JP2019105624A - 赤外線センサおよび赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法 - Google Patents

赤外線センサおよび赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた検出感度及び優れた応答速度を両立することができる赤外線センサを提供すること。【解決手段】赤外線センサは、凹部を有するベース基板、ボロメータ赤外線受光部、及びペルチェ素子を具備する。ボロメータ赤外線受光部は、抵抗変化層、ボロメータ第１梁、及びボロメータ第２梁を具備している。ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料からなるペルチェ第１梁及びｎ型半導体材料からなるペルチェ第２梁を具備し、ペルチェ素子は、ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接している。ボロメータ第１梁、ボロメータ第２梁、ペルチェ第１梁、及びペルチェ第２梁の各々の一端は、ベース基板に接続されており、ボロメータ赤外線受光部及びペルチェ素子は、ベース基板の上部で懸架されており、ボロメータ第１梁、ボロメータ第２梁、ペルチェ第１梁、及びペルチェ第２梁の各々は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成されたフォノニック結晶構造を具備する。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、赤外線センサおよび赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法に関する。
特許文献１は、梁を用いてベース基板から熱型赤外線受光部を離間させる構造を開示している。この構造は、赤外線受光部をベース基板から熱的に絶縁させることを目的としている。この構造を有する熱型赤外線センサでは、梁の断熱性能が高いほど赤外線の検出感度が向上する。
特許文献２および非特許文献１は、薄膜の熱伝導率を減少させる、複数の貫通孔により構成される周期構造を開示している。この周期構造では、平面視の薄膜において、ナノメートルのオーダー（１ｎｍから１０００ｎｍの領域）内の周期で規則的に貫通孔が配列されている。この周期構造は、フォノニック結晶構造の一種である。このタイプのフォノニック結晶構造は、貫通孔の配列を構成する最小単位を単位格子とする周期構造である。
薄膜の熱伝導率は、例えば、特許文献１に開示されているように、多孔質化により低減できる。多孔質化により薄膜に導入された空隙が、薄膜の熱伝導率を減少させるためである。一方、フォノニック結晶構造によれば、薄膜を構成する母材自身の熱伝導率が低減可能である。このため、単なる多孔質化に比べて、熱伝導率のさらなる低減が期待される。
絶縁体および半導体において、熱は、主として、フォノンと呼ばれる格子振動によって運ばれる。絶縁体または半導体から構成される材料の熱伝導率は、材料が有するフォノンの分散関係により決定される。フォノンの分散関係とは、周波数と波数との関係、またはバンド構造を意味している。絶縁体および半導体において、熱を運ぶフォノンは、１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの幅広い周波数帯域に及ぶ。この周波数帯域は、熱の帯域である。材料の熱伝導率は、熱の帯域にあるフォノンの分散関係により定められる。
上述のフォノニック結晶構造によれば、貫通孔の周期構造によって、材料が有するフォノンの分散関係が制御可能である。即ち、フォノニック結晶構造によれば、材料、例えば薄膜の母材、の熱伝導率そのものが制御可能である。とりわけ、フォノニック結晶構造によるフォノニックバンドギャップ（ＰＢＧ）の形成は、材料の熱伝導率を大きく低減させうる。ＰＢＧ内にフォノンは存在できない。このため、熱の帯域に位置するＰＢＧは、熱伝導のギャップとなりうる。また、ＰＢＧ以外の周波数帯域においても、フォノンの分散曲線の傾きがＰＢＧによって小さくなる。傾きの低減はフォノンの群速度を低下させ、熱伝導速度を低下させる。これらの点は、材料の熱伝導率の低減に大きく寄与する。
このようなフォノニック結晶構造を、赤外線受光部を支持する梁に導入することにより、赤外線センサの検出感度を向上させることが出来る。
特開２０１２−６３３５９号公報 米国特許出願公開第２０１７／００６９８１８号明細書
梁の断熱性能を高めることで、赤外線センサの検出感度を向上させることができる。しかし、それと同時に赤外線受光部の温度変化が遅くなり、赤外線センサの応答速度が低下するという課題がある。
そこで、赤外線センサの応答速度を向上させる手段として、例えば、特許文献１に開示されている赤外線センサにおいて、ベース基板に接続された梁の形状を有するペルチェ素子を赤外線受光部に接するように配置することが考えられる。ペルチェ素子を用いて赤外線受光部から局所的に熱を吸い出すことで、赤外線の入射によって上昇した赤外線受光部の温度を低下させる。しかし、ペルチェ素子を導入することで、赤外線受光部およびベース基板の間における熱コンダクタンスが増加するため、赤外線の検出感度の低下を招く。
また、半導体基板上にモノリシックに梁の形状を有するペルチェ素子を作製する場合、シリコンプロセスで使用されている半導体材料を使用する必要がある。この場合、通常使用される半導体材料（例えば、ＳｉやＳｉＧｅ）はペルチェ効果が低いため、十分な吸熱機能を得ることが困難である。
本開示の目的は、優れた検出感度および優れた応答速度を両立することができる赤外線センサおよび当該赤外線センサの赤外線受光部を冷却する方法を提供することである。
本開示の赤外線センサは、
凹部を有するベース基板、
ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第１梁、および
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第２梁、
を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部および前記凹部の間に挟まれており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁およびｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端、前記ボロメータ第２梁の一端、前記ペルチェ第１梁の一端、および前記ペルチェ第２梁の一端は、前記ベース基板に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ペルチェ素子、前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備する。
本開示による赤外線センサにおいて、抵抗変化層およびベース基板を離間させているボロメータ第１梁、ボロメータ第２梁、ペルチェ第１梁、およびペルチェ第２梁の各々は、フォノニック結晶構造を備える。これにより、抵抗変化層およびベース基板の間における熱コンダクタンスが大幅に抑制される。この結果、赤外線の優れた検出感度を実現できる。
さらに、ペルチェ素子として機能するペルチェ第１梁およびペルチェ第２梁の各々は、フォノニック結晶を備えるため、シリコンプロセスで用いられるペルチェ効果が低い半導体材料（例えば、ＳｉまたはＳｉＧｅ）をペルチェ第１梁およびペルチェ第２梁の材料として用いた場合でも、赤外線の吸収に伴って上昇したボロメータ赤外線受光部の温度を十分に低下させることができる。本開示の構成によってペルチェ効果を高められる理由は、フォノニック結晶構造をペルチェ第１梁およびペルチェ第２梁の各々に導入することで、ペルチェ第１梁およびペルチェ第２梁を構成する材料の電気伝導率は変化しないまま、熱伝導率だけを低減することが出来るためである。すなわち、フォノニック結晶構造では、電子輸送に依存する電気伝導率は変化せず、フォノン輸送に依存する熱伝導率だけが変化するためである。優れたペルチェ効果によって、ボロメータ赤外線受光部を短時間で冷却することができる。これにより、赤外線センサの応答速度を向上することができる。
本開示は、優れた検出感度および優れた応答速度を両立することができる赤外線センサおよび当該赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法を提供する。
図１Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａの一例の模式的な平面図を示す。 図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線における、実施形態１の赤外線センサ１Ａの断面の模式図を示す。 図１Ｃは、図１Ａの１Ｃ−１Ｃ線における、実施形態１の赤外線センサ１Ａの断面の模式図を示す。 図１Ｄは、実施形態１の赤外線センサ１Ａの別の一例の断面図を示す。 図２は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの別の一例の模式的な平面図を示す。 図３は、実施形態１の赤外線センサ１Ａのまた別の一例の模式的な平面図を示す。 図４Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１上の界面１０３の配置図の一例の模式図を示す。 図４Ｂは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１上の界面１０３の配置図の別の一例の模式図を示す。 図５Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１上の界面１０３の配置図のまた別の一例の模式図を示す。 図５Ｂは、本開示の実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１上の界面１０３の配置図のさらにまた別の一例の模式図を示す。 図６Ａは、フォノニック結晶構造を構成する周期構造の単位格子の一例の模式図を示す。 図６Ｂは、フォノニック結晶構造を構成する周期構造の単位格子の別の一例の模式図を示す。 図６Ｃは、フォノニック結晶構造を構成する周期構造の単位格子のまた別の一例の模式図を示す。 図６Ｄは、フォノニック結晶構造を構成する周期構造の単位格子のさらにまた別の一例の模式図を示す。 図７Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３、および梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図の一例を示す。 図７Ｂは、図７Ａのフォノニック結晶構造の領域７Ｂの拡大図である。 図８Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３、および梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図の別の一例を示す。 図８Ｂは、図８Ａのフォノニックドメイン９１の拡大図を示す。 図８Ｃは、図８Ａのフォノニックドメイン９２の拡大図を示す。 図８Ｄは、図８Ａのフォノニックドメイン９３の拡大図を示す。 図９Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３、および梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図のまた別の一例を示す。 図９Ｂは、図９Ａの第２周期構造２６ａの拡大図を示す。 図９Ｃは、図９Ａの第２周期構造２６ｂの拡大図を示す。 図１０Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける赤外線受光部１２Ａおよび梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図のさらにまた別の一例を示す。 図１０Ｂは、図１０Ａのミクロ周期構造２７ａの拡大図を示す。 図１０Ｃは、図１０Ａのミクロ周期構造２７ｂの拡大図を示す。 図１１は、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおいて、波長の長いフォノンに対してはサブフォノニックドメイン２８ａが一つの大きな貫通孔と同様にして機能することを説明するための梁の拡大図を示す。 図１２Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図１２Ｂは、図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線における断面の模式図を示す。 図１３Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図１３Ｂは、図１３Ａの１３Ｂ−１３Ｂ線における断面の模式図を示す。 図１３Ｃは、図１３Ａの１３Ｃ−１３Ｃ線における断面の模式図を示す。 図１３Ｄは、複数の貫通孔１８が形成された領域１０１１ｂの拡大図を示す。 図１４Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図１４Ｂは、図１４Ａの１４Ｂ−１４Ｂ線における断面の模式図を示す。 図１４Ｃは、図１４Ａの１４Ｃ−１４Ｃ線における断面の模式図を示す。 図１４Ｄは、図１４Ａの１４Ｄ−１４Ｄ線における断面の模式図を示す。 図１４Ｅは、図１４Ａの１４Ｅ−１４Ｅ線における断面の模式図を示す。 図１５Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図１５Ｂは、図１５Ａの１５Ｂ−１５Ｂ線における断面の模式図を示す。 図１５Ｃは、図１５Ａの１５Ｃ−１５Ｃ線における断面の模式図を示す。 図１６Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図１６Ｂは、図１６Ａの１６Ｂ−１６Ｂ線における断面の模式図を示す。 図１６Ｃは、図１６Ａの１６Ｃ−１６Ｃ線における断面の模式図を示す。 図１７Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図１７Ｂは、図１７Ａの１７Ｂ−１７Ｂ線における断面の模式図を示す。 図１７Ｃは、図１７Ａの１７Ｃ−１７Ｃ線における断面の模式図を示す。 図１８Ａは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの一例の模式的な平面図を示す。 図１８Ｂは、図１８Ａの１８Ｂ−１８Ｂ線における、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの断面の模式図を示す。 図１８Ｃは、図１８Ａの１８Ｃ−１８Ｃ線における、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの断面の模式図を示す。 図１８Ｄは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの別の一例の断面図を示す。 図１９は、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの別の一例の模式的な平面図を示す。 図２０は、実施形態２の赤外線センサ１Ｄを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図２１Ａは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図２１Ｂは、図２１Ａの２１Ｂ−２１Ｂ線における断面の模式図を示す。 図２１Ｃは、図２１Ａの２１Ｃ−２１Ｃ線における断面の模式図を示す。 図２２Ａは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図２２Ｂは、図２２Ａの２２Ｂ−２２Ｂ線における断面の模式図を示す。 図２２Ｃは、図２２Ａの２２Ｃ−２２Ｃ線における断面の模式図を示す。 図２３Ａは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図２３Ｂは、図２３Ａの２３Ｂ−２３Ｂ線における断面の模式図を示す。 図２３Ｃは、図２３Ａの２３Ｃ−２３Ｃ線における断面の模式図を示す。 図２４Ａは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図２４Ｂは、図２４Ａの２４Ｂ−２４Ｂ線における断面の模式図を示す。 図２５Ａは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図２５Ｂは、図２５Ａの２５Ｂ−２５Ｂ線における断面の模式図を示す。 図２５Ｃは、図２５Ａの２５Ｃ−２５Ｃ線における断面の模式図を示す。 図２６Ａは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄを製造する方法の一例を説明するための模式的な平面図を示す。 図２６Ｂは、図２６Ａの２６Ｂ−２６Ｂ線における断面の模式図を示す。 図２６Ｃは、図２６Ａの２６Ｃ−２６Ｃ線における断面の模式図を示す。 図２７Ａは、実施形態３の赤外線センサ１Ｆの一例の模式的な平面図を示す。 図２７Ｂは、図２７Ａの２７Ｂ−２７Ｂ線における、実施形態３の赤外線センサ１Ｆの断面の模式図を示す。 図２７Ｃは、図２７Ａの２７Ｃ−２７Ｃ線における、実施形態３の赤外線センサ１Ｆの断面の模式図を示す。 図２７Ｄは、実施形態３の赤外線センサ１Ｆの別の一例の断面図を示す。 図２８は、実施形態３の赤外線センサ１Ｆの別の一例の模式的な平面図を示す。 図２９は、実施形態３の赤外線センサ１Ｆのまた別の一例の模式的な平面図を示す。 図３０Ａは、実施形態４の赤外線センサ１Ｉの一例の模式的な平面図を示す。 図３０Ｂは、図３０Ａの３０Ｂ−３０Ｂ線における、実施形態４の赤外線センサ１Ｉの断面の模式図を示す。 図３０Ｃは、図３０Ａの３０Ｃ−３０Ｃ線における、実施形態４の赤外線センサ１Ｉの断面の模式図を示す。 図３０Ｄは、実施形態４の赤外線センサ１Ｉの別の一例の断面図を示す。 図３１Ａは、実施形態４の赤外線センサ１Ｉの別の一例の模式的な平面図を示す。 図３１Ｂは、図３１Ａの３１Ｂ−３１Ｂ線における、赤外線センサ１Ｉの断面の模式図を示す。 図３２Ａは、実施例１による赤外線センサの梁１０２ａ、１０２ｂに電流が流されたときの時間応答試験の結果を示すグラフである。 図３２Ｂは、図３２Ａの点線で囲まれた部分Ｂの拡大図である。 図３２Ｃは、実施例１による赤外線センサの梁１０２ａ、１０２ｂに電流が流されなかったときの時間応答試験の結果を示すグラフである。 図３２Ｄは、図３２Ｃの点線で囲まれた部分Ｄの拡大図である。 図３２Ｅは、比較例１による赤外線センサの梁１０２ａ、１０２ｂに電流が流されなかったときの時間応答試験の結果を示すグラフである。
以下本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。特開２０１７−２２３６４４号公報、特開２０１７−２２３６４４号公報に対応する米国特許出願２０１５／４９７３５３、および中国出願２０１７１０２７４２５９．９は本願に参照として援用される。
（実施形態１）
実施形態１の赤外線センサ１Ａが図１Ａ〜図１Ｃに示される。図１Ｂには、図１Ａの赤外線センサ１Ａの断面１Ｂ−１Ｂが示される。図１Ｃには、図１Ａの赤外線センサ１Ａの断面１Ｃ−１Ｃが示される。赤外線センサ１Ａは、ボロメータ赤外線センサである。
赤外線センサ１Ａは、凹部３２を有するベース基板１１、ボロメータ赤外線受光部１２Ａ、ペルチェ素子１２Ｐを備える。また、赤外線センサ１Ａは、電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、および第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを備える。電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、および第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、ベース基板１１上に設けられている。
ボロメータ赤外線受光部１２Ａは、赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層２０１、抵抗変化層２０１に電気的に接続されている梁１０１ａ、および抵抗変化層２０１に電気的に接続されている梁１０１ｂを備える。なお、梁１０１ａおよび梁１０１ｂは、それぞれ、ボロメータ第１梁およびボロメータ第２梁とも称される。また、ボロメータ赤外線受光部１２Ａは、抵抗変化層２０１の上に形成された絶縁膜２０２、および絶縁膜２０２の上に形成された赤外線吸収層２０３を備える。ボロメータ赤外線受光部１２Ａは膜の形状を有する。ボロメータ赤外線受光部１２Ａが設けられた面は、ボロメータ赤外線受光部１２Ａの表側の面と称される。また、抵抗変化層２０１が設けられた面は、ボロメータ赤外線受光部１２Ａの裏側の面と称される。
ペルチェ素子１２Ｐは、ｐ型半導体材料から形成されている梁１０２ａおよびｎ型半導体材料から形成されている梁１０２ｂを備える。なお、梁１０２ａおよび梁１０２ｂは、それぞれ、ペルチェ第１梁およびペルチェ第２梁とも称される。また、ペルチェ素子１２Ｐは、第１配線１６および絶縁膜１７を備える。
図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、梁１０１ａの一端および梁１０１ｂの一端は、ベース基板１１に接続されている。また、梁１０１ａの他端および梁１０１ｂの他端は、抵抗変化層２０１に接続されている。また、梁１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ、第２配線１４ａ、１４ｂと電気的に接続されている。第２配線１４ａ、１４ｂは、それぞれ、電極パッド１３ａ、１３ｂに電気的に接続されている。
図１Ａおよび図１Ｃに示されるように、梁１０２ａの一端および梁１０２ｂの一端は、ベース基板１１に接続されている。また、梁１０２ａの他端は梁１０２ｂの他端に接続され、界面１０３が形成されている。界面１０３を跨ぐように、梁１０２ａ、１０２ｂを電気的に接続する第１配線１６が梁１０２ａ、１０２ｂの上に形成されている。さらに、第１配線１６を覆うように、絶縁膜１７は、第１配線１６、梁１０２ａ、および梁１０２ｂの上に形成されている。また、梁１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ、第２配線１４ｃ、１４ｄと電気的に接続されている。第２配線１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、電極パッド１５ａ、１５ｂに電気的に接続されている。
図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、ベース基板１１は、赤外線受光部１２Ａが設けられた上面３１に凹部３２を有する。
平面視において、赤外線受光部１２Ａの面積に比べて凹部３２の面積は大きい。また、平面視において、赤外線受光部１２Ａは、凹部３２の外縁に囲まれている。なお、本明細書において、「平面視」とは、対象物の主面に垂直な方向から対象物を視ることを意味する。また、「主面」とは、最も広い面積を有する面を意味する。本実施形態では、主面は上面３１である。
ベース基板１１が凹部３２を有する理由は、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３に蓄積される熱を逃げにくくするためである。当該技術分野においてよく知られているように、このように熱を逃げにくくすることで赤外線センサの検出感度が向上する。
図１Ｂに示されるように、凹部３２は、赤外線受光部１２Ａおよび梁１０１ａ、１０１ｂと、ベース基板１１との間に位置している。図１Ｃに示されるように、ペルチェ素子１２Ｐは、ボロメータ赤外線受光部１２Ａおよび凹部３２の間に挟まれている。また、ペルチェ素子１２Ｐは、ボロメータ赤外線受光部１２Ａを冷却するために、ボロメータ赤外線受光部１２Ａの裏側の面に接している。具体的には、絶縁膜１７は、抵抗変化層２０１に接している。界面１０３は、抵抗変化層２０１および凹部３２の間に挟まれている。絶縁膜１７は、抵抗変化層２０１、ならびに梁１０２ａおよび梁１０２ｂの間に挟まれている。ボロメータ赤外線受光部１２Ａ、ペルチェ素子１２Ｐ、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂは、ベース基板１１の上部で懸架されている。当該技術分野においてよく知られているように、ボロメータ赤外線受光部１２Ａをこのように懸架することで赤外線センサの検出感度が向上する。
梁１０１ａ、１０１ｂは、赤外線吸収層２０３に入射した赤外線の検出信号を読み出すために用いられる。
梁１０１ａ、１０１ｂは、導電性を有する材料からなる。導電性を有する材料は、例えば、金属および半導体である。より好ましくは、導電性を有する材料は、半導体である。これは、金属において熱を運ぶ媒体は、フォノンではなく、主として自由電子であるためである。半導体は、例えば、ＳｉまたはＧｅといった単一元素の半導体、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ、ＧａＮ、またはＡｌＮといった化合物半導体、並びにＦｅ２Ｏ３、ＶＯ２、ＴｉＯ２、またはＳｒＴｉＯ３といった酸化物半導体である。
梁１０１ａおよび梁１０１ｂの各々は、ベース基板１１に対する抵抗変化層２０１の断熱性能を高めるために、規則的に配列された複数の貫通孔から構成されたフォノニック結晶構造を有している。フォノニック結晶構造は、平面視の梁１０１ａにおけるベース基板１１に接続された梁１０１ａの一端および抵抗変化層２０１の一端の間の区間１１１ａ、ならびに平面視の梁１０１ｂにおけるベース基板１１に接続された梁１０１ｂの一端および抵抗変化層２０１の他端の間の区間１１１ｂに設けられていることが望ましい。フォノニック結晶構造の詳細は後述される。
梁１０２ａ、１０２ｂは、熱電対を構成し、ペルチェ素子１２Ｐとして機能する。すなわち、梁１０２ａ、１０２ｂは、赤外線受光部１２Ａで発生した熱を吸熱するために用いられる。界面１０３がペルチェ素子１２Ｐの冷接点に対応する。梁１０２ａ、１０２ｂの一方は、ｐ型半導体材料からなる。梁１０２ａ、１０２ｂの他方は、ｎ型半導体材料からなる。ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料は、例えば、シリコンプロセスで使用されるシリコン系半導体材料（例えば、ＳｉまたはＳｉＧｅ）であることが望ましい。
界面１０３の上に第１配線１６が設けられている理由は、梁１０２ａ、１０２ｂの間に電流を流しやすくするためである。第１配線１６がなくても、ペルチェ素子１２Ｐは機能するが、ペルチェ素子１２Ｐは第１配線１６を有することが望ましい。
なお、図１Ｄに示されるように、界面１０３を有さないペルチェ素子１２Ｐが用いられる場合、梁１０２ａを梁１０２ｂに電気的に接続する第１配線１６は必須である。この場合、第１配線１６が、ペルチェ素子１２Ｐの冷接点に対応する。図１Ｄに示されるように、第１配線１６は、抵抗変化層２０１および凹部３２の間に挟まれている。
赤外線センサ１Ａは、複数の界面１０３を有することが望ましい。複数の界面１０３は、抵抗変化層２０１の面内に分散して配置されていることが望ましい。これは、ペルチェ効果によって吸熱される領域は、界面１０３近傍の局所領域に限られるからである。したがって、複数の界面１０３が抵抗変化層２０１の上に分散して配置された構成では、より均一に抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３を冷却することができる。図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、この構成として、抵抗変化層２０１の平面が４つの均等な領域に分割されたときに、少なくとも２つの領域に複数の界面１０３が存在することが好ましい。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、第１配線１６、絶縁膜１７、絶縁膜２０２および赤外線吸収層２０３は省略されている。
また、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、赤外線受光部１２Ａの平面が複数の領域に均等に分割されたときに、少なくとも２つの領域に渡って一つの界面１０３が配置されてもよい。この構成により、効率的に赤外線受光部１２からの吸熱が可能になる。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、第１配線１６、絶縁膜１７、絶縁膜２０２および赤外線吸収層２０３は省略されている。
梁１０２ａおよび梁１０２ｂの各々は、ベース基板１１に対する抵抗変化層２０１の断熱性能を高めるために、規則的に配列された複数の貫通孔から構成されたフォノニック結晶構造を有している。フォノニック結晶構造は、平面視の梁１０２ａにおけるベース基板１１に接続された梁１０２ａの一端および抵抗変化層２０１の一端の間の区間１１２ａ、ならびに平面視の梁１０２ｂにおけるベース基板１１に接続された梁１０２ｂの一端および抵抗変化層２０１の他端の間の区間１１２ｂに設けられていることが望ましい。
ベース基板１１は、典型的には、半導体から構成される。半導体は、例えば、Ｓｉである。Ｓｉから構成されるベース基板１１の上面３１には、酸化膜が形成されていてもよい。酸化膜は、例えば、ＳｉＯ２膜である。
抵抗変化層２０１は、抵抗温度係数の大きい材料、例えば、アモルファスＳｉや酸化バナジウム、またはプラチナから構成される。絶縁膜２０２は、例えば、ＳｉＮから構成される。赤外線吸収層２０３の材料は、金属（例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、またはＮｉ）または窒化物（例えば、ＴｉＮまたはＳｉＮ）であることが望ましい。これら以外にも、赤外線吸収層２０３の材料として、酸化物（例えば、ＳｉＯ）を用いてもよい。
第１配線１６は、例えば、ドープされた半導体、または金属から構成される。金属は、例えば、Ａｌである。
第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、例えば、ドープされた半導体、または金属から構成される。金属は、例えば、Ａｌである。
絶縁膜１７は、抵抗変化層２０１をペルチェ素子１２Ｐから電気的に絶縁するために設けられている。絶縁膜１７は、例えば、ＳｉＮから構成される。
電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂは、例えば、Ａｌから構成される。
電極パッド１３ａ、１３ｂは、梁１０１ａ、１０１ｂに電流を印加する信号処理回路（不図示）に電気的に接続される。なお、当該信号処理回路はベース基板１１の上に設けられていてもよいし、ベース基板１１の外部に設けられていてもよい。
電極パッド１５ａ、１５ｂは、ペルチェ素子１２Ｐに電流を印加する信号処理回路（不図示）に電気的に接続される。なお、当該信号処理回路はベース基板１１の上に設けられていてもよいし、ベース基板１１の外部に設けられていてもよい。
以下の説明は、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの各々が有するフォノニック結晶構造に関する。梁１０１ｂが有するフォノニック結晶構造を例にとり、その詳細が以下に説明される。なお、この説明は、梁１０１ａ、１０２ａ、１０２ｂにも共通する。
フォノニック結晶構造の一例が図７Ａおよび図７Ｂに示される。図７Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３、および梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図の一例を示す。図７Ｂは、図７Ａのフォノニック結晶構造の領域７Ｂの拡大図である。梁１０１ｂは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する薄膜である。梁１０１ｂは、平面視において、長方形である。梁１０１ｂの長辺の方向は、抵抗変化層２０１および第２配線１４ｂを結ぶ方向、即ち、赤外線センサ１Ａにおけるマクロな熱の伝達方向、と一致している。梁１０１ｂには、梁１０１ｂの厚さ方向に延びる複数の貫通孔１８が設けられている。梁１０１ｂが有するフォノニック結晶構造は、複数の貫通孔１８が面内方向に規則的に配列された二次元フォノニック結晶構造である。このように、フォノニック結晶構造は、複数の貫通孔１８により構成される周期構造を備える。
フォノニック結晶領域であるドメインは、複数の貫通孔１８の配列の周期をＰとして、平面視において、例えば、２５Ｐ２以上の面積を有する領域である。ここで、図７Ｂに示されるように、周期Ｐは、平面視において隣接する貫通孔１８間の中心間距離により定められる。
フォノニック結晶構造によってフォノンの分散関係を制御するには、ドメインは、少なくとも２５Ｐ２以上の面積を有していてもよい。平面視において正方形のドメインでは、５×Ｐ以上の周期とすることで、２５Ｐ２以上の面積が確保可能である。
貫通孔１８の配列の周期Ｐは、例えば、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。これは、熱を運ぶフォノンの波長が、主として、１ｎｍから３００ｎｍの範囲に及ぶためである。梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂに配列された各貫通孔１８の周期は、互いに異ならせてもよいし、同一でもよい。
図７Ｂに示される貫通孔１８の開口の形状は円である。複数の貫通孔１８の直径Ｄは、周期Ｐに対する比Ｄ／Ｐにより表して、例えば、Ｄ／Ｐ≧０．５である。比Ｄ／Ｐ＜０．５である場合、梁１０１ｂにおける空隙率が過度に低下して、熱伝導率が十分に低下しないことがある。ここで、比Ｄ／Ｐの上限は、隣接する貫通孔１８同士が接しないために、例えば、０．９未満である。貫通孔１８の開口の形状は平面視において円でなくてもよい。この場合、直径Ｄは、開口の面積と同じ面積を有する仮想の円の直径により定められる。
規則的に配列された複数の貫通孔１８により構成される単位格子１９の種類は、例えば、正方格子（図６Ａ）、六方格子（図６Ｂ）、長方格子（図６Ｃ）、及び面心長方格子（図６Ｄ）である。ただし、単位格子１９の種類は、これらの例に限定されない。フォノニック結晶構造を構成する単位格子１９の種類は梁１０１ｂの全域に渡って一種類であっても良く、数種類であっても良い。
以下、フォノニック結晶構造の例が示される。梁１０１ｂが有するフォノニック結晶構造を例にとり、その詳細が以下に説明される。なお、この説明は、梁１０１ａ、１０２ａ、１０２ｂにも共通する。
図８Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３、および梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図の別の一例を示す。この例では、梁１０１ｂは３つのフォノニックドメイン２１ａ、２１ｂ、２１ｃを含む。
図８Ｂ、図８Ｃ、および、図８Ｄは、それぞれ、フォノニックドメイン２１ａの一部９１、フォノニックドメイン２１ｂの一部９２、およびフォノニックドメイン２１ｃの一部９３の拡大図を示す。図８Ｂに示されるように、フォノニックドメイン２１ａは、径Ｄ１および周期Ｐ１を有する。図８Ｃに示されるように、フォノニックドメイン２１ｂは、径Ｄ２および周期Ｐ２を有する。図８Ｄに示されるように、フォノニックドメイン２１ｃは、径Ｄ３および周期Ｐ３を有する。この例では、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３、およびＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３が満たされる。すなわち、図８Ａに示されるように、赤外線受光部１２Ａ側からベース基板１１側に向かう方向に沿って、貫通孔１８の直径が増大し、かつ、複数の貫通孔１８の配列の周期が増大するように配置される。
一例として、周期Ｐ１は５０ｎｍ以下であり、周期Ｐ２は５０ｎｍより大きく、１５０ｎｍ以下であり、かつ周期Ｐ３は１５０ｎｍより大きく、３００ｎｍ以下であってもよい。
他の例として、周期Ｐ１は５０ｎｍ以下であり、周期Ｐ２は１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ周期Ｐ３は２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であってもよい。
赤外線センサ１Ａでは、赤外線を受光した際、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２および赤外線吸収層２０３の温度が上昇し、梁１０１ｂにおいて温度勾配が発生する。このとき、抵抗変化層２０１側が高温、ベース基板１１側が低温となる。このため、梁１０１ｂにおいて、抵抗変化層２０１側における熱の帯域の周波数が、ベース基板１１側における熱の帯域の周波数よりも高くなる。したがって、抵抗変化層２０１側のＰＢＧを高周波に、ベース基板１１側のＰＢＧを低周波にするように、すなわち、抵抗変化層２０１からベース基板１１に向かって貫通孔１８の周期が増大するように構成することで、より優れた断熱性能が得られる。
なお、フォノニックドメインの数は多ければ多いほど断熱効果は高まる。これは、複数のフォノニックドメインの間において複数の貫通孔１８の周期構造が異なれば、梁１０１ｂは異なる複数のフォノン分散を持ち、隣り合うフォノニックドメインの間では、フォノン群速度のミスマッチによって界面熱抵抗が発生するためである。隣り合うフォノニックドメインを配列する間隔は周期的でも良いし、ランダムでも良い。
図９Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３、および梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図のまた別の一例を示す。この例では、梁１０１ｂは、フォノニックドメイン２１ａ、２１ｂによって構成されている。フォノニックドメイン２１ａ、２１ｂの各々は、一つの周期構造を構成する複数の貫通孔１８同士の間隙に、この周期構造とは異なる周期構造を含む。
具体的には、フォノニックドメイン２１ａは、直径Ｄ１の複数の貫通孔１８が周期Ｐ１で配列された第１周期構造２５ａの間隙の中に、直径Ｄ２の複数の貫通孔１８が周期Ｐ２（図９Ｂ参照）で配列されたもう一つの第２周期構造２６ａが存在する階層構造からなるマルチ周期構造を含む。フォノニックドメイン２１ｂは、直径Ｄ３の複数の貫通孔１８が周期Ｐ３で配列された第１周期構造２５ｂの間隙の中に、直径Ｄ４の複数の貫通孔１８が周期Ｐ４（図９Ｃ参照）で配列されたもう一つの第２周期構造２６ｂが存在する階層構造からなるマルチ周期構造を含む。このように複数の周期構造を一つのフォノニックドメイン内に形成することで、複数のＰＢＧを一度に形成することができる。さらに、複数のＰＢＧで熱の帯域を挟み込むように周期構造を形成すれば、バンド端効果によって熱の帯域のフォノンの群速度を低下させることができる。これにより、さらなる熱伝導率の低減効果が得られる。
図９Ａに示される例でも、図８Ａに示される例と同様に、隣り合うフォノニックドメイン間では異なる周期構造を有する。具体的には、梁１０１ｂでは、抵抗変化層２０１側からベース基板１１側に向かう方向に沿って、第１周期構造２５ａ、２５ｂおよび第２周期構造２６ａ、２６ｂの周期が増大するように配置される。すなわち、Ｐ１＜Ｐ３、かつＰ２＜Ｐ４が満たされる。なお、少なくともＰ１＜Ｐ３またはＰ２＜Ｐ４のいずれかが満たされれば、上述の図８Ａに示される例と同様な効果を得ることができる。
例えば、周期Ｐ１は１５０ｎｍ以下であり、かつ周期Ｐ３は２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であってもよい。例えば、周期Ｐ２は１５０ｎｍ以下であり、かつ周期Ｐ４は２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であってもよい。
なお、図９Ａでは、一つのフォノニックドメイン内に２種類の周期構造が形成されているが、一つのフォノニックドメインを構成する周期構造は３種類以上あってもよい。例えば、直径Ｄ１の複数の貫通孔が周期Ｐ１で配列された第１周期構造２５ａの間隙の中に、直径Ｄ２の貫通孔が周期Ｐ２で配列された第２周期構造２６ａが存在し、さらに第２周期構造２６ａの間隙に、もう一つの第３周期構造が存在する存在してもよい。
図１０Ａは、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３、および梁１０１ｂの付近の模式的な拡大図のさらにまた別の一例を示す。この例では、梁１０１ｂは、フォノニックドメイン２１ａ、２１ｂによって構成されている。フォノニックドメイン２１ａは、直径Ｄ１の複数の貫通孔１８が周期Ｐｓ１（図１０Ｂ参照）で配列することで形成される複数のミクロ周期構造２７ａを含む。フォノニックドメイン２１ｂは、直径Ｄ２の複数の貫通孔１８が周期Ｐｓ２（図１０Ｃ参照）で配列することで形成される複数のミクロ周期構造２７ｂを含む。この例では、Ｄ１＝Ｄ２、かつＰｓ１＝Ｐｓ２が満たされる。ミクロ周期構造２７ａ、２７ｂはそれぞれ、サブフォノニックドメイン２８ａ、２８ｂと称される。
フォノニックドメイン２１ａを構成するサブフォノニックドメイン２８ａは、一様な形状からなり、周期Ｐｍ１の間隔で配列され、マクロ周期構造２９ａを形成している。同様に、フォノニックドメイン２１ｂを構成するサブフォノニックドメイン２８ｂは、一様な形状からなり、周期Ｐｍ２の間隔で配列され、マクロ周期構造２９ｂを形成している。なお、サブフォノニックドメイン２８ａ、２８ｂの形状は、一様であれば円形でも良く、三角形や四角形、六角形などの多角形でも良い。
サブフォノニックドメイン２８ａの一辺の長さＬｓ（図１０Ａ参照）が、フォノニックドメイン２１ａの全体の形状に対して十分に小さい場合、例えば、本実施形態において、Ｌｓ／梁１０１ｂの幅Ｗ（図１０Ａ参照）＜０．２の場合、波長の長いフォノンに対して、一つのサブフォノニックドメイン２８ａは、図１１の模式的に示されるように一つの大きな貫通孔として機能する。このため、サブフォノニックドメイン２８ａは、波長の長いフォノンに対してフォノニック結晶構造として断熱性能を発揮する。サブフォノニックドメイン２８ｂもサブフォノニックドメイン２８ａと同様の効果を有する。
一方、波長の短いフォノンに対しては、サブフォノニックドメイン２８ａ内のミクロ周期構造２７ａが断熱性能を発揮する。ミクロ周期構造２７ｂもミクロ周期構造２７ａと同様の効果を有する。
ミクロ周期構造２７ａを構成する複数の貫通孔１８の周期Ｐｓ１は、Ｐｓ１／Ｌｓ≦０．１を満たす必要がある。これは、Ｐｓ１／Ｌｓ＞０．１の場合、長い波長のフォノンはミクロ周期構造２７ａによって散乱され、フォノニック結晶構造として機能しないためである。
このように複数の周期構造を一つのフォノニックドメイン内に形成することで、複数のＰＢＧを一度に形成することができる。複数のＰＢＧで熱の帯域を挟み込むように周期構造を形成することで、バンド端効果によって熱の帯域のフォノンの群速度を低下させることができる。これにより、さらなる熱伝導率の低減効果が得られる。
図１０Ａに示される例でも、図８Ａに示される例と同様に、隣り合うフォノニックドメイン間では異なる周期構造を有する。具体的には、梁１０１ｂでは、図１０Ａに示すように、抵抗変化層２０１側からベース基板１１側に向かう方向に沿って、マクロ周期構造２９ａ、２９ｂの周期が増大するように配置される。すなわち、Ｐｍ１＜Ｐｍ２が満たされる。この条件が満たされなくても、Ｐｓ１＜Ｐｓ２が満たされれば、上述の図８Ａに示される例と同様な効果を得ることができる。
ミクロ周期構造２７ａ、２７ｂのそれぞれの周期Ｐｓ１、Ｐｓ２は、１ｎｍから３０ｎｍの範囲内であることが好ましい。一方、マクロ周期構造２９ａ、２９ｂのそれぞれの周期Ｐｍ１、Ｐｍ２は、ミクロ周期構造２７ａ、２７ｂのそれぞれの周期Ｐｓ１、Ｐｓ２に応じて、１０ｎｍから３００ｎｍであることが好ましい。
サブフォノニックドメイン２８ａ、２８ｂのそれぞれを構成するミクロ周期構造２７ａ、２７ｂでは、５周期分以上の複数の貫通孔が整列している必要がある。すなわち、５つ以上の貫通孔１８を設ける必要がある。この条件はサブフォノニックドメイン２８ａ、２８ｂのそれぞれによって形成されるマクロ周期構造２９ａ、２９ｂにも当てはまる。
フォノニックドメイン２１ａ、２１ｂの形状は円形でも多角形でも良い。
実施形態１の赤外線センサ１Ａの製造方法の一例が以下に説明される。
まず、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）ウエハ１１１が用意される。図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、ＳＯＩウエハ１１１は、下部のＳｉ層５０１、中間のＳｉＯ２層５０２、および上部のＳｉ層５０３からなる積層構造を有する。
ＳＯＩウエハ１１１の代わりに、半導体基板（例えばＳｉ基板）の上に、ポリイミドまたはＳｉＯ２からなる犠牲層が形成され、犠牲層の上に厚みが１０〜５００ｎｍのＳｉ薄膜またはＳｉＧｅ薄膜が形成された積層構造を用いてもよい。
次に、図１３Ａ〜図１３Ｃに示されるように、フォトリソグラフィーおよびイオン注入により、梁１０１ａとなる領域１０１１ａ、梁１０１ｂとなる領域１０１１ｂ、梁１０２ａとなる形成する領域１０２１ａ、および梁１０２ｂとなる領域１０２１ｂにイオンがドープされる。このとき、領域１０２１ａ、１０２１ｂには互いに異なるドーピング処理が行われる。なお、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂは、四角の外形を有する領域Ｒに含まれている。
次に、ＳＯＩウエハ１１１は、熱処理に供される。これにより、ドーピング処理において注入されたイオンが活性化される。
次に、複数の貫通孔１８が、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２２ｂにおいて、周期的に形成される。一例として、複数の貫通孔１８が形成された領域１０１１ｂの拡大図が図１３Ｄに示される。なお、図１３Ａ〜図１３Ｃにおいては、貫通孔１８の図示は省略されている。１００ｎｍから３００ｎｍの周期構造を有する貫通孔の作製には電子線リソグラフィーが用いられる。１ｎｍから１００ｎｍの周期構造を有する貫通孔の作製にはブロック共重合体リソグラフィーが用いられる。このようにして、フォノニック結晶構造が形成される。
次に、図１４Ａ〜図１４Ｅに示されるように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂを除いた領域Ｒ（図１３Ａ）のＳｉ層５０３が除去され、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを形成する。
次に、図１５Ａ〜図１５Ｃに示されるように、フォトリソグラフィー、エッチング、および公知の薄膜形成方法（例えば、スパッタリング、蒸着、または化学気相成長法（ＣＶＤ））を用いて、第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂが形成される。これと並行して、同様の手法を用いて、梁１０２ａ、１０２ｂを電気的に接続する第１配線１６が形成される。そして、フォトリソグラフィーおよび公知の薄膜形成方法により、第１配線１６を覆うようにＳｉＮからなる絶縁膜１７が形成される。
次に、図１６Ａ〜図１６Ｃに示されるように、フォトリソグラフィーおよび公知の薄膜形成方法により抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３が積層され、赤外線受光部１２Ａを形成する。Ｔｉ、ＴｉＮ、またはＳｉＮからなる赤外線吸収層２０３が用いられる場合、さらに赤外線吸収層２０３の上にＳｉの保護膜を形成してもよい。これは、次の工程において、気相フッ酸エッチングから赤外線吸収層２０３を保護するためである。
最後に、図１７Ａ〜図１７Ｃに示されるように、気相フッ酸エッチングによってＳＯＩウエハ１１１の中間のＳｉＯ２層５０２が部分的に除去される。
以上のようにして、実施形態１による赤外線センサ１Ａが作製される。
実施形態１の赤外線センサ１Ａの動作が以下に説明される。動作は２段階に分かれる。
第１段階では、梁１０１ａ、１０１ｂを介して、赤外線吸収層２０３に入射した赤外線の強度が測定される。具体的には、まず、信号処理回路によって、電極パッド１３ａ、１３ｂおよび第２配線１４ａ、１４ｂを介して定電圧が梁１０１ａ、１０１ｂに印加され、抵抗変化層２０１に流れる電流量が信号処理回路によって監視される。次に、赤外線吸収層２０３に赤外線が入射すると、赤外線吸収層２０３によって赤外線が吸収される。これにより、赤外線吸収層２０３、赤外線吸収層２０３と熱的に接触している絶縁膜２０２、および抵抗変化層２０１の温度が上昇する。その結果、抵抗変化層２０１の温度変化に対応して抵抗変化層２０１の電気抵抗が変化する。この時の抵抗変化層２０１の電気抵抗の変化に伴う電流量の変化が信号処理回路において測定され、赤外線の強度が算出される。
後述されるように、実施例１による赤外線センサの梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの各々はフォノニック結晶構造を有し、実施例１による赤外線センサは優れた検出感度を有する（図３２Ａ参照）。一方、比較例１による赤外線センサの梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの各々はフォノニック結晶構造を有さず、その検出感度は実施例１による赤外線センサのそれよりも劣っている（図３２Ｅ参照）。なお、図３２Ａに示されるグラフの縦軸は、信号処理回路において測定された電流値を示す。電流値が大きいほど、検出感度は高い。このように、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの各々にフォノニック結晶構造を設けてその断熱性能を高めることで、赤外線センサ１Ａの検出感度を高めることができる。
次に、第２段階に移行する。
第２段階では、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３がペルチェ素子１２Ｐを用いて冷却され、赤外線の入射に伴って上昇した抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３の温度が環境温度まで戻される。抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３を冷却するために、信号処理回路によって、電極パッド１５ａ、１５ｂおよび第２配線１４ｃ、１４ｄを介して梁１０２ａ、１０２ｂにパルス状の電流が印加される。その結果、ペルチェ効果によって、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３が冷却される。これにより、赤外線受光部１２Ａの温度を環境温度まで瞬時に冷却することが可能になる。後述されるように、赤外線を遮断後に実施例１による赤外線センサのペルチェ素子１２Ｐに電流を印加することで、立下り時間、すなわち、冷却時間が大幅に短縮される（図３２Ｂおよび図３２Ｄ参照）。従って、ペルチェ素子１２Ｐによる冷却により、赤外線センサ１Ａの応答速度を大幅に高めることができる。
なお、フォノニック結晶構造を有する梁１０２ａ、１０２ｂが優れた断熱性能を有するものの、上述のペルチェ効果が得られる理由は以下の通りである。
熱は、フォノンと呼ばれる格子振動、または伝導電子によって運ばれる。梁１０２ａ、１０２ｂにおいてフォノニック結晶構造が設けられているため、格子振動による熱の伝導は抑制されている。一方で、フォノニック結晶構造は、単純に空隙が増えることにより、伝導電子による熱の伝導をごくわずかに抑制するに過ぎない。このため、梁１０２ａ、１０２ｂに電流を印加することで上述のペルチェ効果が得られる。
以上のようにして、赤外線センサ１Ａは動作する。
赤外線センサ１Ａの変形例である赤外線センサ１Ｂは、図２に示されるように、梁１０１ａおよび梁１０２ａを物理的に接続する絶縁部４０１ａ、ならびに梁１０１ｂおよび梁１０２ｂを物理的に接続する絶縁部４０１ｂをさらに備える。これにより、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３を中空に維持するための機械強度を高めることができる。なお、絶縁部４０１ａ、４０１ｂは、絶縁材料から構成されている。このため、梁１０１ａおよび梁１０２ａの間、ならびに梁１０１ｂおよび梁１０２ｂの間の電気的な絶縁が確保される。
赤外線センサ１Ａの別の変形例である赤外線センサ１Ｃは、図３に示されるように、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ以外にも梁１０４ａ、１０４ｂをさらに備える。これにより、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３を中空に維持するための機械強度を高めることができる。
（実施形態２）
実施形態２の赤外線センサ１Ｄが図１８Ａ〜図１８Ｃに示される。図１８Ｂには、図１８Ａの赤外線センサ１Ｄの断面１８Ｂ−１８Ｂが示される。図１８Ｃには、図１８Ａの赤外線センサ１Ｄの断面１８Ｃ−１８Ｃが示される。赤外線センサ１Ｄは、ボロメータ赤外線センサである。
赤外線センサ１Ｄは、実施形態１の赤外線センサ１Ａとは異なり、ベース基板１１の上面３１に配置された支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄをさらに備える。ベース基板１１は、凹部３２を有していない。支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは、ベース基板１１の上面３１から離れる方向に延びている。梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの各々の一端部は、それぞれ、支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに電気的に接続されている。
抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３は、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂによって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。図１８Ｂに示されるように、ボロメータ赤外線受光部１２Ａ、梁１０１ａ、および梁１０１ａは、支柱３４ａ、３４ｂによってベース基板１１の上部で懸架されている。また、図１８Ｃに示されるように、ペルチェ素子１２Ｐ、梁１０２ａ、および梁１０２ｂは、支柱３４ｃおよび支柱３４ｄによってベース基板１１の上部で懸架されている。当該技術分野においてよく知られているように、これらをこのように懸架することで赤外線センサの検出感度が向上する。
梁１０１ａは、支柱３４ａを介して第２配線１４ａと電気的に接続されている。梁１０１ｂは、支柱３４ｂを介して第２配線１４ｂと電気的に接続されている。梁１０２ａは、支柱３４ｃを介して第２配線１４ｃと電気的に接続されている。梁１０１ｄは、支柱３４ｄを介して第２配線１４ｄと電気的に接続されている。
界面１０３は、第１配線１６および絶縁膜１７を介して抵抗変化層２０１と熱的に接続されている。
支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは、導電性材料から構成される。導電性材料は、例えば、金属である。支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの各々を構成する金属は、例えば、Ｃｕ、およびＡｌである。
赤外線センサ１Ｄは、ベース基板１１の上面３１に赤外線反射膜をさらに有していてもよい。この形態では、赤外線センサ１Ｄの検出感度をさらに高めることができる。赤外線反射膜を構成する材料は、例えば、Ａｌ、およびＡｕである。
フォノニック結晶構造は、平面視の梁１０１ａにおける支柱３４ａおよび抵抗変化層２０１の一端の間の区間１１１ａ、平面視の梁１０１ｂにおける支柱３４ｂおよび抵抗変化層２０１の他端の間の区間１１１ｂ、平面視の梁１０２ａにおける支柱３４ｃおよび抵抗変化層２０１の一端の間の区間１１２ａ、ならびに平面視の梁１０２ｂにおける支柱３４ｄおよび抵抗変化層２０１の他端の間の区間１１２ｂに設けられていることが望ましい。
実施形態２の赤外線センサ１Ｄにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける対応する構成と同様である。また、実施形態２の赤外線センサ１Ｂの動作は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの動作と同じである。
実施形態２の赤外線センサ１Ｄの製造方法の一例が以下に説明される。
まず、ベース基板１１として、半導体基板が用意される。半導体基板は、例えば、Ｓｉから構成される。
次に、図２０に示されるように、電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、および第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄがベース基板１１の上面３１に形成される。電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、および第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの形成には、スパッタリング法、または蒸着法といった薄膜形成手法、およびフォトリソグラフィー法といったパターン形成手法を含む公知の方法が利用可能である。電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、および第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと共に、赤外線反射膜がベース基板１１の上面３１に形成されてもよい。
次に、図２１Ａ〜図２１Ｃに示されるように、ベース基板１１の上面３１に犠牲層５０４および梁層５０５ａ、５０５ｂが順に形成される。犠牲層５０４は、電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、および第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを覆うように形成される。犠牲層４０４は、典型的には、樹脂から構成される。犠牲層５０４の厚さとして、製造する赤外線センサ１Ｄにおける梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂおよびベース基板１１の離間距離が選択可能である。樹脂は、例えば、ポリイミドである。犠牲層５０４は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、またはスピンコーティング法といった公知の薄膜形成手法により形成できる。梁層５０５ａを構成する材料は、例えば、ｎ型Ｓｉである。梁層５０５ａを構成する材料は、例えば、ｐ型Ｓｉである。梁層５０５ａ、５０５ｂは、ＣＶＤ法およびフォトリソグラフィーにより形成できる。梁層５０５ａ、５０５ｂの各々の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
次に、図２２Ａ〜図２２Ｃに示されるように、複数の貫通孔１８が、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２２ｂにおいて、周期的に形成される。なお、図２２Ａ〜図２２Ｃにおいては、複数の貫通孔１８の図示は省略されている。複数の貫通孔１８の形成方法は上述の通りである。
次に、図２３Ａ〜図２３Ｃに示されるように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂを除いた領域の梁層５０５ａ、５０５ｂが除去され、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを形成する。
次に、図２４Ａおよび図２４Ｂに示されるように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、梁１０２ａ、１０２ｂを電気的に接続する第１配線１６が形成される。そして、フォトリソグラフィーおよび公知の薄膜形成方法により、第１配線１６を覆うようにＳｉＮからなる絶縁膜１７が形成される。
次に、図２５Ａ〜図２５Ｃに示されるように、支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄが形成される。支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの形成には、支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを形成する空間を確保するための選択的エッチング、および確保した空間に支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを形成するためのスパッタリング法、または蒸着法といった薄膜形成手法が利用可能である。
次に、図２６Ａ〜図２６Ｃに示されるように、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３が形成される。抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３の各々の構成および形成方法は上記の通りである。
最後に、選択的エッチングによって犠牲層５０４が除去される。
以上のようにして、図１８Ａ〜図１８Ｃに示される実施形態２の赤外線センサ１Ｄが得られる。
上述のペルチェ素子１２Ｐの代わりに、図１８Ｄに示されるように、界面１０３を有さないペルチェ素子１２Ｐを用いることができる。この場合、第１配線１６が、ペルチェ素子１２Ｐの冷接点に対応する。第１配線１６は、絶縁膜１７を介して、抵抗変化層２０１と熱的に接続されている。
赤外線センサ１Ｄの変形例である赤外線センサ１Ｅは、図１９に示されるように、梁１０４ａ、１０４ｂをさらに備える。これにより、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３を中空に維持するための機械強度を高めることができる。
（実施形態３）
実施形態３の赤外線センサ１Ｆが図２７Ａ〜図２７Ｃに示される。図２７Ｂには、図２７Ａの赤外線センサ１Ｆの断面２７Ｂ−２７Ｂが示される。図２７Ｃには、図２７Ａの赤外線センサ１Ｆの断面２７Ｃ−２７Ｃが示される。赤外線センサ１Ｆは、ボロメータ赤外線センサである。
赤外線センサ１Ｆの赤外線受光部１２Ｂは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの赤外線受光部１２Ａとは異なり、梁１０１ａの上に形成された薄膜３０１ａ、および梁１０１ｂの上に形成された薄膜３０１ｂをさらに備える。なお、薄膜３０１ａおよび薄膜３０１ｂは、それぞれ、ボロメータ第１薄膜およびボロメータ第２薄膜とも称される。
赤外線センサ１Ｆのペルチェ素子２１Ｐは、実施形態２の赤外線センサ１Ｄのペルチェ素子１２Ｐとは異なり、梁１０２ａの上に形成された薄膜３０２ａ、および梁１０２ｂの上に形成された薄膜３０２ｂをさらに備える。なお、薄膜３０２ａおよび薄膜３０２ｂは、それぞれ、ペルチェ第１薄膜およびペルチェ第２薄膜とも称される。
薄膜３０１ａ、３０１ｂ、３０２ａ、３０２ｂの各々の一端部は、それぞれ、支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに電気的に接続されている。
薄膜３０１ａの他端および３０１ｂの他端は、抵抗変化層２０１に接続されている。
薄膜３０２ａの他端は薄膜３０２ｂの他端に接続され、界面１０４が形成されている。界面１０４を跨ぐように、薄膜３０２ａ、３０２ｂを電気的に接続する第１配線１６が薄膜３０２ａ、３０２ｂの上に形成されている。さらに、第１配線１６を覆うように、絶縁膜１７が第１配線１６、および薄膜３０２ａ、３０２ｂの上に形成されている。
抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３は、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂおよび薄膜３０１ａ、３０１ｂ、３０２ａ、３０２ｂによって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。図２７Ｂおよび図２７Ｃに示されるように、断面視において、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３および梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂが、支柱３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄによってベース基板１１の上部で懸架されている。
梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの各々は絶縁材料からなる。
薄膜３０１ａ、３０１ｂは、赤外線受光部１２Ｂに入射した赤外線の検出信号を読み出すために用いられる。
薄膜３０１ａ、３０１ｂは、導電性を有する材料からなる。導電性を有する材料は、例えば、熱伝導率の低い金属（例えば、ＴｉまたはＴｉＮ）および半導体である。より好ましくは、導電性を有する材料は、不純物が添加されたＳｉまたはＳｉＧｅといった半導体である。
薄膜３０１ａ、３０１ｂの各々は、フォノニック結晶構造を有している。フォノニック結晶構造は、平面視の薄膜３０１ａにおける、支柱３４ａおよび抵抗変化層２０１の一端の間の区間３１１ａ、ならびに平面視の薄膜３０１ｂにおける、支柱３４ｂおよび抵抗変化層２０１の他端の間の区間３１１ｂに設けられていることが望ましい。
薄膜３０１ａ、３０１ｂの各々の材料として金属が用いられる場合は、フォノニック結晶構造による断熱効果が現れにくい。この場合、断熱効果を得るために、厚さを１０ｎｍ以下にすることが望ましい。
薄膜３０２ａ、３０２ｂは、熱電対を構成し、ペルチェ素子として機能する。すなわち、薄膜３０２ａ、３０２ｂは、赤外線受光部１２Ｂで発生した熱を吸熱するために用いられる。界面１０４がペルチェ素子の冷接点に対応する。界面１０４は、第１配線１６および絶縁膜１７を介して抵抗変化層２０１と熱的に接続されている。薄膜３０２ａ、３０２ｂの一方は、ｐ型半導体材料からなる。薄膜３０２ａ、３０２ｂの他方は、ｎ型半導体材料からなる。ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料の各々は、シリコンプロセスで使用されるシリコン系半導体材料（例えば、ＳｉまたはＳｉＧｅ）であることが望ましい。
薄膜３０２ａ、３０２ｂの各々は、フォノニック結晶構造を有している。フォノニック結晶構造は、平面視の薄膜３０２ａにおける、支柱３４ｃおよび抵抗変化層２０１の一端の間の区間３１２ａ、ならびに平面視の薄膜３０２ｂにおける、支柱３４ｄおよび抵抗変化層２０１の他端の間の区間３１２ｂに設けられていることが望ましい。
実施形態３の赤外線センサ１Ｆにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態２の赤外線センサ１Ｄにおける対応する構成と同様である。また、実施形態３の赤外線センサ１Ｆの動作は、梁１０１ａ、１０１ｂの代わりに薄膜３０１ａ、薄膜３０１ｂが赤外線の検出信号を読み出すこと、梁１０２ａ、１０２ｂの代わりに薄膜３０２ａ、薄膜３０２ｂがペルチェ素子として機能することを除いて、実施形態１の赤外線センサ１Ａの動作と同じである。
当業者は、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの製造方法の記載を参照することにより、実施形態３による赤外線センサ１Ｆを容易に製造することができる。
上述のペルチェ素子２１Ｐの代わりに、図２７Ｄに示されるように、界面１０４を有さないペルチェ素子を用いることができる。この場合、第１配線１６が、ペルチェ素子の冷接点に対応する。第１配線１６は、絶縁膜１７を介して、抵抗変化層２０１と熱的に接続されている。
赤外線センサ１Ｆの変形例である赤外線センサ１Ｇは、図２８に示されるように、梁１０１ａおよび梁１０２ａを物理的に接続する絶縁部４０１ａ、および梁１０１ｂおよび梁１０２ｂを物理的に接続する絶縁部４０１ｂをさらに備える。これにより、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３を中空に維持するための機械強度を高めることができる。なお、絶縁部４０１ａ、４０１ｂは、絶縁材料から構成されている。このため、梁１０１ａおよび梁１０２ａの間、並びに梁１０１ｂおよび梁１０２ｂの間の電気的な絶縁が確保される。
赤外線センサ１Ｆの別の変形例である赤外線センサ１Ｈは、図２９に示されるように、梁１０４ａ、１０４ｂをさらに備える。これにより、抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、および赤外線吸収層２０３を中空に維持するための機械強度を高めることができる。
（実施形態４）
実施形態４の赤外線センサ１Ｉが図３０Ａ〜図３０Ｃに示される。図３０Ｂには、図３０Ａの赤外線センサ１Ｉの断面３０Ｂ−３０Ｂが示される。図３０Ｃには、図３０Ａの赤外線センサ１Ｉの断面３０Ｃ−３０Ｃが示される。赤外線センサ１Ｉは、サーモパイル赤外線センサである。
赤外線センサ１Ｉの赤外線受光部１２Ｃは、実施形態１の赤外線センサ１Ａの赤外線受光部１２Ａとは異なり、梁１０１ａ、１０１ｂ、赤外線吸収層２０３、第１配線１６ａ、絶縁膜１７ａを備える。
梁１０１ａの一端および梁１０１ｂの一端は、ベース基板１１に接続されている。梁１０１ａの他端は梁１０１ｂの他端に接続され、界面１０３ａが形成されている。赤外線センサ１Ｉは、第１配線１６ａおよび絶縁膜１７ａをさらに備える。第１配線１６ａは、界面１０３ａを跨ぐように梁１０１ａ、１０１ｂの上に形成されている。第１配線１６ａは、梁１０１ａ、１０１ｂを電気的に接続している。絶縁膜１７ａは、第１配線１６ａ、梁１０１ａ、および梁１０１ｂの上に形成されている。
梁１０１ａ、１０１ｂは、赤外線吸収層２０３に入射した赤外線の検出信号を読み出すために用いられる。梁１０１ａ、１０１ｂの一方は、ｐ型半導体材料からなる。梁１０１ａ、１０１ｂの他方は、ｎ型半導体材料からなる。なお、梁１０１ａおよび梁１０１ｂは、それぞれ、サーモパイル第１梁およびサーモパイル第２梁とも称される。
赤外線センサ１Ｉのペルチェ素子１２Ｐは、実施形態１の赤外線センサ１Ａのペルチェ素子１２Ｐと同じ構成を有する。
実施形態４の赤外線センサ１Ｉにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける対応する構成と同様である。
実施形態４の赤外線センサ１Ｉの動作が以下に説明される。
赤外線吸収層２０３に赤外線が入射すると、赤外線吸収層２０３によって赤外線が吸収される。これにより、赤外線受光部１２Ｂ、および絶縁膜１７ａを介して赤外線吸収層２０３と熱的に接触している梁１０１ａ、１０１ｂの温度が上昇する。その結果、梁１０１ａ、１０１ｂでは、赤外線吸収層２０３からベース基板１１に向かう方向に温度差が生じる。これにより、梁１０１ａ、１０１ｂでは、ゼーベック効果による起電力が生じる。生じた起電力が、電極パッド１３ａ、１３ｂに接続された信号処理回路で測定され、赤外線の検出強度が算出される。
この後、ペルチェ素子によって赤外線吸収層２０３が冷却される。この冷却方法は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの冷却方法と同じである。
以上のようにして、赤外線センサ１Ｉは動作する。
当業者は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの製造方法の記載を参照することにより、実施形態４による赤外線センサ１Ｉを容易に製造することができる。
上述のペルチェ素子１２Ｐの代わりに、図３０Ｄに示されるように、界面１０３ｂを有さないペルチェ素子１２Ｐを用いることができる。この場合、第１配線１６が、ペルチェ素子の冷接点に対応する。第１配線１６は、絶縁膜１７を介して、抵抗変化層２０１と熱的に接続されている。
赤外線センサ１Ｉの変形例である赤外線センサ１Ｊは、図３１Ａおよび図３１Ｂに示されるように、絶縁層２２２、梁１０１ｃ、１０１ｄ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌ、および第１配線１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎをさらに備える。
絶縁層２２２は、例えば、Ｓｉからなる。
第１配線１６ａ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｆ、１６ｈ、１６ｊ、１６ｌ、１６ｎは、絶縁層２２２の上に形成されている。
赤外線吸収層２０３は絶縁層２２２の上に形成されている。
梁１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌの各々の一端は絶縁層２２２に接続されている。
梁１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌの各々の他端はベース基板１１に接続されている。
梁１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄは、第１配線１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって電気的に直列に接続されている。梁１０１ａ、１０１ｃおよび梁１０１ｂ、１０１ｄの各々の一方は、ｐ型半導体材料からなる。梁１０１ａ、１０１ｃおよび梁１０１ｂ、１０１ｄの各々の他方は、ｎ型半導体材料からなる。
梁１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌの各々は、フォノニック結晶構造を有している。
梁１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌは、第１配線１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎによって電気的に直列に接続されている。梁１０２ａ、１０２ｃ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｋおよび梁１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｌの各々の一方は、ｐ型半導体材料からなる。梁１０２ａ、１０２ｃ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｋおよび梁１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｌの各々の他方は、ｎ型半導体材料からなる。第１配線１６ｄ、１６ｆ、１６ｈ、１６ｊ、１６ｌ、１６ｎは、ペルチェ素子の冷接点に対応する。赤外線吸収層２０３は、絶縁層２２２を介して間接的に冷却される。赤外線センサ１Ｊは複数の冷接点を有するため、より優れた冷却効果を有する。
（実施例１）
実施例１による赤外線センサは、実施形態１に赤外線センサ１Ａと同様の構成を有していた。
半導体プロセスを用いて、実施例１による赤外線センサが以下のようにして作製された。
まず、ＳＯＩウエハ１１１（信越化学工業株式会社製）が購入された。図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、ＳＯＩウエハ１１１は、厚みが６２５μｍの下部のＳｉ層５０１、厚みが２μｍの中間のＳｉＯ２層５０２および厚みが１５０ｎｍの上部のＳｉ層５０３からなる積層構造を有していた。
次に、図１３Ａ〜図１３Ｃに示されるように、フォトリソグラフィーおよびイオン注入により、梁１０１ａとなる領域１０１１ａ、梁１０１ｂとなる領域１０１１ｂ、梁１０２ａとなる領域１０２１ａ、および梁１０２ｂとなる領域１０２１ｂの各々に後述されるイオンがドープされた。なお、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂは四角の外形を有する領域Ｒに含まれている。領域１０１１ａ、１０１１ｂの各々は、２０ｋｅＶの加速電圧、９．３×１０１４原子／ｃｍ２のドーズ量でホウ素（Ｂ）によりドープされた。一方で、領域１０２１ａは、２０ｋｅＶの加速電圧、９．３×１０１４原子／ｃｍ２のドーズ量でホウ素によりドープされた。領域１０２１ｂは、５５ｋｅＶの加速電圧、９．０×１０１４原子／ｃｍ２のドーズ量でリンによりドープされた。そして、ＳＯＩウエハ１１１は、１０００℃の窒素雰囲気下で５分間、熱処理に供された。
次に、直径が８０ｎｍの複数の貫通孔１８が、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２２ｂにおいて、電子線リソグラフィーおよびエッチングにより、１００ｎｍ毎に周期的に形成された。図１３Ｄは、複数の貫通孔１８が形成された領域１０１１ｂの拡大図を示す。このようにして、フォノニック結晶構造が形成された。周期１００ｎｍに対する貫通孔１８の直径８０ｎｍの比は０．８であった。
次に、図１４Ａ〜図１４Ｅに示されるように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂを除いた領域Ｒ（図１３Ａ）のＳｉ層５０３が除去され、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを形成した。梁１０１ａ、１０１ｂの各々は、１μｍの幅Ｗ１および１４μｍの長さＬ１を有していた。ペルチェ素子として機能する梁１０２ａ、１０２ｂの各々は、１μｍの幅Ｗ２および１６μｍの長さＬ２を有していた。
次に、図１５Ａ〜図１５Ｃに示されるように、フォトリソグラフィーおよびスパッタリングにより１００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、および１００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂが形成された。これと並行して、フォトリソグラフィーおよびスパッタリングにより梁１０２ａ、１０２ｂを電気的に接続する厚み１００ｎｍのＡｌからなる第１配線１６が形成された。そして、フォトリソグラフィーおよびスパッタリングにより、第１配線１６を覆うように厚み３０ｎｍのＳｉＮからなる絶縁膜１７が形成された。
次に、図１６Ａ〜図１６Ｃに示されるように、フォトリソグラフィーおよびスパッタリングにより、アモルファスＳｉからなる抵抗変化層２０１、ＳｉＮからなる絶縁膜２０２、およびＣｒからなる赤外線吸収層２０３が積層され、赤外線受光部１２Ａを形成した。赤外線受光部１２Ａは、１２μｍ×１２μｍの大きさを有していた。抵抗変化層２０１は２００ｎｍの厚みを有していた。絶縁膜２０２は３０ｎｍの厚みを有していた。赤外線吸収層２０３は５ｎｍの厚みを有していた。
最後に、図１７Ａ〜図１７Ｃに示されるように、気相フッ酸エッチングによってＳｉＯ２層５０２が部分的に除去された。このようにして、実施例１による赤外線センサが作製された。
（実施例２）
電子線リソグラフィーの代わりにブロック共重合体リソグラフィーを用いて、直径が２７．２ｎｍの貫通孔１８が３４ｎｍ毎に周期的に形成されたことを除いては、実施例１と同様に、赤外線センサが作製された。周期３４ｎｍに対する貫通孔１８の直径２７．２ｎｍの比は、実施例１と同様に０．８であった。従って、実施例１および実施例２において、空隙率は等しい。ここで、空隙率とは、平面視における複数の貫通孔１８の面積の総和が領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａまたは１０２１ｂの面積に占める割合を意味する。例えば、領域１０１１ａの面積をＳ１（図１３Ａ）、領域１０１１ａに形成された貫通孔１８の個数をｎ１、および各貫通孔１８の面積をｓ１（図７Ｂ）とすると、空隙率は、ｎ１×ｓ１／Ｓ１によって算出される。
（比較例１）
貫通孔１８が形成されなかったことを除いては、実施例１と同様のプロセスを用いて赤外線センサが作製された。
（ペルチェ素子の性能）
実施例１、２および比較例１による赤外線センサのペルチェ効果の性能が検証された。３ｍＡの定常電流を梁１０２ａ、１０２ｂに流すことにより赤外線受光部１２Ａを冷却しながら、２Ｖの定常電圧が梁１０１ａ、１０１ｂに印加された。このときの抵抗変化層２０１を流れる電流が測定され、その抵抗変化から赤外線受光部１２Ａの温度が算出された。冷却前の赤外線受光部１２Ａの温度は２５．０℃であった。
表１は実施例１、２および比較例１の結果を示す。
Figure 2019105624
表１から明らかなように、実施例１および２による赤外線センサのペルチェ効果は、比較例１による赤外線センサのペルチェ効果よりも優れている。また、ペルチェ素子として機能する梁１０２ａ、１０２ｂの各々がフォノニック結晶を有する場合、フォノニック結晶の周期が小さくなるにつれて、ペルチェ素子の冷却性能を高められることがわかる。
（時間応答試験）
実施例１および比較例１による赤外線センサが時間応答試験に供された。時間応答試験において、まず、信号処理回路によって、電極パッド１３ａ、１３ｂおよび第２配線１４ａ、１４ｂを介して定電圧が梁１０１ａ、１０１ｂに印加され、抵抗変化層２０１に流れる電流量が信号処理回路によって監視された。次に、赤外線が赤外線受光部１２Ａに５ｍｓ間照射された。この後、赤外線が遮断された。これと同時に２５μＡのパルス電流が梁１０２ａ、１０２ｂに印加され始めた直後に、２５μＡのパルス電流が梁１０２ａ、１０２ｂに０．０１０ｍｓ間印加された。
図３２Ａは、実施例１による赤外線センサの梁１０２に電流が印加されたときの時間応答試験の結果を示すグラフである。図３２Ｂは、図３２Ａの点線で囲まれた部分Ｂの拡大図である。図３２Ｃは、実施例１による赤外線センサの梁１０２に電流が印加されなかったときの時間応答試験の結果を示すグラフである。図３２Ｄは、図３２Ｃの点線で囲まれた部分Ｄの拡大図である。図３２Ｅは、比較例１による赤外線センサの梁１０２に電流が印加されなかったときの時間応答試験の結果を示すグラフである。
図３２Ａおよび図３２Ｅから明らかなように、実施例１による赤外線センサの抵抗変化層２０１の電流値は、比較例１による赤外線センサの抵抗変化層２０１の電流値よりも大きい。すなわち、フォノニック結晶を有する実施例１による赤外線センサは、フォノニック結晶を有さない比較例１による赤外線センサよりも優れた検出感度を有する。
また、図３２Ｂおよび図３２Ｄから明らかなように、梁１０２ａ、１０２ｂを流れるパルス電流によって、立下り時間が０．４ｍｓから０．０１５ｍｓまで大幅に減少する。ここで、赤外線の遮断時の時刻をｔ０、時刻ｔ０における電流値をＩ０、赤外線の遮断後、電流値がＩ０×ｅｘｐ（−１）になる時刻をｔ１とする。立下り時間は、ｔ１−ｔ０で定義される。第１の赤外線の遮断後に立下り時間が短ければ、次に赤外線受光部１２Ａに入射する第２の赤外線を、第１の赤外線の遮断後から短時間で正確に検出し始めることができる。このため、例えば、離れた対象物の温度を測定する場合には、対象物の温度の低下をすばやく検出することができる。
以上から、ペルチェ素子を用いて赤外線受光部１２Ａを冷却することにより、赤外線センサの応答速度（すなわち、第１の赤外線の遮断後から第２の赤外線を正確に検出し始めるまでの時間の短さ）を向上することができる。
本開示の構成において、優れた検出感度および優れた応答速度を両立することができる赤外線センサを提供することができる。
上記の開示内容から導出される発明は以下の通りである。
（項目Ａ１）
赤外線センサであって、
ベース基板、
ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第１支柱
前記ベース基板から離れる方向に延びている第２支柱、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第３支柱、および
前記ベース基板から離れる方向に延びている第４支柱、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第１梁、および
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第２梁、
を具備しており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁およびｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端部、前記ボロメータ第２梁の一端部、前記ペルチェ第１梁の一端部、および前記ペルチェ第２梁の一端部は、それぞれ、前記第１支柱、前記第２支柱、前記３支柱、および前記第４支柱に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ボロメータ第１梁、および前記ボロメータ第２梁は、前記第１支柱および前記第２支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ペルチェ素子、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記第３支柱および前記第４支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備する、
赤外線センサ。
（項目Ａ２）
項目Ａ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１梁における、前記第１支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２梁における、前記２支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１梁における、前記第３支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２梁における、前記第４支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ａ３）
項目Ａ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている。
（項目Ａ４）
項目Ａ３に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
（項目Ａ５）
項目Ａ１に記載の赤外線センサであって、
前記ペルチェ第１梁の他端が前記ペルチェ第２梁の他端に接続されて、前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁の間に界面が形成されており、
前記界面は、前記抵抗変化層に熱的に接続されている。
（項目Ａ６）
項目Ａ１に記載の赤外線センサであって、
前記ペルチェ第１梁の他端は、前記ペルチェ第２梁の他端に接続されておらず、
前記ペルチェ第１梁は、前記ペルチェ第２梁に第１配線によって電気的に接続されており、
前記第１配線は、前記抵抗変化層と熱的に接続されている。
（項目Ａ７）
項目Ａ５に記載の赤外線センサであって、
平面視において、前記抵抗変化層は面積が等しい４つの領域を有し、
前記界面は、少なくとも２つの前記領域に接する。
（項目Ａ８）
項目Ａ３に記載の赤外線センサであって、
前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、および前記第４ドメインは、それぞれ、前記第１フォノニック結晶構造、前記第２フォノニック結晶構造、前記第３フォノニック結晶構造、および前記第４フォノニック結晶構造を含み、
前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第５ドメイン、第６ドメイン、第７ドメイン、および第８ドメインを含み、
前記第５ドメインにおいて、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第５フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第６ドメインにおいて、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第６フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第７ドメインにおいて、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第７フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第８ドメインにおいて、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第８フォノニック結晶構造が形成されており、
平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記第５周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
前記第６周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
前記第７周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ
前記第８周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
（項目Ａ９）
項目Ａ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメインにおいて、前記第１ドメインに前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第１周期とは異なる第９周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第２ドメインにおいて、前記第２ドメインに前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第２周期とは異なる第１０周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第３ドメインにおいて、前記第３ドメインに前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第３周期とは異なる第１１周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第４ドメインにおいて、前記第４ドメインに前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第４周期とは異なる第１２周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第５ドメインにおいて、前記第５ドメインに前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第５周期とは異なる第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第６ドメインにおいて、前記第６ドメインに前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第６周期とは異なる第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第７ドメインにおいて、前記第７ドメインに前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第７周期とは異なる第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、かつ
前記第８ドメインにおいて、前記第８ドメインに前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第８周期とは異なる第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されている。
（項目Ａ１０）
項目Ａ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、および前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数の各々は、５つ以上である。
（項目Ａ１１）
項目Ａ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、前記第４ドメイン、前記第５ドメイン、前記第６ドメイン、前記第７ドメイン、および前記第８ドメインの各々を構成する周期構造の単位格子は、正方格子、六方格子、長方格子、または面心長方格子のいずれかである。
（項目Ａ１２）
項目Ａ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、前記第４周期、前記第５周期、前記第６周期、前記第７周期、および前記第８周期の各々の値は、１ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下である。
（項目Ａ１３）
項目Ａ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第１周期の値で除した値、記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第２周期の値で除した値、記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第３周期の値で除した値、記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第４周期の値で除した値、記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第５周期の値で除した値、記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第６周期の値で除した値、記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第７周期の値で除した値、および記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第８周期の値で除した値の各々は、０．５以上かつ０．９以下である。
（項目Ａ１４）
項目Ａ１に記載の赤外線センサであって、
前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
前記第１ドメインは、第１周期で規則的に配列された複数の第１サブドメインを具備し、
前記第２ドメインは、第２周期で規則的に配列された複数の第２サブドメインを具備し、
前記第３ドメインは、第３周期で規則的に配列された複数の第３サブドメインを具備し、
前記第４ドメインは、第４周期で規則的に配列された複数の第４サブドメインを具備し、
前記複数の第１サブドメインの各々は、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第２サブドメインの各々は、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第３サブドメインの各々は、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、かつ
前記複数の第４サブドメインの各々は、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されている。
（項目Ａ１５）
項目Ａ１４に記載の赤外線センサであって、
前記ボロメータ第１梁は、第５ドメインをさらに含み、
前記ボロメータ第２梁は、第６ドメインをさらに含み、
前記ペルチェ第１梁は、第７ドメインをさらに含み、
前記ペルチェ第２梁は、第８ドメインをさらに含み、
前記第５ドメインは、第９周期で規則的に配列された複数の第５サブドメインを具備し、
前記第６ドメインは、第１０周期で規則的に配列された複数の第６サブドメインを具備し、
前記第７ドメインは、第１１周期で規則的に配列された複数の第７サブドメインを具備し、
前記第８ドメインは、第１２周期で規則的に配列された複数の第８サブドメインを具備し、
前記複数の第５サブドメインの各々は、第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第６サブドメインの各々は、第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第７サブドメインの各々は、第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第８サブドメインの各々は、第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記第９周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
前記第１０周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
前記第１１周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ、
前記第１２周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
（項目Ａ１６）
赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、以下を具備する：
（ａ）以下を具備する前記赤外線センサを用意する工程、
凹部を有するベース基板、
前記ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第１支柱
前記ベース基板から離れる方向に延びている第２支柱、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第３支柱、および
前記ベース基板から離れる方向に延びている第４支柱、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第１梁、および
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第２梁、
を具備しており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁およびｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端部、前記ボロメータ第２梁の一端部、前記ペルチェ第１梁の一端部、および前記ペルチェ第２梁の一端部は、それぞれ、前記第１支柱、前記第２支柱、前記３支柱、および前記第４支柱に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ボロメータ第１梁、および前記ボロメータ第２梁は、前記第１支柱および前記第２支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ペルチェ素子、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記第３支柱および前記第４支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備し、
（ｂ）前記ボロメータ赤外線受光部に前記赤外線を入射させる工程、
（ｃ）前記ボロメータ赤外線受光部に入射していた前記赤外線を遮断する工程、および
（ｅ）前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁に電流を印加し、前記ボロメータ赤外線受光部を冷却する工程。
（項目Ａ１７）
項目Ａ１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１梁における、前記ボロメータ第１梁の他端および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２梁における、前記ボロメータ第２梁の他端および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１梁における、前記ペルチェ第１梁の他端および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２梁における、前記ペルチェ第２梁の他端および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ａ１８）
項目Ａ１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている。
（項目Ａ１９）
項目Ａ１８に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
（項目Ａ２０）
項目Ａ１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記ペルチェ第１梁の他端が前記ペルチェ第２梁の他端に接続されて、前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁の間に界面が形成されており、
前記界面は、前記抵抗変化層および前記凹部の間に挟まれている。
（項目Ｂ１）
赤外線センサであって、
ベース基板、
ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第１支柱
前記ベース基板から離れる方向に延びている第２支柱、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第３支柱、および
前記ベース基板から離れる方向に延びている第４支柱、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
第１絶縁材料から形成されているボロメータ第１梁、
第２絶縁材料から形成されているボロメータ第２梁、
前記ボロメータ第１梁の上に形成されたボロメータ第１薄膜、および
前記ボロメータ第２梁の上に形成されたボロメータ第２薄膜、
を具備しており、
前記ボロメータ第１薄膜は、前記抵抗変化層に電気的に接続されており、
前記ボロメータ第２薄膜は、前記抵抗変化層に電気的に接続されており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、
第３絶縁材料から形成されているペルチェ第１梁、
第４絶縁材料から形成されているペルチェ第２梁、
前記ペルチェ第１梁の上に形成されたペルチェ第１薄膜、および
前記ペルチェ第２梁の上に形成されたペルチェ第２薄膜、
を具備しており、
前記ペルチェ第１薄膜は、ｐ型半導体材料から形成されており、
前記ペルチェ第１薄膜は、ｎ型半導体材料から形成されており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端部および前記ボロメータ第１薄膜の一端部は、前記第１支柱に接続されており、
前記ボロメータ第２梁の一端部および前記ボロメータ第２薄膜の一端部は、前記第２支柱に接続されており、
前記ペルチェ第１梁の一端部および前記ペルチェ第１薄膜の一端部は、前記第３支柱に接続されており、
前記ペルチェ第２梁の一端部および前記ペルチェ第２薄膜の一端部は、前記第４支柱に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第１薄膜、前記ボロメータ第２梁、および前記ボロメータ第２薄膜は、前記第１支柱および前記第２支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ペルチェ素子、前記ペルチェ第１梁、前記ペルチェ第１薄膜、前記ペルチェ第２梁、および前記ペルチェ第２薄膜は、前記第３支柱および前記第４支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備する、
赤外線センサ。
（項目Ｂ２）
項目Ｂ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１薄膜における、前記第１支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２薄膜における、前記２支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１薄膜における、前記第３支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２薄膜における、前記第４支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ｂ３）
項目Ｂ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている。
（項目Ｂ４）
項目Ｂ３に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
（項目Ｂ５）
項目Ｂ１に記載の赤外線センサであって、
前記ペルチェ第１薄膜の他端が前記ペルチェ第２薄膜の他端に接続されて、前記ペルチェ第１薄膜および前記ペルチェ第２薄膜の間に界面が形成されており、
前記界面は、前記抵抗変化層と熱的に接続されている。
（項目Ｂ６）
項目Ｂ１に記載の赤外線センサであって、
前記ペルチェ第１薄膜の他端は、前記ペルチェ第２薄膜の他端に接続されておらず、
前記ペルチェ第１薄膜は、前記ペルチェ第２薄膜に第１配線によって電気的に接続されており、
前記第１配線は、前記抵抗変化層と熱的に接続されている。
（項目Ｂ７）
項目Ｂ５に記載の赤外線センサであって、
平面視において、前記抵抗変化層は面積が等しい４つの領域を有し、
前記界面は、少なくとも２つの前記領域に接する。
（項目Ｂ８）
項目Ｂ３に記載の赤外線センサであって、
前記ボロメータ第１薄膜、前記ボロメータ第２薄膜、前記ペルチェ第１薄膜、および前記ペルチェ第２薄膜は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、および前記第４ドメインは、それぞれ、前記第１フォノニック結晶構造、前記第２フォノニック結晶構造、前記第３フォノニック結晶構造、および前記第４フォノニック結晶構造を含み、
前記ボロメータ第１薄膜、前記ボロメータ第２薄膜、前記ペルチェ第１薄膜、および前記ペルチェ第２薄膜は、それぞれ、第５ドメイン、第６ドメイン、第７ドメイン、および第８ドメインを含み、
前記第５ドメインにおいて、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第５フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第６ドメインにおいて、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第６フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第７ドメインにおいて、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第７フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第８ドメインにおいて、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第８フォノニック結晶構造が形成されており、
平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記第５周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
前記第６周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
前記第７周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ
前記第８周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
（項目Ｂ９）
項目Ｂ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメインにおいて、前記第１ドメインに前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第１周期とは異なる第９周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第２ドメインにおいて、前記第２ドメインに前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第２周期とは異なる第１０周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第３ドメインにおいて、前記第３ドメインに前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第３周期とは異なる第１１周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第４ドメインにおいて、前記第４ドメインに前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第４周期とは異なる第１２周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第５ドメインにおいて、前記第５ドメインに前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第５周期とは異なる第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第６ドメインにおいて、前記第６ドメインに前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第６周期とは異なる第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第７ドメインにおいて、前記第７ドメインに前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第７周期とは異なる第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、かつ
前記第８ドメインにおいて、前記第８ドメインに前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第８周期とは異なる第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されている。
（項目Ｂ１０）
項目Ｂ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、および前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数の各々は、５つ以上である。
（項目Ｂ１１）
項目Ｂ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、前記第４ドメイン、前記第５ドメイン、前記第６ドメイン、前記第７ドメイン、および前記第８ドメインの各々を構成する周期構造の単位格子は、正方格子、六方格子、長方格子、または面心長方格子のいずれかである。
（項目Ｂ１２）
項目Ｂ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、前記第４周期、前記第５周期、前記第６周期、前記第７周期、および前記第８周期の各々の値は、１ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下である。
（項目Ｂ１３）
項目Ｂ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第１周期の値で除した値、記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第２周期の値で除した値、記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第３周期の値で除した値、記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第４周期の値で除した値、記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第５周期の値で除した値、記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第６周期の値で除した値、記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第７周期の値で除した値、および記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第８周期の値で除した値の各々は、０．５以上かつ０．９以下である。
（項目Ｂ１４）
項目Ｂ１に記載の赤外線センサであって、
前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
前記第１ドメインは、第１周期で規則的に配列された複数の第１サブドメインを具備し、
前記第２ドメインは、第２周期で規則的に配列された複数の第２サブドメインを具備し、
前記第３ドメインは、第３周期で規則的に配列された複数の第３サブドメインを具備し、
前記第４ドメインは、第４周期で規則的に配列された複数の第４サブドメインを具備し、
前記複数の第１サブドメインの各々は、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第２サブドメインの各々は、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第３サブドメインの各々は、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、かつ
前記複数の第４サブドメインの各々は、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されている。
（項目Ｂ１５）
項目Ｂ１４に記載の赤外線センサであって、
前記ボロメータ第１梁は、第５ドメインをさらに含み、
前記ボロメータ第２梁は、第６ドメインをさらに含み、
前記ペルチェ第１梁は、第７ドメインをさらに含み、
前記ペルチェ第２梁は、第８ドメインをさらに含み、
前記第５ドメインは、第９周期で規則的に配列された複数の第５サブドメインを具備し、
前記第６ドメインは、第１０周期で規則的に配列された複数の第６サブドメインを具備し、
前記第７ドメインは、第１１周期で規則的に配列された複数の第７サブドメインを具備し、
前記第８ドメインは、第１２周期で規則的に配列された複数の第８サブドメインを具備し、
前記複数の第５サブドメインの各々は、第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第６サブドメインの各々は、第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第７サブドメインの各々は、第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第８サブドメインの各々は、第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
前記第９周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
前記第１０周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
前記第１１周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ、
前記第１２周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
（項目Ｂ１６）
赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、以下を具備する：
（ａ）以下を具備する前記赤外線センサを用意する工程、
赤外線センサであって、
ベース基板、
前記ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第１支柱
前記ベース基板から離れる方向に延びている第２支柱、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第３支柱、および
前記ベース基板から離れる方向に延びている第４支柱、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
第１絶縁材料から形成されているボロメータ第１梁、
第２絶縁材料から形成されているボロメータ第２梁、
前記ボロメータ第１梁の上に形成されたボロメータ第１薄膜、および
前記ボロメータ第２梁の上に形成されたボロメータ第２薄膜、
を具備しており、
前記ボロメータ第１薄膜は、前記抵抗変化層に電気的に接続されており、
前記ボロメータ第２薄膜は、前記抵抗変化層に電気的に接続されており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、
第３絶縁材料から形成されているペルチェ第１梁、
第４絶縁材料から形成されているペルチェ第２梁、
前記ペルチェ第１梁の上に形成されたペルチェ第１薄膜、および
前記ペルチェ第２梁の上に形成されたペルチェ第２薄膜、
を具備しており、
前記ペルチェ第１薄膜は、ｐ型半導体材料から形成されており、
前記ペルチェ第１薄膜は、ｎ型半導体材料から形成されており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端部および前記ボロメータ第１薄膜の一端部は、前記第１支柱に接続されており、
前記ボロメータ第２梁の一端部および前記ボロメータ第２薄膜の一端部は、前記第２支柱に接続されており、
前記ペルチェ第１梁の一端部および前記ペルチェ第１薄膜の一端部は、前記第３支柱に接続されており、
前記ペルチェ第２梁の一端部および前記ペルチェ第２薄膜の一端部は、前記第４支柱に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第１薄膜、前記ボロメータ第２梁、および前記ボロメータ第２薄膜は、前記第１支柱および前記第２支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ペルチェ素子、前記ペルチェ第１梁、前記ペルチェ第１薄膜、前記ペルチェ第２梁、および前記ペルチェ第２薄膜は、前記第３支柱および前記第４支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備し、
（ｂ）前記ボロメータ赤外線受光部に前記赤外線を入射させる工程、
（ｃ）前記ボロメータ赤外線受光部に入射していた前記赤外線を遮断する工程、および
（ｅ）前記ペルチェ第１薄膜および前記ペルチェ第１薄膜に電流を印加し、前記ボロメータ赤外線受光部を冷却する工程。
（項目Ｂ１７）
項目Ｂ１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１薄膜における、前記第１支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２薄膜における、前記２支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１薄膜における、前記第３支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２薄膜における、前記第４支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ｂ１８）
項目Ｂ１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている。
（項目Ｂ１９）
項目Ｂ１８に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
（項目Ｂ２０）
項目Ｂ１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記ペルチェ第１薄膜の他端が前記ペルチェ第２薄膜の他端に接続されて、前記ペルチェ第１薄膜および前記ペルチェ第２薄膜の間に界面が形成されており、
前記界面は、前記抵抗変化層と熱的に接続されている。
（項目Ｃ１）
赤外線センサであって、
凹部を有するベース基板、
サーモパイル赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
を具備し、
ここで、
前記サーモパイル赤外線受光部は、
赤外線吸収層、
前記赤外線吸収層に熱的に接続されており、かつ第１ｐ型半導体材料から形成されているサーモパイル第１梁、および
前記赤外線吸収層に熱的に接続されており、かつ第１ｎ型半導体材料から形成されているサーモパイル第２梁、
を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記サーモパイル赤外線受光部および前記凹部の間に挟まれており、
前記赤外線は前記サーモパイル赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、第２ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁および第２ｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記サーモパイル赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記サーモパイル第１梁の一端、前記サーモパイル第２梁の一端、前記ペルチェ第１梁の一端、および前記ペルチェ第２梁の一端は、前記ベース基板に接続されており、
前記サーモパイル赤外線受光部、前記ペルチェ素子、前記サーモパイル第１梁、前記サーモパイル第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記サーモパイル第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記サーモパイル第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備する。
（項目Ｃ２）
項目Ｃ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記サーモパイル第１梁における、前記サーモパイル第１梁の一端および前記赤外線吸収層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記サーモパイル第２梁における、前記サーモパイル第２梁の一端および前記赤外線吸収層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１梁における、前記ペルチェ第１梁の一端および前記赤外線吸収層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２梁における、前記ペルチェ第２梁の一端および前記赤外線吸収層の他端の間の第４区間に設けられている、
赤外線センサ。
（項目Ｃ３）
項目Ｃ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている、
赤外線センサ。
（項目Ｃ４）
項目Ｃ３に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
（項目Ｃ５）
項目Ｃ１に記載の赤外線センサであって、
前記ペルチェ第１梁の他端が前記ペルチェ第２梁の他端に接続されて、前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁の間に界面が形成されており、
前記界面は、前記赤外線吸収層および前記凹部の間に挟まれている。
（項目Ｃ６）
項目Ｃ１に記載の赤外線センサであって、
前記ペルチェ第１梁の他端は、前記ペルチェ第２梁の他端に接続されておらず、
前記ペルチェ第１梁は、前記ペルチェ第２梁に第１配線によって電気的に接続されており、
前記第１配線は、前記赤外線吸収層および前記凹部の間に挟まれている。
（項目Ｃ７）
項目Ｃ５に記載の赤外線センサであって、
平面視において、前記赤外線吸収層は面積が等しい４つの領域を有し、
前記界面は、少なくとも２つの前記領域に接する。
（項目Ｃ８）
項目Ｃ３に記載の赤外線センサであって、
前記サーモパイル第１梁、前記サーモパイル第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、および前記第４ドメインは、それぞれ、前記第１フォノニック結晶構造、前記第２フォノニック結晶構造、前記第３フォノニック結晶構造、および前記第４フォノニック結晶構造を含み、
前記サーモパイル第１梁、前記サーモパイル第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第５ドメイン、第６ドメイン、第７ドメイン、および第８ドメインを含み、
前記第５ドメインにおいて、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第５フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第６ドメインにおいて、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第６フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第７ドメインにおいて、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第７フォノニック結晶構造が形成されており、
前記第８ドメインにおいて、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第８フォノニック結晶構造が形成されており、
平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記第５周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
前記第６周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
前記第７周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ
前記第８周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
（項目Ｃ９）
項目Ｃ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメインにおいて、前記第１ドメインに前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第１周期とは異なる第９周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第２ドメインにおいて、前記第２ドメインに前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第２周期とは異なる第１０周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第３ドメインにおいて、前記第３ドメインに前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第３周期とは異なる第１１周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第４ドメインにおいて、前記第４ドメインに前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第４周期とは異なる第１２周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第５ドメインにおいて、前記第５ドメインに前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第５周期とは異なる第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第６ドメインにおいて、前記第６ドメインに前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第６周期とは異なる第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
前記第７ドメインにおいて、前記第７ドメインに前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第７周期とは異なる第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、かつ
前記第８ドメインにおいて、前記第８ドメインに前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第８周期とは異なる第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されている。
（項目Ｃ１０）
項目Ｃ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、および前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数の各々は、５つ以上である。
（項目Ｃ１１）
項目Ｃ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、前記第４ドメイン、前記第５ドメイン、前記第６ドメイン、前記第７ドメイン、および前記第８ドメインの各々を構成する周期構造の単位格子は、正方格子、六方格子、長方格子、または面心長方格子のいずれかである。
（項目Ｃ１２）
項目Ｃ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、前記第４周期、前記第５周期、前記第６周期、前記第７周期、および前記第８周期の各々の値は、１ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下である。
（項目Ｃ１３）
項目Ｃ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第１周期の値で除した値、記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第２周期の値で除した値、記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第３周期の値で除した値、記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第４周期の値で除した値、記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第５周期の値で除した値、記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第６周期の値で除した値、記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第７周期の値で除した値、および記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第８周期の値で除した値の各々は、０．５以上かつ０．９以下である。
（項目Ｃ１４）
項目Ｃ１に記載の赤外線センサであって、
前記サーモパイル第１梁、前記サーモパイル第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
前記第１ドメインは、第１周期で規則的に配列された複数の第１サブドメインを具備し、
前記第２ドメインは、第２周期で規則的に配列された複数の第２サブドメインを具備し、
前記第３ドメインは、第３周期で規則的に配列された複数の第３サブドメインを具備し、
前記第４ドメインは、第４周期で規則的に配列された複数の第４サブドメインを具備し、
前記複数の第１サブドメインの各々は、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第２サブドメインの各々は、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第３サブドメインの各々は、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、かつ
前記複数の第４サブドメインの各々は、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されている。
（項目Ｃ１５）
項目Ｃ１４に記載の赤外線センサであって、
前記サーモパイル第１梁は、第５ドメインをさらに含み、
前記サーモパイル第２梁は、第６ドメインをさらに含み、
前記ペルチェ第１梁は、第７ドメインをさらに含み、
前記ペルチェ第２梁は、第８ドメインをさらに含み、
前記第５ドメインは、第９周期で規則的に配列された複数の第５サブドメインを具備し、
前記第６ドメインは、第１０周期で規則的に配列された複数の第６サブドメインを具備し、
前記第７ドメインは、第１１周期で規則的に配列された複数の第７サブドメインを具備し、
前記第８ドメインは、第１２周期で規則的に配列された複数の第８サブドメインを具備し、
前記複数の第５サブドメインの各々は、第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第６サブドメインの各々は、第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第７サブドメインの各々は、第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
前記複数の第８サブドメインの各々は、第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記赤外線吸収層の間に挟まれており、
前記第９周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
前記第１０周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
前記第１１周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ、
前記第１２周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
（項目Ｃ１６）
赤外線センサのサーモパイル赤外線受光部を冷却する方法であって、以下を具備する：
（ａ）以下を具備する前記赤外線センサを用意する工程、
凹部を有するベース基板、
前記サーモパイル赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
を具備し、
ここで、
前記サーモパイル赤外線受光部は、
赤外線吸収層、
前記赤外線吸収層に熱的に接続されており、かつ第１ｐ型半導体材料から形成されているサーモパイル第１梁、および
前記赤外線吸収層に熱的に接続されており、かつ第１ｎ型半導体材料から形成されているサーモパイル第２梁、
を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記サーモパイル赤外線受光部および前記凹部の間に挟まれており、
赤外線は前記サーモパイル赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、第２ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁および第２ｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記サーモパイル赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記サーモパイル第１梁の一端、前記サーモパイル第２梁の一端、前記ペルチェ第１梁の一端、および前記ペルチェ第２梁の一端は、前記ベース基板に接続されており、
前記サーモパイル赤外線受光部、前記ペルチェ素子、前記サーモパイル第１梁、前記サーモパイル第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記サーモパイル第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記サーモパイル第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備し。
（ｂ）前記サーモパイル赤外線受光部に前記赤外線を入射させる工程、
（ｃ）前記サーモパイル赤外線受光部に入射していた前記赤外線を遮断する工程、および
（ｅ）前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁に電流を印加し、前記サーモパイル赤外線受光部を冷却する工程。
（項目Ｃ１７）
項目Ｃ１６に記載の赤外線センサのサーモパイル赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記サーモパイル第１梁における、前記サーモパイル第１梁の一端および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記サーモパイル第２梁における、前記サーモパイル第２梁の一端および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１梁における、前記ペルチェ第１梁の一端および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２梁における、前記ペルチェ第２梁の一端および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ｃ１８）
項目Ｃ１６に記載の赤外線センサのサーモパイル赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている。
（項目Ｃ１９）
項目Ｃ１８に記載の赤外線センサのサーモパイル赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
（項目Ｃ２０）
項目Ｃ１６に記載の赤外線センサのサーモパイル赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記ペルチェ第１梁の他端が前記ペルチェ第２梁の他端に接続されて、前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁の間に界面が形成されており、
前記界面は、前記抵抗変化層および前記凹部の間に挟まれている。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ 赤外線センサ
１１ ベース基板
１２Ａ、１２Ｂ （ボロメータ）赤外線受光部
１２Ｃ （サーモパイル）赤外線受光部
１２Ｐ ペルチェ素子
１３ａ、１３ｂ 電極パッド
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 第２配線
１５ａ、１５ｂ 電極パッド
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ 第１配線
１７、１７ａ、１７ｂ 絶縁膜
１８ 貫通孔
１９ 単位格子
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ フォノニックドメイン
２１Ｐ ペルチェ素子
２５ａ、２５ｂ 第１周期構造
２６ａ、２６ｂ 第２周期構造
２７ａ、２７ｂ ミクロ周期構造
２８ａ、２８ｂ サブフォノニックドメイン
２９ａ、２９ｂ マクロ周期構造
３１ 上面
３２ 凹部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｅ 支柱
９１、９２、９３ フォノニックドメイン
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 梁
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌ 梁
１０３ 界面
１０４ａ、１０４ｂ 梁
１１１ ウエハ
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ 区間
２０１ 抵抗変化層
２０２ 絶縁膜
２０３ 赤外線吸収層
２２２ 絶縁層
３０１ａ、３０１ｂ、３０２ａ、３０２ｂ 薄膜
３０１ｂ 薄膜
３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ 区間
４０１ａ、４０１ｂ 絶縁部
４０４ 犠牲層
５０１ Ｓｉ層
５０２ ＳｉＯ２層
５０３ Ｓｉ層
５０４ 犠牲層
５０５ａ、５０５ｂ 梁層
１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂ 領域
また、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、赤外線受光部１２Ａの平面が複数の領域に均等に分割されたときに、少なくとも２つの領域に渡って一つの界面１０３が配置されてもよい。この構成により、効率的に赤外線受光部１２Ａからの吸熱が可能になる。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、第１配線１６、絶縁膜１７、絶縁膜２０２および赤外線吸収層２０３は省略されている。
なお、図９Ａでは、一つのフォノニックドメイン内に２種類の周期構造が形成されているが、一つのフォノニックドメインを構成する周期構造は３種類以上あってもよい。例えば、直径Ｄ１の複数の貫通孔が周期Ｐ１で配列された第１周期構造２５ａの間隙の中に、直径Ｄ２の貫通孔が周期Ｐ２で配列された第２周期構造２６ａが存在し、さらに第２周期構造２６ａの間隙に、もう一つの第３周期構造が存在する構造でもよい。
次に、複数の貫通孔１８が、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂにおいて、周期的に形成される。一例として、複数の貫通孔１８が形成された領域１０１１ｂの拡大図が図１３Ｄに示される。なお、図１３Ａ〜図１３Ｃにおいては、貫通孔１８の図示は省略されている。１００ｎｍから３００ｎｍの周期構造を有する貫通孔の作製には電子線リソグラフィーが用いられる。１ｎｍから１００ｎｍの周期構造を有する貫通孔の作製にはブロック共重合体リソグラフィーが用いられる。このようにして、フォノニック結晶構造が形成される。
抵抗変化層２０１、絶縁膜２０２、赤外線吸収層２０３は、梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂによって、ベース基板１１とは離間した状態で支持されている。図１８Ｂに示されるように、ボロメータ赤外線受光部１２Ａ、梁１０１ａ、および梁１０１ｂは、支柱３４ａ、３４ｂによってベース基板１１の上部で懸架されている。また、図１８Ｃに示されるように、ペルチェ素子１２Ｐ、梁１０２ａ、および梁１０２ｂは、支柱３４ｃおよび支柱３４ｄによってベース基板１１の上部で懸架されている。当該技術分野においてよく知られているように、これらをこのように懸架することで赤外線センサの検出感度が向上する。
実施形態２の赤外線センサ１Ｄにおけるその他の構成は、好ましい態様を含め、実施形態１の赤外線センサ１Ａにおける対応する構成と同様である。また、実施形態２の赤外線センサ１Ｄの動作は、実施形態１の赤外線センサ１Ａの動作と同じである。
次に、図２１Ａ〜図２１Ｃに示されるように、ベース基板１１の上面３１に犠牲層５０４および梁層５０５ａ、５０５ｂが順に形成される。犠牲層５０４は、電極パッド１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、および第２配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを覆うように形成される。犠牲層５０４は、典型的には、樹脂から構成される。犠牲層５０４の厚さとして、製造する赤外線センサ１Ｄにおける梁１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂおよびベース基板１１の離間距離が選択可能である。樹脂は、例えば、ポリイミドである。犠牲層５０４は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、またはスピンコーティング法といった公知の薄膜形成手法により形成できる。梁層５０５ａを構成する材料は、例えば、ｎ型Ｓｉである。梁層５０５ｂを構成する材料は、例えば、ｐ型Ｓｉである。梁層５０５ａ、５０５ｂは、ＣＶＤ法およびフォトリソグラフィーにより形成できる。梁層５０５ａ、５０５ｂの各々の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
次に、図２２Ａ〜図２２Ｃに示されるように、複数の貫通孔１８が、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂにおいて、周期的に形成される。なお、図２２Ａ〜図２２Ｃにおいては、複数の貫通孔１８の図示は省略されている。複数の貫通孔１８の形成方法は上述の通りである。
上述のペルチェ素子１２Ｐの代わりに、図３０Ｄに示されるように、界面１０３ｂを有さないペルチェ素子１２Ｐを用いることができる。この場合、第１配線１６ｂが、ペルチェ素子の冷接点に対応する。第１配線１６ｂは、絶縁膜１７ｂを介して、抵抗変化層２０１と熱的に接続されている。
梁１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌは、第１配線１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎによって電気的に直列に接続されている。梁１０２ａ、１０２ｃ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｋおよび梁１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｊ、１０２ｌの各々の一方は、ｐ型半導体材料からなる。梁１０２ａ、１０２ｃ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｋおよび梁１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｊ、１０２ｌの各々の他方は、ｎ型半導体材料からなる。第１配線１６ｄ、１６ｆ、１６ｈ、１６ｊ、１６ｌ、１６ｎは、ペルチェ素子の冷接点に対応する。赤外線吸収層２０３は、絶縁層２２２を介して間接的に冷却される。赤外線センサ１Ｊは複数の冷接点を有するため、より優れた冷却効果を有する。
（実施例１）
実施例１による赤外線センサは、実施形態１の赤外線センサ１Ａと同様の構成を有して
いた。
次に、直径が８０ｎｍの複数の貫通孔１８が、領域１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂにおいて、電子線リソグラフィーおよびエッチングにより、１００ｎｍ毎に周期的に形成された。図１３Ｄは、複数の貫通孔１８が形成された領域１０１１ｂの拡大図を示す。このようにして、フォノニック結晶構造が形成された。周期１００ｎｍに対する貫通孔１８の直径８０ｎｍの比は０．８であった。
（項目Ａ１）
赤外線センサであって、
ベース基板、
ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第１支柱
前記ベース基板から離れる方向に延びている第２支柱、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第３支柱、および
前記ベース基板から離れる方向に延びている第４支柱、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第１梁、および
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第２梁、
を具備しており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁およびｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端部、前記ボロメータ第２梁の一端部、前記ペルチェ第１梁の一端部、および前記ペルチェ第２梁の一端部は、それぞれ、前記第１支柱、前記第２支柱、前記第３支柱、および前記第４支柱に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ボロメータ第１梁、および前記ボロメータ第２梁は、前記第１支柱および前記第２支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ペルチェ素子、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記第３支柱および前記第４支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備する、
赤外線センサ。
（項目Ａ２）
項目Ａ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１梁における、前記第１支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２梁における、前記第２支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１梁における、前記第３支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２梁における、前記第４支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ａ１３）
項目Ａ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第１周期の値で除した値、前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第２周期の値で除した値、前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第３周期の値で除した値、前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第４周期の値で除した値、前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第５周期の値で除した値、前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第６周期の値で除した値、前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第７周期の値で除した値、および前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第８周期の値で除した値の各々は、０．５以上かつ０．９以下である。
（項目Ａ１６）
赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、以下を具備する：
（ａ）以下を具備する前記赤外線センサを用意する工程、
凹部を有するベース基板、
前記ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第１支柱
前記ベース基板から離れる方向に延びている第２支柱、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第３支柱、および
前記ベース基板から離れる方向に延びている第４支柱、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第１梁、および
前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第２梁、
を具備しており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁およびｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端部、前記ボロメータ第２梁の一端部、前記ペルチェ第１梁の一端部、および前記ペルチェ第２梁の一端部は、それぞれ、前記第１支柱、前記第２支柱、前記３支柱、および前記第４支柱に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ボロメータ第１梁、および前記ボロメータ第２梁は、前記第１支柱および前記第２支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ペルチェ素子、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記第３支柱および前記第４支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備し、
（ｂ）前記ボロメータ赤外線受光部に前記赤外線を入射させる工程、
（ｃ）前記ボロメータ赤外線受光部に入射していた前記赤外線を遮断する工程、および
（ｄ）前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁に電流を印加し、前記ボロメータ赤外線受光部を冷却する工程。
（項目Ｂ２）
項目Ｂ１に記載の赤外線センサであって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１薄膜における、前記第１支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２薄膜における、前記第２支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１薄膜における、前
記第３支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２薄膜における、前記第４支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ｂ１３）
項目Ｂ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第１周期の値で除した値、前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第２周期の値で除した値、前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第３周期の値で除した値、前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第４周期の値で除した値、前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第５周期の値で除した値、前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第６周期の値で除した値、前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第７周期の値で除した値、および前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第８周期の値で除した値の各々は、０．５以上かつ０．９以下である。
（項目Ｂ１６）
赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、以下を具備する：
（ａ）以下を具備する前記赤外線センサを用意する工程、
赤外線センサであって、
ベース基板、
前記ボロメータ赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第１支柱
前記ベース基板から離れる方向に延びている第２支柱、
前記ベース基板から離れる方向に延びている第３支柱、および
前記ベース基板から離れる方向に延びている第４支柱、
を具備し、
ここで、
前記ボロメータ赤外線受光部は、
赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
第１絶縁材料から形成されているボロメータ第１梁、
第２絶縁材料から形成されているボロメータ第２梁、
前記ボロメータ第１梁の上に形成されたボロメータ第１薄膜、および
前記ボロメータ第２梁の上に形成されたボロメータ第２薄膜、
を具備しており、
前記ボロメータ第１薄膜は、前記抵抗変化層に電気的に接続されており、
前記ボロメータ第２薄膜は、前記抵抗変化層に電気的に接続されており、
前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、
第３絶縁材料から形成されているペルチェ第１梁、
第４絶縁材料から形成されているペルチェ第２梁、
前記ペルチェ第１梁の上に形成されたペルチェ第１薄膜、および
前記ペルチェ第２梁の上に形成されたペルチェ第２薄膜、
を具備しており、
前記ペルチェ第１薄膜は、ｐ型半導体材料から形成されており、
前記ペルチェ第１薄膜は、ｎ型半導体材料から形成されており、
前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記ボロメータ第１梁の一端部および前記ボロメータ第１薄膜の一端部は、前記第１支柱に接続されており、
前記ボロメータ第２梁の一端部および前記ボロメータ第２薄膜の一端部は、前記第２支柱に接続されており、
前記ペルチェ第１梁の一端部および前記ペルチェ第１薄膜の一端部は、前記第３支柱に接続されており、
前記ペルチェ第２梁の一端部および前記ペルチェ第２薄膜の一端部は、前記第４支柱に接続されており、
前記ボロメータ赤外線受光部、前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第１薄膜、前記ボロメータ第２梁、および前記ボロメータ第２薄膜は、前記第１支柱および前記第２支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ペルチェ素子、前記ペルチェ第１梁、前記ペルチェ第１薄膜、前記ペルチェ第２梁、および前記ペルチェ第２薄膜は、前記第３支柱および前記第４支柱によって前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記ボロメータ第１薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記ボロメータ第２薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２薄膜は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備し、
（ｂ）前記ボロメータ赤外線受光部に前記赤外線を入射させる工程、
（ｃ）前記ボロメータ赤外線受光部に入射していた前記赤外線を遮断する工程、および
（ｄ）前記ペルチェ第１薄膜および前記ペルチェ第１薄膜に電流を印加し、前記ボロメータ赤外線受光部を冷却する工程。
（項目Ｂ１７）
項目Ｂ１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１薄膜における、前記第１支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２薄膜における、前記第２支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１薄膜における、前記第３支柱および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２薄膜における、前記第４支柱および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
（項目Ｃ１３）
項目Ｃ８に記載の赤外線センサであって、
前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第１周期の値で除した値、前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第２周期の値で除した値、前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第３周期の値で除した値、前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第４周期の値で除した値、前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第５周期の値で除した値、前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第６周期の値で除した値、前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第７周期の値で除した値、および前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第８周期の値で除した値の各々は、０．５以上かつ０．９以下である。
（項目Ｃ１６）
赤外線センサのサーモパイル赤外線受光部を冷却する方法であって、以下を具備する：
（ａ）以下を具備する前記赤外線センサを用意する工程、
凹部を有するベース基板、
前記サーモパイル赤外線受光部、および
ペルチェ素子、
を具備し、
ここで、
前記サーモパイル赤外線受光部は、
赤外線吸収層、
前記赤外線吸収層に熱的に接続されており、かつ第１ｐ型半導体材料から形成されているサーモパイル第１梁、および
前記赤外線吸収層に熱的に接続されており、かつ第１ｎ型半導体材料から形成されているサーモパイル第２梁、
を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記サーモパイル赤外線受光部および前記凹部の間に挟まれており、
赤外線は前記サーモパイル赤外線受光部の表側の面に照射され、
前記ペルチェ素子は、第２ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁および第２ｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
前記ペルチェ素子は、前記サーモパイル赤外線受光部の裏側の面に接しており、
前記サーモパイル第１梁の一端、前記サーモパイル第２梁の一端、前記ペルチェ第１梁の一端、および前記ペルチェ第２梁の一端は、前記ベース基板に接続されており、
前記サーモパイル赤外線受光部、前記ペルチェ素子、前記サーモパイル第１梁、前記サーモパイル第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記ベース基板の上部で懸架されており、
前記サーモパイル第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
前記サーモパイル第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備し。
（ｂ）前記サーモパイル赤外線受光部に前記赤外線を入射させる工程、
（ｃ）前記サーモパイル赤外線受光部に入射していた前記赤外線を遮断する工程、および
（ｄ）前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁に電流を印加し、前記サーモパイル赤外線受光部を冷却する工程。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ 赤外線センサ
１１ ベース基板
１２Ａ、１２Ｂ （ボロメータ）赤外線受光部
１２Ｃ （サーモパイル）赤外線受光部
１２Ｐ ペルチェ素子
１３ａ、１３ｂ 電極パッド
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 第２配線
１５ａ、１５ｂ 電極パッド
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ 第１配線
１７、１７ａ、１７ｂ 絶縁膜
１８ 貫通孔
１９ 単位格子
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ フォノニックドメイン
２１Ｐ ペルチェ素子
２５ａ、２５ｂ 第１周期構造
２６ａ、２６ｂ 第２周期構造
２７ａ、２７ｂ ミクロ周期構造
２８ａ、２８ｂ サブフォノニックドメイン
２９ａ、２９ｂ マクロ周期構造
３１ 上面
３２ 凹部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ 支柱
９１、９２、９３ フォノニックドメイン
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 梁
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｌ 梁
１０３ 界面
１０４ａ、１０４ｂ 梁
１１１ ウエハ
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ 区間
２０１ 抵抗変化層
２０２ 絶縁膜
２０３ 赤外線吸収層
２２２ 絶縁層
３０１ａ、３０１ｂ、３０２ａ、３０２ｂ 薄膜
３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ 区間
４０１ａ、４０１ｂ 絶縁部
４０４ 犠牲層
５０１ Ｓｉ層
５０２ ＳｉＯ２層
５０３ Ｓｉ層
５０４ 犠牲層
５０５ａ、５０５ｂ 梁層
１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂ 領域


Claims (20)

  1. 赤外線センサであって、
    凹部を有するベース基板、
    ボロメータ赤外線受光部、および
    ペルチェ素子、
    を具備し、
    ここで、
    前記ボロメータ赤外線受光部は、
    赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
    前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第１梁、および
    前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第２梁、
    を具備しており、
    前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部および前記凹部の間に挟まれており、
    前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
    前記ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁およびｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
    前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
    前記ボロメータ第１梁の一端、前記ボロメータ第２梁の一端、前記ペルチェ第１梁の一端、および前記ペルチェ第２梁の一端は、前記ベース基板に接続されており、
    前記ボロメータ赤外線受光部、前記ペルチェ素子、前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記ベース基板の上部で懸架されており、
    前記ボロメータ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
    前記ボロメータ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
    前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
    前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備する、
    赤外線センサ。
  2. 請求項１に記載の赤外線センサであって、
    前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１梁における、前記ボロメータ第１梁の一端および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
    前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２梁における、前記ボロメータ第２梁の一端および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
    前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１梁における、前記ペルチェ第１梁の一端および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
    前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２梁における、前記ペルチェ第２梁の一端および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
  3. 請求項１に記載の赤外線センサであって、
    前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
    前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
    前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
    前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている。
  4. 請求項３に記載の赤外線センサであって、
    前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
  5. 請求項１に記載の赤外線センサであって、
    前記ペルチェ第１梁の他端が前記ペルチェ第２梁の他端に接続されて、前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁の間に界面が形成されており、
    前記界面は、前記抵抗変化層および前記凹部の間に挟まれている。
  6. 請求項１に記載の赤外線センサであって、
    前記ペルチェ第１梁の他端は、前記ペルチェ第２梁の他端に接続されておらず、
    前記ペルチェ第１梁は、前記ペルチェ第２梁に第１配線によって電気的に接続されており、
    前記第１配線は、前記抵抗変化層および前記凹部の間に挟まれている。
  7. 請求項５に記載の赤外線センサであって、
    平面視において、前記抵抗変化層は面積が等しい４つの領域を有し、
    前記界面は、少なくとも２つの前記領域に接する。
  8. 請求項３に記載の赤外線センサであって、
    前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
    前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、および前記第４ドメインは、それぞれ、前記第１フォノニック結晶構造、前記第２フォノニック結晶構造、前記第３フォノニック結晶構造、および前記第４フォノニック結晶構造を含み、
    前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第５ドメイン、第６ドメイン、第７ドメイン、および第８ドメインを含み、
    前記第５ドメインにおいて、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第５フォノニック結晶構造が形成されており、
    前記第６ドメインにおいて、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第６フォノニック結晶構造が形成されており、
    前記第７ドメインにおいて、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第７フォノニック結晶構造が形成されており、
    前記第８ドメインにおいて、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第８フォノニック結晶構造が形成されており、
    平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記第５周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
    前記第６周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
    前記第７周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ
    前記第８周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
  9. 請求項８に記載の赤外線センサであって、
    前記第１ドメインにおいて、前記第１ドメインに前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第１周期とは異なる第９周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
    前記第２ドメインにおいて、前記第２ドメインに前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第２周期とは異なる第１０周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
    前記第３ドメインにおいて、前記第３ドメインに前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第３周期とは異なる第１１周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
    前記第４ドメインにおいて、前記第４ドメインに前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第４周期とは異なる第１２周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
    前記第５ドメインにおいて、前記第５ドメインに前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第５周期とは異なる第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
    前記第６ドメインにおいて、前記第６ドメインに前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第６周期とは異なる第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、
    前記第７ドメインにおいて、前記第７ドメインに前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第７周期とは異なる第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されており、かつ
    前記第８ドメインにおいて、前記第８ドメインに前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔同士の間に、前記第８周期とは異なる第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔が形成されている。
  10. 請求項８に記載の赤外線センサであって、
    前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、前記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数、および前記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の数の各々は、５つ以上である。
  11. 請求項８に記載の赤外線センサであって、
    前記第１ドメイン、前記第２ドメイン、前記第３ドメイン、前記第４ドメイン、前記第５ドメイン、前記第６ドメイン、前記第７ドメイン、および前記第８ドメインの各々を構成する周期構造の単位格子は、正方格子、六方格子、長方格子、または面心長方格子のいずれかである。
  12. 請求項８に記載の赤外線センサであって、
    前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、前記第４周期、前記第５周期、前記第６周期、前記第７周期、および前記第８周期の各々の値は、１ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下である。
  13. 請求項８に記載の赤外線センサであって、
    前記第１周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第１周期の値で除した値、記第２周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第２周期の値で除した値、記第３周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第３周期の値で除した値、記第４周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第４周期の値で除した値、記第５周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第５周期の値で除した値、記第６周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第６周期の値で除した値、記第７周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第７周期の値で除した値、および記第８周期で規則的に配列された前記複数の貫通孔の直径の値を前記第８周期の値で除した値の各々は、０．５以上かつ０．９以下である。
  14. 請求項１に記載の赤外線センサであって、
    前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、それぞれ、第１ドメイン、第２ドメイン、第３ドメイン、および第４ドメインを含み、
    前記第１ドメインは、第１周期で規則的に配列された複数の第１サブドメインを具備し、
    前記第２ドメインは、第２周期で規則的に配列された複数の第２サブドメインを具備し、
    前記第３ドメインは、第３周期で規則的に配列された複数の第３サブドメインを具備し、
    前記第４ドメインは、第４周期で規則的に配列された複数の第４サブドメインを具備し、
    前記複数の第１サブドメインの各々は、第５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
    前記複数の第２サブドメインの各々は、第６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
    前記複数の第３サブドメインの各々は、第７周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、かつ
    前記複数の第４サブドメインの各々は、第８周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されている。
  15. 請求項１４に記載の赤外線センサであって、
    前記ボロメータ第１梁は、第５ドメインをさらに含み、
    前記ボロメータ第２梁は、第６ドメインをさらに含み、
    前記ペルチェ第１梁は、第７ドメインをさらに含み、
    前記ペルチェ第２梁は、第８ドメインをさらに含み、
    前記第５ドメインは、第９周期で規則的に配列された複数の第５サブドメインを具備し、
    前記第６ドメインは、第１０周期で規則的に配列された複数の第６サブドメインを具備し、
    前記第７ドメインは、第１１周期で規則的に配列された複数の第７サブドメインを具備し、
    前記第８ドメインは、第１２周期で規則的に配列された複数の第８サブドメインを具備し、
    前記複数の第５サブドメインの各々は、第１３周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
    前記複数の第６サブドメインの各々は、第１４周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
    前記複数の第７サブドメインの各々は、第１５周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
    前記複数の第８サブドメインの各々は、第１６周期で規則的に配列された複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶から形成されており、
    平面視において、前記第１ドメインは、前記第５ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記平面視において、前記第２ドメインは、前記第６ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記平面視において、前記第３ドメインは、前記第７ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記平面視において、前記第４ドメインは、前記第８ドメインおよび前記抵抗変化層の間に挟まれており、
    前記第９周期の値は、前記第１周期の値よりも大きく、
    前記第１０周期の値は、前記第２周期の値よりも大きく、
    前記第１１周期の値は、前記第３周期の値よりも大きく、かつ、
    前記第１２周期の値は、前記第４周期の値よりも大きい。
  16. 赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、以下を具備する：
    （ａ）以下を具備する前記赤外線センサを用意する工程、
    凹部を有するベース基板、
    前記ボロメータ赤外線受光部、および
    ペルチェ素子、
    を具備し、
    ここで、
    前記ボロメータ赤外線受光部は、
    赤外線の吸収により抵抗が変化する抵抗変化層、
    前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第１梁、および
    前記抵抗変化層に電気的に接続されているボロメータ第２梁、
    を具備しており、
    前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部および前記凹部の間に挟まれており、
    前記赤外線は前記ボロメータ赤外線受光部の表側の面に照射され、
    前記ペルチェ素子は、ｐ型半導体材料から形成されているペルチェ第１梁およびｎ型半導体材料から形成されているペルチェ第２梁を具備しており、
    前記ペルチェ素子は、前記ボロメータ赤外線受光部の裏側の面に接しており、
    前記ボロメータ第１梁の一端、前記ボロメータ第２梁の一端、前記ペルチェ第１梁の一端、および前記ペルチェ第２梁の一端は、前記ベース基板に接続されており、
    前記ボロメータ赤外線受光部、前記ペルチェ素子、前記ボロメータ第１梁、前記ボロメータ第２梁、前記ペルチェ第１梁、および前記ペルチェ第２梁は、前記ベース基板の上部で懸架されており、
    前記ボロメータ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第１フォノニック結晶構造を具備し、
    前記ボロメータ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第２フォノニック結晶構造を具備し、
    前記ペルチェ第１梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第３フォノニック結晶構造を具備し、かつ
    前記ペルチェ第２梁は、規則的に配列された複数の貫通孔から構成された第４フォノニック結晶構造を具備し、
    （ｂ）前記ボロメータ赤外線受光部に前記赤外線を入射させる工程、
    （ｃ）前記ボロメータ赤外線受光部に入射していた前記赤外線を遮断する工程、および
    （ｅ）前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁に電流を印加し、前記ボロメータ赤外線受光部を冷却する工程。
  17. 請求項１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
    前記第１フォノニック結晶構造は、平面視の前記ボロメータ第１梁における、前記ボロメータ第１梁の一端および前記抵抗変化層の一端の間の第１区間に設けられており、
    前記第２フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ボロメータ第２梁における、前記ボロメータ第２梁の一端および前記抵抗変化層の他端の間の第２区間に設けられており、
    前記第３フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第１梁における、前記ペルチェ第１梁の一端および前記抵抗変化層の一端の間の第３区間に設けられており、
    前記第４フォノニック結晶構造は、前記平面視の前記ペルチェ第２梁における、前記ペルチェ第２梁の一端および前記抵抗変化層の他端の間の第４区間に設けられている。
  18. 請求項１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
    前記第１フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第１周期で規則的に配列されており、
    前記第２フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第２周期で規則的に配列されており、
    前記第３フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第３周期で規則的に配列されており、
    前記第４フォノニック結晶構造の前記複数の貫通孔は、第４周期で規則的に配列されている。
  19. 請求項１８に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
    前記第１周期、前記第２周期、前記第３周期、および前記第４周期の各々の値は等しい。
  20. 請求項１６に記載の赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法であって、
    前記ペルチェ第１梁の他端が前記ペルチェ第２梁の他端に接続されて、前記ペルチェ第１梁および前記ペルチェ第２梁の間に界面が形成されており、
    前記界面は、前記抵抗変化層および前記凹部の間に挟まれている。
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