特許 7240666 赤外線吸収体および赤外線吸収体を備えるガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-08

(45)【発行日】2023-03-16

(54)【発明の名称】赤外線吸収体および赤外線吸収体を備えるガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20230309BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20230309BHJP

【ＦＩ】

G01J1/02 C

G01N21/3504

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019028785

(22)【出願日】2019-02-20

(65)【公開番号】P2020134336

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2022-01-06

(73)【特許権者】

【識別番号】504182255

【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000190301

【氏名又は名称】新コスモス電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000112439

【氏名又は名称】フィガロ技研株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西島 喜明

(72)【発明者】

【氏名】藤 直毅

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 拓洋

(72)【発明者】

【氏名】高島 裕正

(72)【発明者】

【氏名】中尾 茂

(72)【発明者】

【氏名】上田 剛

(72)【発明者】

【氏名】井澤 邦之

(72)【発明者】

【氏名】酒井 創一朗

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２９２２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－４４１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－７１４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９０９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】木股雅章，赤外イメージング技術の現状，光学，1998年，２７巻８号，Ｐ．４１８－４２２

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ １／００－Ｇ０１Ｊ １／６０

Ｇ０１Ｊ １１／００

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｈ０１Ｌ ３１／００－Ｈ０１Ｌ ３１／０２

Ｈ０１Ｌ ３１／０８－Ｈ０１Ｌ ３１／１０

Ｈ０１Ｌ ３１／１８

Ｈ１０Ｋ ３０／６０－Ｈ１０Ｋ ３０／８９

Ｈ１０Ｋ ３９／３０ーＨ１０Ｋ ３９／３８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外線を吸収または放射することが可能な赤外線吸収体であって、
前記赤外線吸収体が、
前記赤外線が照射され、または前記赤外線を放射する表面側に配置される第１の金属層と、
前記第１の金属層との間で前記赤外線を反射する第２の金属層と、
前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に配置され、前記赤外線が透過する誘電層とを備え、
前記誘電層が、前記第２の金属層の全面を直接または間接的に被覆するように、
前記第１の金属層の側に設けられ、第１の屈折率を有する第１の誘電層と、
前記第２の金属層の側に設けられ、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の誘電層と
が互いに直接接触して積層されて形成され、
前記第１の金属層と前記第１の誘電層とは、前記第１の金属層が前記第１の誘電層の全面を被覆するように、互いに直接接触して積層されるか、または接着層を介して間接的に積層される、
赤外線吸収体。

【請求項2】

前記第１の金属層および前記第２の金属層のそれぞれが、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成される、
請求項１に記載の赤外線吸収体。

【請求項3】

前記第１の誘電層が、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成される、
請求項１または２に記載の赤外線吸収体。

【請求項4】

前記第２の誘電層が、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成される、
請求項１～３のいずれか１項に記載の赤外線吸収体。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の赤外線吸収体を備えるガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤外線吸収体および赤外線吸収体を備えるガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

赤外線を吸収することが可能な赤外線吸収体として、たとえば特許文献１には、赤外線の照射によって局在表面プラズモン共鳴を生じさせる金属層を備えた赤外線吸収体が開示されている。この赤外線吸収体は、局在表面プラズモン共鳴を介して赤外線を吸収して熱を発生するものとして特許文献１に開示されているが、熱を加えることで赤外線を放出することも可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－８３６５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の赤外線吸収体は、赤外線の照射によって局在表面プラズモン共鳴を生じさせるために、金属層を微細な構造にパターニングする必要がある。特許文献１の赤外線吸収体は、そのパターニングのために電子線描画などのリソグラフィ技術を用いて製造する必要があり、製造工程が複雑であるとともに、大面積化が困難である。

【0005】

本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、リソグラフィ技術を用いることなく製造が容易で、赤外線を吸収または放射することが可能な赤外線吸収体および赤外線吸収体を備えるガスセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の赤外線吸収体は、赤外線を吸収または放射することが可能な赤外線吸収体であって、前記赤外線吸収体が、前記赤外線が照射され、または前記赤外線を放射する表面側に配置される第１の金属層と、前記第１の金属層との間で前記赤外線を反射する第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に配置され、前記赤外線が透過する誘電層とを備え、前記誘電層が、前記第１の金属層の側に設けられ、第１の屈折率を有する第１の誘電層と、前記第２の金属層の側に設けられ、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の誘電層とが積層されて形成されることを特徴とする。

【0007】

また、前記第１の金属層および前記第２の金属層のそれぞれが、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成されることが好ましい。

【0008】

また、前記第１の誘電層が、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成されることが好ましい。

【0009】

また、前記第２の誘電層が、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成されることが好ましい。

【0010】

本発明のガスセンサは、前記赤外線吸収体を備えるガスセンサであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、リソグラフィ技術を用いることなく製造が容易で、赤外線を吸収または放射することが可能な赤外線吸収体および赤外線吸収体を備えるガスセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る赤外線吸収体を備えるガスセンサを含むガス検知器の模式図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る赤外線吸収体を模式的に示す斜視図である。

【図3】実施例の赤外線吸収体から得られた赤外線反射スペクトルを示す図であり、（ａ）は、実施例１～３の結果であり、（ｂ）は、実施例４～６の結果であり、（ｃ）は、実施例７～９の結果である。

【図4】実施例の赤外線吸収体から得られた赤外線放射スペクトルを示す図であり、（ａ）は、実施例１～３の結果であり、（ｂ）は、実施例４～６の結果であり、（ｃ）は、実施例７～９の結果である。

【図5】比較例１の赤外線吸収体から得られた赤外線反射スペクトルを示す図である。

【図6】比較例の赤外線吸収体から得られた赤外線反射スペクトルを示す図であり、（ａ）は、比較例２の結果であり、（ｂ）は、比較例３の結果である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る赤外線吸収体および赤外線吸収体を備えるガスセンサを説明する。ただし、以下の実施形態は一例にすぎず、本発明の赤外線吸収体およびガスセンサは以下の実施形態に限定されるものではない。

【0014】

本実施形態の赤外線吸収体は、赤外線を吸収または放射することが可能な赤外線吸収体である。赤外線吸収体は、特に限定されることはなく、たとえば、赤外線を吸収するという性質を利用して赤外線検出器に用いることが可能であり、また、赤外線を放射するという性質を利用して赤外線放射源に用いることも可能である。以下では、赤外線吸収体を、ガス検知器に備えられるガスセンサの赤外線検出器に適用した例を挙げて説明する。ただし、赤外線吸収体は、赤外線検出器に限定されることはなく、赤外線放射源である光源にも適用可能である。

【0015】

ガス検知器Ｍは、検知対象ガスを検知するために用いられる。ガス検知器Ｍは、図１に示されるように、検知対象ガスを検知するガスセンサＮを備えている。ガス検知器Ｍは、任意で、ガスセンサＮを操作するための操作部Ｍ１（たとえば操作ボタンなど）と、ガスセンサＮにより得られる検知結果を表示する表示部Ｍ２（たとえば液晶ディスプレイなど）とを備えている。ガス検知器Ｍは、内部バッテリまたは外部電源などの図示しない電源から電力が供給されて作動する。

【0016】

ガス検知器Ｍの検知対象ガスとしては、特に限定されることはなく、たとえば、メタン、ブタン、イソブタン、水、アンモニア、二酸化硫黄、三酸化硫黄、硫化水素、亜酸化窒素、アセトン、オゾン、六フッ化硫黄、オクタフルオロシクロペンテン、ヘキサフルオロ１、３ブタジエンなど、赤外線の波長領域において吸収ピークを有するガスが例示される。

【0017】

ガスセンサＮは、光Ｌを検知対象ガスに照射して、検知対象ガスによって吸収された赤外線の吸収強度（減衰強度）を測定することで、検知対象ガスを検知する。ガスセンサＮは、たとえば、公知の非分散型赤外線分析（ＮＤＩＲ）式として構成することができる。ガスセンサＮは、本実施形態では、図１に示されるように、内部空間Ｖを有する筐体Ｎ１と、筐体Ｎ１の内部に光Ｌを放射する光源Ｎ２と、光源Ｎ２からの光Ｌを反射する反射構造体Ｎ３と、光Ｌを検出する光検出部Ｎ４と、光源Ｎ２および光検出部Ｎ４を制御する回路部Ｎ５とを備えている。ガスセンサＮは、光源Ｎ２、反射構造体Ｎ３、光検出部Ｎ４および回路部Ｎ５が筐体Ｎ１に一体となって設けられ、単体として取扱い可能なモジュールを形成している。しかし、ガスセンサＮは、たとえば回路部Ｎ５が筐体Ｎ１とは別に設けられてもよく、その構成は図示された例に限定されない。

【0018】

筐体Ｎ１は、本実施形態では、光源Ｎ２、反射構造体Ｎ３、光検出部Ｎ４および回路部Ｎ５を収容し、内部空間Ｖに検知対象ガスが供給される部材である。筐体Ｎ１は、図１に示されるように、光源Ｎ２と光検出部Ｎ４とを結ぶ方向（図１中、左右方向）に延びる筒状に形成され、その内部に内部空間Ｖが設けられる。また、筐体Ｎ１は、内部空間Ｖ内に検知対象ガスを導入するガス導入部（図示せず）と、内部空間Ｖから検知対象ガスを排出するガス排出部（図示せず）とを備えている。筐体Ｎ１では、ガス導入部から検知対象ガスが導入されて、内部空間Ｖ内に検知対象ガスが供給されて、ガス排出部から検知対象ガスが排出される。筐体Ｎ１は、特に限定されることはなく、たとえば樹脂材料などにより形成される。筐体Ｎ１は、本実施形態では一方向に延びる筒状に形成されているが、略直方体形状など他の形状に形成されてもよい。

【0019】

光源Ｎ２は、検知対象ガスを検知するために利用可能な光Ｌを放射する。光源Ｎ２により放射される光Ｌは、少なくとも検知対象ガスの吸収スペクトルにおける吸収ピークの波長を有する光を含んでいればよく、その波長の単色光であっても、その波長を含む広い波長範囲の光であってもよい。光源Ｎ２は、図１に示されるように、回路部Ｎ５に通信可能に接続されて、回路部Ｎ５によってその出力が制御される。光源Ｎ２としては、たとえば、赤外線吸収体１を赤外線発光源として採用することもできるし、公知の発光ダイオード（ＬＥＤ）や赤外線ランプを採用することもできる。光源Ｎ２は、たとえば、連続光やパルス光を放射する。

【0020】

反射構造体Ｎ３は、筐体Ｎ１の内部空間Ｖ内において、光源Ｎ２から放射された光Ｌ、または他の反射構造体Ｎ３から反射された光Ｌを反射して、さらに他の反射構造体Ｎ３、または光検出部Ｎ４に光Ｌを導く。反射構造体Ｎ３は、本実施形態では、図１に示されるように、内部空間Ｖに隣接する筐体Ｎ１の内面に設けられる。

【0021】

光検出部Ｎ４は、光Ｌを検出して、光Ｌの強度を測定する。光検出部Ｎ４は、本実施形態では、図１に示されるように、光源Ｎ２から放射されて筐体Ｎ１の内部空間Ｖ内を伝搬した後の光Ｌを検出する。光検出部Ｎ４は、光源Ｎ２から放射された光Ｌ、および／または反射構造体Ｎ３から反射された光Ｌを検出するように位置合わせされる。光検出部Ｎ４は、赤外線を吸収する赤外線吸収体１と、赤外線吸収体１からの熱を電気信号に変換する熱電変換素子Ｔとを備えている。光検出部Ｎ４は、光Ｌに含まれる赤外線を赤外線吸収体１により吸収し、赤外線を吸収することにより赤外線吸収体１に生じる熱を熱電変換素子Ｔにより電気信号に変換する。光検出部Ｎ４は、回路部Ｎ５に通信可能に接続されて、変換した電気信号を回路部Ｎ５に送信する。熱電変換素子Ｔとしては、特に限定されることはなく、Ｂｉ₂Ｔｅ₃、ＰｂＴｅなど、熱を電気信号に変換可能な公知の熱電材料により形成することができる。赤外線吸収体１の詳細については後述する。

【0022】

回路部Ｎ５は、図１に示されるように、光源Ｎ２および光検出部Ｎ４に通信可能に接続され、光源Ｎ２および光検出部Ｎ４を制御する。また、回路部Ｎ５は、光源Ｎ２から放射された光Ｌの強度と、光検出部Ｎ４により測定された光Ｌの強度とを比較することで、検知対象ガスの有無を判定し、あるいは検知対象ガスの濃度を算出する。回路部Ｎ５は、たとえば公知の中央演算処理装置（ＣＰＵ）により構成することができる。

【0023】

赤外線吸収体１は、図２に示されるように、赤外線を互いの間で反射する第１の金属層２および第２の金属層３と、第１の金属層２と第２の金属層３との間に配置され、赤外線が透過する誘電層（または赤外線透過層）４、５とを備えている。赤外線吸収体１は、第１の金属層２と第２の金属層３との間で誘電層４、５を介して赤外線を反射させることで、赤外線を吸収する。赤外線吸収体１は、第１の金属層２と第２の金属層３との間で赤外線が反射を繰り返す際に共振することで、特定波長の赤外線を優先的に吸収する。赤外線吸収体１は、赤外線を吸収することで熱を発生させるが、逆に熱を加えることで、赤外線を放射することができる（図４を参照）。赤外線吸収体１は、本実施形態では、シリコン（Ｓｉ）や酸化シリコン（ＳｉＯ₂など）などの基板Ｓ上に設けられ、下方から基板Ｓに支持される。ただし、赤外線吸収体１は、図示された例に限定されることはなく、基板Ｓにより下方から支持されるのではなく、たとえば、メンブレン構造などのように、側方から支持されてもよい。

【0024】

第１の金属層２は、少なくとも一部の赤外線を透過させるとともに、少なくとも一部の赤外線を第２の金属層３の方向に反射する。第１の金属層２は、図２に示されるように、赤外線を含む光Ｌが照射され、または赤外線を放射する表面側に配置される。第１の金属層２は、第２の金属層３と対向するように、誘電層４、５の上層（赤外線を含む光Ｌが照射され、赤外線を放射する側、図２中上側）に設けられる。第１の金属層２は、本実施形態では、誘電層４、５との密着性を向上させるために、接着層Ｂ１を介して間接的に誘電層４、５の上層に設けられる。ただし、第１の金属層２は、図示された例に限定されることはなく、接着層Ｂ１を介することなく、誘電層４、５の上層に直接設けられてもよい。第１の金属層２は、たとえば、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、電子ビーム蒸着など、公知の成膜手法により形成することができる。

【0025】

接着層Ｂ１は、第１の金属層２と誘電層４、５との密着性を向上させることができ、赤外線を透過させることができれば、その膜厚や構成材料は特に限定されない。接着層Ｂ１の膜厚は、第１の金属層２と誘電層４、５との密着性を向上させる観点から、たとえば、２ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましく、４ｎｍ以上がよりさらに好ましい。また、接着層Ｂ１の膜厚は、赤外線をできるだけ吸収することなく、透過させるという観点から、１０ｎｍ以下が好ましく、８ｎｍ以下がより好ましく、６ｎｍ以下がよりさらに好ましい。接着層Ｂ１は、たとえば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成される。接着層Ｂ１は、たとえば、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、電子ビーム蒸着など、公知の成膜手法により形成することができる。

【0026】

第１の金属層２は、少なくとも一部の赤外線を透過させ、少なくとも一部の赤外線を反射することができれば、その膜厚は特に限定されない。第１の金属層２の膜厚は、少なくとも一部の赤外線を透過させるという観点から、たとえば、６０ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、４０ｎｍ以下がよりさらに好ましい。また、第１の金属層２の膜厚は、少なくとも一部の赤外線を反射するという観点から、たとえば、４ｎｍ以上が好ましく、７ｎｍ以上がより好ましく、１０ｎｍ以上がよりさらに好ましい。

【0027】

第１の金属層２は、少なくとも一部の赤外線を透過させ、少なくとも一部の赤外線を反射することができれば、その構成金属は特に限定されない。第１の金属層２は、たとえば、赤外線に対する反射率の高い金属により構成されることが好ましく、その観点から、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成されることが好ましい。第１の金属層２は、高温耐久性の観点から、金（Ａｕ）を含んで構成されることがより好ましい。

【0028】

第２の金属層３は、第１の金属層２との間で赤外線を反射する。第２の金属層３は、図２に示されるように、第１の金属層２と対向するように、誘電層４、５の下層（赤外線を含む光Ｌが照射され、赤外線を放射する側とは反対側、図２中下側）に設けられる。第２の金属層３は、本実施形態では、誘電層４、５との密着性を向上させるために、接着層Ｂ２を介して間接的に誘電層４、５の下層に設けられる。ただし、第２の金属層３は、図示された例に限定されることはなく、接着層Ｂ２を介することなく、誘電層４、５の下層に直接設けられてもよい。なお、第２の金属層３は、本実施形態では、接着層Ｂ３を介して基板Ｓ上に設けられる。第２の金属層３は、たとえば、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、電子ビーム蒸着など、公知の成膜手法により形成することができる。

【0029】

接着層Ｂ２は、第２の金属層３と誘電層４、５との密着性を向上させることができ、赤外線を透過させることができれば、その膜厚や構成材料は特に限定されない。接着層Ｂ２の膜厚は、第２の金属層３と誘電層４、５との密着性を向上させる観点から、たとえば、２ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましく、４ｎｍ以上がよりさらに好ましい。また、接着層Ｂ２の膜厚は、赤外線をできるだけ吸収することなく、透過させるという観点から、１０ｎｍ以下が好ましく、８ｎｍ以下がより好ましく、６ｎｍ以下がよりさらに好ましい。接着層Ｂ２は、たとえば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成される。接着層Ｂ２は、たとえば、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、電子ビーム蒸着など、公知の成膜手法により形成することができる。

【0030】

第２の金属層３は、少なくとも赤外線を反射させることができればよく、その構成は特に限定されることはないが、赤外線を反射させるとともに、赤外線の透過を抑制するという観点から、赤外線反射率が赤外線透過率よりも高くなるように構成されることが好ましい。第２の金属層３の膜厚は、赤外線を反射させるとともに、赤外線の透過を抑制するという観点から、たとえば、１００ｎｍ以上が好ましく、１４０ｎｍ以上がより好ましく、１８０ｎｍ以上がよりさらに好ましい。

【0031】

第２の金属層３は、少なくとも赤外線を反射させることができればよく、その構成金属は特に限定されない。第２の金属層３は、たとえば、赤外線に対する反射率の高い金属により構成されることが好ましく、その観点から、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成されることが好ましい。第２の金属層３は、高温耐久性や抗酸化、抗硫化の観点から、金（Ａｕ）を含んで構成されることがより好ましい。

【0032】

誘電層４、５は、図２に示されるように、第１の屈折率を有する第１の誘電層（または高屈折率層）４と、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の誘電層（または低屈折率層）５とが積層されて形成される。赤外線吸収体１は、誘電層４、５が屈折率の異なる第１の誘電層４および第２の誘電層５が積層されて形成されることにより、たとえば単層の誘電層のみにより形成される場合と比べて、短波長領域から中波長領域（波長が１．４μｍ～８μｍの領域）の赤外線の吸収率を大きくすることができる（図３および図６を参照）。それに伴って、赤外線吸収体１は、短波長領域から中波長領域の赤外線の放射率を大きくすることができる（図４を参照）。これは、第１の金属層２と第２の金属層３との間で赤外線が反射を繰り返す際に、第１の誘電層４および第２の誘電層５のそれぞれで赤外線の共振が生じることによるものと考えられる。赤外線吸収体１は、第１の金属層２と第２の金属層３との間に、屈折率の異なる第１の誘電層４および第２の誘電層５を積層して誘電層４、５を形成するだけで、赤外線を吸収し、放射することができるので、たとえばリソグラフィ技術などの複雑な製造工程を経ることなく、容易に製造することができる。

【0033】

第１の誘電層４は、第２の誘電層５の第２の屈折率よりも大きい第１の屈折率を有し、赤外線を透過させる層である。第１の誘電層４は、図２に示されるように、第１の金属層２の側に設けられる。より具体的には、第１の誘電層４は、第１の金属層２と第２の誘電層５との間に設けられる。本実施形態では、第１の誘電層４の上層（赤外線を含む光Ｌが照射され、赤外線を放射する側、図２中上側）に、接着層Ｂ１を介して間接的に第１の金属層２が設けられ、第１の誘電層４の下層（赤外線を含む光Ｌが照射され、赤外線を放射する側とは反対側、図２中下側）に、第２の誘電層５が直接設けられる。なお、第１の誘電層４は、上述したように、接着層Ｂ１を介さずに、その上層に直接第１の金属層２が設けられてもよい。接着層Ｂ１を介さずに、その上層に直接第１の金属層２が設けられることで、接着層Ｂ１で赤外線が吸収されることなく、赤外線を透過させることができる。第１の誘電層４は、特に限定されることはなく、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、電子ビーム蒸着など、公知の成膜手法により形成することができる。

【0034】

第１の誘電層４は、第２の誘電層５よりも大きい屈折率を有していればよく、その屈折率は特に限定されない。第１の誘電層４の第１の屈折率を第２の誘電層５の第２の屈折率よりも大きくするという目的のために、たとえば、第１の誘電層４の第１の屈折率を２．５よりも大きくし、第２の誘電層５の第２の屈折率を２．５よりも小さくすることができる。赤外線を含む光Ｌが照射される表面側の第１の誘電層４の第１の屈折率を、赤外線を含む光Ｌが照射される表面側とは反対側の第２の誘電層５の第２の屈折率よりも大きくすることにより、短波長領域から中波長領域の赤外線の吸収率および放射率を大きくすることができる。

【0035】

第１の誘電層４の膜厚は、特に限定されることはなく、要求される赤外線の吸収波長または放射波長に応じて適宜設定が可能である。赤外線吸収体１は、以下で詳しく述べるように、膜厚の増加に伴って、赤外線の吸収波長および放射波長が長波長側にシフトする（図３および図４を参照）。したがって、赤外線吸収体１は、第１の誘電層４の膜厚を変化させることで、赤外線の吸収波長および放射波長をシフトさせることができる。なお、第１の誘電層４の膜厚は、第１の金属層２と第２の金属層３との間で赤外線が反射を繰り返す際に共振する膜厚であることが好ましく、その観点から、５０ｎｍ以上であることが好ましい。

【0036】

第１の誘電層４は、第２の誘電層５よりも大きい屈折率を有していればよく、その構成材料は特に限定されない。第１の誘電層４は、第２の誘電層５の屈折率よりも大きい屈折率にするという目的のために、あるいは２．５よりも大きい屈折率にするという目的のために、たとえば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成することができる。

【0037】

第２の誘電層５は、第１の誘電層４の第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有し、赤外線を透過させる層である。第２の誘電層５は、図２に示されるように、第２の金属層３の側に設けられる。より具体的には、第２の誘電層５は、第１の誘電層４と第２の金属層３との間に設けられる。本実施形態では、第２の誘電層５の上層（赤外線を含む光Ｌが照射され、赤外線を放射する側、図２中上側）に、第１の誘電層４が直接設けられ、第２の誘電層５の下層（赤外線を含む光Ｌが照射される側とは反対側、図２中下側）に、接着層Ｂ２を介して間接的に第２の金属層３が設けられる。なお、第２の誘電層５は、上述したように、接着層Ｂ２を介さずに、その下層に直接第２の金属層３が設けられてもよい。接着層Ｂ２を介さずに、その下層に直接第２の金属層３が設けられることで、接着層Ｂ２で赤外線が吸収されることなく、赤外線を透過させることができる。第２の誘電層５は、特に限定されることはなく、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、電子ビーム蒸着など、公知の成膜手法により形成することができる。

【0038】

第２の誘電層５は、第１の誘電層４よりも小さい屈折率を有していればよく、その屈折率は特に限定されない。第２の誘電層５の第２の屈折率を第１の誘電層４の第１の屈折率よりも小さくするという目的のために、たとえば、第１の屈折率を２．５よりも大きくし、第２の屈折率を２．５よりも小さくすることができる。赤外線を含む光Ｌが照射される側とは反対側の第２の誘電層５の第２の屈折率を、赤外線を含む光Ｌが照射される側の第１の誘電層４の第１の屈折率よりも小さくすることにより、短波長領域から中波長領域の赤外線の吸収率および放射率を大きくすることができる。

【0039】

第２の誘電層５の膜厚は、特に限定されることはなく、要求される赤外線の吸収波長または放射波長に応じて適宜設定が可能である。赤外線吸収体１は、以下で詳しく述べるように、第２の誘電層５の膜厚の増加に伴って、赤外線の吸収波長および放射波長が長波長側にシフトする（図３および図４を参照）。したがって、赤外線吸収体１は、第２の誘電層５の膜厚を変化させることで、赤外線の吸収波長および放射波長をシフトさせることができる。なお、第２の誘電層５の膜厚は、第１の金属層２と第２の金属層３との間で赤外線が反射を繰り返す際に共振する膜厚であることが好ましく、その観点から、５０ｎｍ以上であることが好ましい。

【0040】

第２の誘電層５は、第１の誘電層４よりも小さい屈折率を有していればよく、その構成材料は特に限定されない。第２の誘電層５は、第１の誘電層４の屈折率よりも小さい屈折率にするという目的のために、あるいは２．５よりも小さい屈折率にするという目的のために、たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂など）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃など）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂など）、酸化チタン（ＴｉＯ₂など）、酸化亜鉛（ＺｎＯなど）からなる群から選択される１種または２種以上を含んで構成することができる。

【0041】

本実施形態では、屈折率が相対的に高い第１の誘電層４が、赤外線を含む光Ｌが照射され、赤外線を放射する表面側に配置され、屈折率が相対的に低い第２の誘電層５が、赤外線を含む光Ｌが照射され、赤外線を放射する表面側とは反対側に配置され、誘電層４、５が、第１の誘電層４および第２の誘電層５の２層構造で形成されている。しかし、誘電層４、５は、少なくとも、第１の金属層２の側に屈折率が相対的に高い誘電層が配置され、第２の金属層３の側に屈折率が相対的に低い誘電層が配置されていればよく、３層以上の誘電層が積層されていてもよい。

【実施例】

【0042】

以下、実施例をもとに、本実施形態の赤外線吸収体を説明する。ただし、本発明の赤外線吸収体は、以下の実施例に限定されることはない。

【0043】

（赤外線吸収体）
実施例１～９の赤外線吸収体として、図２に示される赤外線吸収体１を作製した。作製した実施例１～９の赤外線吸収体の各層の材料および膜厚は、以下の通りであった。
第１の金属層２：Ａｕ、１５ｎｍ（成膜方法：抵抗加熱蒸着）
接着層Ｂ１：Ｃｒ、５ｎｍ（成膜方法：抵抗加熱蒸着）
第１の誘電層４：Ｓｉ（成膜方法：電子ビーム蒸着）を以下の表１の条件で成膜
第２の誘電層５：ＳｉＯ₂（成膜方法：スパッタリング）を以下の表１の条件で成膜
接着層Ｂ２：Ｃｒ、５ｎｍ（成膜方法：抵抗加熱蒸着）
第２の金属層３：Ａｕ、２００ｎｍ（成膜方法：抵抗加熱蒸着）
接着層Ｂ３：Ｃｒ、１０ｎｍ（成膜方法：抵抗加熱蒸着）
基板Ｓ：Ｓｉ

【0044】

比較例１の赤外線吸収体として、図２に示される赤外線吸収体１の第１の誘電層４をＳｉＯ₂層（膜厚：２００ｎｍ、成膜方法：スパッタリング）とし、第２の誘電層５をＳｉ層（膜厚：２００ｎｍ、成膜方法：電子ビーム蒸着）とした赤外線吸収体を作製した。比較例１の赤外線吸収体は、誘電層以外は、実施例と同じ条件で作製した。

【0045】

比較例２、３の赤外線吸収体として、図２に示される赤外線吸収体１の誘電層４、５がＳｉＯ₂単層（膜厚：２００ｎｍ、１２００ｎｍ、成膜方法：スパッタリング）である赤外線吸収体を作製した。比較例２、３の赤外線吸収体は、誘電層がＳｉＯ₂単層であること以外は、実施例と同じ条件で作製した。

【0046】

【表1】

【0047】

（赤外線反射スペクトルの測定）
上述した実施例および比較例の赤外線吸収体に対して、赤外線反射スペクトルを測定することにより、赤外線吸収体による赤外線の吸収率を評価した。赤外線反射スペクトルの測定は、赤外線吸収体の表面（第１の金属層２）に対して略垂直に赤外線を照射し、赤外線吸収体の表面（第１の金属層２）に対して略垂直に反射した赤外線の反射率を測定することにより行なった。

【0048】

（赤外線放射スペクトルの測定）
上述した実施例の赤外線吸収体に対して、赤外線放射スペクトルを測定した。赤外線放射スペクトルの測定は、赤外線吸収体を３００℃に加熱したときの赤外線の放射率を測定することにより行なった。

【0049】

（赤外線反射スペクトル）
実施例１～９の赤外線吸収体から得られた赤外線反射スペクトルを図３に示し、比較例の赤外線吸収体から得られた赤外線反射スペクトルを図５および図６に示す。

【0050】

比較例１の赤外線吸収体に関する図５を見ると、波長が１．４μｍ以下の波長領域にいくつかの反射ディップ（吸収ピーク）が見られるものの、反射率は最小でも４０％（吸収率は最大でも６０％）程度である。また、波長が１．４μｍを超える短波長領域から中波長領域では、ほとんど反射ディップ（吸収ピーク）が見られていない。この結果から、表面側に屈折率の低い誘電層が配置され、表面とは反対側に屈折率の高い誘電層が配置される比較例１の赤外線吸収体は、赤外線をほとんど吸収することがないことが分かる。

【0051】

比較例２、３の赤外線吸収体に関する図６を見ると、誘電層であるＳｉＯ₂の膜厚が２００ｎｍと１２００ｎｍのいずれでも、波長が１．４μｍ以下の波長領域にいくつかの反射ディップ（吸収ピーク）が見られるものの、反射率は最小でも４０％（吸収率は最大でも６０％）程度である。また、波長が１．４μｍを超える短波長領域から中波長領域では、ほとんど反射ディップ（吸収ピーク）が見られていない。この結果から、誘電層が単層である比較例２、３の赤外線吸収体は、赤外線をほとんど吸収することがないことが分かる。

【0052】

つぎに、実施例１～９の赤外線吸収体に関する図３を見ると、波長が１．４μｍ～３μｍの波長領域にシャープな反射ディップ（吸収ピーク）が見られ、波長が４．５μｍを超える領域にブロードな反射ディップ（吸収ピーク）が見られる。これらの短波長側および長波長側の反射ディップ（吸収ピーク）はいずれも、１０％を下回る反射率（９０％を超える吸収率）を示している。この結果から、表面側に屈折率の高い誘電層が配置され、表面とは反対側に屈折率の低い誘電層が配置される実施例１～９の赤外線吸収体は、比較例１～３の赤外線吸収体と比べて、赤外線をよく吸収することが分かる。また、短波長側および長波長側の反射ディップ（吸収ピーク）はいずれも、第１の誘電層４および第２の誘電層５のそれぞれの膜厚の増加に伴って長波長側にシフトしている。この結果から、第１の誘電層４および第２の誘電層５のそれぞれの膜厚を適宜設定することにより、吸収される赤外線の波長を選択することができることが分かる。

【0053】

（赤外線放射スペクトル）
実施例１～９の赤外線吸収体から得られた赤外線放射スペクトルを図４に示す。

【0054】

図４を見ると、波長が１．４μｍ～３μｍの波長領域にシャープな放射ピークが見られ、波長が４．５μｍを超える領域にブロードな放射ピークが見られる。これらの短波長側および長波長側の放射ピークの波長はいずれも、図３に示される反射ディップ（吸収ピーク）の波長のそれぞれにほぼ対応している。また、これらの短波長側および長波長側の放射ピークはいずれも、７０～８０％を超える放射率を示している。この結果から、実施例１～９の赤外線吸収体は、赤外線をよく放射することが分かる。また、短波長側および長波長側の放射ピークはいずれも、第１の誘電層４および第２の誘電層５のそれぞれの膜厚の増加に伴って長波長側にシフトしている。この結果から、第１の誘電層４および第２の誘電層５のそれぞれの膜厚を適宜設定することにより、放射される赤外線の波長を選択することができることが分かる。

【符号の説明】

【0055】

１ 赤外線吸収体
２ 第１の金属層
３ 第２の金属層
４ 第１の誘電層
５ 第２の誘電層
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 接着層
Ｌ 光
Ｍ ガス検知器
Ｍ１ 操作部
Ｍ２ 表示部
Ｎ ガスセンサ
Ｎ１ 筐体
Ｎ２ 光源
Ｎ３ 反射構造体
Ｎ４ 光検出部
Ｎ５ 回路部
Ｓ 基板
Ｔ 熱電変換素子
Ｖ 内部空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】