JPH0640825U

JPH0640825U - スペクトル分析装置

Info

Publication number: JPH0640825U
Application number: JP7558992U
Authority: JP
Inventors: 寧尾上; 秀章山岸; 仁原; 直輝岸
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】ＭＩＭトンネル接合を用いた電界検出型の光
検出器を検出部に用いることにより、冷却不要の高感
度、高応答速度、小型の赤外〜可視光領域のスペクトル
分析装置を実現する。【構成】レーザダイオードや発光ダイオードなどの発
光素子のスペクトルを測定し、その発光波長や波長半値
幅などの波長領域でのスペクトル分析を行うスペクトル
分析装置において、前記装置を構成する光検出器として
ＭＩＭトンネル接合を用いた電界検出型の光検出器とし
たことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）トンネル接合の光応答を利用した光検出器を用いた赤外〜可視光領域のスペクトル分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

通常、スペクトル分析装置は、大別して、光源と分光器と検出器の３つの構成要素からなる。この内、検出器は赤外・可視光の両領域にて高い一様な感度を持っているものは少ない。また、赤外領域の光検出器としては、量子型の半導体センサと熱型の焦電素子などが使われているが、前者は光エネルギを半導体内キャリアのバンドキャップ間の励起に用いるものであるが、波長領域により感度が異なり、長波長（赤外）領域での使用時は液体窒素、液体ヘリウムなどによる冷却も必要となる。一方、後者の熱型センサは、光照射によるエネルギを熱に変換し、これを分極率，抵抗率などの変化として出力するもので、原理的に感度が低いため、受光面積を大きくすることや、応答速度が遅いため、広範囲のスペクトル分析には時間がかかるという欠点を持っている。

【０００３】また、従来の点接触ダイオードおよびＭＩＭトンネル接合は、赤外光線に反応することは判っており、現状では構造上、不安定で数時間の使用が限界であるが、量子型と同様、或いはそれ以下の面積（体積）で高応答速度、高感度、冷却不要の検出器を作製することができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、上記従来技術の課題を踏まえてなされたものであり、ＭＩＭトンネル接合を用いた電界検出型の光検出器を検出部に用いることにより、冷却不要の高感度、高応答速度、小型の赤外〜可視光領域のスペクトル分析装置を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための本考案の構成は、レーザダイオードや発光ダイオードなどの発光素子のスペクトルを測定し、その発光波長や波長半値幅などの波長領域でのスペクトル分析を行うスペクトル分析装置において、前記装置を構成する光検出器としてＭＩＭトンネル接合を用いた電界検出型の光検出器としたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】

本考案によれば、微小で寸法安定性の高い、機械的に安定なＭＩＭトンネル接合を用いた赤外〜可視光領域の光検出器を用い、光源と分光光学系と合わせてスペクトル分析装置を実現している。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案を図面に基づいて説明する。まず、ＭＩＭトンネル接合は最終的に＜１０ｎｍ□以下の接合面積で、電極間は極薄い（１〜１０ｎｍ）絶縁層（自然酸化膜など）で隔てられた構造であり、機械的に安定な構造で作られ、必要に応じて、この上下に集光レンズや集光鏡を組み合わせ、光検出器を形成する。この光検出器に、光源、試料への入射光学系、分光光学系（波長選択系）、光検出器への出射光学系を組み合わせることによりスペクトル分析装置が構成される。

【０００８】図１は本発明のスペクトル分析装置の光検出器に用いる光検出素子の一実施例を示す構成図である。図１（イ）において、光検出素子は、誘電体膜２と、誘電体膜２の一方の面に形成される第１導電体１と、誘電体膜２の他方の面より誘電体膜２を貫通し、第１導電体１に達する導電体穴３と、この導電体穴３の底面に形成されるトンネル障壁絶縁膜４と、導電体穴３にトンネル障壁絶縁膜４を介して金属が埋め込まれて形成される第２導電体５とで構成されている。

【０００９】第１導電体１は例えばニッケル製であり、第１導電体１と第２導電体５の少なくとも一方は、被測定光を受けるアンテナとして機能し、所望の波長帯域に対して検出感度を持つように適当な形状寸法に、例えば図１（ロ）に示すような螺旋状にパターニングされる。誘電体膜２は例えば二酸化シリコンや窒化シリコンの膜であり、その厚さは５００〜１０００オングストロームで、トンネル障壁絶縁膜４の厚さは数十オングストロームである。

【００１０】導電体穴３は真空中で例えばガリウムの集束イオンビームを誘電体膜２に照射することによって形成されるので、導電体穴３の曲率半径は集束イオンビームの径によって決定される。そして第１導電体１とトンネル障壁絶縁膜４と第２導電体５とでＭＩＭ接合を形成し、トンネル障壁絶縁膜４と第２導電体５との接触面積は導電体穴３の径で決まり、１０^-11ｃｍ²程度となる。なお、このトンネル障壁絶縁膜４と第２導電体５との接触面積が小さいほど、検出感度は高く、応答速度も速くなる。

【００１１】この図１に示す光検出素子を用いた光検出の動作を図２，図３を用いて説明する。図２において、第１導電体１と第２導電体５との間に電圧源１１と電流計１２が直列に接続されている。光検出素子はＭＩＭ接合を持っているので、図３に示すような非直線性を持ったトンネルダイオードの電流−電圧特性を示すこととなる。したがって、予め第一導電体１と第二導電体５の間に必要に応じ、バイアス電圧を印加し、ＭＩＭ接合部または受波（アンテナ）部に赤外〜可視領域の光を照射すると、光電場の振幅振動がトンネルダイオードの非線形Ｉ−Ｖ特性により出力電流の変化として検出される。つまり、第一導電体１と第二導電体５の少なくとも一方に入射した被測定光による光電場を検波して、光電場の振幅に対応する検出電流を出力することができる。この整流信号を光量に換算する。そして、波長選択系（分光器）の波長情報（あるいは光源の波長情報）と組み合わせ、各波長ごとの透過率・反射率・吸光度などを知ることからスペクトル分析を行うことができる。

【００１２】なお、スペクトル分析の手法には、単光路／複光路、ＦＴ法、時間分解法などいろいろな手法があるが、本ＭＩＭ検出器を用いる場合、通常の赤外／紫外・可視スペクトル分光法の全ての手法を応用することができる。また、マイクロマシニング技術を用いて各要素の一部または全部をワンチップ化することも可能である。

【００１３】

【考案の効果】

以上、実施例と共に具体的に説明したように、本考案によれば、ＭＩＭトンネル接合を電界検出型の光検出器として用いることにより、冷却不要、高応答速度、高感度、小型の赤外〜可視光領域のスペクトル分析装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のスペクトル分析装置の検出器に用いる
光検出素子の一実施例を示す構成図である。

【図２】ＭＩＭトンネル接合による光検出の動作を示す
図である。

【図３】ＭＩＭダイオードの電流−電圧特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１第１導電体２誘電体膜３導電体穴４トンネル障壁絶縁膜５第２導電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者岸直輝東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】レーザダイオードや発光ダイオードなど
の発光素子のスペクトルを測定し、その発光波長や波長
半値幅などの波長領域でのスペクトル分析を行うスペク
トル分析装置において、前記装置を構成する光検出器としてＭＩＭトンネル接合
を用いた電界検出型の光検出器としたことを特徴とする
スペクトル分析装置。