焦电转换元件、光检测装置、电子设备的制造方法
【专利说明】焦电转换元件、光检测装置、电子设备
[0001]在本申请中，包含2014年4月I日申请的日本专利申请2014-75183的内容。
技术领域
[0002]本发明涉及焦电转换元件、焦电型的光检测装置、电子设备。
【背景技术】
[0003]作为光检测装置，已知沿正交的两轴方向二维配置在基板上设有包括光吸收膜的热型光检测元件与支撑该热型光检测元件的支撑部件的热型光检测器的热型光检测装置(专利文献I)。
[0004]上述专利文献I的热型光检测元件包括第一电极与第二电极之间夹着可以将热能转换为电能的作为焦电材料的强电介质膜的电容器。另外，作为该强电介质膜，举出了可以使用溶胶凝胶法或溅射法、MOCVD法而成膜的PZT (Pb (Zi,Ti) O3、锆钛酸铅)。PZT虽然是优异的焦电材料，但是由于含有Pb (铅)，所以被视为环境问题。
[0005]另一方面，在专利文献2中，公开了具备具有不包含Pb(铅)的强电介质层的场面元件的焦电传感器系统。该强电介质层是由SBT(钽铋锶氧化物)、钡铋钽氧化物及镧铋钽氧化物中选择的。
[0006]在上述专利文献2中，虽然举出构成强电介质层材料之一的SBTdS SBT的极化保持率比PZT低。因此，希望当含有SBT系统的强电介质的场面元素适用于焦电传感器系统时，向该场面元素施加电压从而保持极化，并该场面元素将接收的热能作为电能取出。因此，在焦电传感器系统读取时，由于向该场面元素施加电压，所以担忧增加杂音，且存在很难实现敏感度高的焦电传感器系统的问题。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本专利特开2011-153851号公报。
[0010]专利文献2:日本专利特表2006-518836号公报
【发明内容】
[0011]本发明用于解决上述问题的至少一部分而完成，可以通过下面的方式或实施例实现。
[0012](应用例)本应用例所涉及的焦电转换元件，其特征在于，具有:一对电极以及夹在一对电极间的强电介质层，上述强电介质层至少含有Bi (铋)、La (镧)、Fe (铁)，在上述强电介质层的晶体结构中Bi/La位点的La的摩尔分数为0.15以上0.20以下。
[0013]根据本应用例，能够提供不含有Pb (铅)，并具有优异的极化特性的焦电转换元件。
[0014]在上述应用例中所述的焦电转换元件，上述强电介质层更含有Mn (锰)、Ti (锑)，在上述强电介质层的晶体结构中，Fe/Mn/Ti位点的Ti的摩尔分数优选为0.05以下。
[0015]根据该结构，即使将强电介质层的膜厚变薄为例如不足I ym，也能够在一对电极间抑制泄漏电流的发生。
[0016]在上述应用例中所述的焦电转换元件，被保持在所述焦电转换元件的极化量优选为相对于元件温度进行可逆变化。
[0017]根据该结构，能够提供即使元件温度变化，也可以维持优异的极化特性的焦电转换元件。
[0018]在上述应用例中所述的焦电转换元件，在元件温度的升温时的焦电系数优选比-4[nC/(cm2.K)]小。
[0019]根据该结构，相对于温度变化能够提供敏感度、即灵敏度更好的焦电转换元件。
[0020]上述应用例中所述的焦电转换元件，在进行极化处理7分钟后的极化保持率优选为87%以上。
[0021]根据该结构，一次极化处理后，即使在7分钟后进行极化处理，由于极化保持率不极端地降低，所以焦电转换元件接收到的热能能够更有效地转换为电能。即，能够提供得到高精确度的输出的焦电转换元件。
[0022]在上述应用例中所述的焦电转换元件，在进行极化处理15小时后的极化保持率优选为84%以上。
[0023]根据该结构，一次极化处理后，即使在15小时后进行极化处理，由于极化保持率不极端地降低，所以为了每次取出电信号，得到高精度的输出，则可以不进行极化处理。即，能够提供省电型的焦电转换元件。
[0024]上述应用例中所述的焦电转换元件，优选包括:光吸收部，与上述一对电极其中一个的电极接触。
[0025]根据该结构，将入射焦电转换元件的光在光吸收部吸收并能够有效地转换为热能。即，能够提供灵敏度更好的焦电转换元件。
[0026](应用例)本应用例所涉及的光检测装置，其特征在于，沿正交的两轴方向二维配置上述实施例记载的焦电转换元件。
[0027]根据本应用例，能够提供可以将入射二维配置焦电转换元件区域的光(温度)的分布作为图像输出的光检测装置。另外，该焦电转换元件由于具有优异的极化特性，所以每次读取该图像，则不需要向焦电转换元件施加用于极化的电压，从而能够提供省电型的光检测装置。
[0028](应用例)本应用例所涉及的电子设备，其特征在于，具备上述应用例中所述的焦电转换元件。
[0029]根据本应用例，例如，能够提供物体的物理信息的解析设备(测量设备)等的电子设备。
[0030](应用例)本应用例所涉及的其他的电子设备，其特征在于，具备上述应用例中所述的光检测装置。
[0031]根据本应用例，具备焦电型的光检测装置，能够提供例如检测火或发热的安全设备、使用在工厂等的FA(SS)等电子设备。
【附图说明】
[0032]图1是示出光检测装置的结构的简要俯视观察图。
[0033]图2是示出光检测装置的像素的结构的简要俯视观察图。
[0034]图3是示出光检测装置的像素的电气结构的电路图。
[0035]图4是示出焦电转换元件的结构的简要俯视观察图。
[0036]图5的(a)是示出按图3的A_A’线切开的焦电转换元件的构造的简要剖视图，(b)是示出焦电电容器的结构示例的简要剖视图。
[0037]图6的(a)是示出焦电体的晶体结构的示意图，(b)是说明焦电体的焦电功能的图。
[0038]图7的(a)是示出焦电体的极化特性的图表，(b)是示出焦电体的极化处理的方法的图。
[0039]图8是示出在焦电体的实施例及比较例中结构与极化特性的表。
[0040]图9的(a)是示出比较例I的进行极化处理7分钟后的滞后现象的图表，(b)是示出比较例I的进行极化处理15小时后的滞后现象的图表，(c)是示出极化处理的方法的图。
[0041]图10的(a)是示出比较例2的进行极化处理7分钟后的滞后现象的图表，(b)是示出比较例2的进行极化处理15小时后的滞后现象的图表。
[0042]图11的(a)是示出比较例3的进行极化处理7分钟后的滞后现象的图表，(b)是示出比较例3的进行极化处理15小时后的滞后现象的图表。
[0043]图12的(a)是示出实施例1的进行极化处理7分钟后的滞后现象的图表，(b)是示出实施例1的进行极化处理15小时后的滞后现象的图表。
[0044]图13的(a)是示出实施例2的进行极化处理7分钟后的滞后现象的图表，(b)是示出实施例2的进行极化处理15小时后的滞后现象的图表。
[0045]图14的(a)是示出实施例3的进行极化处理7分钟后的滞后现象的图表，(b)是示出实施例3的进行极化处理15小时后的滞后现象的图表。
[0046]图15的(a)是示出比较例3的元件温度与焦电系数的关系的图表，(b)是示出实施例3的元件温度与焦电系数的图表。
[0047]图16是示出包括本实施方式的焦电转换元件的电子设备的结构示例的图。
[0048]图17的(a)是示出图15的传感器设备的结构示例的框图，(b)是示出传感器设备上传感器阵列的结构示例的图。
[0049]图18示出包括本实施方式的焦电转换元件的太赫兹照相机的一个例子的图。
[0050]符号说明
[0051]100光检测装置；101基板；110焦电转换元件；112 —对电极中的下部电极；113作为强电介质层的焦电体；114 一对电极中的上部电极；115焦电电容器；116还原保护膜；117光吸收部；118空穴；410作为电子设备的传感器设备；1000作为电子设备的太赫兹照相机。
【具体实施方式】
[0052]下面，对于具体的本发明的实施方式，通过附图进行说明。另外，使用的附图为了说明的部分成为可以识别的状态，则适当地放大或缩小进行表示。
[0053]第一实施方式
[0054]光检测装置
[0055]首先，关于适用于本实施方式的焦电转换元件的光检测装置，参考图1?图3进行说明。图1是示出光检测装置的结构的简要俯视观察图，图2是示出光检测装置的像素的结构的简要俯视观察图，图3是示出光检测装置的像素的电气结构的电路图。
[0056]如图1所示，本实施方式的光检测装置100，具备:基板101以及形成在基板101上的多个像素100P。
[0057]基板101是例如硅等的半导体基板，多个像素100P在基板101的第一方向(行方向)和与第一方向相交的第二方向(列方向)上以二维(矩阵状)配置。此后，将第一方向设为X方向，将第二方向设为Y方向进行说明。另外，相对于图的纸面从法线方向观察称为俯视观察。
[0058]本实施方式的光检测装置100，例如适用于后述的太赫兹照相机，像素100P具有将入射光转换为电信号的功