサの小型化を阻害する原因となり、また、素子を保護するため、ケーシングなどの処置も必要となり、その結果、コストアップを招く。
【０００４】
他方、従来の光センサの応答波長は、ＧａＰＡｓ系、ＺｎＯ系およびＴｉＯ２系では、ともに２８０〜４００ｎｍであり、ダイヤモンド系では、２３０ｎｍ以下である。したがって、これらの従来の光センサによる限り、たとえば殺菌に使われる波長２５０〜２６０ｎｍの紫外線を効率良く感知することができない。
【特許文献１】特開２００４−１７２１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述した問題を解決し得る、すなわち、方向性がなく、引き出し電極が特に必要ではなく、さらに、広い波長範囲にわたって分光波長感度特性がフラットである、紫外線センサを提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る紫外線センサは、ＺｎＯを含む酸化物半導体からなる、ＺｎＯ層と、ＺｎＯ層に接するように設けられるものであって、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体からなる（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層とを含む積層体を備えている。
【０００７】
前述した技術的課題を解決するため、まず、この発明に係る紫外線センサは、上記積層体の、Ｚｎ層および（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層が延びる方向に対向する各端部上に、第１および第２の端子電極がそれぞれ設けられることを第１の特徴としている。
【０００８】
また、この発明に係る紫外線センサは、上記（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層内に、上記第１および第２の端子電極にそれぞれ電気的に接続される第１および第２の電流経路付与電極が互いの間に所定の間隔を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられ、他方、Ｚｎ層の外表面上に、上記第１および第２の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第３の電流経路付与電極が設けられることを第２の特徴としている。
【０００９】
さらに、この発明に係る紫外線センサは、Ｚｎ層が、紫外線の受光側に位置されるように用いられることを第３の特徴としている。
【００１０】
上述した紫外線センサにおいて、Ｚｎ層の外表面上に保護膜が設けられ、これによって、第３の電流経路付与電極を完全に覆うようにされてもよい。この保護膜は、たとえば、ＺｎＯ、Ｚｎ２ＳｉＯ４、ガラスまたは樹脂から構成される。
【００１１】
この発明に係る紫外線センサは、他の局面では、第３の電流経路付与電極がＺｎＯ層内に設けられることを特徴としている。すなわち、ＺｎＯ層内に、第１および第２の電流経路付与電極間の間隔に対向するように細線をもって形成されかついずれの電極にも直接接続されない第３の電流経路付与電極が設けられることを特徴としている。
【００１２】
この発明に係る紫外線センサは、第１および第２の電流経路付与電極が延びる面に対して直交する方向に延びかつ第１および第２の電流経路付与電極間の間隔の中心位置を通る面に関して対称の構造を有していることが好ましい。
【００１３】
また、この発明において、少なくともＺｎ層および（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層は、これらを一体に焼結させて得られたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る紫外線センサによれば、電流経路として、「第１の電流経路付与電極」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層とＺｎＯ層との界面」→「ＺｎＯ層」→「第３の電流経路付与電極」→「ＺｎＯ層」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層とＺｎＯ層との界面」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層」→「第２の電流経路付与電極」といった第１の電流経路、または「第２の電流経路付与電極」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層とＺｎＯ層との界面」→「ＺｎＯ層」→「第３の電流経路付与電極」→「ＺｎＯ層」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層とＺｎＯ層との界面」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層」→「第１の電流経路付与電極」といった第２の電流経路をとり得るが、これら第１および第２の電流経路のいずれをとっても、「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層とＺｎＯ層との界面」によって与えられる障壁を電流は順方向および逆方向へと合計２回流れることになる。そして、電流がいずれの方向に流れても、抵抗値は実質的に変化しないため、この紫外線センサの方向性をなくすことができる。その結果、方向選別のためのコストを省くことができ、また、方向の間違いによるリスクを低減することができる。
【００１５】
また、この発明に係る紫外線センサによれば、第１および第２の電流経路付与電極がそれぞれ第１および第２の端子電極に電気的に接続され、第１および第２の端子電極が積層体の各端部上に設けられるので、特別な引き出し電極を必要とせず、また、実装に当たって表面実装を適用することができる。したがって、実装のためのコストを低減することができ、また、当該紫外線センサが用いられる機器の小型化を図ることができる。
【００１６】
また、この発明に係る紫外線センサによれば、広い波長範囲にわたって、フラットな分光波長感度特性を得ることができる。その理由は次のように考えられる。
【００１７】
すなわち、この発明に係る紫外線センサは、ｎ型のＺｎＯ層とｐ型の（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層との接合部に形成される空乏層に紫外線が当たったとき、ここにキャリアが励起され、光電流が生じ、この光電流を検知することによって、紫外線を検知するものであるが、電流経路として、前述した第１または第２の電流経路のほか、「第１の電流経路付与電極」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層」→「第２の電流経路付与電極」または「第２の電流経路付与電極」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層」→「第１の電流経路付与電極」などの電流経路もとり得るので、種々の電流経路をとることができる。また、電流が流れるＺｎＯ層、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層、ならびに（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層とＺｎＯ層との界面は、多結晶体であるセラミックから構成されているので、バンドギャップも広がりをもっていると考えられる。これらのことから、この発明に係る紫外線センサによれば、感知し得る紫外線の波長が広域化し、また、感度特性がフラットになると考えられる。
【００１８】
また、この発明に係る紫外線センサによれば、紫外線の受光側に位置する第３の電流経路付与電極が細線をもって形成されているので、細線間の隙間において紫外線の透過が許容される。そして、このように細線をもって形成される第３の電流経路付与電極によれば、細線自身については紫外線を透過できないので、細線のエッジ部で特性を得るようにされるが、細線のエッジ部は、その距離を長く取ることができるので、感度を向上させることができる。
【００１９】
また、この発明に係る紫外線センサによれば、紫外線の受光側にＺｎＯ層を位置させているので、ＺｎＯ層と（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層との界面での紫外線の吸収効率を高くすることができる。
【００２０】
この発明において、第３の電流経路付与電極を覆うように保護膜が設けられたり、第３の電流経路付与電極がＺｎＯ層内に設けられたりすると、紫外線センサの耐環境性を向上させることができるとともに、製造中または運搬中における表面傷を有利に防止することができる。
【００２１】
特に、第３の電流経路付与電極がＺｎＯ層内に設けられていると、上述した効果に加えて、高湿環境下における暗抵抗（暗室における抵抗）の変化を抑えることができる。また、紫外線センサの製造に当たっては、ＺｎＯ層のための積層工程の途中で第３の電流経路付与電極を配置するようにＺｎＯ層を積層すればよく、積層工程の能率を低下させることがないばかりでなく、焼成工程については、第３の電流経路付与電極を内部に形成したＺｎＯ層について一体的に行なうことができるので、生産性の低下を招くことがないという効果が奏される。同様の効果は、ＺｎＯと同様の六方晶の結晶形態を有するＺｎ２ＳｉＯ４からなる保護膜を形成する場合にも奏される。
【００２２】
他方、保護膜がガラスまたは樹脂から構成される場合にも、高湿環境下における暗抵抗の変化を抑えることができる。さらに、これらガラスまたは樹脂の材質を選ぶことにより、紫外線透過率を制御することができ、その結果、所望の感度波長を得ることも可能となる。
【００２３】
この発明に係る紫外線センサが、第１および第２の電流経路付与電極が延びる面に対して直交する方向に延びかつ第１および第２の電流経路付与電極間の間隔の中心位置を通る面に関して対称の構造を有していると、前述した方向性を完璧になくすことができる。
【００２４】
この発明に係る紫外線センサにおいて、少なくともＺｎＯ層および（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層が一体に焼結させて得られたものである場合には、能率的な製造が可能になるばかりでなく、ＺｎＯ層と（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層との界面に微細な凹凸が生じやすく、そのため、界面の面積が大きくなり、また乱反射が生じることによって光が吸収されやすくなり、これらのことがより高い感度をもたらすことを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、この発明の第１の実施形態による紫外線センサ１を示す断面図である。
【００２６】
紫外線センサ１は、ＺｎＯを含む酸化物半導体からなる、ＺｎＯ層２と、ＺｎＯ層２に接するように設けられるものであって、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体からなる、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とを含む、積層体４を備えている。
【００２７】
積層体４の、ＺｎＯ層２および（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層が延びる方向に対向する各端部上には、第１および第２の端子電極５および６がそれぞれ設けられている。
【００２８】
（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３内には、第１および第２の端子電極５および６にそれぞれ電気的に接続される第１および第２の電流経路付与電極７および８が互いの間に所定の間隔９を隔てかつ同一平面上に位置するように設けられている。図２は、紫外線センサ１の、第１および第２の電流経路付与電極７および８が形成された面に沿う断面図である。
【００２９】
ＺｎＯ層２の外表面上には、第１および第２の電流経路付与電極７および８間の間隔９に対向するように第３の電流経路付与電極１０が設けられている。図３は、紫外線センサ１の平面図であり、第３の電流経路付与電極１０が形成されたＺｎＯ層２の外表面を示している。第３の電流経路付与電極１０は、いずれの電極にも直接接続されないように設けられている。また、第３の電流経路付与電極１０は、細線をもって形成される。図３に示した第３の電流経路付与電極１０は、格子状に配置された細線によって形成されている。
【００３０】
ＺｎＯ層２は、上述のように、ＺｎＯを含む酸化物半導体からなるものであるが、ＺｎＯを主成分としながら、たとえば、ドープ材として、Ａｌ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ｇａなどを含有したり、拡散物として、Ｆｅ族であるＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎなどを含有したり、不純物として、Ｚｒ、Ｓｉなどを含有したりしていてもよい。特に、Ｚｒは、粉砕時のメディアから生じるコンタミネーションとして含まれることがある。
【００３１】
（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３は、（Ｎｉ１−ｘＺｎｘ）Ｏで表される組成を有するものであるが、ｘは０．２≦ｘ≦０．４の範囲とされることが好ましい。これによって、良好な感度を安定して得ることができるからである。ｘが０．２未満では、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とＺｎＯ層２とが同時焼成に得られる場合、互いの間で良好な接合状態が得られないことがあったり、また、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３の抵抗が上昇したりして、紫外線センサ１の出力が低下することがある。他方、ｘが０．４を越えると、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層が焼成により得られる場合、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３中にＺｎＯ粒子が発生し、ＺｎＯ層２との間で良好な接合界面が得られず、紫外線センサ１の出力が低下することがある。
【００３２】
（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３は焼結体からなることが好ましい。（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３が焼結体から構成されると、焼成時に生じる粒成長により、その表面、すなわちＺｎＯ層２との界面には必然的に微細な凹凸が形成される。この凹凸は、実効のある受光面積を増大させ、また、乱反射により光を吸収しやすい性質を与えることになり、結果として、受光感度を上昇させることができる。
【００３３】
前述したＺｎＯ層２も、好ましくは、焼結体から構成される。なぜなら、ＺｎＯ層２が焼結体から構成されると、上述の（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３と同時焼成によって得ることができ、紫外線センサ１の生産性を向上させることができるからである。
【００３４】
このような紫外線センサ１は、図１において紫外線の照射方向を矢印１１で示すように、ＺｎＯ層２が紫外線の受光側に位置されるように用いられ、ＺｎＯ層２の外表面が紫外線の受光面とされる。
【００３５】
紫外線センサ１は、ｎ型半導体であるＺｎＯとｐ型半導体である（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏとをヘテロ接合した構造を有していて、紫外線を照射したとき発生するキャリアによって、その抵抗値が変化し、これを検知することによって、センサとして動作するものである。
【００３６】
紫外線センサ１において生じ得る電流経路としては、「第１の電流経路付与電極７」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とＺｎＯ層２との界面」→「ＺｎＯ層２」→「第３の電流経路付与電極１０」→「ＺｎＯ層２」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とＺｎＯ層２との界面」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３」→「第２の電流経路付与電極８」といった第１の電流経路、または「第２の電流経路付与電極８」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とＺｎＯ層２との界面」→「ＺｎＯ層２」→「第３の電流経路付与電極１０」→「ＺｎＯ層２」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とＺｎＯ層との界面」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３」→「第１の電流経路付与電極７」といった第２の電流経路があり、これら第１および第２の電流経路は、互いに逆方向であるが、いずれも、「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とＺｎＯ層２との界面」すなわち（Ｎｉ，Ｚｎ）ＯとＺｎＯとの間の障壁を順方向および逆方向へと２回流れることになる。この障壁は、第１の電流経路と第２の電流経路とにおいて同質であるため、いずれであっても抵抗値は変わらない。そのため、紫外線センサ１によれば、その方向性をなくすことができる。
【００３７】
特に、この実施形態による紫外線センサ１は、完全対称の構造を有している。すなわち、紫外線センサ１は、第１および第２の電流経路付与電極７および８が延びる面に対して直交する方向に延びかつ第１および第２の電流経路付与電極７および８間の間隔の中心位置を通る面に関して対称の構造を有している。このことから、この実施形態による紫外線センサ１によれば、方向性を完璧になくすことができる。
【００３８】
また、この紫外線センサ１によれば、広い波長範囲にわたって、分光波長感度特性がフラットとなる。それは、次の理由によると考えられる。
【００３９】
紫外線センサ１が感知する紫外線の波長は、ｎ型半導体であるＺｎＯのバンドギャップおよびｐ型半導体である（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏのバンドギャップによって決定される。ＺｎＯのバンドギャップは約３．３ｅＶであるので、ＺｎＯが吸収する光は、波長が３７０ｎｍ近傍にピークを持つ。他方、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏのバンドギャップは約４ｅＶであるため，３００ｎｍ近傍に吸収ピークをもつ。紫外線センサ１が感知する紫外線の波長は、これらピーク波長が複合して決まる。
【００４０】
紫外線センサ１は、電流経路として、前述した第１または第２の電流経路のほか、たとえば、「第１の電流経路付与電極７」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３」→「第２の電流経路付与電極８」または「第２の電流経路付与電極８」→「（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３」→「第１の電流経路付与電極７」などの電流経路もとり得るので、種々の電流経路をとることができる。また、電流が流れるＺｎＯ層２、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３、ならびに（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とＺｎＯ層２との界面は、多結晶体であるセラミックで構成されているので、バンドギャップも広がりをもっていると考えられる。
【００４１】
これらのことから、この紫外線センサ１によれば、広い波長範囲にわたって、分光波長感度特性がフラットとなると考えられる。
【００４２】
紫外線センサ１において、前述したように、第３の電流経路付与電極１０は細線をもって形成されている。第３の電流経路付与電極１０自体は紫外線を透過しないため、そのエッジ部において特性を得るようにしなければならないが、上述のように細線をもって形成すれば、エッジ部の距離を長く取ることができるため、感度を向上させることができる。
【００４３】
図４は、この発明の第２の実施形態による紫外線センサ１ａを示す断面図である。図４において、図１に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図４に示した紫外線センサ１ａは、ＺｎＯ層２の外表面上に、第３の電流経路付与電極１０を完全に覆うように保護膜１４が設けられることを特徴としている。保護膜１４は、たとえば、ＺｎＯ、Ｚｎ２ＳｉＯ４、ガラスまたは樹脂から構成される。なお、保護膜１４が、上述のように、ＺｎＯから構成されるとき、別の観点から見れば、第３の電流経路付与電極１０は、ＺｎＯ層２および１４の内部に設けられるということになる。
【００４５】
保護膜１４を設けると、光透過率を低下させるように作用するため、分光感度特性を低下させることは否めないが、それにもかかわらず、紫外線センサ１ａの耐環境性を向上させることができるとともに、製造中や運搬中における表面傷の防止を図ることができる。
【００４６】
保護膜１４がＺｎＯから構成されると、保護膜１４は、紫外線センサ１ａの高湿環境下における暗抵抗の変化を抑えるように作用する。また、保護膜１４がＺｎＯから構成されると、ＺｎＯ層２および保護膜１４を一体焼結により形成することができる。なお、ＺｎＯのほか、同様の六方晶の結晶形態を有するＺｎ２ＳｉＯ４を保護膜１４の材料として用いた場合にも、ＺｎＯの場合と同様の効果が得られることが確認されている。
【００４７】
また、保護膜１４をガラスまたは樹脂から構成すると、その材質を選ぶことにより、紫外線透過率を制御することが可能となり、その結果、保護膜１４に対して、所望の感度波長を得る機能を与えることができる。また、保護膜１４がガラスまたは樹脂から構成される場合にも、高湿環境下における暗抵抗の変化を抑えることができる。
【００４８】
図５ないし図１０は、それぞれ、この発明の第３ないし第８の実施形態を説明するための図３に相当する図である。これら第３ないし第８の実施形態は、第３の電流経路付与電極１０についての種々の変形例を与えるものである。図５ないし図１０において、図３に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４９】
図５に示した第３の電流経路付与電極１０ａは、ＺｎＯ層２の長手方向に櫛歯を向けた状態で櫛歯状に配置された細線をもって形成されている。
【００５０】
図６に示した第３の電流経路付与電極１０ｂは、メッシュ状に配置された細線をもって形成されている。
【００５１】
図７に示した第３の電流経路付与電極１０ｃは、互いに平行に並べられた複数の細線をもって形成されている。
【００５２】
図８に示した第３の電流経路付与電極１０ｄは、ＺｎＯ層２の長手方向と直交する方向に櫛歯を向けた状態で櫛歯状に配置された細線をもって形成されている。
【００５３】
図９に示した第３の電流経路付与電極１０ｅは、行および列方向に配置された複数の円状の細線をもって形成されている。
【００５４】
図１０に示した第３の電流経路付与電極１０ｆは、ミアンダ状に延びる複数の細線をもって形成されている。
【００５５】
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
【００５６】
１．実験例１
まず、ＺｎＯ層となるべきグリーンシートを作製するため、ＺｎＯおよびＡｌ２Ｏ３の各原料無機粉末を、それぞれ、ＺｎＯおよびＡｌＯ３／２に換算して、９９．９９モル％および０．０１モル％となるように秤量し、これらに純水を加え、ＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）ビーズをメディアとして、ボールミルにて平均粒径０．５μｍ以下となるように混合粉砕処理した。
【００５７】
次いで、混合粉砕処理したスラリーを脱水乾燥し、５０μｍ程度の粒径となるように造粒した後、１２００℃の温度で２時間仮焼した。次に、このようにして得られた仮焼粉末に、再び、純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径０．５μｍになるまで混合粉砕処理した。
【００５８】
次に、混合粉砕処理後のスラリーを脱水乾燥した後、有機溶剤および分散剤を加えて混合し、さらにバインダおよび可塑剤を加えて成形用のスラリーとし、このスラリーにドクターブレード法を適用して、ＺｎＯ層となるべき厚み１０μｍのグリーンシートを得た。
【００５９】
他方、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層となるべきグリーンシートを作製するため、ＮｉＯおよびＺｎＯの各原料無機粉末を、それぞれ、ＮｉＯおよびＺｎＯに換算して、７０モル％および３０モル％となるように秤量し、これに純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとして、ボールミルにて平均粒径０．５μｍ以下となるように混合粉砕処理した。
【００６０】
次いで、混合粉砕処理したスラリーを脱水乾燥し、５０μｍ程度の粒径となるように造粒した後、１２００℃の温度で２時間仮焼した。次に、このようにして得られた仮焼粉末に、再び、純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとして、ボールミルにて平均粒径０．５μｍになるまで混合粉砕処理した。
【００６１】
次に、混合粉砕処理後のスラリーを脱水乾燥した後、有機溶剤および分散剤を加えて混合し、さらにバインダおよび可塑剤を加えて成形用のスラリーとし、このスラリーにドクターブレード法を適用して、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層となるべき厚み１０μｍのグリーンシートを得た。
【００６２】
次に、上記のようにして得られたＺｎＯ層用グリーンシートの上および（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層用グリーンシートの特定のものの上に、図１ないし図３に示すようなパターンの第１ないし第３の電流経路付与電極７、８および１０がそれぞれ形成されるように、Ｐｄ粉末を導電成分として含むＰｄペーストをスクリーン印刷した後、６０℃の温度で１時間乾燥した。
【００６３】
次に、図１に示したような構造の積層体４が得られるように、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層用グリーンシートを全部で０．５ｍｍの厚みとなるように重ね、その上に、第１および第２の電流経路付与電極７および８となるべきパターンが印刷された（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層用グリーンシートを、印刷面が下方に向く状態で重ね、さらにその上に、第３の電流経路付与電極１０となるべきパターンが印刷されたＺｎＯ層用グリーンシートを印刷面が上方に向く状態で重ねた。そして、これらグリーンシートを積層して得られた生の積層体を金型に入れ、２０ＭＰａの圧力で圧着した後、図１に示したような構造の積層体４が取り出され得る寸法および形状にカットした。
【００６４】
次に、上述のようにカットされた生の積層体を４５０℃の温度でゆっくりとかつ十分に脱脂した後、１２５０℃の温度で５時間焼成した。このようにして、図１に示したような構造の焼結後の積層体４を得た。
【００６５】
次に、図１ないし図３に示すような第１および第２の端子電極５および６を形成するため、焼結後の積層体４の、第１および第２の電流経路付与電極７および８がそれぞれ導出された各端部上に、Ａｇ粉末を導電成分として含むＡｇペーストを塗布し、８００℃の温度で１０分間焼き付けた。
【００６６】
以上のようにして得られた、この発明の実施例に係る紫外線センサ１について、１Ｖのバイアス電圧をかけ、暗室において分光器を用い、６００ｎｍから２００ｎｍまでの単色光（精度：±０．１ｎｍ）を１ｎｍおきに紫外線センサ１の第３の電流経路付与電極１０が形成された面に照射し、抵抗を調べた。そして、各波長の単色光は強度が変化するため、複数の紫外線センサ１を用いて、光の強度を測り、１ｍＷ／ｃｍ２の光強度に換算して抵抗変化を見積もり、センサの感度とした。その結果が図１２に示されている。
【００６７】
他方、比較例として、図１１に示すような構造の紫外線センサ２１を作製し、上記と同様の評価を行なった。図１１において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付している。
【００６８】
図１１に示した紫外線センサ２１は、ＺｎＯ層２と（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３とを含む、積層体４を備えている。（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層３内には、一方の電流経路付与電極２２が設けられ、ＺｎＯ層２の外表面上には、他方の電流経路付与電極２３が設けられる。後者の電流経路付与電極２３は、図３によく示されている第３の電流経路付与電極１０と同様の細線で形成されたパターンを有している。積層体４の一方端部には、電流経路付与電極２２に電気的に接続される端子電極２４が設けられる。また、ＺｎＯ層２上に設けられる電流経路付与電極２３が他方の端子電極として用いられる。このような紫外線センサ２１についての感度が図１２において比較例として示されている。
【００６９】
さらに、市販の他の形式の紫外線センサ、すなわち、ＧａＰＡｓ系センサおよびダイヤモンド系センサについても同様の評価を行なった。これらの評価結果についても、図１２に示されている。
【００７０】
なお、図１２において、感度は、各試料間で評価方法が異なるため、相対比較とした。
【００７１】
図１２からわかるように、この発明の実施例に係る紫外線センサによれば広い波長範囲にわたって、フラットな分光波長感度特性が得られている。
【００７２】
また、実施例に係る紫外線センサ１の暗抵抗は、第１の電流経路付与電極７から第２の電流経路付与電極８に電流を流したとき、１０．４ＭΩであり、逆に第２の電流経路付与電極８から第１の電流経路付与電極７へ電流を流したとき、１０．３ＭΩであった。このことから、方向性が実質的にないことがわかる。
【００７３】
他方、図１１に示した比較例に係る紫外線センサ２１では、電流経路付与電極２３から電流経路付与電極２２へ電流を流したとき、８．５ＭΩであり、逆に、電流経路付与電極２２から電流経路付与電極２３へ電流を流したとき、０．３ＭΩであった。このことから、電流方向を変えることにより、抵抗が大きく変わっていることがわかる。
【００７４】
２．実験例２
実験例２では、実験例１におけるグリーンシートを重ねる工程において、第３の電流経路付与電極１０となるパターンが印刷されたＺｎＯ層用グリーンシートを重ねた後、さらにその上に、何らの電極も印刷されないＺｎＯ層用グリーンシートを重ねた、生の積層体を作製したことを除いて、実験例１の場合と同様の工程を経て、図４に示すように、ＺｎＯからなる保護膜１４を備える紫外線センサ１ａを得た。
【００７５】
そして、このようにＺｎＯからなる保護膜１４を備える紫外線センサ１ａについて、実験例１の場合と同様の方法によってセンサの感度を求めた。その結果が、図１３において「ＺｎＯ保護膜あり」として示されている。図１３には、図１２に示した「保護膜なし」の実施例に係る紫外線センサ１の感度も示されている。図１３からわかるように、「ＺｎＯ保護膜あり」の紫外線センサ１ａでは、「保護膜なし」の紫外線センサ１に比べて、感度が少し落ちている。
【００７６】
また、暗抵抗の経時変化についても評価した。その結果が図１４に示されている。図１４に示すように、「ＺｎＯ保護膜あり」の紫外線センサ１ａによれば、実験例１において得られた「保護膜なし」の紫外線センサ１に比べて、高湿環境下における暗抵抗の変化が抑えられている。図１４には、温度８０℃、相対湿度９５％の湿度槽に置かれた紫外線センサの暗抵抗の変化を１０００時間経過するまで調べた結果が示されている。
【００７７】
図１４には、さらに、実験例１で得られた紫外線センサ１の受光面上にエポキシ樹脂からなる保護膜を形成したものの暗抵抗変化率が「エポキシ樹脂保護膜あり」として示され、さらに、実験例１で得られた紫外線センサ１の受光面上にアルカリ性ガラスからなる保護膜を形成したものの暗抵抗変化率が「ガラス保護膜あり」として示されている。これら「エポキシ樹脂保護膜あり」および「ガラス保護膜あり」の各紫外線センサについても、高湿環境下における暗抵抗の変化を抑える作用があることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の第１の実施形態による紫外線センサ１を示す断面図である。
【図２】図１に示した紫外線センサ１の、第１および第２の電流経路付与電極７および８が形成された面に沿う断面図である。
【図３】図１に示した紫外線センサ１の平面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態による紫外線センサ１ａを示す断面図である。
【図５】この発明の第３の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図６】この発明の第４の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図７】この発明の第５の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図８】この発明の第６の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図９】この発明の第７の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図１０】この発明の第８の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図１１】実験例１において比較例として作製した紫外線センサ２１を示す断面図である。
【図１２】実験例１において実施例として作製された紫外線センサ１の分光波長感度特性を、図１１に示した比較例としての紫外線センサ２１、ならびに市販のＧａＰＡｓ系センサおよびダイヤモンド系センサの各分光波長感度特性とともに示す図である。
【図１３】実験例２において作製された「ＺｎＯ保護膜あり」の紫外線センサ１ａの分光波長感度特性を，実験例１において作製した「保護膜なし」の紫外線センサ１の分光波長感度特性とともに示す図である。
【図１４】実験例２において作製した「ＺｎＯ保護膜あり」の紫外線センサ１ａの高湿環境下における暗抵抗の経時変化を、実験例１において作製した「保護膜なし」の紫外線センサ１、ならびに実験例２において作製した「エポキシ樹脂保護膜あり」および「ガラス保護膜あり」の各紫外線センサの暗抵抗の経時変化とともに示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１ａ  紫外線センサ
２  ＺｎＯ層
３  （Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層
４  積層体
５  第１の端子電極
６  第２の端子電極
７  第１の電流経路付与電極
８  第２の電流経路付与電極
９  間隔
１０，１０ａ〜１０ｆ  第３の電流経路付与電極
１１  紫外線の照射方向を示す矢印
１４  保護膜
【図１】
2008305815.tif 000003
【図２】
2008305815.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008305815.tif 000007
【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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