JP2008241439A - ボロメータ型ＴＨｚ波検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能かつ高歩留まりで製造可能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器の提供。
【解決手段】ボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４（ダイアフラム）が支持部１３によって回路基板２から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１において、温度検出部１４の上部にＴＨｚ波を効率良く集めるための誘電体材料からなる部材（誘電体カバー１１）を追加し、誘電体カバー１１の屈折率をｎ、厚みをｔ、ＴＨｚ波の波長をλとした場合に、ｎｔ＞λとなるように設定し、かつ、誘電体カバー１１と温度検出部１４との間隔をλ／２の整数倍に設定する。これらにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造や製造方法を利用してＴＨｚ波の吸収率を向上させることが可能となり、高性能のボロメータ型ＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【選択図】図１
【解決手段】ボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４（ダイアフラム）が支持部１３によって回路基板２から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１において、温度検出部１４の上部にＴＨｚ波を効率良く集めるための誘電体材料からなる部材（誘電体カバー１１）を追加し、誘電体カバー１１の屈折率をｎ、厚みをｔ、ＴＨｚ波の波長をλとした場合に、ｎｔ＞λとなるように設定し、かつ、誘電体カバー１１と温度検出部１４との間隔をλ／２の整数倍に設定する。これらにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造や製造方法を利用してＴＨｚ波の吸収率を向上させることが可能となり、高性能のボロメータ型ＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、ＴＨｚ周波数帯の電磁波（ＴＨｚ波）を検出する検出器に関し、特に、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器に関する。
近年、光と電波の狭間にあるテラヘルツ周波数帯の電磁波（すなわち、周波数が１０１２Ｈｚ，波長が略３０μｍ〜１ｍｍの電磁波、以下、ＴＨｚ波と呼ぶ。）が物質の情報を直接反映する電磁波として注目されている。このＴＨｚ波を検出する検出器（以下、ＴＨｚ検出器と呼ぶ。）は、ＴＨｚ波を捕捉するダイポールアンテナやボータイ（Bow-tie）アンテナなどのアンテナ部と、アンテナ部で捕捉したＴＨｚ波を電気信号に変換する電気信号変換部とで構成される構造が一般的であり、電磁波を電気信号に変換する方式としてCapacitive coupling方式やResistive coupling方式などが知られている。
例えば、下記特許文献１には、図２１に示すようなCapacitive coupling方式のＴＨｚ波検出器が開示されている。このＴＨｚ波検出器は、基板３０上にガラス層３１が形成され、ガラス層３１上に４つの金属アンテナ３２（ボータイアンテナ）が形成され、４つの金属アンテナ３２の中央部に、ガラス層３１や金属アンテナ３２から所定の間隔（ＧＡＰ１及びＧＡＰ２）を隔てて、ヒータ膜３３と絶縁体３４と感熱抵抗層３５と絶縁体３６とが積層された検知素子３７が形成された構造となっている。
また、同特許文献１には、図２２に示すようなResistive coupling方式のＴＨｚ波検出器も開示されている。このＴＨｚ波検出器は、基板３０上にガラス層３１が形成され、ガラス層３１上に４つの金属アンテナ３２（ボータイアンテナ）が形成され、４つの金属アンテナ３２の中央部に、ガラス層３１から所定の間隔（ＧＡＰ３）を隔てて、４つの金属アンテナ３２に接続されるヒータ膜３３が形成され、ヒータ膜３３上に絶縁体３４と感熱抵抗層３５と絶縁体３６とが積層された検知素子３７が形成された構造となっている。この構造では、金属アンテナ３２で集めたエネルギーをヒータ膜３３に有効に伝達するため、５０〜１００Ωにインピーダンス整合させた脚３８が必要になるため、熱コンダクタンスが大きくなり、Capacitive coupling方式に比べて感度が１桁ほど低くなると記載されている。
ここで、Capacitive coupling方式でＴＨｚ波を検出する場合は、金属アンテナ３２で集めたエネルギーを効率的にヒータ膜３３に伝達するためには、ガラス層３１と検知素子３７との間隔（ＧＡＰ１）と金属アンテナ３２と検知素子３７との間隔（ＧＡＰ２）を正確に制御する必要があり、上記特許文献１では、ＧＡＰ２の値として０．１〜１μｍの範囲が好ましいと記載されている。しかしながら、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて、検知素子３７を脚３８によってガラス層３１から浮かせる場合、その間隔を０．１〜１μｍの範囲にすることは困難であり、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
また、Resistive coupling方式でＴＨｚ波を検出する場合も、金属アンテナ３２で集めたエネルギーを効率的にヒータ膜３３に伝達するためには、ガラス層３１とヒータ膜３３との間隔（ＧＡＰ３）を正確に制御する必要があり、上記特許文献１では、ＧＡＰ３の値として０．２〜１μｍの範囲が好ましいと記載されている。しかしながら、ＭＥＭＳ技術を用いて、ヒータ膜３３をガラス層３１から浮かせる場合に、その間隔を０．２〜１μｍの範囲にすることは困難であり、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
また、一般的に、アンテナで電磁波を捕捉できる面積（effective aperture）は半波長を半径とする円の面積程度にしかならないことから、ＴＨｚ波を効率的に捕捉するために金属アンテナ３２を大きくする必要があるが、上記構造のＴＨｚ波検出器を２次元アレイ化する場合は、各々の検出器のサイズが限られるため、必然的に検知素子３７のサイズは小さくなる。例えば、波長１ｍｍのＴＨｚ波では検知素子３７のサイズは数μｍ程度になってしまい、数μｍの小さな領域に検知素子３７を作り込むのは非常に困難であり、更に歩留まりが低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、高性能かつ高歩留まりで製造可能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、前記温度検出部の上部に誘電体部材が配置され、前記誘電体部材の屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長よりも大きく、かつ、前記誘電体部材と前記温度検出部との間隔が前記ＴＨｚ波の半波長の整数倍に設定されるものである。
本発明においては、前記ボロメータ型ＴＨｚ波検出器は、前記マイクロブリッジ構造の複数の画素が配列された２次元アレイ検出器であり、前記誘電体部材は、前記複数の画素の上部を覆い、かつ、前記複数の画素の周囲の少なくとも一部で前記基板に固定される構成とすることができる。
また、本発明においては、前記誘電体部材は、前記複数の画素の周囲の全てで前記基板に密着しており、前記誘電体部材の内部が真空又は減圧状態となっている構成とすることができる。
また、本発明においては、前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定される構成とすることができる。
また、本発明においては、前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間に前記ＴＨｚ波を透過する光学膜が配置され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定される構成とすることができ、前記光学膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン膜のいずれかとすることができる。
また、本発明においては、更に、前記温度検出部上に、該温度検出部の周縁部から外側に延びる庇が形成され、前記吸収膜が、前記温度検出部上及び前記庇上に形成される構成とすることができる。
また、本発明においては、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は、略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定され、前記温度検出部のシート抵抗は、前記反射膜と前記温度検出部との間の光路長における、前記温度検出部のシート抵抗と前記ＴＨｚ波の吸収率との相関関係に基づいて、前記ＴＨｚ波の吸収率がピーク近傍となる範囲に設定される構成とすることができ、前記温度検出部のシート抵抗は、前記ＴＨｚ波の吸収率が略１０％以上となる範囲に設定、又は、略１０乃至１００Ω／squareの範囲に設定される構成とすることができる。
このように、本発明では、支持部によって基板から浮いた状態で支持される温度検出部の上部に、屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長より大きく、かつ、温度検出部との間隔がＴＨｚ波の半波長の整数倍に設定された誘電体部材を配置することにより、赤外線検出器の構造及び製造方法を利用しつつＴＨｚ波の吸収率を格段に向上させることができ、これにより、高性能のＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
また、温度検出部に吸収膜を形成し、基板上に設けた反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定し、温度検出部のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にして設定したり、温度検出部の周縁部から外側に向かって延びる庇を設けたり、反射膜と温度検出部の間の領域に光学膜を配置することにより、ＴＨｚ波をより効率的に吸収することができる。
本発明によれば、高性能のボロメータ型ＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
その理由は、ボロメータ薄膜を含む温度検出部（ダイアフラム）が支持部によって回路基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器において、温度検出部の上部に、屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長より大きく、かつ、温度検出部との間隔がＴＨｚ波の半波長の整数倍に設定された誘電体カバーを配置することにより、赤外線検出器の構造及び製造方法を利用しつつＴＨｚ波の吸収率を格段に向上させることができるからである。
また、回路基板上にＴＨｚ波を反射する反射膜を形成し、温度検出部上にＴＨｚ波を吸収する吸収膜を形成し、反射膜と温度検出部とで光学的共振構造を形成すると共に、反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして赤外線の波長の略１／４（例えば、略１．５乃至２．５の範囲）に設定し、温度検出部のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にしてＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲（略１０乃至１００Ω／sq.の範囲）に設定したり、温度検出部上に、温度検出部の周縁部から外側に向かって延びる庇を設けたり、反射膜と温度検出部の間に光学膜を配置することにより、更にＴＨｚ波を効率的に吸収することができるからである。
従来技術で示したように、周波数が１０１２Ｈｚ，波長が略３０μｍ〜１ｍｍのＴＨｚ波を検出するＴＨｚ波検出器として、Capacitive coupling方式やResistive coupling方式などが知られているが、これらの方式では、各部材の間隔を０．１μｍ程度の高い精度で制御しなければならず、かつ、アンテナに比べて検知素子のサイズが圧倒的に小さくなるため、高性能のＴＨｚ検出器を高い歩留まりで製造することが難しいという問題があった。
一方、波長８〜１２μｍ程度の赤外線を検出するボロメータ型赤外線検出器が知られており、監視目的などで広く利用されている。このボロメータ型赤外線検出器は、内部に読出回路が形成され、上面に反射膜が形成された基板上に犠牲層を形成し、犠牲層の上面にボロメータ薄膜と該ボロメータ薄膜を挟み込む保護膜とを含む温度検出部を形成すると共に、犠牲層の側面に一端がボロメータ薄膜に接続され他端が読出回路に接続される電極配線を含む２つの支持部を形成し、その後、犠牲層をエッチング除去するという方法で製造される。そして、基板上に形成された反射膜と温度検出部とで構成される光学的共振構造（いわゆる光共振器）によって入射した赤外線をより効率的に吸収し、吸収した赤外線によるボロメータ薄膜の抵抗変化を読出回路で読み出すことにより、赤外画像を得ている。
ここで、従来のＴＨｚ波検出器はＴＨｚ波をアンテナで捕捉するものであるのに対して、赤外線検出器は赤外線を光学的共振構造で吸収するものであり、電磁波を取り込む方法が全く異なるが、ＴＨｚ波検出器は検出素子を脚で支持するものであり、赤外線検出器は温度検出部を支持部で支持するものであり、その構造に共通点がある。そこで、本願発明者は、上記ボロメータ型赤外線検出器の光学的共振構造を利用してＴＨｚ波を吸収するＴＨｚ波検出器を提案する。
その際、ボロメータ型赤外線検出器は光学的共振構造によって赤外線を効率的に吸収できるようにしているが、温度検出部はＴＨｚ波を透過しやすいため、ＴＨｚ波の吸収率は赤外線の吸収率の数％程度にしかならず、ボロメータ型赤外線検出器をそのまま利用しても、ＴＨｚ波検出器として十分な性能を得ることはできない。
そこで、本発明では、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用してＴＨｚ波を検出可能にするために、温度検出部の上部にＴＨｚ波を効率良く集めるための誘電体材料からなる部材（誘電体カバー）を追加し、誘電体カバーの屈折率をｎ、厚みをｔ、ＴＨｚ波の波長をλとした場合に、ｎｔ＞λとなるように設定し、かつ、誘電体カバーと温度検出部との間隔をλ／２の整数倍に設定する。これらにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造や製造方法を利用してＴＨｚ波の吸収率を向上させることが可能となり、高性能なＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
上記実施形態について更に詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図２乃至図６は、その製造方法を示す工程断面図である。また、図７は、誘電体カバーの厚みと吸収率との相関を示す図である。
図１に示すように、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１は、読出回路２ａ等が形成された回路基板２上に、入射するＴＨｚ波を反射する反射膜３と読出回路２ａに接続するためのコンタクト４が形成され、その上に第１保護膜５が形成されている。また、コンタクト４上に、第２保護膜６、第３保護膜８、電極配線９、第４保護膜１０からなる支持部１３が形成され、コンタクト４を介して読出回路２ａと電極配線９とが接続されている。また、この支持部１３によって、第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０からなる温度検出部１４（ダイアフラム）が中空に保持され、ボロメータ薄膜７の両端部は電極配線９が接続されている。
ここで、上述したように温度検出部１４はＴＨｚ波を透過しやすいため、本実施例では、温度検出部１４の上部に、屈折率ｎと厚みｔとの積（すなわち、光路長）がＴＨｚ波の波長よりも大きい、石英ガラスやＨＲＦＺ（High Resistivity Float Zone）シリコン、サファイア、人工ダイアモンド等の誘電体材料（以下、誘電体カバー１１と呼ぶ。）を配置する。
このような誘電体カバー１１を配置することにより、誘電体カバー１１の裏面（ＴＨｚ波の出射面）では、誘電体カバー１１内を伝搬する入射波と裏面で反射する反射波の電場が同符号で強め合って、裏面にＴＨｚ波を効率的に（ｎ３倍）集めることができる。
また、誘電体カバー１１と温度検出部１４の間隔（図１のＧＡＰ、詳細には、誘電体カバー１１の裏面と温度検出部１４の厚み方向の中心との間隔）をＴＨｚ波の半波長の整数倍に設定することにより、光学的共振により誘電体カバー１１裏面と反射膜３との間に挟まれた空間に存在するＴＨｚ波を強めることができ、その結果、ＴＨｚ波を温度検出部１４で効率的に吸収することができる。
上記効果を確認するために、反射膜３と温度検出部１４の間隔が１．５μｍの場合において、温度検出部１４のシート抵抗を変えた場合の、誘電体カバー１１と温度検出部１４の間隔（ｄ）と波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率との相関を調べた。その結果を図７に示す。図７より、温度検出部１４のシート抵抗が１０Ω／sq.の場合、誘電体カバー１１無しでは吸収率は略１２％であるのに対して、誘電体カバー１１有りではｄを５０μｍの整数倍にすれば吸収率は略３４％に増加することがわかる。同様に、シート抵抗が３０Ω／sq.の場合、誘電体カバー１１無しでは吸収率は略４．４％であるのに対して、誘電体カバー１１有りでは吸収率は略１４％に増加し、シート抵抗が１００Ω／sq.の場合、誘電体カバー１１無しでは吸収率は略１．４％であるのに対して、誘電体カバー１１有りでは吸収率は略４．６％に増加し、シート抵抗が１０ｋΩ／sq.の場合、誘電体カバー１１無しでは吸収率は略０．０１４％であるのに対して、誘電体カバー１１有りでは吸収率は略０．０４６％に増加する。
以上の結果より、温度検出部１４上に誘電体カバー１１を配置し、誘電体カバー１１の屈折率と厚みとの積をＴＨｚ波の波長より大きくし、誘電体カバー１１と温度検出部１４の間隔をＴＨｚ波の半波長の整数倍に設定すれば、ＴＨｚ波の吸収率が略３倍に向上することが分かる。
なお、上記誘電体カバー１１は、単一の部材で形成してもよいし、屈折率の異なる複数の部材を積層した積層構造としてもよいし、その表面又は裏面又はその双方にシリコン酸化膜や有機膜などのＡＲ（Anti Reflection）膜を形成しても良い。また、誘電体カバー１１の表面と裏面の干渉効果を低減するために、一方の面を他方の面に対して所定の角度で傾けた形状（いわゆる、くさび型形状）とすることもできる。
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図２乃至図６を参照して説明する。
まず、図２に示すように、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉ等の金属を５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、各画素の温度検出部１４に入射するＴＨｚ波を反射するための反射膜３及び電極配線９と読出回路２ａとを接続するためのコンタクト４を形成する。なお、上記金属はＴＨｚ波の反射率が高く、電気抵抗が小さい材料であればよく、Ａｌ、Ｔｉに限定されない。
次に、回路基板２全面に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、反射膜３及びコンタクト４を保護する第１保護膜５を形成する。
次に、図３に示すように、回路基板２全面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、コンタクト４及び画素間の領域が露出するように露光・現像を行った後、４００℃程度の温度で焼締めを行い、マイクロブリッジ構造を形成するための犠牲層２２を形成する。その際、キュア後の感光性ポリイミド膜は、後に形成する第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０の厚みを考慮して、反射膜３と温度検出部１４との間隔（詳細には、反射膜３の表面と温度検出部１４の厚み方向の中心との間隔）が赤外線の波長の略１／４程度（例えば、１．５〜２．５μｍ）になるように設定する。
次に、図４に示すように、犠牲層２２の上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、第２保護膜６を形成する。
次に、第２保護膜６の上に、酸素雰囲気の反応性スパッタにより酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３、ＶＯＸなど）や酸化チタン（ＴｉＯＸ）などを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成する。なお、ここではボロメータ薄膜７として酸化バナジウムや酸化チタンを用いているが、抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient Resistance）の大きい他の材料を用いることもできる。
次に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚成膜し、ボロメータ薄膜７を保護する第３保護膜８を形成する。その後、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。
次に、スパッタ法によりＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの金属を５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、電極配線９を形成する。この電極配線９はコンタクト４を介してボロメータ薄膜７と回路基板２内の読出回路２ａとを電気的に接続すると共に、ボロメータ薄膜７を中空に保持する支持部１３としての役割を果たす。
次に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、電極配線９を保護する第４保護膜１０を形成する。その後、一フッ化メタンと酸素の混合ガスを用いたプラズマエッチングにより、第２保護膜６と第３保護膜８と第４保護膜１０とを部分的にエッチングして、犠牲層２２上の所定の領域にスルーホールを形成してポリイミドを部分的に露出させ、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層２２を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いた状態で保持されるマイクロブリッジ構造の画素を形成する。
なお、犠牲層２２をポリシリコンやＡｌで構成することもできる。ポリシリコンを用いる場合は、例えば、ヒドラジンやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を用いたウェットエッチング、ＸｅＦ２プラズマを用いたドライエッチング等により犠牲層２２を除去することができる。また、Ａｌを用いる場合は、例えば、塩酸やホットリン酸を用いたウェットエッチングにより犠牲層２２を除去することができる。
また、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０にシリコン酸化膜を用いる場合には、犠牲層２２をシリコン窒化膜で構成することも可能であり、さらに、その逆も可能である。シリコン窒化膜を犠牲層２２とする場合は、例えば、ホットリン酸を用いたウェットエッチングで除去することができ、シリコン酸化膜を犠牲層２２とする場合は、例えば、弗酸を用いたウェットエッチングで除去することができる。
次に、図５に示すように、石英ガラスやＨＲＦＺシリコン、サファイア、人工ダイアモンド等の誘電体材料を、屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長（ここでは１００μｍ）より大きく、温度検出部１４との間隔がＴＨｚ波の半波長の整数倍（ここでは５０μｍ）となるように、上部が略平坦な蓋状に加工して、誘電体カバー１１を形成し、この誘電体カバー１１を複数の画素を覆うように被せ、少なくとも一部を接着やロー付け、嵌合などによって回路基板２に固定する。
なお、誘電体カバー１１と温度検出部１４との間隔は、反射膜３と温度検出部１４との間隔に比べて遙かに大きいため、間隔が多少ずれても感度にほとんど影響はない。また、誘電体カバー１１は各々の画素の温度検出部１４の上部において上記条件を満たせば良く、その形状は図５の構成に限定されない。例えば、蓋の側部を回路基板面に対して垂直にしてもよいし、丸みを持たせた形状としてもよいし、側部の厚みを厚くしてもよい。また、誘電体カバー１１を板状に加工すると共に、複数の画素の周囲に任意の部材で形成した枠を配置し、その枠の上に誘電体カバー１１を固定する構造としてもよい。また、図５では、１つの誘電体カバー１１で全ての画素を覆う構造としてが、画素の間隔が広ければ画素毎又は所定数の画素のグループ毎に誘電体カバー１１を配置してもよい。
また、誘電体カバー１１を気密構造とし、誘電体カバー１１の内部を真空又は減圧して外気の影響を受けにくくしてもよい。その場合、誘電体カバー１１は周囲から押厚されて撓む恐れがあるが、図６に示すように、誘電体カバー１１で覆った画素をペルチェ素子などの温度安定器２１上に載置し、これらを真空パッケージ１９及びＴＨｚ波を透過する材料で形成した窓２０などを用いて封止し、内部を真空又は減圧することにより、誘電体カバー１１に力が加わらないようにすることができる。
このように、本実施例では、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用し、温度検出部１４の上部に誘電体カバー１１を配置すると共に、誘電体カバー１１の屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長より大きく、かつ、誘電体カバー１１と温度検出部１４との間隔がＴＨｚ波の半波長の整数倍となるように設定することにより、ＴＨｚ波の吸収率を格段に向上させることができ、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。
次に、本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図８乃至図１１を参照して説明する。図８は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図９は、その製造方法の一部を示す工程断面図である。また、図１０及び図１１は、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関を示す図である。
前記した第１の実施例では、温度検出部１４の上部に誘電体カバー１１を配置し、誘電体カバー１１と温度検出部１４との間でＴＨｚ波を効率的に吸収できるようにしたが、温度検出部１４と反射膜３とで構成される光学的共振構造の間隔は赤外線の波長を基準にして設定されており、かつ、温度検出部１４のシート抵抗は数百〜数ｋΩ／sq.程度になるため、この条件では、温度検出部１４を透過したＴＨｚ波を効率的に吸収することはできない。
ＴＨｚ波の吸収率を向上させる方法として、光学的共振構造の間隔をＴＨｚ波を基準にして設定する方法も考えられるが、間隔を大きくするためには、犠牲層をＴＨｚ波の波長の１／４、すなわち数十〜数百μｍ程度の厚みで形成しなければならず、そのような大きな膜厚の犠牲層に温度検出部や支持部を形成するのは困難であり、また、温度検出部や支持部が形成できたとしても、犠牲層をエッチングで除去することは困難であり、歩留まりが著しく低下してしまう。更に、温度検出部が基板から数十〜数百μｍの高さで支持された構造では振動や衝撃によって形状が変形しやすく、高い性能を維持することは困難である。
そこで、本実施例では、温度検出部１４を透過したＴＨｚ波を効率的に吸収するために、図８に示すように、第１の実施例の構造に加えて、温度検出部１４にＴＨｚ波を吸収する吸収膜１６を追加する。また、光学的共振構造の間隔を変えると製造条件がずれて歩留まりが著しく低下することから、反射膜３と温度検出部１４の間隔（詳細には、反射膜３の表面と温度検出部１４の厚み方向の中心との間隔、本実施例の構成では吸収膜１１が支配的であるため、反射膜３の表面と吸収膜１１との間隔）は変えずに、赤外線の波長を基準にして設定する。なお、赤外線の波長を８〜１２μｍとすると波長の１／４は２〜３μｍとなるが、製造上、犠牲層は極力薄い方が好ましいことから、製造上の優位性を勘案して、本実施例では、反射膜３と温度検出部１４の間隔を略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定する。更に、以下に示す温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関データに基づいて、吸収膜１６を含む温度検出部１４のシート抵抗（実際には吸収膜１１が支配的であるため、吸収膜１６のシート抵抗）を、ＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲に設定する。
図１０は、反射膜３と温度検出部１４の間隔を１．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図１０（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図１０（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図１０より、温度検出部１４のシート抵抗を従来の赤外線検出器の条件（例えば、１ｋΩ／sq.）に設定した場合、波長１０μｍの赤外線の吸収率は略６０％であるのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１．５％であり、通常の赤外線検出器の条件ではＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。しかしながら、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置（３０Ω／sq.）に近づけると、波長１０μｍの赤外線の吸収率は減少するのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１８％となり大幅に増加する。
また、図１１は、反射膜３と温度検出部１４の間隔を２．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図１１（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図１１（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図１１より、温度検出部１４のシート抵抗を従来の赤外線検出器の条件（例えば、１ｋΩ／sq.）に設定した場合、波長１０μｍの赤外線の吸収率は略８０％であるのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略３．８％であり、通常の赤外線検出器の条件ではＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。しかしながら、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置（５０Ω／sq.）に近づけると、波長１０μｍの赤外線の吸収率は減少するのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１８％となり大幅に増加する。
以上の結果より、ピーク位置は、反射膜３と温度検出部１４の間隔に依存するが、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置に近い値に設定すれば、ＴＨｚ波の吸収率は大幅に増加させることができる。ここで、通常の赤外線検出器では犠牲層の形成や除去のしやすさを考慮して反射膜３と温度検出部１４の間隔を略１．５〜２．５μｍに設定していることから、温度検出部１４のシート抵抗の好ましい範囲は３０〜５０Ω／sq.となるが、多少ピーク位置からずれていても、吸収率が１０％以上であれば十分にＴＨｚ波を検出可能であることから、温度検出部１４のシート抵抗は１０乃至１００Ω／sq.の範囲であれば良いと言える。なお、図１０及び図１１の吸収率と、前記した第１の実施例の図７の吸収率とは数値が一致していないが、これは計算のパラメータが異なるためである。また、温度検出部１４のシート抵抗を上記範囲に設定しても赤外線はかなり吸収されてしまうが、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の入射面側に赤外線を遮断するバンドパスフィルタなどを挿入すれば、ＴＨｚ波のみを効率的に検出することができる。
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図９を参照して説明する。
まず、前記した第１の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成し、その上に第１保護膜５を形成した後、温度検出部１４となる領域に犠牲層２２を形成する。次に、犠牲層２２の上に第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８を形成し、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。次に、電極配線９、第４保護膜１０を形成する。
次に、図９に示すように、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、吸収膜１６を形成する。その際、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１６を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。なお、上記金属は温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定可能な材料であればよく、Ａｌ、Ｔｉに限定されない。
その後、第１の実施例と同様に、第２保護膜６と第３保護膜８と第４保護膜１０とを部分的にエッチングして、犠牲層２２上の所定の領域にスルーホールを形成してポリイミドを部分的に露出させ、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層２２を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いた状態で保持されるマイクロブリッジ構造の画素を形成する。そして、誘電体材料を屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長より大きく、温度検出部１４との間隔がＴＨｚ波の半波長の整数倍となるように蓋状に加工した誘電体カバー１１を、複数の画素を覆うように被せ、少なくとも一部を回路基板２に固定して、ボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
このように、本実施例では、温度検出部１４の上部に誘電体カバー１１を配置すると共に、温度検出部１４上に吸収膜１６を追加し、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、ＴＨｚ波の吸収率を更に向上させることができ、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１でも、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
次に、本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図１２乃至図１５を参照して説明する。図１２及び図１４は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図１３及び図１５は、その製造方法の一部を示す工程断面図である。
前記した第１の実施例では、温度検出部１４の上部に誘電体カバー１１を配置し、誘電体カバー１１と温度検出部１４との間でＴＨｚ波を効率的に吸収できるようにし、第２の実施例では、更に、温度検出部１４上に吸収膜１６を追加し、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、反射膜３と温度検出部１４との間でＴＨｚ波を効率的に吸収できるようにしたが、これらの構造では、温度検出部１４の周囲の支持部１３や画素間の領域に入射するＴＨｚ波を利用していないことから、本実施例では、前記した第１の実施例の構造又は第２の実施例の構造に加えて、図１２又は図１４に示すように、温度検出部１４上に、温度検出部１４の周縁部から外側に向かって延びる庇１７を形成し、支持部１３や画素間の領域に入射するＴＨｚ波も利用できるようにして、ＴＨｚ波をより効率的に吸収できるようにする。
以下、図１２（図１４）の上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図１３（図１５）を参照して説明する。
まず、前記した第１の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成し、その上に第１保護膜５を形成した後、温度検出部１４となる領域に犠牲層２２を形成する。次に、犠牲層２２の上に第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８を形成し、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。次に、電極配線９、第４保護膜１０を形成する。
その後、一フッ化メタンと酸素の混合ガスを用いたプラズマエッチングにより、第２保護膜６と第３保護膜８と第４保護膜１０とを部分的にエッチングして、犠牲層２２上の所定の領域にスルーホールを形成し、ポリイミドを部分的に露出させる。
次に、図１３に示すように、回路基板２全面に感光性ポリイミドを塗布し、温度検出部１４の周縁部が露出するように露光・現像を行った後、熱処理を施して、温度検出部１４の中央部及び隣接する温度検出部１４の間の領域に犠牲層２３を形成する。犠牲層２３の厚さは、例えば、０．５〜３μｍ程度である。
次に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などの絶縁材料を３００〜６００ｎｍ程度の膜厚で形成した後、温度検出部１４中央部の上記絶縁材料を除去して庇１７を形成する。
なお、図１４の構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の場合は、図１５に示すように、更に、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４中央部及び庇１７上に吸収膜１６を形成する。その際、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１６、庇１７を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。
その後、隣接する画素間の庇１７にスルーホールを形成してポリイミドを部分的に露出させ、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層２２及び犠牲層２３を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いた状態で保持されるマイクロブリッジ構造の画素を形成し、第１の実施例と同様に、誘電体材料を屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長より大きく、温度検出部１４との間隔（庇１７との間隔としてもよい。）がＴＨｚ波の半波長の整数倍となるように蓋状に加工した誘電体カバー１１を、複数の画素を覆うように被せ、少なくとも一部を回路基板２に固定して、ボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
このように、温度検出部１４上に、温度検出部１４の周縁部から外側に向かって延びる庇１７を形成することにより、支持部１３や画素間の領域に入射するＴＨｚ波も有効に利用することができ、前記した第１及び第２の実施例よりもＴＨｚ波の吸収率を向上させることができ、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
次に、本発明の第４の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図１６乃至図２０を参照して説明する。図１６は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図１７及び図１８は、その製造方法の一部を示す工程断面図である。また、図１９及び図２０は、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関を示す図である。
本発明のボロメータ型ＴＨｚ波検出器では、ＴＨｚ波に適した光学的共振構造を形成するためには反射膜３と温度検出部１４の間隔は広い方がよいが、一方、反射膜３と温度検出部１４の間隔を広くすると、犠牲層２２の形成や除去が困難になる。そこで、本実施例では、反射膜３と温度検出部１４の間に所定の屈折率の部材（光学膜１８と呼ぶ。）を介在させ、反射膜３と温度検出部１４の実際の間隔を変えずに、光路長を変える。
なお、光学膜１８は、屈折率が大きく、ＴＨｚ波の吸収が小さく、プロセス適合性のよい部材であれば良く、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)やシリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)、シリコン膜など用いることができる。また、光学膜１８を介在させることによって反射膜３と温度検出部１４の光路長が変化することから、温度検出部１４のシート抵抗は図１９、図２０及び前記した第２の実施例の図１０、図１１に基づいて設定する。
図１９は、反射膜３の上に屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を設け、反射膜３と温度検出部１４の間隔を１．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図１９（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図１９（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図１９と図１０とを比較すると、赤外線の吸収特性はあまり変化していないが、ＴＨｚ波の吸収特性は、そのピーク位置が右方向（シート抵抗が大きい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に大きくなっている。これは、屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を介在させることによって光路長が３．２μｍになり、ＴＨｚ波の光学的共振条件に近くなったためと考えられる。
また、図２０は、反射膜３の上に屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を設け、反射膜３と温度検出部１４の間隔を２．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図２０（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図２０（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図２０と図１１とを比較すると、赤外線の吸収特性は、そのピーク位置が左方向（シート抵抗が小さい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に小さくなっているが、ＴＨｚ波の吸収特性は、そのピーク位置が右方向（シート抵抗が大きい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に大きくなっている。これは、屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を介在させることによって光路長が４．２μｍになり、赤外線の光学的共振条件から大きく外れて、ＴＨｚ波の光学的共振条件に近くなったためと考えられる。
以上の結果より、反射膜３上に所定の屈折率の光学膜１８を介在させることにより、反射膜３と温度検出部１４の間隔を変えなくても、ＴＨｚ波の吸収率を大幅に増加させることができる。この場合、温度検出部１４のシート抵抗の好ましい範囲は光学膜１８の屈折率及び膜厚に依存するが、第１の実施例と同様に、多少ピーク位置からずれていても、吸収率が１０％以上であれば十分にＴＨｚ波を検出可能であることから、温度検出部１４のシート抵抗は１０乃至１００Ω／sq.の範囲であれば良いと言える。なお、本実施例においても、温度検出部１４のシート抵抗を上記範囲に設定しても赤外線はかなり吸収されてしまうが、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の入射面側に赤外線を遮断するバンドパスフィルタなどを挿入すれば、ＴＨｚ波のみを効率的に検出することができる。
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図１７及び図１８を参照して説明する。
まず、前記した第１及び第２の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成し、その上に第１保護膜５を形成する。
次に、本実施例では、図１７に示すように、プラズマＣＶＤ法などにより、所定の膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)、シリコン膜などを成膜し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、反射膜３上に光学膜１８を形成する。なお、この光学膜１８は必ずしも反射膜３の全面に形成する必要はなく、少なくとも温度検出部１４に対向する部分に形成すればよい。また、この光学膜１８の膜厚が大きくなると、光路長が増加してＴＨｚ波の吸収が大きくなる。
次に、図１８に示すように、回路基板２全面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、４００℃程度の温度で焼締めを行い、マイクロブリッジ構造を形成するための犠牲層２２を形成する。その際、キュア後の感光性ポリイミド膜は、光学膜１８の屈折率及び膜厚、後に形成する第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１６の膜厚を考慮して、反射膜３と温度検出部１４との間隔（詳細には、反射膜３の表面と温度検出部１４の厚み方向の中心との間隔、本実施例の構成では吸収膜１１が支配的であるため、反射膜３の表面と吸収膜１１との間隔）が赤外線の波長の略１／４程度（例えば、１．５〜２．５μｍ）になるように設定する。
その後、第１の実施例と同様に、犠牲層２２の上に第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８を形成し、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。次に、電極配線９、第４保護膜１０を形成する。
次に、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４上に吸収膜１６を形成する。その際、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１６を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。なお、第３の実施例のように、温度検出部１４上に庇１７を形成する場合は、温度検出部１４の中央部及び隣接する温度検出部１４の間の領域に犠牲層２３を形成し、犠牲層２３上に絶縁部材を形成し、温度検出部１４の中央部の絶縁部材を除去して庇１７を形成した後、温度検出部１４の中央部及び庇１７上に吸収膜１６を形成すればよい。
その後、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層２２（又は犠牲層２２及び犠牲層２３）を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造の画素を形成し、第１の実施例と同様に、誘電体材料を屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長より大きく、温度検出部１４との間隔（庇１７との間隔としてもよい。）がＴＨｚ波の半波長の整数倍となるように蓋状に加工した誘電体カバー１１を、複数の画素を覆うように被せ、少なくとも一部を回路基板２に固定して、ボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
このように、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに反射膜３上に光学膜１８を形成して反射膜３と温度検出部１４の光路長を大きくし、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、第２及び第３の実施例よりもＴＨｚ波の吸収率を向上させることができ、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
なお、上記各実施例では、温度検出部としてボロメータ薄膜を備えたボロメータ型ＴＨｚ波検出器１について述べたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば温度検出部としてサーモパイルを備えたものなどにも同様に適用することができる。また、上記各実施例では、波長３０μｍ〜１ｍｍ程度のＴＨｚ波を検出する場合について述べたが、更に長波長の電磁波に対しても適用可能である。
本発明は、波長３０μｍ〜１ｍｍ程度のＴＨｚ波を検出する検出器に利用可能であると共に、各種波長の電磁波を検出する検出器にも利用可能である。
１ ボロメータ型ＴＨｚ波検出器
２ 回路基板
２ａ 読出回路
３ 反射膜
４ コンタクト
５ 第１保護膜
６ 第２保護膜
７ ボロメータ薄膜
８ 第３保護膜
９ 電極配線
１０ 第４保護膜
１１ 誘電体カバー
１３ 支持部
１４ 温度検出部
１５ 空洞部
１６ 吸収膜
１７ 庇
１８ 光学膜
１９ 真空パッケージ
２０ 窓
２１ 温度安定器
２２、２３ 犠牲層
３０ 基板
３１ ガラス層
３２ 金属アンテナ
３３ ヒータ膜
３４、３６ 絶縁体
３５ 感熱抵抗層
３７ 検知素子
３８ 脚
２ 回路基板
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３ 反射膜
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７ ボロメータ薄膜
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１７ 庇
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２０ 窓
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２２、２３ 犠牲層
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３２ 金属アンテナ
３３ ヒータ膜
３４、３６ 絶縁体
３５ 感熱抵抗層
３７ 検知素子
３８ 脚
Claims (10)
- 基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、
前記温度検出部の上部に誘電体部材が配置され、
前記誘電体部材の屈折率と厚みとの積がＴＨｚ波の波長よりも大きく、かつ、前記誘電体部材と前記温度検出部との間隔が前記ＴＨｚ波の半波長の整数倍に設定されることを特徴とするボロメータ型ＴＨｚ波検出器。 - 前記ボロメータ型ＴＨｚ波検出器は、前記マイクロブリッジ構造の複数の画素が配列された２次元アレイ検出器であり、
前記誘電体部材は、前記複数の画素の上部を覆い、かつ、前記複数の画素の周囲の少なくとも一部で前記基板に固定されることを特徴とする請求項１記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。 - 前記誘電体部材は、前記複数の画素の周囲の全てで前記基板に密着しており、前記誘電体部材の内部が真空又は減圧状態となっていることを特徴とする請求項２記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
- 前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。 - 前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間に前記ＴＨｚ波を透過する光学膜が配置され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。 - 前記光学膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン膜のいずれかであることを特徴とする請求項５記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
- 更に、前記温度検出部上に、該温度検出部の周縁部から外側に延びる庇が形成され、前記吸収膜が、前記温度検出部上及び前記庇上に形成されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
- 前記反射膜と前記温度検出部との間隔は、略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定され、
前記温度検出部のシート抵抗は、前記反射膜と前記温度検出部との間の光路長における、前記温度検出部のシート抵抗と前記ＴＨｚ波の吸収率との相関関係に基づいて、前記ＴＨｚ波の吸収率がピーク近傍となる範囲に設定されることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。 - 前記温度検出部のシート抵抗は、前記ＴＨｚ波の吸収率が略１０％以上となる範囲に設定されることを特徴とする請求項８記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
- 前記温度検出部のシート抵抗は、略１０乃至１００Ω／squareの範囲に設定されることを特徴とする請求項８又は９に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
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