JPH0450732A - 光検知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外分光装置における小型で使い易い赤外光
検知器及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、電界効果トランジスタを利用する赤外光検知器に
関しては、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ　アプライ
ド・フィジックス２０　（１９８１年）第３１５頁から
第３２０頁において論じられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、焦電体膜にチタン酸鉛を用いていたた
めに感度が低いという問題があった。また、焦電体膜が
電界効果トランジスタのゲート絶縁膜上に直接に形成さ
れていたため、赤外光照射による温度変化のため、電界
効果トランジスタの特性が変化するという点について配
慮がされておらず、焦電体から生ずる信号と電界効果ト
ランジスタの温度変化による信号とを区別することが困
難であるという問題があった。

本発明は高感度の赤外光検知器を提供することを目的と
している。さらに本発明は、電界効果トランジスタの温
度特性に依存せず、焦電体で生ずる信号を高Ｓ／Ｎ比で
検出する赤外光検知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〕

上記目的を達成するために、焦電体膜にトリグリシンサ
ルファイド（ＴＧＳ）又は水銀−力トミウムーテルル（
ＭＴＣ）を用いたものである。

また、上記他の目的を達成するためには、焦電体膜を電
界効果トランジスタから分離して形成し、導電体膜で焦
電体膜と電界効果トランジスタを接続したものである。

さらに、焦電体膜と電界効果トランジスタの熱交換を最
小にするために、焦電体膜と電界効果トランジスタの間
のシリコン、ガリウムヒ素などの基板材料を除去したも
のである。

〔作用〕

焦電体膜上に形成されている第２の導電体電極に赤外光
が照射されると、第２の導電体膜の温度が上昇し、従っ
て焦電体膜の温度が上昇する。焦電体膜の温度が上昇す
ると焦電効果により焦電体膜で分極電荷が変化する。こ
の分極電荷の変化を電界効果トランジスタで検出すると
いう原理である。焦電体膜にＴＧＳ又はＭＣＴを用いる
と小さな温度変化で大きな分極電荷変化を得ることがで
きるので、高感度な赤外光検知器を提供することができ
る。

また、焦電体膜と電界効果トランジスタを分離すると、
電界効果トランジスタには赤外光が照射されないので、
電界効果トランジスタの温度変化を低く抑えることがで
き、温度変化による出力の変化、即ちノイズを低減でき
る。焦電体膜と電界効果トランジスタの間のシリコン、
ガリウムヒ素等の基板を除去すると、焦電体膜と電界効
果トランジスタとの間の熱交換を低減でき、従って高い
Ｓ／Ｎ比の信号が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の第１の実施例断面図である。

シリコン基板１にソース２．ドレイン３を設け、シリコ
ン表面に５ｉＯｚ膜４，５ｉａＮ＋膜５を形成し、該５
ｉｓＮ４膜上に直接に焦電体膜６を積層したものである
。該焦電体膜上のソースとドレインの間に第２の導電体
膜７を設けた。第２の導電体膜は電界効果トランジスタ
のゲート電極となると同時に、赤外光吸収膜としても機
能する。

第２図は本発明の第２の実施例断面図である。

本発明の第１の実施例において、Ｓｉ３Ｎ４膜５と焦電
体膜６の間に第１の導電体電極８を設けた。

本実施例では、第１の導電体電極８が電界効果トランジ
スタのゲート電極となり、第２の導電体電極７が赤外吸
収電極として機能する。

第３図は本発明の第３の実施例断面図である。

第２の実施例において、焦電体膜６を電界効果トランジ
スタのゲート部と分離して形成したものである。そして
第１の導電体膜８により焦電体膜と電界効果トランジス
タを接続した。この構造により、電界効果トランジスタ
部を赤外光に露出しなくても赤外光の検出が可能なため
、温度変化による電界効果トランジスタの出力変化を低
減することができ、高Ｓ／Ｎ比の信号が得られる。

第４図は本発明の第４の実施例断面図である。

第３の実施例において、焦電体膜６が形成されたシリコ
ン基板１０とソース２及びドレイン３が形成されたシリ
コン基板１１とを溝９により分離し、リコン基板１０と
１１をＳコ０２膜４，５ｉａＮ４膜５及び第１の導電体
膜８で接続している。この構造では、赤外光照射により
シリコン基板１ｏが得た熱が、シリコン基板１１に伝わ
るのを防ぎ、電界効果トランジスタの出力電圧を安定化
させ、より高いＳ／Ｎ比の信号を得ることができる。

第１の実施例を用いて赤外光に対する応答を測定した。

焦電体膜にはトリグリシンサルファイド（ＴＧＳ）を用
い、高周波スパッタリングにより３０００人の厚さに積
層した。また第２の導電体膜には白金黒を用い１０μｍ
の厚さに形成した。

この光検知器を第５図に示す回路に接続し、赤外光を断
続的に本発明の光検知器に照射してその応答を記録した
。第５図の測定回路は、定電流源１２により本発明の光
検知器１３のソース２とドレイン３の間の電圧を一定に
保ち、定電流源１４によりトレイン電流を一定とし、定
電圧源１５によりゲート電圧を一定とし、電電体膜で生
ずる電位変化をそのまま出力端子１６に出力する回路で
ある。

第６図は本発明の光検知器の１０μｍの波長の赤外光に
対する応答を示したものである。応答曲線のＡは本発明
の検知器、Ｂはチタン酸鉛を焦電体としたときの応答で
ある。また図中、ａ、ｂは、赤外光のＯＮ、ＯＦＦを示
している。図より、本発明の光検知器はチタン酸鉛を用
いるものより高感度であることがわかる。

以上に示したように本発明により、高感度で、高Ｓ／Ｎ
比の赤外光検知器を提供することができる。

〔発明の効果〕

本発明の光検知器はトリグリシンサルファイド（ＴＧＳ
）又は水銀−カドミウム−テルル（ＭＣＴ）を焦電体材
料として用いているので、高感度に赤外光を検出できる
。

また、焦電体膜と電界効果トランジスタを分離して形成
しているので、温度変化による電界効果トランジスタの
出力変化を小さく抑えることができ、高いＳ／Ｎ比で焦
電効果に基づく信号を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図はそれぞれ、
本発明の第１．第２．第３．第４．第５の実施例を示す
図、第６図は本発明の効果を示した図である。 １・・・シリコン基板、２・・・ソース、３・・・ドレ
イン、４・・・５ｉＯｚ膜、５・・・５ｉａｌ’Ｌａ膜
、６・・・焦電体膜、７・・・第２の導電体電極、８・
・・第１の導電体電極、９・・・溝、１０・・・シリコ
ン基板、１１・・・シリコン基板、１２・・・定電流源
、１３・・・光検知器、１４・・・定電流源、１５・・
・定電圧源、１６・・・出力端子。 第７図 −２：

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、ＳｉＯ
   ＿２膜又はＳｉＯ＿２膜とＳｉ＿３Ｎ＿４膜から成るゲ
   ート絶縁膜上に、直接に又は第１の導電体電極を介して
   焦電体膜を積層し、該焦電体膜上に第２の導電体電極を
   設けたことを特徴とする光検知器。 ２、該焦電体膜はトリグリシンサルファイド（ＴＧＳ）
   、水銀−カドミウム−テルル（Ｈｇ−Ｃｄ−Ｔｅ，ＭＴ
   Ｃ）であることを特徴とする請求項第１項記載の光検知
   器。 ３、第２の導電体電極はアルミニウム、金、白金、シリ
   コン白金黒、金黒などの導電体であることを特徴とする
   請求項第１項記載の光検知器。 ４、第１の導電体電極はアルミニウム、シリコン、金、
   白金等から成ることを特徴とする請求項第１項記載の光
   検知器。 ５、電界効果トランジスタは、単結晶シリコン、アモル
   ファスシリコン、ガリウムヒ素を材料として製作される
   ことを特徴とする請求項第１項記載の光検知器。 ６、焦電体膜は、第１の導電体膜を設ける場合は必ずし
   も電界効果トランジスタのチャネル上に形成する必要は
   なく、第１の導電体膜が電界効果トランジスタのゲート
   電極と配線導体と兼ね焦電体膜と電界効果トランジスタ
   とが第１の導電体膜を介して接続されていることを特徴
   とする請求項第１項記載の光検知器。 ７、焦電体膜と電界効果トランジスタの間のシリコン又
   はアモルファスシリコン又はガリウムヒ素を除去したこ
   とを特徴とする請求項第１項又は第６項記載の光検知器
   。