紅外線檢測器、紅外線檢測方法和電子設(shè)備的制造方法
【專利說明】紅外線檢測器、紅外線檢測方法和電子設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2013年12月4日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2013-251165的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，在此將該優(yōu)先權(quán)申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及紅外線檢測器、其檢測方法和電子設(shè)備，并且更具體地，涉及能夠利用更簡單的構(gòu)造來檢測紅外線的紅外線檢測器、其檢測方法和電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]輻射熱測定計(jì)一般被用作遠(yuǎn)紅外線檢測器。輻射熱測定計(jì)具有用于檢測因熱量而引起的電阻變化的元件結(jié)構(gòu)，并且具有高檢測靈敏度的特性。然而，因?yàn)楸仨毨苗隊(duì)柼韺?shí)施冷卻以維持恒定的元件溫度，所以輻射熱測定計(jì)在以大型的方式作為傳感器時(shí)就會消耗大量的電力且變得沉重。此外，熱圖像信號的S/N(溫度分辨率)很可能受到背景輻射的影響，并且對于測量來說，各個(gè)像素的針對于溫度的定期校準(zhǔn)是必需的。因此，必須具有大容量的存儲器，而且在校準(zhǔn)的期間內(nèi)圖像還會被打斷。由于MEMS形狀的特殊結(jié)構(gòu)，輻射熱測定計(jì)不像固體器件那樣具有大規(guī)模的產(chǎn)量。結(jié)果，輻射熱測定計(jì)具有高的能耗，并且昂貴、巨大和沉重。因此，出現(xiàn)了如下的現(xiàn)象，即:沒有發(fā)生遠(yuǎn)紅外線檢測的推廣，沒有鋪開實(shí)用化的基礎(chǔ)，并且不存在特定用途的范疇。
[0005]當(dāng)將通常被用于可見光檢測的光電轉(zhuǎn)換原理應(yīng)用于遠(yuǎn)紅外線檢測時(shí)，可能會使用由半導(dǎo)體等形成的固體元件。然而，因?yàn)檫h(yuǎn)紅外線(波長大約是10微米)的能量小到120meV，所以必須把該固體元件冷卻到液氮溫度以下。
[0006]作為利用場效應(yīng)晶體管(FET:field-effect transistor)而用于光合作用用途的成像儀，有一種如下的成像儀:其通過利用柵極電極上的分子導(dǎo)線而被連接至光合作用中心、并且通過在光接收中利用光合作用的光致激發(fā)勢(photoexcitat1n potential)而調(diào)節(jié)柵極電勢，來執(zhí)行成像(例如，參照NPL I)。
[0007]然而，因?yàn)闄z測波長局限于允許生物分子能夠在這個(gè)成像儀中進(jìn)行光合作用的波長，所以檢測波長局限于可見光的單一波長并且遠(yuǎn)紅外線不會被檢測到。此外，這個(gè)成像儀必須被配置成溶液體系且使用生物材料，因此其具有低的耐久性。光致激發(fā)勢小，靈敏度低，且S/N比也小。
[0008]也曾經(jīng)提出了空間光調(diào)制類型的幾種遠(yuǎn)紅外線傳感器(例如，參照NPL 2, PTL I和PTL 2) ο空間光調(diào)制類型是通過如下方式獲得熱圖像的方法，該方式是:利用介電常數(shù)的變化來檢測出伴隨著遠(yuǎn)紅外線的吸收而發(fā)生的電介質(zhì)的溫度變化。
[0009]引用文獻(xiàn)列表
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011][PTL I]日本未經(jīng)審查的專利申請公開第5-273503號
[0012][PTL 2]日本未經(jīng)審查的專利申請公開第2009-042164號
[0013]非專利文獻(xiàn)
[0014][NPL I]^B1-photosensor:Cyanobacterial photosystem I coupled withtransistor via molecular wire (生物-光敏元件:通過分子導(dǎo)線與晶體管親合的藍(lán)藻光合體系 I) 〃，B1chimica et B1physica Acta Volume 1767 (2007)，ρ.653-659
[0015][NPL 2]T.0kamoto, et al., Optics letters 18,p.1570 (1993)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]要解決的技術(shù)問題
[0017]然而，因?yàn)槠駷橹沟目臻g光調(diào)制類型的遠(yuǎn)紅外線傳感器擁有從光學(xué)上檢測所有電介質(zhì)的溫度變化的原理，所以光學(xué)機(jī)構(gòu)是必需的。因此，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而且部件的數(shù)量變得龐大。
[0018]期望的是，能夠使用更簡單的構(gòu)造來檢測紅外線。
[0019]解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案
[0020]本發(fā)明的第一實(shí)施例提供了一種紅外線檢測器，其包括:被形成于半導(dǎo)體基板上的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；作為柵極絕緣膜被形成于所述半導(dǎo)體基板上的紅外線吸收膜；以及被形成于所述柵極絕緣膜上且由針對紅外線呈透明的電極形成的柵極電極。在所述紅外線檢測器中，其被構(gòu)造成:當(dāng)預(yù)定電壓被施加給所述柵極電極時(shí)，預(yù)定電流在所述源極區(qū)域與所述漏極區(qū)域之間流動。
[0021]本發(fā)明的第二實(shí)施例提供了一種紅外線檢測方法，該方法包括:利用紅外線檢測器把紅外線吸收膜的因?yàn)闇囟壬仙鸬慕殡姵?shù)的變化作為柵極電容變化而檢測出來，所述溫度上升是伴隨著所述紅外線吸收膜對紅外線的吸收而發(fā)生的。在該方法中，所述紅外線檢測器包括:被形成于半導(dǎo)體基板上的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；作為柵極絕緣膜被形成于所述半導(dǎo)體基板上的所述紅外線吸收膜；以及被形成于所述柵極絕緣膜上且由針對紅外線呈透明的電極形成的柵極電極。
[0022]本發(fā)明的第三實(shí)施例提供了一種電子設(shè)備，其包括紅外線檢測器，所述紅外線檢測器包括:被形成于半導(dǎo)體基板上的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；作為柵極絕緣膜被形成于所述半導(dǎo)體基板上的紅外線吸收膜；以及被形成于所述柵極絕緣膜上且由針對紅外線呈透明的電極形成的柵極電極。在所述紅外線檢測器中，當(dāng)預(yù)定電壓被施加給所述柵極電極時(shí)，預(yù)定電流在所述源極區(qū)域與所述漏極區(qū)域之間流動。
[0023]在本發(fā)明的第一實(shí)施例和第三實(shí)施例中，可以設(shè)置有:被形成于半導(dǎo)體基板上的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；作為柵極絕緣膜被形成于所述半導(dǎo)體基板上的紅外線吸收膜；以及被形成于所述柵極絕緣膜上且由針對紅外線呈透明的電極形成的柵極電極，并且當(dāng)預(yù)定電壓被施加給所述柵極電極時(shí)，預(yù)定電流可以在所述源極區(qū)域與所述漏極區(qū)域之間流動。
[0024]在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，紅外線檢測器可以把紅外線吸收膜的因溫度上升(所述溫度上升是伴隨著所述紅外線吸收膜對紅外線的吸收而發(fā)生的)而引起的介電常數(shù)的變化作為柵極電容變化而檢測出來，該紅外線檢測器包括:被形成于半導(dǎo)體基板上的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；作為柵極絕緣膜被形成于所述半導(dǎo)體基板上的紅外線吸收膜；以及被形成于所述柵極絕緣膜上且由針對紅外線呈透明的電極形成的柵極電極。
[0025]所述紅外線檢測器和所述電子設(shè)備均可以是獨(dú)立的裝置，并且也可以是被嵌入其他裝置中的模塊。
[0026]本發(fā)明的有益技術(shù)效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第一至第三實(shí)施例，能夠使用更簡單的構(gòu)造來檢測紅外線。
[0028]此處所說明的效果并非是受限制的，并且可以是本發(fā)明中所說明的任何效果。
【附圖說明】
[0029]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的包括紅外線檢測器的熱線檢測機(jī)構(gòu)的圖。
[0030]圖2是示出了紅外線檢測器的構(gòu)造示例的圖。
[0031]圖3是紅外線檢測器的俯視圖。
[0032]圖4是示出了 IR(紅外線)吸收膜的溫度依賴關(guān)系的曲線圖。
[0033]圖5是用于說明紅外線檢測器的檢測操作的曲線圖。
[0034]圖6是示出了紅外線檢測器的漏極電流Id與漏極電壓Vd之間的關(guān)系的曲線圖。
[0035]圖7是示出了在考慮了溝道溫度上升的情況下漏極電流Id與漏極電壓Vd之間的關(guān)系的曲線圖。
[0036]圖8是示出了使用SOI基板的紅外線檢測器的構(gòu)造示例的圖。
[0037]圖9是示出了其他成像傳感器的示例的圖。
[0038]圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的作為電子設(shè)備的熱成像設(shè)備的構(gòu)造示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]熱成像傳感器的構(gòu)造
[0040]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的包括紅外線檢測器的熱線檢測機(jī)構(gòu)的圖。
[0041]圖1所示的熱線檢測機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成具有快門1、IR透鏡2、截止濾光器3和熱成像傳感器4。
[0042]快門I通過打開或關(guān)閉操作來控制(遮擋/通過)光向IR透鏡2上的入射。IR透鏡2是由至少能夠允許紅外線透射的材料形成的聚光透鏡，并且把當(dāng)快門I打開時(shí)入射過來的光(入射光)聚集到熱成像傳感器4。截止濾光器3通過截止入射光之中的可見光和近紅外線而能夠只允許遠(yuǎn)紅外線(FIR:far-1nfrared ray)透射。
[0043]熱成像傳感器4是通過將作為像素的紅外線檢測器12以二維陣列形狀布置于半導(dǎo)體基板11上而構(gòu)成的，其中，例如硅(Si)被用作所述半導(dǎo)體。通過快門1、IR透鏡2和截止濾光器3的遠(yuǎn)紅外線入射到以二維陣列形狀布置著的各個(gè)紅外線檢測器12上。
[0044]紅外線檢測器的構(gòu)造
[0045]圖2示出了紅外線檢測器12的構(gòu)造示例。
[0046]在紅外線檢測器12中，例如，漏極區(qū)域31和源極區(qū)域32是通過將高濃度的雜質(zhì)離子注入到P型(第一導(dǎo)電型)半導(dǎo)體基板11上而形成的η型(第二導(dǎo)電型)半導(dǎo)體區(qū)域。此外，柵極電極34被形成于半導(dǎo)體基板11上且柵極絕緣膜33介于它們二者之間。紅外線檢測器12被構(gòu)造成:當(dāng)預(yù)定電壓被施加給柵極電極34時(shí)，預(yù)定電流通過溝道35而在漏極區(qū)域31與源極區(qū)域32之間流動。
[0047]因此，