[发明专利]红外线传感器

说明书

本发明提供一种具有高灵敏度的检测特性的红外线传感器。本公开的红外线传感器构成为：利用由贯通孔周期性地排列而成的薄膜状的声子晶体所形成的梁(13)将红外线受光部(12)和基体基板(11)分离，由所述声子晶体形成的梁(13)构成为：从所述红外线受光部(12)朝向所述基体基板(11)方向，每隔任意的间隔，贯通孔的周期(P)增大。

技术领域

本申请涉及搭载了声子晶体结构的红外线传感器。

背景技术

在以往的热型红外线传感器中，提出有如下结构的方案：如专利文献1所记载的那样，红外线受光部借助梁与基体基板分离地配置。该结构，是以使红外线受光部与基体基板热绝缘为目的，梁的绝热性能越高则红外线的受光灵敏度越提高。如专利文献1所记载的那样，通过将气凝胶等多孔质的材料作为梁使用，能够使绝热性能提高。但是，由于在无秩序的单纯的多孔质结构中，伴随着空隙率的增加，只不过会得到热导的减少，因此，绝热性能是有限的。

另一方面，在非专利文献1或专利文献2中，公开了以下技术：通过将以纳米级(1nm至1000nm的区域)周期性地排列的贯通孔和/或柱状的共振器导入薄膜状的物质，来使构成该薄膜的母材的热传导率减少。这样的物质被称为声子晶体，由于构成材料的热传导率本身减少，因此，与单纯的多孔质结构相比，可以得到超出起因于空隙率的导入的热导的减少的绝热效果。

以下记述声子晶体控制热传导的构造。在绝缘体或半导体中，热主要通过被称为声子的晶格振动来运送。声子的色散关系(频率与波数的关系、或带结构)按各材料确定，绝缘体和/或半导体的热传导率由声子色散关系决定。尤其是，运送热的声子涉及100GHz至10THz的宽范围的频段，符合该频带的声子决定材料的热传导特性。在此，将前述的运送热的声子的频段定义为热的频带。在声子晶体中，通过导入周期结构，能够人工地控制材料本来的声子色散，因此能够控制材料的热传导率本身。尤其是，作为在色散曲线中对绝热性能造成影响的变化，可以例举出声子带隙(PBG)的形成。只要能够在热的频带形成PBG，PBG内的声子就会无法存在，因此，会不利于热的传导。结果，能够使热传导率减少。

通过将这样的声子晶体结构导入红外线受光部的梁，能够使红外线传感器的灵敏度提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-063359号公报

专利文献2：美国专利申请公开第2015/0015930号说明书

非专利文献

非专利文献1：Physical Review B 91,205422(2015)

发明内容

发明要解决的问题

PBG的中心频率ω_g与导入到声子晶体的周期结构的周期P相关(ω_g∝1/P)。因此，能够利用PBG排除热传导的贡献的声子的频段，与声子晶体的周期较强地相关。另一方面，热的频带根据温度而变化。例如，温度越高则热的频带向越高频率侧移位，温度越低则向越低频率侧移位。因此，由单一周期构成的声子晶体中，仅在特定的温度下发挥优异的绝热性能。也即是，在伴随声子晶体的温度变化而PBG偏离热的频带的情况下，声子晶体的绝热效果弱。