(57)【要約】Ｓｉ基板２上に、ＳｉＯ２層（３）、Ｔｉ層（４）、Ｐｔ層（５）、ＰＬＺＴ層（６）及びＩｒＯ２層（７）が順次形成されている。上部電極として機能するＩｒＯ２層（７）の厚さは１００ｎｍ程度である。ＩｒＯ２層（７）の導電率は、従来、上部電極として使用されているＰｔ等のそれよりも低く、その表皮深さは、Ｐｔ等のそれよりも深いため、１００ｎｍ程度の厚さであっても、十分な感度が得られる。
2004079311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有する上部電極と、
を有することを特徴とする電磁放射線センサ。
【請求項２】
前記上部電極の導電率は、１０−２Ｓ／ｍ乃至１０５Ｓ／ｍであることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項３】
前記上部電極の厚さは、１ｎｍ乃至１０４ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項４】
前記下部電極は基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項５】
前記基板と前記下部電極との間に形成され、酸化物、窒化物及び酸窒化物からなる群から選択された１種の物質からなる絶縁物層を有することを特徴とする請求項４に記載の電磁放射線センサ。
【請求項６】
前記絶縁物層は、高誘電率酸化物からなることを特徴とする請求項５に記載の電磁放射線センサ。
【請求項７】
前記基板は、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＳｉＧｅ基板及び３族元素と５族元素との化合物半導体基板から選択された１種であることを特徴とする請求項４に記載の電磁放射線センサ。
【請求項８】
貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金、貴金属の導電性酸化物、絶縁金属酸化物、絶縁金属窒化物及び導電金属窒化物からなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有し、前記下部電極と前記基板とを互いに接着する接着層を有することを特徴とする請求項４に記載の電磁放射線センサ。
【請求項９】
Ｐｔ、Ｉｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、ＴｉＯｘ、ＩｒＯｘ、ＰｔＯｘ、ＺｒＯｘ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ及びＴａＳｉＮからなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有し、前記下部電極と前記基板とを互いに接着する接着層を有することを特徴とする請求項４に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１０】
前記下部電極は、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金及び貴金属の導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有する膜を有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１１】
前記下部電極は、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、ＰｔＯｘ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有する膜を有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１２】
前記下部電極は、ドナ又はアクセプタが導入された、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＳｉＧｅ基板及び３族元素と５族元素との化合物半導体基板から選択された１種であることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１３】
前記誘電体層は、酸化物、窒化物及びポリマからなる群から選択された１種の物質からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１４】
前記誘電体層は、強誘電体からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１５】
前記誘電体層は、ペロブスカイト型の酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１６】
前記誘電体層は、４Ｂ族元素、５Ｂ族元素、６Ｂ族元素、７Ｂ族元素及び１Ｂ族元素からなる群から選択された１種の金属元素の酸性酸化物を含有するペロブスカイト型の酸化物からなることを特徴とする請求項１５に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１７】
前記誘電体層は、パイロクロア型の酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１８】
前記誘電体層は、不純物が導入された、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、ニオブ酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、ジルコン酸チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、ニオブ酸カリウム、及びニオブ酸鉛マグネシウムからなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項１９】
前記誘電体層は、ポリビニリデンジフロライドからなることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項２０】
前記誘電体層は、トリグリシンサルフェート又は重水素を含むトリグリシンサルフェートからなることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項２１】
前記導電性酸化物層は、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＰｔＯｘ及びＡｕＯｘ（０．１≦ｘ≦４）からなる群から選択された１種の物質を含有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項２２】
前記導電性酸化物層は、ＬａＮｉＯｙ、（ＬａＳｒ）ＣｏＯｙ及びＳｒＲｕＯｙ（２≦ｙ≦４）からなる群から選択された１種の物質を含有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項２３】
前記上部電極は、前記導電性酸化物層と前記誘電体層との間に形成され、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金及び貴金属の導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有する膜を有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項２４】
前記上部電極は、前記導電性酸化物層と前記誘電体層との間に形成され、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有する膜を有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項２５】
下部電極上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に、導電性酸化物層を有する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする電磁放射線センサの製造方法。
【請求項２６】
前記上部電極と前記誘電体層との境界に不純物を導入する工程を有することを特徴とする請求項２５に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【請求項２７】
前記誘電体層を形成する工程において、正又は負に帯電した不純物を含有する誘電体層を形成することを特徴とする請求項２５に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【請求項２８】
前記誘電体層を形成する工程において、正又は負に帯電した不純物を含有する誘電体層を形成することを特徴とする請求項２６に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【請求項２９】
前記下部電極、誘電体層及び上部電極を備えた積層体に、酸素雰囲気、窒素雰囲気及びアルゴン雰囲気からなる群から選択された１種の雰囲気中、又は真空中で熱処理を施す工程を有することを特徴とする請求項２５に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【請求項３０】
前記導電性酸化物層を、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＰｔＯｘ及びＡｕＯｘ（０．１≦ｘ≦４）からなる群から選択された１種の物質から形成することを特徴とする請求項２５に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【請求項３１】
前記導電性酸化物層を、ＬａＮｉＯｙ、（ＬａＳｒ）ＣｏＯｙ及びＳｒＲｕＯｙ（２≦ｙ≦４）からなる群から選択された１種の物質から形成することを特徴とする請求項２５に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【請求項３２】
下部電極と、
前記下部電極上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有する上部電極と、
を備えた電磁放射線センサと、
前記電磁放射線センサから出力された電流を測定する電流測定器と、
を有することを特徴とする電磁放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光センサや赤外線センサ等の入射した電磁放射線を検出して電気信号に変換する電磁放射線センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】  薄膜を積層して構成されたＭＳＭ（ｍｅｔａｌ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｍｅｔａｌ）構造、ＭＩＭ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ−ｍｅｔａｌ）構造、ＭＩＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造等の電磁放射線センサが、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の読み取り装置の光センサ、赤外線を用いた熱センサ、又は動き検出器として広く用いられている。このような電磁放射線センサでは、その表面に電磁放射線が入射すると、電磁放射線の信号が電気信号に変換される。
光検出器、焦電センサ等の赤外線領域まで検出が可能な薄膜電磁放射線センサは、ＭＳＭ構造又はＭＩＭ構造を採用することがある。そして、これらの構造で用いられる金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ又はＡｕ等の導電率σが１０５Ｓ／ｍより高いものが挙げられる。しかし、これらの金属を用いたＭＳＭ構造又はＭＩＭ構造の薄膜電磁放射線センサには、入射した電磁放射線の多くが金属膜で反射されてしまうという欠点がある。
そこで、ＭＳＭ構造又はＭＩＭ構造の薄膜電磁放射線センサに入射した電磁放射線の吸収効率を高めるために、いくつかの提案がされている。例えば、反射防止膜を上部電極として機能する金属膜上に設ける方法や、上部電極として機能する金属膜を数ｎｍまで薄くする方法や、金属膜を２層構造とする方法がある。
しかし、反射防止膜を設ける場合には、製造コストが上昇してしまう。
また、米国特許第６，３９９，９４６号明細書に記載されているように、上部電極として機能する金属膜を数ｎｍまで薄くする後者の例では、吸収材としてだけではなく上部電極としても機能する金属膜が数ｎｍまで薄くなると、その機械的強度が著しく低下するため、問題が生じる。また、面積が平方センチメートルオーダーの範囲に数ｎｍの薄膜を一様に形成することは極めて困難である。
また、金属膜を２層構造とする場合にも、米国特許第６，３９９，９４６号明細書に記載されているように、製造方法が複雑であり、コストが上昇したり、歩留りが低下したりする。
特開２００１−３０４９５５号公報には、金属の硫化物を含有する赤外線吸収部を上部電極上に備えた赤外線検出素子が開示されている。しかし、この赤外線検出素子においても、上部電極としてＡｕ等の導電率が高い金属を用いた場合等には、十分な感度が得られない。また、上部電極上に赤外線吸収部を構成する層を形成する必要があるため、その製造が煩雑である。
また、Ｓｒ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｐｂ酸化物等の透明導電性酸化物の導電率は、成膜条件にもよるが６．２５×１０５Ｓ／ｍ程度であり、極めて高い。そして、このような膜を上部電極として用いた場合には、リーク電流が高く、また、誘電体膜中の閉じ込め効果（ｔｒａｐｐｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）が上昇してしまう。
【特許文献１】  米国特許第６，３９９，９４６号明細書
【特許文献２】  特開２００１−３０４９５５号公報
【発明の開示】
本発明の目的は、機械的強度を確保しながら、製造が容易で感度が高い電磁放射線センサ、それを備えた電磁放射線検出装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る電磁放射線センサは、下部電極と、前記下部電極上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有する上部電極と、を有する。
また、本発明に係る電磁放射線検出装置は、このような電磁放射線センサと、この電磁放射線センサから出力された電流を測定する電流測定器と、を有する。
【図面の簡単な説明】  図１は、Ｐｔ電極における深さと強度との関係、並びに導電率σが１０４Ｓ／ｍの電極及び１０３Ｓ／ｍの電極における深さと強度との関係を示すグラフである。
図２Ａは、電磁放射線が上部電極に入射したときに電流が流れる機構を示すバンド図であり、図２Ｂは、センサのバイアス状態を示す回路図である。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
図６は、光電流を測定する方法及び測定の結果を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （本発明の基本的原理）
先ず、本発明の基本的な原理について説明する。
金属膜に入射した電磁放射線は、その金属膜の表面の浅い領域のみを透過する。金属膜の表面からの深さをｘとしたとき、この金属膜に入射した電磁放射線の強度Ｉ（ｘ）は、下記数式１で表される。
2004079311.tif 000003
ここで、導電率σがεωよりも著しく高い導電体から金属膜が形成されている場合、表皮深さδは、下記数式２で表される。
2004079311.tif 000004
なお、εは金属膜の誘電率であり、ωは入射した電磁放射線の角周波数であり、μは金属膜の透磁率である。
図１は、Ｐｔ電極における深さと強度との関係、並びに導電率σが１０４Ｓ／ｍの電極及び１０３Ｓ／ｍの電極における深さと強度との関係を示すグラフである。この図１は、周波数が１０３Ｈｚの赤外線を入射したときに得られるものである。また、１０４Ｓ／ｍ及び１０３Ｓ／ｍの導電率は、例えば導電性酸化物からなる電極で得られる。Ｐｔ電極の導電率は９．５２×１０６Ｓ／ｍ程度であり、導電性酸化物の導電率と比べて高い。
図１に示すように、Ｐｔ電極の場合、表皮効果によって、その表面から２０ｎｍ程度の深さで、赤外線の強度が５０％程度にまで減衰している。そして、Ｐｔ電極の表面近傍で電子が光子と結合し、この電子がＰｔ電極と誘電体膜との界面でのキャリアとなって、光電流が流れる。このため、Ｐｔ電極を用いる場合には、Ｐｔ電極を数ｎｍ程度まで薄くする必要がある。
そして、前述の米国特許第６，３９９，９４６号明細書に記載されているように、検出器の感度を向上させる方法の一つとして、上部電極の厚さを、数式１で表される表皮深さと同程度の厚さとする方法が挙げられる。この方法は、前記明細書に記載されているように、均一な金属膜を形成するか、又は厚い領域及び薄い領域を備えた多層金属層を形成することにより達成することができる。
一方、数式１によれば、センサの感度を向上させる方法として、上部電極として使用する膜の導電率を小さな値にすることにより、表皮深さを大きくすることも考えられる。本願発明者は、この点に着目して本願発明に想到した。図１に示すように、導電性酸化物等の導電率が低い電極を用いることにより、同じ強度を得ることが出来る表皮深さの値は大きくなる。例えば、導電率σが１０３Ｓ／ｍの材料では、約２００ｎｍの深さにおいても、赤外線強度の減衰率は１０％未満となっている。このような結果は、例えばＩｒＯｘ、ＳｒＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ等の、導電率が０．１Ｓ／ｍ〜１０４Ｓ／ｍ程度の導電性金属酸化物からなる電極で得られる。このような導電率は、Ｐｔのそれと比較すると、１〜４桁程度低い。ここで、導電性金属酸化物の導電率は、例えばその組成や微細構造を制御することにより調整することが可能である。
そして、導電性酸化物からなる電極を高誘電率膜や強誘電体膜上に形成することにより、約０．４ｅＶ〜１．５ｅＶの範囲で変動する障壁とのショットキー接合が形成される。この範囲の障壁は、８×１０−７ｍ〜２．５×１０−６ｍ程度から赤外線までの波長に対する遮断（カットオフ）波長に対応する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、遮断波長λは、下記数式３で表される。
2004079311.tif 000005
ここで、ｈはプランク定数であり、ｃは光速であり、ΦＢは上部電極（ここでは、ＩｒＯｘ電極）とその下の膜（ここでは、ＰＺＴ膜）とのショットキー接合において電子の放出が起こりうる実効的な障壁の高さである。また、図２Ａ中のνは入射する電磁放射線（ここでは、赤外線）の波長である。
なお、障壁の高さΦＢは、ＰＺＴ膜やＩｒＯｘ電極の成膜条件、成膜後のアニールの条件、これらの膜自体や界面近傍への不純物の導入等により調整することができる。そして、障壁の高さΦＢを調整することにより、遮断波長を調整することができる。
障壁の高さΦＢを調整する方法としては、例えば上部電極とＰＺＴ層等の誘電体層との境界に不純物を導入する方法、誘電体層を形成する際に、ゾルゲル法やスパッタリング法により、誘電体層に正又は不に帯電した不純物を含有させる方法、下部電極上、誘電体層及び上部電極を備えた積層体を作製した後に、酸素雰囲気、窒素雰囲気若しくは及びアルゴン雰囲気、又は真空中で熱処理を施す方法が挙げられる。
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
この薄膜電磁放射線センサ１では、Ｓｉ基板２上に、ＳｉＯ２層３、Ｔｉ層４、Ｐｔ層５、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）層６及びＩｒＯ２層７が順次形成されている。Ｔｉ層４、Ｐｔ層５、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）層６及びＩｒＯ２層７の厚さは、夫々、例えば２０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ程度である。
Ｔｉ層４は、下部電極たるＰｔ層５とＳｉ基板２とを接着する接着層として設けられているが、実質的には、下部電極としても機能する。ＰＬＺＴ層６は強誘電体層であり、例えばゾルゲル法、ＲＦスパッタリング法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法等により形成されている。そして、ＩｒＯ２層７は上部電極として機能する。ＩｒＯ２層７は、例えば反応性スパッタリング法により形成されている。
また、下部電極たるＰｔ層５の電位は接地電位に固定され、上部電極たるＩｒＯ２層７には、電流検出回路２０として電流増幅器２１が接続されている。薄膜電磁放射線センサ１と電流増幅器２１から電磁放射線検出装置が構成されている。このような電磁放射検出装置は、例えばＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤ−ＲＯＭドライブの光検出部として用いられる。
このように構成された薄膜電磁放射線センサ１では、例えば４Ｖの電圧がバイアスされた状態で、数式３で表される遮断波長以下の電磁放射線がＩｒＯ２層７（上部電極）に入射すると、ＩｒＯ２層７のフェルミレベル以下にある電子が量子（例えば、光子）を吸収し、これらの電子がエネルギｈνを与えられてＰＬＺＴ層６の伝導帯に注入される。これは、図２Ａに示すＰＺＴ膜を用いた場合と同様である。この結果、上部電極と下部電極との間に光電流が流れる。
その後、電流検出回路２０が上部電極と下部電極との間に流れた光電流を検出する。この光電流は、電磁放射線に含められた情報を表す。
このような第１の実施形態によれば、上部電極が、導電率の低いＩｒＯ２層７から構成されているため、表皮深さが深く、その厚さを厚くしても十分な光電流が発生する。従って、上部電極の機械的強度を高く維持しながら、高い感度を得ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
この薄膜電磁放射線センサ１ａは、ＰＬＺＴ層６とＩｒＯ２層７との間にＰｔ層８が形成されている点で、第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサ１と相違している。Ｐｔ層８の厚さは表皮深さ以下であり、例えば５ｎｍ程度である。Ｐｔ層８は、例えばＤＣスパッタリング法により形成されている。
このように構成された薄膜電磁放射線センサ１ａでは、薄膜電磁放射線センサ１と比較すると、Ｐｔ層８の存在により、障壁の高さが０．８ｅＶ〜１ｅＶ程度だけ高い。
なお、薄膜電磁放射線センサ１ａを作製するに当たっては、ＰＬＺＴ層６上にＰｔ層８及びＩｒＯ２層７を形成した後に、Ｐｔ層８及びＩｒＯ２層７を、適当な平面形状に一括してパターニングすることが好ましい。
また、Ｐｔ層８の代わりに、例えばＰｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒ等の、遷移金属、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金又は貴金属の導電性酸化物を含有する層が設けられていてもよい。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
この薄膜電磁放射線センサ１ｂでは、ｎ−Ｓｉ基板１２上に、ＳｒＴｉＯ３層１６及びＩｒＯ２層７が順次形成されている。ＳｒＴｉＯ３層１６の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。ＳｒＴｉＯ３層１６は、例えばパルスレーザ堆積法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により形成されている。
本実施形態では、ｎ−Ｓｉ基板１２が下部電極として機能し、ＩｒＯ２層７が上部電極として機能する。
このように構成された薄膜電磁放射線センサ１ｂによっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【実施例】  次に、本願発明者らが第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサ１を作製し、その感度について実験を行った結果について説明する。
この実験では、図６に示すように、下部電極、誘電体膜及び上部電極を、夫々厚さが１００ｎｍのＰｔ層５、厚さが２００ｎｍのＰＬＺＴ層６、ＩｒＯ２層７から構成した。また、第１の実施形態と同様に、上部電極と下部電極との間に４Ｖのバイアスを印加した。
そして、上部電極たるＩｒＯ２層７に向けて白色光源１１から光線を照射したところ、図６に示すアナログ波形が得られた。つまり、光線を照射していない場合の強度に対し、光線を照射している場合の強度は８倍程度となった。従って、アナログ波形を示すグラフの上に描かれたグラフのように、容易に照射のオン／オフをデジタル的に検出することができた。上部電極として同じ厚さのＰｔ層を用いた場合には、このような効果は得られない。
なお、Ｓｉ基板２の代わりに、Ｇｅ基板又はＳｉＧｅ基板が用いられてもよく、また、３族元素と５族元素との化合物半導体からなる基板が用いられてもよい。同様に、ｎ−Ｓｉ基板１２の代わりに、下部電極としても機能する基板として、ｐ−基板や、ドナ又はアクセプタが導入された、Ｇｅ基板若しくはＳｉＧｅ基板又は３族元素と５族元素との化合物半導体基板（ＧａＡｓ基板、ＩｎＡｓ基板、ＩｎＰ基板等）が用いられてもよい。
更に、高誘電率酸化物からなる絶縁物層として、ＳｉＯ２層３の代わりに、ＢａＴｉＯ３、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＬｉＴａＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、又はタンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス等からなる層が形成されていてもよく、また、ＳｉＯ２層３の代わりに、窒化物又は酸窒化物からなる絶縁物層が設けられていてもよい。この絶縁物層の形態は、特に限定されず、例えばキセロゲル状であってもよく、複数の層が積層した積層体となっていてもよい。
また、Ｔｉ層４の代わりに、接着層として、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、ＴｉＯｘ、ＩｒＯｘ、ＰｔＯｘ、ＺｒＯｘ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ又はＴａＳｉＮ等の、遷移金属、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金、貴金属の導電性酸化物、絶縁金属酸化物、絶縁金属窒化物又は導電金属窒化物からなる層が設けられていてもよい。
更に、Ｐｔ層５の代わりに、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、ＰｔＯｘ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕ等の、遷移金属、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金又は貴金属の導電性酸化物の１種又は２種以上を含有する層が下部電極として設けられていてもよい。
なお、上部電極と下部電極との間に設けられる誘電体層はペロブスカイト型の強誘電体層（ＰＺＴ層、ＰＬＺＴ層）に限定されない。例えば、不純物が導入された、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、チタン酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）、ニオブ酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９）、タンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、又はニオブ酸鉛マグネシウム（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３）のいずれかを１種又は２種以上含有する誘電体層が設けられていてもよい。また、ポリビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ：ｐｏｌｙ  ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）又はトリグリシンサルフェート（ＴＧＳ：ｔｒｉｇｌｙｃｉｎｅ  ｓｕｌｐｈａｔｅ）若しくは重水素を含むトリグリシンサルフェート（ＤＴＧＳ：ｄｅｕｔｅｒａｔｅｄ  ｔｒｉｇｌｙｃｉｎｅ  ｓｕｌｐｈａｔｅ）からなる誘電体層が設けられていてもよい。
また、化学式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型の酸化物は、例えば４Ｂ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、５Ｂ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、６Ｂ族（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、７Ｂ族（Ｍｎ、Ｒｅ）又は１Ｂ族（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）のいずれかに属する金属元素の酸性酸化物を含有する。このようなペロブスカイト型の酸化物としては、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３が挙げられる。更に、化学式Ａ２Ｂ２Ｏ２（６≦ｚ≦７）で表されるパイロクロア型の酸化物（Ｐｂ２（ＺｒＴｉ）２Ｏ７等）からなる誘電体層が設けられていてもよい。
上部電極については、その導電率は、１０−２Ｓ／ｍ乃至１０５Ｓ／ｍであることが好ましい。これは、導電率が１０−２Ｓ／ｍ未満であると、電極に要求される伝導性よりも低くなりすぎ、導電率が１０５Ｓ／ｍを超えると、電極に要求される伝導性は確保されているものの表皮深さが浅くなって感度が低下するため、上部電極の厚さを、十分な機械的強度が維持することができない厚さまで薄くしなければならないためである。また、上部電極の厚さは、１ｎｍ乃至１０４ｎｍであることが好ましい。これは、厚さが１ｎｍ未満であると、機械的強度が不足する場合があり、厚さが１０４ｎｍを超えると、感度が低下することがあるからである。
更に、上部電極を構成する導電性酸化物層には、例えばＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＰｔＯｘ若しくはＡｕＯｘ（０．１≦ｘ≦４）が含有されるか、又はＬａＮｉＯｙ、（ＬａＳｒ）ＣｏＯｙ若しくはＳｒＲｕＯｙ（２≦ｙ≦４）が含有される。
また、電流検出回路２（電流測定器）０は、電磁放射線センサに対して直列に接続されていてもよく、並列に接続されていてもよい。
【産業上の利用可能性】  以上詳述したように、本発明によれば、上部電極を比較的厚くしても高い感度を得ることができる。このため、十分な機械的強度を確保することができる。また、その製造が容易である。
【図１】
2004079311.tif 000006
2004079311.tif 000007
【図３】
2004079311.tif 000008
【図４】
2004079311.tif 000009
【図５】
2004079311.tif 000010
【図６】
2004079311.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月15日(2005.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有し、且つ、導電率が１０-2Ｓ／ｍ乃至１０5Ｓ／ｍである上部電極と、
を有することを特徴とする電磁放射線センサ。
【請求項２】
前記上部電極の厚さは、１ｎｍ乃至１０4ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項３】
前記下部電極は基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項４】
前記基板と前記下部電極との間に形成され、酸化物、窒化物及び酸窒化物からなる群から選択された１種の物質からなる絶縁物層を有することを特徴とする請求項３に記載の電磁放射線センサ。
【請求項５】
前記絶縁物層は、高誘電率酸化物からなることを特徴とする請求項４に記載の電磁放射線センサ。
【請求項６】
前記導電性酸化物層は、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＰｔＯx及びＡｕＯx（０．１≦ｘ≦４）からなる群から選択された１種の物質を含有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項７】
前記導電性酸化物層は、ＬａＮｉＯy、（ＬａＳｒ）ＣｏＯy及びＳｒＲｕＯy（２≦ｙ≦４）からなる群から選択された１種の物質を含有することを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線センサ。
【請求項８】
下部電極上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に、導電性酸化物層を有し、且つ、導電率が１０-2Ｓ／ｍ乃至１０5Ｓ／ｍである上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする電磁放射線センサの製造方法。
【請求項９】
前記誘電体層を形成する工程において、正又は負に帯電した不純物を含有する誘電体層を形成することを特徴とする請求項８に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【請求項１０】
下部電極と、
前記下部電極上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有し、且つ、導電率が１０-2Ｓ／ｍ乃至１０5Ｓ／ｍである上部電極と、
を備えた電磁放射線センサと、
前記電磁放射線センサから出力された電流を測定する電流測定器と、
を有することを特徴とする電磁放射線検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサや赤外線センサ等の入射した電磁放射線を検出して電気信号に変換する電磁放射線センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を積層して構成されたＭＳＭ（metal - semiconductor - metal）構造、ＭＩＭ（metal - insulating - metal）構造、ＭＩＳ（metal - insulating - semiconductor）構造等の電磁放射線センサが、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の読み取り装置の光センサ、赤外線を用いた熱センサ、又は動き検出器として広く用いられている。このような電磁放射線センサでは、その表面に電磁放射線が入射すると、電磁放射線の信号が電気信号に変換される。
【０００３】
光検出器、焦電センサ等の赤外線領域まで検出が可能な薄膜電磁放射線センサは、ＭＳＭ構造又はＭＩＭ構造を採用することがある。そして、これらの構造で用いられる金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ又はＡｕ等の導電率σが１０5Ｓ／ｍより高いものが挙げられる。しかし、これらの金属を用いたＭＳＭ構造又はＭＩＭ構造の薄膜電磁放射線センサには、入射した電磁放射線の多くが金属膜で反射されてしまうという欠点がある。
【０００４】
そこで、ＭＳＭ構造又はＭＩＭ構造の薄膜電磁放射線センサに入射した電磁放射線の吸収効率を高めるために、いくつかの提案がされている。例えば、反射防止膜を上部電極として機能する金属膜上に設ける方法や、上部電極として機能する金属膜を数ｎｍまで薄くする方法や、金属膜を２層構造とする方法がある。
【０００５】
しかし、反射防止膜を設ける場合には、製造コストが上昇してしまう。
【０００６】
また、米国特許第６，３９９，９４６号明細書に記載されているように、上部電極として機能する金属膜を数ｎｍまで薄くする後者の例では、吸収材としてだけではなく上部電極としても機能する金属膜が数ｎｍまで薄くなると、その機械的強度が著しく低下するため、問題が生じる。また、面積が平方センチメートルオーダーの範囲に数ｎｍの薄膜を一様に形成することは極めて困難である。
【０００７】
また、金属膜を２層構造とする場合にも、米国特許第６，３９９，９４６号明細書に記載されているように、製造方法が複雑であり、コストが上昇したり、歩留りが低下したりする。
【０００８】
特開２００１−３０４９５５号公報には、金属の硫化物を含有する赤外線吸収部を上部電極上に備えた赤外線検出素子が開示されている。しかし、この赤外線検出素子においても、上部電極としてＡｕ等の導電率が高い金属を用いた場合等には、十分な感度が得られない。また、上部電極上に赤外線吸収部を構成する層を形成する必要があるため、その製造が煩雑である。
【０００９】
また、Ｓｒ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｐｂ酸化物等の透明導電性酸化物の導電率は、成膜条件にもよるが６．２５×１０5Ｓ／ｍ程度であり、極めて高い。そして、このような膜を上部電極として用いた場合には、リーク電流が高く、また、誘電体膜中の閉じ込め効果（trapping effect）が上昇してしまう。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，３９９，９４６号明細書
【特許文献２】特開２００１−３０４９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、機械的強度を確保しながら、製造が容易で感度が高い電磁放射線センサ、それを備えた電磁放射線検出装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る電磁放射線センサは、下部電極と、前記下部電極上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有し、且つ、導電率が１０-2Ｓ／ｍ乃至１０5Ｓ／ｍである上部電極と、を有する。
【００１３】
また、本発明に係る電磁放射線検出装置は、このような電磁放射線センサと、この電磁放射線センサから出力された電流を測定する電流測定器と、を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上部電極を比較的厚くしても高い感度を得ることができる。このため、十分な機械的強度を確保することができる。また、その製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（本発明の基本的原理）
先ず、本発明の基本的な原理について説明する。
【００１６】
金属膜に入射した電磁放射線は、その金属膜の表面の浅い領域のみを透過する。金属膜の表面からの深さをｘとしたとき、この金属膜に入射した電磁放射線の強度Ｉ（ｘ）は、下記数式１で表される。
【００１７】
【数１】
2004079311.tif 000012
【００１８】
ここで、導電率σがεωよりも著しく高い導電体から金属膜が形成されている場合、表皮深さδは、下記数式２で表される。
【００１９】
【数２】
2004079311.tif 000013
【００２０】
なお、εは金属膜の誘電率であり、ωは入射した電磁放射線の角周波数であり、μは金属膜の透磁率である。
【００２１】
図１は、Ｐｔ電極における深さと強度との関係、並びに導電率σが１０4Ｓ／ｍの電極及び１０3Ｓ／ｍの電極における深さと強度との関係を示すグラフである。この図１は、周波数が１０3Ｈｚの赤外線を入射したときに得られるものである。また、１０4Ｓ／ｍ及び１０3Ｓ／ｍの導電率は、例えば導電性酸化物からなる電極で得られる。Ｐｔ電極の導電率は９．５２×１０6Ｓ／ｍ程度であり、導電性酸化物の導電率と比べて高い。
【００２２】
図１に示すように、Ｐｔ電極の場合、表皮効果によって、その表面から２０ｎｍ程度の深さで、赤外線の強度が５０％程度にまで減衰している。そして、Ｐｔ電極の表面近傍で電子が光子と結合し、この電子がＰｔ電極と誘電体膜との界面でのキャリアとなって、光電流が流れる。このため、Ｐｔ電極を用いる場合には、Ｐｔ電極を数ｎｍ程度まで薄くする必要がある。
【００２３】
そして、前述の米国特許第６，３９９，９４６号明細書に記載されているように、検出器の感度を向上させる方法の一つとして、上部電極の厚さを、数式１で表される表皮深さと同程度の厚さとする方法が挙げられる。この方法は、前記明細書に記載されているように、均一な金属膜を形成するか、又は厚い領域及び薄い領域を備えた多層金属層を形成することにより達成することができる。
【００２４】
一方、数式１によれば、センサの感度を向上させる方法として、上部電極として使用する膜の導電率を小さな値にすることにより、表皮深さを大きくすることも考えられる。本願発明者は、この点に着目して本願発明に想到した。図１に示すように、導電性酸化物等の導電率が低い電極を用いることにより、同じ強度を得ることが出来る表皮深さの値は大きくなる。例えば、導電率σが１０3Ｓ／ｍの材料では、約２００ｎｍの深さにおいても、赤外線強度の減衰率は１０％未満となっている。このような結果は、例えばＩｒＯx、ＳｒＲｕＯx、ＲｕＯx等の、導電率が０．１Ｓ／ｍ〜１０4Ｓ／ｍ程度の導電性金属酸化物からなる電極で得られる。このような導電率は、Ｐｔのそれと比較すると、１〜４桁程度低い。ここで、導電性金属酸化物の導電率は、例えばその組成や微細構造を制御することにより調整することが可能である。
【００２５】
そして、導電性酸化物からなる電極を高誘電率膜や強誘電体膜上に形成することにより、約０．４ｅＶ〜１．５ｅＶの範囲で変動する障壁とのショットキー接合が形成される。この範囲の障壁は、８×１０-7ｍ〜２．５×１０-6ｍ程度から赤外線までの波長に対する遮断（カットオフ）波長に対応する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、遮断波長λは、下記数式３で表される。
【００２６】
【数３】
2004079311.tif 000014
【００２７】
ここで、ｈはプランク定数であり、ｃは光速であり、ΦBは上部電極（ここでは、ＩｒＯx電極）とその下の膜（ここでは、ＰＺＴ膜）とのショットキー接合において電子の放出が起こりうる実効的な障壁の高さである。また、図２Ａ中のνは入射する電磁放射線（ここでは、赤外線）の波長である。
【００２８】
なお、障壁の高さΦBは、ＰＺＴ膜やＩｒＯx電極の成膜条件、成膜後のアニールの条件、これらの膜自体や界面近傍への不純物の導入等により調整することができる。そして、障壁の高さΦBを調整することにより、遮断波長を調整することができる。
【００２９】
障壁の高さΦBを調整する方法としては、例えば上部電極とＰＺＴ層等の誘電体層との境界に不純物を導入する方法、誘電体層を形成する際に、ゾルゲル法やスパッタリング法により、誘電体層に正又は不に帯電した不純物を含有させる方法、下部電極上、誘電体層及び上部電極を備えた積層体を作製した後に、酸素雰囲気、窒素雰囲気若しくは及びアルゴン雰囲気、又は真空中で熱処理を施す方法が挙げられる。
【００３０】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
【００３１】
この薄膜電磁放射線センサ１では、Ｓｉ基板２上に、ＳｉＯ2層３、Ｔｉ層４、Ｐｔ層５、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）層６及びＩｒＯ2層７が順次形成されている。Ｔｉ層４、Ｐｔ層５、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）層６及びＩｒＯ2層７の厚さは、夫々、例えば２０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ程度である。
【００３２】
Ｔｉ層４は、下部電極たるＰｔ層５とＳｉ基板２とを接着する接着層として設けられているが、実質的には、下部電極としても機能する。ＰＬＺＴ層６は強誘電体層であり、例えばゾルゲル法、ＲＦスパッタリング法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法等により形成されている。そして、ＩｒＯ2層７は上部電極として機能する。ＩｒＯ2層７は、例えば反応性スパッタリング法により形成されている。
【００３３】
また、下部電極たるＰｔ層５の電位は接地電位に固定され、上部電極たるＩｒＯ2層７には、電流検出回路２０として電流増幅器２１が接続されている。薄膜電磁放射線センサ１と電流増幅器２１から電磁放射線検出装置が構成されている。このような電磁放射検出装置は、例えばＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤ−ＲＯＭドライブの光検出部として用いられる。
【００３４】
このように構成された薄膜電磁放射線センサ１では、例えば４Ｖの電圧がバイアスされた状態で、数式３で表される遮断波長以下の電磁放射線がＩｒＯ2層７（上部電極）に入射すると、ＩｒＯ2層７のフェルミレベル以下にある電子が量子（例えば、光子）を吸収し、これらの電子がエネルギｈνを与えられてＰＬＺＴ層６の伝導帯に注入される。これは、図２Ａに示すＰＺＴ膜を用いた場合と同様である。この結果、上部電極と下部電極との間に光電流が流れる。
【００３５】
その後、電流検出回路２０が上部電極と下部電極との間に流れた光電流を検出する。この光電流は、電磁放射線に含められた情報を表す。
【００３６】
このような第１の実施形態によれば、上部電極が、導電率の低いＩｒＯ2層７から構成されているため、表皮深さが深く、その厚さを厚くしても十分な光電流が発生する。従って、上部電極の機械的強度を高く維持しながら、高い感度を得ることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
【００３８】
この薄膜電磁放射線センサ１ａは、ＰＬＺＴ層６とＩｒＯ２層７との間にＰｔ層８が形成されている点で、第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサ１と相違している。Ｐｔ層８の厚さは表皮深さ以下であり、例えば５ｎｍ程度である。Ｐｔ層８は、例えばＤＣスパッタリング法により形成されている。
【００３９】
このように構成された薄膜電磁放射線センサ１ａでは、薄膜電磁放射線センサ１と比較すると、Ｐｔ層８の存在により、障壁の高さが０．８ｅＶ〜１ｅＶ程度だけ高い。
【００４０】
なお、薄膜電磁放射線センサ１ａを作製するに当たっては、ＰＬＺＴ層６上にＰｔ層８及びＩｒＯ2層７を形成した後に、Ｐｔ層８及びＩｒＯ2層７を、適当な平面形状に一括してパターニングすることが好ましい。
【００４１】
また、Ｐｔ層８の代わりに、例えばＰｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒ等の、遷移金属、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金又は貴金属の導電性酸化物を含有する層が設けられていてもよい。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
【００４３】
この薄膜電磁放射線センサ１ｂでは、ｎ−Ｓｉ基板１２上に、ＳｒＴｉＯ3層１６及びＩｒＯ2層７が順次形成されている。ＳｒＴｉＯ3層１６の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。ＳｒＴｉＯ3層１６は、例えばパルスレーザ堆積法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等により形成されている。
【００４４】
本実施形態では、ｎ−Ｓｉ基板１２が下部電極として機能し、ＩｒＯ2層７が上部電極として機能する。
【００４５】
このように構成された薄膜電磁放射線センサ１ｂによっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４６】
（実施例）
次に、本願発明者らが第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサ１を作製し、その感度について実験を行った結果について説明する。
【００４７】
この実験では、図６に示すように、下部電極、誘電体膜及び上部電極を、夫々厚さが１００ｎｍのＰｔ層５、厚さが２００ｎｍのＰＬＺＴ層６、ＩｒＯ2層７から構成した。また、第１の実施形態と同様に、上部電極と下部電極との間に４Ｖのバイアスを印加した。
【００４８】
そして、上部電極たるＩｒＯ2層７に向けて白色光源１１から光線を照射したところ、図６に示すアナログ波形が得られた。つまり、光線を照射していない場合の強度に対し、光線を照射している場合の強度は８倍程度となった。従って、アナログ波形を示すグラフの上に描かれたグラフのように、容易に照射のオン／オフをデジタル的に検出することができた。上部電極として同じ厚さのＰｔ層を用いた場合には、このような効果は得られない。
【００４９】
なお、Ｓｉ基板２の代わりに、Ｇｅ基板又はＳｉＧｅ基板が用いられてもよく、また、３族元素と５族元素との化合物半導体からなる基板が用いられてもよい。同様に、ｎ−Ｓｉ基板１２の代わりに、下部電極としても機能する基板として、ｐ−基板や、ドナ又はアクセプタが導入された、Ｇｅ基板若しくはＳｉＧｅ基板又は３族元素と５族元素との化合物半導体基板（ＧａＡｓ基板、ＩｎＡｓ基板、ＩｎＰ基板等）が用いられてもよい。
【００５０】
更に、高誘電率酸化物からなる絶縁物層として、ＳｉＯ2層３の代わりに、ＢａＴｉＯ３、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＬｉＴａＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、ＫＮｂＯ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、又はタンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス等からなる層が形成されていてもよく、また、ＳｉＯ2層３の代わりに、窒化物又は酸窒化物からなる絶縁物層が設けられていてもよい。この絶縁物層の形態は、特に限定されず、例えばキセロゲル状であってもよく、複数の層が積層した積層体となっていてもよい。
【００５１】
また、Ｔｉ層４の代わりに、接着層として、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、ＴｉＯx、ＩｒＯx、ＰｔＯx、ＺｒＯx、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ又はＴａＳｉＮ等の、遷移金属、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金、貴金属の導電性酸化物、絶縁金属酸化物、絶縁金属窒化物又は導電金属窒化物からなる層が設けられていてもよい。
【００５２】
更に、Ｐｔ層５の代わりに、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、ＰｔＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕ等の、遷移金属、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金又は貴金属の導電性酸化物の１種又は２種以上を含有する層が下部電極として設けられていてもよい。
【００５３】
なお、上部電極と下部電極との間に設けられる誘電体層はペロブスカイト型の強誘電体層（ＰＺＴ層、ＰＬＺＴ層）に限定されない。例えば、不純物が導入された、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、チタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）、チタン酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）、ニオブ酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9）、タンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、又はニオブ酸鉛マグネシウム（Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3）のいずれかを１種又は２種以上含有する誘電体層が設けられていてもよい。また、ポリビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ：poly vinylidene difluoride）又はトリグリシンサルフェート（ＴＧＳ：triglycine sulphate）若しくは重水素を含むトリグリシンサルフェート（ＤＴＧＳ：deuterated triglycine sulphate）からなる誘電体層が設けられていてもよい。
【００５４】
また、化学式ＡＢＯ3で表されるペロブスカイト型の酸化物は、例えば４Ｂ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、５Ｂ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、６Ｂ族（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、７Ｂ族（Ｍｎ、Ｒｅ）又は１Ｂ族（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）のいずれかに属する金属元素の酸性酸化物を含有する。このようなペロブスカイト型の酸化物としては、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3が挙げられる。更に、化学式Ａ2Ｂ2Ｏz（６≦ｚ≦７）で表されるパイロクロア型の酸化物（Ｐｂ2（ＺｒＴｉ）2Ｏ7等）からなる誘電体層が設けられていてもよい。
【００５５】
上部電極については、その導電率は、１０-2Ｓ／m乃至１０5Ｓ／mであることが好ましい。これは、導電率が１０-2Ｓ／m未満であると、電極に要求される伝導性よりも低くなりすぎ、導電率が１０5Ｓ／mを超えると、電極に要求される伝導性は確保されているものの表皮深さが浅くなって感度が低下するため、上部電極の厚さを、十分な機械的強度が維持することができない厚さまで薄くしなければならないためである。また、上部電極の厚さは、１ｎｍ乃至１０4ｎｍであることが好ましい。これは、厚さが１ｎｍ未満であると、機械的強度が不足する場合があり、厚さが１０4ｎｍを超えると、感度が低下することがあるからである。
【００５６】
更に、上部電極を構成する導電性酸化物層には、例えばＩｒＯx、ＲｕＯx、ＰｔＯx若しくはＡｕＯx（０．１≦ｘ≦４）が含有されるか、又はＬａＮｉＯy、（ＬａＳｒ）ＣｏＯy若しくはＳｒＲｕＯy（２≦ｙ≦４）が含有される。
【００５７】
また、電流検出回路（電流測定器）２０は、電磁放射線センサに対して直列に接続されていてもよく、並列に接続されていてもよい。
【００５８】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５９】
（付記１）
下部電極と、
前記下部電極上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有し、且つ、導電率が１０-2Ｓ／ｍ乃至１０5Ｓ／ｍである上部電極と、
を有することを特徴とする電磁放射線センサ。
【００６０】
（付記２）
前記上部電極の厚さは、１ｎｍ乃至１０4ｎｍであることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００６１】
（付記３）
前記下部電極は基板上に形成されていることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００６２】
（付記４）
前記基板と前記下部電極との間に形成され、酸化物、窒化物及び酸窒化物からなる群から選択された１種の物質からなる絶縁物層を有することを特徴とする付記３に記載の電磁放射線センサ。
【００６３】
（付記５）
前記絶縁物層は、高誘電率酸化物からなることを特徴とする付記４に記載の電磁放射線センサ。
【００６４】
（付記６）
前記基板は、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＳｉＧｅ基板及び３族元素と５族元素との化合物半導体基板から選択された１種であることを特徴とする付記３に記載の電磁放射線センサ。
【００６５】
（付記７）
貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金、貴金属の導電性酸化物、絶縁金属酸化物、絶縁金属窒化物及び導電金属窒化物からなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有し、前記下部電極と前記基板とを互いに接着する接着層を有することを特徴とする付記３に記載の電磁放射線センサ。
【００６６】
（付記８）
Ｐｔ、Ｉｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、ＴｉＯx、ＩｒＯx、ＰｔＯx、ＺｒＯx、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ及びＴａＳｉＮからなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有し、前記下部電極と前記基板とを互いに接着する接着層を有することを特徴とする付記３に記載の電磁放射線センサ。
【００６７】
（付記９）
前記下部電極は、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金及び貴金属の導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有する膜を有することを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００６８】
（付記１０）
前記下部電極は、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、ＰｔＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有する膜を有することを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００６９】
（付記１１）
前記下部電極は、ドナ又はアクセプタが導入された、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＳｉＧｅ基板及び３族元素と５族元素との化合物半導体基板から選択された１種であることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７０】
（付記１２）
前記誘電体層は、酸化物、窒化物及びポリマからなる群から選択された１種の物質からなることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７１】
（付記１３）
前記誘電体層は、強誘電体からなることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７２】
（付記１４）
前記誘電体層は、ペロブスカイト型の酸化物からなることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７３】
（付記１５）
前記誘電体層は、４Ｂ族元素、５Ｂ族元素、６Ｂ族元素、７Ｂ族元素及び１Ｂ族元素からなる群から選択された１種の金属元素の酸性酸化物を含有するペロブスカイト型の酸化物からなることを特徴とする付記１４に記載の電磁放射線センサ。
【００７４】
（付記１６）
前記誘電体層は、パイロクロア型の酸化物からなることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７５】
（付記１７）
前記誘電体層は、不純物が導入された、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、ニオブ酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、ジルコン酸チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、ニオブ酸カリウム、及びニオブ酸鉛マグネシウムからなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有することを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７６】
（付記１８）
前記誘電体層は、ポリビニリデンジフロライドからなることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７７】
（付記１９）
前記誘電体層は、トリグリシンサルフェート又は重水素を含むトリグリシンサルフェートからなることを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７８】
（付記２０）
前記導電性酸化物層は、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＰｔＯx及びＡｕＯx（０．１≦ｘ≦４）からなる群から選択された１種の物質を含有することを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００７９】
（付記２１）
前記導電性酸化物層は、ＬａＮｉＯy、（ＬａＳｒ）ＣｏＯy及びＳｒＲｕＯy（２≦ｙ≦４）からなる群から選択された１種の物質を含有することを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００８０】
（付記２２）
前記上部電極は、前記導電性酸化物層と前記誘電体層との間に形成され、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金及び貴金属の導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも１種の物質を含有する膜を有することを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００８１】
（付記２３）
前記上部電極は、前記導電性酸化物層と前記誘電体層との間に形成され、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有する膜を有することを特徴とする付記１に記載の電磁放射線センサ。
【００８２】
（付記２４）
下部電極上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に、導電性酸化物層を有し、且つ、導電率が１０-2Ｓ／ｍ乃至１０5Ｓ／ｍである上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする電磁放射線センサの製造方法。
【００８３】
（付記２５）
前記上部電極と前記誘電体層との境界に不純物を導入する工程を有することを特徴とする付記２４に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【００８４】
（付記２６）
前記誘電体層を形成する工程において、正又は負に帯電した不純物を含有する誘電体層を形成することを特徴とする付記２４に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【００８５】
（付記２７）
前記誘電体層を形成する工程において、正又は負に帯電した不純物を含有する誘電体層を形成することを特徴とする付記２５に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【００８６】
（付記２８）
前記下部電極、誘電体層及び上部電極を備えた積層体に、酸素雰囲気、窒素雰囲気及びアルゴン雰囲気からなる群から選択された１種の雰囲気中、又は真空中で熱処理を施す工程を有することを特徴とする付記２４に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【００８７】
（付記２９）
前記導電性酸化物層を、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＰｔＯx及びＡｕＯx（０．１≦ｘ≦４）からなる群から選択された１種の物質から形成することを特徴とする付記２４に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【００８８】
（付記３０）
前記導電性酸化物層を、ＬａＮｉＯy、（ＬａＳｒ）ＣｏＯy及びＳｒＲｕＯy（２≦ｙ≦４）からなる群から選択された１種の物質から形成することを特徴とする付記２４に記載の電磁放射線センサの製造方法。
【００８９】
（付記３１）
下部電極と、
前記下部電極上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、導電性酸化物層を有し、且つ、導電率が１０-2Ｓ／ｍ乃至１０5Ｓ／ｍである上部電極と、
を備えた電磁放射線センサと、
前記電磁放射線センサから出力された電流を測定する電流測定器と、
を有することを特徴とする電磁放射線検出装置。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上詳述したように、本発明によれば、上部電極を比較的厚くしても高い感度を得ることができる。このため、十分な機械的強度を確保することができる。また、その製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】Ｐｔ電極における深さと強度との関係、並びに導電率σが１０4Ｓ／ｍの電極及び１０3Ｓ／ｍの電極における深さと強度との関係を示すグラフである。
【図２Ａ】電磁放射線が上部電極に入射したときに電流が流れる機構を示すバンド図である。
【図２Ｂ】センサのバイアス状態を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る薄膜電磁放射線センサの構造を示す模式図である。
【図６】光電流を測定する方法及び測定の結果を示す模式図である。
【国際調査報告】
2004079311.tif 000015
2004079311.tif 000016
2004079311.tif 000017
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