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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】P2024056389
(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 10/13 20230101ALI20240416BHJP
H10N 10/851 20230101ALI20240416BHJP
H10N 10/857 20230101ALI20240416BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20240416BHJP
H10N 10/01 20230101ALN20240416BHJP
【ＦＩ】
H01L35/32 A
H01L35/30
H01L35/14
H01L35/26
G01J1/02 C
G01J1/02 R
H01L35/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022163220
(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】雑音等価電力の低減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、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主面を有する支持膜と、ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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主面上に配置されるヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、第１材料層の長手方向および第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。
【選択図】図４
【解決手段】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主面を有する支持膜と、ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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主面上に配置されるヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、第１材料層の長手方向および第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。
【選択図】図４
【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主面を有する支持膜と、
ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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、前記第１材料層の長手方向および前記第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備え、
前記複数の第１材料層および前記複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される、光センサ。
ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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、前記第１材料層の長手方向および前記第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備え、
前記複数の第１材料層および前記複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される、光センサ。
【請求項2】
前記支持膜は、多数の空孔を有する第２フォノニック構造から構成される、請求項１に記載の光センサ。
【請求項3】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔を長さＤ１とし、前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔の直径を長さＤ２とすると、
長さＤ１と長さＤ２との差は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
長さＤ１と長さＤ２との差は、５ｎｍ以上５００ｎｍ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4】
前記長さＤ１と前記長さＤ２との差は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項３に記載の光センサ。
【請求項5】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔は、２０ｎｍ以上１２００ｎｍ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6】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔の直径は、１５ｎｍ以上２００ｎｍ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7】
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下地膜をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項8】
前記下地膜の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、請求項６に記載の光センサ。
【請求項9】
前記第１フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔および前記空孔の直径は、前記第２フォノニック構造を構成する前記空孔のピッチ間隔および前記空孔の直径と、それぞれ同じである、請求項２に記載の光センサ。
【請求項10】
前記ＳｉＧｅ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を有する、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。
【請求項12】
前記光吸収膜と重なる前記複数の第１材料層の第１重畳部および前記光吸収膜と重なる前記複数の第２材料層の第２重畳部のうちの少なくともいずれか一方は、前記第１フォノニック構造から構成される、請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項13】
前記光吸収膜と重なる前記複数の第１材料層の第１重畳部および前記光吸収膜と重なる前記複数の第２材料層の第２重畳部は、前記第１フォノニック構造を有さない、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】
化合物半導体から構成される熱電変換材料を有する熱電変換素子が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。また、フォノニック構造を用いた赤外線センサが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２１／０３９０７４号
【特許文献2】特開２０１７－２２３６４４号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Ｔａｍｂｏ，Ｎａｏｋｉ，ｅｔ ａｌ． “Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｃｅｌｌ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｐｈｏｎｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ．” Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ： Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＶＩＩＩ． Ｖｏｌ． １１７２３． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， ２０２１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光センサを例えば赤外線センサとして用いる場合、雑音等価電力（ＮＥＰ（Ｎｏｉｓｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ））が良好であること、すなわち、その値が低いことが求められる。そこで、雑音等価電力の低減を図ることができる光センサを提供することを本開示の目的の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主面を有する支持膜と、ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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主面上に配置されるヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、第１材料層の長手方向および第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。
【発明の効果】
【0007】
上記光センサによれば、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【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主面を有する支持膜と、ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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主面上に配置されるヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、第１材料層の長手方向および第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。
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主面を有する支持膜と、ｐ型導電型を有する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第１材料層と、ｎ型導電型を有する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第２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主面上に配置されるヒートシンクと、第１主面と垂直な方向に見て、第１材料層の長手方向および第２材料層の長手方向にそれぞれ温度差を形成するよう配置され、受けた光を熱エネルギーに変換する光吸収膜と、を備える。複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。
【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、第１の導電型であるｎ型の熱電変換材料と第１の導電型とは異なる第２の導電型であるｐ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ｎ型の熱電変換材料部と複数の帯状のｐ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。
【0011】
ここで、光センサを例えば赤外線センサとして用いる場合、重要な指標である雑音等価電力（ＮＥＰ（Ｎｏｉｓｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ））が良好であること、すなわち、その値が低いことが求められる。ＮＥＰは、ノイズを感度で除した値で表される（ＮＥＰ＝ノイズ／感度）。光センサにおける感度については、以下の数１に示す式（１）によって表される。
【0012】
【数1】
【0013】
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（１）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。
【0014】
また、光センサにおけるノイズについては、以下の数１に示す式（２）によって表される。
【0015】
【数2】
【0016】
Ｖｎはノイズ（ジョンソンノイズ）（Ｖ）、ｋはボルツマン定数（Ｊ／Ｋ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｒは抵抗（Ω）、Δｆは帯域幅（Ｈｚ＝１／ｓ）を示す。この式（２）からも把握できるように、ジョンソンノイズは抵抗に依存しており、抵抗を低減することができれば、光センサにおけるノイズの低減を図ることができる。
【0017】
ここで、本発明者らは、ＮＥＰの向上、すなわち、ＮＥＰの低減を図るべく、光センサのノイズの低減および感度の増大を図ろうと考えた。そして、光センサに含まれる構成のうち、熱電変換材料部に含まれ、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する材料層について、材料層の熱伝導率が大きいことに起因して、感度の増大を図りにくいことを見出した。そこで本発明者らは、材料層の熱伝導率を小さくすれば良い点に着目し、本開示の構成を想到するに至った。
【0018】
本開示に係る光センサにおいて、複数の第１材料層および複数の第２材料層は、多数の空孔を有する第１フォノニック構造から構成される。このような構成によると、複数の第１材料層および複数の第２材料層のそれぞれの熱伝導率の低減を図ることができる。そうすると、光センサとしての感度の増大を図ることができる。その結果、このような光センサによると、雑音等価電力の低減を図ることができる。ここで、第１フォノニック構造とは、ナノメートルオーダーから数ミクロンオーダーで周期構造を有し、フォノンの伝搬を人工的に阻害する構造をいう。本開示における第１フォノニック構造とは、規則的に配列された複数の貫通孔を有する構造である。但し、膜残りのある貫通孔を含むものである。
【0019】
（２）上記（１）において、支持膜は、多数の空孔を有する第２フォノニック構造から構成されてもよい。このようにすることにより、複数の第１材料層および複数の第２材料層に加え、支持膜の熱伝導率の低減を図ることができる。そうすると、感度の増大を図ることができる。その結果、このような光センサによると、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0020】
（３）上記（１）または（２）において、第１フォノニック構造を構成する空孔のピッチ間隔を長さＤ１とし、第１フォノニック構造を構成する空孔の直径を長さＤ２とすると、長さＤ１と長さＤ２との差は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。このようにすることにより、熱コンダクタンスを低下させて感度の増大を図りながら、第１材料層および第２材料層自体の抵抗と接触抵抗とのバランスを適正にして、ノイズの低減を図ることができる。その結果、このような光センサによると、より雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0021】
（４）上記（３）において、長さＤ１と長さＤ２との差は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。このようにすることにより、さらに雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0022】
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、第１フォノニック構造を構成する空孔のピッチ間隔は、２０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であってもよい。このようにすることにより、第１フォノニック構造における熱伝導率の低減をより確実にすることができる。したがって、光センサの感度を増大させて、より雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0023】
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、第１フォノニック構造を構成する空孔の直径は、１５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。このようにすることにより、第１フォノニック構造における熱伝導率の低減をより確実にすることができる。したがって、光センサの感度を増大させて、より雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0024】
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、熱電変換材料部と光吸収膜との間に配置される下地膜をさらに備えてもよい。このようにすることにより、複数の第１材料層および複数の第２材料層に容易に第１フォノニック構造を形成することができ、生産性の向上を図ることができる。
【0025】
（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、下地膜の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。このようにすることにより、より確実に光センサの雑音等価電力の低減および良好な生産性を両立させることができる。
【0026】
（９）上記（２）において、第１フォノニック構造を構成する空孔のピッチ間隔および空孔の直径は、第２フォノニック構造を構成する空孔のピッチ間隔および空孔の直径と、それぞれ同じであってもよい。このようにすることにより、支持膜、第１材料層および第２材料層を形成した後に、一度に第１フォノニック構造および第２フォノニック構造を形成することができる。したがって、生産性の向上を図ることができる。
【0027】
（１０）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、ＳｉＧｅ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を有してもよい。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、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0028】
（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。
【0029】
（１２）上記（１）から（１１）のいずれかにおいて、光吸収膜と重なる複数の第１材料層の第１重畳部および光吸収膜重なる複数の第２材料層の第２重畳部のうちの少なくともいずれか一方は、第１フォノニック構造から構成されてもよい。このようにすることにより、第１材料層および第２材料層と光吸収膜とが重なる部分において、熱伝導率の低減等を図ることができ、感度を増大させて、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0030】
（１３）上記（１）から（１１）のいずれかにおいて、光吸収膜と重なる複数の第１材料層の第１重畳部および光吸収膜と重なる複数の第２材料層の第２重畳部は、第１フォノニック構造を有しなくてもよい。このようにすることにより、光吸収膜を形成する際に、フォノニック構造の影響を受けることはないため、生産性の向上を図ることができる。
【0031】
［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。
【0032】
（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る光センサについて説明する。図１および図２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。理解を容易にする観点から、図１では後述する赤外線吸収膜および絶縁膜の図示を省略している。図１において、赤外線吸収膜が配置される際の外縁２３ａを破線で示す。図３は、図１および図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。図４は、実施の形態１における光センサの一部を示す概略断面図である。図４は、後述する第１領域、第２領域、第３領域および第４領域を含む部分を拡大して示す概略断面図である。
本開示の実施の形態１に係る光センサについて説明する。図１および図２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。理解を容易にする観点から、図１では後述する赤外線吸収膜および絶縁膜の図示を省略している。図１において、赤外線吸収膜が配置される際の外縁２３ａを破線で示す。図３は、図１および図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。図４は、実施の形態１における光センサの一部を示す概略断面図である。図４は、後述する第１領域、第２領域、第３領域および第４領域を含む部分を拡大して示す概略断面図である。
【0033】
図１、図２、図３および図４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、支持膜１３と、熱電変換材料部１２と、ヒートシンク１４と、光吸収膜としての赤外線吸収膜２３と、第１電極２４と、第２電極２５と、を備える。光センサ１１ａは、第１電極２４と第２電極２５との間に生ずる電位差を検出することにより、光センサ１１ａに照射される赤外線を検出する。光センサ１１ａ全体を板状とすると、その厚さ方向は、Ｚ方向で示される。図１、図２の紙面垂直方向がＺ方向である。
【0034】
本実施形態においては、支持膜１３は、支持膜１３の厚さ方向（Ｚ方向）に見て長方形の形状を有する。支持膜１３は、熱電変換材料部１２と、赤外線吸収膜２３と、第１電極２４と、第２電極２５と、を支持する。支持膜１３は、厚さ方向の一方に位置する主面１３ｂと、厚さ方向の他方に位置する主面１３ａと、を含む。支持膜１３のその他の構成については、後に詳述する。
【0035】
ヒートシンク１４は、光センサ１１ａの厚さ方向に離れて配置される面１４ａと、面１４ｂと、を含む。ヒートシンク１４は、支持膜１３の主面１３ａ上に配置される。具体的には、ヒートシンク１４は、ヒートシンク１４の面１４ａと支持膜１３の主面１３ａとが接触するように配置される。ヒートシンク１４の面１４ｂは、露出している。本実施形態においては、ヒートシンク１４の形状は、環状である。ヒートシンク１４全体の外縁１４ｃと支持膜１３の外縁１３ｃとは、Ｚ方向に連なって延びている。ヒートシンク１４は、図３に示す断面において、Ｘ方向に間隔をあけて配置される２つの台形の形状に表れる。ヒートシンク１４は、支持膜１３と比較して十分に厚い。例えば、ヒートシンク１４の厚さは、支持膜１３の厚さの１０倍以上である。本実施形態においては、ヒートシンク１４は、いわゆる基板である。ヒートシンク１４は、例えばシリコン（Ｓｉ）から構成されている。
【0036】
光センサ１１ａには、厚さ方向に凹む凹部１６が形成されている。面１４ｂ側から見て凹部１６に対応する領域において、支持膜１３、具体的には、支持膜１３の主面１３ａが露出する。図１において、Ｚ方向に見て、ヒートシンク１４と支持膜１３との境界であるヒートシンク１４の内縁１６ａは、図１において一点鎖線で示される。図１に示すように、本実施形態においては、ヒートシンク１４の内縁１６ａは、Ｚ方向に見て、正方形の形状を有する。ヒートシンク１４は、凹部１６を取り囲むように配置される。凹部１６を取り囲むヒートシンクの内周面１４ｄは、面１４ｂ側に位置する開口側が大きい、いわゆるテーパ状である。凹部１６は、例えば平板状の基板を異方性ウェットエッチングすることにより形成される。このような凹部１６を形成することによって、赤外線吸収膜２３からヒートシンク１４への熱の逃げを抑制することができる。よって、後述する第１材料層２１および第２材料層２２の長手方向の温度差をより大きくすることができる。
【0037】
第１電極２４および第２電極２５は、支持膜１３の主面１３ｂ上において、後述する領域１５外に配置される。第２電極２５は、第１電極２４と離隔して配置される。第１電極２４および第２電極２５はそれぞれ、例えばパッド電極である。第１電極２４および第２電極２５のそれぞれの材質としては、例えば金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）等が採用される。
【0038】
熱電変換材料部１２は、支持膜１３の主面１３ｂ上に配置される。熱電変換材料部１２は、第１材料層２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを含む複数の第１材料層２１と、第２材料層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを含む第２材料層２２と、を含む。熱電変換材料部１２に含まれる複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２はそれぞれ、ＳｉＧｅから構成されている。すなわち、第１材料層２１および第２材料層２２はそれぞれ、ＳｉおよびＧｅを構成元素とした化合物半導体から構成されている。第１材料層２１は、第１の導電型であるｎ型の熱電変換材料から構成されている。第２材料層２２は、第１の導電型とは異なる第２の導電型であるｐ型の熱電変換材料から構成されている。
【0039】
第１材料層２１は、帯状の形状を有する。第１材料層２１は、長手方向の第１の端部２８ｃを含む第１領域２８ａと、長手方向において第１の端部２８ｃと逆の第２の端部２８ｄを含む第２領域２８ｂと、を含む。第１領域２８ａと第２領域２８ｂとを結ぶ線の延びる方向が、帯状の第１材料層２１の長手方向となる。
【0040】
複数の第１材料層２１は、支持膜１３の主面１３ｂ上に配置される。複数の第１材料層２１は、図１中の二点鎖線の長方形の形状で示す領域１５内に収まるように配置される。複数の第１材料層２１は、それぞれ間隔をあけて配置される。第１材料層２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを除き、複数の第１材料層２１はそれぞれ、Ｘ方向またはＹ方向が長手方向となるように配置される。第１材料層２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを除き、複数の第１材料層２１は、正方形の形状の領域１５の各辺側から向かい合う辺側に向けて延びるように（当該方向に長手方向が沿うように）配置される。複数の第１材料層２１はそれぞれ、Ｚ方向に見て、第１領域２８ａがヒートシンク１４の内縁１６ａに近い側に位置し、第２領域２８ｂが赤外線吸収膜２３の外縁２３ａに近い側に位置するように配置される。
【0041】
熱電変換材料部１２は、絶縁膜２６を含む。絶縁膜２６の材質としては、例えばＳｉＯ２が選択される。絶縁膜２６は、第１材料層２１が配置されている部分においては第１材料層２１上に配置され、第１材料層２１が配置されていない部分においては支持膜１３の主面１３ｂ上に配置される。絶縁膜２６は、第１材料層２１の第１領域２８ａおよび第２領域２８ｂを覆わないように配置される。
【0042】
第２材料層２２についても第１材料層２１と同様に、帯状の形状を有する。第２材料層２２は、長手方向の第３の端部２９ｃを含む第３領域２９ａと、長手方向において第３の端部２９ｃと逆の第４の端部２９ｄを含む第４領域２９ｂと、を含む。第３領域２９ａと第４領域２９ｂとを結ぶ線の延びる方向が、帯状の第２材料層２２の長手方向となる。
【0043】
複数の第２材料層２２は、複数の第１材料層２１の配置と同様に、図１中の二点鎖線の長方形の形状で示す領域１５内に収まるように配置される。複数の第２材料層２２はそれぞれ、Ｘ方向またはＹ方向に対して長手方向が傾斜するように配置される。複数の第２材料層２２は、支持膜１３の主面１３ｂの一部の上、絶縁膜２６の一部の上および第１材料層２１の一部の上に配置される。第２材料層２２は、支持膜１３の厚さ方向に見て、第３領域２９ａがヒートシンク１４の内縁１６ａに近い側に位置し、第４領域２９ｂが赤外線吸収膜２３の外縁２３ａに近い側に位置するように配置される。
【0044】
第１電極２４に接続される第１領域２８ａおよび第２電極２５に接続される第３領域２９ａを除き、複数の第１材料層２１と複数の第２材料層２２とは、交互に接続される。具体的に、図１の右側の配置で説明する。第１材料層２１の第１領域２８ａと、第１材料層２１と時計回りで隣り合う第２材料層２２の第３領域２９ａとが接続される。第１材料層２１の第２領域２８ｂと、第１材料層２１と反時計回りで隣り合う第２材料層２２の第４領域２９ｂとが接続される。複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２はそれぞれ、第１電極２４および第２電極２５に接続される第１領域２８ａおよび第３領域２９ａを除き、第２領域２８ｂと第４領域２９ｂ同士および第１領域２８ａと第３領域２９ａ同士が接続される。すなわち、第１材料層２１と第２材料層２２とは対となって、隣り合う第１材料層２１および第２材料層２２とが端部を含む領域で交互に直列で電気的に接続されている。本実施形態においては、第３領域２９ａは、第１領域２８ａ上に配置され、第１領域２８ａとオーミック接触する。第４領域２９ｂは、第２領域２８ｂ上に配置され、第２領域２８ｂとオーミック接触する。光センサ１１ａ、具体的には赤外線吸収膜２３に光が照射された時に発生する温度勾配の向きに対して、第１材料層２１の第１の端部２８ｃを含む第１領域２８ａに発生する電圧の極性と第２材料層２２の第３の端部２９ｃを含む第３領域２９ａに発生する電圧の極性とが逆となる。
【0045】
交互に接続された第１材料層２１および複数の第２材料層２２のうち、最も端に配置される第１材料層２１は、第１領域２８ａで第１電極２４と接続される。交互に接続された第１材料層２１および複数の第２材料層２２のうち、最も端に配置される第２材料層２２は、第３領域２９ａで第２電極２５と接続される。
【0046】
赤外線吸収膜２３は、赤外線を熱に変換する。赤外線吸収膜２３の材質としては、例えばカーボン（Ｃ）が選択される。
【0047】
赤外線吸収膜２３は、Ｚ方向に見て、ヒートシンク１４の内縁１６ａに取り囲まれた領域に配置される。本実施形態においては、Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３の外縁２３ａは、正方形の形状を有する。赤外線吸収膜２３は、赤外線吸収膜２３の外縁２３ａによって形成される正方形の形状の中心と、ヒートシンク１４の内縁１６ａによって形成される正方形の形状の中心とが重なるように配置される。
【0048】
赤外線吸収膜２３は、第１材料層２１の長手方向、具体的には第１領域２８ａと第２領域２８ｂとの間において温度差を形成するように配置される。また、赤外線吸収膜２３は、第２材料層２２の長手方向、具体的には第３領域２９ａと第４領域２９ｂとの間において温度差を形成するように配置される。本実施形態においては、赤外線吸収膜２３は、第１領域２８ａおよび第３領域２９ａを露出し、第２領域２８ｂおよび第４領域２９ｂを覆うように配置される。すなわち、第２領域２８ｂと第４領域２９ｂは、Ｚ方向に見て赤外線吸収膜２３と重なっている。第１領域２８ａおよび第３領域２９ａは、赤外線吸収膜２３によって覆われていない。第１領域２８ａおよび第３領域２９ａは、Ｚ方向に見てヒートシンク１４と重なっている。第１材料層２１および第２材料層２２はそれぞれ、第１材料層２１および第２材料層２２のそれぞれの長手方向に温度差を形成するよう赤外線吸収膜２３と熱的に接続される。
【0049】
第１材料層２１は、第１領域２８ａと第２領域２８ｂとの間の温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する。第２材料層２２は、第３領域２９ａと第４領域２９ｂとの間の温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する。複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２のそれぞれについて、長手方向に温度差が形成される。熱電変換材料部１２は、上記構成の複数の第１材料層２１および上記構成の複数の第２材料層２２により、温度差（熱エネルギー）を電気エネルギーに変換する。光センサ１１ａは、赤外線吸収膜２３とヒートシンク１４により形成された温度差を効率的に利用して、赤外線を検出することができる。
【0050】
複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２の構成について説明する。複数の第１材料層２１はそれぞれ、多数の空孔３１を有する第１フォノニック構造から構成される。すなわち、複数の第１材料層２１はそれぞれ、多数の空孔３１を有する第１フォノニック構造を有する。また、複数の第２材料層２２はそれぞれ、多数の空孔３１を有する第１フォノニック構造から構成される。すなわち、複数の第２材料層２２はそれぞれ、多数の空孔３１を有する第１フォノニック構造を有する。実施の形態１において、第１材料層２１および第２材料層２２は、全面に第１フォノニック構造を有する。つまり、Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３と重なる第１材料層２１の第１重畳部は、第１フォノニック構造を有する。Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３と重なる第２材料層２２の第２重畳部は、第１フォノニック構造を有する。多数の空孔３１とは、空孔３１が面密度で２５個／μｍ２～２５００個／μｍ２を意味する。
【0051】
図５は、第１フォノニック構造から構成される第１材料層２１の一部を拡大して示す模式図である。図５は、第１材料層２１をＺ方向に見た場合を示している。図５に示す模式図においては、理解を容易にする観点から空孔３１の外形形状は真円状に図示しているが、空孔３１の外形形状は、厳密な真円状に限らず、楕円状であったり、多角形状であってもよい。図５を併せて参照して、第１材料層２１は、帯状の部材に、Ｚ方向に貫通する多数の空孔３１が間隔をあけて形成される構成である。第１材料層２１は、例えばレジストパターンを形成して蒸着材料を蒸着させることにより形成することができる。これについては、後述する。なお、第２材料層２２を構成する第１フォノニック構造についても、同様である。
【0052】
図５中の長さＤ１で示す空孔３１のピッチ間隔を示す長さＤ１は、２０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。本実施形態においては、空孔３１のピッチ間隔を示す長さＤ１は、４０ｎｍである。空孔３１のピッチ間隔を示す長さＤ１は、隣り合う空孔３１の中心３３ａ，３３ｂの間隔である。また、図５中に示す空孔３１の直径を示す長さＤ２は、１５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。本実施形態においては、空孔３１の直径を示す長さＤ２は、１５ｎｍである。
【0053】
空孔３１のピッチ間隔を示す長さＤ１と、空孔３１の直径を示す長さＤ２との差は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。長さＤ１と長さＤ２との差は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることが好ましい。これについては、後述する。
【0054】
支持膜１３の具体的な構成について説明する。支持膜１３は、多数の空孔を有する第２フォノニック構造を有する第１部分１９ａと、第２フォノニック構造を有しない第２部分１９ｂと、を含む。実施の形態１において、第１部分１９ａは、複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２と接触して配置される。実施の形態１において、第２部分１９ｂは、第１部分１９ａの周囲に配置される。第１部分１９ａは、Ｚ方向に見て、具体的には、図１に示される領域１５に示される部分である。支持膜１３は、絶縁膜である。支持膜１３の材質は、例えば、ＳｉＯ２、またはＳｉＮである。支持膜１３の膜厚は、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。
【0055】
第１部分１９ａは、多数の空孔を有する第２フォノニック構造から構成される。すなわち、支持膜１３の第１部分１９ａは、多数の空孔を有する第２フォノニック構造を有する。第２フォノニック構造の構成は、上記した第１フォノニック構造の構成と同様であるため、その説明を省略する。
【0056】
光センサ１１ａは、熱電変換材料部と赤外線吸収膜２３との間に配置される下地膜２０を含む。下地膜２０は、Ｓｉ（シリコン）系の絶縁膜、例えば、ＳｉＯ２、またはＳｉＮである。図４中に示す下地膜２０の厚さＴは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【0057】
実施の形態１における光センサ１１ａの製造方法について、簡単に説明する。図６は、実施の形態１における光センサ１１ａの製造方法の代表的な工程を示すフローチャートである。図６を参照して、実施の形態１における光センサ１１ａの製造方法では、工程（Ｓ１０）として、基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、まず、材質がＳｉであり、ヒートシンク１４の基となる平板状の基板を準備する。
【0058】
次に、工程（Ｓ２０）として、支持膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、基板にＳｉＯ２の膜を基板上に形成することにより実施される。この場合、例えば、ＳｉＯ２の蒸着材料を基板に蒸着させることにより実施される。
【0059】
その後、工程（Ｓ３０）として、熱電変換材料部形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、支持膜１３上に熱電変換材料部１２を形成する。具体的には例えば、第１材料層２１、絶縁膜２６の層、そして第２材料層２２の順に層を形成する。各層の形成時においては、例えば、レジスト塗布、フォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフを利用する。
【0060】
次に、工程（Ｓ４０）として、フォノニック構造形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、第１材料層２１および第２材料層２２に含まれる第１フォノニック構造と、支持膜１３に含まれる第２フォノニック構造の両方が形成される。この場合、ＥＢ（イオンビーム）にてフォノニック構造を描画してレジストパターンを形成する。この場合、支持膜１３の第２部分１９ｂはマスクして覆っておく。そして、ＣＨＦ３やＣＦ４といったフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、第１フォノニック構造および第２フォノニック構造を形成する。その後、第２部分１９ｂを覆うマスクを除去する。
【0061】
その後、工程（Ｓ５０）として、電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、第１電極２４および第２電極２５が基板上に形成される。この場合、最も端に位置する第１材料層２１の第１領域２８ａと第１電極２４とが接触し、第２材料層２２の第３領域２９ａとが接触するように第１電極２４および第２電極２５が形成される。
【0062】
次に、工程（Ｓ６０）として、下地膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、第１フォノニック構造が形成された第１材料層２１および第２材料層２２の上、および第２フォノニック構造が形成された支持膜１３の第１部分１９ａの上に下地膜２０が形成される。この下地膜２０を形成することにより、後に形成する赤外線吸収膜２３を確実に熱電変換材料部１２の上に保持させることができる。下地膜２０の形成は、蒸着材料を用い、高角度、具体的には例えば４５度以上基板側を蒸着する物質を噴出する方向に対して傾斜させた状態でＳｉＯ２を蒸着させることにより行われる。このようにすることにより、第１フォノニック構造および第２フォノニック構造の上に、効率的に下地膜２０を形成することができる。
【0063】
その後、工程（Ｓ７０）として、赤外線吸収膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、形成した下地膜２０の上に、赤外線吸収膜２３を蒸着等により形成する。
【0064】
最後に、工程（Ｓ８０）として、ヒートシンク形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、基板に対して異方性エッチングを実施することにより凹部１６を形成する。このようにして、上記構成の光センサ１１ａを得る。
【0065】
このような構成の光センサ１１ａによると、複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２は、多数の空孔３１を有する第１フォノニック構造から構成される。このような構成によると、複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２のそれぞれの熱伝導率の低減を図ることができる。そうすると、熱コンダクタンスを低下させて感度の増大を図りながら、第１材料層２１および第２材料層２２自体の抵抗と接触抵抗とのバランスを適正にして、ノイズの低減を図ることができる。その結果、このような光センサ１１ａによると、より雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0066】
本実施形態においては、支持膜１３は、多数の空孔を有する第２フォノニック構造から構成される。よって、複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２に加え、支持膜１３の熱伝導率の低減を図ることができる。そうすると、感度の増大を図ることができる。その結果、このような光センサによると、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0067】
本実施形態においては、第１フォノニック構造を構成する空孔３１のピッチ間隔は、２０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。よって、第１フォノニック構造における熱伝導率の低減をより確実にすることができる。したがって、光センサ１１ａの感度を増大させて、より雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0068】
本実施形態においては、第１フォノニック構造を構成する空孔３１の直径は、１５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。よって、第１フォノニック構造における熱伝導率の低減をより確実にすることができる。したがって、光センサ１１ａの感度を増大させて、より雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0069】
本実施形態において、光センサ１１ａは、熱電変換材料部１２と赤外線吸収膜２３との間に配置される下地膜２０をさらに備える。よって、複数の第１材料層２１および複数の第２材料層２２に容易に第１フォノニック構造を形成することができ、生産性の向上を図ることができる。
【0070】
本実施形態において、下地膜２０の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。よって、より確実に光センサ１１ａの雑音等価電力の低減および良好な生産性を両立させることができる。
【0071】
本実施形態において、第１フォノニック構造を構成する空孔のピッチ間隔および空孔の直径は、第２フォノニック構造を構成する空孔のピッチ間隔および空孔の直径と、それぞれ同じである。よって、支持膜１３、第１材料層２１および第２材料層２２を形成した後に、一度に第１フォノニック構造および第２フォノニック構造を形成することができる。したがって、生産性の向上を図ることができる。
【0072】
本実施形態においては、第１フォノニック構造を構成する空孔のピッチ間隔を長さＤ１とし、第１フォノニック構造を構成する空孔の直径を長さＤ２とすると、長さＤ１と長さＤ２との差は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。よって、熱コンダクタンスを低下させて感度の増大を図りながら、第１材料層２１および第２材料層２２自体の抵抗と接触抵抗とのバランスを適正にして、ノイズの低減を図ることができる。その結果、このような光センサ１１ａによると、より雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0073】
（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７は、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８は、図７に示す光センサの一部の領域ＶＩＩＩを拡大して示す概略平面図である。理解を容易にする観点から、図７および図８では、赤外線吸収膜および絶縁膜の図示を省略している。図７は、図１に対応する図である。実施の形態２における光センサは、基本的に実施の形態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、第１材料層および第２材料層の構成等が、実施の形態１の場合と異なっている。
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７は、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８は、図７に示す光センサの一部の領域ＶＩＩＩを拡大して示す概略平面図である。理解を容易にする観点から、図７および図８では、赤外線吸収膜および絶縁膜の図示を省略している。図７は、図１に対応する図である。実施の形態２における光センサは、基本的に実施の形態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、第１材料層および第２材料層の構成等が、実施の形態１の場合と異なっている。
【0074】
図７および図８を参照して、実施の形態２における光センサ１１ｂに含まれる第１材料層２１および第２材料層２２については、実施の形態１における光センサ１１ａの場合と異なり、厚さ方向に一部重ねて配置されているのではなく、同じ平面上、具体的には、支持膜１３上に配置されている。帯状の第１材料層２１および帯状の第２材料層２２はそれぞれ、長手方向をＸ方向またはＹ方向となるように支持膜１３上に並べられている。第１材料層２１および第２材料層２２はそれぞれ交互に間隔をあけて配置されている。
【0075】
熱電変換材料部１２は、金属から構成される第３材料層３６および第３材料層３７を含む。第３材料層３６および第３材料層３７を構成する金属としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ），チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。第３材料層３６は、第１材料層２１の外縁側および第２材料層２２の外縁側において、隣り合う第１領域２８ａおよび第３領域２９ａに跨って、第１領域２８ａおよび第３領域２９ａとオーミック接触するように配置される。第３材料層３６は、第１領域２８ａ、第３領域２９ａ、第１領域２８ａの側面の一部および第３領域２９ａの側面の一部を覆うようにして配置される。第３材料層３７は、第１材料層２１の内縁側および第２材料層２２の内縁側において、隣り合う第２領域２８ｂおよび第４領域２９ｂに跨って、第２領域２８ｂおよび第４領域２９ｂとオーミック接触するように配置される。第１領域２８ａおよび第３領域２９ａは、Ｚ方向に見てヒートシンク１４と重なっている。第２領域２８ｂと第４領域２９ｂは、Ｚ方向に見て赤外線吸収膜２３と重なっている。第１材料層２１および第２材料層２２は、第１フォノニック構造から構成される。
【0076】
このようにすることによっても、感度の増大およびノイズの低減を図りながら、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0077】
（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９は、実施の形態３に示す光センサの概略断面図である。実施の形態３における光センサは、基本的に実施の形態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、第１材料層２１および第２材料層２２に形成された第１フォノニック構造、および支持膜１３に形成された第２フォノニック構造の構成が、実施の形態１の場合と異なっている。
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９は、実施の形態３に示す光センサの概略断面図である。実施の形態３における光センサは、基本的に実施の形態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、第１材料層２１および第２材料層２２に形成された第１フォノニック構造、および支持膜１３に形成された第２フォノニック構造の構成が、実施の形態１の場合と異なっている。
【0078】
図９を参照して説明する。第１材料層２１は、第１フォノニック構造を有する領域と、第１フォノニック構造を有しない領域と、を含む。第２材料層２２は、第１フォノニック構造を有する領域と、第１フォノニック構造を有しない領域と、を含む。第１材料層２１と第２材料層２２のいずれにおいても、第１フォノニック構造を有する領域は、赤外線吸収膜２３と重ならない位置に形成され、第１フォノニック構造を有しない領域は、赤外線吸収膜２３と重なる位置に形成される。実施の形態３において、Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３と重なる第１材料層２１の第１重畳部は、第１フォノニック構造を有しない。Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３と重なる第２材料層２２の第２重畳部は、第１フォノニック構造を有しない。支持膜１３は、第２フォノニック構造を有する第１部分１９ａと、第２フォノニック構造を有しない第２部分１９ｂと、を含む。第１部分１９ａは、中心に配置される第２部分１９ｂと、周囲に配置される第２部分１９ｂとの間に配置される。つまり、支持膜１３は、Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３と重ならない位置および外縁１３ｃと重ならない位置、つまり、第１部分１９ａに第２フォノニック構造を有する。Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３と重なる支持膜１３の第２部分１９ｂは、第１フォノニック構造を有しない。
【0079】
このようにすることによっても、感度の増大およびノイズの低減を図りながら、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0080】
なお、実施の形態３に示す光センサ１１ｃは、例えば以下の工程で製造される。図１０は、実施の形態３における光センサ１１ｃの製造方法の代表的な工程を示すフローチャートである。図１０を参照して、実施の形態３における光センサ１１ｃの製造方法では、工程（Ｓ１０）として、基板準備工程（Ｓ１０）、支持膜形成工程（Ｓ２０）および熱電変換材料部形成工程（Ｓ３０）が実施される。その後、赤外線吸収膜形成工程（Ｓ４１）が実施される。すなわち、熱電変換材料部１２の上に赤外線吸収膜２３が形成される。その後、フォノニック構造形成工程（Ｓ５１）が実施される。この場合、赤外線吸収膜２３が配置される領域をマスクして、第１フォノニック構造および第２フォノニック構造を形成する。そして、電極形成工程（Ｓ６１）を実施した後、ヒートシンク形成工程（Ｓ７１）を実施する。
【0081】
このようにして、実施の形態３に係る光センサ１１ｃが製造される。このような製造方法によると、下地膜２０を形成せずに、効率的に実施の形態３に係る光センサ１１ｃを製造することができる。なお、上記の赤外線吸収膜形成工程（Ｓ４１）を電極形成工程（Ｓ６１）とヒートシンク形成工程（Ｓ７１）との間で実施してもよい。この場合、フォノニック構造形成工程（Ｓ５１）において、後の工程で赤外線吸収膜２３が形成される位置に、例えば、レジストパターンを形成する。このようにして、Ｚ方向に見て、赤外線吸収膜２３と重なる位置に、第１フォノニック構造および第２フォノニック構造が形成されないようにすることができる。
【0082】
ここで、上記した実施の形態１の光センサ１１ａ、実施の形態３の光センサ１１ｃおよび本開示に係る光センサであって、第１材料層２１および第２材料層２２に第１フォノニック構造を形成するのみで、支持膜１３に第２フォノニック構造を形成しない光センサの感度と、長さＤ１と長さＤ２との差との関係について説明する。
【0083】
図１１は、光センサの感度と、長さＤ１と長さＤ２との差との関係を示すグラフである。図１１において、横軸は、長さＤ１と長さＤ２との差（ｎｍ）を示し、縦軸は、感度Ｒｖ（Ｖ／Ｗ）を示す。図１１において、サンプル１は、実施の形態１の光センサの場合を示し、サンプル２は、実施の形態３の光センサの場合を示し、サンプル３は、第１材料層２１および第２材料層２２に第１フォノニック構造を形成するのみで、支持膜１３に第２フォノニック構造を形成しない光センサの場合を示す。以下、図１２、図１３、図１４についても同様である。
【0084】
図１１を参照して、長さＤ１と長さＤ２との差が大きくなるにつれ、いずれの場合も感度が増加する。
【0085】
【0086】
図１２を参照して、長さＤ１と長さＤ２との差が大きくなるにつれ、接触抵抗は増加するが第１材料層および第２材料層自体の抵抗は低下するため、各サンプルにおいて、ある範囲で下に凸の形状となる。
【0087】
【0088】
図１３を参照して、ＮＥＰについては、ノイズ／感度で導出されるため、図１２に示すグラフの傾向が顕著であり、ある範囲内でＮＥＰの値が小さくなる。そして、長さＤ１と長さＤ２との差を５ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることにより、ＮＥＰを３．５Ｅ－０．２以下とすることができる。そうすると、より雑音等価電力の低減を図ることができる。さらに、長さＤ１と長さＤ２との差を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることにより、ＮＥＰを３．０Ｅ－０．２以下とすることができる。そうすると、さらに雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0089】
図１４は、空隙率とＮＥＰとの関係を示すグラフである。図１４において、横軸は、空隙率（％）を示し、縦軸はＮＥＰ（Ｖ／Ｗ）を示す。空隙率については、第１フォノニック構造全体に占める全ての貫通孔の容積の割合を示すものである。
【0090】
図１４を参照して、空隙率についてもある範囲内でＮＥＰの低減を図ることができる。具体的には、空隙率を２％以上７２％以下とすることにより、ＮＥＰの低減を図ることができる。
【0091】
（他の実施の形態）
なお、上記の実施の形態において、第１材料層および第２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、感度の向上を図って、雑音等価電力の低減を図ることができる。
なお、上記の実施の形態において、第１材料層および第２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、感度の向上を図って、雑音等価電力の低減を図ることができる。
【0092】
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。
【0093】
また、第１材料層２１および第２材料層２２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、ナノ結晶構造またはアモルファス構造を有してもよい。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３に示す式（３）によって表される。
【0094】
【数3】
【0095】
また、疑似フォークト関数Ｆ（ｘ）については、以下の数４に示す式（４）によって表される。
【0096】
【数4】
【0097】
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。
【0098】
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】
【0099】
１１ａ，１１ｂ 光センサ
１２ 熱電変換材料部
１３ 支持膜
１３ａ，１３ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 主面
１３ｃ，１４ｃ，２３ａ 外縁
１４ ヒートシンク
１４ａ，１４ｂ面
１４ｄ 内周面
１５ 領域
１６ 凹部
１６ａ 内縁
１９ａ 第１部分
１９ｂ 第２部分
２０ 下地膜
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 第１材料層
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 第２材料層
２３ 赤外線吸収膜
２４ 第１電極
２５ 第２電極
２６ 絶縁膜
２８ａ 第１領域
２８ｂ 第２領域
２８ｃ 第１の端部
２８ｄ 第２の端部
２９ａ 第３領域
２９ｂ 第４領域
２９ｃ 第３の端部
２９ｄ 第４の端部
３１ 空孔
３２ ベース部
３３ａ，３３ｂ 中心
３６，３７ 第３材料層
Ｄ１，Ｄ２ 長さ
Ｆ 疑似フォークト関数
Ｇ ガウス関数
Ｔ 厚さ
１２ 熱電変換材料部
１３ 支持膜
１３ａ，１３ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 主面
１３ｃ，１４ｃ，２３ａ 外縁
１４ ヒートシンク
１４ａ，１４ｂ面
１４ｄ 内周面
１５ 領域
１６ 凹部
１６ａ 内縁
１９ａ 第１部分
１９ｂ 第２部分
２０ 下地膜
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 第１材料層
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 第２材料層
２３ 赤外線吸収膜
２４ 第１電極
２５ 第２電極
２６ 絶縁膜
２８ａ 第１領域
２８ｂ 第２領域
２８ｃ 第１の端部
２８ｄ 第２の端部
２９ａ 第３領域
２９ｂ 第４領域
２９ｃ 第３の端部
２９ｄ 第４の端部
３１ 空孔
３２ ベース部
３３ａ，３３ｂ 中心
３６，３７ 第３材料層
Ｄ１，Ｄ２ 長さ
Ｆ 疑似フォークト関数
Ｇ ガウス関数
Ｔ 厚さ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】