JPH0682848B2 - Infrared sensor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は赤外線センサに係わり、特に、遠赤外線領域
に可変な検出波長域を有する量子型の赤外線センサに関
する。The present invention relates to an infrared sensor, and more particularly to a quantum infrared sensor having a variable detection wavelength range in the far infrared range.
「従来の技術」 従来供用されている赤外線センサは、センサを構成する
物質の温度変化に伴う物性的変化を検出する熱型と、光
量子を直接検出する量子型とに大別される。"Prior Art" Conventionally used infrared sensors are roughly classified into a thermal type that detects a change in physical properties of a substance forming a sensor due to a temperature change and a quantum type that directly detects photons.
これら赤外線センサのうち、量子型赤外線センサは前記
光量子によって励起されたキリアが光伝導あるいは光起
電力を引き起こすことを利用するものであって、センサ
を構成する物質そのもののバンド間遷移を利用するもの
と、センサを構成する物質に不純物を添加し、この不純
物の構成する不純物レベルからの光励起を利用するもの
とに分類される。前者の例としては、波長1.1μｍまで
のSiセル、0.4〜1.7μｍ帯でのGeダイオード、0.8〜3.3
μｍ帯でのPbS、１〜3.5μｍ帯でのInAs、１〜５μｍ帯
でのPbSe、InSb、５〜14μｍ帯でのHgCdTe、PbSnTe等が
ある。また、後者の例としては、GeにHg、Au又はZn等の
不純物を添加したようなセンサが挙げられ、このような
赤外線センサによれば50μｍ程度の波長の赤外線まで検
出することができる。Among these infrared sensors, the quantum infrared sensor utilizes the fact that the photon excited by the photon causes photoconduction or photoelectromotive force, and utilizes the band-to-band transition of the substance itself constituting the sensor. And a method in which an impurity is added to a substance forming a sensor and photoexcitation from the impurity level of the impurity is used. Examples of the former are Si cells up to a wavelength of 1.1 μm, Ge diodes in the 0.4 to 1.7 μm band, 0.8 to 3.3.
Examples include PbS in the μm band, InAs in the 1 to 3.5 μm band, PbSe and InSb in the 1 to 5 μm band, and HgCdTe and PbSnTe in the 5 to 14 μm band. An example of the latter is a sensor in which impurities such as Hg, Au or Zn are added to Ge, and such an infrared sensor can detect infrared rays having a wavelength of about 50 μm.
以上のような赤外線センサは、センサを構成する物質の
充鐺帯−伝導帯間の禁制帯幅、あるいは不純物により形
成される不純物レベルによって、その検出波長域が決定
される。従って、検出対象の放出する赤外線の波長に応
じてセンサを選択する必要があると共に、時によっては
検出対象に対して最適な検出波長域を有する材質が見当
たらない、という場合もある。The detection wavelength range of the infrared sensor as described above is determined by the band gap between the filling band and the conduction band of the substance forming the sensor or the level of impurities formed by impurities. Therefore, it is necessary to select a sensor according to the wavelength of infrared rays emitted by the detection target, and sometimes, there is a case where a material having an optimum detection wavelength range for the detection target is not found.
赤外線センサとして利用しうる材料のうち、検出波長域
が可変なセンサ材料として、ビスマス（Bi）とアンチモ
ン（Sb）との固溶体（合金）が知られている。これらBi
もSbもそれ自体では半金属であるが、両者を合金すると
Sbの原子％で約８〜40％の間の組成の合金は半導体とな
り、特にSbの原子％において約10〜25％の間の組成の合
金は、直接遷移型のバンド構造を有する半導体となる。Among materials that can be used as an infrared sensor, a solid solution (alloy) of bismuth (Bi) and antimony (Sb) is known as a sensor material having a variable detection wavelength range. These Bi
And Sb are semi-metals by themselves, but if they are alloyed,
An alloy having a composition of about 8-40% by atomic% of Sb becomes a semiconductor, and an alloy having a composition of about 10-25% by atomic% of Sb becomes a semiconductor having a direct transition type band structure. .
第３図は、Bi−Sb固溶体のバンド構造におけるバンド端
エネルギーがSbの原子％によって変化する様子を模式的
に示したものである。第３図において、符号５、６はそ
れぞれブリルアンゾーン（Brillouin zone）中のＬ点に
おける（第４図にBi−Sb系固溶体のブリルアンゾーンの
形状を示してあるので参照のこと）充満帯及び伝導帯の
構造を示したものである。つまり、電子のエネルギーを
縦軸に、波数を横軸にして示した図を、バンド端のグラ
フの上に重ねて示したものである。符号７、８は同様に
それぞれ前記ブリルアンゾーン中のＴ点における充満帯
及び伝導帯の構造を示したものである。Sbの原子％が０
％付近においてはＬ点の伝導帯とＴ点の充満帯のエネル
ギーが重なり合うため禁制帯が存在せず、従って固溶体
は半金属の性質を示すが、固溶体中のSbの原子％が増加
するに従って、それぞれのエネルギー帯５、…、８が変
化し、図中点（Sb原子％で約８％）において、Ｌ点に
おける伝導帯６のエネルギー範囲が大きい値の方へ移動
して、Ｔ点における充満帯７のエネルギー範囲より大き
くなるために、両者の間に禁制帯が形成され、間接遷移
型のバンド構造となる。さらに図中点（Sb原子％で約
10％）よりもSb原子％が大きくなると、Ｌ点における充
満帯５の上端のエネルギー値がＴ点における充満帯７の
上端よりも大きな値にまで上昇してくるため、充満帯５
及び伝導帯６の間に禁制帯が形成され、直接遷移型のバ
ンド構造となる。この状態は図中点（Sb原子％で約25
％）まで継続される。そして、図中点から点（Sb原
子％で約40％）までの領域内ではＴ点における伝導帯８
のエネルギーが低下してくるために、Ｌ点における充満
帯５とＴ点における伝導帯８との間に禁制帯が形成さ
れ、再度間接遷移型のバンド構造となる。そして、これ
ら禁制帯の幅に対応する波長の光量子により電子が励起
され、Bi−Sb固溶体中の電子及びキャリアの数が増大す
ることにより電気抵抗が減少するので、これを検出する
ことにより光量子が検出される。特に、直接遷移型のバ
ンド構造では、充満帯中の電子は運動量の変化無しに容
易に伝導帯に励起されるので、運動量の小さい光量子を
検出するためには直接遷移型のバンド構造を有すること
が望ましい。この時のBi−Sb固溶体の赤外線センサによ
り検出可能な最短波長（限界波長）λは、前記禁制帯幅
をEgとすれば次式で表される。FIG. 3 schematically shows how the band edge energy in the band structure of the Bi—Sb solid solution changes depending on the atomic% of Sb. In FIG. 3, reference numerals 5 and 6 respectively represent the filling zone and the conduction at point L in the Brillouin zone (see FIG. 4 for the shape of the Brillouin zone of the Bi—Sb solid solution). It shows the structure of the belt. That is, the figure in which the electron energy is plotted on the vertical axis and the wave number is plotted on the horizontal axis is overlaid on the band edge graph. Similarly, reference numerals 7 and 8 respectively show the structures of the filling band and the conduction band at the point T in the Brillouin zone. Atomic% of Sb is 0
%, The forbidden band does not exist because the energies of the conduction band at the L point and the filling band at the T point overlap, so the solid solution shows the property of a semimetal, but as the atomic% of Sb in the solid solution increases, The respective energy bands 5, ..., 8 change, and at the point in the figure (about 8% in Sb atomic%), the energy range of the conduction band 6 at the L point moves to a larger value, and the charge at the T point is filled. Since it is larger than the energy range of the band 7, a forbidden band is formed between the two and the band structure becomes an indirect transition type. Furthermore, the point in the figure (about Sb atom%
10%), the energy value at the upper end of the filling band 5 at the L point rises to a value higher than that at the upper end of the filling band 7 at the T point.
A forbidden band is formed between the conduction band 6 and the conduction band 6 to form a direct transition type band structure. This state is the point in the figure (about 25% in Sb atomic%).
%). Then, in the region from the point in the figure to the point (about 40% in Sb atomic%), the conduction band 8 at the point T
Energy decreases, a forbidden band is formed between the filling band 5 at the L point and the conduction band 8 at the T point, and the band structure becomes an indirect transition type again. Then, the electrons are excited by the photons having a wavelength corresponding to the width of these forbidden bands, and the electrical resistance decreases due to the increase in the number of electrons and carriers in the Bi-Sb solid solution. To be detected. In particular, in the direct transition type band structure, electrons in the filling band are easily excited in the conduction band without change in momentum, so in order to detect photons with low momentum, it is necessary to have a direct transition type band structure. Is desirable. At this time, the shortest wavelength (limit wavelength) λ that can be detected by the infrared sensor of the Bi—Sb solid solution is represented by the following equation when the forbidden band width is Eg.
第５図は、前記Bi−Sb固溶体における禁制帯幅EgをSbの
原子％を横軸に取って示した図である。この図に見る通
り、Bi−Sb固溶体の禁制帯幅Egは、Sbの原子％の変化に
伴って約０〜15meVの範囲内で変化し、特に直接遷移型
のバンド構造の時には約８〜15meVの範囲内となる。す
なわち、直接遷移型のバンド構造の時には、限界波長λ
が約83〜155μｍの間で可変な赤外線センサを構成しう
る。 FIG. 5 is a diagram showing the forbidden band width Eg of the Bi—Sb solid solution with the abscissa representing the atomic% of Sb. As shown in this figure, the forbidden band width Eg of the Bi-Sb solid solution changes within the range of about 0 to 15 meV with the change of atomic% of Sb, and particularly about 8 to 15 meV in the case of the direct transition type band structure. Within the range of. That is, in the case of the direct transition type band structure, the limit wavelength λ
Can form an infrared sensor that is variable between approximately 83 and 155 μm.
BiとSbは、第６図に示す合金状態図に見るように、全固
溶型の状態図を作る。すなわち、どんな組成であっても
均一に混合された固溶体合金が形成される。一例とし
て、図中ａ点に示すような温度、組成のBi−Sb溶融体を
徐々に冷却すると、液相線９上の図中ｂ点においてBiが
固体化し、この状態の温度を維持すると、図中ｃ点に示
す原子％のSbが溶け込んだBi−Sb固溶体が形成される。Bi and Sb form an all solid solution type phase diagram as seen in the alloy phase diagram shown in FIG. That is, a solid solution alloy having any composition and uniformly mixed is formed. As an example, when the Bi-Sb melt having the temperature and composition shown in the figure at point a is gradually cooled, Bi solidifies at the point b in the figure on the liquidus line 9, and if the temperature in this state is maintained, A Bi-Sb solid solution in which atomic% Sb is dissolved is formed at point c in the figure.
「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、第６図に見るように、直接遷移型のバン
ド構造を取るSbの原子％（約10〜25％）の範囲内におい
ては、固相線10がほぼ横這いの状態であるので、液相−
固相間での温度を微妙に変化させるだけで固溶体中のSb
の原子％が大きく変化してしまう。従って、特定の組成
を有するBi−Sb固溶体合金をSbの原子％を制御しながら
作製することが大変困難である、という問題点を抱えて
いた。[Problems to be Solved by the Invention] However, as shown in FIG. 6, in the atomic% range (about 10 to 25%) of Sb having a direct transition band structure, the solidus line 10 is Since it is almost flat, the liquid phase-
Sb in solid solution can be obtained by subtly changing the temperature between solid phases.
The atomic% of changes greatly. Therefore, there is a problem that it is very difficult to produce a Bi—Sb solid solution alloy having a specific composition while controlling the atomic% of Sb.
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、B
i、Sbからなる赤外線センサにおいて、これらBi、Sbの
組成を容易に所望の組成にしうる赤外線センサの提供を
目的としている。The present invention has been made in view of the above problems, B
It is an object of the present invention to provide an infrared sensor composed of i and Sb, which can easily make the composition of Bi and Sb into a desired composition.
「問題点を解決するための手段」 前記問題点を解決するためにこの発明は、Biの薄膜とSb
の薄膜とを交互に積層してなる量子型の赤外線センサを
構成すると共に、これらの膜厚をそれぞれの物質中にお
ける電子のドゥ・ブローイ波長以下に形成したことを特
徴とするものである。"Means for Solving Problems" In order to solve the above problems, the present invention provides a thin film of Bi and Sb.
And a thin film of (1) are alternately laminated to form a quantum type infrared sensor, and these film thicknesses are formed to be equal to or less than the de Broglie wavelength of electrons in each substance.
以下、図面を参照して、この発明の赤外線センサについ
て説明を行う。The infrared sensor of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図ないし第２図はこの発明の赤外線センサの構成を
示す図である。図中、符号Ｓは赤外線センサ、符号１は
一面が受光部として開口された赤外線センサＳの金属性
筐体を示し、この筐体１内にはBiとSbが積層されてなる
赤外線センサＳのセンサ部２が収納されている。このセ
ンサ部２は、第２図に示すように、Bi薄膜３とSb薄膜４
とが交互に積層されて形成されていると共に、Bi薄膜３
の膜厚はBi中の電子のドゥ・ブローイ波長（615Å）以
下、好ましくは1/10以下となるように形成され、同様に
Sb薄膜４の膜厚はSb中の電子のドゥ・ブローイ波長（15
7Å）以下、好ましくは1/10以下となるように形成され
ている。そして、Sb薄膜４は、その膜厚の総和がセンサ
部２全体の厚さの約10〜25％となるように形成されてい
る。このような構成のセンサ部２は、積層面の一面が受
光部として外方に露出されるように前記筐体１内に配置
される。そして、このセンサ部２には、筐体１外方にそ
の先端が突出されたリード線11、11が一対接続されてい
る。1 and 2 are views showing the structure of the infrared sensor of the present invention. In the figure, reference numeral S indicates an infrared sensor, and reference numeral 1 indicates a metallic housing of the infrared sensor S whose one surface is opened as a light receiving portion. In the infrared sensor S in which Bi and Sb are stacked in the housing 1. The sensor unit 2 is stored. As shown in FIG. 2, the sensor unit 2 includes a Bi thin film 3 and an Sb thin film 4.
And are alternately laminated, and the Bi thin film 3 is formed.
Is formed so that the de Broglie wavelength (615Å) of electrons in Bi is less than 1/10, and preferably less than 1/10.
The film thickness of the Sb thin film 4 is the de Broglie wavelength (15
7 Å) or less, preferably 1/10 or less. The Sb thin film 4 is formed so that the total thickness thereof is about 10 to 25% of the total thickness of the sensor unit 2. The sensor unit 2 having such a configuration is arranged in the housing 1 such that one surface of the laminated surface is exposed to the outside as a light receiving unit. Further, a pair of lead wires 11, 11 having their tips projected to the outside of the housing 1 are connected to the sensor portion 2.
このような構成のセンサ部２を形成するには、従来の半
導体技術における薄膜形成技術に拠れば良い。一例とし
て、真空の反応器中において、適当な材質の基板上に目
的とする薄膜のBiとSbとを交互に真空蒸着し、このよう
にして得られたBi−Sb積層体を適宜その厚さ方向に切
断、加工してセンサ部２を形成すれば良い。あるいは、
スパッタ法、化学気相成長（CVD）法、分子線ビームエ
ピタキシー（MBE）法等、周知の薄膜形成技術によって
もBi−Sb積層体を得ることができた。To form the sensor unit 2 having such a configuration, a thin film forming technique in the conventional semiconductor technique may be used. As an example, in a vacuum reactor, the target thin film Bi and Sb are alternately vacuum-deposited on a substrate made of an appropriate material, and the Bi-Sb laminate thus obtained is appropriately thickened. The sensor unit 2 may be formed by cutting and processing in the direction. Alternatively,
Bi-Sb laminates could be obtained by well-known thin film forming techniques such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), and molecular beam epitaxy (MBE).
以上のような赤外線センサＳのセンサ部２内を電子が移
動する場合、Bi薄膜３及びSb薄膜４は、その膜厚がそれ
ぞれの物質内における電子のドゥ・ブローイ波長以下と
なるように形成されているので、この電子は複数のBi薄
膜３及びSb薄膜４に跨って進行する。従って、この電子
にとっては、Bi薄膜３及びSb薄膜４が薄過ぎるため、前
述のBi−Sb固溶体とBi−Sb積層体、すなわちセンサ部２
との区別が付けられない。よって、センサ部２全体が形
成するバンド構造は、前述のBi−Sb固溶体のバンド構造
と略同一となる。そして、Sb薄膜４の膜厚の総和がセン
サ部２の厚さの約10〜25％とされているので、センサ部
２全体としてのSbの成分比が約10〜25％となり、すなわ
ち前述の如くこのセンサ部２は直接遷移型のバンド構造
を有することとなる。従って、このような構成の赤外線
センサＳのセンサ部２に赤外線が入射されると、前記従
来のBi−Sb固溶体からなる赤外線センサと同様に、セン
サ部２内において電子が容易に励起され、このセンサ部
２内における電子とキャリアとの数が増加することによ
り電気抵抗が低下する。よって、この赤外線センサＳの
センサ部２に前記リード線11、11を介して常時一定の電
流を流しておき、そのリード線11、11間の電圧の変化を
測定すれば、赤外線センサＳに入射した赤外線を光量子
の数として測定することができる。When electrons move in the sensor part 2 of the infrared sensor S as described above, the Bi thin film 3 and the Sb thin film 4 are formed so that the film thicknesses thereof are equal to or less than the de Broglie wavelength of electrons in each substance. Therefore, the electrons travel across the plurality of Bi thin films 3 and Sb thin films 4. Therefore, since the Bi thin film 3 and the Sb thin film 4 are too thin for this electron, the Bi-Sb solid solution and the Bi-Sb laminated body, that is, the sensor unit 2 described above, are used.
Can't be distinguished from. Therefore, the band structure formed by the entire sensor unit 2 is substantially the same as the band structure of the Bi-Sb solid solution described above. Since the total thickness of the Sb thin film 4 is about 10 to 25% of the thickness of the sensor unit 2, the Sb component ratio of the entire sensor unit 2 is about 10 to 25%, that is, the above-mentioned As described above, the sensor unit 2 has a direct transition type band structure. Therefore, when infrared rays are incident on the sensor unit 2 of the infrared sensor S having such a configuration, electrons are easily excited in the sensor unit 2 as in the conventional infrared sensor made of the Bi-Sb solid solution. The increase in the number of electrons and carriers in the sensor unit 2 reduces the electric resistance. Therefore, if a constant current is always applied to the sensor portion 2 of the infrared sensor S via the lead wires 11 and the change in voltage between the lead wires 11 is measured, the infrared sensor S enters the infrared sensor S. The infrared rays can be measured as the number of photons.
そして、この発明の赤外線センサＳは、そのセンサ部２
のSbの成分比がSb薄膜４の膜厚の総和により決定される
ので、目的とするSbの成分比に確実かつ容易に制御しう
る。従って、検出対象に応じて可変な限界波長λを有す
る赤外線センサＳを容易に作製することが可能となる。
また同時に、この赤外線センサＳは、そのセンサ部２が
従来供用されている周知の薄膜形成技術により形成され
うるので、従来の薄膜形成装置を転用することで容易に
センサ部２を作製することができ、コスト的に大変有利
となる。The infrared sensor S of the present invention has the sensor unit 2
Since the Sb component ratio is determined by the total thickness of the Sb thin film 4, the target Sb component ratio can be reliably and easily controlled. Therefore, it is possible to easily manufacture the infrared sensor S having the variable limit wavelength λ according to the detection target.
At the same time, since the infrared ray sensor S can be formed by a well-known thin film forming technique which has been conventionally used, the sensor unit 2 can be easily manufactured by diverting a conventional thin film forming apparatus. It is possible and very advantageous in terms of cost.
この発明の赤外線センサＳは、遠赤外線検出用手段とし
て、例えばサーモグラフィ装置、熱線検出装置等のセン
サとして好適に使用される。この場合、従来供用されて
いる遠赤外線検出用のセンサと同様に、自身の熱散乱に
よる電子の励起を抑制する目的で、赤外線センサＳの少
なくともセンサ部２を冷却する必要がある。The infrared sensor S of the present invention is preferably used as a far infrared ray detecting means, for example, a sensor of a thermography device, a heat ray detecting device, or the like. In this case, at least the sensor portion 2 of the infrared sensor S needs to be cooled for the purpose of suppressing the excitation of electrons due to its own thermal scattering, as in the case of the far infrared ray detecting sensor that has been conventionally used.
なお、この赤外線センサＳは、その形状、寸法等が前述
の例に限定されることなく、種々の変形例が可能であ
る。一例として、Bi薄膜３やSb薄膜４のそれぞぞれの膜
厚は全て同一である必要はなく、それぞれの膜厚が電子
のドゥ・ブローイ波長以下であると共に、Sb薄膜４の膜
厚の総和がセンサ部２全体の厚さの約10〜25％となるよ
うに形成されていれば、それぞれの膜厚が不揃いであっ
ても良い。一つの応用例として、表面から内部に入るに
つれてSbの原子％が低下するようにBiとSbの積層厚さの
比を変えてゆけば、表面側では禁制帯幅が広くて短波長
側の光を効率よく検出し、内部では禁制帯幅が狭くなっ
て長波長側の光を効率よく検出しうるようになる。つま
り、広い波長領域にわたって良い感度を示すセンサが得
られることになる。The infrared sensor S is not limited to the above-mentioned example in shape, size, etc., and various modifications are possible. As an example, the film thicknesses of the Bi thin film 3 and the Sb thin film 4 do not all have to be the same, each film thickness is equal to or less than the de Broglie wavelength of electrons, and the total film thickness of the Sb thin film 4 is May be formed so as to be about 10 to 25% of the total thickness of the sensor portion 2, the respective film thicknesses may be uneven. As one application example, if the ratio of the stack thickness of Bi and Sb is changed so that the atomic percentage of Sb decreases from the surface to the inside, the bandgap is wide on the surface side and light on the short wavelength side is wide. Is efficiently detected, and the forbidden band width is narrowed inside so that light on the long wavelength side can be efficiently detected. That is, a sensor having good sensitivity over a wide wavelength range can be obtained.
「実施例」 以下、この発明の赤外線センサＳを実験例により更に詳
細に説明するが、この発明の赤外線センサＳは以下に示
す実験例に限定されない。[Examples] Hereinafter, the infrared sensor S of the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples, but the infrared sensor S of the present invention is not limited to the following experimental examples.
（実験例） Bi薄膜３とSb薄膜４からなる赤外線センサＳのセンサ部
２を真空蒸着法により作製した。(Experimental example) The sensor portion 2 of the infrared sensor S including the Bi thin film 3 and the Sb thin film 4 was manufactured by the vacuum deposition method.
ＷBi:Bi薄膜３の１層の厚さ ＷSb:Sb薄膜４の１層の厚さ とすると、ＷBi＋ＷSb＝120Åとなるようにそれぞれの
膜厚を制御して、これらBi薄膜３及びSb薄膜４を交互に
各10層ずつ蒸着して、合計厚1200Åのセンサ部２を得
た。また、Sb薄膜４の積層比ＫSbを以下の式で定義すれ
ば、 この積層比ＫSbが２〜７％の範囲となるように、前記Bi
薄膜３及びSb薄膜４の膜厚を変更したセンサ部２を数種
類作製した。作製したセンサ部２の積層比ＫSb及びその
時のBi薄膜３及びSb薄膜４の１層の厚さＷBi、ＷSbを次
表に示す。W Bi : One layer thickness of Bi thin film W Sb : Sb One layer thickness of Sb thin film 4, each film thickness is controlled so that W Bi + W Sb = 120Å. The Sb thin film 4 and the Sb thin film 4 were alternately deposited on each 10 layers to obtain the sensor unit 2 having a total thickness of 1200 Å. Further, if the stacking ratio K Sb of the Sb thin film 4 is defined by the following equation, The Bi ratio is set so that the stacking ratio K Sb is in the range of 2 to 7%.
Several kinds of sensor parts 2 having different thicknesses of the thin film 3 and the Sb thin film 4 were prepared. The following table shows the stacking ratio K Sb of the manufactured sensor unit 2 and the thicknesses W Bi and W Sb of one layer of the Bi thin film 3 and the Sb thin film 4 at that time.
このような構成のセンサ部２について、その比抵抗の温
度依存性を測定した。すなわち、これら積層体たるセン
サ部２が前述の固溶体の如く半導体状態にあれば、温度
低下に伴って抵抗値の増大が見られるので、逆に比抵抗
の温度依存性を測定することによりセンサ部２が半導体
状態にあるか否かを判断するのである。実験結果を第７
図に示す。第７図に見るように、積層比ＫSbが２〜22％
の範囲内において温度低下に伴って抵抗値の増大が見ら
れ、従って、この積層比の範囲内においては半導体的振
舞いをしていることが理解できる。この温度変化の原因
の中には、エネルギー帯内部での電子やホールに対する
エネルギー分布確率関数と移動度が変化することの影響
も入っている。 The temperature dependence of the specific resistance of the sensor unit 2 having such a configuration was measured. That is, if the sensor portion 2 which is a laminated body is in a semiconductor state like the above-mentioned solid solution, the resistance value increases with a decrease in temperature. Therefore, conversely, by measuring the temperature dependence of the specific resistance, the sensor portion 2 is measured. It is determined whether or not 2 is in a semiconductor state. Experimental results No. 7
Shown in the figure. As shown in FIG. 7, the stacking ratio K Sb is 2 to 22%.
It can be understood that the resistance value increases with the temperature decrease within the range of, and therefore, the semiconductor behavior is exhibited within the range of the stacking ratio. Some of the causes of this temperature change include the effects of changes in the energy distribution probability function and mobility for electrons and holes within the energy band.
第５図は、センサ部２の比抵抗の温度依存性から、上記
の影響を差し引いて算出した禁制帯幅とSbの原子％との
関係である。第５図に見るように、Sb原子％が約10％以
下では固溶体と一致した禁制帯幅を示し、10％以上のと
ころでも値はやや小さいものの固溶体のそれと類似なSb
％依存性を示している。このことより、センサ部２によ
っても遠赤外線領域に検出波長域を有する赤外線センサ
を構成しうることが理解できる。FIG. 5 shows the relationship between the forbidden band width calculated by subtracting the above influence from the temperature dependence of the specific resistance of the sensor unit 2 and the atomic% of Sb. As shown in Fig. 5, when the Sb atomic% is about 10% or less, it shows a forbidden band width consistent with that of the solid solution.
% Dependency is shown. From this, it can be understood that the sensor unit 2 can also constitute an infrared sensor having a detection wavelength range in the far infrared range.
「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、Biの薄
膜とSbの薄膜とを交互に積層してなると共に、これらの
膜厚をそれぞれの物質中における電子のドゥ・ブローイ
波長以下に形成したような赤外線センサを構成したの
で、この赤外線センサが形成するバンド構造はBi−Sb固
溶体のバンド構造と略同一となる。従って、この発明の
赤外線センサにおいても、従来のBi−Sb固溶体からなる
赤外線センサと同様に赤外線を検出することが可能とな
る。[Advantages of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, the thin films of Bi and the thin films of Sb are alternately laminated, and these film thicknesses are different from each other. Since the infrared sensor is formed so as to have a wavelength less than the Bloey wavelength, the band structure formed by this infrared sensor is substantially the same as the band structure of the Bi-Sb solid solution. Therefore, also in the infrared sensor of the present invention, it is possible to detect infrared rays similarly to the conventional infrared sensor made of the Bi—Sb solid solution.
そして、この発明の赤外線センサは、そのSbの成分比が
Sb薄膜の膜厚の総和により決定されるので、目的とする
Sbの成分比に確実かつ容易に制御しうる。従って、検出
対象に応じて可変な限界波長を有する赤外線センサを容
易に作製することが可能となる。また同時に、この赤外
線センサは従来供用されている周知の薄膜形成技術によ
り形成されるので、従来の薄膜形成装置を転用すること
で容易に作製することができ、コスト的に大変有利とな
る。The infrared sensor of the present invention has a Sb component ratio of
Since it is determined by the total thickness of the Sb thin film,
The Sb component ratio can be controlled reliably and easily. Therefore, it becomes possible to easily manufacture an infrared sensor having a variable limit wavelength according to a detection target. At the same time, since this infrared sensor is formed by a well-known thin film forming technique that has been conventionally used, it can be easily manufactured by diverting a conventional thin film forming apparatus, which is very advantageous in terms of cost.
第１図ないし第２図はこの発明の赤外線センサの一例を
示す図であって、第１図は断面図、第２図はセンサ部の
みを取り出して示した断面図、第３図はBi−Sb固溶体の
真性ギャップのバンド構造モデルを示す図、第４図はBi
−Sb固溶体のブリルアンゾーンを示す図、第５図はBi−
Sb固溶体及び積層体の禁制帯幅とSbの原子％との関係を
示す図、第６図はBi−Sb固溶体の合金状態図、第７図は
Bi−Sb積層体の比抵抗の温度依存性を示す図である。 Ｓ……赤外線センサ ３……Bi薄膜、４……Sb薄膜。1 and 2 are views showing an example of an infrared sensor according to the present invention. FIG. 1 is a sectional view, FIG. 2 is a sectional view showing only a sensor portion, and FIG. Figure 4 shows a band structure model of the intrinsic gap of Sb solid solution.
-Sb solid solution Brillouin zone, Fig. 5 is Bi-
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the forbidden band width of the Sb solid solution and the laminate and the atomic% of Sb, FIG. 6 is an alloy phase diagram of the Bi—Sb solid solution, and FIG.
It is a figure which shows the temperature dependence of the specific resistance of a Bi-Sb laminated body. S ... Infrared sensor 3 ... Bi thin film, 4 ... Sb thin film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 義智 群馬県桐生市広沢町２−3378−14 (56)参考文献 特開 昭61−53530（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshitomo Sasaki 2-3378-14 Hirosawa-cho, Kiryu-shi, Gunma Prefecture (56) References JP-A-61-53530 (JP, A)
Claims (1)
の薄膜とが交互に積層されてなる量子型の赤外線センサ
であって、前記ビスマスとアンチモンの薄膜がそれぞれ
物質中における電子のドゥ・ブローイ（de Brogie）波
長以下に形成されていることを特徴とする赤外線セン
サ。1. A thin film of bismuth (Bi) and antimony (Sb).
A thin film of bismuth and antimony, each of which is formed below the de Brogie wavelength of electrons in the substance. Infrared sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62152799A JPH0682848B2 (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Infrared sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62152799A JPH0682848B2 (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Infrared sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63318171A JPS63318171A (en) | 1988-12-27 |
| JPH0682848B2 true JPH0682848B2 (en) | 1994-10-19 |
Family
ID=15548405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62152799A Expired - Fee Related JPH0682848B2 (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Infrared sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682848B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6153530A (en) * | 1984-08-24 | 1986-03-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermopile type infrared detection element |
-
1987
- 1987-06-19 JP JP62152799A patent/JPH0682848B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63318171A (en) | 1988-12-27 |
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