JPH11248531A - ダイヤモンド膜紫外線センサ及びセンサアレイ - Google Patents
ダイヤモンド膜紫外線センサ及びセンサアレイInfo
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- JPH11248531A JPH11248531A JP10052548A JP5254898A JPH11248531A JP H11248531 A JPH11248531 A JP H11248531A JP 10052548 A JP10052548 A JP 10052548A JP 5254898 A JP5254898 A JP 5254898A JP H11248531 A JPH11248531 A JP H11248531A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽光に影響されず、応答速度が速く、耐熱
性が優れており、紫外線検出感度が高い実用的なダイヤ
モンド膜紫外線センサを提供する。 【解決手段】 基板１と、この基板上に気相合成により
一軸性に配向成長したダイヤモンド膜２と、このダイヤ
モンド膜上に形成された第１電極３及び第２電極４とを
有する。ダイヤモンド膜２は膜厚が１乃至４０μｍであ
り、このダイヤモンド膜２が紫外線検出層となる。
性が優れており、紫外線検出感度が高い実用的なダイヤ
モンド膜紫外線センサを提供する。 【解決手段】 基板１と、この基板上に気相合成により
一軸性に配向成長したダイヤモンド膜２と、このダイヤ
モンド膜上に形成された第１電極３及び第２電極４とを
有する。ダイヤモンド膜２は膜厚が１乃至４０μｍであ
り、このダイヤモンド膜２が紫外線検出層となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高品質のダイヤモン
ド膜を使用し、耐熱性を有すると共に、太陽光の影響を
受けない高感度なダイヤモンド膜紫外線センサ及びアレ
イに関する。
ド膜を使用し、耐熱性を有すると共に、太陽光の影響を
受けない高感度なダイヤモンド膜紫外線センサ及びアレ
イに関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドはバンドギャップが約５．
５ｅＶと大きく、これが他の半導体材料では得られない
特異な点である。アンドープのダイヤモンドは絶縁体で
あるが、不純物元素のドーピングにより半導体化でき
る。またダイヤモンドは耐熱性が優れており、室温では
物質中最大の熱伝導率を有するので、耐熱性の電子デバ
イス材料としての用途が期待されている。更に、ダイヤ
モンドは絶縁破壊電界が高く、電気絶縁性が優れている
ので、耐電圧性が要求される電子デバイス材料として優
れている。更にまた、ダイヤモンド中の電子及び正孔の
移動度は夫々１８００及び１６００ｃｍ2Ｗ／ｓと大き
く、飽和電子速度も２．７×１０7ｃｍ／ｓと大きいの
で、高速応答が要求される電子デバイス材料としても優
れている。
５ｅＶと大きく、これが他の半導体材料では得られない
特異な点である。アンドープのダイヤモンドは絶縁体で
あるが、不純物元素のドーピングにより半導体化でき
る。またダイヤモンドは耐熱性が優れており、室温では
物質中最大の熱伝導率を有するので、耐熱性の電子デバ
イス材料としての用途が期待されている。更に、ダイヤ
モンドは絶縁破壊電界が高く、電気絶縁性が優れている
ので、耐電圧性が要求される電子デバイス材料として優
れている。更にまた、ダイヤモンド中の電子及び正孔の
移動度は夫々１８００及び１６００ｃｍ2Ｗ／ｓと大き
く、飽和電子速度も２．７×１０7ｃｍ／ｓと大きいの
で、高速応答が要求される電子デバイス材料としても優
れている。
【０００３】ダイヤモンド膜の気相合成法としては、マ
イクロ波化学気相蒸着（ＣＶＤ）法（例えば、特公昭５
９−２７７Ｓ４、特公昭６１−３３２０）、高周波プラ
ズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、直流プラズマ
ＣＶＤ法、ブラズマジェット法、燃焼法及び熱ＣＶＤ法
などが知られている。天然ダイヤモンド又は高温高圧合
成による単結晶ダイヤモンドに比べて、気相合成法では
膜状のダイヤモンドが大面積及び低コストで得られると
いう特徴がある。
イクロ波化学気相蒸着（ＣＶＤ）法（例えば、特公昭５
９−２７７Ｓ４、特公昭６１−３３２０）、高周波プラ
ズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、直流プラズマ
ＣＶＤ法、ブラズマジェット法、燃焼法及び熱ＣＶＤ法
などが知られている。天然ダイヤモンド又は高温高圧合
成による単結晶ダイヤモンドに比べて、気相合成法では
膜状のダイヤモンドが大面積及び低コストで得られると
いう特徴がある。
【０００４】また、ボロン（Ｂ）原子をドーピングする
ことにより、ｐ型半導体ダイヤモンドを合成する技術は
特開昭５９−１３７３９６に開示されている。
ことにより、ｐ型半導体ダイヤモンドを合成する技術は
特開昭５９−１３７３９６に開示されている。
【０００５】通常のダイヤモンド膜は粒子がランダムに
配向した多結晶膜である。しかし、合成条件を調整する
ことにより、膜表面のほとんど全ての領域がダイヤモン
ド（１１１）結晶面又は（１００）結晶面から構成され
るダイヤモンド膜を形成することができる。また、基板
に（１００）又は（１１１）方位の単結晶シリコンを使
用し、「バイアス核発生」とよばれる前処理を施すと、
この基板上にはダイヤモンドの（１００）又は（１１
１）結晶面が膜面内で配向した「高配向膜」が合成され
る（M. R. Roesler et al；2nd International Confere
nce on the Applications of Diamond Films and Relat
ed Materials, Ed. M. Yoshikawa et al.,MYU. Tokyo,
1993, pp.691-696）。
配向した多結晶膜である。しかし、合成条件を調整する
ことにより、膜表面のほとんど全ての領域がダイヤモン
ド（１１１）結晶面又は（１００）結晶面から構成され
るダイヤモンド膜を形成することができる。また、基板
に（１００）又は（１１１）方位の単結晶シリコンを使
用し、「バイアス核発生」とよばれる前処理を施すと、
この基板上にはダイヤモンドの（１００）又は（１１
１）結晶面が膜面内で配向した「高配向膜」が合成され
る（M. R. Roesler et al；2nd International Confere
nce on the Applications of Diamond Films and Relat
ed Materials, Ed. M. Yoshikawa et al.,MYU. Tokyo,
1993, pp.691-696）。
【０００６】基板に白金を用いると、結晶欠陥が少ない
ダイヤモンド膜を合成することができる。更に、基板が
単結晶白金でその表面が白金（１１１）結晶面である場
合には、気相合成によりダイヤモンド（１１１）結晶面
が融合した、単結晶ダイヤモンドに近い高品質のダイヤ
モンド薄膜が合成される。これは高配向膜の一種である
が、「融合膜」といわれている。
ダイヤモンド膜を合成することができる。更に、基板が
単結晶白金でその表面が白金（１１１）結晶面である場
合には、気相合成によりダイヤモンド（１１１）結晶面
が融合した、単結晶ダイヤモンドに近い高品質のダイヤ
モンド薄膜が合成される。これは高配向膜の一種である
が、「融合膜」といわれている。
【０００７】ダイヤモンドの電気的特性はダイヤモンド
表面処理により強く影響されることが知られている。ダ
イヤモンド表面を水素プラズマで処理すると、表面に導
電性を帯びる。逆に、表面を酸素プラズマなどで酸化す
ると、電気的絶縁性となることが知られている。
表面処理により強く影響されることが知られている。ダ
イヤモンド表面を水素プラズマで処理すると、表面に導
電性を帯びる。逆に、表面を酸素プラズマなどで酸化す
ると、電気的絶縁性となることが知られている。
【０００８】ダイヤモンドはバンドギャップが５．５ｅ
Ｗ（波長では約２２５ｎｍに対応する）であるので、２
２５ｎｍより長波長の光は完全に透過する。太陽光のス
ペクトル、とりわけ可視光領域はその殆どが２２５ｎｍ
より長波長側にあるので、ダイヤモンドにより殆ど吸収
されない。
Ｗ（波長では約２２５ｎｍに対応する）であるので、２
２５ｎｍより長波長の光は完全に透過する。太陽光のス
ペクトル、とりわけ可視光領域はその殆どが２２５ｎｍ
より長波長側にあるので、ダイヤモンドにより殆ど吸収
されない。
【０００９】気相合成により形成した多結晶ダイヤモン
ド膜の紫外線センサとしての応用は、例えば、S. M. Ch
an, phys. stat. solidi.(a), Vol.154, p.445(1996)に
記載されている。基板上にダイヤモンド膜を形成し、こ
のダイヤモンド膜上に、１対の電極を形成し、前記ダイ
ヤモンド膜の表面に紫外線を入射する。そうすると、ダ
イヤモンド膜中で電子及びホール対が生成する。正電極
と負電極との間に直流電圧が印加されているので、この
電界に従って電子及びホールがダイヤモンド中を移動し
て、夫々正電極及び負電極に到達し、電流が発生する。
この電流を検知することにより、入射紫外線量を計測す
る。
ド膜の紫外線センサとしての応用は、例えば、S. M. Ch
an, phys. stat. solidi.(a), Vol.154, p.445(1996)に
記載されている。基板上にダイヤモンド膜を形成し、こ
のダイヤモンド膜上に、１対の電極を形成し、前記ダイ
ヤモンド膜の表面に紫外線を入射する。そうすると、ダ
イヤモンド膜中で電子及びホール対が生成する。正電極
と負電極との間に直流電圧が印加されているので、この
電界に従って電子及びホールがダイヤモンド中を移動し
て、夫々正電極及び負電極に到達し、電流が発生する。
この電流を検知することにより、入射紫外線量を計測す
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の紫外線センサは、（紫外線照射時の光電流）／（紫
外線非照射時の暗電流）の比で表される紫外線検出感度
が小さいという欠点を有する。また、感度を向上させる
ために電極間に高電圧を印加しようとしても、耐電圧が
低いので、ダイヤモンド膜表面で絶縁破壊が生じるとい
う問題がある。
来の紫外線センサは、（紫外線照射時の光電流）／（紫
外線非照射時の暗電流）の比で表される紫外線検出感度
が小さいという欠点を有する。また、感度を向上させる
ために電極間に高電圧を印加しようとしても、耐電圧が
低いので、ダイヤモンド膜表面で絶縁破壊が生じるとい
う問題がある。
【００１１】ダイヤモンドが有する本来の特性が発揮で
きれば、太陽光に影響されず、高速で応答し、高感度
で、耐熱性が優れた紫外線センサを実現することができ
る。しかしながら、従来技術で作製された紫外線センサ
の特性は、このような機能が十分に発揮されているとは
いえない。これは（１）ダイヤモンドの結晶性（欠陥密
度）及び（２）紫外線センサの構造に主たる問題がある
からである。
きれば、太陽光に影響されず、高速で応答し、高感度
で、耐熱性が優れた紫外線センサを実現することができ
る。しかしながら、従来技術で作製された紫外線センサ
の特性は、このような機能が十分に発揮されているとは
いえない。これは（１）ダイヤモンドの結晶性（欠陥密
度）及び（２）紫外線センサの構造に主たる問題がある
からである。
【００１２】また、紫外線センサに用いるダイヤモンド
膜は表面を絶縁性にするために酸化処理されるが、長時
間の紫外線照射や強い紫外線の照射によって、表面に化
学吸着していた酸素が脱離し、表面が導電性を帯び暗電
流が増加してしまうという問題点がある。
膜は表面を絶縁性にするために酸化処理されるが、長時
間の紫外線照射や強い紫外線の照射によって、表面に化
学吸着していた酸素が脱離し、表面が導電性を帯び暗電
流が増加してしまうという問題点がある。
【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、太陽光に影響されず、応答速度が速く、耐
熱性が優れており、紫外線検出感度が高い実用的なダイ
ヤモンド膜紫外線センサを提供することを目的とする。
のであって、太陽光に影響されず、応答速度が速く、耐
熱性が優れており、紫外線検出感度が高い実用的なダイ
ヤモンド膜紫外線センサを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のダイ
ヤモンド膜紫外線センサは、基板と、この基板上に気相
合成により一軸性に配向成長した膜厚が１乃至４０μｍ
のダイヤモンド膜からなる紫外線検出層と、この紫外線
検出層に接触した少なくとも１対の第１電極及び第２電
極とを有することを特徴とする。
ヤモンド膜紫外線センサは、基板と、この基板上に気相
合成により一軸性に配向成長した膜厚が１乃至４０μｍ
のダイヤモンド膜からなる紫外線検出層と、この紫外線
検出層に接触した少なくとも１対の第１電極及び第２電
極とを有することを特徴とする。
【００１５】本発明に係る第２のダイヤモンド膜紫外線
センサは、基板と、この基板上に気相合成により局所的
に又は全面的にへテロエピタキシャル成長した膜厚が１
乃至４０μｍのダイヤモンド膜からなる紫外線検出層
と、この紫外線検出層に接触した少なくとも１対の電極
とを有することを特徴とする。
センサは、基板と、この基板上に気相合成により局所的
に又は全面的にへテロエピタキシャル成長した膜厚が１
乃至４０μｍのダイヤモンド膜からなる紫外線検出層
と、この紫外線検出層に接触した少なくとも１対の電極
とを有することを特徴とする。
【００１６】本発明に係るダイヤモンド膜紫外線センサ
は、基板母材に紫外線を反射する金属薄膜が蒸着された
基板と、この基板上に気相合成により形成された膜厚が
１乃至４０μｍのダイヤモンド膜からなる紫外線検出層
と、この紫外線検出層に接触した少なくとも１対の電極
とを有することを特徴とする。
は、基板母材に紫外線を反射する金属薄膜が蒸着された
基板と、この基板上に気相合成により形成された膜厚が
１乃至４０μｍのダイヤモンド膜からなる紫外線検出層
と、この紫外線検出層に接触した少なくとも１対の電極
とを有することを特徴とする。
【００１７】本発明に係る第１のダイヤモンド膜紫外線
センサアレイは、上記本発明に係る紫外線センサが、少
なくとも一方向に複数個並べられていることを特徴とす
る。
センサアレイは、上記本発明に係る紫外線センサが、少
なくとも一方向に複数個並べられていることを特徴とす
る。
【００１８】本発明に係る第２のダイヤモンド膜紫外線
センサアレイは、上記本発明に係る紫外線センサが少な
くとも一方向に複数個並べられて構成された単位構造
を、ダイヤモンド膜の厚さ方向に２回以上繰り返して構
成された積層構造を有することを特徴とする。
センサアレイは、上記本発明に係る紫外線センサが少な
くとも一方向に複数個並べられて構成された単位構造
を、ダイヤモンド膜の厚さ方向に２回以上繰り返して構
成された積層構造を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例に係るダイヤモンド膜紫外線センサを示す模式図
である。基板１上にダイヤモンド膜２が形成されてお
り、ダイヤモンド膜２上には１対の第１電極３及び第２
電極４が形成されている。
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例に係るダイヤモンド膜紫外線センサを示す模式図
である。基板１上にダイヤモンド膜２が形成されてお
り、ダイヤモンド膜２上には１対の第１電極３及び第２
電極４が形成されている。
【００２０】紫外線がダイヤモンド膜２の表面に入射す
ると、ダイヤモンド膜２内で電子及びホールの対が生成
する。これを第１電極３及び第２電極４により検出する
ことにより、紫外線を検知することができる。
ると、ダイヤモンド膜２内で電子及びホールの対が生成
する。これを第１電極３及び第２電極４により検出する
ことにより、紫外線を検知することができる。
【００２１】このデバイス構造は従来の紫外線センサと
同様である。本発明においては、ダイヤモンド膜２が気
相合成により一軸性に配向成長しており、その膜厚が１
乃至４０μｍであることが従来のセンサと異なる。
同様である。本発明においては、ダイヤモンド膜２が気
相合成により一軸性に配向成長しており、その膜厚が１
乃至４０μｍであることが従来のセンサと異なる。
【００２２】本発明の課題を解決するためには、先ず、
ダイヤモンドの欠陥密度を低減し、結晶性を向上させる
ことが必要である。このため、本第１実施例において
は、気相合成により基板上に一軸性に配向成長したダイ
ヤモンド膜を紫外線検出層として使用する。一軸性に配
向したダイヤモンド膜中の粒界密度は従来技術で使用さ
れていたような配向がランダムな多結晶膜より著しく小
さい。このため、本実施例のように、一軸性に配向した
ダイヤモンド膜を使用することにより、紫外線受光によ
り生成した電子及びホールがトラップされたり、移動が
妨げられることが少ないので、紫外線検出感度が向上す
る。
ダイヤモンドの欠陥密度を低減し、結晶性を向上させる
ことが必要である。このため、本第１実施例において
は、気相合成により基板上に一軸性に配向成長したダイ
ヤモンド膜を紫外線検出層として使用する。一軸性に配
向したダイヤモンド膜中の粒界密度は従来技術で使用さ
れていたような配向がランダムな多結晶膜より著しく小
さい。このため、本実施例のように、一軸性に配向した
ダイヤモンド膜を使用することにより、紫外線受光によ
り生成した電子及びホールがトラップされたり、移動が
妨げられることが少ないので、紫外線検出感度が向上す
る。
【００２３】なお、紫外線検出感度は膜厚に依存し、図
３に示すように、膜厚が１μｍ未満では感度が低く、膜
厚が１μｍ以上になると感度が著しく増大する。一方、
膜厚が４０μｍを超えると、ダイヤモンド膜の合成に長
時間が必要となり、製造コストが増大する。このため膜
厚は１乃至４０μｍとすることが必要である。
３に示すように、膜厚が１μｍ未満では感度が低く、膜
厚が１μｍ以上になると感度が著しく増大する。一方、
膜厚が４０μｍを超えると、ダイヤモンド膜の合成に長
時間が必要となり、製造コストが増大する。このため膜
厚は１乃至４０μｍとすることが必要である。
【００２４】本発明の第２実施例は、気相合成により局
所的に又は全面的にへテロエピタキシャル成長し、膜厚
が１乃至４０μｍのダイヤモンド膜を紫外線検出層とし
て使用する。このように、ダイヤモンドの結晶性を向上
するための第２の手段は、一軸性よりさらに配向度の高
いニ軸性配向のダイヤモンド、更に望ましくは電流が流
れる方向に粒界が無いか、又は実質上、粒界の無い単結
晶のダイヤモンド膜を紫外線検出層として使用すること
である。このようなダイヤモンド膜は、例えば気相合成
により基板上にへテロエビタキシャル成長させることに
より作製することができる。へテロエピタキシャル・ダ
イヤモンド膜中の粒界密度は、一軸性配向ダイヤモンド
膜よりさらに小さいので、紫外線検出感度が−層向上す
る。
所的に又は全面的にへテロエピタキシャル成長し、膜厚
が１乃至４０μｍのダイヤモンド膜を紫外線検出層とし
て使用する。このように、ダイヤモンドの結晶性を向上
するための第２の手段は、一軸性よりさらに配向度の高
いニ軸性配向のダイヤモンド、更に望ましくは電流が流
れる方向に粒界が無いか、又は実質上、粒界の無い単結
晶のダイヤモンド膜を紫外線検出層として使用すること
である。このようなダイヤモンド膜は、例えば気相合成
により基板上にへテロエビタキシャル成長させることに
より作製することができる。へテロエピタキシャル・ダ
イヤモンド膜中の粒界密度は、一軸性配向ダイヤモンド
膜よりさらに小さいので、紫外線検出感度が−層向上す
る。
【００２５】一軸性配向及び二軸性配向ダイヤモンドの
何れの場合においても、図２に示すように、特にダイヤ
モンド膜表面の５０％以上がダイヤモンド（１００）又
は（１１１）結晶面から向性されている場合は高感度に
なる。
何れの場合においても、図２に示すように、特にダイヤ
モンド膜表面の５０％以上がダイヤモンド（１００）又
は（１１１）結晶面から向性されている場合は高感度に
なる。
【００２６】基板材料として、所定の基板母材上に白金
又は白金を５０％以上含む合金の薄膜が蒸着されたもの
を用いると、成長するダイヤモンド膜中の欠陥密度が低
くなる。またこの薄膜が白金又は白金を５０％以上含む
合金の（１１１）又は（１００）単結晶薄膜、あるいは
イリジウム又はイリジウムを５０％以上含む合金の（１
１１）又は（１００）単結晶薄膜である場合には、ダイ
ヤモンド膜がへテロエピタキシャル成長し、「融合膜」
とよばれる高配向膜を合成でき、このようなダイヤモン
ド膜中の欠陥密度は一層低くなる。
又は白金を５０％以上含む合金の薄膜が蒸着されたもの
を用いると、成長するダイヤモンド膜中の欠陥密度が低
くなる。またこの薄膜が白金又は白金を５０％以上含む
合金の（１１１）又は（１００）単結晶薄膜、あるいは
イリジウム又はイリジウムを５０％以上含む合金の（１
１１）又は（１００）単結晶薄膜である場合には、ダイ
ヤモンド膜がへテロエピタキシャル成長し、「融合膜」
とよばれる高配向膜を合成でき、このようなダイヤモン
ド膜中の欠陥密度は一層低くなる。
【００２７】特に、基板母材（１１１）又は（１００）
単結晶面を有するチタン酸ストロンチウム又は酸化マグ
ネシウムであれば、白金又はイリジウム単結晶膜を形成
することが容易である。
単結晶面を有するチタン酸ストロンチウム又は酸化マグ
ネシウムであれば、白金又はイリジウム単結晶膜を形成
することが容易である。
【００２８】基板として（１００）又は（１１１）結晶
面を有する炭化珪素単結晶又は所定の基板母材にコーテ
ィングされた（１００）又は（１１１）結晶面を有する
炭化珪素単結晶膜を使用すれば、（１００）又は（１１
１）配向した高配向膜が成長する。配向がランダムな従
来技術による多結晶膜と比べて、このようなダイヤモン
ド膜中の欠陥密度は小さい。
面を有する炭化珪素単結晶又は所定の基板母材にコーテ
ィングされた（１００）又は（１１１）結晶面を有する
炭化珪素単結晶膜を使用すれば、（１００）又は（１１
１）配向した高配向膜が成長する。配向がランダムな従
来技術による多結晶膜と比べて、このようなダイヤモン
ド膜中の欠陥密度は小さい。
【００２９】図４は本発明の第３実施例に係るダイヤモ
ンド膜紫外線センサを示す。本実施例においては、ダイ
ヤモンド膜２と基板１との間に第３電極５が設けられて
いる点が構造上第１実施例及び第２実施例と異なる。こ
の第３実施例においては、第１電極３から第２電極４に
向かう第１電界１１と、第３電極５から第２電極４に向
かう第２電界１２と、第１電極３から第３電極５に向か
う第３電界１３とが形成される。
ンド膜紫外線センサを示す。本実施例においては、ダイ
ヤモンド膜２と基板１との間に第３電極５が設けられて
いる点が構造上第１実施例及び第２実施例と異なる。こ
の第３実施例においては、第１電極３から第２電極４に
向かう第１電界１１と、第３電極５から第２電極４に向
かう第２電界１２と、第１電極３から第３電極５に向か
う第３電界１３とが形成される。
【００３０】この第３実施例は、紫外線センサの構造を
改善したものであり、これによって、紫外線検出感度を
大幅に向上できる。図４に示すように、基板１母材に紫
外線を反射する金属薄膜を蒸着して第３電極５を形成
し、更に、気相合成により膜厚が１乃至４０μｍのダイ
ヤモンド膜を形成してこれを紫外線検出層とする。
改善したものであり、これによって、紫外線検出感度を
大幅に向上できる。図４に示すように、基板１母材に紫
外線を反射する金属薄膜を蒸着して第３電極５を形成
し、更に、気相合成により膜厚が１乃至４０μｍのダイ
ヤモンド膜を形成してこれを紫外線検出層とする。
【００３１】これにより、ダイヤモンド膜２の表面に入
射した紫外線は膜中で吸収され、電子・ホール対を生成
するが、一部は吸収されずに基板１に入射しようとす
る。しかし、基板１とダイヤモンド膜２との間に紫外線
を反射する金属薄膜である第３電極５が形成されている
ので、紫外線はダイヤモンド膜表面に向かって反射さ
れ、ダイヤモンド膜中で多重反射が起きる。紫外線が膜
中で吸収されて電子・ホール対を生成する確率は、膜中
の紫外線の通過経路が長くなるほど大きくなるので、紫
外線の多重反射を起こさせる金属膜（第３電極５）が存
在することにより、紫外線検出感度が著しく増大する。
本発明者らの実験研究の結果、このような構造のダイヤ
モンド膜紫外線センサの方が、単結晶ダイヤモンドを用
いた場合より、紫外線検出感度が優れていることを見出
した。
射した紫外線は膜中で吸収され、電子・ホール対を生成
するが、一部は吸収されずに基板１に入射しようとす
る。しかし、基板１とダイヤモンド膜２との間に紫外線
を反射する金属薄膜である第３電極５が形成されている
ので、紫外線はダイヤモンド膜表面に向かって反射さ
れ、ダイヤモンド膜中で多重反射が起きる。紫外線が膜
中で吸収されて電子・ホール対を生成する確率は、膜中
の紫外線の通過経路が長くなるほど大きくなるので、紫
外線の多重反射を起こさせる金属膜（第３電極５）が存
在することにより、紫外線検出感度が著しく増大する。
本発明者らの実験研究の結果、このような構造のダイヤ
モンド膜紫外線センサの方が、単結晶ダイヤモンドを用
いた場合より、紫外線検出感度が優れていることを見出
した。
【００３２】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。この第４実施例においては、その構造は図１に示す
ものと同等であるが、ダイヤモンド膜２の表面に適切な
凹凸を形成した点が第１実施例と異なる。これにより、
ダイヤモンド膜の個々のダイヤモンド粒子に対する紫外
線の入射角度が浅くなるため、粒子表面又は粒界で全内
部反射される確率が増大し、入射紫外線がダイヤモンド
膜中で吸収される確率が高まる。
る。この第４実施例においては、その構造は図１に示す
ものと同等であるが、ダイヤモンド膜２の表面に適切な
凹凸を形成した点が第１実施例と異なる。これにより、
ダイヤモンド膜の個々のダイヤモンド粒子に対する紫外
線の入射角度が浅くなるため、粒子表面又は粒界で全内
部反射される確率が増大し、入射紫外線がダイヤモンド
膜中で吸収される確率が高まる。
【００３３】図５は横軸にダイヤモンド膜表面の平均粗
度（Ｒａ）をとり、縦軸に紫外線感度をとって、表面粗
度の感度に及ぼす影響を示すグラフ図である。この本願
発明者らの実験結果によれば、平均粗度（Ｒａ）が０．
１乃至３オングストロームである場合に、紫外線感度が
最大となる。また、ダイヤモンド膜表面が平均面積１乃
至２５μｍ2の結晶面から構成される場合に、そのダイ
ヤモンド膜の紫外線検出感度が最も高くなる。よって、
ダイヤモンド膜表面が平均面積１乃至２５μｍ2の結晶
面から構成され、平均粗度（Ｒａ）が０．１乃至３オン
グストロームである場合に、紫外線検出感度が最も高く
なる。
度（Ｒａ）をとり、縦軸に紫外線感度をとって、表面粗
度の感度に及ぼす影響を示すグラフ図である。この本願
発明者らの実験結果によれば、平均粗度（Ｒａ）が０．
１乃至３オングストロームである場合に、紫外線感度が
最大となる。また、ダイヤモンド膜表面が平均面積１乃
至２５μｍ2の結晶面から構成される場合に、そのダイ
ヤモンド膜の紫外線検出感度が最も高くなる。よって、
ダイヤモンド膜表面が平均面積１乃至２５μｍ2の結晶
面から構成され、平均粗度（Ｒａ）が０．１乃至３オン
グストロームである場合に、紫外線検出感度が最も高く
なる。
【００３４】上記ダイヤモンド膜表面の凹凸は、ダイヤ
モンド膜の気相合成条件を制御して、表面形態を制御す
ることにより形成できる。即ち、ダイヤモンド核発生及
び成長条件を制御することにより、ダイヤモンド膜表面
にピラミッド状の突起が集合した結晶面を形成できる。
モンド膜の気相合成条件を制御して、表面形態を制御す
ることにより形成できる。即ち、ダイヤモンド核発生及
び成長条件を制御することにより、ダイヤモンド膜表面
にピラミッド状の突起が集合した結晶面を形成できる。
【００３５】図６は本発明の第５実施例を示す模式図で
ある。基板１上にダイヤモンド膜２が形成されており、
このダイヤモンド膜２上に第１電極３及び第２電極４が
形成されているが、このダイヤモンド膜２の表面には、
フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、表面に
凹凸１４が形成されている。
ある。基板１上にダイヤモンド膜２が形成されており、
このダイヤモンド膜２上に第１電極３及び第２電極４が
形成されているが、このダイヤモンド膜２の表面には、
フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、表面に
凹凸１４が形成されている。
【００３６】本実施例においては、フォトリソグラフィ
及びエッチングにより凹凸１４を形成するので、任意の
形状にダイヤモンド膜２の表面を加工できるので、紫外
線センサの感度制御が可能になる。また、ダイヤモンド
膜２の表面にこのような凹凸１４を与えることにより、
電極間の表面経路が長くなるので、耐電圧性が向上す
る。更に、少なくとも電極間のダイヤモンド表面に所定
の方法（化学処理又はプラズマ処理）で酸素を化学吸着
させれば、ダイヤモンド膜表面の絶縁破壊を防止でき
る。
及びエッチングにより凹凸１４を形成するので、任意の
形状にダイヤモンド膜２の表面を加工できるので、紫外
線センサの感度制御が可能になる。また、ダイヤモンド
膜２の表面にこのような凹凸１４を与えることにより、
電極間の表面経路が長くなるので、耐電圧性が向上す
る。更に、少なくとも電極間のダイヤモンド表面に所定
の方法（化学処理又はプラズマ処理）で酸素を化学吸着
させれば、ダイヤモンド膜表面の絶縁破壊を防止でき
る。
【００３７】本発明に係る紫外線センサの基板又は基板
母材として、配向性又は非配向性のダイヤモンド膜を使
用することができる。これにより、センサの耐熱性及び
熱伝導性が向上する。また、この基板又は基板母材とし
て、シリコン、窒化シリコン、酸化珪素、アルミナ及び
炭化珪素からなる群から選択されたものの単結晶、多結
晶、非晶質、焼結体又は薄膜からなるものを使用するこ
とができる。これらの材料はダイヤモンド膜との密着性
及び耐熱性が優れている。
母材として、配向性又は非配向性のダイヤモンド膜を使
用することができる。これにより、センサの耐熱性及び
熱伝導性が向上する。また、この基板又は基板母材とし
て、シリコン、窒化シリコン、酸化珪素、アルミナ及び
炭化珪素からなる群から選択されたものの単結晶、多結
晶、非晶質、焼結体又は薄膜からなるものを使用するこ
とができる。これらの材料はダイヤモンド膜との密着性
及び耐熱性が優れている。
【００３８】ダイヤモンド膜表面の電極形状に制限はな
いが、発明者らの検討によれば、ダイヤモンド膜が（１
００）結晶面が面内で一方向に配列した高配向膜又は融
合膜である場合には、このダイヤモンド膜上に形成され
た１対の電極が相互に噛み合った櫛型形状を有し、櫛形
電極の方向がダイヤモンド（１００）結晶面の（１１
０）方向であれば、感度が更に一層向上する。
いが、発明者らの検討によれば、ダイヤモンド膜が（１
００）結晶面が面内で一方向に配列した高配向膜又は融
合膜である場合には、このダイヤモンド膜上に形成され
た１対の電極が相互に噛み合った櫛型形状を有し、櫛形
電極の方向がダイヤモンド（１００）結晶面の（１１
０）方向であれば、感度が更に一層向上する。
【００３９】電極とダイヤモンド膜の接触は低抵抗のオ
ーミックであることが望ましいが、このようなオーミッ
ク接触は、図７に示すように、少なくともダイヤモンド
膜２の表面の電極３，４が形成された領域に、例えばイ
オン注入技術を用いて、ボロン（Ｂ）イオンを１０19／
ｃｍ2以上にドーピングすることにより、Ｂドープ層６
を形成すればよい。
ーミックであることが望ましいが、このようなオーミッ
ク接触は、図７に示すように、少なくともダイヤモンド
膜２の表面の電極３，４が形成された領域に、例えばイ
オン注入技術を用いて、ボロン（Ｂ）イオンを１０19／
ｃｍ2以上にドーピングすることにより、Ｂドープ層６
を形成すればよい。
【００４０】好ましい電極材料としては、耐熱性及びオ
ーミック特性が要求される場合には、白金又は白金を５
０％以上含む白金合金がある。また、低コストの電極材
料としてはアルミニウムがある。
ーミック特性が要求される場合には、白金又は白金を５
０％以上含む白金合金がある。また、低コストの電極材
料としてはアルミニウムがある。
【００４１】本発明者らの研究によれば、図４に示すよ
うに、白金若しくは白金合金薄膜、イリジウム若しくは
イリジウム合金薄膜、又はその他の紫外線を反射する金
属膜を第３電極５とすることにより、更に一層の感度向
上を図ることができることを見いだした。第３電極５を
設けた場合に、第１電極３を正に、第２電極４を負に、
第３電極５をこの中間電位又はアース電位に設定して、
電流を計測するか、又は第１電極３を正に、第２電極４
を負に、第３電極５に交流又は高周波電位を印加して電
流を計測する。これにより、一定時間データを蓄積して
平均化し、ノイズの低減を図ることができる。第３電極
５が無い場合でも、第１電極３と第２電極４との間に交
流又は高周波を印加することにより、同様の効果が得ら
れる。上記交流又は高周波は、直流電圧に重畳したもの
であってもよい。
うに、白金若しくは白金合金薄膜、イリジウム若しくは
イリジウム合金薄膜、又はその他の紫外線を反射する金
属膜を第３電極５とすることにより、更に一層の感度向
上を図ることができることを見いだした。第３電極５を
設けた場合に、第１電極３を正に、第２電極４を負に、
第３電極５をこの中間電位又はアース電位に設定して、
電流を計測するか、又は第１電極３を正に、第２電極４
を負に、第３電極５に交流又は高周波電位を印加して電
流を計測する。これにより、一定時間データを蓄積して
平均化し、ノイズの低減を図ることができる。第３電極
５が無い場合でも、第１電極３と第２電極４との間に交
流又は高周波を印加することにより、同様の効果が得ら
れる。上記交流又は高周波は、直流電圧に重畳したもの
であってもよい。
【００４２】第１電極と第２電極のみがある場合には、
電極間の電界は図４の電界１１のようになり、主として
ダイヤモンド膜表面及びその近傍のみで生成した電子・
ホールを電極に集める。これに対し、第３電極５がある
場合には、例えば、電極間の電界は図４の電界１１乃至
１３のようになり、ダイヤモンド膜表面及びダイヤモン
ド膜中で生成した電子・ホール対が電極に集まるので、
一層感度が向上する。
電極間の電界は図４の電界１１のようになり、主として
ダイヤモンド膜表面及びその近傍のみで生成した電子・
ホールを電極に集める。これに対し、第３電極５がある
場合には、例えば、電極間の電界は図４の電界１１乃至
１３のようになり、ダイヤモンド膜表面及びダイヤモン
ド膜中で生成した電子・ホール対が電極に集まるので、
一層感度が向上する。
【００４３】本発明においては、ダイヤモンド膜とこの
表面に配置された少なくとも１対の電極が構成単位とな
る。この単位を一方向に複数個並べると紫外線センサア
レイが形成される。このようなアレイを適当な光学系と
組み合わせることにより、一次元的な情報が得られる。
また平面上に配置すれば二次元的な情報が得られる。更
に、上記構成単位をダイヤモンド膜方向に積層すれば、
更に一層の感度向上が可能である。
表面に配置された少なくとも１対の電極が構成単位とな
る。この単位を一方向に複数個並べると紫外線センサア
レイが形成される。このようなアレイを適当な光学系と
組み合わせることにより、一次元的な情報が得られる。
また平面上に配置すれば二次元的な情報が得られる。更
に、上記構成単位をダイヤモンド膜方向に積層すれば、
更に一層の感度向上が可能である。
【００４４】ダイヤモンド膜上に形成する電極の形状に
は特に制限はないが、標準的には図８に示したような櫛
形電極とすることができる。図８の（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図である。図８に示すように、基板２１上
にダイヤモンド膜２２が形成されており、このダイヤモ
ンド膜２２上に櫛形電極２３が形成されている。この櫛
形電極２３は櫛歯部分２５とボンディングパッド用部分
２６とを有する。
は特に制限はないが、標準的には図８に示したような櫛
形電極とすることができる。図８の（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図である。図８に示すように、基板２１上
にダイヤモンド膜２２が形成されており、このダイヤモ
ンド膜２２上に櫛形電極２３が形成されている。この櫛
形電極２３は櫛歯部分２５とボンディングパッド用部分
２６とを有する。
【００４５】この図８に示すダイヤモンド膜紫外線セン
サアレイを実際に製作し、その特性を調べた結果につい
て説明する。先ず、絶縁性のシリコン（１００）基板２
１上に厚さ５μｍのダイヤモンド膜２２を成膜した。ダ
イヤモンド膜２２は、成膜中にド−ピングを行わず、高
い電気抵抗を示す絶縁膜とした。ダイヤモンド膜２２
は、（１１１）結晶面を有し、成長方向・面内方位とも
に配向した高配向膜である。
サアレイを実際に製作し、その特性を調べた結果につい
て説明する。先ず、絶縁性のシリコン（１００）基板２
１上に厚さ５μｍのダイヤモンド膜２２を成膜した。ダ
イヤモンド膜２２は、成膜中にド−ピングを行わず、高
い電気抵抗を示す絶縁膜とした。ダイヤモンド膜２２
は、（１１１）結晶面を有し、成長方向・面内方位とも
に配向した高配向膜である。
【００４６】このダイヤモンド膜２２の上にリソグラフ
ィによって１対の対向する櫛形電極２３を形成した。電
極２３の材質は白金で、厚さは０．２μｍ、櫛形部分２
５の電極の幅は１５乃至２５μｍ、電極間隔は５乃至１
５μｍとした。
ィによって１対の対向する櫛形電極２３を形成した。電
極２３の材質は白金で、厚さは０．２μｍ、櫛形部分２
５の電極の幅は１５乃至２５μｍ、電極間隔は５乃至１
５μｍとした。
【００４７】この図８に示した形状の紫外線センサは波
長１９３ｎｍの紫外線に対して１０ｍＡ／Ｗの感度を示
し、可視光線に対しては感度を持たなかった。
長１９３ｎｍの紫外線に対して１０ｍＡ／Ｗの感度を示
し、可視光線に対しては感度を持たなかった。
【００４８】また、図９に示すように、紫外線センサを
並置して紫外線センサアレイを製造することもできる。
図９の（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図９に
おいては、図８に示す紫外線センサが、そのパッド部分
２６の対向方向が相互に平行になるように、即ち、櫛歯
部分２５の延長方向が相互に平行になるように、一方向
に並べられている。これにより、一次元のダイヤモンド
膜紫外線センサアレイを得ることができる。
並置して紫外線センサアレイを製造することもできる。
図９の（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図９に
おいては、図８に示す紫外線センサが、そのパッド部分
２６の対向方向が相互に平行になるように、即ち、櫛歯
部分２５の延長方向が相互に平行になるように、一方向
に並べられている。これにより、一次元のダイヤモンド
膜紫外線センサアレイを得ることができる。
【００４９】櫛形電極の電極形状については特に制限は
ないが、電極幅は１乃至５０μｍ、電極間隔は１乃至５
０μｍ、ボンディングパット領域を除くダイヤモンド表
面積対電極面積の比は０．１乃至４が望ましい。
ないが、電極幅は１乃至５０μｍ、電極間隔は１乃至５
０μｍ、ボンディングパット領域を除くダイヤモンド表
面積対電極面積の比は０．１乃至４が望ましい。
【００５０】次に、図９に示す紫外線センサアレイを製
作し、その特性を求めた結果について説明する。この図
９に示す紫外線センサアレイは、電極幅２５μｍ、電極
間隔１５μｍとした素子構造であり、対となる電極の夫
々の端には、幅０．５ｍｍのボンディング用パッド部分
を設けた。対向する櫛形電極の重なる基板中央の２×２
ｍｍ2の領域が紫外線に感度を持つ。電極形成後に素子
全体に酸素プラズマ処理を行い、ダイヤモンド表面に酸
素を化学吸着させた。この状態での両電極間の漏れ電流
は、直流１００Ｖ印加時に１０ｐＡ程度である。この図
９に示す紫外線センサアレイの感度は４０ｍＡ／Ｗであ
った。
作し、その特性を求めた結果について説明する。この図
９に示す紫外線センサアレイは、電極幅２５μｍ、電極
間隔１５μｍとした素子構造であり、対となる電極の夫
々の端には、幅０．５ｍｍのボンディング用パッド部分
を設けた。対向する櫛形電極の重なる基板中央の２×２
ｍｍ2の領域が紫外線に感度を持つ。電極形成後に素子
全体に酸素プラズマ処理を行い、ダイヤモンド表面に酸
素を化学吸着させた。この状態での両電極間の漏れ電流
は、直流１００Ｖ印加時に１０ｐＡ程度である。この図
９に示す紫外線センサアレイの感度は４０ｍＡ／Ｗであ
った。
【００５１】図９は、１つの基板上に１６個の紫外線セ
ンサを製作したセンサアレイの構造を表している。個々
の紫外線センサの感度領域は、１．４×１０ｍｍ2の長
方形である。この素子は図８に示した素子と同一の方法
で製作できる。この素子を容器に組み込むためには、例
えば３２ピンの角形ハーメチックベースの上面に接着剤
を用いて固定し、個々のピンと個々の櫛形電極のパッド
との間をボンディングによって接続し、キャップを被
せ、所望の封入ガス雰囲気中で気密溶接すれば良い。個
々のセンサの電極間に適切な直流電圧を印加し各センサ
を流れる信号電流を観測することによって、紫外線強度
の一次元分布を測定することができる。このセンサアレ
イは、紫外レーザのピームフロファイラに利用できる。
ンサを製作したセンサアレイの構造を表している。個々
の紫外線センサの感度領域は、１．４×１０ｍｍ2の長
方形である。この素子は図８に示した素子と同一の方法
で製作できる。この素子を容器に組み込むためには、例
えば３２ピンの角形ハーメチックベースの上面に接着剤
を用いて固定し、個々のピンと個々の櫛形電極のパッド
との間をボンディングによって接続し、キャップを被
せ、所望の封入ガス雰囲気中で気密溶接すれば良い。個
々のセンサの電極間に適切な直流電圧を印加し各センサ
を流れる信号電流を観測することによって、紫外線強度
の一次元分布を測定することができる。このセンサアレ
イは、紫外レーザのピームフロファイラに利用できる。
【００５２】更に、図１０に示すように、ダイヤモンド
膜２２の表面及び裏面の夫々に少なくとも１対の櫛形電
極２３，２４を配置すれば、同一のダイヤモンド膜に２
個の紫外線センサを形成でき、感度の向上を図ることが
できる。ダイヤモンド膜２の表面及び裏面に配置された
櫛歯電極２３，２４の櫛延長方向の成す角度は８５゜以
上９５゜以下とすることにより、直交するＸＹ方向での
紫外線強度を測定可能なニ次元のセンサアレイを構成す
ることができる。
膜２２の表面及び裏面の夫々に少なくとも１対の櫛形電
極２３，２４を配置すれば、同一のダイヤモンド膜に２
個の紫外線センサを形成でき、感度の向上を図ることが
できる。ダイヤモンド膜２の表面及び裏面に配置された
櫛歯電極２３，２４の櫛延長方向の成す角度は８５゜以
上９５゜以下とすることにより、直交するＸＹ方向での
紫外線強度を測定可能なニ次元のセンサアレイを構成す
ることができる。
【００５３】この図１０は、１つの基板上に２組の紫外
線センサアレイを互いのアレイの並ぶ方向が直角を成す
ように配置した２次元アレイ構造である。絶縁性の窒化
シリコン基板上に７組の下層白金櫛形電極をリソグラフ
ィープロセスによって製作し、その上にアンドープのダ
イヤモンド膜を成膜し、さらにその上に上層の１６組の
櫛形電極をリソグラフィープロセスで製作した。ダイヤ
モンド膜の成膜時には、下層電極のパッド部分がダイヤ
モンド膜によって覆い隠されてしまわないように、基板
の両端部分に金属マスクを被せ、下層電極パッド上への
膜成長を阻害する。この素子を容器に組み込み、上述と
同様に各センサの電極間に適切な電圧を印加し、各セン
サの信号電流を観測することによって紫外線強度の二次
元分布を測定することができる。このセンサアレイは、
紫外線レーザのビームプロファイラに利用できる。
線センサアレイを互いのアレイの並ぶ方向が直角を成す
ように配置した２次元アレイ構造である。絶縁性の窒化
シリコン基板上に７組の下層白金櫛形電極をリソグラフ
ィープロセスによって製作し、その上にアンドープのダ
イヤモンド膜を成膜し、さらにその上に上層の１６組の
櫛形電極をリソグラフィープロセスで製作した。ダイヤ
モンド膜の成膜時には、下層電極のパッド部分がダイヤ
モンド膜によって覆い隠されてしまわないように、基板
の両端部分に金属マスクを被せ、下層電極パッド上への
膜成長を阻害する。この素子を容器に組み込み、上述と
同様に各センサの電極間に適切な電圧を印加し、各セン
サの信号電流を観測することによって紫外線強度の二次
元分布を測定することができる。このセンサアレイは、
紫外線レーザのビームプロファイラに利用できる。
【００５４】請求項１９に記載した発明においては、暗
電流の原因となる表面伝導を抑制するために、ダイヤモ
ンド膜表面は酸素により終端されている。本発明者等は
更に紫外線照射によって表面の化学吸着酸素が離脱して
表面が導電性を帯び、暗電流が増加してしまうという間
題点を解決する方法を見いだした。
電流の原因となる表面伝導を抑制するために、ダイヤモ
ンド膜表面は酸素により終端されている。本発明者等は
更に紫外線照射によって表面の化学吸着酸素が離脱して
表面が導電性を帯び、暗電流が増加してしまうという間
題点を解決する方法を見いだした。
【００５５】即ち、通常センサは容器内に組み込まれ、
この容器内に乾燥窒素などの不活性ガスが封入される
が、本発明のようにダイヤモンド膜の紫外線センサの場
合に、比較的高濃度の酸素を含む混合ガスを封入するこ
とにより、経時的に暗電流が増大するという欠点を解消
できる。これは酸素の封入によってダイヤモンド表面か
らの酸素離脱が抑制され、更に万一離脱が生じても、容
器内に高濃度に充填されている酸素が結合して、酸化表
面が回復されるからであると考えられる。このような措
置によって長期間の使用及び強い紫外線の照射によって
も暗電流が増加しないことが分かった。本発明者らの試
験によれば、封入する混合ガス中の酸素濃度は３０％以
上であれば良いが、５０％以上であることが最も望まし
い。
この容器内に乾燥窒素などの不活性ガスが封入される
が、本発明のようにダイヤモンド膜の紫外線センサの場
合に、比較的高濃度の酸素を含む混合ガスを封入するこ
とにより、経時的に暗電流が増大するという欠点を解消
できる。これは酸素の封入によってダイヤモンド表面か
らの酸素離脱が抑制され、更に万一離脱が生じても、容
器内に高濃度に充填されている酸素が結合して、酸化表
面が回復されるからであると考えられる。このような措
置によって長期間の使用及び強い紫外線の照射によって
も暗電流が増加しないことが分かった。本発明者らの試
験によれば、封入する混合ガス中の酸素濃度は３０％以
上であれば良いが、５０％以上であることが最も望まし
い。
【００５６】次に、上述の紫外線センサを気密容器へ組
み込んだセンサ装置について、図１１を参照して説明す
る。ハーメチックベース３１上面の中心部に耐熱性の接
着剤を用いてセンサ素子３０を固定した。ハーメチック
ベース３１には２つのリードピン３２が挿通され、ガラ
ス融着部３３により、ベース３１及び他のリードピン３
２との電気絶縁を保ちながら、ベース３１に固定されて
いる。２つのリードピン３２のうち、一方のリードピン
３２の上端とセンサ３０の一方の電極パッド部分とがボ
ンディングワイヤ３４により接続され、他方のリードピ
ン３２とセンサ３０の他方の電極パッドとがボンディン
グワイヤ３４により接続されている。
み込んだセンサ装置について、図１１を参照して説明す
る。ハーメチックベース３１上面の中心部に耐熱性の接
着剤を用いてセンサ素子３０を固定した。ハーメチック
ベース３１には２つのリードピン３２が挿通され、ガラ
ス融着部３３により、ベース３１及び他のリードピン３
２との電気絶縁を保ちながら、ベース３１に固定されて
いる。２つのリードピン３２のうち、一方のリードピン
３２の上端とセンサ３０の一方の電極パッド部分とがボ
ンディングワイヤ３４により接続され、他方のリードピ
ン３２とセンサ３０の他方の電極パッドとがボンディン
グワイヤ３４により接続されている。
【００５７】紫外線センサはこの状態で十分に機能する
が、センサ表面の汚染による特性劣化などを防止するた
めに、ハーメチックベース３１の上面上に、金属製キャ
ップ３５を気密的に設置し、キャップ３５及びベース３
１に囲まれたセンサ３０の容器を密閉する。このキャッ
プ３５の中心部には、紫外線透過性のガラス窓３６が気
密融着されており、このガラス窓３６を介して、紫外線
が容器内部に侵入し、センサ３０に入射する。金属製キ
ャップ３５とハーメチックベース３１との間は、双方の
鍔部でその全周を機密的に溶接した。また、キャップと
ベースとの溶接を乾燥窒素ガス雰囲気中で行うことによ
って、気密容器内に乾燥窒素ガスを封入した。このと
き、雰囲気を酸素・窒素混合ガスとし、その酸素濃度を
３０乃至１００％の範囲で調節することによって、任意
の酸素濃度の酸素・窒素混合ガスを封入することができ
る。
が、センサ表面の汚染による特性劣化などを防止するた
めに、ハーメチックベース３１の上面上に、金属製キャ
ップ３５を気密的に設置し、キャップ３５及びベース３
１に囲まれたセンサ３０の容器を密閉する。このキャッ
プ３５の中心部には、紫外線透過性のガラス窓３６が気
密融着されており、このガラス窓３６を介して、紫外線
が容器内部に侵入し、センサ３０に入射する。金属製キ
ャップ３５とハーメチックベース３１との間は、双方の
鍔部でその全周を機密的に溶接した。また、キャップと
ベースとの溶接を乾燥窒素ガス雰囲気中で行うことによ
って、気密容器内に乾燥窒素ガスを封入した。このと
き、雰囲気を酸素・窒素混合ガスとし、その酸素濃度を
３０乃至１００％の範囲で調節することによって、任意
の酸素濃度の酸素・窒素混合ガスを封入することができ
る。
【００５８】このように構成されたセンサ装置において
は、一方のリードピン３２を接地してそれに接続された
櫛形電極を陰極とし、他方のリードピン３２に直流＋５
乃至１６０Ｖの電圧を印加してそれに接続された櫛形電
極を陽極とすることによって紫外線センサを動作させる
ことができる。紫外線透過ガラス窓３６を透過した紫外
線が櫛形電極の間のダイヤモンド表面に入射すると、紫
外線はダイヤモンド膜内で吸収され、ダイヤモンド膜内
に電子・正孔対を生成する。電子はダイヤモンド膜内を
陽極に向かってドリフトし、正孔は陰極に向かう。これ
らのキャリアの流れによって電極間に電流が生じる。紫
外線センサを流れる信号電流の大きさを観測することに
よって、紫外線センサに入射した紫外線の強度を知るこ
とができる。
は、一方のリードピン３２を接地してそれに接続された
櫛形電極を陰極とし、他方のリードピン３２に直流＋５
乃至１６０Ｖの電圧を印加してそれに接続された櫛形電
極を陽極とすることによって紫外線センサを動作させる
ことができる。紫外線透過ガラス窓３６を透過した紫外
線が櫛形電極の間のダイヤモンド表面に入射すると、紫
外線はダイヤモンド膜内で吸収され、ダイヤモンド膜内
に電子・正孔対を生成する。電子はダイヤモンド膜内を
陽極に向かってドリフトし、正孔は陰極に向かう。これ
らのキャリアの流れによって電極間に電流が生じる。紫
外線センサを流れる信号電流の大きさを観測することに
よって、紫外線センサに入射した紫外線の強度を知るこ
とができる。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は紫外線検
出層が所定の表面形状を有する高品質のダイヤモンド膜
であるので、従来の紫外線センサに比べて、太陽光に影
響されず、高速で応答し、感度及び耐熱性が優れた紫外
線センサを得ることができる。これにより、ダイヤモン
ド膜紫外線センサの実用範囲が広がり、かつ新たな応用
分野を開拓でき、本発明はこの分野の発展に多大の貢献
をなす。
出層が所定の表面形状を有する高品質のダイヤモンド膜
であるので、従来の紫外線センサに比べて、太陽光に影
響されず、高速で応答し、感度及び耐熱性が優れた紫外
線センサを得ることができる。これにより、ダイヤモン
ド膜紫外線センサの実用範囲が広がり、かつ新たな応用
分野を開拓でき、本発明はこの分野の発展に多大の貢献
をなす。
【図１】本発明の第１実施例のセンサを示す模式図であ
る。
る。
【図２】膜表面の被覆度と、感度との関係を示すグラフ
図である。
図である。
【図３】膜厚と、感度との関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の第３実施例のセンサを示す模式図であ
る。
る。
【図５】平均粗度Ｒａと感度との関係を示す図である。
【図６】本発明の第５実施例のセンサを示す模式図であ
る。
る。
【図７】本発明の第６実施例のセンサを示す模式図であ
る。
る。
【図８】本発明の第７実施例のセンサアレイを示す模式
図である。
図である。
【図９】本発明の第８実施例のセンサアレイを示す模式
図である。
図である。
【図１０】本発明の第９実施例のセンサアレイを示す模
式図である。
式図である。
【図１１】本発明のセンサ装置を示す模式図である。
１、２１：基板 ２、２２：ダイヤモンド膜 ３、４、５、２３、２４：電極 ６：Ｂドープ層 １１，１２，１３：電界 １４：凹凸 ２５：櫛歯部分 ２６：ボンディングパッド部分 ３３：ハーメチックベース ３２：リードピン ３３：ガラス融着部 ３４：ボンディングワイヤ ３５：キャップ ３６：紫外線透過性ガラス窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 浩一 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 藁科 英永 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内
Claims (30)
- 【請求項１】 基板と、この基板上に気相合成により一
軸性に配向成長した膜厚が１乃至４０μｍのダイヤモン
ド膜からなる紫外線検出層と、この紫外線検出層に接触
した少なくとも１対の第１電極及び第２電極とを有する
ことを特徴とするダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項２】 前記ダイヤモンド膜表面の５０％以上が
ダイヤモンドの（１００）結晶面から構成されたことを
特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド膜紫外線セン
サ。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンド膜表面の５０％以上が
ダイヤモンドの（１１１）結晶面から構成されたことを
特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド膜紫外線セン
サ。 - 【請求項４】 基板と、この基板上に気相合成により局
所的に又は全面的にへテロエピタキシャル成長した膜厚
が１乃至４０μｍのダイヤモンド膜からなる紫外線検出
層と、この紫外線検出層に接触した少なくとも１対の電
極とを有することを特徴とするダイヤモンド膜紫外線セ
ンサ。 - 【請求項５】 前記ダイヤモンド膜がダイヤモンドの
（１００）結晶面を有し、結晶面が面内でも配向した高
配向膜であることを特徴とする請求項４に記載のダイヤ
モンド膜紫外線センサ。 - 【請求項６】 前記ダイヤモンド膜がダイヤモンドの
（１１１）結晶面を有し、結晶面が面内でも配向した高
配向膜であることを特徴とする請求項４に記載のダイヤ
モンド膜紫外線センサ。 - 【請求項７】 前記基板が、基板母材に白金又は白金を
５０％以上含む合金の薄膜が蒸着されたことを特徴とす
る請求項４に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項８】 前記基板が、基板母材に白金又は白金を
５０％以上含む合金の（１１１）又は（１００）単結晶
薄膜、あるいはイリジウム又はイリジウムを５０％以上
含む合金の（１１１）又は（１００）単結晶薄膜が蒸着
されたことを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド
膜紫外線センサ。 - 【請求項９】 前記基板が（１００）又は（１１１）結
晶面を有する炭化珪素単結晶又は所定の基板母材にコー
ティングされた（１００）又は（１１１）結晶面を有す
る炭化珪素単結晶膜であることを特徴とする請求項４に
記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１０】 前記基板母材が（１１１）又は（１０
０）単結晶面を有するチタン酸ストロンチウム又は酸化
マグネシウムであることを特徴とする請求項８に記載の
ダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１１】 基板母材に紫外線を反射する金属薄膜
が蒸着された基板と、この基板上に気相合成により形成
された膜厚が１乃至４０μｍのダイヤモンド膜からなる
紫外線検出層と、この紫外線検出層に接触した少なくと
も１対の電極とを有することを特徴とするダイヤモンド
膜紫外線センサ。 - 【請求項１２】 前記ダイヤモンド膜表面が平均面積１
乃至２５平方μｍの結晶面から構成され、平均粗度（Ｒ
ａ）が０．１乃至３μｍであることを特徴とする請求項
１、４又は１１に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１３】 前記ダイヤモンド膜表面がピラミッド
状の突起が集合した結晶面を有することを特徴とする請
求項１又は１１に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１４】 エッチングによりダイヤモンド表面に
凹凸が形成されたことを特徴とする請求項１、４又は１
１に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１５】 基板自体が配向性又は非配向性のダイ
ヤモンド膜であることを特徴とする請求項１に記載のダ
イヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１６】 前記第３電極は、白金、白金合金、イ
リジウム、イリジウム合金並びにその他の紫外線を反射
する金属及び合金からなる群から選択された少なくとも
１種の材料からなることを特徴とする請求項７，８又は
１１に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１７】 前記ダイヤモンド膜が（１００）結晶
面が面内で一方向に配列した高配向膜又は融合膜であ
り、前記１対の電極が相互に噛み合った櫛型形状を有
し、この櫛形電極の方向がダイヤモンド（１００）結晶
面の（１１０）方向であることを特徴とする請求項１、
４又は１１に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項１８】 前記基板がシリコン、窒化シリコン、
酸化珪素、アルミナ及び炭化珪素からなる群から選択さ
れた少なくとも１種の単結晶、多結晶、非晶質、焼結体
又は薄膜からなる材料で形成されていることを特徴とす
る請求項１、４又は１１におけるダイヤモンド膜紫外線
センサ。 - 【請求項１９】 少なくとも電極間のダイヤモンド表面
に酸素が化学吸着していることを特徴とする請求項１、
４又は１１に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項２０】 少なくともダイヤモンド表面の電極が
形成された領域に、ボロン（Ｂ）原子が１０19／ｃｍ2
以上にドーピングされたことを特徴とする請求項１、４
又は１１に記載のダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項２１】 前記櫛形電極材料が白金又は白金を５
０％以上含む白金合金、又はアルミニウムであることを
特徴とする請求項１、４又は１１に記載のダイヤモンド
膜紫外線センサ。 - 【請求項２２】 第１電極を正に、第２電極を負に、第
３電極をこの中間電位、フロート電位又はアース電位に
設定して計測することを特徴とする請求項１５に記載の
ダイヤモンド膜紫外線センサ。 - 【請求項２３】 第１電極と第２電極の間に交流又は高
周波を印加して計測することを特徴とする請求項１、
４、１１又は１５に記載のダイヤモンド膜紫外線セン
サ。 - 【請求項２４】 第１電極を正に、第２電極を負に、第
３電極に交流又は高流を高周波を印加して計測すること
を特徴とする請求項１５に記載のダイヤモンド膜紫外線
センサ。 - 【請求項２５】 請求項１乃至２４のいずれか１項に記
載の紫外線センサが、少なくとも一方向に複数個並べら
れていることを特徴とするダイヤモンド膜紫外線センサ
アレイ。 - 【請求項２６】 請求項１乃至２４のいずれか１項に記
載の紫外線センサが少なくとも一方向に複数個並べられ
て構成された単位構造を、ダイヤモンド膜の厚さ方向に
２回以上繰り返して構成された積層構造を有することを
特徴とするダイヤモンド膜紫外線センサアレイ。 - 【請求項２７】 各紫外線センサが、互いの長軸が平行
となるように一方向に並べられていることを特徴とする
請求項２５に記載のダイヤモンド膜紫外線センサアレ
イ。 - 【請求項２８】 ダイヤモンド膜の表面及び裏面に配置
された電極方向の成す角度が８５乃至９５゜であること
を特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか１項にダイ
ヤモンド膜紫外線センサアレイ。 - 【請求項２９】 紫外線透過性の窓を持つ気密容器内に
装着され、この容器内に酸素を３０％以上含む混合ガス
又は酸素ガスを封入したことを特徴とする請求項１乃至
２４のいずれか１項に記載のダイヤモンド膜紫外線セン
サ。 - 【請求項３０】 紫外線透過性の窓を持つ気密容器内に
装着され、この容器内に酸素を３０％以上含む混合ガス
又は酸素ガスを封入したことを特徴とする請求項２５乃
至２９のいずれか１項に記載のダイヤモンド膜紫外線セ
ンサアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05254898A JP3560462B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | ダイヤモンド膜紫外線センサ及びセンサアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05254898A JP3560462B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | ダイヤモンド膜紫外線センサ及びセンサアレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11248531A true JPH11248531A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3560462B2 JP3560462B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=12917862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05254898A Expired - Fee Related JP3560462B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | ダイヤモンド膜紫外線センサ及びセンサアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3560462B2 (ja) |
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| RU2650090C1 (ru) * | 2016-10-27 | 2018-04-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Фотопреобразователь ультрафиолетового диапазона |
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