JPS58100467A - 光センサおよびその製造方法 - Google Patents
光センサおよびその製造方法Info
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- JPS58100467A JPS58100467A JP56199218A JP19921881A JPS58100467A JP S58100467 A JPS58100467 A JP S58100467A JP 56199218 A JP56199218 A JP 56199218A JP 19921881 A JP19921881 A JP 19921881A JP S58100467 A JPS58100467 A JP S58100467A
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- Japan
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- thin layer
- optical sensor
- sensor according
- film
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
- H10F77/147—Shapes of bodies
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は紫外から赤外の広範な波長領域にわたる動作が
可能な改良された光センサおよびその製造方法にかかり
、特に高感度で応答速度が速く、均一な特性を有し、し
かも高精度、高信頼性を実現しやすい縮小形光センサを
提供しようとするものである。本発明のセンサはレーザ
パワーあるいは物体の表面温度などの絶対値の較正を行
うこともできるという特徴も有している。
可能な改良された光センサおよびその製造方法にかかり
、特に高感度で応答速度が速く、均一な特性を有し、し
かも高精度、高信頼性を実現しやすい縮小形光センサを
提供しようとするものである。本発明のセンサはレーザ
パワーあるいは物体の表面温度などの絶対値の較正を行
うこともできるという特徴も有している。
光センサのなかでも改良すべき問題点の多いのが赤外線
セ/すであるので、以下では赤外線センサを中心に本発
明のセンサと従来のセンサとの比較を行う。
セ/すであるので、以下では赤外線センサを中心に本発
明のセンサと従来のセンサとの比較を行う。
赤外線センサはその動作原理から熱検出器と光量子検出
器とに大別される。
器とに大別される。
本発明の光センサは前者の熱検出器に関゛する。
熱検出器をさらに動作原理によって分類すると、気体膨
張を利用するもの(ゴーレイセル)、抵抗変化を利用す
るもの(ボロメータ、サーミスタなど)、電圧誘起を利
用するもの(焦電素子、熱電対など)にわけられる。
張を利用するもの(ゴーレイセル)、抵抗変化を利用す
るもの(ボロメータ、サーミスタなど)、電圧誘起を利
用するもの(焦電素子、熱電対など)にわけられる。
本発明の光センサは抵抗変化、電圧誘起を利用するもの
に関する。
に関する。
以下に図面を用い本発明を説明する。
第1図は本発明の光センサの第1実施例を示す。
図(A)は同光センサの要部の上面図、図(B)は図(
ム)の1−1’における断面図、図(C)は同光センサ
の他の要部の下面図である。図に示すように、たとえば
P 形シリコン薄層1がn形のシリコン基板2′。
ム)の1−1’における断面図、図(C)は同光センサ
の他の要部の下面図である。図に示すように、たとえば
P 形シリコン薄層1がn形のシリコン基板2′。
2′間に架橋されている。薄層1には電極3’、 3
’が形成されている。4はたとえばムUまたはB1超微
粒子で形成された光吸収膜である。6は5i02膜であ
る。
’が形成されている。4はたとえばムUまたはB1超微
粒子で形成された光吸収膜である。6は5i02膜であ
る。
ここで第1図を参考にして、従来から数多くの提案が行
なわれている熱検出器に関して、光量子検出器とも対比
させながら本発明による光センサの利害得失を述べる。
なわれている熱検出器に関して、光量子検出器とも対比
させながら本発明による光センサの利害得失を述べる。
(1)光量子検出器の検出感度は非常に大きいが、熱検
出器の感度はあまり高くない。本発明の光センサはミク
ロン程度以下の薄層1をたとえば基板l、2′間に架橋
させた構造にして熱容量を小さくすることにより感度Ω
向上を図っている。
出器の感度はあまり高くない。本発明の光センサはミク
ロン程度以下の薄層1をたとえば基板l、2′間に架橋
させた構造にして熱容量を小さくすることにより感度Ω
向上を図っている。
に))光量子検出器の感度の波長依存性は大きいが、熱
検出器のそれは小さい。本発明の光センサは薄層1上の
数百〜数千へ程度の薄い5i02膜を介して、数十〜数
千人のムU超微粒子、 Bi超微粒子などで構成され
た光吸収膜を設置することにより、紫外から赤外の広範
囲にわたって波長依存性を小さくすると同時に、光吸収
率の向上も図っている。
検出器のそれは小さい。本発明の光センサは薄層1上の
数百〜数千へ程度の薄い5i02膜を介して、数十〜数
千人のムU超微粒子、 Bi超微粒子などで構成され
た光吸収膜を設置することにより、紫外から赤外の広範
囲にわたって波長依存性を小さくすると同時に、光吸収
率の向上も図っている。
(3)光1子検出器の応答速度は、マイクロ秒程度と極
めて速いのに対しで、熱検出器ではミリ秒〜分の程度と
遅い。本発明の光センサでは基板2′と2′および薄層
1とを、シリコンICプロセスを使って縮小形化するこ
とにより、熱容量を極端に小さくすることにより応答速
度を1桁以上改善することを図っている。
めて速いのに対しで、熱検出器ではミリ秒〜分の程度と
遅い。本発明の光センサでは基板2′と2′および薄層
1とを、シリコンICプロセスを使って縮小形化するこ
とにより、熱容量を極端に小さくすることにより応答速
度を1桁以上改善することを図っている。
(4)光量子検出器は液体窒素あるいは液体ヘリウムで
冷却する必要があるのに対して熱検出器は室温で動作す
る。
冷却する必要があるのに対して熱検出器は室温で動作す
る。
(5)熱検出器のうちで、熱電対、とくに薄膜熱電対を
利用する場合には、その熱電能がたとえばBi、Sbの
場合には膜厚が1μm以上ではバルク値と変わらないが
、500人ではバルク値の半分以下になってしまう。本
発明の光センサでは、薄層1は単結晶のバルクを薄くす
ることによって形成されるものであるから、膜厚の矢小
によってはその性能は左右されない。
利用する場合には、その熱電能がたとえばBi、Sbの
場合には膜厚が1μm以上ではバルク値と変わらないが
、500人ではバルク値の半分以下になってしまう。本
発明の光センサでは、薄層1は単結晶のバルクを薄くす
ることによって形成されるものであるから、膜厚の矢小
によってはその性能は左右されない。
(6)薄膜熱電対を利用する場合のもう一つの問題点は
薄膜の表面が酸化されることと、薄膜熱電対を形成する
材料間で拡散がおこることにょる性能の経時的変化が発
生しやすいことである。
薄膜の表面が酸化されることと、薄膜熱電対を形成する
材料間で拡散がおこることにょる性能の経時的変化が発
生しやすいことである。
本発明の光センサはシリコンのバルクそのものの薄層1
を用いているので上記のような問題は発生しない。
を用いているので上記のような問題は発生しない。
(7)熱電対を利用する場合には冷接点を設けることが
必須要件であるが、本発明の光センサの場合には不要で
ある。
必須要件であるが、本発明の光センサの場合には不要で
ある。
(8)抵抗変化を利用するものは、抵抗体内部で発生す
る雑音が熱雑音以上にならないことが必要であり、その
ために結晶性の向上が緊急の課題である。これに対して
本発明の光センサの場合には単結晶そのものから薄層1
を形成するので熱雑音を極限まで小さくすることが期待
できる。
る雑音が熱雑音以上にならないことが必要であり、その
ために結晶性の向上が緊急の課題である。これに対して
本発明の光センサの場合には単結晶そのものから薄層1
を形成するので熱雑音を極限まで小さくすることが期待
できる。
(9)焦電形の場合には一般にインピーダンスが高いの
でインピーダンス変換用のFETを一体化させることが
必要であるが、本発明の光センサの場合には抵抗値を任
意に設計することができるのでFITは不用である。
でインピーダンス変換用のFETを一体化させることが
必要であるが、本発明の光センサの場合には抵抗値を任
意に設計することができるのでFITは不用である。
本発明は、薄層が基板間によって空間に保持された構造
を有′しかつ前記薄層上に光吸収膜を設けた光センサに
関するものであり、従来に比べて感度、精度、応答性、
均一性、長期安定性にすぐれた光センサを提供しようと
するものであり、本発明の製造方法によれば前記光セン
サを歩留よく縮小形に製造することができる。
を有′しかつ前記薄層上に光吸収膜を設けた光センサに
関するものであり、従来に比べて感度、精度、応答性、
均一性、長期安定性にすぐれた光センサを提供しようと
するものであり、本発明の製造方法によれば前記光セン
サを歩留よく縮小形に製造することができる。
第2図、第3図は本発明者がさきに発見した金属超微粒
子光吸収膜の光透過率でと光反射率Rの測定結果を示す
。光吸収率人は、 ム=1−T−R で表わされる。第2図、第3図に示した関係は、製造条
件にかかわりなく成立している。このときの製造条件を
下の表に示す。
子光吸収膜の光透過率でと光反射率Rの測定結果を示す
。光吸収率人は、 ム=1−T−R で表わされる。第2図、第3図に示した関係は、製造条
件にかかわりなく成立している。このときの製造条件を
下の表に示す。
第2図、第3図から明らかなように、金属超微粒子の付
着量が400μg/d以上になると、TおよびRは付6
着量に依存しなくなってほぼ一定となることがわかる。
着量が400μg/d以上になると、TおよびRは付6
着量に依存しなくなってほぼ一定となることがわかる。
したがって、これ以上付着量を多くしても、光吸収率ム
を大きくすることはできない。一方、熱容量は付着量が
多くなるに従って大きくなるので、付着量ができるだけ
少ない方が望ましい。
を大きくすることはできない。一方、熱容量は付着量が
多くなるに従って大きくなるので、付着量ができるだけ
少ない方が望ましい。
第1図における光吸収膜4の下部のSiO2膜5はなく
ても差支えない。ただしそのときには、電極3’、 3
’間で測定される薄層1の抵抗値が、金属超微粒子が存
在しても影響されない程度に十分低抵抗であることが必
要である。
ても差支えない。ただしそのときには、電極3’、 3
’間で測定される薄層1の抵抗値が、金属超微粒子が存
在しても影響されない程度に十分低抵抗であることが必
要である。
SiO2膜は薄層1の機械的強度を強くする効果、すな
わち薄層の幅が狭く、薄いときに有効であるだけでなく
、後述のエツチングに対する保護膜として用いることも
可能である。
わち薄層の幅が狭く、薄いときに有効であるだけでなく
、後述のエツチングに対する保護膜として用いることも
可能である。
形状としては、矩形だけでなく、本発明の光センサの第
2の実施例を第4図に示すように曲折したパターン(点
線)であってもよいのはいうまでもない。
2の実施例を第4図に示すように曲折したパターン(点
線)であってもよいのはいうまでもない。
第4図に示すように、SiO2膜6を部分的に広くした
部分6′を設け、その上部に光吸収膜4を設けることが
できる。またSiO2膜6および6′のパターンと薄層
1とのパターンとは必ずしも同一にする必要がない。部
分6′の形状は各種の変形があっても、要は部分6′を
介して逃げる熱量が少なく、光吸収膜4に吸収された光
がほとんど熱に変換されて、その熱の分布が部分6′内
でほとんどないようにするという目的が達成されればよ
い。
部分6′を設け、その上部に光吸収膜4を設けることが
できる。またSiO2膜6および6′のパターンと薄層
1とのパターンとは必ずしも同一にする必要がない。部
分6′の形状は各種の変形があっても、要は部分6′を
介して逃げる熱量が少なく、光吸収膜4に吸収された光
がほとんど熱に変換されて、その熱の分布が部分6′内
でほとんどないようにするという目的が達成されればよ
い。
第6図は本発明の光センサの第3の実施例を示す。図(
ム)は上面図、図(B)は図(ム)の1−1’における
断面図である。環状の基板2′とその内側に形成された
基板2との間に薄層1が架橋され、その薄層の上部に光
吸収膜4が形成されている。6はGe。
ム)は上面図、図(B)は図(ム)の1−1’における
断面図である。環状の基板2′とその内側に形成された
基板2との間に薄層1が架橋され、その薄層の上部に光
吸収膜4が形成されている。6はGe。
Si 、 SrF2 、 CaF2 、 LiF 、
YIG などで形成される赤外線透過用窓である。7は
スペーサであシ、空間8は例えば真空封止されている。
YIG などで形成される赤外線透過用窓である。7は
スペーサであシ、空間8は例えば真空封止されている。
薄層1の電気抵抗の測定はP+形基板2′と2とをψし
て行なわれる。(電極部分は図示せず。)第6図に示し
た実施例において、窓6がなくても、すなわち真空封止
しなくても光センサとして正常に動作するが、第6図の
実施例の場合に比べて感度がほぼ一桁程度低下する点で
は不利である。
て行なわれる。(電極部分は図示せず。)第6図に示し
た実施例において、窓6がなくても、すなわち真空封止
しなくても光センサとして正常に動作するが、第6図の
実施例の場合に比べて感度がほぼ一桁程度低下する点で
は不利である。
窓6をレンズにしてもよい0
また薄層1と吸収膜4との間にSiO2膜(図示せず)
を設けてもあるいは薄層1と2′および2′で構成され
る空間を真空封止するかあるいはN2ガスなどの不活性
ガスで封止しても本発明の主旨を逸脱しない。
を設けてもあるいは薄層1と2′および2′で構成され
る空間を真空封止するかあるいはN2ガスなどの不活性
ガスで封止しても本発明の主旨を逸脱しない。
第6図は本発明のセンサの第4の実施例を示す。
図(ム)は上面図、回申)は図(ム)のI −I’にお
ける断面図である。第1図および第5図の実施例との相
異は薄層1が絶縁物膜6により保持され、しかもその下
部が空洞13となっていることである。
ける断面図である。第1図および第5図の実施例との相
異は薄層1が絶縁物膜6により保持され、しかもその下
部が空洞13となっていることである。
薄層1は穴11からシリコン基板2を選択的にエツチン
グする方法により形成される。12’、 12’は電極
3′、3″を薄層1に接続するだめのコンタクト窓であ
る。第6図の実施例を第1図の実施例と比べると、演算
処理部、記憶部なども本発明の光センサと一体化する場
合に第6図の実施例のように空洞を形成する構成の方が
有利であるし、スクライビング、ワイヤボンディングな
ども通常のICと同様に行うことができる。薄層1の部
分が、空洞内に形成されるので、測定雰囲気の影響を受
けにくい。
グする方法により形成される。12’、 12’は電極
3′、3″を薄層1に接続するだめのコンタクト窓であ
る。第6図の実施例を第1図の実施例と比べると、演算
処理部、記憶部なども本発明の光センサと一体化する場
合に第6図の実施例のように空洞を形成する構成の方が
有利であるし、スクライビング、ワイヤボンディングな
ども通常のICと同様に行うことができる。薄層1の部
分が、空洞内に形成されるので、測定雰囲気の影響を受
けにくい。
以上の説明においては省略したが、独立した薄層1を2
個設け、1個はセンサとしてではなく、単なる補償用の
素子として用いることもできる。
個設け、1個はセンサとしてではなく、単なる補償用の
素子として用いることもできる。
たとえば周知のブリッジ構成とすることによって雰囲気
温度の変化の影響を補償することができる。
温度の変化の影響を補償することができる。
また被測定物体の温度が高い場合あるいはレーザパワー
が大きい場合には薄層1部分の発熱量も大きくなり、空
気への熱拡散量も多くなる。このような場合にも補償素
子は有効に作用する。
が大きい場合には薄層1部分の発熱量も大きくなり、空
気への熱拡散量も多くなる。このような場合にも補償素
子は有効に作用する。
また基板2. 2’、 2’部分はヒートシンクとな
るものであり、この部分の熱容量を適宜設計することに
より薄層1の温度が一定値以上に上昇するのを防止する
こともできる。
るものであり、この部分の熱容量を適宜設計することに
より薄層1の温度が一定値以上に上昇するのを防止する
こともできる。
周知のごとく、半導体材料の抵抗率あるいはpn接合素
子の端子間特性は一般に比較的大きな温度依存性を示す
。したがって薄層1が抵抗体であるか、あるいはpn接
合素子を含む層であれば、電気抵抗の温度依存性あるい
はpn接合素子の端子間特性を測定することにより前記
薄層の温度を測定することができる。
子の端子間特性は一般に比較的大きな温度依存性を示す
。したがって薄層1が抵抗体であるか、あるいはpn接
合素子を含む層であれば、電気抵抗の温度依存性あるい
はpn接合素子の端子間特性を測定することにより前記
薄層の温度を測定することができる。
いま、−例として本発明の光センサを赤外線センサとし
て用いる場合について述べるOその場合には既知の黒体
放射源から放射される赤外線を光吸収膜4に吸収させ、
そのときの薄層1の電気的特性を測定し、放射温度と薄
層の電気的特性との相関関係をあらかじめ求めておけば
、電気的特性を測定することによシ、被測定物体の温度
を測定することができる。
て用いる場合について述べるOその場合には既知の黒体
放射源から放射される赤外線を光吸収膜4に吸収させ、
そのときの薄層1の電気的特性を測定し、放射温度と薄
層の電気的特性との相関関係をあらかじめ求めておけば
、電気的特性を測定することによシ、被測定物体の温度
を測定することができる。
あるいは、放射温度のかわりにレーザのノくワを測定す
るためにはレーザパワーと薄層の電気抵抗との相関関係
を求めておけばよい。
るためにはレーザパワーと薄層の電気抵抗との相関関係
を求めておけばよい。
以上に述べたような各種の相関関係をあらかじめ記憶さ
せ、必要に応じてそれらを読み出して実測結果と比較す
ることにより、高精度に測定することができる。また実
測値そのものではなく、他の値に変換された値や補正さ
れた値を用いて比較してもよいことはいうまでもない。
せ、必要に応じてそれらを読み出して実測結果と比較す
ることにより、高精度に測定することができる。また実
測値そのものではなく、他の値に変換された値や補正さ
れた値を用いて比較してもよいことはいうまでもない。
さて、ここで本発明の他の特徴について説明する。本発
明の光センサによれば、新だに発熱体を設ける必要なし
に、たとえばレーザパワーの絶対値の較正ができること
である。絶対値の較正は通常最も困難な仕事であるが、
本発明の光センサにおいては容易に行うことができる。
明の光センサによれば、新だに発熱体を設ける必要なし
に、たとえばレーザパワーの絶対値の較正ができること
である。絶対値の較正は通常最も困難な仕事であるが、
本発明の光センサにおいては容易に行うことができる。
たとえば第1図を用いて説明する。電極3’、 3’
間に一定電力を印加し、同時に3’、 3’間の電気
的特性を測定する。
間に一定電力を印加し、同時に3’、 3’間の電気
的特性を測定する。
さらに詳しく説明すると、たとえば3’、 3’間に
定電流を流し、端子3’、 3’間の端子間電圧を測
定する。そうすれば、薄層1で発生する電力が既知の値
になる。同時に端子3’、 3’間の抵抗値も演算に
よシ求めることができる。このようにして、薄層1の抵
抗値の電力依存性が求まる。このような計測値の校正方
法は、本発明の光センサの構造的バラツキがあっても、
あるいは計測条件の相異があってもそれらには無関係に
、必要に応じて容易に絶対値の較正を行うことができる
ので実用的価値も大きい。
定電流を流し、端子3’、 3’間の端子間電圧を測
定する。そうすれば、薄層1で発生する電力が既知の値
になる。同時に端子3’、 3’間の抵抗値も演算に
よシ求めることができる。このようにして、薄層1の抵
抗値の電力依存性が求まる。このような計測値の校正方
法は、本発明の光センサの構造的バラツキがあっても、
あるいは計測条件の相異があってもそれらには無関係に
、必要に応じて容易に絶対値の較正を行うことができる
ので実用的価値も大きい。
絶対値を較正する他の方法としては、端子3′。
3′間に一定の直流電力を印加し、それに重畳してパル
ス電力を印加して前述のような計測を行うことにより、
瞬間的変化への追ずい性を確認することもできる。
ス電力を印加して前述のような計測を行うことにより、
瞬間的変化への追ずい性を確認することもできる。
以上に述べた実施例の場合には、たとえば第1図におい
てレーザ光が全領域に照射されても、吸収膜4の吸収率
が他の部分に比べてきわめて大きいので、選択的に吸収
される。したがって、本発明の光センサを線状あるいは
面状に配列させた状態で用い、′それぞれの対応する位
置において検知することもできる。しかしながら以上に
述べたいずれの実施例の場合にも入射光を直接望む位置
に吸収膜4が存在することが不可欠であるが、オプティ
カルファイバを用いて入射光を吸収膜4まで導、くなら
ば直視できない位置の情報を検知することもできる。
てレーザ光が全領域に照射されても、吸収膜4の吸収率
が他の部分に比べてきわめて大きいので、選択的に吸収
される。したがって、本発明の光センサを線状あるいは
面状に配列させた状態で用い、′それぞれの対応する位
置において検知することもできる。しかしながら以上に
述べたいずれの実施例の場合にも入射光を直接望む位置
に吸収膜4が存在することが不可欠であるが、オプティ
カルファイバを用いて入射光を吸収膜4まで導、くなら
ば直視できない位置の情報を検知することもできる。
つぎに本発明の光センサを得るための製造方法の第1の
実施例について述べる。
実施例について述べる。
薄層1および基板2′、2’を構成する材料としてシリ
コンを用いる場合の例について説明する。
コンを用いる場合の例について説明する。
たとえば、エチレンジアミン・ピロカテコールの水溶液
(17*tエチレンジアミン+ 8*を水+ 3ダ
ピロカテコール)によってボロンを含むシリコンの<1
00>方向のエツチング速度は、ボロン濃度が、2×1
014ff−5〜5×1017Crn″3(抵抗率:1
o−1〜1o2Ω−α)ノ範囲f id ホぼ6o I
im/brと一定値を示すことが知られている。
(17*tエチレンジアミン+ 8*を水+ 3ダ
ピロカテコール)によってボロンを含むシリコンの<1
00>方向のエツチング速度は、ボロン濃度が、2×1
014ff−5〜5×1017Crn″3(抵抗率:1
o−1〜1o2Ω−α)ノ範囲f id ホぼ6o I
im/brと一定値を示すことが知られている。
(1()○〉シリコンを1度角度研磨したサンプルを前
記エツチング液で10分間エツチングしたときのエツチ
ング深さを観測すると、シリコン中で電気的に活性なボ
ロン原子の濃度が、7X1019゛(7)以上になると
急激にエツチング速度が遅−なることが知られている。
記エツチング液で10分間エツチングしたときのエツチ
ング深さを観測すると、シリコン中で電気的に活性なボ
ロン原子の濃度が、7X1019゛(7)以上になると
急激にエツチング速度が遅−なることが知られている。
この限界濃度以下の場合にはp形、n形ともに、はぼ一
定速度のエツチングが行なわれることも知られている。
定速度のエツチングが行なわれることも知られている。
本発明の製造方法は以上に述べた現象を利用することに
よって効果的に実施できる。第1図を用いて具体的に述
べる。薄層1が7×10 (7) 以上のボロン濃度を
有していることが必要であって、基板2’、 2’が
n形であることは必ずしも必要ではない。したがって、
2/、 2#が7X10 c7n 以下のボロン濃
度を有するp形であってもかまわない。
よって効果的に実施できる。第1図を用いて具体的に述
べる。薄層1が7×10 (7) 以上のボロン濃度を
有していることが必要であって、基板2’、 2’が
n形であることは必ずしも必要ではない。したがって、
2/、 2#が7X10 c7n 以下のボロン濃
度を有するp形であってもかまわない。
第1図(C)に示すように穴1σを有する支持体10上
にり形薄層1が形成されたn形シリコン基板を接着する
。支持体としてはシリコンのエツチング液に対して耐食
性を有し、しかも高抵抗率の材料、たとえばアルミナな
どで構成されていることが好ましい。捷た第1図中)に
は図示していないが、支持体10と基板との間、たとえ
ば境界部9′。
にり形薄層1が形成されたn形シリコン基板を接着する
。支持体としてはシリコンのエツチング液に対して耐食
性を有し、しかも高抵抗率の材料、たとえばアルミナな
どで構成されていることが好ましい。捷た第1図中)に
は図示していないが、支持体10と基板との間、たとえ
ば境界部9′。
グの部分に、エツチングを実行する以前に、あらかじめ
阻02膜などの耐食性の被膜を形成しておいてもよい。
阻02膜などの耐食性の被膜を形成しておいてもよい。
5102膜はほとんどエツチングされないので、穴1σ
側からシリコン基板をエツチングしたときに、異方性エ
ツチングにより境界部9’、 9’の上部のシリコン
基板り、2′が選択的に残される。
側からシリコン基板をエツチングしたときに、異方性エ
ツチングにより境界部9’、 9’の上部のシリコン
基板り、2′が選択的に残される。
接着状態によって境界部9/、 S#の部分を規定して
もよいし、基板の幅Wが穴4の幅W′よυも狭くなるよ
うにしてもよいことはいうまでもない。
もよいし、基板の幅Wが穴4の幅W′よυも狭くなるよ
うにしてもよいことはいうまでもない。
次に製造方法の第2の実施例について第1図を用いて説
明する。ただしこの場合、第1の実施例の場合とは異な
シ1.2’、 2’はp形、1はn形である。106〜
116℃の前記エツチング液゛(76mlエチレンジア
ミン、24ゴ水、12gピロカテコール)中で、〈10
0〉方向のp形シリコン基板中に不純物としてリンが拡
散された薄層1に、電極3′あるいは3′を介して正の
電圧を印加し、前記エツチング液中の白金電極に負の電
圧を印加して、すなわち電極間にo、e v程度の電圧
を印加した状態でエツチングすることによりn形薄層1
を残して、p影領域のみをエツチングすることができる
。たとえば厚さ1μm以下の薄層を精度よく形成するこ
とができる。このときのp形のエツチング速度は1.2
6〜1.76μM分であることが知られている。このと
きn影領域は6人/分以下しかエツチングされないこと
も知られている。このとき第1図(B)の境界部9’、
9’部分にp形シリコン基板のエツチングの実行に先
だって、たとえばSiO2膜(図示せず)を選択的に形
成しておくことに工りミル形基板2/、 2#を選択的
に残してエツチングを終了することができる。
明する。ただしこの場合、第1の実施例の場合とは異な
シ1.2’、 2’はp形、1はn形である。106〜
116℃の前記エツチング液゛(76mlエチレンジア
ミン、24ゴ水、12gピロカテコール)中で、〈10
0〉方向のp形シリコン基板中に不純物としてリンが拡
散された薄層1に、電極3′あるいは3′を介して正の
電圧を印加し、前記エツチング液中の白金電極に負の電
圧を印加して、すなわち電極間にo、e v程度の電圧
を印加した状態でエツチングすることによりn形薄層1
を残して、p影領域のみをエツチングすることができる
。たとえば厚さ1μm以下の薄層を精度よく形成するこ
とができる。このときのp形のエツチング速度は1.2
6〜1.76μM分であることが知られている。このと
きn影領域は6人/分以下しかエツチングされないこと
も知られている。このとき第1図(B)の境界部9’、
9’部分にp形シリコン基板のエツチングの実行に先
だって、たとえばSiO2膜(図示せず)を選択的に形
成しておくことに工りミル形基板2/、 2#を選択的
に残してエツチングを終了することができる。
ところで、第1図(ム)に示すように、n形シリコン薄
層1の幅W′はp形シリコン基板の幅Wに比べて狭くな
っている。このような構造を実現するためには、前記の
エツチングを実行する以前に、薄層を形成すべき部分以
外の部分をあらかじめp形に変換しておくことが必要で
ある。あるいは、前記のエツチングを実行する以前に、
薄層を形成すべき部分以外の部分をあらかじめ除去して
おくことが必要である。
層1の幅W′はp形シリコン基板の幅Wに比べて狭くな
っている。このような構造を実現するためには、前記の
エツチングを実行する以前に、薄層を形成すべき部分以
外の部分をあらかじめp形に変換しておくことが必要で
ある。あるいは、前記のエツチングを実行する以前に、
薄層を形成すべき部分以外の部分をあらかじめ除去して
おくことが必要である。
以上の説明からも明らかなように不純物濃度だけではな
く、エツチングで残されるパターンによっても抵抗値を
適宜設定できる。
く、エツチングで残されるパターンによっても抵抗値を
適宜設定できる。
たとえば、第1図に示した電極3’、 3’は前記エツ
チングを実行する以前に形成してもよいし、エツチング
終了後形成してもよい。あるいはシリコンをエツチング
する際に塗膜で被覆しておいて、エツチング終了後除去
するようにしてもよい。
チングを実行する以前に形成してもよいし、エツチング
終了後形成してもよい。あるいはシリコンをエツチング
する際に塗膜で被覆しておいて、エツチング終了後除去
するようにしてもよい。
たとえば、第1図においては図示されていないが、たと
えばp形基板2′あるいは2#の上部に形成されたn形
層部分(図示せず)に通常のIC回路。
えばp形基板2′あるいは2#の上部に形成されたn形
層部分(図示せず)に通常のIC回路。
あるいは記憶素子などを形成してもよいことはいうまで
もない。
もない。
ただし、そのときには轟然ながらICの動作限界温度以
上の温度を検知することは不可能になる。
上の温度を検知することは不可能になる。
また、以上に述べた実施例はシリコンについて示してい
るが、油などの他の半導体材料、あるいは誘電体材料を
用いても本発明を実施することができる。
るが、油などの他の半導体材料、あるいは誘電体材料を
用いても本発明を実施することができる。
以上の説明からも明らかなように、本発明の光センサは
通常のLSI製造に用いられている微細加工技術を用い
て製造できるので、超小型であり、寸法精度などの均一
性も非常にすぐれている。
通常のLSI製造に用いられている微細加工技術を用い
て製造できるので、超小型であり、寸法精度などの均一
性も非常にすぐれている。
その結果、高精度になるだけでなく、形状2寸法を小さ
くしたことによる熱容量の低下によって、熱応答速度が
大幅に改善された。なかでも感熱部分である薄層1を基
板l、2′によって空中に保持する構造にしたことは応
答速度の改善に大きく寄与している。
くしたことによる熱容量の低下によって、熱応答速度が
大幅に改善された。なかでも感熱部分である薄層1を基
板l、2′によって空中に保持する構造にしたことは応
答速度の改善に大きく寄与している。
すなわち、瞬間的温度の変化も検知できることになった
。放射温度や入射電力などの変化によって発生した変化
の状態をいったん記憶させ、しかるのちあらかじめ記憶
させておいたデータと比較することにより、そのときの
瞬間的変化の状態を検知することもできる。
。放射温度や入射電力などの変化によって発生した変化
の状態をいったん記憶させ、しかるのちあらかじめ記憶
させておいたデータと比較することにより、そのときの
瞬間的変化の状態を検知することもできる。
さて、第1図において光吸収′膜4はガス中蒸発法を用
いて形成された金属超微粒子膜で構成される。金属超微
粒子膜4の製造方法については周知であるが、これを選
択的に特定の位置に形成するために、たとえばメタルマ
スクを用いることができる。第1図(A)を用いて説明
すると、電極3’、 3’。
いて形成された金属超微粒子膜で構成される。金属超微
粒子膜4の製造方法については周知であるが、これを選
択的に特定の位置に形成するために、たとえばメタルマ
スクを用いることができる。第1図(A)を用いて説明
すると、電極3’、 3’。
絶縁物膜6の部分を被覆するストライプ状のマスクを用
いれば、架橋された薄層1上に選択的に、たとえばAu
超微粒子膜4を形成することができる。
いれば、架橋された薄層1上に選択的に、たとえばAu
超微粒子膜4を形成することができる。
第7図は本発明の光センサの第5の実施例を示すもので
あり第1図と第6図に示した構成を組み合せたもの′に
相当する。薄層1の一端は基板2′と一体であり、ここ
ではコンタクト窓12′を介して電極3′に接続されて
いる。電極を基板の底面から取り出してもよい。薄層1
は第6図の実施例の場合と同様に絶縁物膜6によって保
持されていて、コンタクト窓12#を介して電極2に接
続される。
あり第1図と第6図に示した構成を組み合せたもの′に
相当する。薄層1の一端は基板2′と一体であり、ここ
ではコンタクト窓12′を介して電極3′に接続されて
いる。電極を基板の底面から取り出してもよい。薄層1
は第6図の実施例の場合と同様に絶縁物膜6によって保
持されていて、コンタクト窓12#を介して電極2に接
続される。
第1図の実施例において基板2′部分がない場合に相当
する。第1図の実施例の場合に比べて熱容量がきらに低
下する利点がある。第1図に示した支持体との接着部分
ゲがないので製造時における取扱いも容易になるし、支
持体の材料が高抵抗である必要もない。
する。第1図の実施例の場合に比べて熱容量がきらに低
下する利点がある。第1図に示した支持体との接着部分
ゲがないので製造時における取扱いも容易になるし、支
持体の材料が高抵抗である必要もない。
第8図は本発明の光センサの第6の実施例を示す。図(
ム)は上面図、図中)は図(ム)のI−I’における断
面図である。電極3と電極14との間でpn接合間に1
0〜100μム程度以下の微小一定電流を印加し、光吸
収膜4によって発生した熱によるpn接合順方向電圧の
変化を検知するものである。
ム)は上面図、図中)は図(ム)のI−I’における断
面図である。電極3と電極14との間でpn接合間に1
0〜100μム程度以下の微小一定電流を印加し、光吸
収膜4によって発生した熱によるpn接合順方向電圧の
変化を検知するものである。
電極14を4の下部に設けずに3の下部にのみ設けても
よいことはいうまでもない。
よいことはいうまでもない。
以上に示した実施例以外にも本発明の主旨を損わない範
囲において各種の変形が考えられることはいうまでもな
い。
囲において各種の変形が考えられることはいうまでもな
い。
以上に説明したように、本発明の光センサは高感度、高
精度、高速応答性、高信頼性という特徴を有し、しかも
均一に、縮小形に製造することができるので工業的価値
の大きいものである。さらには光量絶対値の較正が容易
にできるので、標準計器としての機能も併せ有するもの
である。
精度、高速応答性、高信頼性という特徴を有し、しかも
均一に、縮小形に製造することができるので工業的価値
の大きいものである。さらには光量絶対値の較正が容易
にできるので、標準計器としての機能も併せ有するもの
である。
第1図(A)〜(C)は本発明の光センサの第1の実施
例を示すもので、このうち図(A)は前記光センサの要
部の上面図、図(B)は図(ム)のI −I’における
断面図、図(Clは前記光センサの他の要部の下面図で
ある。第2図、第3図は本発明の光センサの作用を説明
するための図で、このうち、第2図は金属超微粒子の付
着量と光透過率との関係を示し、第3図は同じく金属超
微粒子の付着量と光反射率との関係を示す。第4図は本
発明の光センサの第2の実施例を示す上面図、第6図(
ム)、 (B)は本発明の光センサの第3の実施例を示
すもので、このうち図(ム)は上面図、図(B)は図(
ム)の1−1’における断面図である。第6図(ム)、
(B)は本発明の光センサの第4の実施例を示すもの
で、このうち図(A)は上面図、図中)は図(ム)のI
−I’における断面図である。第7図は本発明の光セン
サの第6の実施例を示す上面図、第8図(A)、 (B
)は本発明の光センサの第6の実施例を示すもので、こ
のうち図(A)は上面図、図(B)は図(ム)の1−1
’における断面図である。 1・・・・・・薄層、2. 2’、 2’・・・・・・
基板、3’、 3’、14・・・・・・電極、4・・
・・・・光吸収膜、6・・・・・・SiO2膜、6・・
・・・・窓、7・・・・・・スペーサ、1o・・・・・
・支持体、10′。 11・・・・・・穴、13・・・・・・空洞。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名I1
図 第2図 村眉量(4/ν) 第3図 付番量t〜− 祇4図 12° I 第6図 第7図 12’
例を示すもので、このうち図(A)は前記光センサの要
部の上面図、図(B)は図(ム)のI −I’における
断面図、図(Clは前記光センサの他の要部の下面図で
ある。第2図、第3図は本発明の光センサの作用を説明
するための図で、このうち、第2図は金属超微粒子の付
着量と光透過率との関係を示し、第3図は同じく金属超
微粒子の付着量と光反射率との関係を示す。第4図は本
発明の光センサの第2の実施例を示す上面図、第6図(
ム)、 (B)は本発明の光センサの第3の実施例を示
すもので、このうち図(ム)は上面図、図(B)は図(
ム)の1−1’における断面図である。第6図(ム)、
(B)は本発明の光センサの第4の実施例を示すもの
で、このうち図(A)は上面図、図中)は図(ム)のI
−I’における断面図である。第7図は本発明の光セン
サの第6の実施例を示す上面図、第8図(A)、 (B
)は本発明の光センサの第6の実施例を示すもので、こ
のうち図(A)は上面図、図(B)は図(ム)の1−1
’における断面図である。 1・・・・・・薄層、2. 2’、 2’・・・・・・
基板、3’、 3’、14・・・・・・電極、4・・
・・・・光吸収膜、6・・・・・・SiO2膜、6・・
・・・・窓、7・・・・・・スペーサ、1o・・・・・
・支持体、10′。 11・・・・・・穴、13・・・・・・空洞。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名I1
図 第2図 村眉量(4/ν) 第3図 付番量t〜− 祇4図 12° I 第6図 第7図 12’
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)基板により一部が空間に保持された薄層を有し、
かつ前記薄層上に光吸収膜を有し、さらに、前記光吸収
膜によって吸収した光を熱に変換し、発生した熱による
前記薄層の温度の変化を検知する手段を有することを特
徴とする光センサ。 (2)温度を検知する手段が薄層の電気抵抗の温度によ
る変化あるいは薄層内に形成されたpn接合素子の端子
間特性の温度による変化を利用することを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の光センサ。 (3)薄層の電気抵抗の温度による変化の状態あるいは
薄層内に形成されたp−n接合素子の端子間特性の温度
による変化の状態、あるいは前記変化の状態と一定の相
関を有する変化の状態を記憶手段にいったん記憶させ、
しかるのち前記変化の状態の実測値と前記記憶素子に記
憶させた変化の状態の記憶値とを比較することにより温
度を検知することを特徴とする特許請求の範囲第1項あ
るいは第2項に記載の光センサ。 (4)薄層と光吸収膜との間^収脱の電気抵抗に比べて
高抵抗である膜が形成されていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の光センサ。 (5)光吸収膜が超微粒子で構成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項あるいは第4項に記載の光
センサ。 (6)超微粒子が金属超微粒子あるいは表面に薄い酸化
物被膜を有する金属超微粒子であることを特徴とする特
許請求の範囲第5項に記載の光センサ。 (7)光吸収膜を形成した部分が一定の熱容量を有する
ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項あるいは第4項に記載の光センサ。 (8)オプティカルファイバで導かれた光が光吸収膜に
照射される構成になっていることを特徴とする特許請求
の範囲第1項、第4項あるいは第7項に記載の光センサ
。 (9)基板が薄層の電気抵抗に比べて高抵抗である支持
体上に接着されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項あるいは第4項に記載の光センサ。 (10)支持体が開孔を有することを特徴とする特許請
求の範囲第9項に記載の光センサ。 (11)薄層を複数個配設したことを特徴とする特許請
求の範囲第1項あるいは第4項に記載の光センサ。 (12)薄層と基板とがシリコンで構成されていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光センサ。 (13)薄層を構成するシリコンが不純物として7×1
0”011””以上のボロンを含むことを特徴とする特
許請求の範囲第12項に記載の光センサ。 (14)薄層と基板とがシリコンで構成されているとと
もに互いに異なる導電形であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の光センサ。 (16)薄層が基板中への不純物の熱拡散またはイオン
注入された層、また顛恭板上へのエピタキシャル成長層
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
光センサ。 (1e)薄層が形成された基板の一部を選択的にエツチ
ングすることにより一部が空間に保持された薄層を形成
し、しかるのちガス中蒸発法により前記薄層上に超微粒
子で構成された光吸収膜を形成することを特徴とする光
センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199218A JPS58100467A (ja) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | 光センサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199218A JPS58100467A (ja) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | 光センサおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58100467A true JPS58100467A (ja) | 1983-06-15 |
Family
ID=16404096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56199218A Pending JPS58100467A (ja) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | 光センサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58100467A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996036999A1 (de) * | 1995-05-19 | 1996-11-21 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Strahlungsempfindliches detektorelement und verfahren zur herstellung desselben |
| US5637510A (en) * | 1993-12-24 | 1997-06-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for fabricating solar cell |
-
1981
- 1981-12-10 JP JP56199218A patent/JPS58100467A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5637510A (en) * | 1993-12-24 | 1997-06-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for fabricating solar cell |
| WO1996036999A1 (de) * | 1995-05-19 | 1996-11-21 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Strahlungsempfindliches detektorelement und verfahren zur herstellung desselben |
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