DE112009004379T5

DE112009004379T5 - Infrarotstrahldurchlässiges optisches Element und Herstellungsverfahren dafür, optischeVorrichtung und optisches Gerät

Info

Publication number: DE112009004379T5
Application number: DE112009004379T
Authority: DE
Inventors: Takashi Fujii; Kanji Sakata; Kazuyuki Hirao
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Tokuyama Corp
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Tokuyama Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2012-05-24
Also published as: JPWO2010074074A1; WO2010074074A1; US8399836B2; US20110243162A1; JP5246892B2

Abstract

Offenbart wird ein optisches Element, das aus polykristallinem Silicium besteht, das aus Trichlorsilan hoher Reinheit gebildet ist, und das einen Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger absorbiert und streut. Konkret beträgt ein Verhältnis A/B zwischen einem Durchlässigkeitsgrad A eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 4 μm und einem Durchlässigkeitsgrad B eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 10 μm 0,9 oder weniger. Eine mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen Siliciums beträgt 5 μm oder weniger. Dieses polykristalline Silicium wird durch Wasserstoff, der SiHCl3 reduziert, durch Erwärmen eines Grundmaterials auf 800 bis 900°C unter Verwenden eines chemischen Dampfabscheidungsverfahrens erzeugt. Auf diese Weise werden ein infrarotstrahldurchlässiges optisches Element, ein Herstellungsverfahren hierfür, eine optische Vorrichtung, ein Infrarotdetektor und ein optisches Gerät, das einen menschlichen Körper mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit erfassen kann, verwirklicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein infrarotstrahldurchlässiges optisches Element, ein Herstellungsverfahren dafür, eine optische Vorrichtung und ein optisches Gerät und insbesondere ein infrarotstrahldurchlässiges optisches Element, das zum Erfassen eines menschlichen Körpers geeignet ist, ein Herstellungsverfahren dafür, eine optische Vorrichtung wie etwa einen Infrarotdetektor, der unter Verwenden des infrarotstrahldurchlässiges optischen Elements einen menschlichen Körper erfasst, und ein optisches Gerät, das unter Verwenden der optischen Vorrichtung Infrarotstrahlen in einem bestimmten Wellenlängenbereich blockiert.
Stand der Technik
Siliciummaterialien werden weit verbreitet als optische Linsen/Gläser sowie Materialien für Fenster verwendet, da sie über einem breiten Bereich von einem Nahinfrarotbereich zu einem Terahertz(THz)-Bereich (Wellenlänge: etwa 1,1 μm bis 10 mm) einen ausgezeichneten Durchlässigkeitsgrad, ausgezeichnete Bearbeitbarkeit und leichte Verfügbarkeit haben.
In dem nicht zur Patentliteratur gehörenden Schriftstück 1 wird zum Beispiel ein Infrarotfenster mit einem Transmissionsspektrum beschrieben, wie es in 9 gezeigt ist.
Das in dem nicht zur Patentliteratur gehörenden Schriftstück 1 beschriebene Infrarotfenster zeigt wie in 9 gezeigt in dem Wellenlängenband, das von 1,2 bis 6 μm reicht, einen ausgezeichneten linearen Durchlässigkeitsgrad von etwa 55%, und seine vorteilhafte Nutzung in diesem Wellenlängenband wird erwartet.
In den letzten Jahren wurden andererseits die Forschung und Entwicklung eines Infrarotdetektors, der einen von einem menschlichen Körper abgegebenen Infrarotstrahl detektiert und den menschlichen Körper darauf beruhend erfasst, aktiv betrieben.
Bei einer solchen Art von Infrarotdetektor ist es erwünscht, einen hohen Infrarotdurchlässigkeitsgrad in einem von 8 bis 12 μm reichenden Wellenlängenband, um 10,6 μm zu haben, da die Infrarotwellenlänge, die etwa 37°C entspricht, was eine Temperatur eines menschlichen Körpers (Körpertemperatur) ist, etwa 10,6 μm beträgt.
In Patentschrift 1 wird eine optische Infrarot-Vorrichtung vorgeschlagen, die durch Verarbeiten von polykristallinem Silicium mit einer Reinheit von neun Neunen (9 N: 99,9999999%) oder mehr, das durch ein CVD-Verfahren zu einer Linsen/Glas-Form oder einer Filterform erzeugt wird, erhalten wird.
In dieser Patentschrift 1 wird ein Mischgas aus einer hoch reinen Siliciumverbindung wie etwa Monosilan (SiH₄) und Wasserstoff auf 900 bis 1200°C erwärmt, um durch ein CVD-Verfahren eine Wasserstoffreduktion zu bewirken, und dadurch wird polykristallines Silicium mit einer hohen Reinheit von 9 N erzeugt. Dann wird eine optische Infrarotvorrichtung mit einer Entspiegelungsbeschichtung mit einem Durchlässigkeitsgrad von 90% oder mehr bei einer Wellenlänge von 9 μm erhalten.
Literatur des Stands der Technik
Patentschriften

Patentschrift 1: japanische Patentoffenlegung Nr. 05-60901 (Anspruch 1, Absatz Nr. [0009], Tabelle 1)

Nicht zur Patentliteratur gehörende Schrift

Nicht zur Patentliteratur gehörende Schrift 1: SIGMA KOKI CO., LTD. WEB catalogue "infrared wndows-silicon" [online], [Suche vom 11. August 2008], INTERNET <URL: http://www.sigma-koki.com/B/Windows/WindowsSilicon/OPSI/OPSI.html>

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei dem Infrarotfenster der nicht zur Patentliteratur gehörenden Schrift 1 beginnt aber, wie aus 9 hervorgeht, der lineare Durchlässigkeitsgrad eines Infrarotstrahls in einem Wellenlängenbereich von etwa 6,5 μm abzunehmen und nimmt bei einer Wellenlänge von 9 μm auf 20% oder weniger ab. In der nicht zur Patentliteratur gehörenden Schrift 1 wird daher zwar in einem Wellenlängenbereich zwischen 1,2 und 6 μm einen hohen Durchlässigkeitsgrad aufgewiesen, doch liegt aufgrund einer großen Absorption bei einer Wellenlänge von etwa 9 μm ein Verlust vor. Dies ist auf Verunreinigungsdefekte (Sauerstoff) zurückzuführen, und sie ist aufgrund des niedrigen linearen Durchlässigkeitsgrads in einem Wellenlängenbereich um 9 μm nicht für einen Infrarotdetektor zum Erfassen eines menschlichen Körpers geeignet.
Bei der optischen Infrarotvorrichtung von Patentschrift 1 kann dagegen in einem Wellenlängenbereich um 9 μm, der mit dem Erfassen eines menschlichen Körpers in Verbindung steht, ein ausgezeichneter linearer Durchlässigkeitsgrad erhalten werden, doch wird auch in dem mittleren Infrarot- und dem nahen Infrarotbereich von 4 μm oder weniger ein linearer Durchlässigkeitsgrad von in etwa gleich dem in einem Wellenlängenbereich von 9 m beobachtet. Demgemäß besteht das Problem, dass Strahlen in dem mittleren Infrarot- bis zu dem nahen Infrarotbereich als Streulicht für den von einem menschlichen Körper abgestrahlten Strahl wirken und ein S/N-Verhältnis verschlechtern, so dass ein menschlicher Körper nicht mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden kann.
Unter Infrarotstrahlen haben Strahlen des mittleren und nahen Infrarotbereichs (mit einer Wellenlänge von etwa 0,78 bis 4 μm) hohe Strahlungsintensitäten, da sie wie vorstehend beschrieben kürzere Wellenlängen als Strahlen des fernen Infrarotbereichs von 8 bis 12 μm haben. Sobald ein Infrarotstrahl in dem mittleren und nahen Infrarotbereich durch eine optische Vorrichtung durchtritt, kann er als Streulicht für den von einem menschlichen Körper abgegebenen Strahl wirken und das S/N-Verhältnis verschlechtern. Daher ist es erforderlich, den linearen Durchlässigkeitsgrad eines Infrarotstrahls in dem mittleren und nahen Infrarotbereich zu steuern.
Die Erfinder haben aber polykristallines Silicium in ähnlicher Weise wie in Patentschrift 1 unter Verwenden von Trichlorsilan erzeugt und entdeckt, dass ein hoher linearer Durchlässigkeitsgrad nicht nur in einem Wellenlängenbereich um 9 μm, sondern auch in dem mittleren und nahen Infrarotbereich mit kürzeren Wellenlängen beobachtet wird. Dies kann zu einer Verschlechterung des S/N-Verhältnisses führen und wie vorstehend beschrieben das Erfassen eines menschlichen Körpers mit hoher Empfindlichkeit unmöglich machen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung solcher Umstände entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein infrarotstrahldurchlässiges optisches Element, das mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit einen menschlichen Körper erfassen kann, ein Herstellungsverfahren dafür, eine optische Vorrichtung, die das infrarotstrahldurchlässige optische Element verwendet, einen Infrarotdetektor, der die optische Vorrichtung verwendet, und ein optisches Gerät vorzusehen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Zum Erreichen der vorstehend erwähnten Aufgabe wird ein infrarotstrahldurchlässiges optisches Element (nachstehend einfach als ”durchlässiges optisches Element” bezeichnet) der vorliegenden Erfindung aus polykristallinem Silicium gebildet, das aus einem Trichlorsilan hoher Reinheit als Rohmaterial gebildet ist, und ist durch Absorbieren und Streuen eines Infrarotstrahls in einem Wellenbereich von 4 μm oder weniger gekennzeichnet.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet hier ”Absorbieren und Streuen”, dass ein Verhältnis zwischen einem Durchlässigkeitsgrad in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger und einem Durchlässigkeitsgrad in einem Wellenlängenbereich von 10 μm kleiner als 1 ist.
Ferner ist das durchlässige optische Element der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Durchlässigkeitsgrad A eines Infrarotstrahls bei einer Wellenlänge von 4 μm und einem Durchlässigkeitsgrad B eines Infrarotstrahls bei einer Wellenlänge von 10 μm 0,9 oder weniger beträgt.
Ferner ist das durchlässige optische Element der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen Siliciums 5 μm oder weniger beträgt.
Ferner ist das durchlässige optische Element der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das polykristalline Silicium durch Verwenden eines chemischen Dampfabscheidungsverfahrens gebildet ist.
Ferner ist ein Herstellungsverfahren für das durchlässige optische Element gemäß der vorliegenden Erfindung durch Erwärmen eines in einem Reaktionsgefäß aufgenommenen Grundmaterials auf eine Temperatur von 800 bis 900°C, Beliefern des Reaktionsgefäßes mit einem Quellengas, das mindestens Trichlorsilan hoher Reinheit und Wasserstoff zum Reduzieren des Trichlorsilans enthält, und Abscheidenlassen des polykristallinen Siliciums auf dem Grundmaterial gekennzeichnet.
Ferner ist eine optische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durch Aufweisen eines Hauptteils mit dem vorstehend erwähnten durchlässigen optischen Elements gekennzeichnet.
Ferner ist die optische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Infrarotdetektor ist.
Ferner weist ein erfindungsgemäßes optisches Gerät einen ersten und zweiten Halbleiterlaser, die auf der gleichen optischen Achse Laserlicht abstrahlen, einen nicht linearen optischen Kristall, der auf der optischen Achse angeordnet ist, in den das Laserlicht eindringt, und Filtermittel zum Filtern eines Strahls eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Laserlichts, der aus dem nicht linearen optischen Kristall austritt, auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermittel aus der vorstehend erwähnten optischen Vorrichtung gebildet ist.
Wirkungen der Erfindung
Da gemäß dem durchlässigen optischen Element der vorliegenden Erfindung dieses aus polykristallinem Silicium gebildet ist, das aus Trichlorsilan hoher Reinheit als Rohmaterial gebildet ist, und einen Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger absorbiert und streut, ist das Durchlassen eines Infrarotstrahls in dem mittleren und nahen Infrarotbereich erschwert und es wird möglich, einen menschlichen Körper mit einem hohen S/N-Verhältnis zu erfassen. Zudem kann es verglichen mit monokristallinem Silicium kostengünstiger erhalten werden, da es aus polykristallinem Silicium gebildet ist.
Da ferner ein Verhältnis A/B zwischen einem Durchlässigkeitsgrad A eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 4 μm und einem Durchlässigkeitsgrad B eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 10 μm 0,9 oder weniger beträgt, ist ein Durchlässigkeitsgrad für einen Infrarotstrahl bei 10 μm oder in einem Wellenlängenbereich um diesen (nachstehend einfach als ”um 10 μm” bezeichnet) hoch, und der Durchlässigkeitsgrad eines Infrarotstrahls in dem mittleren und nahen Infrarotbereich ist gering. Daher ist es möglich zu verhindern, dass ein Infrarotstrahl in dem mittleren und nahen Infrarot-Bereich als Streulicht für einen Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich von etwa 10 μm dient, und einen menschlichen Körper mit einem hohen S/N-Verhältnis zu erfassen.
Da ferner eine mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen Siliciums 5 μm oder weniger beträgt, ist eine mittlere Kristallkorngröße sehr klein, und der Durchlässigkeitsgrad eines Infrarotstrahls in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger kann gesteuert werden.
Da ferner das polykristalline Silicium durch Verwenden eines chemischen Dampfabscheidungsverfahrens gebildet wird, ist es möglich, das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern, wie es bei einem CZ-Verfahren (Czochralski-Verfahren) oder einem FZ-Verfahren (Floating-Verfahren) der Fall ist, und polykristallines Silicium mit einer hohen Reinheit von 10 N bis 11 N mühelos zu erhalten.
Da ferner gemäß einem Herstellungsverfahren eines durchlässigen optischen Elements der vorliegenden Erfindung ein in einem Reaktionsgefäß aufgenommenes Grundmaterial auf eine Temperatur von 800 bis 900°C erwärmt wird, das Reaktionsgefäß mit einem Quellengas beliefert wird, das mindestens Trichlorsilan hoher Reinheit und Wasserstoff zum Reduzieren des Trichlorsilans enthält, und auf dem Grundmaterial polykristallines Silicium abgeschieden wird, ist es möglich, ein durchlässiges optisches Material mit einem erwünschten Transmissionsspektrum kostengünstig zu erhalten, ohne ein Vergrößern von Kristallkörnern zu bewirken.
Da ferner gemäß der optischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Hauptteil das vorstehend erwähnte durchlässige optische Element aufweist, ist es möglich, ein optische Vorrichtung zu erhalten, die eine Transmission eines Infrarotstrahls in einem Wellenlängenbereich um 10 μm ermöglicht, während sie den Durchlässigkeitsgrad eines Infrarotstrahls in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger steuert.
Da ferner die erfindungsgemäße optische Vorrichtung ein Infrarotdetektor ist, ist es möglich, einen menschlichen Körper mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren.
Da ferner das erfindungsgemäße optische Gerät einen ersten und zweiten Halbleiterlaser, die auf der gleichen optischen Achse Laserlicht abstrahlen, einen nicht linearen optischen Kristall, der auf der optischen Achse angeordnet ist, in den das Laserlicht eindringt, und Filtermittel zum Filtern eines Strahls eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Laserlichts, der aus dem nicht linearen optischen Kristall austritt, aufweist und das Filtermittel aus der vorstehend erwähnten optischen Vorrichtung gebildet ist, kann nur eine Differenzfrequenz zwischen Schwingungsfrequenzen des ersten und zweiten Halbleiterlasers durch Filtern nur der Erregerfrequenzen des ersten und zweiten Halbleiterlasers mit hoher Effizienz herausgenommen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Transmissionsspektrums eines erfindungsgemäßen durchlässigen optischen Elements zeigt.
2 ist eine Ansicht eines Innenaufbaus, die ein Beispiel einer CVD-Vorrichtung zeigt, die zum Herstellen eines erfindungsgemäßen durchlässigen optischen Elements verwendet wird.
3 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Infrarotfilter zeigt, der ein erfindungsgemäßes durchlässiges optisches Element verwendet.
4 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines Infrarotdetektors als erfindungsgemäße optische Vorrichtung zeigt.
5 ist eine Ansicht einer Gerätanordnung, die einen Umriss einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Geräts zeigt.
6 ist eine Ansicht, die ein Transmissionsspektrum einer Probe von Beispiel 1 zeigt.
7 ist eine Ansicht, die ein Transmissionsspektrum einer Probe von Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
8 ist eine Ansicht, die ein Transmissionsspektrum einer Probe von Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
9 ist eine Ansicht, die ein Transmissionsspektrum eines Infrarotfensters zeigt, das in der nicht zur Patentliteratur gehörenden Schrift 1 beschrieben ist.
Methoden zum Ausführen der Erfindung
Als Nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes durchlässiges optisches Element wird aus polykristallinem Silicium gebildet, das aus Trichlorsilan (SiHCl₃) mit einer hohen Reinheit von 10 N bis 11 N erhalten wird, und wird so ausgelegt, dass es einen Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger absorbiert und streut. Dann ist es dadurch möglich, ein durchlässiges optisches Material zu erhalten, das zum Erfassen eines menschlichen Körpers geeignet ist.
Eine Körpertemperatur eines Menschen liegt bei etwa 37°C, und eine dieser entsprechende Infrarotwellenlänge liegt bei etwa 10,6 μm. Daher ist es erforderlich, dass der Durchlässigkeitsgrad eines Infrarotstrahls in einem von 8 bis 12 μm reichenden Wellenbereich mit einem Zentrum bei 10,6 μm zum Erfassen des Vorhandenseins eines menschlichen Körpers durch einen von dem menschlichen Körper ausgestrahlten Infrarotstrahl hoch ist.
Der mittlere Infrarotbereich (Wellenlänge: 2 bis 4 μm) und der nahe Infrarotbereich (Wellenlänge: 0,78 bis 2 μm) haben dagegen kürzere Wellenlängen als der vorstehend erwähnte Wellenlängenbereich von 8 bis 12 μm, und die Intensität des Infrarotstrahls ist in diesen Bereichen höher. Wenn daher der Infrarotdurchlässigkeitsgrad in dem mittleren und nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 4 μm oder weniger groß ist, kann ein Infrarotstrahl in diesen mittleren und nahen Infrarotbereichen als Streulicht für einen von einem menschlichen Körper abgestrahlten Infrarotstrahl wirken, um zu einer Verschlechterung des S/N-Verhältnisses zu führen. Dies kann das Erfassen eines menschlichen Körpers mit hoher Genauigkeit unmöglich machen, und die Zuverlässigkeit beim Erfassen eines menschlichen Körpers kann beeinträchtigt sein.
Im Hinblick darauf ist das erfindungsgemäße durchlässige optische Element so ausgelegt, dass ein Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger absorbiert und gestreut wird. D. h. das vorstehend erwähnte durchlässige optische Element ist so ausgelegt, dass ein Verhältnis zwischen einem Durchlässigkeitsgrad in dem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger und einem Durchlässigkeitsgrad in dem Wellenlängenbereich von etwa 10 μm kleiner als 1 ist.
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Transmissionsspektrums des vorstehend erwähnten durchlässigen optischen Elements zeigt. Die horizontale Achse stellt eine Wellenlänge (μm) dar, und die vertikale Achse stellt einen linearen Durchlässigkeitsgrad (%) eines Infrarotstrahls dar.
Wie in 1 gezeigt ist bei dem vorstehend erwähnten durchlässigen optischen Element der Durchlässigkeitsgrad in einem Wellenlängenbereich von 8 bis 12 μm um 10 μm hoch, und bei abnehmender Wellenlänge nimmt der Durchlässigkeitsgrad ab. Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform diese so ausgelegt, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Durchlässigkeitsgrad A eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 4 μm und einem Durchlässigkeitsgrad B eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 10 μm 0,9 oder weniger beträgt.
Durch Festlegen des Verhältnisses A/B bei 0,9 oder weniger ist es somit möglich, so gut wie möglich zu verhindern, dass ein Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger als Streulicht für einen Infrarotstrahl von zum Beispiel etwa 10 μm in einem Wellenlängenbereich von 8 bis 12 μm wirkt. Dann ist es dadurch möglich, ein ausgezeichnetes S/N-Verhältnis zu erhalten und einen menschlichen Körper mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Wenn die mittlere Kristallkorngröße von polykristallinem Silicium zunimmt, wird das Transmissionsverhältnis über einem breiten Wellenlängenband von dem mittleren zu dem fernen Infrarotbereich flach, so dass es schwierig werden kann, einen menschlichen Körper mit hoher Genauigkeit zu erfassen, da der Infrarotstrahl mit einer Wellenlänge von 4 μm oder weniger als Streulicht wirkt. Daher ist es bevorzugt, dass die mittlere Kristallkorngröße von polykristallinem Silicium so klein wie möglich ist und konkret 5 μm oder weniger ist.
Das vorstehend erwähnte durchlässige optische Element kann mühelos durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) unter Verwenden von SiHCl₃ als Rohmaterial hergestellt werden.
2 ist eine Ansicht eines Innenaufbaus, die eine Ausführungsform eines CVD-Geräts zeigt, das zum Herstellen eines durchlässigen optischen Elements verwendet wird.
D. h. bei dem CVD-Gerät wird ein Stab 2 mit einem vorbestimmten Durchmesser, der aus polykristallinem Silicium hoher Reinheit gebildet ist und ein darin eingebettetes Heizelement 1 aufweist, in einem Reaktionsgefäß 3 eingesetzt, und es wird eine Heizleistungsquelle 4 mit dem Heizelement 1 verbunden.
Das Innere des Reaktionsgefäßes 3 wird durch Bringen des Inneren des Reaktionsgefäßes 3 in einen Zustand reduzierten Drucks durch Saugen mit einer Unterdruckpumpe und Einschalten der Heizleistungsquelle 4, um die Temperatur des Heizelements 1 auf 800 bis 900°C anzuheben, erwärmt.
Hier wird die Heizelementeinstelltemperatur (Stabtemperatur) bei 800 bis 900°C festgelegt, da, wenn die Heizelementeinstelltemperatur 900°C übersteigt, eine mittlere Kristallkorngröße von auf dem Stab 2 ausgebildetem polykristallinen Silicium voluminös wird und das Transmissionsspektrum über einem breiten Wellenlängenband von dem mittleren zu dem fernen Infrarotbereich flach wird, so dass ein Infrarotstrahl mit einer Wellenlänge von 4 μm oder weniger durchgelassen werden kann, ohne absorbiert oder gestreut zu werden.
Derzeit wird polykristallines Silicium verbreitet als Material für eine Solarbatterie und dergleichen verwendet. Im Hinblick auf die Produktivität wird aber zum Sicherstellen einer Filmausbildungsrate die Temperatur in dem Reaktionsgefäß herkömmlicherweise auf eine hohe Temperatur, die 1000°C übersteigt, festlegt, und daher wird auf dem Stab ein Film aus polykristallinem Silicium ausgebildet.
Wenn man aber versucht, das vorstehend erwähnte, bei hoher Temperatur erhaltene polykristalline Silicium als Infrarotfilter zu verwenden, ist das Infrarottransmissionsspektrum über einem breiten Wellenlängenband von dem mittleren und nahen Infrarotbereich zu dem fernen Infrarotbereich flach, so dass ein Infrarotstrahl in dem mittleren und nahen Infrarotbereich von 4 μm oder weniger als Streulicht auf den fernen Infrarotbereich wirkt, was zu einer Verringerung von S/N führt.
Das Ergebnis der von den vorliegenden Erfindern angestellten Forschung zeigte auf, dass durch Verringern der Heizelementeinstelltemperatur auf 900°C oder weniger und Abscheidenlassen von polykristallinem Silicium auf dem Stab die Filmbildungsrate abnimmt, aber die mittlere Kristallkorngröße auf 5 μm oder weniger mikrobemessen wird und ein Infrarotstrahl mit einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger absorbiert und gestreut wird, ohne durchgelassen zu werden.
Zum Verwirklichen eines durchlässigen optischen Elements, das zum Erfassen eines menschlichen Körpers geeignet ist, ist es mit anderen Worten erforderlich, einen Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich um 10 μm, zum Beispiel von 8 bis 12 μm, durchzulassen und mittlere und nahe Infrarotbereiche, welches Wellenlängenbereiche von 4 μm oder weniger sind, zu streuen und zu absorbieren. Um dies zu erreichen, ist es bevorzugt, die mittlere Kristallkorngrenze auf 5 μm oder weniger im Mikrobereich zu bemessen, und hierfür ist es erforderlich, die Heizelementeinstelltemperatur auf 900°C oder weniger zu setzen. Wenn aber die Heizelementeinstelltemperatur eine solche niedrige Temperatur unter 800°C ist, nimmt die Filmbildungsrate extrem ab. Daher ist es unter Berücksichtigung von Produktivität erwünscht, einen unteren Grenzwert der Heizelementeinstelltemperatur bei 800°C festzulegen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Heizelementeinstelltemperatur auf 800 bis 900°C festgelegt.
Als Nächstes wird ein Mischgas, das aus hoch reinem SiHCl₃ und H₂ besteht, in das Reaktionsgefäß 3 mit einer wie vorstehend beschriebenen festgelegten Temperatur eingebracht. Dadurch wird SiHCl₃ mit Wasserstoff reduziert, wie durch die chemische Reaktionsformel (1) gezeigt ist, und es wird polykristallines Silicium (Si) erzeugt. SiHCl₃ + H₂ → Si + 3HCl (1)
D. h. polykristallines Silicium 5, das gemäß der chemischen Reaktionsformel (1) erzeugt wurde, lagert sich an Stab 2 ab, und dadurch kann ein durchlässiges optisches Material, das aus polykristallinem Silicium mit einer hohen Reinheit, die von 10 N (zehn Neuner) bis 11 N (elf Neuner) reicht, mühelos kostengünstig erhalten werden.
Herkömmlicherweise wurde verbreitet als infrarotstrahldurchlässiges optisches Element monokristallines Silicium, das durch ein CZ-Verfahren (Czochralski-Verfahren) oder ein FZ-Verfahren (Floating-Verfahren) erzeugt wird, verwendet.
Monokristallines Silicium ist aber teurer als polykristallines Silicium, da es für gewöhnlich durch Verwenden von polykristallinem Silicium als Rohmaterial erzeugt wird. Da bei einem CZ-Verfahren zudem polykristallines Silicium einem Schmelzheizen in einem Quartztiegel unterzogen wird, ist das Eindringen von Sauerstoff und Metallverunreinigungen wahrscheinlich, und das Erhalten eines durchlässigen optischen Elements hoher Reinheit ist schwierig. Da bei einem FZ-Verfahren polykristallines Silicium durch hochfrequentes Heizen in einem Hochvakuum oder in einem inerten Gas monokristallisiert wird, ist verglichen mit dem CZ-Verfahren eine hohe Reinheit wahrscheinlicher zu erreichen, jedoch ist es unmöglich, das Eindringen von Verunreinigungen absolut zu vermeiden, und somit ist es schwierig, das Transmissionsspektrum in einem fernen Infrarotbereich zu stabilisieren.
Im Gegensatz dazu ist es bei dem durchlässigen optischen Element der vorliegenden Erfindung möglich, ein durchlässiges optisches Element mit einem stabilen und erwünschten Transmissionsspektrum zu erhalten, da polykristallines Silicium mit einer hohen Reinheit von 10 N bis 11 N durch ein CVD-Verfahren erhalten wird. Da zudem eine Wasserstoffreduzierung bei einer Temperatur von 800 bis 900°C durchgeführt wird, ist es möglich, die mittlere Kristallkorngröße von polykristallinem Silicium auf 5 μm oder weniger zu steuern und zu verhindern, dass die Kristallkörner voluminös werden. Dadurch ist es möglich, ein Absorbieren und Streuen eines Infrarotstrahls in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger zuzulassen, und somit ist es möglich, nur einen Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich 10 μm, zum Beispiel 8 bis 12 μm, effizient durchzulassen. Ferner kann dieses polykristalline Silicium für das Züchten von monokristallinem Silicium verwendet werden, das für eine Erzeugung einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet wird, und durch Verwenden eines solchen polykristallinen Siliciums in einem durchlässigen optischen Element wird eine kostengünstige Produktion verwirklicht.
Das vorstehend erwähnte SiHCl₃ hoher Reinheit kann in einem gut bekannten Verfahren erzeugt werden, wie nachstehend beschrieben wird.
Zunächst wird, wie in der chemischen Reaktionsformel (2) gezeigt, Silikastein (SiO₂) mit Kohlenstoff (C) in einem Kohlenstoffelektrodenlichtbogenofen zur Reaktion gebracht, und dann wird dem Silikastein Sauerstoff entzogen, um ein Metall-Si mit einer Reinheit von etwa 98% zu erhalten. SiO₂ + C → Si + 2CO (2)
Als Nächstes wird wie in der chemischen Reaktionsformel (3) gezeigt Metall-Si mit HCl zur Reaktion gebracht. In dem Metall-Si enthaltene Metallverunreinigungen werden in Form von Chloriden wie etwa BCl₃ und FeCl₃ entfernt, und dadurch kann ein SiHCl₃ hoher Reinheit erhalten werden. Si + 3HCl → SiHCl₃ + H₂ (3)
Da SiHCl₃ einen Siedepunkt von 31,8°C hat, ist es möglich, die Reinheit durch Wiederholen von Destillationsreinigungen zu verbessern und somit SiHCl₃ mit einer hohen Reinheit von 11 N zu erhalten.
Als Nächstes wird eine optische Vorrichtung unter Verwenden des vorstehend erwähnten durchlässigen optischen Materials beschrieben.
3 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Infrarotfilter als eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung zeigt.
Ein Infrarotfilter 6 umfasst ein Filterelement 7, das aus dem vorstehend erwähnten durchlässigen optischen Element gebildet ist, erste Entspiegelungsbeschichtungen 8a, 8b aus Ge, die auf einer oberen Seite und einer unteren Seite des Infrarotfilters 6 gebildet sind, und zweite Entspiegelungsbeschichtungen 9a, 9b aus ZnS, die auf einer oberen Seite und einer unteren Seite der ersten Entspiegelungsbeschichtungen 8a, 8b gebildet sind.
4 ist eine Schnittansicht eines Infrarotdetektors, der den Infrarotfilter 6 aufweist.
Bei diesem Infrarotdetektor ist der Infrarotfilter 6 auf der oberen Seite eines Gehäuses 11 vorgesehen, das ein pyroelektrisches Element 10 aufnimmt.
Das Gehäuse 11 weist eine Kastenform mit einer oberen Seite, die mit einer Öffnung 11a ausgebildet ist, und einer unteren Seite, die mit einer Pore ausgebildet ist, auf und besteht aus einem Metallmaterial wie zum Beispiel 42Ni, Phosphorbronze, Messing, Cu-Ni-Zn-Legierung und Eisen.
An einer Innenseite und einer unteren Außenseite des Gehäuses 11 sind Isolierelemente 12a, 12b, die aus Glas oder LCP(Flüssigkristallpolyester)-Harz oder dergleichen gebildet sind, aufgetragen. Ferner sind an einer vorbestimmten Stelle in einer unteren Innenseite des Isolierelements 12a ein Leitermuster 13 und ein FET 14 angeordnet, die mit einer Elektrode und einer Verdrahtung (nicht gezeigt) elektrisch verbunden sind, um einem Oberflächenmontagetyp zu entsprechen.
Der Infrarotfilter 6 wird mittels eines leitenden Klebstoffs 15 an dem Gehäuse 11 angeklebt, um die gesamte Fläche der Öffnung 11a des Gehäuses 11 zu bedecken, und dadurch sind der Infrarotfilter 6 und das Gehäuse 11 elektrisch verbunden. D. h. der Infrarotfilter 6 hat die Funktion, das pyroelektrische Element 10 einen Infrarotstrahl mit einer Wellenlänge von 8 bis 12 μm mit hoher Empfindlichkeit aufnehmen zu lassen, sowie eine Funktion als Deckel, der die Öffnung 11a des Gehäuses 11 abdichtet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Infrarotfilter 6 nicht teilweise abgeschirmt, und somit lässt die gesamte Seite eine Transmission eines Infrarotstrahls zu. Daher ist es möglich, eine Infrarotlicht aufnehmende Fläche größer auszulegen und einen Infrarotdetektor zu erhalten, der eine hohe Detektionsgenauigkeit verwirklicht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das pyroelektrische Element 10 durch einen so genannten dualen Typ ausgebildet, bei dem ein Hauptteil aus PZT oder dergleichen gebildet ist. Zwei obere Elektroden (lichtaufnehmende Elektroden) 17a, 17a, die auf einer Oberfläche eines pyroelektrischen Körpers 16 angeordnet sind, sind in Reihe verbunden, um eine gegenteilige Polarität aufzuweisen, und sind so ausgelegt, dass mit Außentemperaturschwankung verbundenes externes Rauschen oder dergleichen aufgehoben wird, wenn ein Infrarotstrahl gleichzeitig in die oberen Elektroden 17a, 17a eindringt
An einer geeigneten Stelle in der unteren Innenseite des Isolierelements 12a ist ferner ein Stützelement 18 angeordnet, und das pyroelektrische Element 10 ist auf dem Stützelement 18 positioniert. D. h. das pyroelektrische Element 10 wird durch das Stützelement 18 mittels der unteren Elektroden 17b, 17b gestützt.
Ferner ist eine untere Seite des Leitermusters 13 mit einem Außenverbindungsanschluss 19 versehen, und ein Isolator 20 aus Glas oder dergleichen ist zwischen dem Außenverbindungsanschluss 19 und dem Gehäuse 11 gesetzt, so dass das Gehäuse 11 und der Außenverbindungsanschluss 19 elektrisch voneinander isoliert sind. Dadurch ist das pyroelektrische Element 10 so ausgelegt, dass es mittels des Leiterbilds 13 oder des Außenverbindungsanschlusses 19 mit einer externen Vorrichtung elektrisch verbunden ist.
Bei dem wie vorstehend beschrieben angeordneten Infrarotdetektor gibt, wenn ein einer Körpertemperatur entsprechender Infrarotstrahl, der von einem menschlichen Körper abgestrahlt wird, mittels des Infrarotfilters 6 in die oberen Elektroden 17a eindringt, das pyroelektrische Element 10 einen pyroelektrischen Strom aus, der einer Größenordnung entspricht, wobei die Größenordnung abhängig von der Infrarotstrahlmenge variiert, und ein Spannungssignal, das dem pyroelektrischen Strom entspricht, wird an einem Gatteranschluss des FET 14 eingegeben. Dann werden eine Vorspannung, die durch einen Widerstandswert zwischen einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss des FET 14 und einen Widerstandswert eines Sourcewiderstands geteilt ist, und ein Spannungssignal, das in den Gatteranschluss eingegeben wird, überlagert, und von einem Sourceanschluss wird ein Spannungssignal ausgegeben. Dadurch kann der menschliche Körper erfasst werden.
5 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Geräts zeigt.
D. h. das optische Gerät umfasst einen ersten und zweiten Halbleiterlaser 22a, 22b mit der gleichen Erregerfrequenz (zum Beispiel Wellenlänge: 1,55 μm), die bei einem vorbestimmten Intervall angeordnet sind, erste und zweite reflektierende Spiegel 23a, 23, die von dem ersten und zweiten Halbleiterlaser 22a, 22b abgestrahltes Laserlicht auf eine optische Achse C1 lenken, einen nicht linearen optischen Kristall 24, wie etwa LiNbO₃, der auf der optischen Achse C1 angeordnet ist, in den Laserlicht einfällt, und einen erfindungsgemäßen Infrarotfilter 6, der die Wellenlänge (1,55 μm) von Erregerlicht von dem ersten und zweiten Halbleiterlaser 22a, 23b filtert.
Bei dem wie vorstehend beschrieben ausgelegten optischen Gerät kommt es zu einer Differenz bei der Schwingungsfrequenz zwischen dem ersten Halbleiterlaser 22a und dem zweiten Halbleiterlaser 22b, wenn Temperaturen des ersten Halbleiterlasers 22a und des zweiten Halbleiterlasers 22b durch willkürliche Mittel sehr geringfügig verändert werden. Bei Beschreiben zum Beispiel der Schwingungsfrequenz des ersten Halbleiterlasers 22a als ω1 und der Schwingungsfrequenz des zweiten Halbleiterlasers 22b als ω2, kommt es zu einer Differenz bei den jeweiligen Schwingungsfrequenzen des ersten Halbleiterlasers 22a und des zweiten Halbleiterlasers 22b und es kommt zu einer Differenzfrequenz Δ (= ω1 – ω2). Wenn Laserlicht in diesem Zustand in den nicht linearen optischen Kristall 24 einfällt, treten Laserlicht (reguläres Laserlicht), das der Erregerfrequenz zuzuordnen ist, und Differenzfrequenzlicht, das der Differenzfrequenz Δω zuzuschreiben ist, aus dem nicht linearen optischen Kristall 24 aus und fallen auf die gleichen optischen Achsen C1, C2. Und da der Infrarotfilter 6 einen Infrarotstrahl (Erregerlicht) in einem nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 1,55 μm filtern kann, ist es möglich, nur die Differenzfrequenz Δω eines Ferninfrarotstrahls mit einer großen Wellenlänge auf die optische Achse C2 abzustrahlen und mühelos nur Differenzfrequenzlicht herauszunehmen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. In den vorstehenden Ausführungsformen wird zwar ein Infrarotfilter 6 in der Form einer flachen Platte als Beispiel herangezogen, doch kann er von Linsenform sein, und in diesem Fall können verschiedene optische Teile, die sowohl eine Filterfunktion als auch einen Linsenfunktion aufweise, verwirklicht werden.
Als Nächstes werden Beispiele der vorliegenden Erfindung konkret beschrieben.
Beispiele
[Erzeugung einer Probe]
[Beispiel 1]
Unter Verwenden des CVD-Geräts (2), das in dem Abschnitt [Beste Methode zum Ausführen der Erfindung] beschrieben wurde, wurde polykristallines Silicium erzeugt.
Genauer gesagt wurde ein Stab aus polykristallinem Silicium hoher Reinheit mit einem Durchmesser von 5 bis 6 mm, in den ein Heizelement eingebettet ist, in einem Reaktionsgefäß eingesetzt und auf einen reduzierten Druck gebracht, während eine Heizelementeinstelltemperatur auf 850°C angehoben wurde. Dann wurde ein Rohmaterialgas bestehend aus SiHCl₃ hoher Reinheit und H₂ in das Reaktionsgefäß eingebracht, um SiHCl₃ zu reduzieren und ein Fällen und Abscheiden von Si auf dem Stab zuzulassen, wodurch eine Probe (polykristallines Silicium) von Beispiel 1 erzeugt wurde.
Die Reinheit des erzeugten polykristallinen Siliciums wurde gemessen und sie betrug 11 N (99,999999999%).
[Vergleichsbeispiel 1]
Eine Probe (polykristallines Silicium) des Vergleichsbeispiels 1 wurde in ähnlicher Weise zu [Beispiel 1] erzeugt, mit dem Unterschied dass die Heizelementeinstelltemperatur 1050°C betrugt. Die Reinheit des Vergleichsbeispiels 1 betrug 11 N.
[Vergleichsbeispiel 2]
Durch ein FZ-Verfahren unter Verwenden von polykristallinem Silicium des Vergleichsbeispiels 1 wurde monokristallines Silicium erzeugt.
Im Einzelnen wurde polykristallines Silicium von Vergleichsbeispiel 1 in ein Gefäß gegeben und bei einer Anlegefrequenz von 3 MHz wurde ein Hochfrequenzbeheizen durchgeführt, um das polykristalline Silicium zu schmelzen, und dann wurde unter Verwenden von Impfkristall (monokristallines Silicium) Rekoagulation in der gleichen Ausrichtung wie der des Impfkristalles bewirkt, wodurch eine Probe (monokristallines Silicium) des Vergleichsbeispiels 2 erzeugt wurde. Die Reinheit betrug 11 N.
[Beurteilung der Probe]
Jede Probe von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1, 2 wurde in paralleler Weise ausgeschnitten, und beide Seiten wurden optisch poliert und das Transmissionsspektrum eines Infrarotstrahls wurde durch ein Hochgeschwindigkeits-Fourier-Infrarotspektrometer (FT-IR) gemessen. Im Einzelnen wurde zuerst ein Blindwert jeder Wellenlänge bei Fehlen einer Probe gemessen, und dann wurde eine Probe in das Messgerät eingesetzt und es wurde eine ähnliche Messung durchgeführt, und der lineare Durchlässigkeitsgrad wurde aus Verhältnissen in jeder Wellenlänge ermittelt, um ein Transmissionsspektrum zu erhalten.
6 zeigt ein Transmissionsspektrum von Beispiel 1, 7 zeigt ein Transmissionsspektrum von Vergleichsbeispiel 1 und 8 zeigt ein Transmissionsspektrum von Vergleichsbeispiel 2. Die horizontale Achse stellt die Wellenlänge (μm) dar, und die vertikale Achse steht den linearen Durchlässigkeitsgrad (%) dar.
Tabelle 1 zeigt Verhältnisse von linearem Durchlässigkeitsgrad bei einer Wellenlänge von 4 μm, einer Wellenlänge von 3 μm und einer Wellenlänge von 2 μm im Verhältnis zu einem linearen Durchlässigkeitsgrad eines Infrarotstrahls bei einer Wellenlänge von 10 μm als 1.
Jeder lineare Durchlässigkeitsgrad wurde durch Mitteln von Messungen von zehn Zeiten erhalten, und jedes Verhältnis wurde aus Mittelwerten dieser linearen Durchlässigkeitsgrade ermittelt.
Weiterhin wurde wie bei Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 eine mittlere Kristallkorngröße von Kristallkörnern gemessen. Genauer gesagt wurde jede Probe hochglanzpoliert und mit einem Elektronenmikroskop/rückgestreutem Elektronendiffraktionsmuster(FE-SEM/EBSP)-System gemessen, und unter Verwenden von EBSP-Analysesoftware (erhältlich von TSL solutions, OIM Analysis Ver. 4.6) wurde eine mittlere Korngröße von Kristallkörnern berechnet.
Tabelle 2 zeigt mittlere Kristallkorngrößen von Proben des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1. [Tabelle 1]

Probe Nr. Wellenlänge

10 μm 4 μm 3 μm 2 μm

Beispiel 1 1 0,81 0,69 0,45

Vergleichsbeispiel 1 1 1,03 0, 98 0,88

Vergleichsbeispiel 2 1 1,05 1,03 1,01

[Tabelle 2]

Probe Nr. Mittlere Korngröße des Kristallkorns (μm)

Beispiel 1 1

Vergleichsbeispiel 1 10
Wie aus 7 hervorgeht, weist die Probe von Vergleichsbeispiel 1 einen linearen Durchlässigkeitsgrad auf, der in etwa gleich dem des Wellenlängenbereichs von 8 bis 12 μm Wellenlänge ist, auch in dem mittleren und nahen Infrarotbereich von 2 bis 6 μm Wellenlänge. Wie in Tabelle 1 gezeigt betrugen die linearen Durchlässigkeitsgrade von Wellenlänge 4 μm, Wellenlänge 3 μm und Wellenlänge oder 2 μm 1,03, 0,98 bzw. 0,88 nach Verhältnis bezüglich des linearen Durchlässigkeitsgrads von Wellenlänge von 10 μm. Daher ist diese Probe nicht als durchlässiges optisches Material zum Erfassen eines menschlichen Körpers geeignet, da ein Infrarotstrahl in dem mittleren Infrarotbereich als Streulicht wirkt, was das S/N-Verhältnis verschlechtert und zu einer Abnahme der Genauigkeit beim Erfassen eines menschlichen Körpers führt.
Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Probe des Vergleichsbeispiels 1 voluminös wird, wie durch eine mittlere Kristallkorngröße von 10 μm belegt wird, wie in Tabelle 2 gezeigt ist, da das polykristalline Silicium bei einer solchen hohen Temperatur von 1050°C erzeugt wird.
Wie aus 8 hervorgeht, weist die Probe von Vergleichsbeispiel 2 auch über einem breiten Wellenlängenbereich ein flaches Transmissionsspektrum auf und weist einen linearen Durchlässigkeitsgrad von etwa gleich dem des Wellenlängenbereichs von Wellenlängen von 8 bis 12 μm auf, auch in dem mittleren und nahen Infrarotbereich von Wellenlängen von 8 bis 12, im Wesentlichen analog zum Fall des Vergleichsbeispiels 1. Wie ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt zeigten die linearen Durchlässigkeitsgrade von Wellenlänge 4 μm, Wellenlänge 3 μm und Wellenlänge 2 μm Verhältnisse von 1,05, 1,03 bzw. 1,01 bezüglich des linearen Durchlässigkeitsgrads von Wellenlänge 10 μm. Daher ist diese Probe fast wie Vergleichsprobe 1 nicht als durchlässiges optisches Material zum Erfassen eines menschlichen Körpers geeignet, da die mittleren Infrarotstrahlen als Streulicht wirken, was das S/N-Verhältnis verschlechtert und zu einer Abnahme der Genauigkeit beim Erfassen eines menschlichen Körpers führt.
Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass, wenngleich die Probe von Vergleichsbeispiel 2 relativ wenig Sauerstoffdefekt aufweist und einen ausgezeichneten Infrarotdurchlässigkeitsgrad in einem Wellenlängenbereich von 8 bis 12 μm um 10 μm hat, da sie durch ein FZ-Verfahren erzeugt ist, ein Durchlässigkeitsgrad in dem mittleren Infrarotbereich zunimmt, da in einem Korngrenzenteil Streuung nicht auftritt.
Da andererseits in Beispiel 1 polykristallines Silicium hoher Reinheit durch Festlegen der Heizelementeinstelltemperatur bei 850°C erhalten wird, ist es möglich, wie in Tabelle 2 gezeigt die mittlere Kristallkorngröße auf 1 μm zu steuern, was 5 μm oder weniger ist, und zu verhindern, dass die Kristallkörner voluminös werden.
Dadurch nimmt wie in 6 gezeigt der lineare Durchlässigkeitsgrad des Wellenlängenbereichs der Wellenlänge von 4 μm oder weniger verglichen mit dem linearen Durchlässigkeitsgrad in einem Wellenlängenbereich von 8 bis 12 μm ab. Und wie in Tabelle 1 gezeigt wurde aufgezeigt, dass im Vergleich zu dem Infrarotstrahl mit einer Wellenlänge von 10 μm 81% eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 4 μm durchgelassen werden, nur 69% eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 3 μm durchgelassen werden und nur 45% eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 2 μm durchgelassen werden.
D. h. es wurde bestätigt, dass die Probe von Beispiel 1 einen ausgezeichneten linearen Durchlässigkeitsgrad in einem Wellenlängenbereich von 8 bis 12 μm um 10 μm zeigt und einen Infrarotstrahl mit einer Wellenlänge von 4 μm oder weniger effektiv absorbieren und streuen kann.
Bezugszeichenliste

2: Stab (Grundmaterial)
3: Reaktionsgefäß
5: polykristallines Silicium
6: Infrarotfilter
22a: erster Halbleiterlaser
22b: zweiter Halbleiterlaser
24: nicht linearer optischer Kristall

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 05-60901 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SIGMA KOKI CO., LTD. WEB catalogue ”infrared wndows-silicon” [online], [Suche vom 11. August 2008], INTERNET <URL: http://www.sigma-koki.com/B/Windows/WindowsSilicon/OPSI/OPSI.html> [0010]

Claims

Infrarotstrahldurchlässiges optisches Element, das polykristallines Silicium umfasst, das aus Trichlorsilan hoher Reinheit als Rohmaterial gebildet ist, wobei das infrarotstrahldurchlässige optische Element einen Infrarotstrahl in einem Wellenlängenbereich von 4 μm oder weniger absorbiert und streut.
Infrarotstrahldurchlässiges optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Durchlässigkeitsgrad A eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 4 um und einem Durchlässigkeitsgrad B eines Infrarotstrahls mit einer Wellenlänge von 10 μm 0,9 oder weniger beträgt.
Infrarotstrahldurchlässiges optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen Siliciums 5 μm oder weniger beträgt.
Infrarotstrahldurchlässiges optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das polykristalline Silicium durch Verwenden eines chemischen Dampfabscheidungsverfahrens gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines infrarotstrahldurchlässigen optischen Elements, welches umfasst: Erwärmen eines in einem Reaktionsgefäß aufgenommenen Grundmaterials auf eine Temperatur von 800 bis 900°C während des Belieferns des Reaktionsgefäßes mit einem Rohmaterialgas, das mindestens Trichlorsilan hoher Reinheit und Wasserstoff zum Reduzieren des Trichlorsilans enthält, und Abscheidenlassen des polykristallinen Siliciums auf dem Grundmaterial.
Optische Vorrichtung mit einem Hauptteil, der das infrarotstrahldurchlässige optische Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung ein Infrarotdetektor ist.
Optisches Gerät, das umfasst: einen ersten und zweiten Halbleiterlaser, die Laserlicht auf die gleiche optische Achse abstrahlen, einen nicht linearen optischen Kristall, der auf der optischen Achse angeordnet ist, in den das Laserlicht fällt, und Filtermittel zum Filtern eines Strahls in einem bestimmten Wellenlängenbereich von Laserlicht, das aus dem nicht linearen optischer Kristall austritt, wobei das Filtermittel die optische Vorrichtung nach Anspruch 6 umfasst.