(57)【要約】【課題】ＳＢＤサーミスタを飽和に至らない低電圧で駆動することで本来期待されていたＳ／Ｎを実現する。【解決手段】本発明は、ＳＢＤサーミスタが、従来の飽和領域を使った駆動方法では自己発熱によりＳ／Ｎが高くならないという知見に基づき、ＳＢＤサーミスタを飽和に至らない低電圧で駆動することで本来期待されていたＳ／Ｎを実現できるようにしたものである。そのため、半導体に金属を接触させたショットキーバリアダイオードに流れる電流の変化を温度の変化として検出するショットキーバリアダイオード・サーミスタを構成するショットキーバリアダイオードを、非飽和特性領域の電圧領域の電圧である、±０.１Ｖの範囲内の電圧で駆動する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体に金属を接触させたショットキーバリアダイオードに流れる電流の変化を温度の変化として検出するショットキーバリアダイオード・サーミスタを構成する前記ショットキーバリアダイオードを、非飽和特性領域の電圧領域の電圧で駆動することを特徴とするショットキーバリアダイオード・サーミスタの駆動方法。
【請求項２】
前記ショットキーバリアダイオードを駆動する前記非飽和特性領域の電圧領域の電圧は、±０.１Ｖの範囲内で０Ｖ以外の電圧であることを特徴とする請求項１記載のショットキーバリアダイオード・サーミスタの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はショットキーバリアダイオード・サーミスタの駆動方法に係り、特にショットキーバリアダイオードをサーミスタとして用いて赤外線を検知するショットキーバリアダイオード・サーミスタの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線を検知する方法には、主に、光子を電流に光電変換する量子型と、赤外線を吸収して熱に変換してその熱を検知する熱型とがある。量子型はバンドギャップにより検知できる光の波長が決まっており、波長の長い光を検知するにはバンドギャップの狭い材料を使う必要があり、バンドギャップに相当する波長より長い波長の光は検出することができないという問題がある。またバンドギャップが狭い材料は一般にリーク電流が多くなるので、冷やす必要があるという問題がある。一方、熱型は光を吸収して熱に変換できさえすれば赤外線を検知することが可能なので、光の波長にはあまり依存しないという特徴がある。しかしながら、熱型では一旦熱に変換するので、感度が低いという問題がある。
【０００３】
熱型センサの例としてはボロメータがある。ボロメータは温度によって抵抗が変わる材料を使って、温度を検出する。例えば、ボロメータの材料には酸化バナジウム（ＶＯｘ）やアモルファスシリコンなどがある。このような材料は温度が１度上昇する毎に２％程度抵抗が減少する。ボロメータはシンプルで使いやすいのでよく使われている。
【０００４】
熱型センサとしてはボロメータのほかに、ショットキーバリアダイオード（以下、「ＳＢＤ」ともいう）を使ったサーミスタが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。このＳＢＤを使ったサーミスタであるＳＢＤサーミスタを逆バイアス電流が飽和した条件におくと、その飽和逆バイアス電流が温度に対して指数関数的に変化することが知られており、温度変化に対する感度が非常に高い。例えば、ボロメータが温度１度変化する毎に２％程度の抵抗変化を示すのに対して、ＳＢＤサーミスタは、抵抗が５〜８％程度変化することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−４００６４号公報
【特許文献２】特開平８−１５２３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、温度変化に対する感度が高いＳＢＤサーミスタであるが、実用化に至っていない。一般には、これはプロセスの問題と捉えられている。ＳＢＤは感度が高い分、プロセスに非常に敏感でセンサ毎の特性を一定にするのが難しいと言われている。プロセスがうまくいかないと、センサ毎の電流値バラツキが一桁も変わってしまうこともありうる。このように、プロセスコントロールが難しいのが成功しない理由であると言われて、それ以上の原因追求はされてこなかった。
【０００７】
一般に、熱型センサとして用いられるＳＢＤサーミスタは、感度が高すぎると取り扱いが難しくなると考えられているので、この説明で納得できるため、真の原因追求に至らなかった。このようにＳＢＤサーミスタについては原因究明がなされないまま、実用化されない状態が続いていた。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、ＳＢＤサーミスタを飽和に至らない低電圧で駆動することで本来期待されていたＳ／Ｎを実現できるショットキーバリアダイオード・サーミスタの駆動方法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】
本発明は上記の目的を達成するため、半導体に金属を接触させたショットキーバリアダイオードに流れる電流の変化を温度の変化として検出するショットキーバリアダイオード・サーミスタを構成するショットキーバリアダイオードを、非飽和特性領域の電圧領域の電圧で駆動することを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記のショットキーバリアダイオードを駆動する非飽和特性領域の電圧領域の電圧は、±０.１Ｖの範囲内で０Ｖ以外の電圧であってよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ショットキーバリアダイオードを非飽和特性領域の低電圧領域で駆動することにより、従来の駆動方法よりも高い本来期待されていたＳ／Ｎのショットキーバリアダイオード・サーミスタを実現できる。また、本発明によれば、自己発熱が少ない駆動方法なので、低消費電力、低発熱にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＳＢＤのバンド図の一例を示す図である。
【図２】ＳＢＤの電圧−電流特性の一例を示す図である。
【図３】本発明方法により駆動されるＳＢＤの電圧対Ｓ／Ｎ特性を示す図である。
【図４】本発明のＳＢＤサーミスタの駆動方法の一実施の形態を実現する駆動回路を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるＳＢＤサーミスタの設定電圧範囲等を示す図である。
【図６】ＳＢＤサーミスタの具体的な形状の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明は、ＳＢＤサーミスタが、従来の飽和領域を使った駆動方法では自己発熱によりＳ／Ｎが高くならないという本発明者の発見に基づきなされたもので、本実施の形態はその知見に基づきＳＢＤサーミスタを飽和に至らない低電圧で駆動することで本来期待されていたＳ／Ｎを実現できるようにしたものである。
【００１５】
そこで、まず、ＳＢＤサーミスタの従来の駆動方法では、ＶＯｘなどのボロメータに比べ感度は高いものの必ずしもＳ／Ｎが改善しないことを説明する。これは従来知られていなかった新しい知見であり、実用化を阻んでいる真の原因である。次に、その知見をもとに本来の高感度を生かし、高Ｓ／Ｎになるための本発明の駆動方法を説明する。
【００１６】
（１）ＳＢＤのＳ／Ｎ
ＳＢＤの動作については、解析的な研究が十分になされており、その結果を使うことが可能である。図１は、ＳＢＤのバンド図の一例を示す。ここで半導体基板はシリコンのｎ型であるとする。図１において、ショットキーバリアはφbであり、金属から半導体基板に流れる方向が正である。
【００１７】
まず、ショットキーバリアを形成したときに半導体基板に発生する空乏層によるビルトイン電圧Ｖbiは次のようになる。
【００１８】
【数１】
2012159324.tif 000003
ここでφb：ショットキーバリア、Eg：半導体のエネルギーギャップ、Nd：半導体のドナー濃度、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、q：電子電荷である。
【００１９】
さて、ショットキーバリアφbの高さはショットキー効果により変化する。ビルトイン電圧Ｖbiを基準にして加える電圧Ｖ（半導体基板を基準にメタルにかける）により、ショットキーバリアφbの高さは次の量Δφbだけ変化する。
【００２０】
【数２】
2012159324.tif 000004
ここでε0：真空の誘電率、εr：半導体の比誘電率である。
【００２１】
ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の電圧−電流特性は次式で表わされる。
【００２２】
【数３】
2012159324.tif 000005
ただし、（３）式中のＳＢＤの逆バイアス時の飽和電流Ｊ0は次式で表わされる。
【００２３】
【数４】
2012159324.tif 000006
ここで、Ａ：接合面積、Ｒ：リチャードソン定数である。
【００２４】
この解析式に従って電圧−電流特性を描くと、図２のようになる。図２は横軸が電圧、縦軸が電流を示し、逆バイアス電圧Ｖ（Ｖ）で温度Ｔのとき電流はＪ（Ａ）、逆バイアス電圧Ｖ（Ｖ）で温度Ｔ＋ΔＴのとき電流は（Ｊ＋αsＪ）（Ａ）を示す。さて、従来の駆動方法では、図２に示す逆バイアスの飽和領域を用いる。つまり（３）式において、
【００２５】
【数５】
2012159324.tif 000007
のときである。これが成り立つのは次式が成立するときである。
【００２６】
【数６】
2012159324.tif 000008
温度Ｔが３００Ｋのときこの条件が成り立つのは、概ねV≦−０.１Ｖのときである。
【００２７】
次に、信号Ｓについて説明する。ＳＢＤサーミスタの温度が１度変化したときの電流変化、例えば温度Ｔが３００Ｋから３０１Ｋに上昇したときの変化は（１）式、（３）式、（４）式中のＴに数値を入れれば数値解析として求めることができる。このとき電流がJ0→（J0+ΔJ）と変化したとしたら、ΔJが信号Ｓsとなる。
【００２８】
Ｓs＝ΔＪ                      （７）
これは種々のパラメータにより変化するが、電流変化率をαSとすると上記のΔＪは次式で表わされる。
【００２９】
ΔＪ＝αsＪ                    （８）
電流変化率αsはＳＢＤサーミスタの場合、概ね５〜８％程度となる。この値は抵抗ボロメータの３倍程度に当たり、ＳＢＤサーミスタが高感度といわれる理由である。
【００３０】
次に、ノイズについて説明する。ＳＢＤサーミスタのノイズはほぼショットキーノイズとなる。電流Ｉが流れているときのショットノイズＩnは次のように定義されている。
【００３１】
Ｉn＝√（２ｑＩＢ）            （９）
ここでＢは測定する周波数帯域である。
【００３２】
（９）式を見れば分かるように、ノイズ電流は√（Ｉ）に比例して大きくなるので、電流Iが大きくなるほど、電流Ｉとノイズ電流Ｉnの比は大きくなる。
【００３３】
ところで、ダイオードの場合、（９）式に単純に(３)式で求めた電流値を入れるわけにはいかない。ＳＢＤの電圧-電流特性を示す（３）式を見ると、これは２つの電流成分からなっている。（３）式中の第１項の
【００３４】
【数７】
2012159324.tif 000009
は金属から半導体へ向かう電流で、第２項の（−Ｊ0）は半導体から金属に向かう電流である。これらの電流はそれぞれ独立であるからノイズもそれぞれの成分で独立に発生する。従って、ショット雑音はそれぞれのショット雑音の２乗和になり、次式で表わされる。
【００３５】
【数８】
2012159324.tif 000010
よって、ノイズ電流Ｊnは次式で表わされる。
【００３６】
【数９】
2012159324.tif 000011
ここでバイアスが負で十分大きいなら（６）式が成りたち、ノイズ電流は
Ｊn＝√（２ｑＪ0Ｂ）                        （１２）
となり、Ｊnは飽和電流Ｊ0のショット雑音に等しい。
【００３７】
また、電圧Ｖ＝０のときＳＢＤに流れる電流は０になるがショット雑音は０にならず、次式で示すように、
【００３８】
【数１０】
2012159324.tif 000012
となり、飽和電流J0のショット雑音の√（２）倍になる。つまり、通常は０Ｖ付近でのショットノイズは飽和電流時のショットノイズより大きくなる。
【００３９】
従って、ＳＢＳサーミスタのＳ／Ｎは（７）式と（１１）式とより、次のようになる。
【００４０】
【数１１】
2012159324.tif 000013
ここで（６）式が成り立つなら、ＳＢＳサーミスタのＳ／Ｎは次式で表わされる。
【００４１】
【数１２】
2012159324.tif 000014
（１５）式を見ると、Ｊ0を十分大きくするとＳ／Ｎが向上するというように見える。しかし、自己発熱を考慮すると、それが間違いであることを後で示す。
【００４２】
（２）ボロメータのＳ／Ｎ
ボロメータは温度が変化すると抵抗が変わる材料、例えばＶＯｘ（酸化バナジウム、ｘの値はプロセスにより変わる）を使っている。ＶＯｘは温度が１度変化すると約２〜３％程度抵抗が減る。そこで、定電流ｉbを抵抗Ｒbのボロメータに流してその電圧を測定すれば、それが信号になる。温度が変化して抵抗がΔＲb変化すると、信号Ｓbは次式で表わされる。
【００４３】
Ｓb＝ｉbΔＲb＝αbｉbＲb                （１６）
ただし、（１６）式中、αbはボロメータの抵抗変化率である。
【００４４】
ボロメータの主要な雑音は熱雑音（ジョンソンノイズ）である。熱雑音は次のように表現される。
【００４５】
Ｖn＝√（４ｋＴＲbＢ）                （１７）
ここで、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、Ｒb：ボロメータ抵抗、Ｂ：測定周波数帯域である。
【００４６】
従って、抵抗ボロメータのＳ／Ｎは次式で表わされる。
【００４７】
【数１３】
2012159324.tif 000015
（３）ＳＢＤサーミスタが抵抗ボロメータのＳ／Ｎを上回る条件
ここでは周波数帯域Ｂが同じとして、ＳＢＤサーミスタが抵抗ボロメータのＳ／Ｎを上回る条件を求めてみる。（１５）式に示すＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎと（１８）式に示す抵抗ボロメータのＳ／Ｎとを比べると、ＳＢＤサーミスタが抵抗ボロメータのＳ／Ｎを上回る条件は、次式で表わされる。
【００４８】
【数１４】
2012159324.tif 000016
ここで、例えば、（αb／αs）＝１／３、ｉb＝５０(μＡ）、Ｒ0＝２０(kΩ)、Ｔ＝３００(Ｋ)、Ｖ＝１(V)を（１９）式に代入すると、Ｊ0として１１０μＡ程度の数値が得られる。この数値はＳＢＤとしては非現実的ではなく妥当なものなので、この値以上の十分な電流を流せば、抵抗ボロメータより良いＳ／Ｎが得られると予想できそうである。
【００４９】
しかし、自己発熱を考慮に入れると、この目論見どおりにいかないことを次に示す。
【００５０】
（４）自己発熱と周波数帯域Ｂ
ノイズは測定周波数帯域Ｂが小さいほど小さい。つまり、ノイズは周波数帯域Ｂが狭いほど（＝ゆっくり測るほど）小さくなる。
【００５１】
ところが、読み出し時にセンサに電流を流すので、センサは自己発熱し、センサの温度が高くなる。すると、センサは自分が出した熱自体を測定してしまう。これは雑音となる。さらには、センサを定電圧駆動している場合、センサの温度上昇により抵抗が下がると、更に電流が増え、それがさらなる抵抗低下をもたらすという正帰還ループを形成し、センサを破壊してしまう。これは抵抗ボロメータ、ＳＢＤサーミスタの両方について起こり得ることである。
【００５２】
そこで、センサの読み出しに関しては、特定の限界発熱量Ｃ0を設けて、自己発熱がＣ0に達する前に測定を終了するということにしなければならない。つまり、ある時間Δｔ以上測定に時間をかけることができないということである。つまり、周波数帯域Ｂはある値よりも小さくできない。
【００５３】
センサの自己発熱が１秒当たりＷ（＝Ｉ×Ｖ）とするとＷ×Δｔ≦Ｃ0でなければならない。周波数帯域Ｂは１／（２Δｔ）であるから、
Ｂ≧（Ｗ／２Ｃ0）            （２０）
となる。よって、
Ｂ＝（Ｗ／２Ｃ0）            （２１）
のとき最もＳ／Ｎは良くなる。そこで、周波数帯域Ｂとしては、（２１）式の値を用いることにする。
【００５４】
（５）抵抗ボロメータとＳＢＤサーミスタ（従来駆動方法）とのＳ／Ｎの比較
表１に計算したＳ／Ｎを示す。
【００５５】
【表１】
2012159324.tif 000017
なお、電圧はＳＢＤサーミスタについては特許文献１に従って−１Ｖとした。従来の駆動方法では飽和電流領域で使うとしており、−１Ｖでは確かに飽和している。またそれに合わせて、抵抗ボロメータも出力電圧が１Ｖになるように電流値を設定した。抵抗ボロメータは１〜３Ｖ程度で使うことが多いので、これも妥当な値である。また、ノイズに関しては、抵抗ボロメータは熱雑音、ＳＢＤサーミスタはショット雑音が主要な雑音と仮定し、その他の雑音、例えば熱の揺らぎに起因する雑音、背景輻射による雑音などは無視した。また、センサの大きさなどは同じにして比較した。限界発熱量Ｃ0もそれぞれのセンサで同じ値を使った。計算に使ったパラメータは表1に記載の通りである。
【００５６】
表１を見ると分かるように、センサの温度に対する抵抗変化率は抵抗ボロメータが−２％（１／Ｋ）、ＳＢＤサーミスタが−５.７３％（１／Ｋ）とＳＢＤサーミスタのほうが２.８６倍弱高い。これに対し、Ｓ／Ｎは抵抗ボロメータが２.２０×１０４であるのに対して、ＳＢＤサーミスタは１.４３×１０４であり、ＳＢＤサーミスタの方が悪い。ＳＢＤサーミスタは電流値が（１９）式で求めた値よりも多い１５３μＡを流しているのにである。
【００５７】
このように自己発熱を考慮に入れると、ＳＢＤサーミスタは抵抗ボロメータよりもＳ／Ｎが悪くなることが分かった。つまり、自己発熱がＳ／Ｎが悪くなる原因で、今まではこれを考慮に入れていなかったため、原因をプロセスの難しさにあると誤解していた。
【００５８】
（６）Ｓ／Ｎを改善する動作条件
そこで、本発明者は、ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎが改善する可能性があるのか、詳細に調べた。
【００５９】
まず、抵抗ボロメータについて説明する。抵抗ボロメータで発生する熱は
Ｗ＝ｉb2Ｒb                      （２２）
であるから、これを（２１）式に代入すると最も良くなる周波数帯域Ｂがｉb2Ｒb／（２Ｃ0）であることが分かる。そして更にこの周波数帯域Ｂを（１８）式に代入すると次式が得られる。
【００６０】
【数１５】
2012159324.tif 000018
（２３）式をみると分かるように、抵抗ボロメータのＳ／Ｎは自己発熱を考慮した場合、材料特性である抵抗変化率αbのみで決まり、どのような動作条件で動作させるかというのは、全く関係ないということが分かる。従って、抵抗ボロメータのＳ／Ｎを動作条件で改善することはできない。
【００６１】
次に、ＳＢＤサーミスタの場合について考える。ＳＢＤサーミスタの発熱は
Ｗ＝ＪＶ                    （２４）
であるから、これを式（２１）に代入して、Ｂ（＝ＪＶ／（２Ｃ0））を得、更にこれを（１４）式に代入し、（３）式を考慮に入れると結局次式が得られる。
【００６２】
【数１６】
2012159324.tif 000019
（２４）式を見ると、自己発熱を考慮した場合、電圧Ｖが小さいほど、Ｓ／Ｎが高くなることが分かる。従って、ＳＢＤサーミスタは抵抗ボロメータと異なり動作条件によりＳ／Ｎを改善できることが分かる。
【００６３】
図３は、（２４）式をグラフ化した電圧対Ｓ／Ｎ特性を示す。これをみると分かるように、自己発熱を考慮すると、ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎは０Ｖ付近の低電圧の領域で大きくなることが分かる（ただし、Ｖ＝０では信号が０になるためにＳ／Ｎは０になる）。なお、図３には抵抗ボロメータのＳ／Ｎも比較のため示してある。これは一定値である。
【００６４】
ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎが改善する理由を定性的に述べると次のようである。低電圧であるために素子が殆ど発熱しない、従って周波数帯域を大きく減らすことができ、高Ｓ／Ｎを実現できる、ということである。
【００６５】
また、（２４）式が示している重要な事実は、ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎは電圧のみに依存して電流には無関係なことである。これはショットノイズの性質から考えて奇異なことに思える。なぜなら、通常ショットノイズは電流値が大きくなるほど小さくなるところから電流値が重要と考えられていたからである。しかし、（２４）式で明らかなように、電流値は全く関係なく、ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎは電圧Ｖのみで決まる。従って、ここでは電流値を小さくなる条件でセンサを作っても問題ない。例えば基板濃度Ｎｄを選択するとき、電流値は小さくなるが電流変化率αSが６.８３％と大きくなる、基板濃度３×１０１７ｃｍ−３に設定することが可能である。
【００６６】
さて、ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎは、図３に示したように±０.５Ｖ以内で抵抗ボロメータを上回るが、特に±０.１Ｖ以内で大きくなる。この領域は飽和電流が発生しない領域である。そして、この飽和電流が発生しない低電圧の領域では、ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎはほぼ、αSとαbとの比になっており、ＳＢＤサーミスタが本来の能力を発揮できることがわかった。これは本発明者の得た新規の知見に拠らなければ、得られなかった動作条件である。
【００６７】
ここで例として、表２に動作電圧Ｖを−０.０１ＶとしたときのＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎを、動作電圧１Ｖの抵抗ボロメータのＳ／Ｎと比較して示す。
【００６８】
【表２】
2012159324.tif 000020
表２に示すように、ＳＢＤサーミスタのＳ／Ｎは抵抗ボロメータのそれを上回り、その差は約３倍となっていて、抵抗変化率の比にほぼ等しい。
【００６９】
このように、Ｓ／Ｎが抵抗ボロメータよりも高くなるＳＢＤサーミスタの動作条件が分かった。つまり、飽和特性にならない低電圧の非飽和領域でＳＢＤを駆動するという方法である。
【００７０】
以上のような考察を踏まえて、発明の内容を以下に具体的に説明する。
【００７１】
図４は、本発明になるＳＢＤサーミスタの駆動方法の一実施の形態を実現する駆動回路を示す図である。図４に示す実施の形態は、ＳＢＤサーミスタを熱型赤外線センサに応用した例で、ＳＢＤサーミスタ５３は、一方の端子が電圧源５２の正側端子に接続され、もう一方の端子がアンプ５４の反転入力端子に接続されている。ＳＢＤサーミスタ５３のＳＢＤにはここでは電圧源５２から逆バイアス電圧が印加されているが、順バイアス電圧で動作するようにしてもよい。
【００７２】
電圧制御回路５１は、電圧源５２の電圧を制御する。アンプ５４は非反転入力端子が接地され、出力端子が抵抗値ＲLの負荷抵抗５５を介して反転入力端子に接続されている。これにより、アンプ５４の反転入力端子に接続されているＳＢＤサーミスタ５３のもう一方の端子の電位は接地電位になっている。ＳＢＤサーミスタ５３に流れる電流Ｊはそのまま負荷抵抗５５に流れる。この結果、アンプ５４からＪ×ＲＬで表わされる電圧が出力されるので、図４に示す回路は単純な電流電圧変換回路である。
【００７３】
ＳＢＤサーミスタ５３に光が当たると、光が吸収され熱になり、それによる温度変化をＳＢＤサーミスタ５３は検出する。本実施の形態では、電圧制御回路５１はＳＢＤの非飽和特性領域の電圧領域である±０.１Ｖの範囲内で、かつ、０Ｖ以外の電圧になるように制御する。図５は、本実施の形態の電圧制御回路５１によるＳＢＤサーミスタ５３の設定電圧範囲を示す。
【００７４】
図６は、ＳＢＤサーミスタの具体的な形状の一例の断面図を示す。同図において、メタル１は半導体薄膜２と接触してショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成している。半導体薄膜２はここではＮ型で、不純物濃度は１×１０16ｃｍ-３〜１×１０18ｃｍ-３程度で、厚さは０.１〜５μｍ程度である。ＳＢＤが周辺部で低電圧でブレークダウンすることを防ぐためのガードリング３は、Ｐ型またはＮ−型である。不純物濃度はＰ型の場合１×１０16ｃｍ-３〜１×１０18ｃｍ-３程度であり、Ｎ−型の場合１×１０14ｃｍ-３〜５×１０15程度である。
【００７５】
半導体薄膜２と電気的に接続するための高濃度Ｎ＋層５の濃度は１×１０20ｃｍ−３程度である。メタル配線６は高濃度Ｎ+層５とコンタクトを取っている。別のメタル配線７はメタル１と接触してコンタクトを取っている。メタル１，メタル配線６及び７は同じ材料であっても別の材料であってもよい。
【００７６】
半導体薄膜２の周囲に設けられた空隙８は、半導体薄膜２を周囲から熱的に分離するためのものであり、真空に近い気圧になっているとより効果的な熱分離ができる。架橋部９は半導体薄膜２を空中に保持するためのものであり、熱を半導体薄膜２から逃がさないように熱伝導率の低い材料でできている。架橋部９は絶縁物のことが多く、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜、窒化シリコン膜などで形成できる。厚さは０.１〜２μｍ程度である。支持基板１０は、全体の形状を保つための基板であり、半導体薄膜２の直下に空隙８が形成されている。半導体薄膜２の熱は主に支持基板１０に伝わって逃げる。半導体薄膜１１は半導体薄膜２を分離した残りの半導体薄膜であり、メタル配線６、７を保持している。また、この半導体薄膜１１内にＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどの能動素子が複数形成され、回路を形成することもある。
【００７７】
電磁波を吸収するフィン３０がショットキー接合面の上にある。これによりフィルファクタ（電磁波を吸収する面積を素子全体の面積との割合で表現したもの）が向上して“１”に近くなり、よりセンサとしての効率が良くなる。フィン３０はメタル１と薄い絶縁膜を介して接しており、フィン３０で吸収した電磁波が熱になり、ショットキー接合面を暖め、その温度変化を検出する。フィン３０はメタル１と絶縁膜で接しているほかはどこにも接しておらず、また周囲は真空にしており、熱が他の部品に伝わらないようにしている。
【００７８】
フィン３０をつけることにより、電磁波を吸収して熱に変換する機能と熱量を電気信号に変換する機能を分離することができる。例えばフィン３０の電磁波の吸収波長はフィン３０の材料などに拠るが、観測したい波長毎にフィン３０の設計を変えるということができる。
【００７９】
このように、本実施の形態のＳＢＤサーミスタの駆動方法によれば、非飽和特性領域の低電圧領域で駆動することにより、従来の駆動方法よりも高Ｓ／Ｎのセンサを提供できる。また、自己発熱が少ない駆動方法なので、低消費電力、低発熱にできる。
【符号の説明】
【００８０】
１  メタル
２、１１  半導体薄膜
３  ガードリング
５  高濃度Ｎ+層
６、７  メタル配線
８  空隙
９  架橋部
１０  支持基板
３０  フィン
５１  電圧制御回路
５２  電圧源
５３  ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）サーミスタ
５４  アンプ
５５  負荷抵抗
【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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