JPH06196307A

JPH06196307A - 半導体薄膜サーミスタおよび赤外線検出素子

Info

Publication number: JPH06196307A
Application number: JP5068121A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Tomonari; 恵昭友成; Keiji Kakinote; 啓治柿手; Atsushi Sakai; 淳阪井; Koichi Aizawa; 浩一相澤; Takuro Nakamura; 卓郎中邑
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1994-07-15
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JP3180323B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体薄膜が高い抵抗変化率を維持できると
もに、金属電極との間に良好なコンタクトを得ることが
できる半導体薄膜サーミスタを提供し、さらには、この
半導体薄膜サーミスタを検出部に用いた、低ノイズ・高
感度な赤外線検出素子を提供する。【構成】この発明は、温度の変化によって抵抗値が変
化する半導体薄膜１にそれぞれ接するようにして一対の
金属電極２ａ，２ｂが設けられている半導体薄膜サーミ
スタにおいて、前記半導体薄膜が、前記一対の金属電極
と非接触に配置されたアモルファス合金半導体薄膜１１
と、このアモルファス合金半導体薄膜と前記一対の金属
電極の間に配置された単一元素半導体薄膜１２ａ，１２
ｂとからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、温度の変化によって
抵抗値が変化する抵抗体を有するサーミスタおよびこれ
を用いた赤外線検出素子に関し、さらに詳しくは抵抗体
としてアモルファス半導体薄膜を用いたサーミスタおよ
びこの半導体薄膜サーミスタを検出部に用いた赤外線検
出素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サーミスタの抵抗体としてアモルファス
半導体薄膜を用いた感温装置が、特開昭５８−１７００
０１号公報で提案されている。この公報に開示されている半導体薄膜サーミスタは、
低温で形成できるから、半導体薄膜中に歪みやクラッ
クが発生しにくい、温度による抵抗変化率、導電率
が共に大きい高感度な感温装置を構成できる、フォ
トエッチング技術等に代表される微細加工技術により、
超小型の感温装置を構成でき、そのため、特に、結晶半
導体をサーミスタの抵抗体として用いたものより低ノイ
ズの赤外線検出素子を提供できる、等の多くの利点を有
する。

【０００３】しかしながら、昨今、温度による抵抗変化
率が非常に大きなサーミスタが求められており、このよ
うな要求を満たすためには５％／°Ｃ（サーミスタ定
数、いわゆる、Ｂ定数が５０００）以上の抵抗変化率を
もつサーミスタの実現が必要であると考えられる。とこ
ろが、上記公報記載のｐ型およびｎ型アモルファスシリ
コン（Ｓｉ）薄膜を用いたサーミスタでは、このような
高い抵抗変化率を実現することは容易ではない。また、
抵抗変化率を容易にかつ広範囲に制御することも困難で
ある。

【０００４】この点を解決するものとして、特開昭６１
−３０７３０号（特願昭５９−１５３５８６号）公報の
光センサには、アモルファスシリコンカーバイト（Ｓｉ
Ｃ）からなる半導体薄膜を用いたサーミスタが開示され
ている。上記アモルファスＳｉ半導体薄膜がＳｉなる単
一元素に必要に応じドーピングしてなるものであるのに
対し、このアモルファスＳｉＣ半導体薄膜は、ＳｉＣな
る合金に必要に応じドーピングしてなるものであり、高
い抵抗変化率を実現できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このアモルフ
ァス合金半導体薄膜は、前記アモルファス単一元素半導
体薄膜の場合に比べて、金属電極との間に良好なオーミ
ック特性を得るのが難しかった。すなわち、抵抗体とし
てアモルファス合金半導体薄膜を用いたサーミスタは、
半導体薄膜と金属電極との間のコンタクト性に問題があ
った。

【０００６】そこで、この発明は、アモルファス合金半
導体薄膜が高い抵抗変化率を維持できるともに、金属電
極との間に良好なコンタクト性を持つ半導体薄膜サーミ
スタを提供すること、さらには、この半導体薄膜サーミ
スタを検出部に用いて、低ノイズ・高感度な赤外線検出
素子を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明にかかる半導体薄膜サーミスタは、温度の
変化によって抵抗値が変化する抵抗体が半導体薄膜で形
成されており、この半導体薄膜にそれぞれ接するように
して一対の金属電極が設けられている半導体薄膜サーミ
スタにおいて、前記半導体薄膜が、前記一対の金属電極
と非接触に配置されたアモルファス合金半導体薄膜と、
このアモルファス合金半導体薄膜と前記一対の金属電極
の間に配置された単一元素半導体薄膜とからなることを
特徴とする。

【０００８】以下、この発明を図面を参照しながら具体
的に説明してゆく。この発明にかかる半導体薄膜サーミ
スタの基本的形態は、図１および図２に示す構造であ
る。まず、図１においては、アモルファス合金半導体薄
膜１１の両面にそれぞれ、単一元素半導体薄膜１２ａ、
１２ｂと金属電極２ａ、２ｂとが順次積層されて、半導
体薄膜サーミスタが構成されている。この場合は、一対
の金属電極２ａ、２ｂが、アモルファス合金半導体薄膜
１１とその両面の単一元素半導体薄膜１２ａ，１２ｂと
からなる半導体薄膜１を挟むように設けられている。す
なわち、サンドイッチ型となっている。

【０００９】つぎに、図２においては、アモルファス合
金半導体薄膜１１の一面上に単一元素半導体薄膜１２、
金属電極２が順次積層されて半導体薄膜サーミスタが構
成されている。この場合は、始めアモルファス合金半導
体薄膜１１の一面全面に形成されていた単一元素半導体
薄膜１２の一部が、エッチング等により除去され、残っ
たものの上に金属電極２が形成されている。

【００１０】図５も、この発明にかかる半導体薄膜サー
ミスタの構成例をあらわしており、この構成例は、アモ
ルファス合金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜との間
に、前記アモルファス合金半導体薄膜から単一元素半導
体薄膜までのいずれかの組成を有する緩衝層が少なくと
も１層設けられている点が特徴となっている。すなわ
ち、図５の半導体薄膜サーミスタは、アモルファス合金
半導体薄膜と単一元素半導体薄膜の間の電気的障壁（バ
リア）による影響を除去あるいは低減させるために、ア
モルファス合金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜（例え
ば、アモルファス単一元素半導体薄膜）の間に、アモル
ファス合金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜の中間の物
性を有する緩衝層を挿入するようにしたものである。ア
モルファス合金半導体薄膜は、その組成比を変化させる
ことにより膜の物性を単一元素半導体薄膜の組成からア
モルファス合金半導体薄膜の組成まで連続的に変化させ
ることができる。

【００１１】具体的には図５にみるように、アモルファ
ス合金半導体薄膜１１の両外側に順次、一対の緩衝層１
３ａ、１３ｂ、一対の単一元素半導体薄膜（例えば、ア
モルファス単一元素半導体薄膜）１２ａ、１２ｂおよび
一対の金属電極２ａ、２ｂが積層されて、この発明の半
導体薄膜サーミスタが構成されている。そのうち、薄膜
抵抗体１は、アモルファス合金半導体薄膜１１、一対の
緩衝層１３ａ、１３ｂおよび一対の単一元素半導体薄膜
１２ａ、１２ｂからなる。この場合、一対の金属電極２
ａ、２ｂはサンドイッチ型の構造をなしている。図中、
１０は絶縁基板（金属基板でもよい。）である。

【００１２】この発明にかかる赤外線検出素子は、図
６，７にみるように、一部が貫通または削りとられた基
板１５と、この貫通または削りとられた部分に跨がって
形成された熱絶縁膜６と、この熱絶縁膜上に配置された
赤外線吸収膜７および半導体薄膜サーミスタ９からなる
薄型の赤外線検出部とを備えた赤外線検出素子におい
て、前記半導体薄膜サーミスタ９として前記この発明の
半導体薄膜サーミスタが用いられていることを特徴とす
る。すなわち、図１や図５の形態を例にとれば、その半
導体薄膜サーミスタ９は、図６，７に示すように、半導
体薄膜１とこの半導体薄膜１にそれぞれ接するようにし
て設けられている一対の金属電極２ｂ，２ｃとからな
り、この半導体薄膜１がアモルファス合金半導体薄膜１
１とその両面の単一元素半導体薄膜１２ａ，１２ｂとか
らなる。

【００１３】この発明の半導体薄膜サーミスタにおける
抵抗体は、温度の変化によって抵抗値が変化し、これを
電気信号として取り出せるようになっている。この発明
におけるアモルファス合金半導体薄膜を構成する合金
は、例えば、アモルファス材料として多用されるアモル
ファスシリコン（ａ−Ｓｉ）について言えば、シリコン
と、炭素（Ｃ）等のシリコン以外の４族系元素および／
または窒素（Ｎ）等の５族系元素との合金が挙げられ
る。つまり、Ｓｉ等の半合金とＣ，Ｎ，Ｏ等の非合金が
挙げられる。より具体的には、ａ−ＳｉＣ（アモルファ
スシリコンカーバイト）、ａ−Ｓｉ₃Ｎ₄等のアモルフ
ァス合金半導体を指す。また、プラズマＣＶＤ法により
形成された酸化シリコン（ＳｉＯ）薄膜、窒素を含む酸
化シリコン（ＳｉＯＮ）薄膜あるいは窒化シリコン（Ｓ
ｉＮ）薄膜等の合金薄膜も非晶質（アモルファス）の状
態にあり、化学量論的な規制をあまり強く受けないこと
から、アモルファス合金半導体薄膜の材料として挙げら
れる。

【００１４】このアモルファス合金半導体は、ボロン
（Ｂ）、燐（Ｐ）等の不純物（ドーパント）により、薄
膜の膜特性の制御あるいは再現性を容易に維持できる程
度の濃度になるよう、それぞれ、単一元素に対するドー
ピング不純物濃度が１０^-4以上のドーピングレベルで比
較的高濃度にドーピングされているのが望ましい。アモ
ルファス合金半導体薄膜を構成する適当な合金として、
シリコンカーバイトであって薄膜での炭素濃度、すなわ
ち〔炭素原子の数／（シリコン原子の数＋炭素原子の
数）〕が０．０１〜０．５ものが挙げられる。つまり、
アモルファス合金半導体薄膜を構成する全元素の１〜５
０％が炭素であるものが適当なものとして挙げられるの
である。アモルファス合金半導体薄膜での炭素濃度が
０．０１〜０．５となる形成条件として、ＣＨ₄，Ｓｉ
Ｈ₄ガスを用いる容量結合型のプラズマＣＶＤ法の場
合、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄比（流量比）を０．１〜１０の範囲
にする。なお、アモルファス合金半導体薄膜の炭素濃度
の測定は、例えば、オージェ分析法により行うことが出
来る。図８は、アモルファス合金半導体薄膜形成におけ
るＣＨ₄／ＳｉＨ₄比（流量比６以下）と炭素濃度の関係
をオージェ分析法を使って求めたものである。

【００１５】このアモルファス合金半導体薄膜のより具
体的な製造方法について述べれば、例えば、ｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ薄膜は、ＣＨ₄，ＳｉＨ₄ガスを用いる容量結合型の
プラズマＣＶＤ法によって形成される。形成条件とし
て、用いるガスについては、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄比（流量
比）が０．１〜１０の範囲、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄百分比
が０．０１〜２％の範囲程度が好ましい。ＣＨ₄／Ｓｉ
Ｈ₄比が０．１より小さければ、単一元素半導体薄膜と
あまりかわらないアモルファス合金半導体薄膜が構成さ
れることになり、また、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄百分比が
０．０１％より小さければ、薄膜の膜特性の制御あるい
は再現性の維持が難しくなる傾向があるからであり、他
方、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄比が１０を超えれば半導体性が薄
れ、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄百分比が２％を超えれば抵抗変
化率の向上が余り望めなくなる傾向があるからである。

【００１６】その他の製造条件としては、例えば、ガス
圧；０．０１〜１０Torr、放電パワ−；１０W 〜１５０
W 、基板温度；１００℃〜３００℃が好ましい。ａ−Ｓ
ｉＣ等の合金薄膜の膜厚は、数百Åから数ミクロンの薄
膜にまで変化させられる。具体的に、１ＭΩ程度の抵抗
値を実現するには、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄：４、Ｂ₂Ｈ₆／Ｓ
ｉＨ₄：０．２５％の薄膜を１ミクロン程度積層すれば
よい。

【００１７】この発明における緩衝層としては、アモル
ファス半導体薄膜と単一元素半導体薄膜（例えば、アモ
ルファス単一元素半導体薄膜）の中間の組成を有する層
が用いられる。すなわち、多層構成をなし、かつ、各層
がそれぞれアモルファス合金半導体薄膜と単一元素半導
体薄膜間に生じる電気的障壁を各層によってほぼ等分す
るような組成比で構成されているものや、アモルファス
合金半導体薄膜から単一元素半導体薄膜までの組成を連
続的に変化させた層が好ましいものとして挙げられる。

【００１８】２層の緩衝層の場合、アモルファス合金半
導体薄膜を構成する合金がシリコンカーバイトであって
薄膜での炭素濃度が約０．３であり、緩衝層が前記アモ
ルファス合金半導体薄膜側に位置し薄膜での炭素濃度約
０．２であるシリコンカーバイトの第１層と、単一元素
半導体薄膜側に位置し薄膜での炭素濃度約０．１である
シリコンカーバイトの第２層とからなる形態が例示され
る。第１層の介在でバリヤが等分され、加えて第２層の
介在でバリヤは３等分されることになる。例えば、ア
モルファスシリコンとＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝４（炭素濃度
約０．３）で形成されたアモルファスシリコンカーバイ
トを薄膜抵抗体として用いるサーミスタの場合には、Ｃ
Ｈ₄／ＳｉＨ₄＝２（炭素濃度約０．２の第１層）、Ｃ
Ｈ₄／ＳｉＨ₄＝０．７５（炭素濃度約０．１の第２
層）程度のガス組成比で形成されたアモルファス層が緩
衝層として望ましい。

【００１９】緩衝層がアモルファス合金半導体薄膜の組
成から単一元素半導体薄膜の組成まで連続的に組成を変
化させた層の場合、アモルファス合金半導体薄膜を構成
する合金がシリコンカーバイトであって薄膜での炭素濃
度が約０．３であり、緩衝層が前記アモルファス合金半
導体薄膜側から連続的に炭素濃度が約０．３〜０の間で
大きく変化しているシリコンカーバイトである形態が例
示される。

【００２０】例えば、アモルファス合金半導体薄膜が原
料ガス比（ＣＨ₄／ＳｉＨ₄）＝４（炭素濃度約０．３）
で作製されたシリコンカーバイトであり、緩衝層が前記
アモルファス合金半導体薄膜側から連続して炭素濃度が
約０．３〜０の間で大きく変化しているように原料ガス
比（ＣＨ₄／ＳｉＨ₄）を０〜４の間で連続的に大きく変
化させて作製されたアモルファスシリコンカーバイトが
緩衝層として望ましい。

【００２１】ここで、約０．３とは０．２７〜０．３３
程度、約０．２とは０．１８〜０．２２程度、約０．１
とは０．０９〜０．１１程度の範囲である。なお、緩衝
層は、ボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）等のドーパントにより、
薄膜の膜特性の制御あるいは再現性を容易に維持できる
程度の濃度になるようドーピングレベルが１０^-4以上の
比較的高濃度にドーピングされているのが望ましい。緩
衝層の不純物濃度は、アモルファス合金半導体薄膜およ
び単一元素半導体薄膜（例えば、アモルファス単一元素
半導体薄膜）と同様、薄膜抵抗体の１構成要素であるこ
とから、アモルファス合金半導体薄膜あるいは単一元素
半導体薄膜の濃度量に応じた不純物濃度を有することが
必要である。

【００２２】この発明における単一元素半導体薄膜は、
特にその材質の限定はないが、アモルファス合金半導体
薄膜よりもバンドギャップ（禁制帯巾）の小さいアモル
ファス半導体で形成されているのが好ましい。ここで、
バンドギャップとは、単一元素半導体薄膜やアモルファ
ス合金半導体薄膜のバンド図（図９、図１０参照）に示
されているように、価電子帯Ｅ_Vと伝導帯Ｅ_cの間に存在
する禁制帯Ｅ_gの巾を意味し、単一元素半導体薄膜を構
成する単一元素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）等との合金化によ
り形成されるアモルファス合金半導体薄膜では、単一元
素半導体薄膜より禁制帯巾（バンドギャップ）が大きく
なっているのである。

【００２３】単一元素半導体薄膜は、アモルファスであ
ることには限られず、また、微結晶、多結晶、単結晶等
のいずれであっても良い。単一元素半導体薄膜の膜厚
は、その上限はアモルファス合金半導体薄膜のそれより
は小さいことが望ましい。一方、下限は下地の金属電極
によりリークが発生しない程度（通常１００Å以上）の
膜厚が好ましい。

【００２４】ａ−Ｓｉ薄膜等を含む単一元素半導体薄膜
は、ボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）等の不純物（ドーパント）
によりド−ピングされているのが望ましく、このａ−Ｓ
ｉ薄膜等の単一元素薄膜のド−ピング量はａ−ＳｉＣ薄
膜等の合金薄膜のド−ピング量と同じであっても良く、
異なっていても良い。同じであると、半導体薄膜として
のド−ピング量の制御が容易となる。ｐ型ａ−ＳｉＣと
の組み合わせではプラズマＣＶＤ法によってボロン
（Ｂ）がＢ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄：０．２５％添加されたｐ
型ａ−Ｓｉや、燐（Ｐ）がＰＨ₃／ＳｉＨ₄：１％添加
されたｎ型ａ−Ｓｉが用いられる。

【００２５】この発明における一対の金属電極は、半導
体薄膜における抵抗変化分を検出するためのものであ
り、通常、クロム電極やニッケル−クロム電極が多用さ
れる。しかし、これらに限定されない。その形成条件
は、公知の条件を適用することができる。例えば、電子
ビーム蒸着法により形成することができる。この発明に
おける赤外線検出素子の基板としては、シリコン基板が
多用され、熱絶縁膜としてはシリコン酸化膜とシリコン
窒化膜が多層に形成された多層構造のものや、シリコン
酸化膜のみの単層構造であってもよい。また、赤外線吸
収膜としては、酸化シリコン、金黒や炭素等が通常使用
されている。

【００２６】

【作用】この発明において、半導体薄膜の主体とし
てアモルファス合金半導体薄膜を用いることにより、比
較的高濃度にドーピングしても高いＢ定数を有する半導
体薄膜サーミスタを実現できる機構について、以下に説
明する。まず、アモルファス半導体薄膜の抵抗の温度変
化機構について詳しく述べることにする。

【００２７】アモルファス半導体薄膜の抵抗値は、特開
昭５８−１７０００１号公報にも記載のごとくバンド型
伝導を示し、次式(1) で表される。 σ＝σ₀ｅｘｐ（−Ｅ_a／ｋＴ） (1) ここで、Ｅ_aは活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数
である。式(1)で示されるように、アモルファス半導体
薄膜の抵抗は負の温度係数を持つ。式(1)を変形する
と、 σ＝σ₀ｅｘｐ｛−（Ｅ_a／ｋ）・（１／Ｔ）｝ (2) となり、サーミスタ定数（Ｂ定数）と活性化エネルギー
Ｅ_aとは次式のような関係になる。

【００２８】Ｂ＝（Ｅ_a／ｋ） (3) 式(3)に示すように、Ｂ定数と活性化エネルギーＥ_aは
比例関係になる。このため、高いＢ定数を得るためには
活性化エネルギーＥ_aの大きな材料を使用しなければな
らない。ここで、特開昭５８−１７０００１号公報に開
示されている単一元素半導体薄膜としてのｐ型およびｎ
型のアモルファスシリコンについて考えてみる。

【００２９】図１１、図１２は、アモルファスシリコン
の一般的なドーピング特性を示したものであるが、図１
１および図１２にそれぞれ示すように、膜の導電率およ
び活性化エネルギーはボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）の濃度に
より大きく変化する。これらの変化は、１０^-4以下のド
ーピングレベルの低濃度領域においては非常に顕著であ
るが、それ以上の中・高濃度領域においては導電率、活
性化エネルギーともにあまり変化しない。そのため、単
一元素半導体薄膜の場合には、高いＢ定数をもつサーミ
スタの実現には低濃度にドーピングされたアモルファス
シリコン膜を使用しなければならない。ところが、この
ような低濃度領域では、ドーピングに対して非常に敏感
となるため、膜特性の制御あるいは再現性を得ることが
非常に困難であり、製造上の問題が発生する。このよう
な低濃度領域では、また、金属電極との接触部にショッ
トキー障壁等のバリヤ障壁が生じ、良好なオーミック特
性を得ることが困難となる。このため、特開昭５８−１
７０００１号公報記載の感温装置では１０^-4以上（１０
０〜２５００ｐｐｍ）のドーピングレベルの比較的高濃
度にドーピングされたアモルファスシリコン薄膜が使用
されているのであり、このため、活性化エネルギーが大
きくならず高いＢ定数が得られないのである。

【００３０】図９は、ボロン（Ｂ）によりｐ型にドーピ
ングされた単一元素半導体薄膜としてのアモルファスシ
リコンのバンド図を示している。比較的高濃度にドーピ
ングされたアモルファスシリコンのフェルミレベルＥ_F
は価電子帯Ｅ_Vから０．２ｅＶ付近に位置し、Ｂ定数を
支配する活性化エネルギ−Ｅ_aはフェルミレベルＥ_Fと価
電子帯Ｅ_V間のエネルギー差で表される。

【００３１】ここで、このような、比較的高濃度にドー
ピングされたアモルファスシリコン等の単一元素半導体
薄膜に、炭素（Ｃ）等の４族系元素および／または窒素
（Ｎ）等の５族系元素を加えて合金化すると、図１０に
みるようなバンド図を示す。すなわち、単一元素半導体
薄膜としてのアモルファス半導体に炭素（Ｃ）等の非金
属元素が加えられると禁制帯中の欠陥凖位が増加し、不
純物のドーピングに対してフェルミレベルＥ_Fは敏感に
は変化しなくなる。さらに、単一元素と炭素（Ｃ）等と
の合金化により、このアモルファス合金半導体では、禁
制帯巾が増加し、相対的にフェルミレベルＥ_Fと価電子
帯Ｅ_Vとの差、すなわち、活性化エネルギーＥ_aが大き
くなるのである。しかも、このアモルファス合金半導体
の活性化エネルギーＥ_aは、図１３にみるように、単一
元素に対して合金化のために加えられる元素の量により
自由に変化させることができるのである。

【００３２】要するに、この発明では、半導体薄膜とし
て、単一元素半導体薄膜を構成していた単一元素を合金
化したアモルファス合金半導体薄膜を用いるようにする
ことにより、１０^-4以上のドーピングレベルで比較的高
濃度にドーピングして膜特性の制御あるいは再現性を容
易に維持しながら、活性化エネルギーＥ_aを大きくして
高いＢ定数を実現するようにしたのである。

【００３３】つぎに、この発明では、半導体薄膜と
金属電極間で良好なコンタクトを得ることができること
について説明する。この発明では、アモルファス合金半
導体薄膜（アモルファスＳｉＣ薄膜等）と金属電極間に
単一元素半導体薄膜を介在させ、オーミック性に問題の
あるアモルファス合金半導体薄膜をオーミック性の良い
単一元素半導体薄膜を介して金属電極に接触するように
したので、オーミック特性の低下を防ぐとともに、金属
電極との機械的な密着も良好にできるようになった。

【００３４】以下では、アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ）薄膜とアモルファスシリコンカーバイト（ａ−
ＳｉＣ）薄膜からなる薄膜抵抗体における両膜の接合を
例にとって、電気的障壁が生じる理由と、この電気的障
壁が緩衝層で解消される理由を具体的に説明する。ま
ず、電気的障壁が生じる理由を説明する。図１４は、金
属電極としてクロム（Ｃｒ）を用いた場合のａ−Ｓｉ、
ａ−ＳｉＣに対するバンド配置図を示したものである。
ここで、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣはどちらもｐ型にドーピ
ングされたものを考え、ａ−ＳｉＣは結晶ＳｉＣより類
推した値を用いた。図１４に示すように、ｐ型ａ−Ｓｉ
とｐ型ａ−ＳｉＣでは真空凖位から価電子帯までのエネ
ルギー差が２ｅＶ以上もある。

【００３５】図１５はＣｒ膜、ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜、ｐ型
ａ−ＳｉＣ薄膜をそれぞれ接続させた場合のバンド構造
図を示したものである。図１５より明らかなように、ｐ
型ａ−Ｓｉ薄膜とｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜との間では２．３
ｅＶ程度の電気的障壁（バリア）が発生している。この
バリアは、上記真空凖位からのエネルギー差に起因する
ものであるが、これが、抵抗値のばらつき・ノイズ・Ｂ
定数低下の原因となり、サーミスタ特性が低減するおそ
れがあるという前記問題点の原因となると考えられる。
すなわち、図１５に示すように、このようなバリアの発
生によりキャリアの空乏（層）化が起こり、この部分が
薄膜抵抗体のサーミスタ抵抗としてでなく容量（コンデ
ンサ）として振る舞うのである。

【００３６】図１６は、この状態を等価回路に示したも
のである。図１６に示すように、可変コンデンサ（バリ
ア容量）Ｃが薄膜抵抗体のサーミスタ抵抗（バルク抵
抗）Ｒに直列接続されたのと等価になる。これが、抵抗
値のばらつき・ノイズ・Ｂ定数低下の原因となっている
と考えられる。例えば、抵抗値のばらつきについては、
「バリア（容量）抵抗≪サーミスタ抵抗」の場合には問
題とならないが、バリア（容量）抵抗が無視できなくな
るとばらつきに影響を与える。これは、バリア部分は主
にトンネル電流により電流が流れると考えられるが、こ
のような電流を一定に制御することが難しく、また、ヘ
テロ接合によるバリア自体も不安定なものであるからで
ある。

【００３７】しかし、この発明では、アモルファス合金
半導体薄膜と単一元素半導体薄膜（例えば、アモルファ
ス単一元素半導体薄膜）の間に、アモルファス合金半導
体薄膜の組成と単一元素半導体薄膜の組成の中間の組成
を有する緩衝層を少なくとも１層挿入するようにしたの
で、上記バリアによるサーミスタ特性の低減を軽減でき
る。この理由を次に説明する。

【００３８】図１７には、緩衝層を２層挿入した場合の
バンド図を示している。図１７に示すように、緩衝層無
しの場合（図１５参照）に２．３ｅＶ程度あるバリア障
壁を３分割し、バリア部の容量を低減している。ここ
で、緩衝層に使用されるアモルファス層としては、アモ
ルファス合金半導体薄膜（アモルファスシリコンカーバ
イト薄膜）とアモルファス単一元素半導体薄膜（アモル
ファスシリコン薄膜）の中間の組成を有する層が用いら
れることは言うまでもない。例えば、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄
＝４で形成されたアモルファスシリコンカーバイトと薄
膜アモルファスシリコン薄膜を薄膜抵抗体として用いる
サーミスタの場合には、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝２．０（第
１層）、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝０．７５（第２層）程度の
ガス組成比で形成されたアモルファス層が緩衝層として
用いることができる。

【００３９】また、図１８には、アモルファスシリコン
カーバイト薄膜からアモルファスシリコン薄膜までの組
成比を連続的に変化させた緩衝層を用いた場合を示した
ものであるが、この場合は、図１８に示すように、アモ
ルファスシリコンカーバイト薄膜とアモルファスシリコ
ン薄膜の間のバリヤ障壁はなくなり、サーミスタ特性を
大幅に改善できる。

【００４０】なお、例えば、ａ−ＳｉＣ薄膜は、ｐ型の
場合、不純物濃度でＢ定数を大きく変化させられ、大き
なＢ定数を得ることが可能であるため、ｎ型よりもサー
ミスタ適性が大きい。

【００４１】

【実施例】以下に、この発明にかかる実施例を図面を参
照しながら説明する。なお、この発明はそれによって限
定を受けるものではない。図１は、サンドイッチ型の一
対の金属電極構造をもつ、この発明の第１の実施例を示
す。

【００４２】図１において、この半導体薄膜サーミスタ
は、絶縁基板１０上にクロム（Ｃｒ）等による金属電極
２ａが形成され、この金属電極の上にはｐ型アモルファ
スシリコン層（単一元素半導体薄膜）１２ａが形成さ
れ、このｐ型アモルファスシリコン層の上にはｐ型アモ
ルファスシリコンカーバイト層（アモルファス合金半導
体薄膜）１１が形成され、さらにその上にはｐ型アモル
ファスシリコン層（単一元素半導体薄膜）１２ｂが形成
されており、これらｐ型アモルファスシリコン層１２
ａ、１２ｂとｐ型アモルファスシリコンカーバイト層１
１で半導体薄膜１が構成され、ｐ型アモルファスシリコ
ン層上にクロム（Ｃｒ）等による金属電極２ｂが形成さ
れてなる。

【００４３】以下に、その製造方法について説明する。
図１において、まず、ガラス等の絶縁基板１０上にクロ
ム電極２ａを電子ビーム蒸着法により２０００Å程度形
成した。次に、クロム電極２ａ上にボロンをＢ₂Ｈ₆／
ＳｉＨ₄：０．２５％添加してｐ型アモルファスシリコ
ン層１２ａを３００Å程度形成した。

【００４４】次に、アモルファス合金半導体薄膜１１と
して、アモルファスシリコンカーバイト層を５０００Å
程度積層した。このアモルファスシリコンカーバイト
は、容量結合型のプラズマＣＶＤ法により下記に示す表
１に示すような条件で形成した。

【００４５】

【表１】

【００４６】その後、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄：０．２５％
のｐ型アモルファスシリコン層１２ｂを３００Å程度形
成し、最後に、クロム電極２ｂを電子ビーム蒸着法によ
り２０００Å程度形成して半導体薄膜サーミスタを作製
した。この実施例の半導体薄膜サーミスタは、図１９の
直線Ｌに示すような温度特性を呈し、５０００程度の高
いＢ定数を有するものであり、図１９の直線Ｍに示すよ
うな温度特性を呈する従来のサーミスタに比べ非常に温
度特性の優れたものとなっている。

【００４７】図２、図３はそれぞれくし型の一対の金属
電極構造をもつ、この発明の第２、３の各実施例を示
す。クロム電極、各薄膜の形成条件については上記第１
の実施例と同様である。図２に示す半導体薄膜サーミス
タは、絶縁基板１０上にｐ型アモルファスシリコンカー
バイト薄膜１１が形成され、さらにその上にはｐ型アモ
ルファスシリコン薄膜１２が形成されており、このｐ型
アモルファスシリコン薄膜は、エッチング等により部分
的に除去され、その上にクロム（Ｃｒ）等による金属電
極２が形成されてなる。半導体薄膜３としては、この金
属電極２の間で挟まれた部分が使用されるのである。

【００４８】図３に示す半導体薄膜サーミスタは、絶縁
基板１０上にクロム（Ｃｒ）等による金属電極２が離間
して形成され、さらにその上にはｐ型アモルファスシリ
コン薄膜１２が形成される。このｐ型アモルファスシリ
コン薄膜は、エッチング等により、離間した金属電極部
を除いて除去される。次に、ｐ型アモルファスシリコン
カーバイト薄膜１１が全体を覆うように形成されてな
る。ここで、ｐ型アモルファスシリコン薄膜１２は離間
していなくともこの発明の目的を達成できる場合がある
が、図３に示すように離間していることが望ましい。半
導体薄膜４はｐ型アモルファスシリコンカーバイト薄膜
１１とｐ型アモルファスシリコン薄膜１２からなる。

【００４９】これら上記第２および３の各実施例でも、
図１９の直線Ｌに示すような優れた温度特性を呈する。
このような上記第１、２および３の各実施例の半導体薄
膜サーミスタにおいて、合金の原料ガスとなるＣＨ₄濃
度を変化させた場合の膜抵抗とＢ定数の変化は、すでに
述べた図１３のようである。この図でのボロン濃度は、
Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄：０．２５％（一定）とした。

【００５０】図１３に示すように、比較的高濃度にド−
ピングされているにもかかわらず、加えられるＣＨ₄量
によりＢ定数・膜抵抗を容易に変化させることができ
る。図１３に示す実験値においては、ＣＨ₄量増加によ
りＢ定数を５０００から７０００に、膜の導電率を１０
^-7Ｓ／ｃｍから１０^-10Ｓ／ｃｍまで変化させることが
できた。

【００５１】図４は、さらに良好なオーミック特性を示
すこの発明の第４の実施例を示す。この実施例の半導体
薄膜サーミスタでは、まず、ガラス等の絶縁基板１０上
にクロム電極２ａを電子ビーム蒸着法により２０００Å
程度形成した。次に、単一元素半導体薄膜としてｎ型ア
モルファスシリコン薄膜１２ｃを形成する。この際、形
成はプラズマＣＶＤ法によって燐（Ｐ）がＰＨ₃／Ｓｉ
Ｈ₄：約２％で添加されたｎ型ａ−Ｓｉ膜を下地のクロ
ム電極２ａによりリークが発生しない程度（通常１００
Å以上）積層する。次に、ｎ型アモルファスシリコン薄
膜１２ｃ上に、これとは逆導電型のｐ型のアモルファス
シリコンカーバイト薄膜１１を形成する。具体的に、１
ＭΩ程度の抵抗値を実現するには、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄：
４、Ｂ₂Ｈ ₆／ＳｉＨ₄：０．２５％の膜を１ミクロン
程度積層すればよい。

【００５２】さらに、ｐ型アモルファスシリコンカーバ
イト薄膜１１の上には、これとは逆導電型のｎ型のアモ
ルファスシリコン層１２ｄ、クロム電極２ｂをそれぞれ
ｎ型アモルファスシリコン層１２ｃ、クロム電極２ａと
同様の方法で形成する。半導体薄膜５はｐ型アモルファ
スシリコンカーバイト薄膜１１とｎ型アモルファスシリ
コン薄膜１２ｃ、１２ｄからなる。

【００５３】半導体薄膜内においては、アモルファス合
金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜の接合面にアモルフ
ァス合金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜間の再結合電
流によりバリア障壁が生じるが、この実施例では、両者
１１，１２ｃ（１２ｄ）を逆導電型にすることにより、
このバリア障壁による影響を低減したものである。この
原理について、この実施例で用いたのと同様に、単一元
素半導体薄膜としての、例えば、ａ−Ｓｉ薄膜と、アモ
ルファス合金半導体薄膜としての、例えば、ａ−ＳｉＣ
薄膜とで半導体薄膜が構成されている場合の両膜の接合
を例にとって以下に詳しく説明する。

【００５４】図１４は金属電極としてＣｒを用いた場合
のａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣに対するバンド配置図を示した
ものである。ここで、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣはどちらも
ｐ型にドーピングされたものを考え、ａ−ＳｉＣは結晶
ＳｉＣより類推した値を用いた。図１４に示すように、
ｐ型ａ−Ｓｉとｐ型ａ−ＳｉＣでは真空凖位から価電子
帯までのエネルギー差が２ｅＶ以上もある。

【００５５】図１５はＣｒ膜、ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜、ｐ型
ａ−ＳｉＣ薄膜をそれぞれ接続させた場合のバンド構造
図を示したものである。図１５より明らかなようにｐ型
ａ−Ｓｉ薄膜とｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜との間では２．３ｅ
Ｖ程度の電気的障壁（バリア）が発生している。このバ
リアは、上記真空凖位からのエネルギー差に起因するも
のである。すなわち、図１５に示すように、このような
バリアの発生によりキャリアの空乏（層）化が起こり、
この部分は抵抗体としてでなく容量（コンデンサ）のよ
うに振る舞う。

【００５６】図２０は、この状態を等価回路に示したも
のである。図２０に示すように、可変コンデンサＣがサ
ーミスタ抵抗Ｒに直列接続されたのと等価になる。これ
が、抵抗値のばらつき・ノイズ・Ｂ定数低下の原因とな
っていると考えられる。例えば、抵抗値のばらつきにつ
いては、「バリア（容量）抵抗≪サーミスタ抵抗」の場
合には問題とならないが、バリア（容量）抵抗が無視で
きなくなるとばらつきに影響する。これは、バリア部分
は主にトンネル電流により電流が流れると考えられる
が、このような電流を一定に制御することは難しく、ま
た、ヘテロ接合によるバリア自体も不安定なものである
からである。

【００５７】また、Ｂ定数低下については以下のように
説明できる。前記バリアをショットキー型のバリアと仮
定すればＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性は次式で与えられ
る。Ｉ＝Ｉ₀｛ｅｘｐ（Ｖ／Ｖ_T) −１｝ (4) ここで、Ｖ_T＝ｋＴ／ｑＩ₀＝ＡＲＴ²・ｅｘｐ（−φ_b／Ｖ_T）Ｒ：リチャードソン定数 φ_b：バリア高さである。(4)式を温度について微分すると、（ｄＩ／ｄＴ）_v=const＝Ｉ₀｛［（１／Ｉ₀）・（ｄＩ₀／ｄＴ）］ −［Ｖ／（Ｖ_TＴ）］｝ (5) となる。第１項については、ｄＩ₀／ｄＴ＝｛（２／Ｔ）＋［φ_b／（Ｖ_TＴ）］｝Ｉ₀ 〜［φ_b／（Ｖ_TＴ）］Ｉ₀ となり、（１／Ｉ₀）・（ｄＩ₀／ｄＴ）＝φ_b／（Ｖ_TＴ） (6) と記述できる。そこで(6)式を(5)式に代入すると、（ｄＩ／ｄＴ）_v=const＝Ｉ₀｛［φ_b／（Ｖ_TＴ）］−［Ｖ／（Ｖ_TＴ）］｝＝Ｉ₀｛［ｑ（φ_b−Ｖ）］／ｋＴ²｝〜１／Ｔ² となる。したがって、バリア部分の抵抗値は温度の二乗
の逆数に比例して変化する。

【００５８】これに対し薄膜抵抗体に使用されるアモル
ファス半導体は、バンド型伝導を示すため、温度に対し
ては指数関数的に変化する。このため、前記バリアの存
在によりＢ定数低下に影響するのである。図２１はそれ
ぞれ真空凖位からのバンド図、図２２は上記３つの材料
を接触させた場合のバンド図を示したものである。ここ
で、ｎ型アモルファスシリコンの伝導に寄与するキャリ
アは電子であり、ｐ型アモルファスシリコンカーバイト
の伝導に寄与するキャリアは正孔（ホール）である。こ
のため、図２２に示すように、ｎ型アモルファスシリコ
ン層とｐ型アモルファスシリコンカーバイト層の間では
電子と正孔が再結合し再結合電流が流れるようになる。
この再結合電流については、図２２より明らかなように
アモルファスシリコン層とｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイト層間に生じるバリア障壁には影響されず、良好
なオーミック特性が得られるのである。ここで、再結合
の完全化を図るためにはアモルファスシリコン層とアモ
ルファスシリコンカーバイト層の間に再結合中心（例え
ば欠陥凖位）を多く有する層を設けることが望ましい。

【００５９】要するに、この第４の実施例では、アモル
ファス合金半導体薄膜と金属電極の間に、アモルファス
合金半導体薄膜とは逆導電型の単一元素半導体薄膜を挿
入したことから、薄膜抵抗体と金属電極間のショットキ
ー障壁等のバリヤをアモルファス合金半導体薄膜と金属
電極間に生じたよりも低減し、しかも、アモルファス合
金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜間の再結合電流によ
り薄膜抵抗体で発生するバリア障壁による影響を低減し
たものである。

【００６０】図２３は、ｐ型のアモルファスシリコンカ
ーバイト薄膜と、これとは逆導電型の単一元素半導体薄
膜として、ＰＨ₃／ＳｉＨ₄：１％のｎ型アモルファス
シリコン薄膜を用いた場合のＩ（電流）−Ｖ（電圧）特
性を示したものである。一方、図２４は、薄膜抵抗体内
のアモルファスシリコンカーバイト薄膜と単一元素半導
体薄膜を同一導電型にした構造のＩ−Ｖ特性を示す。図
２３、図２４から明らかなように、この第４の実施例の
ほうが、両薄膜を同一導電型にした構造に比べ、物性の
歪み・容量成分が改善され抵抗体内の薄膜の接合によっ
て生じるバリア障壁による影響が低減されているのが分
かる。

【００６１】なお、この第４の実施例でも、図１９の直
線Ｌに示すような優れた温度特性を呈する。続いて、半
導体薄膜サーミスが緩衝層を有する第５の実施例を説明
する。図５は、第５の実施例の半導体薄膜サーミスを示
す。図５において、半導体薄膜サーミスタは、温度の変
化によって抵抗値が変化する薄膜抵抗体１がアモルファ
スシリコンカーバイト薄膜１１、そのアモルファスシリ
コンカーバイト薄膜の両側に一対の緩衝層１３ａ、１３
ｂ、一対のアモルファスシリコン薄膜１２ａ、１２ｂお
よび一対のクロム電極２ａ、２ｂが順次設けられてな
る。さらに、緩衝層１３ａ、１３ｂはアモルファスシリ
コンカーバイト薄膜１１からそれぞれアモルファスシリ
コン薄膜１２ａ、１２ｂまでのいずれかの組成を有す
る。

【００６２】以下製造方法について説明する。まず、図
５中のガラス等の絶縁基板１０上にクロム電極２ａを電
子ビーム蒸着法により２０００Å程度形成した。次に、
ドーピングされた（ｐ型あるいはｎ型））アモルファス
シリコン薄膜１２ａを形成する。形成は、プラズマＣＶ
Ｄ法によって下地のクロム電極２ａの表面形状により、
リークが発生しない程度（通常１００Å以上）積層す
る。

【００６３】次に、緩衝層１３ａを積層する。この緩衝
層は次に積層するアモルファスシリコンカーバイト薄膜
１１との中間の組成を有する層が用いられる。さらに、
緩衝層１３ａの上にはアモルファスシリコンカーバイト
薄膜１１を積層した。形成は、プラズマＣＶＤ法によっ
て、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝１〜１０程度で炭素濃度が約
０．１強〜０．５程度のものが積層される。

【００６４】さらに、このアモルファスシリコンカーバ
イト薄膜１１の上には、緩衝層１３ａ、アモルファスシ
リコン薄膜１２ａと同様にして形成された緩衝層１３
ｂ、アモルファスシリコン薄膜１２ｂが積層される。最
後に、クロム電極２ａと同様にしてクロム電極２ｂが形
成される。具体的には、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝４（炭素濃
度が約０．３）、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄＝０．２５％のｐ
型アモルファスシリコンカーバイト薄膜１１を１．５μ
ｍ厚に形成し、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄＝１％のｐ型アモル
ファスシリコン薄膜１２ａ、１２ｂを用いた。緩衝層１
３ａ、１３ｂとして、ｐ型アモルファスシリコン薄膜１
２ａ、１２ｂの側から、それぞれＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝
０．７５（炭素濃度が約０．１）、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄
＝１％のアモルファスシリコンカーバイト薄膜、ＣＨ
₄／ＳｉＨ₄＝２（炭素濃度が約０．２）、Ｂ₂Ｈ₆／
ＳｉＨ₄＝１％のアモルファスシリコンカーバイト薄
膜、のある２層構造を用いた。バリヤは３等分される形
となる。

【００６５】そして、第５の実施例の場合、加えて、ｐ
型アモルファスシリコンカーバイト薄膜１１と緩衝層１
３ａ、１３ｂの間にそれぞれ、ＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝４
（炭素濃度が約０．３）、Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄＝１％の
アモルファスシリコンカーバイト薄膜を設け、ｐ型アモ
ルファスシリコンカーバイト薄膜１１と緩衝層１３ａ、
１３ｂの接合が良好なものとなるようにした。つまり、
ｐ型アモルファスシリコンカーバイト薄膜１１と緩衝層
１３ａ、１３ｂの間に接合層用のアモルファスシリコン
カーバイト薄膜を介設したのである。

【００６６】図２５は、この構成により形成したサーミ
スタのＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性であり、図２４の場
合と比較すると、明らかに特性の歪み・容量成分が改善
され、バリア障壁による影響が低減されているのがわか
る。また、この発明の他の実施例として、緩衝層が、図
１８に示すように、アモルファスシリコン薄膜の側から
アモルファスシリコンカーバイト薄膜までの炭素濃度０
〜約０．３の間で連続するようにガス組成比ＣＨ₄／Ｓ
ｉＨ₄を０〜４の間で連続的に変化させて形成されてい
るものが挙げられ、図２６は、この構成において緩衝層
をＣＨ₄／ＳｉＨ₄＝０〜４まで連続的に変化させた場
合のサーミスタのＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を示した
ものであるが、この場合も同様に、明らかに特性の歪み
・容量成分が改善され、バリヤ障壁による影響が低減さ
れているのがわかる。

【００６７】つぎに、上記第１の実施例の半導体薄膜サ
ーミスタを赤外線検出素子の検出部に用いた場合の第６
の実施例を示す。図６、図７は赤外線検出素子の断面図
と立体図を示したものである。図６、図７に示す赤外線
検出素子では、ＨＦ−ＨＮＯ₃系あるいはＫＯＨ等のエ
ッチング液により裏面から表面に貫通するようにエッチ
ングされたシリコン基板１５と、このシリコン基板の表
面にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜が多層に形成され
た熱絶縁膜６が形成されている。この実施例においては
このようにシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の多層構造
を用いているが、これは引っ張り・圧縮特性をもつ薄膜
を多層積層することにより全体の反りを軽減することを
目的とするものであって、シリコン酸化膜等の熱絶縁膜
単層であってもよい。

【００６８】赤外線検出素子の基板１５は、ＨＦ−ＨＮ
Ｏ₃系あるいはＫＯＨ等のエッチング液により裏面から
表面に貫通するようにエッチングされており、そのエッ
チング部分に赤外線検出部が熱絶縁膜６を介して薄膜サ
ーミスタ、赤外線吸収膜７の順に設けられてなる。次
に、この熱絶縁膜６上には金属電極薄膜２ｃが形成され
るが、これはＮｉ−Ｃｒ系であることが望ましい。さら
に、この金属電極薄膜上には上記第１実施例の薄膜抵抗
体１が形成され、Ｃｒ系の金属電極薄膜２ｂが形成さ
れ、最後にこれらを覆うように赤外線吸収膜７が形成さ
れる。なお、符号８はスリットである。

【００６９】なお、上記第２〜５の各実施例の半導体薄
膜サーミスタも、勿論、赤外線検出素子の検出部に用い
ることができることは言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、この発明では、アモルフ
ァス単一元素薄膜を抵抗体に用いた従来の半導体薄膜サ
ーミスタにおける問題点、高いＢ定数（５０００以
上）のサーミスタが実現しにくい、低濃度ドーピン
グによりＢ定数を高くした場合には、膜質制御および再
現性等に問題がある、また、金属電極との良好なオーミ
ック特性も得られにくい、等を合金化により解決するも
のである。すなわち、この発明では、抵抗体としてアモ
ルファス合金半導体膜を用いたので、高いＢ定数を有す
るサーミスタが膜質の制御が容易で再現性良く実現でき
る。また、Ｂ定数・膜抵抗については、単一元素に加え
る合金化元素（例えば炭素等）の量により自由に変化さ
せることができ、自由度の高いサーミスタ設計と安定し
た製造工程を提供できるものである。

【００７１】この発明は、半導体薄膜の金属電極に接す
る面に単一元素半導体薄膜を設けたので、サーミスタ特
性の低下を解決し、半導体薄膜と金属電極間の良好な接
合強度を得ることができるものである。これらのことか
ら、この発明にかかる赤外線検出素子は、低ノイズ・高
感度なものとなっている。そして、アモルファス合金半
導体薄膜と単一元素半導体薄膜の間に、アモルファス合
金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜の中間の物性を有す
る緩衝層を挿入する場合、バリア障壁による影響を除去
あるいは低減してノイズ・抵抗値のばらつき・Ｂ定数の
低下を防止でき、これによりサーミスタ特性が低減する
のを回避でき、薄膜抵抗体と金属電極間のコンタクトも
より良くなるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す構成説明図。

【図２】この発明の第２の実施例を示す構成説明図。

【図３】この発明の第３の実施例を示す構成説明図。

【図４】この発明の第４の実施例を示す構成説明図。

【図５】この発明の第５の実施例を示す構成説明図。

【図６】上記第１の実施例の半導体薄膜をサーミスタに
用いた場合の、この発明の第６の実施例にかかる赤外線
検出素子の構成説明図。

【図７】この第６の実施例にかかる赤外線検出素子の一
部断面斜視図。

【図８】シリコンカーバイドにおけるガス組成比と炭素
濃度の関係を示すグラフ

【図９】ボロン（Ｂ）によりｐ型にドーピングされた単
一元素半導体のバンド図。

【図10】比較的高濃度にド−ピングされた、合金半導体
のバンド図。

【図11】アモルファスシリコンの一般的なドーピング特
性を示す、ドープ量対膜の導電率特性図。

【図12】アモルファスシリコンの一般的なドーピング特
性を示す、ドープ量対膜の活性化エネルギ−特性図。

【図13】合金半導体薄膜サーミスタの製造において、Ｃ
Ｈ₄濃度を変化させた場合の膜抵抗とＢ定数の変化を示
す特性図。

【図14】金属電極としてのＣｒ膜を用いた場合のａ−Ｓ
ｉ膜、ａ−ＳｉＣ膜に対する一般的なバンド配置図。

【図15】金属電極としてのＣｒ膜、ａ−Ｓｉ膜、ａ−Ｓ
ｉＣ膜をそれぞれ接続させた場合のバンド構造図。

【図16】図１５の等価回路図。

【図17】緩衝層のある場合の半導体薄膜サーミスタにお
けるバンド図。

【図18】緩衝層のある場合の他の半導体薄膜サーミスタ
におけるバンド図。

【図19】この発明の半導体薄膜サーミスタと従来のサー
ミスタの温度特性図。

【図20】図１５の等価回路図。

【図21】クロム電極、ｎ型アモルファスシリコン薄膜
（単一元素半導体薄膜）およびｐ型アモルファスシリコ
ンカーバイト薄膜（アモルファス合金半導体薄膜）にお
けるそれぞれ真空凖位からのバンド図。

【図22】クロム電極と、ｎ型アモルファスシリコン薄膜
（単一元素半導体薄膜）と、ｐ型アモルファスシリコン
カーバイト薄膜（アモルファス合金半導体薄膜）を接触
させた場合のバンド構造図。

【図23】上記第４の実施例の場合のＩ（電流）−Ｖ（電
圧）特性図。

【図24】合金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜を同一導
電型にした構造のＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性図。

【図25】第５の実施例の場合のＩ（電流）−Ｖ（電圧）
特性図。

【図26】第５の実施例の変形例の場合のＩ（電流）−Ｖ
（電圧）特性図。

【符号の説明】

１，３，４，５いずれも、半導体薄膜２，２ａ，２ｂいずれも、クロム（Ｃｒ）電
極（金属電極）２ｃニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）電極
（金属電極）６熱絶縁膜７赤外線吸収膜９半導体薄膜サーミスタ１１ｐ型ａ−ＳｉＣ膜（アモルファス合金半
体薄膜）１２，１２ａ，１２ｂいずれも、ｐ型ａ−Ｓ
ｉ膜（単一元素半導体薄膜）１２ｃ，１２ｄいずれも、ｎ型ａ−Ｓｉ膜
（単一元素半導体薄膜）１３ａ，１３ｂいずれも、緩衝層膜）１５赤外線検出素子の基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相澤浩一大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者中邑卓郎大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度の変化によって抵抗値が変化する抵
抗体が半導体薄膜で形成されており、この半導体薄膜に
それぞれ接するようにして一対の金属電極が設けられて
いる半導体薄膜サーミスタにおいて、前記半導体薄膜
が、前記一対の金属電極と非接触に配置されたアモルフ
ァス合金半導体薄膜と、このアモルファス合金半導体薄
膜と前記一対の金属電極の間に配置された単一元素半導
体薄膜とからなることを特徴とする半導体薄膜サーミス
タ。
【請求項２】アモルファス合金半導体薄膜が、シリコ
ンとシリコン以外の４族系元素および／または５族系元
素との合金からなるアモルファス半導体薄膜である請求
項１記載の半導体薄膜サーミスタ。
【請求項３】アモルファス合金半導体薄膜を構成する
合金がシリコンカーバイトであって薄膜での炭素濃度
〔炭素原子の数／（シリコン原子の数＋炭素原子の
数）〕が０．０１〜０．５である請求項２記載の半導体
薄膜サーミスタ。
【請求項４】アモルファス合金半導体薄膜と単一元素
半導体薄膜とが、ほぼ同じ不純物濃度を有する請求項１
から３までのいずれかに記載の半導体薄膜サーミスタ。
【請求項５】アモルファス合金半導体薄膜と単一元素
半導体薄膜とが、逆導電型となるよう不純物がドーピン
グされている請求項１から４までのいずれかに記載の半
導体薄膜サーミスタ。
【請求項６】一対の金属電極が半導体薄膜を挟むよう
に設けられている請求項１から５までのいずれかに記載
の半導体薄膜サーミスタ。
【請求項７】アモルファス合金半導体薄膜と単一元素
半導体薄膜との間に、前記アモルファス合金半導体薄膜
の組成から前記単一元素半導体薄膜の組成までのいずれ
かの組成を有する緩衝層が少なくとも１層設けられてい
る請求項１から６までのいずれかに記載の半導体薄膜サ
ーミスタ。
【請求項８】緩衝層が２層からなり、この２層がアモ
ルファス合金半導体薄膜と単一元素半導体薄膜の間に生
じる電気的障壁をほぼ３等分するような組成比で構成さ
れている請求項７記載の半導体薄膜サーミスタ。
【請求項９】アモルファス合金半導体薄膜を構成する
合金がシリコンカーバイトであって薄膜での炭素濃度が
約０．３であり、緩衝層が前記アモルファス合金半導体
薄膜側に位置し薄膜での炭素濃度約０．２であるシリコ
ンカーバイトの第１層と、単一元素半導体薄膜側に位置
し薄膜での炭素濃度約０．１であるシリコンカーバイト
の第２層とからなる請求項８記載の半導体薄膜サーミス
タ。
【請求項10】緩衝層がアモルファス合金半導体薄膜の
組成から単一元素半導体薄膜の組成まで連続的に組成を
変化させた層である請求項７記載の半導体薄膜サーミス
タ。
【請求項11】アモルファス合金半導体薄膜を構成する
合金がシリコンカーバイトであって薄膜での炭素濃度が
約０．３であり、緩衝層が前記アモルファス合金半導体
薄膜側から連続して炭素濃度が約０．３〜０の間で大き
く変化しているシリコンカーバイトである請求項１０記
載の半導体薄膜サーミスタ。
【請求項12】アモルファス合金半導体薄膜がｐ型のシ
リコンカーバイトである請求項１から１１までのいずれ
かに記載の半導体薄膜サーミスタ。
【請求項13】一部が貫通または削りとられた基板と、
この貫通または削りとられた部分に跨がって形成された
熱絶縁膜と、この熱絶縁膜上に配置された赤外線吸収膜
および半導体薄膜サーミスタからなる薄型の赤外線検出
部とを備えた赤外線検出素子において、前記半導体薄膜
サーミスタとして請求項１から１２までのいずれかに記
載の半導体薄膜サーミスタが用いられていることを特徴
とする赤外線検出素子。