CN107209057B - 电磁波检测器以及气体分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁波检测器，具备具有通过支撑脚中被空保持于基板上的受光部的第1电磁波传感器、具有通过与第1电磁波传感器的支撑脚相同构造的支撑脚被中空保持于基板上的受光部并且与第1电磁波传感器邻接设置的第2电磁波传感器，该电磁波检测器的特征在于，第1电磁波传感器的受光部具有反射膜，第2电磁波传感器的受光部具有检测预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体，输出第2电磁波传感器的输出与第1电磁波传感器的输出的差分。
Description
技术领域
本发明涉及将特定波段的电磁波变换成热而检测的电磁波检测器以及具备该电磁波检测器的气体分析装置。
背景技术
家电产品等为了实现节能且舒适的空间，需要检测人体的位置以及室内的温度分布的高灵敏度且简便的电磁波检测器。作为这样的电磁波检测器，以往一直使用将热电堆用于像素的电磁波传感器。在该电磁波传感器中，将热电偶的热接点配置于腔体上、将冷接点配置于框体上，能够根据与热接点与冷接点的温度差对应地产生的热电动势来识别热接点的温度。另外，通过降低热接点的热容、抑制从热接点向冷接点的导热性、提高电磁波吸收膜的吸收等实现高灵敏度化(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005－172762号公报
发明内容
在以往的电磁波检测器的情况下，在选择要检测的电磁波的波长时，在受光部(温度传感器部)形成吸收预定波长区域的电磁波的电磁波吸收膜，从而能够使电磁波的传感器灵敏度具有波长选择性。然而，在电磁波吸收部是热电堆的情况下，除了在热电偶的热接点的电磁波吸收以外，在对受光部进行中空保持的支撑脚部(例如，布线或热电偶)也发生电磁波吸收。由该支撑脚部的电磁波吸收所引起的传感器输出使电磁波灵敏度的波长选择性劣化。
本发明是为了解决上述问题而完成的，目的在于提供一种具备提高了电磁波灵敏度的波长选择性的电磁波检测器的气体分析装置。
本发明涉及一种电磁波检测器，具备：基板；第1电磁波传感器，具有通过支撑脚被中空保持于基板上的受光部；以及第2电磁波传感器，具有通过与第1电磁波传感器的支撑脚相同构造的支撑脚被中空保持于基板上的受光部，第2电磁波传感器与第1电磁波传感器邻接设置，电磁波检测器的特征在于，第1电磁波传感器的受光部具有平坦的整面反射膜，第2电磁波传感器的受光部具有检测预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体，输出第2电磁波传感器的输出与第1电磁波传感器的输出的差分。
本发明的电磁波检测器通过构成为如上所述，能够去掉由支撑脚部的电磁波吸收所引起的传感器输出，所以电磁波灵敏度的波长选择性提高，其中该支撑脚部对受光部进行中空保持。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的电磁波传感器的俯视图。
图2是图1的I－I线以及II－II线的剖视图。
图3是本发明的实施方式1的电磁波检测器的俯视图。
图4是图3的IV－IV线的剖视图。
图5是图3的V－V线的剖视图。
图6是用于说明本发明的实施方式1的热电偶的连接的示意图。
图7是用于说明电磁波检测器的吸收特性的示意图。
图8是本发明的实施方式2的电磁波检测器的俯视图。
图9是图8的IX－IX线的剖视图。
图10是本发明的实施方式4的电磁波检测器的俯视图。
图11是用于说明本发明的实施方式5的电磁波检测器的吸收特性的示意图。
图12是示出本发明的实施方式6的气体分析装置的概略的图。
图13是本发明的实施方式7的电磁波检测器的俯视图。
图14是图13的A－A线的剖视图。
图15是图13的B－B线的剖视图。
图16是本发明的实施方式7的电磁波检测器的俯视图。
图17是图16的C－C线的剖视图的一个例子。
图18是图16的C－C线的剖视图的一个例子。
图19是本发明的实施方式8的电磁波检测器的俯视图。
图20是图19的D－D线的剖视图。
图21是图19的E－E线的剖视图。
图22是本发明的实施方式9的电磁波检测器的俯视图。
(符号说明)
1：基板；2：绝缘膜；3：电磁波吸收体；4：热接点；5：冷接点；6：腔体；7：热电堆；8：电磁波吸收体；9：反射膜；10：布线；11：输出焊盘；12：热电偶材料a；13：热电偶材料b；14：布线；15：电磁波吸收体；16：电磁波吸收体；17：布线；18：受光部；19：支撑脚；20：光源；21：热接点区域；22：反射膜；30：气体导入机构；40：差动型红外线传感器阵列；100：电磁波检测器；110：电磁波传感器；111：第1电磁波传感器；112：第2电磁波传感器；113：第1电磁波传感器；114：第2电磁波传感器；115：第5电磁波传感器；116：第2电磁波传感器；117：第5电磁波传感器；118：第2电磁波传感器；120：电磁波检测器；130：电磁波检测器；140：电磁波检测器；200：电磁波检测器；201：第1电磁波传感器；202：第2电磁波传感器；203：第3电磁波传感器；204：第4电磁波传感器；205：第5电磁波传感器；206：第2电磁波传感器；207：第3电磁波传感器；208：第4电磁波传感器；210：电磁波检测器；300：电磁波检测器；301：第1电磁波传感器；302：第2电磁波传感器；303：第3电磁波传感器；304：第4电磁波传感器；400：气体分析装置。
具体实施方式
＜实施方式1＞
在本发明的实施方式中，说明作为电磁波检测器使用可见光或者红外光的检测器的情况，但本发明除使用这些检测器有效之外，使用例如紫外光、近红外光、太赫兹(THz)波、微波等电波区域的检测器也有效。此外，在本发明的实施方式中，将这些光和电波统称记载为电磁波。
以下，参照附图，说明本发明的实施方式的电磁波检测器。在各实施方式中，对相同结构附加相同符号，省略说明。
首先，作为前提技术，说明构成本发明的电磁波检测器的电磁波传感器。图1是作为本发明的前提技术的电磁波传感器110的俯视图。图2是电磁波传感器110的剖视图，图2的(a)是图1的I－I线的剖视图，图2的(b)是图1的II－II线的剖视图。此外，在图1中，为了容易理解，省略了基板1上的绝缘膜2的记载，以透视状态示出设置于热接点4之上的电磁波吸收体3。
如图1、2所示，电磁波传感器110包括硅等的基板1、将电磁波变换成热而检测的受光部18以及将受光部(温度传感器部)18中空保持于基板1上的支撑脚(例如布线或热电偶)19。在基板1的表面设置有例如包括SiO2或SiN的绝缘膜2。在绝缘膜2之上设置有包括多个热电偶的热电堆(热电堆：串联连接大量的热电偶来提高输出电压的部件)7。将包括绝缘膜2及其内部的热电堆7(热电偶)在内的部分称为支撑脚19。该支撑脚19对受光部18进行中空保持而使其浮起，从而还具有热绝缘的效果。
如图2所示，热电偶包括热电偶材料a12与热电偶材料b13的对，例如，作为热电偶材料a12能够使用铝膜，作为热电偶材料b13能够使用多晶硅膜。热电偶材料a12和热电偶材料b13沿着中心轴50对称配置，热电偶材料a12和热电偶材料b13的一个端部在中心轴50附近连接而形成热接点4。在热接点4的上方也就是电磁波的入射侧设置有受光部18，该受光部18具备吸收预定波段的电磁波的电磁波吸收体3。电磁波吸收体3被配置成覆盖热接点4。将包括绝缘膜2及其上部的电磁波吸收体3在内的部件称为受光部18。此外，由于支撑脚19之上未设置电磁波吸收体3，所以支撑脚9的表面为相对于电磁波露出的状态。
去除受光部18下部的基板1而形成有腔体6。换言之，电磁波传感器110是通过支撑脚19在腔体6的上侧保持受光部18的中空构造。这样，通过在受光部18的下部设置腔体6来防止热从电磁波吸收体3和热电堆7扩散到基板1。
另一方面，热电偶材料a12和热电偶材料b13的另一个端部在腔体6的外侧的基板1上连接而形成冷接点5。也就是说，冷接点5配置于基板1上的未形成腔体6的区域。
形成于基板1上的分开的位置的热电偶被用布线10连接起来。
在电磁波传感器110中，电磁波吸收体3吸收电磁波，从而热接点4的温度上升，在热接点4与冷接点5之间产生温度差，通过塞贝克效应产生电动势。经由布线10从输出焊盘11检测该电动势，从而能够检测入射到电磁波吸收体3的预定波长的电磁波。
接下来，说明本发明的实施方式1的电磁波检测器100的结构。电磁波检测器100具备2个作为前提技术说明的电磁波传感器。2个电磁波传感器111、112的受光部18的结构不同。图3是本发明的实施方式1的电磁波检测器100的俯视图。图4是图3的IV－IV线的剖视图。另外，图5是图3的V－V线的剖视图。在图3中，与图1同样地，为了容易理解也省略了基板1上的绝缘膜2的记载，以透视的状态示出设置于热接点4之上的电磁波吸收体8以及反射膜9。
电磁波检测器100具有邻接配置于基板1上的第1电磁波传感器111与第2电磁波传感器112。第1电磁波传感器111与第2电磁波传感器112用布线14连接。
第1电磁波传感器111的受光部18具有反射膜9，该反射膜9配置成覆盖设置于绝缘膜2之上的热电偶的热接点4。另外，第2电磁波传感器112的受光部18具有检测预定波长区域的光的电磁波吸收体8，该电磁波吸收体8配置成覆盖热接点4。第1电磁波传感器111以及第2电磁波传感器112的其它构造与使用图1、2说明的作为前提的电磁波传感器110相同。另外，第1电磁波传感器111的支撑脚19与第2电磁波传感器112的支撑脚19为相同构造
如图4所示，第2电磁波传感器112的电磁波吸收体8构成为具有阵列状地配置于表面的周期构造以感应出使特定波长的入射光与表面耦合的表面等离子激元，使特定波长的入射光的吸收量大于特定波长以外的入射光的吸收量。第2电磁波传感器112的电磁波吸收体8例如包括Au、Ag等金属。金属的厚度是入射的电磁波不透过金属的厚度即可。作为基准，是作为对象的波长的穿透厚度的两倍以上即可。在电磁波波长区域中，膜厚为几十nm左右至几百nm左右。电磁波吸收体8的构造也可以是表面用产生表面等离子激元的金属覆盖、且1维或者2维地配置有周期性的凹凸的构造。在该情况下，根据凹凸的周期确定吸收波长。另外，电磁波吸收体8的构造也可以是在平坦的金属之上成膜氧化硅等绝缘层、并在其上1维或者2维地配置有周期性的孤立金属图案的构造。在该情况下，根据孤立金属图案的大小确定吸收波长。
在电磁波的检测使用表面等离子激元的情况下，作为电磁波吸收体8的金属材料优选使用Au、Ag、Al等。在本发明中，根据由金属的周期构造实现的波长选择效果的观点，被称为表面等离子激元、伪表面等离子激元或者超材料的效果是相同的，所以统称为“表面等离子激元”。
另外，电磁波吸收体8既可以是通过金属膜的单层构造、金属膜与电介体的多层膜构造或者电介体的多层膜来控制吸收波长的构造，也可以是通过改变电磁波吸收体8所使用的材料来控制吸收波长的构造。
反射膜9的表面平坦，包括Au、Ag、Al等在电磁波波长区域具有高反射率的金属。
布线14将第1电磁波传感器111的热电偶材料a12的冷接点5与第2电磁波传感器112的热电偶材料a12的冷接点5之间连接起来。以下，说明这样连接时的动作。
在这里，为了简化，以图6所示的热电偶进行说明。图6的(a)是示出热电偶的原理的示意图。图6的(b)是示出与本实施方式的电磁波检测器100同样地连接有2个热电偶的状态的示意图。如图6的(a)所示，在热电偶中，由于热接点4与冷接点5的温度差而产生电动势V。接下来，如图6的(b)所示，考虑用布线14连接相同的热电偶材料a12彼此的情况。在该情况下，左右各热电偶的电压反向产生，所以在将两者连接的状态下测量左右各热电偶的热电偶材料b13间的电压时，能够运算两个热电偶的差分并输出。在热接点4与冷接点5为相同温度的情况下，差分输出为零。在如本实施方式的电磁波检测器100所示地串联连接多个热电偶材料a12以及热电偶材料b13的情况下，用于输出差分的连接方法也基本与图6的(b)相同。通过将第1电磁波传感器111的输出与第2电磁波传感器112的输出连接成图6的(b)的方式，作为输出能够得到两个传感器的差分。也就是说，作为输出能够得到从第2电磁波传感器112的输出减去第1电磁波传感器111的输出而得到的值。
接下来，说明本发明的实施方式1的电磁波检测器100的效果。图7的(a)示出通过形成吸收预定波长区域的光的电磁波吸收体8而使灵敏度具有波长选择性的电磁波传感器的理想的吸收特性。图7的(b)示出实施方式1的电磁波检测器100的第2电磁波传感器112的吸收特性。
如图7的(a)所示，在具备吸收波段W2的电磁波的电磁波吸收体8的电磁波传感器的情况下，仅根据电磁波吸收体8的吸收α2得到传感器输出是理想的。然而，在实际的传感器中，如图7的(b)所示，将波段W2中的电磁波吸收体8的吸收α2与波段WL中的支撑脚19的吸收αL合起来的吸收作为整体的吸收α。也就是说，实际的传感器输出包括由波段WL中的支撑脚19的吸收αL引起的输出。例如，在绝缘膜2包括SiO2、SiN的情况下，材料本身吸收10μm附近的光，并将该吸收反映到传感器的输出。在以往的热电堆中，支撑脚本身的吸收未被当作问题。然而，现在明确了在如本发明的方式那样实现具有波长选择性的检测器的情况下，支撑脚本身的材料所具有的固有的吸收导致波长选择性劣化并造成严重的问题。
对此，本实施方式的电磁波检测器100具备在热接点4上设置反射膜9的第1电磁波传感器111以及在热接点4上设置吸收预定波段的光的电磁波吸收体8的第2电磁波传感器112，构成为以从第2电磁波传感器112的传感器输出(热电动势)减去第1电磁波传感器111的传感器输出(热电动势)的方式电连接，并从输出焊盘11读出信号。由此，能够实现不包括支撑脚19的电磁波吸收的理想的传感器输出的电磁波检测器100。
特别是，在本实施方式的电磁波检测器100中，第1电磁波传感器111的支撑脚与第2电磁波传感器112的支撑脚为相同构造，所以通过从第2电磁波传感器112的传感器输出减去第1电磁波传感器111的传感器输出，能够去除支撑脚19吸收的电磁波对传感器输出造成的影响。
如上所述，本实施方式的电磁波检测器100具备：第1电磁波传感器111，具有由支撑脚19中空保持于基板1上的受光部18；以及与第1电磁波传感器111邻接设置的第2电磁波传感器112，具有由与第1电磁波传感器111的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上的受光部18，第1电磁波传感器111的受光部18具有反射膜9，第2电磁波传感器112的受光部18具有检测预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体8，构成为输出第2电磁波传感器112的输出与第1电磁波传感器111的输出的差分。
由此，因为能够从第2电磁波传感器112的输出扣除由对受光部18进行中空保持的支撑脚部19的电磁波吸收而产生的传感器输出，所以电磁波灵敏度的波长选择性提高。
＜实施方式2＞
图8是示出本发明的实施方式2的电磁波检测器200的结构的图，图8的(a)是俯视图，图8的(b)是图8的(a)中的虚线的圆P所示的局部放大图。图9是图8的IX－IX线的剖视图。在图8中，与图1同样地，为了容易理解也省略了基板1上的绝缘膜2的记载，以透视的状态示出设置于热接点4之上的电磁波吸收体8、15、16以及反射膜9。本实施方式的电磁波检测器200与实施方式1的电磁波检测器100相比较，在还具备检测预定波段的光的第3电磁波传感器203以及第4电磁波传感器204这一点上不同。其它结构与实施方式1通用，所以下面以本方式特有的结构为中心进行说明。此外，本实施方式的支撑脚19的构造与实施方式1的支撑脚19的构造不同，但只要取差分的电磁波传感器的支撑脚的构造相同即可，对其构造没有特别限定。另外，构造相同还包括如图8所示的第1电磁波传感器201与第2电磁波传感器202那样配置为线对称的情况。
首先，说明本实施方式的电磁波检测器200的构造。如图所示，具备反射膜9的第1电磁波传感器201、检测预定波段的光的第2电磁波传感器202、第3电磁波传感器203、第4电磁波传感器204在基板1上相互邻接配置有多个。
第1电磁波传感器201的受光部18具有反射膜9，该反射膜9配置成覆盖热接点4。第2电磁波传感器202的受光部18具有检测波段λ1的电磁波吸收体8，该电磁波吸收体8配置成覆盖热接点4。第3电磁波传感器203的受光部18具有检测波段λ2的电磁波吸收体15，该电磁波吸收体15配置成覆盖热接点4。第4电磁波传感器204的受光部18具有检测波段λ3的电磁波吸收体16，该电磁波吸收体16配置成覆盖热接点4。
电磁波吸收体8、15、16例如阵列状地设置有凹部。凹部等间隔地配置，其周期(间距)设为与想要检测的电磁波的波长(特定波长)相同的程度。另外，凹部的深度例如优选是想要检测的波长即特定波长的1/4左右。
例如，在想要检测的特定波长为5μm的情况下，凹部的形状优选设为一边是3μm的正方形(平面)、深度设为1.5μm、凹部的间隔设为5μm。在该情况下，凹部的周期(间距)为与检测波长相同的5μm。凹部的平面形状也可以是圆形。
在热接点4上设置反射膜9的第1电磁波传感器201、在热接点4上设置吸收预定波段的光的电磁波吸收体8、15、16的第2、第3、第4电磁波传感器202、203、204用布线17分别以从第2、第3、第4电磁波传感器202、203、204的传感器输出(热电动势)减去第1电磁波传感器201的传感器输出(热电动势)的方式电连接。另外，使第1电磁波传感器201与第2、第3、第4电磁波传感器202、203、204的连接部通用化，分别运算第1电磁波传感器201的输出和第2、第3、第4电磁波传感器202、203、204的传感器输出，从输出焊盘输出与检测波段λ1、λ2、λ3相应的信号。
如上所述，本实施方式的电磁波检测器200具备：具有受光部18的第1电磁波传感器201，其中受光部18由支撑脚19中空保持于基板1上；具有受光部18并且与第1电磁波传感器201邻接设置的第2电磁波传感器202，其中受光部18由与第1电磁波传感器201的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上；具有受光部18并且与第2电磁波传感器202邻接设置的第3电磁波传感器203，其中受光部18由与第1电磁波传感器201的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上；以及具有受光部18并且与第3电磁波传感器203邻接设置的第4电磁波传感器204，其中受光部18由与第1电磁波传感器201的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上，第1电磁波传感器201的受光部18具有反射膜9，第2电磁波传感器202、第3电磁波传感器203、第4电磁波传感器204的受光部18具有分别检测不同的预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体8、15、16，构成为输出第2电磁波传感器202、第3电磁波传感器203、第4电磁波传感器204的输出与第1电磁波传感器201的输出的差分。
由此，能够从第2电磁波传感器202、第3电磁波传感器203、第4电磁波传感器204的输出扣除由于对受光部18进行中空保持的支撑脚19的电磁波吸收而产生的传感器输出，多个电磁波传感器的预定波长区域中的电磁波灵敏度的波长选择性提高。另外，通过使布线17的连接部通用化，能够实现电磁波检测器200小型化。此外，在本实施方式中，说明了具有对应于检测波段λ1、λ2、λ3的3个电磁波传感器的结构，但只要是具有多个具备检测预定波长区域的光的电磁波吸收体8的电磁波传感器的结构即可，电磁波传感器的数量不限于此。
＜实施方式3＞
在实施方式1、2中，说明了电磁波吸收体8仅检测特定波长区域的光的情况，但在电磁波吸收体8仅检测特定的偏振光的情况下，也具有等同的效果。也就是说，即使电磁波吸收体8本身仅吸收特定的偏振光并检测，在支撑脚19也不可能仅吸收特定的偏振光。其理由在于无法在支撑脚19上设置电磁波吸收体8的缘故，该支撑脚19为了减少从受光部18向基板1扩散的热而被以热阻变大的方式形成为又细又长。因此，在具有仅检测特定波长区域的光的电磁波吸收体8的电磁波传感器中，也得到将电磁波吸收体8的吸收与支撑脚19的吸收合起来的输出，偏振选择性劣化。这样，在检测特定的偏振光的情况下，通过差分消除支撑脚19部分的吸收的方法对于提高偏振选择性也有效。
检测特定的偏振光的电磁波吸收体8的构造能够通过将在使用实施方式1所叙述的表面等离子激元的受光部18中周期性配置的凹凸的形状改变为椭圆或长方形等来实现。另外，也可以做成1维周期性地配置的槽。当在入射面周期性地配置金属图案的情况下，金属图案的形状是长方形、椭圆等非对称性高的形状即可。
或者，在电磁波吸收体8是电介体多层膜的情况下，如果将电介体的多层膜做成一维且周期性形成的凹凸构造，则能够实现偏振选择性。
＜实施方式4＞
图10是示出本发明的实施方式4的电磁波检测器300的结构的图。在实施方式2中说明了如图8所示在1维方向上邻接配置多个第2、第3、第4电磁波传感器202、203、204的结构，其中在第2、第3、第4电磁波传感器202、203、204中，用分别对应于检测波段λ1、λ2、λ3的电磁波吸收体8、15、16覆盖热接点4，并检测预定波段的光。在本实施方式的电磁波检测器300中，如图10所示，检测特定波段的光的第2、第3、第4电磁波传感器302、303、304配置成与在热接点4上设置有反射膜9的第1电磁波传感器301分别相接。也就是说，在实施方式2中，仅第2电磁波传感器202与第1电磁波传感器201邻接配置，但也可以如本实施方式那样将多个电磁波传感器302、303、304与第1电磁波传感器301邻接配置。
由此，因为能够在邻接的电磁波传感器彼此间扣除由支撑脚19的电磁波吸收而产生的传感器输出，其中该支撑脚19对受光部18进行中空保持，所以将第1电磁波传感器301的输出与其它电磁波传感器的输出连接起来的布线17变短。其结果，由多个电磁波传感器得到的任意波长区域中的电磁波灵敏度的波长选择性提高，并且在2维阵列状地配置本结构的电磁波检测器300的情况下，能够等间距地配置各个电磁波传感器302、303、304。
＜实施方式5＞
说明本发明的实施方式5的电磁波检测器的结构。本实施方式的设置于第1电磁波传感器的热接点上的反射膜9的特性与实施方式1不同。
在实施方式1的电磁波检测器100中，在第1电磁波传感器111的热接点4上设置有反射膜9。另一方面，在本实施方式的电磁波检测器中，将反射由第2电磁波传感器112的电磁波吸收体8检测的光的波长区域W2所包含的特定波长区域W1以外的波长的光的反射膜9设置于热接点4上。换言之，反射膜9吸收由第2电磁波传感器112的电磁波吸收体8检测的光的波长区域W2所包含的特定波长W1的光，反射除此以外的波长的光。因此，第1电磁波传感器111的传感器输出包括由于吸收特定波长区域而产生的传感器输出(热电动势)。具备反射特定波长区域W1以外的光的反射膜9的第1电磁波传感器111和具备吸收特定的波段W2的光的电磁波吸收体8的第2电磁波传感器112以从第2电磁波传感器112的传感器输出(热电动势)减去第1电磁波传感器111的传感器输出(热电动势)的方式电连接。从输出焊盘11作为信号而读出减法运算后的传感器输出。
接下来，说明实施方式4的电磁波检测器的动作。图11是示出实施方式4的电磁波检测器的吸收特性的图。图11的(a)示出第1电磁波传感器111的吸收特性，图11的(b)示出第2电磁波传感器112的吸收特性，图11的(c)示出电磁波检测器的吸收特性。
如图11的(a)所示，在具备检测波段W1的电磁波的反射膜9的第1电磁波传感器111中，产生波段W1中的电磁波吸收体8的吸收α2以及波段WL中的支撑脚19的吸收αL。
另外，如图11的(b)所示，在具备检测波段W2的电磁波的电磁波吸收体8的第2电磁波传感器112中，产生波段W2中的电磁波吸收体8的吸收α2以及波段WL中的支撑脚19的吸收αL。此外，波段W1包含于波段W2的范围。
此时，若输出第1电磁波传感器111与第2电磁波传感器112的差动，则能够消除由支撑脚19的吸收αL造成的影响，最终的输出为由第2电磁波传感器112的电磁波吸收体8的吸收α2产生的传感器输出与由第1电磁波传感器111的反射膜9的吸收α1产生的传感器输出之差。
在这里，在吸收α1与吸收α2的半宽度不同的情况下，如图11的(c)所示，能够根据2个不同的波长W21、W22的吸收α21、α22得到本实施方式的电磁波检测器的输出。也就是说，本实施方式的电磁波检测器相当于具有针对2个波长W21、W22的灵敏度。
作为半宽度不同的波长选择型的电磁波吸收体8，考虑以下的构造。例如，在二维周期性地配置有凹凸的构造的情况下，在改变凹凸的配置周期与凹部的大小之比时，共振波长的单色性变化，所以能够改变吸收波长的半宽度。另外，通过改变金属材料也能够控制半宽度。例如，与金或银相比，镍等的损失大，所以半宽度变大。
如上所述，通过使具有不同的检测波长以及其半宽度的多个电磁波传感器进行差动动作，能够在去除支撑脚的吸收的同时，操作要选择的波长区域、波长等。该效果是在具有多个吸收波长的气体分析等中分离特定的吸收波长所需的功能。通过该效果，能够准确地确定对象物的吸收波长。
通过如上所述地构成电磁波检测器，因为能够扣除由对受光部18进行中空保持的支撑脚19的电磁波吸收引起的传感器输出以及不需要的波长区域的光信息的传感器输出，所以电磁波灵敏度的波长选择性提高。
＜实施方式6＞
使用图12说明本发明的实施方式6的气体分析装置400。图12是示出气体分析装置400的结构的概略的图。
一般来说，气体以红外波长区域为中心在多个波长具有吸收峰值。也就是说，只要能够对某种气体鉴定出其吸收峰值，就能够判别该气体的种类。本实施方式的气体分析装置400利用这个性质来判别气体的种类，包括放射电磁波(在本实施方式中为红外线)的光源20、导入要分析的气体的气体导入机构30以及本发明的实施方式1至5示出的电磁波检测器(以下称为差动型红外线传感器阵列)40。
光源20、气体导入机构30、差动型红外线传感器阵列40配置成使从光源20放射的电磁波L1通过处于气体导入机构30内部的气体、并且使通过气体之后的电磁波L2入射到差动型红外线传感器阵列40。差动型红外线传感器阵列40检测透过要分析的气体的电磁波L2所包含的特定波长的电磁波的强度。
气体导入机构30是封入作为分析对象的气体的容器。如图12所示，在将光源20、气体导入机构30、差动型红外线传感器阵列40按该顺序进行配置的情况下，在气体导入机构30设置使从光源20放射的电磁波L1通过并入射到差动型红外线传感器阵列40的窗。或者，也可以在气体导入机构30内设置光源20与差动型红外线传感器阵列40。
当电磁波L1通过封入在气体导入机构30内的气体时，气体的吸收波长的电磁波的强度根据气体的浓度而衰减。因此，通过设定多个能够由差动型红外线传感器阵列40检测的波长，能够根据差动型红外线传感器阵列40的输出确定气体的吸收波长即气体的种类。
本实施方式的气体分析装置400例如能够应用于从作为分析对象的气体检测二氧化碳或者判别酒驾的乙醇等的装置。在作为这些气体分析装置400的差动型红外线传感器阵列40而使用非冷却红外线传感器的情况下，支撑脚的吸收被输出，所以难以进行准确的分析，但通过本实施方式能够进行准确的波长分析。
另外，也能够对1个元件搭载多个具有与气体种类相应的检测波长的传感器，气体分析装置本身能够构成为小型且简便。
以上叙述的、去除由支撑脚的吸收引起的传感器输出的电磁波检测器以及气体分析装置使用其它热型电磁波传感器例如辐射热测定器、热释电型、SOI二极管型等也同样有效。
＜实施方式7＞
图13是本发明的实施方式7的电磁波检测器120的俯视图。各电磁波传感器包括硅等的基板1、将电磁波变换成热而检测的受光部18以及将受光部(温度传感器部)18中空保持于基板1上的支撑脚(例如布线、热电偶)19。例如在基板1的表面设置包括SiO2或SiN的绝缘膜2。在绝缘膜2之上设置有包括多个热电偶的热电堆(热电堆：串联连接大量的热电偶而提高输出电压的部件)7。该热电偶的对数越多，则输出电压越高。然而，热电偶的对数越多，则热也越容易从热接点4区域向基板1扩散。在这里，将包括绝缘膜2及其内部的热电堆7(热电偶)在内的部件称为支撑脚19。该支撑脚19通过中空地保持受光部18而使其浮起，从而还具有热绝缘的效果。减少热电偶的对数，使该支撑脚19变细变长，从而能够抑制热从热接点4区域向基板1扩散，能够使电磁波检测器120高灵敏度化。
说明本发明的实施方式7的电磁波检测器120的结构。电磁波检测器120具备2个作为前提技术说明的电磁波传感器。2个电磁波传感器113、114的受光部18的结构不同。图13是本发明的实施方式7的电磁波检测器120的俯视图。
图14是图13的A－A线的剖视图。另外，图15是图13的B－B线的剖视图。在图13中，与图1同样地，为了容易理解也省略了基板1上的绝缘膜2的记载，以透视的状态示出设置于热接点4之上的电磁波吸收体8以及反射膜9。
电磁波检测器120具有邻接配置于基板1上的第1电磁波传感器113与第2电磁波传感器114。第1电磁波传感器113与第2电磁波传感器114用布线14连接。
第1电磁波传感器113的受光部18具有反射膜9，该反射膜9配置成覆盖设置于绝缘膜2之上的热电偶的热接点4。另外，第2电磁波传感器114的受光部18具有检测预定波长区域的光的电磁波吸收体8，该电磁波吸收体8配置成覆盖热接点4。第1电磁波传感器113以及第2电磁波传感器114的其它构造与使用图1、2说明过的、作为前提的电磁波传感器110相同。另外，第1电磁波传感器113的支撑脚19与第2电磁波传感器114的支撑脚19是相同构造。
本实施方式的电磁波检测器120构成为具备在热接点4上设置有反射膜9的第1电磁波传感器113以及在热接点4上设置有吸收预定波段的光的电磁波吸收体8的第2电磁波传感器114，以从第2电磁波传感器114的传感器输出(热电动势)减去第1电磁波传感器113的传感器输出(热电动势)的方式电连接，从输出焊盘11读出信号。由此，能够实现不包括支撑脚19的电磁波的吸收的理想的传感器输出的电磁波检测器120。
特别是，在本实施方式的电磁波检测器120中，第1电磁波传感器113与第2电磁波传感器114的支撑脚是相同构造，所以通过从第2电磁波传感器114的传感器输出减去第1电磁波传感器113的传感器输出，能够去除由支撑脚19吸收的电磁波对传感器输出造成的影响。
因为第1电磁波传感器113的传感器输出仅需要支撑脚19的吸收，所以如图16所示，在具备没有受光部18的第5电磁波传感器115以及设置有吸收预定波段的光的电磁波吸收体8的第2电磁波传感器116的电磁波检测器130的情况下，也能够实现不包括支撑脚19的电磁波的吸收的理想的传感器输出的电磁波检测器130。由此，能够使电磁波检测器面积变小。
如上所述，本实施方式的电磁波检测器130具备第2电磁波传感器116，该第2电磁波传感器116具有受光部18，并且与第5电磁波传感器115邻接设置，该受光部18由与第5电磁波传感器115的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上，该第5电磁波传感器115的支撑脚19被中空保持于基板1上，第5电磁波传感器115没有受光部18，如图17的图16中的C－C线的剖视图所示，热电偶的热接点4热连接于包括绝缘膜2的热接点区域21，第2电磁波传感器116的受光部18具有检测预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体8，构成为输出第2电磁波传感器116的输出与第5电磁波传感器115的输出的差分。在这里，也可以没有热接点区域21的绝缘膜2。
另外，如图18所示的图16中的C－C线的剖视图所示，为了调整由支撑脚19的电磁波吸收而引起的支撑脚19的温度分布，也可以在热接点区域21形成比热大的材料的反射膜22。
由此，能够从第2电磁波传感器116的输出扣除由于对受光部18进行中空保持的支撑脚部19的电磁波吸收而引起的传感器输出，所以电磁波灵敏度的波长选择性提高。
＜实施方式8＞
图19是本发明的实施方式8的电磁波检测器140的俯视图。图20是图19的D－D线的剖视图。另外，图21是图19的E－E线的剖视图。在图19中，与图1同样地，为了容易理解也省略了基板1上的绝缘膜2的记载，以透视的状态示出设置于热接点4之上的电磁波吸收体8。
与实施方式7的不同点在于，在邻接配置于基板1上的第5电磁波传感器117与第2电磁波传感器118的绝缘膜2之上设置有包括多个热电偶的热电堆(热电堆：串联连接大量的热电偶而提高输出电压的部件)7。该热电偶的对数越多，则输出电压越高。
＜实施方式9＞
图22示出本发明的实施方式9的电磁波检测器210的结构的图，在图22中，与图1同样地，为了容易理解也省略了基板1上的绝缘膜2的记载，以透视的状态示出设置于热接点4之上的电磁波吸收体8、15以及16。本实施方式的电磁波检测器210与实施方式7的电磁波检测器120相比较，在还具备检测预定波段的光的第3电磁波传感器207以及第4电磁波传感器208这一点上不同。其它结构与实施方式7通用，所以下面以本方式特有的结构为中心进行说明。
此外，本实施方式的支撑脚19的构造与实施方式7的支撑脚19的构造不同，但只要是取差分的电磁波传感器的支撑脚的构造、宽度、长度相同即可，对其构造没有特别限定。
首先，说明本实施方式的电磁波检测器210的构造。如图所示，没有受光部18的第5电磁波传感器205、检测预定波段的光的第2电磁波传感器206、第3电磁波传感器207、第4电磁波传感器208在基板1上相互邻接配置有多个。
第5电磁波传感器205不具有受光部18。第2电磁波传感器206的受光部18具有检测波段λ1的电磁波吸收体8，该电磁波吸收体8配置成覆盖热接点4。第3电磁波传感器207的受光部18具有检测波段λ2的电磁波吸收体15，该电磁波吸收体15配置成覆盖热接点4。第4电磁波传感器208的受光部18具有检测波段λ3的电磁波吸收体16，该电磁波吸收体16配置成覆盖热接点4。
本实施方式的电磁波检测器210具备：第5电磁波传感器205，仅包括支撑脚19；第2电磁波传感器206，具有由与第5电磁波传感器205的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上的受光部18，并且与第5电磁波传感器205邻接设置；第3电磁波传感器207，具有由与第5电磁波传感器205的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上的受光部18，并且与第2电磁波传感器206邻接设置；以及第4电磁波传感器208，具有由与第5电磁波传感器205的支撑脚19相同构造的支撑脚19中空保持于基板1上的受光部18，并且与第3电磁波传感器207邻接设置，其中，第2电磁波传感器206、第3电磁波传感器207、第4电磁波传感器208的受光部18具有分别检测不同的预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体8、15、16，构成为输出第2电磁波传感器206、第3电磁波传感器207、第4电磁波传感器208的输出与第5电磁波传感器205的输出的差分。
由此，能够从第2电磁波传感器206、第3电磁波传感器207、第4电磁波传感器208的输出扣除由支撑脚19的电磁波吸收而产生的传感器输出，提高多个电磁波传感器的在预定波长区域中的电磁波灵敏度的波长选择性。另外，通过使布线17的连接部通用化，能够使电磁波检测器210小型化。此外，在本实施方式中，说明了具有对应于检测波段λ1、λ2、λ3的3个电磁波传感器的结构，但只要是具有多个具备检测预定波长区域的光的电磁波吸收体8的电磁波传感器的结构即可，电磁波传感器的数量不限定于此。
Claims (18)
1.一种电磁波检测器，具备：
基板；
第1电磁波传感器，具有通过支撑脚被中空保持于所述基板上的受光部；以及
第2电磁波传感器，具有通过与所述第1电磁波传感器的支撑脚相同构造的支撑脚被中空保持于所述基板上的受光部，所述第2电磁波传感器与所述第1电磁波传感器邻接设置，
所述电磁波检测器的特征在于，
所述第1电磁波传感器的受光部具有平坦的整面反射膜，
所述第2电磁波传感器的受光部具有检测预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体，
所述第1电磁波传感器具有包含反射膜的受光部以及电磁波直接入射的支撑脚，所述第1电磁波传感器的支撑脚产生与由在所述第2电磁波传感器的支撑脚吸收的电磁波引起的传感器输出相等的输出，
输出所述第2电磁波传感器的输出与所述第1电磁波传感器的输出的差分。
2.根据权利要求1所述的电磁波检测器，其特征在于，
第1电磁波传感器的支撑脚以及第2电磁波传感器的支撑脚的表面露出。
3.根据权利要求1所述的电磁波检测器，其特征在于，
所述电磁波检测器还具备第3电磁波传感器，该第3电磁波传感器具有通过与第1电磁波传感器的支撑脚相同构造的支撑脚被中空保持于所述基板上的受光部，所述第3电磁波传感器与所述第1电磁波传感器或者第2电磁波传感器邻接设置，
所述第3电磁波传感器的受光部具有检测与所述第2电磁波传感器的电磁波吸收体所检测的光的波长区域或者偏振不同的波长区域或者偏振的光的电磁波吸收体，输出所述第3电磁波传感器的输出与所述第1电磁波传感器的输出的差分。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
支撑脚包括热电偶。
5.根据权利要求3所述的电磁波检测器，其特征在于，
第1电磁波传感器的输出与第2电磁波传感器的输出被电连接为从所述第2电磁波传感器的输出减去所述第1电磁波传感器的输出，
所述第1电磁波传感器的输出与第3电磁波传感器的输出被电连接为从所述第3电磁波传感器的输出减去所述第1电磁波传感器的输出，
使所述第1电磁波传感器与所述第2电磁波传感器的连接部以及所述第1电磁波传感器与所述第3电磁波传感器的连接部通用化。
6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
电磁波吸收体是金属膜的单层构造或者金属膜和电介体的多层膜构造。
7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
电磁波吸收体具有阵列状地配置于表面的周期构造以感应出使特定波长与表面耦合的表面等离子激元，使特定波长的入射光的吸收量大于所述特定波长以外的入射光的吸收量。
8.根据权利要求1、2、3和5中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
第1电磁波传感器的反射膜反射由第2电磁波传感器的电磁波吸收体检测的光的波长区域所包含的特定波长以外的波长的光。
9.根据权利要求1、2、3和5中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
第1电磁波传感器的反射膜是比热大的材料。
10.一种电磁波检测器，具备：
基板；
第5电磁波传感器，具有被中空保持于所述基板上的支撑脚；以及
第2电磁波传感器，具有通过与所述第5电磁波传感器的支撑脚相同构造的支撑脚被中空保持于所述基板上的受光部，所述第2电磁波传感器与所述第5电磁波传感器邻接设置，
所述电磁波检测器的特征在于，
所述第5电磁波传感器仅包括被中空保持的、电磁波直接入射的支撑脚构造，支撑脚构造仅在热接点区域具有反射膜，该热接点区域是将设置于支撑脚的热电偶的热接点进行热连接的区域，
所述第2电磁波传感器的受光部具有检测预定波长区域或者预定偏振的光的电磁波吸收体，
输出所述第2电磁波传感器的输出与所述第5电磁波传感器的输出的差分。
11.根据权利要求10所述的电磁波检测器，其特征在于，
第5电磁波传感器的支撑脚以及第2电磁波传感器的支撑脚的表面露出。
12.根据权利要求10所述的电磁波检测器，其特征在于，
所述电磁波检测器还具备第3电磁波传感器，该第3电磁波传感器具有通过与第5电磁波传感器的支撑脚相同构造的支撑脚被中空保持于所述基板上的受光部，所述第3电磁波传感器与所述第5电磁波传感器或者第2电磁波传感器邻接设置，
所述第5电磁波传感器不具有受光部，
所述第3电磁波传感器的受光部具有检测与所述第2电磁波传感器的电磁波吸收体所检测的光的波长区域或者偏振不同的波长区域或者偏振的光的电磁波吸收体，输出所述第3电磁波传感器的输出与所述第5电磁波传感器的输出的差分。
13.根据权利要求10～12中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
支撑脚包括热电偶。
14.根据权利要求12所述的电磁波检测器，其特征在于，
第5电磁波传感器的输出与第2电磁波传感器的输出被电连接为从所述第2电磁波传感器的输出减去所述第5电磁波传感器的输出，
所述第5电磁波传感器的输出与第3电磁波传感器的输出被电连接为从所述第3电磁波传感器的输出减去所述第5电磁波传感器的输出，
使所述第5电磁波传感器与所述第2电磁波传感器的连接部以及所述第5电磁波传感器与所述第3电磁波传感器的连接部通用化。
15.根据权利要求10～12中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
电磁波吸收体是金属膜的单层构造或者金属膜和电介体的多层膜构造。
16.根据权利要求10～12中的任意一项所述的电磁波检测器，其特征在于，
电磁波吸收体具有阵列状地配置于表面的周期构造以感应出使特定波长与表面耦合的表面等离子激元，使特定波长的入射光的吸收量大于所述特定波长以外的入射光的吸收量。
17.一种气体分析装置，其特征在于，具备：
权利要求1～16中的任意一项所述的电磁波检测器；
气体导入机构，导入要分析的气体；以及
光源，对所述要分析的气体照射电磁波，
通过所述电磁波检测器检测透过所述要分析的气体的电磁波所包含的特定波长的电磁波的强度。
18.根据权利要求17所述的气体分析装置，其特征在于，
通过电磁波检测器检测的特定波长是确定乙醇的波长。
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