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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024056365
(43)【公開日】2024-04-23
(54)【発明の名称】光センサ
(51)【国際特許分類】
H10N 10/17 20230101AFI20240416BHJP
H10N 10/851 20230101ALI20240416BHJP
H10N 10/13 20230101ALI20240416BHJP
H10N 10/01 20230101ALI20240416BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20240416BHJP
【ＦＩ】
H01L35/32 A
H01L35/14
H01L35/30
H01L35/34
G01J1/02 R
G01J1/02 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022163187
(22)【出願日】2022-10-11
(71)【出願人】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100136098
【弁理士】
【氏名又は名称】北野 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100137246
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勝也
(74)【代理人】
【識別番号】100158861
【弁理士】
【氏名又は名称】南部 史
(74)【代理人】
【識別番号】100194674
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 覚史
(72)【発明者】
【氏名】岳山 恭平
(72)【発明者】
【氏名】廣瀬 光太郎
(72)【発明者】
【氏名】足立 真寛
【テーマコード（参考）】
2G065
【Ｆターム（参考）】
2G065AB02
2G065BA02
2G065BA11
2G065CA13
(57)【要約】
【課題】感度の向上を図ることができる光センサを提供する。
【解決手段】光センサは、支持層と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、第１主面上に配置される熱電変換材料部と、ヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のｐ型材料層はそれぞれ、ヒートシンクと重なる第１領域と、光吸収膜と重なる第２領域と、を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、ヒートシンクと重なる第３領域と、光吸収膜と重なる第４領域と、を含む。複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、交互に直列で配置される。光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。
【選択図】図２
【解決手段】光センサは、支持層と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、第１主面上に配置される熱電変換材料部と、ヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のｐ型材料層はそれぞれ、ヒートシンクと重なる第１領域と、光吸収膜と重なる第２領域と、を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、ヒートシンクと重なる第３領域と、光吸収膜と重なる第４領域と、を含む。複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、交互に直列で配置される。光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１主面および前記第１主面と厚さ方向の反対に位置する第２主面を有する支持層と、
ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、前記第１主面上に配置される熱電変換材料部と、
前記第２主面上に配置され、前記第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、
前記第１主面と垂直な方向に見て、前記凹部と重なって配置される光吸収膜と、
前記熱電変換材料部と前記光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備え、
前記複数のｐ型材料層はそれぞれ、前記第１主面と垂直な方向に見て前記ヒートシンクと重なる第１領域と、前記光吸収膜と重なる第２領域と、を含み、
前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１主面と垂直な方向に見て前記ヒートシンクと重なる第３領域と、前記光吸収膜と重なる第４領域と、を含み、
前記複数のｐ型材料層および前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１領域と前記第３領域とが電気的に接続され、前記第２領域と前記第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置され、
前記光吸収膜は、
６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、
５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている、光センサ。
ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、前記第１主面上に配置される熱電変換材料部と、
前記第２主面上に配置され、前記第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、
前記第１主面と垂直な方向に見て、前記凹部と重なって配置される光吸収膜と、
前記熱電変換材料部と前記光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備え、
前記複数のｐ型材料層はそれぞれ、前記第１主面と垂直な方向に見て前記ヒートシンクと重なる第１領域と、前記光吸収膜と重なる第２領域と、を含み、
前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１主面と垂直な方向に見て前記ヒートシンクと重なる第３領域と、前記光吸収膜と重なる第４領域と、を含み、
前記複数のｐ型材料層および前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１領域と前記第３領域とが電気的に接続され、前記第２領域と前記第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置され、
前記光吸収膜は、
６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、
５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている、光センサ。
【請求項2】
前記光吸収膜の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１に記載の光センサ。
【請求項3】
前記樹脂は、エポキシ樹脂を含む、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項4】
前記光吸収膜の厚さは、２μｍ以上７μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項5】
前記光吸収膜の外形形状は、前記第１主面と垂直な方向に見て、円形状であり、
各前記ｐ型材料層および各前記第ｎ材料層は、放射状に配置されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
各前記ｐ型材料層および各前記第ｎ材料層は、放射状に配置されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項6】
前記第２領域および前記第４領域はそれぞれ、径方向において前記光吸収膜の中心から前記光吸収膜の半径の３０％以上８０％以下の領域に位置する、請求項５に記載の光センサ。
【請求項7】
前記光吸収膜の外形形状は、前記第１主面と垂直な方向に見て、矩形状であり、
各前記ｐ型材料層および各前記第ｎ材料層は、前記光吸収膜の一辺の延びる方向または前記一辺の延びる方向に垂直な方向に長手方向が沿うように配置されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
各前記ｐ型材料層および各前記第ｎ材料層は、前記光吸収膜の一辺の延びる方向または前記一辺の延びる方向に垂直な方向に長手方向が沿うように配置されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項8】
前記第１領域と前記第３領域とが導電性を有する第１導電部を介して電気的に接続され、前記第２領域と前記第４領域とが導電性を有する第２導電部を介して電気的に接続される、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項9】
前記複数のｐ型材料層および前記複数のｎ型材料層はそれぞれ、前記第１領域と前記第３領域とが前記第１主面に垂直な方向に見て重なり、オーミック接触して接続され、前記第２領域と前記第４領域とが前記第１主面に垂直な方向に見て重なり、オーミック接触して接続される、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項10】
前記ｐ型材料層およびｎ前記型材料層のうちの少なくともいずれか一方は、粒径が３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるナノ結晶構造およびアモルファス構造のうちの少なくともいずれか一方を有するＳｉＧｅから構成されている、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項11】
前記ＳｉＧｅは、多結晶体である、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光センサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する熱電変換材料を用いたサーモパイル型の赤外線センサに関する技術が知られている（たとえば特許文献１参照）。赤外線センサは、光エネルギーを熱エネルギーに変換する受光部（光吸収膜）と、温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する熱電変換部（サーモパイル）とを備える。熱電変換部においては、ｐ型熱電変換材料とｎ型熱電変換材料とを接続して形成される熱電対が用いられる。複数のｐ型熱電変換材料と複数のｎ型熱電変換材料とを交互に直列で接続することにより、出力を増加させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０００－３４０８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
光センサについては、光吸収膜により受けた光に応じて温度差が形成され、この温度差（熱エネルギー）が電気エネルギーに変換される。光センサにおいては、感度の向上を図ることが求められる。
【0005】
そこで、感度の向上を図ることができる光センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に従った光センサは、第１主面および第１主面と厚さ方向の反対に位置する第２主面を有する支持層と、ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、第１主面上に配置される熱電変換材料部と、第２主面上に配置され、第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のｐ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重なる第１領域と、光吸収膜と重なる第２領域と、を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重なる第３領域と、光吸収膜と重なる第４領域と、を含む。複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１領域と第３領域とが電気的に接続され、第２領域と第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置される。光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。
【発明の効果】
【0007】
上記光センサによると、感度を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る光センサは、
（１）第１主面および第１主面と厚さ方向の反対に位置する第２主面を有する支持層と、ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、第１主面上に配置される熱電変換材料部と、第２主面上に配置され、第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のｐ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重重なる第１領域と、光吸収膜と重なる第２領域と、を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重なる第３領域と、光吸収膜と重なる第４領域と、を含む。複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１領域と第３領域とが電気的に接続され、第２領域と第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置される。光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。なお、第２領域と第４領域とが電気的に接続される、とは、第２領域と第４領域とが電位差の無い程度に電気的に接続されていることをいう。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る光センサは、
（１）第１主面および第１主面と厚さ方向の反対に位置する第２主面を有する支持層と、ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｐ型材料層と、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅから構成され、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する帯状の複数のｎ型材料層と、を含み、第１主面上に配置される熱電変換材料部と、第２主面上に配置され、第１主面と垂直な方向に見て、内側に凹部を有するヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、凹部と重なって配置される光吸収膜と、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される絶縁膜と、を備える。複数のｐ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重重なる第１領域と、光吸収膜と重なる第２領域と、を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１主面と垂直な方向に見てヒートシンクと重なる第３領域と、光吸収膜と重なる第４領域と、を含む。複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１領域と第３領域とが電気的に接続され、第２領域と第４領域とが電気的に接続されるよう交互に直列で配置される。光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。なお、第２領域と第４領域とが電気的に接続される、とは、第２領域と第４領域とが電位差の無い程度に電気的に接続されていることをいう。
【0010】
赤外線センサのような、温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する熱電変換材料を用いたサーモパイル型の光センサについては、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光吸収膜と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換材料部（サーモパイル）と、を備える場合がある。熱電変換材料部においては、例えば、ｐ型の熱電変換材料とｎ型の熱電変換材料部とを接続して形成される熱電対が用いられる場合がある。複数の帯状のｐ型の熱電変換材料部と複数の帯状のｎ型の熱電変換材料部とを交互に直列で接続することにより、出力を増加させている。光センサにおける感度については、以下の数１に示す式によって表される。
【0011】
【数1】
【0012】
Ｄ＊は感度、ηは放射率、ｎは熱電対の対数、αはゼーベック係数、Ｇｔｈは熱コンダクタンスを示す。この式からも把握できるように、熱コンダクタンスを低減することができれば、光センサにおける感度の向上を図ることができる。
【0013】
ここで、本発明者らは、熱コンダクタンスの低減を図る際に、熱コンダクタンスの逆数とほぼ等しい温度差を大きくしようと考えた。そして、光センサに含まれる構成のうち、熱電変換材料部に温度差を形成する光吸収膜について、光吸収膜の熱伝導率が高いと、熱電変換材料部に形成される温度差が小さくなってしまうことを見出した。すなわち、熱電変換材料部のうち、光吸収膜と重なって高温となる領域において、光吸収膜の熱伝導率が高いとこの領域が同じ温度となってしまい、温度差を形成しにくいと考えた。そこで、本発明者らはこの点について着目して鋭意検討し、本開示の構成を想到するに至った。
【0014】
本開示の光センサによると、光吸収膜は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボン（Ｃ）と、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。このような構成の光吸収膜は、上記樹脂を５質量％以上４０質量％以下の含有割合で含むため、熱伝導率を低くすることができる。そうすると、複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層において、光吸収膜と重なる領域に大きい温度差を形成することができる。したがって、全体として帯状の複数のｐ型材料層のそれぞれおよび帯状の複数のｎ型材料層のそれぞれにおいて、大きい温度差を形成することができる。この場合、熱電変換材料部と光吸収膜との間には絶縁膜が配置されているため、熱電変換材料部と光吸収膜との間の絶縁性を確保することができる。また、光吸収膜に求められる性能として、高い光吸収率が挙げられるが、上記構成の光吸収膜によると、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンを含むため、高い光吸収率を実現することができる。すなわち、上記構成の光吸収膜は、熱伝導率を低くしながら高い光吸収率を実現することができる。以上より、上記構成の光センサによると、熱電変換材料部において大きい温度差を形成することができるため、光センサの感度の向上を図ることができる。
【0015】
（２）上記（１）において、光吸収膜の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ以下であってもよい。このような光センサは、大きい温度差をより確実に形成して、より感度の向上を図ることができる。
【0016】
（３）上記（１）または（２）において、樹脂は、エポキシ樹脂を含んでもよい。このような光センサは、光吸収膜において低い熱伝導率および高い光吸収率をより確実に実現することができるため、感度の向上をより確実に図ることができる。
【0017】
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、光吸収膜の厚さは、２μｍ以上７μｍ以下であってもよい。このようにすることにより、光吸収膜における光吸収の性能を確実に維持しながら、必要以上に光吸収膜が厚くなりすぎることを抑制して、より確実に大きい温度差を実現することができる。
【0018】
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、光吸収膜の外形形状は、第１主面と垂直な方向に見て、円形状であってもよい。各ｐ型材料層および各第ｎ材料層は、放射状に配置されていてもよい。このようにすることにより、光吸収膜の外形形状に合わせてスペースを有効活用しながら、大きい温度差を形成するよう各ｐ型材料層および各ｎ型材料層を配置することができる。したがって、より効率的に光センサの感度を向上させることができる。
【0019】
（６）上記（５）において、第２領域および第４領域はそれぞれ、径方向において光吸収膜の中心から光吸収膜の半径の３０％以上８０％以下の領域に位置してもよい。このようにすることにより、光吸収膜と重なる領域を含む帯状のｐ型材料層の長手方向および帯状のｎ型材料層の長手方向において、大きな温度差を形成することができる。したがって、より感度の向上を図ることができる。
【0020】
（７）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、光吸収膜の外形形状は、第１主面と垂直な方向に見て、矩形状であってもよい。各ｐ型材料層および各第ｎ材料層は、光吸収膜の一辺の延びる方向または一辺の延びる方向に垂直な方向に長手方向が沿うように配置されていてもよい。このようにすることにより、第１主面と垂直な方向に見て支持層が矩形状であった場合に、第１主面上の領域を有効活用して、帯状のｐ型材料層の長手方向および帯状のｎ型材料層の長手方向にそれぞれ大きな温度差を形成することができる。したがって、より感度の向上を図ることができる。
【0021】
（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、第１領域と第３領域とが導電性を有する第１導電部を介して電気的に接続され、第２領域と第４領域とが導電性を有する第２導電部を介して電気的に接続されてもよい。このようにすることにより、第１接続部および第２接続部によりｐ型材料層とｎ型材料層とを確実に電気的に接続することができる。また、ｐ型材料層およびｎ型材料層が重ならない構成であるため、ｐ型材料層とｎ型材料層とを同じ工程で成膜等により形成しやすい。したがって、生産性の向上を図ることができる。
【0022】
（９）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、複数のｐ型材料層および複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１領域と第３領域とが第１主面に垂直な方向に見て重なり、オーミック接触して接続され、第２領域と第４領域とが第１主面に垂直な方向に見て重なり、オーミック接触して接続されてもよい。このようにすることにより、ｐ型材料層とｎ型材料層との間に部材を介在させないようにして、ｐ型材料層およびｎ型材料層を第１主面上に集約して配置しやすい。したがって、ｐ型材料層とｎ型材料層とを多く配置して、出力の増加を図りやすくすることができる。
【0023】
（１０）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、ｐ型材料層およびｎ型材料層のうちの少なくともいずれか一方は、粒径が３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるナノ結晶構造およびアモルファス構造のうちの少なくともいずれか一方を有するＳｉＧｅから構成されていてもよい。このようにすることにより、熱電変換効率の向上を図ることができる。したがって、感度の向上を図ることができる。
【0024】
（１１）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、ＳｉＧｅは、多結晶体であってもよい。このような多結晶体であるＳｉＧｅについても、本開示の光センサにおいて、好適に利用される。なお、本開示の多結晶体の結晶化率については、９９％以上である。
【0025】
［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の光センサの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
次に、本開示の光センサの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
【0026】
（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る光センサの構成について説明する。図１は、実施の形態１における光センサの外観の概略平面図である。図２は、図１における線分ＩＩ－ＩＩに沿う断面を示す実施の形態１の光センサの概略断面図である。図３は、図１に示す光センサにおいて、図１における線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面を示す実施の形態１の光センサの一部の概略断面図である。
本開示の実施の形態１に係る光センサの構成について説明する。図１は、実施の形態１における光センサの外観の概略平面図である。図２は、図１における線分ＩＩ－ＩＩに沿う断面を示す実施の形態１の光センサの概略断面図である。図３は、図１に示す光センサにおいて、図１における線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面を示す実施の形態１の光センサの一部の概略断面図である。
【0027】
図１、図２および図３を参照して、光センサ１１ａは、例えば赤外線センサである。光センサ１１ａは、支持層１２と、熱電変換材料部１３と、ヒートシンク１４と、光吸収膜としての赤外線吸収膜１５と、絶縁膜１６と、第１電極１７と、第２電極１８と、を含む。支持層１２は、薄い層状である。本実施形態においては、支持層１２は、厚さ方向に見て矩形状である。具体的には、支持層１２のＹ方向の長さは、支持層１２のＸ方向の長さよりも長い。なお、Ｘ方向およびＹ方向は、支持層１２の厚さ方向であるＺ方向にそれぞれ直交する方向である。Ｘ方向とＹ方向とは、直交している。
【0028】
支持層１２は、第１主面２１と、第２主面２２と、を有する。第１主面２１は、支持層１２の厚さ方向の一方側に位置し、第２主面２２は、第１主面２１の厚さ方向の他方側である反対側に位置する。すなわち、第１主面２１および第２主面２２は、支持層１２の厚さ方向であるＺ方向に間隔をあけて配置されている。支持層１２の材質としては、例えばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）やＳｉＮ（窒化ケイ素）が選択される。
【0029】
熱電変換材料部１３は、熱エネルギー（温度差）を電気エネルギーに変換する。熱電変換材料部１３は、支持層１２上、具体的には第１主面２１上に配置されている。熱電変換材料部１３は、それぞれ帯状の複数のｐ型材料層２３と、それぞれ帯状の複数のｎ型材料層２４と、を含む。ｐ型材料層２３は、ｐ型の導電型を有するＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）から構成されている。ｎ型材料層２４は、ｎ型の導電型を有するＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）から構成されている。一つのｐ型材料層２３および一つのｎ型材料層２４を組み合わせて、一対の熱電対が構成される。本実施形態においては、ｐ型材料層２３およびｎ型材料層２４はそれぞれ９本ずつ備えられているが、もちろんこれらの本数に限定されず、求められる機能や用途等に応じて、それらの数は任意に定められる。複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４の構成については、後に詳述する。
【0030】
ヒートシンク１４は、支持層１２上、具体的には第２主面２２上に配置されている。ヒートシンク１４は、支持層１２等と比較して十分に厚く構成されている。ヒートシンク１４は、第１主面２１と垂直な方向であるＺ方向に見て、内側に凹部２５を有する。図１中の破線で示すように、凹部２５の縁２６は、Ｚ方向に見て円形状である。凹部２５は、後述する赤外線吸収膜１５と共に、支持層１２の第１主面２１上に配置される帯状のｐ型材料層２３の長手方向および帯状のｎ型材料層２４の長手方向にそれぞれ温度差を形成するように設けられている。ヒートシンク１４の材質としては、例えばＳｉ（シリコン）が選択される。すなわち、ヒートシンク１４は、シリコン基板から構成されている。
【0031】
赤外線吸収膜１５は、第１主面２１と垂直な方向に見て、凹部２５と重なって配置される。すなわち、赤外線吸収膜１５は、第１主面２１と垂直な方向であるＺ方向に見て、凹部２５と重なるように配置されている。赤外線吸収膜１５は、Ｚ方向に見て、凹部２５内に配置されている。赤外線吸収膜１５の外縁２７は、Ｚ方向に見て円形状である。赤外線吸収膜１５の外縁２７の直径は、凹部２５の縁２６の直径よりも小さい。赤外線吸収膜１５の構成については、後に詳述する。
【0032】
絶縁膜１６は、熱電変換材料部１３と赤外線吸収膜１５との間に配置される。絶縁膜１６は、熱電変換材料部１３と赤外線吸収膜１５との間の絶縁を確保する。絶縁膜１６の外縁２８についても、赤外線吸収膜１５の外縁２７と同様に、Ｚ方向に見て円形状である。絶縁膜１６の外縁２８の直径は、赤外線吸収膜１５の外縁２７の直径よりもやや大きい。図１等において、赤外線吸収膜１５の外縁２７と絶縁膜１６の外縁２８との差を誇張して大きく図示している。具体的には、絶縁膜１６の半径は、赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５よりも５ｎｍ程度大きい。絶縁膜１６の材質としては、例えばＳｉＯ２が選択される。また、絶縁膜１６の厚さとしては、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が選択される。
【0033】
第１電極１７および第２電極１８はそれぞれ、支持層１２の第１主面２１上に配置される。第１電極１７と第２電極１８とは、Ｘ方向に間隔をあけて配置される。第１電極１７および第２電極１８はそれぞれ、いわゆるパッド電極である。第１電極１７は、複数のｐ型材料層２３のうちの一つのｐ型材料層２３と接続される。具体的には、後述するように交互に直列で接続されるｐ型材料層２３およびｎ型材料層２４において、一番端に位置するｐ型材料層２３と電気的に接続される。第２電極１８は、複数のｎ型材料層２４のうちの一つのｎ型材料層２４と接続される。具体的には、交互に直列で接続されるｐ型材料層２３およびｎ型材料層２４において、一番端に位置するｎ型材料層２４と電気的に接続される。第１電極１７および第２電極１８の材質としては、例えば、Ａｕ（金）、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）が選択される。
【0034】
次に、熱電変換材料部１３の具体的な構成について説明する。複数のｐ型材料層２３はそれぞれ、第１主面２１と垂直な方向に見てヒートシンク１４と重なる第１領域３１と、赤外線吸収膜１５と重なる第２領域３２と、を含む。第１領域３１は、ｐ型材料層の長手方向において一方に位置する第１端部４１を含む。第２領域３２は、ｐ型材料層の長手方向において他方に位置する第２端部４２を含む。複数のｎ型材料層はそれぞれ、第１主面２１と垂直な方向に見てヒートシンク１４と重なる第３領域３３と、赤外線吸収膜１５と重なる第４領域３４と、を含む。以下で説明するように、第１領域３１と第３領域３３は、第１主面２１と垂直な方向に見てヒートシンク１４と重なるとともに、互いに電気的に接続される領域である。第２領域３２と第４領域３４は、第１主面２１と垂直な方向に見て赤外線吸収膜１５と重なるとともに、互いに電気的に接続される領域である。第３領域３３は、ｎ型材料層２４の長手方向において一方に位置する第３端部４３を含む。第４領域３４は、ｎ型材料層２４の長手方向において他方に位置する第４端部４４を含む。
【0035】
本実施形態においては、各ｐ型材料層２３および各ｎ型材料層２４は、放射状に配置されている。すなわち、各ｐ型材料層２３および各ｎ型材料層２４の長手方向が、赤外線吸収膜１５の中心１９から放射状となるように配置されている。具体的には、Ｚ方向に見て、ｐ型材料層２３の第１領域３１およびｎ型材料層２４の第３領域３３が外径側に配置され、ｐ型材料層２３の第２領域３２およびｎ型材料層２４の第４領域３４が内径側に配置されている。また、ｐ型材料層２３とｎ型材料層２４は、周方向に間隔をあけて交互に並んで配置されている。
【0036】
また、熱電変換材料部１３は、導電性を有する複数の第１接続部３５と、導電性を有する複数の第２接続部３６と、を含む。第１接続部３５および第２接続部３６はそれぞれ、Ｚ方向に見て円弧状である。第１接続部３５は、外径側において第１領域３１と第３領域３３とを接続する。すなわち、第１領域３１と第３領域３３は、第１接続部３５を介して電気的に接続されている。第２接続部３６は、内径側において第２領域３２と第４領域３４とを接続する。すなわち、第２領域３２と第４領域３４は、第２接続部３６を介して電気的に接続されている。第１接続部３５および第２接続部３６の材質としては、例えば、第１電極１７および第２電極１８と同じ材質のものが選択される。第１領域３１と第３領域３３とはそれぞれ、第１接続部３５とオーミック接触する領域である。このように、第１領域３１と第３領域３３とは電気的に接続される。第２領域３２と第４領域３４とはそれぞれ、第２接続部３６とオーミック接触する領域である。このように、第２領域３２と第４領域３４とは電気的に接続される。
【0037】
複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４はそれぞれ、第１領域３１と第３領域３３とが第１接続部３５を介して電気的に接続される。また、複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４はそれぞれ、第２領域３２と第４領域３４とが第２接続部３６を介して電気的に接続される。このようにして、複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４は、交互に直列で配置される。なお、複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４のうちの最も端に位置するｐ型材料層２３は、第１電極１７と電気的に接続される。また、複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４のうち、最も端に位置するｎ型材料層２４は、第２電極１８と電気的に接続される。第１電極１７および第２電極１８は、それぞれ外部と電気的に接続される。
【0038】
ここで、赤外線吸収膜１５の具体的な構成について説明する。赤外線吸収膜１５は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。本実施形態においては、赤外線吸収膜１５は、８５質量％のカーボンと、１５質量％の樹脂と、から構成されている。具体的な樹脂としては、例えばエポキシ樹脂が選択される。赤外線吸収膜１５の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ以下である。本実施形態においては、赤外線吸収膜１５の熱伝導率は、０．６Ｗ／ｍＫである。また、赤外線吸収膜１５の厚さＴ１は、２μｍ以上７μｍ以下である。本実施形態においては、赤外線吸収膜１５の厚さＴ１は、５μｍである。
【0039】
図２に示すように、ｐ型材料層２３の第２領域３２およびｎ型材料層２４の第４領域３４はそれぞれ、径方向において赤外線吸収膜１５の中心１９から赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５の３０％以上８０％以下の領域ＲＥに位置する。本実施形態においては、第２領域３２および第４領域３４はそれぞれ、径方向において赤外線吸収膜１５の中心１９から赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５の５０％の位置にある。図２において、半径Ｒ１５の３０％を矢印Ｒ１で示し、半径Ｒ１５の８０％を矢印Ｒ２で示す。
【0040】
なお、このような光センサ１１ａは、例えば、以下のようにして製造することができる。以下、上記構成の光センサ１１ａの製造方法について、簡単に説明する。まず、シリコン基板を準備し、このシリコン基板上に支持層１２となるＳｉＯ２またはＳｉＮの膜を形成する。その後、熱電変換材料部１３に含まれるｐ型材料層２３およびｎ型材料層２４を構成するＳｉＧｅを成膜し、各材料層を電気的に接続するために第１接続部３５および第２接続部３６を成膜する。第１接続部３５および第２接続部３６の材質としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）やＴｉ（チタン）、Ａｕ（金）が選択される。その後、ＳｉＯ２により絶縁膜１６を成膜し、赤外線吸収膜１５を成膜する。赤外線吸収膜１５の成膜については、まず、ブラックレジストを準備し、これをスピンコーターにて塗布し、成膜する。ブラックレジストについては、最終的に６０質量％以上９５質量％以下のカーボンと、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成される赤外線吸収膜１５が残るように各種の成分、例えば溶剤が配合され、調製される。この場合、例えば、エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いてもよい。成膜後、フォトリソグラフィ装置により露光し、現像液に浸すことにより、ブラックレジストのパターンを形成する。この場合、外形形状が円形状となるように形成する。最後にポストベークを行い、成膜を完了させる。その後、第１電極１７、第２電極１８等を形成し、シリコン基板を貫通して支持層１２に至るようシリコン基板をエッチングして凹部２５等を形成してヒートシンク１４を形成し、上記構成の光センサ１１ａを製造する。
【0041】
このような光センサ１１ａによると、赤外線吸収膜１５は、６０質量％以上９５質量％以下のカーボン（Ｃ）と、５質量％以上４０質量％以下の樹脂と、から構成されている。このような構成の赤外線吸収膜１５は、上記樹脂を５質量％以上４０質量％以下の含有割合で含むため、熱伝導率を低くすることができる。そうすると、複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４において、赤外線吸収膜１５と重なる領域、具体的には第２領域３２および第４領域３４に大きい温度差を形成することができる。したがって、全体として帯状の複数のｐ型材料層２３のそれぞれおよび帯状の複数のｎ型材料層２４のそれぞれにおいて、大きい温度差を形成することができる。この場合、熱電変換材料部１３と赤外線吸収膜１５との間には絶縁膜１６が配置されているため、熱電変換材料部１３と赤外線吸収膜１５との間の絶縁性を確保することができる。また、赤外線吸収膜１５に求められる性能として、高い光吸収率が挙げられるが、上記構成の赤外線吸収膜１５によると、６０質量％以上９５質量％以下のカーボンを含むため、高い光吸収率を実現することができる。すなわち、上記構成の赤外線吸収膜１５は、熱伝導率を低くしながら高い光吸収率を実現することができる。以上より、上記構成の光センサ１１ａによると、熱電変換材料部１３において大きい温度差を形成することができるため、光センサ１１ａの感度の向上を図ることができる。
【0042】
上記構成の光センサ１１ａにおける赤外線吸収膜１５は、厚さを３μｍ以上とした状態において、熱伝導率は、０．６Ｗ／ｍｋであり、低い熱伝導率を実現していることが把握できた。また、波長が８～１２μｍであった場合の光吸収率（放射率）については、８０％であり、高い光吸収率を維持していることが把握できた。これに対し、カーボンのみを用いた赤外線吸収膜の場合、光吸収率は８０％と高く維持できるものの、熱伝導率は１５０Ｗ／ｍｋとなり、熱伝導率が非常に高い。このような赤外線吸収膜によると、赤外線吸収膜と重なる領域においてｐ型材料層およびｎ型材料層に温度差を形成することができず、その結果、大きい温度差を形成することが困難となる。一方、赤外線吸収膜としてＳｉＯ２を用いた場合、熱伝導率は１．４Ｗ／ｍｋとなり、低い熱伝導率を維持できるものの、光吸収率は３０％であり、非常に低い値となってしまう。以上より、本開示の実施の形態１における光センサ１１ａによると、赤外線吸収膜１５における低い熱伝導率および高い光吸収率を確保して、光センサ１１ａの感度の向上を図ることができる。
【0043】
本実施形態においては、赤外線吸収膜１５の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ以下である。このような光センサ１１ａは、大きい温度差をより確実に形成して、より感度の向上を図ることができる。
【0044】
本実施形態においては、樹脂は、エポキシ樹脂を含む。このような光センサ１１ａは、赤外線吸収膜１５において低い熱伝導率および高い光吸収率をより確実に実現することができるため、感度の向上をより確実に図ることができる。
【0045】
本実施形態においては、赤外線吸収膜１５の厚さは、２μｍ以上７μｍ以下である。よって、赤外線吸収膜１５における光吸収の性能を確実に維持しながら、必要以上に赤外線吸収膜１５が厚くなりすぎることを抑制して、より確実に大きい温度差を実現することができる。
【0046】
本実施形態においては、赤外線吸収膜１５の外形形状は、第１主面２１と垂直な方向に見て、円形状である。各ｐ型材料層２３および各第ｎ型材料層２４は、放射状に配置されている。よって、赤外線吸収膜１５の外形形状に合わせてスペースを有効活用しながら、大きい温度差を形成するよう各ｐ型材料層２３および各ｎ型材料層２４を配置することができる。したがって、より効率的に光センサ１１ａの感度を向上させることができる。
【0047】
本実施形態においては、複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４はそれぞれ、第１領域３１と第３領域３３とが導電性を有する第１接続部３５を介して電気的に接続される。また、複数のｐ型材料層２３および複数のｎ型材料層２４はそれぞれ、第２領域３２と第４領域３４とが導電性を有する第２接続部３６を介して電気的に接続される。よって、第１接続部３５および第２接続部３６によりｐ型材料層２３とｎ型材料層２４とを確実に接続することができる。また、ｐ型材料層２３およびｎ型材料層２４が重ならない構成であるため、ｐ型材料層２３とｎ型材料層２４とを同じ工程で成膜等により形成しやすい。したがって、生産性の向上を図ることができる。
【0048】
本実施形態においては、第２領域３２および第４領域３４はそれぞれ、径方向において赤外線吸収膜１５の中心１９から赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５の３０％以上８０％以下の領域ＲＥに位置する。第２端部４２および第４端部４４はそれぞれ、径方向において赤外線吸収膜１５の中心１９から赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５の３０％以上８０％以下の位置にある。よって、帯状のｐ型材料層２３の長手方向および帯状のｎ型材料層２４の長手方向において、大きな温度差を形成することができる。したがって、より感度の向上を図ることができる。
【0049】
ここで、実施の形態１における光センサおよびカーボンのみを赤外線吸収膜として用いた場合の光センサにおいて、温度と中心からの距離との関係について説明する。図４は、実施の形態１における光センサおよびカーボンのみを赤外線吸収膜として用いた場合の光センサにおける温度と中心からの距離との関係を示すグラフである。図４において、横軸は赤外線吸収膜の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は温度（℃）を示す。図４において、白丸印は、赤外線吸収膜がカーボンのみから構成されている場合を示し、白四角印は、実施の形態１における光センサを示す。赤外線吸収膜は、中心１９から破線で示す０．３８ｍｍの位置まで配置されている。すなわち、赤外線吸収膜の直径は、０．７６ｍｍである。
【0050】
図４を参照して、赤外線吸収膜がカーボンのみから構成されている場合、中心から点Ｐ１で示す０．３８ｍｍまでの位置において、温度は２７．３℃で一定である。すなわち、熱伝導率が高いため、中心から０．３８ｍｍまでの領域においては、温度差を形成することができず、この領域に赤外線吸収膜と重なるようにしてｐ型材料層およびｎ型材料層を配置しても、各材料層の長手方向において温度差を形成できない。一方、本開示の実施の形態１における光センサによると、赤外線吸収膜の熱伝導率が低いため、温度差を形成することができる。具体的には、赤外線吸収膜の中心が約２７．８℃であり、中心から外径側に向かうにつれて温度が低下し、０．３８ｍｍの位置、すなわち、赤外線吸収膜の外縁の位置において、２７．３℃となっている。よって、赤外線吸収膜と重なる領域においても温度差が警世されている。この領域を有効活用して、ｐ型材料層およびｎ型材料層と赤外線吸収膜とが重なる領域を広く確保して、長手方向における大きな温度差を実現することができる。
【0051】
図５は、実施の形態１における光センサの感度と、カーボンのみを赤外線吸収膜として用いた場合の光センサの感度とを比較したグラフである。図５において、縦軸は感度（Ｖ／Ｗ）を示す。なお、光センサの感度については、熱型光源（フィラメント）により照射される赤外光（Ｗ／ｍ２）に対してどれだけ電圧が検出されるかにより測定される。熱型光源としては、ＳＡ１０５１０－８Ｍ３（Ｃａｌ Ｓｎｓｏｒｓ Ｉｎｃ．社製）を用い、電圧を２．２Ｖ、電流を１．１Ａとして、７ｃｍにて測定した。
【0052】
図５を参照して、カーボンのみを赤外線吸収膜として用いた場合の光センサの感度と比較して、実施の形態１における光センサの感度は、２２％向上している。
【0053】
（実施の形態２）
他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、本開示の実施の形態２における光センサの外観の概略平面図である。図７は、図６における線分ＶＩＩ－ＶＩＩに沿う断面を示す実施の形態２の光センサの概略断面図である。実施の形態２における光センサは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２の光センサは、ｐ型材料層およびｎ型材料層の接続、つまり、第１領域３１、第２領域３２、第３領域３３、第４領域３４の構成において実施の形態１の場合とは異なっている。
他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、本開示の実施の形態２における光センサの外観の概略平面図である。図７は、図６における線分ＶＩＩ－ＶＩＩに沿う断面を示す実施の形態２の光センサの概略断面図である。実施の形態２における光センサは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２の光センサは、ｐ型材料層およびｎ型材料層の接続、つまり、第１領域３１、第２領域３２、第３領域３３、第４領域３４の構成において実施の形態１の場合とは異なっている。
【0054】
図６および図７を参照して、実施の形態２における光センサ１１ｂを説明する。複数のｐ型材料層２３はそれぞれ、第１主面２１と垂直な方向に見てヒートシンク１４と重なる第１領域３１と、赤外線吸収膜１５と重なる第２領域３２と、を含む。複数のｎ型材料層２４はそれぞれ、第１主面２１と垂直な方向に見てヒートシンク１４と重なる第３領域３３と、赤外線吸収膜１５と重なる第４領域３４とを含む。第１領域３１と第３領域３３とは、第１主面２１と垂直な方向に見てヒートシンク１４と重なるとともに、互いにオーミック接触する領域である。第２領域３２と第４領域３４とは、第１主面２１と垂直な方向に見て赤外線吸収膜１５と重なるとともに、互いにオーミック接触する領域である。なお、ｐ型材料層２３とｎ型材料層２４とがオーミック接触していない領域において、ｐ型材料層２３とｎ型材料層２４との間には、絶縁膜（層間絶縁膜）２９が配置されている。
【0055】
ｐ型材料層２３の第２領域３２およびｎ型材料層２４の第４領域３４はそれぞれ、径方向において赤外線吸収膜１５の中心１９から赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５の３０％以上８０％以下の領域ＲＥに位置する。このように構成することによっても、光センサ１１ｂの感度の向上を図ることができる。この場合、ｐ型材料層２３とｎ型材料層２４との間に部材を介在させないようにして、ｐ型材料層２３およびｎ型材料層２４を第１主面２１上に集約して配置しやすい。したがって、ｐ型材料層２３とｎ型材料層２４とを多く配置して、出力の増加を図りやすくすることができる。
【0056】
（実施の形態３）
他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図８は、本開示の実施の形態３における光センサの外観の概略平面図である。実施の形態３における光センサは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３の光センサは、赤外線吸収膜１５の外形形状等において実施の形態１の場合とは異なっている。
他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図８は、本開示の実施の形態３における光センサの外観の概略平面図である。実施の形態３における光センサは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３の光センサは、赤外線吸収膜１５の外形形状等において実施の形態１の場合とは異なっている。
【0057】
図８を参照して、実施の形態３における光センサ１１ｃにおいて、赤外線吸収膜１５の外形形状は、第１主面２１と垂直な方向に見て、矩形状である。具体的には、矩形状のうち、四隅の角が丸められた形状である。各ｐ型材料層２３および各第ｎ型材料層２４は、赤外線吸収膜１５の一辺の延びる方向または一辺の延びる方向に垂直な方向に長手方向が沿うように配置されている。具体的には、各ｐ型材料層２３および各ｎ型材料層２４は、Ｘ方向またはＹ方向が長手方向となるように配置されている。
【0058】
ｐ型材料層２３の第２領域３２およびｎ型材料層２４の第４領域３４はそれぞれ、径方向において赤外線吸収膜１５の中心１９から赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５の３０％以上８０％以下の領域ＲＥに位置する。ここで、矩形状の赤外線吸収膜１５の径方向とは、中心１９から外向きの方向のことである。また、矩形状の赤外線吸収膜１５の半径Ｒ１５とは、ｘ軸方向の赤外線吸収膜１５の幅をＷｘ１５とし、ｙ軸方向の赤外線吸収膜１５の幅をＷｙ１５として、以下のように求められる。
Ｒ１５＝（Ｗｘ１５＋Ｗｙ１５）／４
Ｒ１５＝（Ｗｘ１５＋Ｗｙ１５）／４
【0059】
このように構成することによっても、光センサ１１ｃの感度の向上を図ることができる。また、第１主面２１と垂直な方向に見て支持層１２が矩形状であった場合に、第１主面２１上の領域を有効活用して、帯状のｐ型材料層２３の長手方向および帯状のｎ型材料層２４の長手方向にそれぞれ大きな温度差を形成することができる。したがって、より感度の向上を図ることができる。
【0060】
（他の実施の形態）
なお、上記の実施の形態において、樹脂は、エポキシ樹脂を含むこととしたが、これに限らず、他の樹脂、例えばフェノール樹脂やメラミン樹脂、ポリウレタン樹脂等を含むことにしてもよい。
なお、上記の実施の形態において、樹脂は、エポキシ樹脂を含むこととしたが、これに限らず、他の樹脂、例えばフェノール樹脂やメラミン樹脂、ポリウレタン樹脂等を含むことにしてもよい。
【0061】
また、上記の実施の形態においては、絶縁膜の大きさは、赤外線吸収膜の大きさよりも大きいこととしたが、これに限らず、絶縁膜の大きさは、赤外線吸収膜の大きさと同じであってもよい。すなわち、第１主面と垂直な方向に見て、赤外線吸収膜が絶縁膜を完全に覆う構成であってもよい。さらに、赤外線吸収膜の方が絶縁膜よりも大きくてもよい。
【0062】
なお、上記の実施の形態において、ｐ型材料層およびｎ型材料層のうちの少なくともいずれか一方は、粒径が３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるナノ結晶構造およびアモルファス構造のうちの少なくともいずれか一方を有するＳｉＧｅから構成されていてもよい。このようにすることにより、熱電変換効率の向上を図ることができる。したがって、感度の向上を図ることができる。
【0063】
結晶の粒径の測定については、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像の観察により行った。装置としては、ＪＥＭ－２１００Ｆ（日本電子株式会社製）を用い、加速電圧を２００ｋＶとした。そして、電子プローブ径を０．２ｎｍとし、ＥＤＸマッピング条件として、画素数を２５６ｐｉｘｅｌ×２５６ｐｉｘｅｌとし、Ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅを０．５ｍｓ／ｐｉｘｅｌとし、積算回数を１５回とした。
【0064】
また、ｐ型材料層およびｎ型材料層の構成材料であるＳｉＧｅについては、例えばアモルファス構造のＳｉＧｅを、たとえば５００℃程度の温度で熱処理し、その一部でナノ結晶構造を作製してもよい。また、ＳｉＧｅは、多結晶体であってもよい。このような多結晶体であるＳｉＧｅについても、本開示の光センサにおいて、好適に利用される。なお、本開示の光センサにおける多結晶体の結晶化率については、９９％以上である。なお、結晶化率の測定については、以下のように行った。装置として、ＨＯＲＩＢＡ ＬａｂＲａｍ ＨＲ－ＰＬを用いた。測定条件としては、レーザー波長を５３２ｎｍとし、レーザーパワーを２．５ｍＷとした。解析条件としては、４００ｃｍ－１付近のピークを分析した。解析に際しては、ガウス関数と疑似フォークト関数をフィッティングした。ガウス関数Ｇ（ｘ）については、以下の数２に示す式によって表される。
【0065】
【数2】
【0066】
また、疑似フォークト関数Ｆ（ｘ）については、以下の数３に示す式によって表される。
【0067】
【数3】
【0068】
ガウス関数Ｇ（ｘ）：変数Ａｇ、Ｗｇ、ｘｇにおいて、ｘ０の初期値を４００ｃｍ－１とした。疑似フォークト関数Ｆ（ｘ）：変数Ａｆ、Ｗｆ、ｘｆ、ｍにおいて、ｘ０の初期値を３８０ｃｍ－１とし、ｇを０．５とした。各パラメータを最小二乗法で最適化し、疑似フォークト関数とガウス関数を積分し、面積を求めた。結晶化率については、ガウス関数を用いて導出された面積がアモルファスに対応し、疑似フォークト関数を用いて導出された面積が結晶に対応するとして、結晶化率＝疑似フォークト関数を用いて導出された面積／（疑似フォークト関数を用いて導出された面積＋ガウス関数を用いて導出された面積）、によって算出した。
【0069】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0070】
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 光センサ
１２ 支持層
１３ 熱電変換材料部
１４ ヒートシンク
１５ 赤外線吸収膜
１６ 絶縁膜
１７ 第１電極
１８ 第２電極
１９ 中心
２１ 第１主面
２２ 第２主面
２３ ｐ型材料層
２４ ｎ型材料層
２５ 凹部
２６ 縁
２７，２８ 外縁
２９ 絶縁膜（層間絶縁膜）
３１ 第１領域
３２ 第２領域
３３ 第３領域
３４ 第４領域
３５ 第１接続部
３６ 第２接続部
４１ 第１端部
４２ 第２端部
４３ 第３端部
４４ 第４端部
Ａｆ，Ａｇ 変数
Ｆ 疑似フォークト関数
Ｇ ガウス関数
Ｒ１，Ｒ２ 矢印
Ｒ１５ 半径
ＲＥ 領域
１２ 支持層
１３ 熱電変換材料部
１４ ヒートシンク
１５ 赤外線吸収膜
１６ 絶縁膜
１７ 第１電極
１８ 第２電極
１９ 中心
２１ 第１主面
２２ 第２主面
２３ ｐ型材料層
２４ ｎ型材料層
２５ 凹部
２６ 縁
２７，２８ 外縁
２９ 絶縁膜（層間絶縁膜）
３１ 第１領域
３２ 第２領域
３３ 第３領域
３４ 第４領域
３５ 第１接続部
３６ 第２接続部
４１ 第１端部
４２ 第２端部
４３ 第３端部
４４ 第４端部
Ａｆ，Ａｇ 変数
Ｆ 疑似フォークト関数
Ｇ ガウス関数
Ｒ１，Ｒ２ 矢印
Ｒ１５ 半径
ＲＥ 領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】