太赫兹波检测装置、照相机、成像装置以及测量装置制造方法

太赫兹波检测装置、照相机、成像装置以及测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及太赫兹波检测装置、照相机、成像装置以及测量装置，能够精度良好地将太赫兹波转换为电信号。具备基底基板(2)、和在基底基板(2)上排列的多个第一检测元件(9)，第一检测元件(9)具有：第一金属层(21)，其被设于基底基板(2)；支承基板(26)，其与第一金属层(21)分离地设置，并且吸收太赫兹波而产生热；以及转换部(35)，其被设置成在支承基板(26)的与第一金属层(21)相反侧层叠第二金属层(32)、热释电体层(33)以及第三金属层(34)，并且将由支承基板(26)产生的热转换为电信号。
【专利说明】太赫兹波检测装置、照相机、成像装置以及测量装置

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及太赫兹波检测装置、照相机、成像装置以及测量装置。

【背景技术】
[0002]吸收光而转换为热并将热转换为电信号的光传感器已被实际应用。而且，专利文献I中公开了一种提高了针对特定的波长的灵敏度的光传感器。据此，光传感器具备吸收光而产生热的吸收部、和将热转换为电信号的转换部。
[0003]吸收部呈立方体的形状，在吸收部的一面以规定的周期呈栅格状地设置有凹凸。照射到吸收部的光发生衍射或者散射而发生光的多重吸收。而且，吸收部吸收特定的波长的光。由此，吸收部能够对特定的波长的光的光强度做出反应而将光转换为热。在一个吸收部设置有一个转换部。而且，转换部将吸收部的温度的变化转换为电信号。该特定的波长采用4μπι左右的波长，凹凸的周期为1.5μπι左右。
[0004]近年来，具有10GHz以上30ΤΗζ以下的频率的电磁波即太赫兹波备受关注。太赫兹波例如能够应用于成像、分光测量等各种测量、无损检查等。
[0005]专利文献1:日本特开2013 - 44703号公报
[0006]太赫兹波为波长为30 μ m?Imm的光。当检测太赫兹波时在专利文献I的方式中光传感器变大。而且，由于吸收部的热容量变大，所以反应速度变慢，光传感器成为检测精度较低的传感器。鉴于此，期望一种在检测太赫兹波时也能够精度良好地转换为电信号的太赫兹波检测装置。


【发明内容】

[0007]本发明是为了解决上述的课题而完成的，能够作为以下的方式或者应用例来实现。
[0008][应用例I]
[0009]本应用例所涉及的太赫兹波检测装置的特征在于，具备基板、和在上述基板上排列的多个检测元件，上述检测元件具有:第一金属层，其设置于上述基板；吸收部，其与上述第一金属层分离地设置，并且吸收太赫兹波而产生热；以及转换部，其被设置成在上述吸收部的与上述第一金属层相反侧层叠第二金属层、热释电体层以及第三金属层，并且将由上述吸收部产生的热转换为电信号。
[0010]根据本应用例，太赫兹波检测装置具备基板，在基板上检测元件隔开间隔排列。检测元件具备吸收部和转换部。吸收部吸收太赫兹波而产生热。吸收部根据照射至吸收部的太赫兹波的量来产生热。转换部将由吸收部产生的热转换为电信号。因此，转换部输出与照射至吸收部的太赫兹波的量对应的电信号。
[0011]吸收部成为被第一金属层和第二金属层夹着的形态。在向吸收部射入太赫兹波时太赫兹波在吸收部以及吸收部与第一金属层之间的空间行进。太赫兹波被第一金属层和第二金属层反射。而且，在第一金属层和第二金属层反射的太赫兹波在吸收部的内部行进的过程中能量被吸收部吸收而转换为热。因此，照射太赫兹波检测装置的太赫兹波被吸收部高效地吸收而将能量转换为热。结果，太赫兹波检测装置能够高效地吸收被照射的太赫兹波并精度良好地转换为电信号。
[0012][应用例2]
[0013]在上述应用例所涉及的太赫兹波检测装置中，上述多个检测元件被排列成上述太赫兹波在相邻的上述转换部之间衍射。
[0014]根据本应用例，由于排列有多个检测元件，所以第二金属层也排列有多个。而且，相邻的第二金属层之间与相邻的第三金属层之间对于太赫兹波作为狭缝发挥作用。因此，太赫兹波在第二金属层以及第三金属层衍射而改变行进方向地进入吸收部。结果，太赫兹波检测装置能够高效地吸收照射的太赫兹波并精度良好地转换为电信号。
[0015][应用例3]
[0016]在上述应用例所涉及的太赫兹波检测装置中，上述吸收部的主材料为硅。
[0017]根据本应用例，吸收部的主材料为硅。由于硅以及硅化合物是电介质，所以吸收部能够吸收太赫兹波而产生热。而且，由于硅以及硅化合物具有刚性，所以能够作为支撑检测元件的结构体发挥作用。
[0018][应用例4]
[0019]在上述应用例所涉及的太赫兹波检测装置中，上述检测元件包括与上述吸收部连接的柱状的臂部，并且具备将上述吸收部支承为与上述基板分离的支承部，上述检测元件排列的方向的上述第二金属层的长度以及上述吸收部的长度比被上述吸收部吸收的上述太赫兹波在真空中的波长短且比10 μ m长。
[0020]根据本应用例，在吸收部上连接有支承部的臂部，臂部与吸收部连接。第二金属层的长度以及吸收部的长度比真空中的太赫兹波的波长短。由此，由于吸收部能够减轻重量，所以能够使臂部变细。或者，能够使臂部变长。由于臂部较细时或者臂部较长时热较难传导，所以检测元件能够容易地检测热。另外，第二金属层的长度比1ym长。由此，由于太赫兹波在第一金属层以及第二金属层中多重反射，所以吸收部能够高效地吸收太赫兹波。结果，检测元件能够灵敏度良好地检测太赫兹波。
[0021][应用例5]
[0022]在上述应用例所涉及的太赫兹波检测装置中，上述检测元件排列的方向的上述第二金属层的长度以及上述吸收部的长度比被上述吸收部吸收的上述太赫兹波的振幅的两倍长度短。
[0023]根据本应用例，在吸收部上连接有支承部的臂部。第二金属层的长度以及吸收部的长度比太赫兹波的振幅的两倍长度短。其中，在太赫兹波为椭圆偏振光时太赫兹波的振幅表示椭圆的长轴方向的振幅。由此，由于能够减轻检测元件的重量，所以能够使臂部变细。或者，能够使臂部变长。由于臂部较细时或者臂部较长时热较难传导，所以检测元件能够容易地检测热。另外，第二金属层的长度比ΙΟμπι长。由此，由于太赫兹波在第一金属层以及第二金属层中多重反射，所以吸收部能够高效地吸收太赫兹波。结果，检测元件能够灵敏度良好地检测太赫兹波。
[0024][应用例6]
[0025]在上述应用例所涉及的太赫兹波检测装置中，上述第二金属层的排列的周期比被上述吸收部吸收的上述太赫兹波在真空中的波长短。
[0026]根据本应用例，第二金属层以比真空中的太赫兹波的波长小的周期配置。此时，由于相邻的第二金属层之间的间隔变窄，所以太赫兹波变得容易衍射。因此，能够使太赫兹波容易进入吸收部内。
[0027][应用例7]
[0028]本应用例所涉及的照相机的特征在于，具备:太赫兹波产生部，其产生太赫兹波；太赫兹波检测部，其检测从上述太赫兹波产生部射出并透过了对象物的上述太赫兹波或者被上述对象物反射后的上述太赫兹波；以及存储部，其存储上述太赫兹波检测部的检测结果，上述太赫兹波检测部是上述任意一个所记载的太赫兹波检测装置。
[0029]根据本应用例，从太赫兹波产生部射出的太赫兹波照射对象物。太赫兹波在透过了对象物或者反射后，照射太赫兹波检测部。太赫兹波检测部将太赫兹波的检测结果输出至存储部，存储部存储检测结果。太赫兹波检测部使用上述所记载的太赫兹波检测装置。因此，本应用例的照相机能够成为具备将被照射的太赫兹波精度良好地转换为电信号的太赫兹波检测装置的装置。
[0030][应用例8]
[0031]本应用例所涉及的成像装置的特征在于，具备:太赫兹波产生部，其产生太赫兹波；太赫兹波检测部，其检测从上述太赫兹波产生部射出并透过了对象物的上述太赫兹波或者被上述对象物反射后的上述太赫兹波；以及图像形成部，其基于上述太赫兹波检测部的检测结果来生成上述对象物的图像，上述太赫兹波检测部是上述任意一个所记载的太赫兹波检测装置。
[0032]根据本应用例，从太赫兹波产生部射出的太赫兹波照射对象物。太赫兹波在透过了对象物或者反射后，照射太赫兹波检测部。太赫兹波检测部将太赫兹波的检测结果输出给图像形成部，图像形成部使用检测结果生成对象物的图像。太赫兹波检测部是上述所记载的太赫兹波检测装置。因此，本应用例的成像装置能够成为具备将被照射的太赫兹波精度良好地转换为电信号的太赫兹波检测装置的装置。
[0033][应用例9]
[0034]本应用例所涉及的测量装置的特征在于，具备:太赫兹波产生部，其产生太赫兹波；太赫兹波检测部，其检测从上述太赫兹波产生部射出并透过了对象物的上述太赫兹波或者被上述对象物反射后的上述太赫兹波；以及测量部，其基于上述太赫兹波检测部的检测结果来测量上述对象物，上述太赫兹波检测部是上述任意一个所记载的太赫兹波检测装置。
[0035]根据本应用例，从太赫兹波产生部射出的太赫兹波照射对象物。太赫兹波在透过了对象物或者反射后，照射太赫兹波检测部。太赫兹波检测部将太赫兹波的检测结果输出给测量部，测量部使用检测结果来测量对象物。太赫兹波检测部是上述所记载的太赫兹波检测装置。因此，本应用例的测量装置能够成为具备将被照射的太赫兹波精度良好地转换为电信号的太赫兹波检测装置的装置。

【专利附图】

【附图说明】
[0036]图1涉及第一实施方式，图1 (a)是表示太赫兹波检测装置的结构的示意俯视图，图1(b)是表示像素的结构的主要部分放大图。
[0037]图2(a)是用于说明第一检测元件的配置的示意俯视图，图2(b)以及图2(c)是用于说明太赫兹波的示意图。
[0038]图3(a)是表示第一检测元件的结构的示意俯视图，(b)是表示第一检测元件的结构的示意侧剖视图。
[0039]图4是用于说明第一检测元件的制造方法的示意图。
[0040]图5是用于说明第一检测元件的制造方法的示意图。
[0041]图6是用于说明第一检测元件的制造方法的示意图。
[0042]图7是用于说明第一检测元件的制造方法的示意图。
[0043]图8涉及第二实施方式，图8(a)是表示成像装置的构成的框图，图8 (b)是表示对象物在太赫兹波段下的频谱的图表。
[0044]图9是表示对象物的物质A、B、以及C的分布的图像的图。
[0045]图10是表示第三实施方式所涉及的测量装置的构成的框图。
[0046]图11是表示第四实施方式所涉及的照相机的构成的框图。
[0047]图12(a)以及图12(b)是表示变形例所涉及的第一检测元件的结构的示意俯视图。

【具体实施方式】
[0048]在本实施方式中，按照图1?图12对太赫兹波检测装置的特征性的例子进行说明。以下，按照附图对实施方式进行说明。其中，由于各附图中的各部件成为在各附图上能够识别的程度的大小，所以按照各部件使比例不同地进行图示。
[0049](第一实施方式)
[0050]按照图1?图7对第一实施方式所涉及的太赫兹波检测装置进行说明。图1(a)是表示太赫兹波检测装置的结构的示意俯视图。如图1(a)所示，太赫兹波检测装置I具备四边形的作为基板的基底基板2，在基底基板2的周围设置有框部3。框部3具有保护基底基板2的功能。在基底基板2上呈栅格状地排列有像素4。像素4的行数以及列数并不特别限定。像素4的个数越多则越能够精度良好地识别被检测物的形状。在本实施方式中，为了容易理解附图而使太赫兹波检测装置I为具备16行16列的像素4的装置。
[0051]图1(b)是表示像素的结构的主要部分放大图。如图1(b)所示，像素4由第一像素5、第二像素6、第三像素7以及第四像素8构成。在俯视基底基板2 (从基底基板2的板厚方向观察)时第一像素5?第四像素8分别为四边形，且为相同的面积。而且，第一像素5?第四像素8被配置于通过像素4的重心的线被四等分的位置。
[0052]在第一像素5中呈栅格状地排列有4行4列作为检测元件的第一检测元件9，在第二像素6中呈栅格状地排列有4行4列作为检测元件的第二检测元件10。在第三像素7中呈栅格状地排列有4行4列作为检测元件的第三检测元件11，在第四像素8中呈栅格状地排列有4行4列作为检测元件的第四检测元件12。第一检测元件9?第四检测元件12为相同的结构且俯视基底基板2时的大小不同。第二检测元件10比第一检测元件9大，第三检测元件11成为比第二检测元件10大的元件。而且，第四检测元件12成为比第三检测元件11大的元件。
[0053]第一检测元件9?第四检测元件12在俯视基底基板2时的大小和所检测的太赫兹波的共振频率之间有相关性。大的检测元件与小的检测元件相比能够检测波长较长的太赫兹波。分别将第一检测元件9、第二检测元件10、第三检测元件11、第四检测元件12检测的太赫兹波的波长设为第一波长、第二波长、第三波长、第四波长。此时，第四波长在这些波长中为最长的波长，第三波长、第二波长按照从大到小的顺序变短，第一波长成为这些波长中最短的波长。
[0054]在像素4中排列有第一检测元件9?第四检测元件12这四种检测元件。因此，太赫兹波检测装置I能够检测第一波长?第四波长这四种波长的太赫兹波。由于第一检测元件9?第四检测元件12为相同的结构，所以对第一检测元件9的结构进行说明，而省略第二检测元件10?第四检测元件12的说明。
[0055]图2(a)是用于说明第一检测元件的配置的示意俯视图。图2(b)以及图2(c)是用于说明太赫兹波的示意图。如图2(a)所示，在第一像素5中第一检测元件9被排列成为4行4列的栅格状。在各行中第一检测元件9被以恒定的周期配置。将该周期设为作为周期的第一周期13。在各列中第一检测元件9被以恒定的周期排列。将该周期设为作为周期的第二周期14。若太赫兹波15到达第一检测元件9 (具体为后述的转换部35)则发生衍射而进入第一检测元件9的内部。相邻的第一检测元件9 (具体为后述的转换部35)之间的部分变窄，针对太赫兹波15作为狭缝发挥作用。因此，所照射的太赫兹波15的行进方向在第一检测元件9端部变更为朝向第一检测元件9的内部的方向。
[0056]如图2(b)所示，太赫兹波15是在真空中维持恒定的波长15a而行进的光。而且，太赫兹波15是由第一像素5检测的光。此时，优选第一检测元件9排列的方向的周期即第一周期13以及第二周期14比波长15a短。第一周期13以及第二周期14比波长15a短能够提闻检测灵敏度。
[0057]如图2(c)所不,有时太赫兹波15为偏振光。偏振光存在椭圆偏振光、直线偏振光。将此时的偏振光的长边方向设为偏振光方向15b。偏振光方向15b成为与太赫兹波15的行进方向正交的方向。而且，将偏振光方向15b的太赫兹波15的长度的一半长度设为振幅15c。此时，优选第一周期13以及第二周期14比振幅15c的两倍长度短。第一周期13以及第二周期14较短能够提高检测灵敏度。
[0058]图3(a)是表示第一检测元件的结构的示意俯视图，图3(b)是表示第一检测元件的结构的示意侧剖视图。图3(b)是沿图3(a)的A — A’线的剖视图。如图3所示，在基底基板2上设置有第一绝缘层16。基底基板2的材质为硅，第一绝缘层16的材质并不特别限定，能够使用氮化硅、碳氮化硅、二氧化硅等。在本实施方式中，例如第一绝缘层16的材质使用二氧化硅。在基底基板2的第一绝缘层16侧的面形成有布线、驱动电路等电路。第一绝缘层16通过覆盖基底基板2上的电路来防止预定外的电流的流动。
[0059]在第一绝缘层16上竖立设有第一柱部17以及第二柱部18。第一柱部17以及第二柱部18的材质为与第一绝缘层16相同的材质。第一柱部17以及第二柱部18的形状为使四角锥的顶点平坦后的截棱锥的形状。在第一绝缘层16中除了与第一柱部17以及第二柱部18接触的位置之外的位置设置有第一金属层21。在第一金属层21的上侧、第一柱部17以及第二柱部18的侧面设置有第一保护层22。第一保护层22是保护第一金属层21、第一柱部17以及第二柱部18免受形成第一柱部17以及第二柱部18等时所使用的蚀刻液影响的层。在第一柱部17、第二柱部18、第一金属层21以及第一绝缘层16对蚀刻液具有耐性时也可以省略第一保护层22的设置。
[0060]在第一柱部17上隔着第二保护层23设置有作为臂部以及支承部的第一臂部24，在第二柱部18上隔着第二保护层23设置有作为臂部以及支承部的第二臂部25。而且，与第一臂部24以及第二臂部25连接地配置有作为吸收部的支承基板26，第一臂部24以及第二臂部25对支承基板26进行支承。由第一柱部17、第二柱部18、第一臂部24以及第二臂部25构成支承部27。支承基板26被支承部27支承为与基底基板2以及第一金属层21分离。第二保护层23是保护第一臂部24、第二臂部25以及支承基板26免受形成支承基板26、第一柱部17以及第二柱部18等时所使用的蚀刻液影响的膜。
[0061]第一金属层21的材质只要是容易反射太赫兹波15的材质即可，例如能够使用金、铜、铁、铝、锌、铬、铅、钛等金属、镍铬合金等合金。第一保护层22以及第二保护层23的材质只要具有耐蚀刻性即可，并不特别限定，在本实施方式中例如第一保护层22以及第二保护层23的材质使用氧化铝。在第一臂部24、第二臂部25以及支承基板26对蚀刻液具有耐性时也可以省略第二保护层23的设置。
[0062]支承基板26通过支承部27与基底基板2分离，基底基板2与支承基板26之间成为空洞28。第一臂部24以及第二臂部25的形状为使棱柱弯曲成直角的形状。由此，第一臂部24以及第二臂部25变长，抑制热从支承基板26传导至基底基板2。
[0063]在基底基板2的表面与第一臂部24的表面之间设置有贯通第一柱部17以及第一臂部24的第一贯通电极29。并且，在基底基板2的表面与第二臂部25的表面之间设置有贯通第二柱部18以及第二臂部25的第二贯通电极30。
[0064]支承基板26的材质只要具有刚性并能够加工即可，并不特别限定，在本实施方式中例如为二氧化硅、氮化硅、二氧化硅的三层结构。第一贯通电极29以及第二贯通电极30的材质只要具有导电性并能够形成微细的图案即可，并不特别限定，例如能够使用钛、钨、
铝等金属。
[0065]在支承基板26上的与第一金属层21相反侧的面设置有依次层叠了第二金属层
32、热释电体层33、第三金属层34而成的转换部35。换言之，支承基板26支承转换部35。转换部35具有将热转换为电信号的热释电传感器的功能。第二金属层32的材质只要是导电性良好、反射太赫兹波15的金属即可，更优选为具有耐热性的金属。在本实施方式中例如第二金属层32从支承基板26侧依次层叠铱、氧化铱、钼的层。铱具备取向控制的功能、氧化铱具备还原气体阻隔的功能、钼具备作为种子层的功能。
[0066]热释电体层33的材质是能够发挥热释电效应的电介质，能够根据温度变化而产生电极化量的变化。热释电体层33的材质能够使用PZT(锆钛酸铅)或者在PZT添加了Nb (铌)的 PZTN。
[0067]第三金属层34的材质只要是导电性良好的金属即可，更优选为具有耐热性的金属。在本实施方式中例如对第三金属层34的材质从热释电体层33侧依次层叠了钼、氧化铱、铱层。钼具备取向整合的功能、氧化铱具备还原气体阻隔的功能、铱具备作为低电阻层的功能。此外，第三金属层34、第二金属层32的材质并不限定于上述的例子，例如也可以是金、铜、铁、铝、锌、铬、铅、钛等金属、镍铬合金等合金。
[0068]在转换部35的周围配置有第二绝缘层36。而且，在第一臂部24上设置有将第一贯通电极29和第三金属层34连接的第一布线37，在第二臂部25上设置有将第二贯通电极30和第二金属层32连接的第二布线38。转换部35输出的电信号通过第一布线37、第一贯通电极29、第二布线38以及第二贯通电极30传递至基底基板2上的电路。第一布线37从第一臂部24在第二绝缘层36上通过与第三金属层34连接。由此，可防止第一布线37与第二金属层32以及热释电体层33接触。并且，也可以以覆盖第一布线37以及第二布线38的方式设置未图示的绝缘膜。能够防止第一布线37以及第二布线38中流动预定外的电流。
[0069]当向第一检测元件9照射太赫兹波15时太赫兹波15在转换部35的第二金属层32发生衍射。而且，太赫兹波15的行进方向改变，一部分的太赫兹波15进入支承基板26的内部以及空洞28。在基底基板2上呈栅格状地配置有第一检测元件9，第二金属层32的周期与第一周期13以及第二周期14为相同的周期。而且，第二金属层32的周期被以比太赫兹波15的波长小的周期排列。由此，相邻的第一检测元件9之间的部分对于太赫兹波15作为狭缝发挥作用。因此，所照射的太赫兹波15的行进方向在第一检测元件9的端部(即第二金属层32的端部)被变更为第一检测兀件9的内部。而且,太赫兹波15在第一金属层21与第二金属层32之间多重反射而在支承基板26以及空洞28中行进。
[0070]在支承基板26中行进的太赫兹波15的能量被转换为热。而且，照射第一检测元件9的太赫兹波15的光强度越强则支承基板26越被加热而支承基板26的温度越上升。支承基板26的热传导至转换部35。而且，转换部35的温度上升，转换部35将上升了的温度转换为电信号并输出给第一贯通电极29以及第二贯通电极30。
[0071]支承基板26以及转换部35中蓄积的热通过第三金属层34、第一布线37、第一臂部24以及第一柱部17传导至基底基板2。并且，支承基板26以及转换部35中蓄积的热通过第二金属层32、第二布线38、第二臂部25以及第二柱部18传导至基底基板2。因此，在照射第一检测元件9的太赫兹波15的光强度降低时，随着时间的经过支承基板26以及转换部35的温度降低。因此，第一检测元件9能够检测照射到第一检测元件9的太赫兹波15的光强度的变动。
[0072]支承基板26在俯视时为正方形,将一边的长度设为支承基板长26b。第二金属层32在俯视时为正方形，将一边的长度设为第二金属层长32a。优选支承基板长26b以及第二金属层长32a比太赫兹波15的波长15a短。另外，优选比振幅15c的两倍短。通过缩短支承基板长26b以及第二金属层长32a，能够减轻支承基板26的重量。由此，能够使第一臂部24以及第二臂部25变细。而且，第一检测元件9能够提高第一臂部24以及第二臂部25的隔热性。结果，由于热很难从转换部35以及支承基板26释放出，所以能够使太赫兹波15的检测精度变得良好。另外，通过缩短支承基板长26b以及第二金属层长32a，能够容易地将太赫兹波15封闭在第一金属层21与第二金属层32之间。另外，由于支承基板26较小与较大时相比热容变小，所以相对于热的产生，温度变化增大。因此，支承基板26能够高效地将吸收太赫兹波15而产生的热转换为温度。
[0073]在将支承基板26的材质选为二氧化硅时，优选支承基板长26b以及第二金属层长32a比10 μ m长。此时，能够使支承基板26高效地吸收太赫兹波15。
[0074]覆盖转换部35以及支承基板26地设置有第三保护层41。第三保护层41防止在转换部35以及支承基板26附着灰尘。并且，抑制转换部35以及支承基板26因氧、水分的进入而劣化。第三保护层41的材料能够使用各种树脂材料。第三保护层41也可以进一步覆盖第一臂部24以及第二臂部25。由此，第三保护层41能够防止在第一布线37以及第二布线38附着灰尘、并防止流动预定外的静电。
[0075]在所排列的各第一检测元件9中，第二金属层32相对于外形的位置为相同的位置。因此，各第一检测元件9的周期即第一周期13以及第二周期14成为与第二金属层32的周期相同的长度。而且，通过第二金属层32的周期被设定为比波长15a短，能够使太赫兹波15高效地衍射而朝向支承基板26的内部行进。
[0076]接下来，使用图4?图7，对第一检测元件9的制造方法进行说明。第二检测元件10?第四检测元件12的制造方法与第一检测元件9的制造方法相同，省略说明。图4?图7是用于说明第一检测元件的制造方法的示意图。如图4(a)所示，在基底基板2上形成第一绝缘层16。第一绝缘层16例如通过CVD (Chemical Vapor Deposit1n:化学气相沉积)法形成。接下来，在第一绝缘层16上使用光刻法以及蚀刻法进行图案化来形成第一贯通孔29a以及第二贯通孔30a。以下，图案化使用光刻法以及蚀刻法。接下来，在第一贯通孔29a以及第二贯通孔30a分别形成第一贯通电极29以及第二贯通电极30。第一贯通电极29以及第二贯通电极30例如通过镀覆法、溅射法形成。
[0077]如图4(b)所示，对第一绝缘层16进行图案化，来形成第一柱部17以及第二柱部18。在第一柱部17以及第二柱部18的形成中使用干式蚀刻法，并通过调整制造条件能够使侧面倾斜。接下来，在除了第一柱部17以及第二柱部18的位置的第一绝缘层16上设置第一金属层21。第一金属层21例如通过溅射法形成。
[0078]如图4(c)所示，在第一金属层21、第一柱部17以及第二柱部18上形成第一保护层22。利用CVD法形成氧化铝的膜，将该膜作为第一保护层22。由此，第一绝缘层16、第一柱部17以及第二柱部18成为被氧化铝的膜覆盖的状态。
[0079]接下来，在第一保护层22上使用CVD法形成由二氧化硅构成的牺牲层42。此时，以超过第一柱部17以及第二柱部18的高度形成二氧化硅膜，牺牲层42的膜厚形成得比第一柱部17以及第二柱部18的高度厚。接下来,使用CMP法(Chemical Mechanical Polishing:化学机械抛光)使牺牲层42的上表面平坦地形成，第一柱部17以及第二柱部18的上面与牺牲层42的面形成为同一个面。并且，除去在第一柱部17以及第二柱部18的上面残留的第一保护层22以及牺牲层42。
[0080]如图5(a)所示，在牺牲层42上形成第二保护层23。第二保护层23通过CVD法、溅射法形成。接下来，在第二保护层23上形成支承基板层26a。支承基板层26a是成为第一臂部24、第二臂部25以及支承基板26的基础的层。支承基板层26a例如通过CVD法、溅射法形成。
[0081 ] 接下来，对第二保护层23以及支承基板层26a进行图案化，来形成第一贯通孔29a以及第二贯通孔30a。第一贯通孔29a以及第二贯通孔30a分别形成为使在前一个工序中形成的第一贯通电极29以及第二贯通电极30露出。接下来，对第一贯通孔29a填充第一贯通电极29的材料，对第二贯通孔30a填充第二贯通电极30的材料。第一贯通电极29以及第二贯通电极30例如通过镀覆法、溅射法形成。通过以上的工序，形成从支承基板层26a的表面连接至基底基板2的第一贯通电极29以及第二贯通电极30。
[0082]如图5(b)所示，在支承基板层26a上依次层叠形成第二金属层32、热释电体层33、以及第三金属层34。由此，形成转换部35。第二金属层32、第三金属层34例如利用溅射法成膜并通过进行图案化来形成。热释电体层33例如通过在利用溅射法、溶胶-凝胶法成膜后进行图案化来形成。接下来，在第二金属层32上以及支承基板层26a上形成第二绝缘层36。第二绝缘层36例如通过利用溅射法、CVD法成膜并进行图案化来形成。
[0083]如图6 (a)所示，在支承基板层26a上形成第二布线38，将第二金属层32和第二贯通电极30电连接。并且，在支承基板层26a上以及第二绝缘层36上形成第一布线37，将第三金属层34和第一贯通电极29电连接。第一布线37以及第二布线38例如通过镀覆法、溅射法成膜并进行图案化来形成。
[0084]如图6(b)所示，覆盖转换部35以及支承基板层26a的一部分地形成第三保护层41。第三保护层41例如通过CVD法成膜并进行图案化来形成。第三保护层41也可以形成为进一步覆盖第一布线37以及第二布线38。
[0085]如图7(a)所示，对支承基板层26a以及第二保护层23进行图案化。由此，支承基板26被形成为板状，第一臂部24以及第二臂部25被形成为棱柱状。
[0086]如图7(b)所示，除去牺牲层42。牺牲层42的除去通过在遮蔽了牺牲层42之后进行蚀刻来进行。而且，在蚀刻后除去遮蔽物并进行清洗。由于第一柱部17以及第二柱部18被第一保护层22保护，所以未被蚀刻地形成。由于支承基板26的基底基板2侧的面也被第二保护层23保护，所以支承基板26未被蚀刻地形成。由此，形成第一柱部17、第二柱部18以及空洞28。另外，也可以与第一柱部17以及第二柱部18同时形成框部3。此外，与第一检测元件9并行地形成第二检测元件10?第四检测元件12。通过以上的工序，完成太赫兹波检测装置I。
[0087]如上所述，根据本实施方式，具有以下的效果。
[0088](I)根据本实施方式，支承基板26成为被第一金属层21和第二金属层32夹着的形态。在向支承基板26射入太赫兹波15时，太赫兹波在支承基板26以及空洞28中行进。太赫兹波15在第一金属层21和第二金属层32中多重反射。而且,被第一金属层21和第二金属层32反射的太赫兹波15在支承基板26的内部行进的过程中能量被支承基板26吸收并转换为热。因此，照射太赫兹波检测装置I的太赫兹波15能够高效地被支承基板26吸收并将能量转换为热。
[0089](2)根据本实施方式，由于第一检测兀件9隔开间隔排列有多个,所以第一金属层以及第二金属层也排列有多个。而且，相邻的第二金属层32之间与相邻的第三金属层34之间对于太赫兹波15作为狭缝发挥作用。因此，太赫兹波15通过第二金属层32以及第三金属层34改变行进方向而高效地进入支承基板26。结果，太赫兹波检测装置I能够精度良好地将照射的太赫兹波15转换为电信号。
[0090](3)根据本实施方式，支承基板26的材质为二氧化硅。由于硅以及硅化合物为电介质，所以支承基板26能够吸收太赫兹波15而产生热。而且，由于硅以及硅化合物具有刚性，所以能够作为支撑转换部35的结构体发挥作用。
[0091](4)根据本实施方式，在支承基板26上连接有支承部27的第一臂部24以及第二臂部25。第二金属层32的长度比被支承基板26吸收的太赫兹波15在真空中的波长短。由此，能够减轻转换部35的重量。而且，能够使第一臂部24以及第二臂部25变细。或者，能够使第一臂部24以及第二臂部25变长。
[0092]由于在第一臂部24以及第二臂部25较细时或者第一臂部24以及第二臂部25较长时热较难传导，所以转换部35能够容易地检测热。另外，第二金属层32的长度比10 μ m长。由此，由于太赫兹波15在第一金属层21以及第二金属层32中多重反射，所以支承基板26能够高效地吸收太赫兹波15。结果，第一检测元件9能够灵敏度良好地检测太赫兹波15。
[0093](5)根据本实施方式，在支承基板26上连接有支承部27的第一臂部24以及第二臂部25。第二金属层32的长度比被支承基板26吸收的太赫兹波15的振幅的两倍长度短。由此，能够减轻转换部35的重量。而且，能够使第一臂部24以及第二臂部25变细。或者，能够使第一臂部24以及第二臂部25变长。
[0094]由于在第一臂部24以及第二臂部25较细时或者第一臂部24以及第二臂部25较长时热较难传导，所以转换部35能够容易地检测热。另外，第二金属层32的长度比ΙΟμπι长。由此，由于太赫兹波15在第一金属层21以及第二金属层32中多重反射，所以支承基板26能够高效地吸收太赫兹波15。结果，第一检测元件9能够灵敏度良好地检测太赫兹波15。
[0095](6)根据本实施方式，第二金属层32以比被支承基板26吸收的太赫兹波15在真空中的波长小的周期排列。此时，由于相邻的第二金属层之间的间隔变窄，所以太赫兹波变得容易衍射。因此，能够容易地使太赫兹波进入支承基板26内。
[0096](第二实施方式)
[0097]接下来，使用图8以及图9对使用了太赫兹波检测装置的成像装置的一个实施方式进行说明。图8(a)是表示成像装置的构成的框图。图8(b)是表示对象物在太赫兹波段下的频谱的图表。图9是表示对象物的物质Α、B、以及C的分布的图像的图。
[0098]如图8(a)所示，成像装置45具备太赫兹波产生部46、太赫兹波检测部47以及图像形成部48。太赫兹波产生部46向对象物49射出太赫兹波15。太赫兹波检测部47检测透过了对象物49的太赫兹波15或者被对象物49反射后的太赫兹波15。图像形成部48基于太赫兹波检测部47的检测结果，来生成作为对象物49的图像的数据的图像数据。
[0099]太赫兹波产生部46例如能够采用使用了量子级联激光器、光传导天线和短脉冲激光器的方式、使用了非线形光学结晶的差频产生方式。太赫兹波检测部47使用上述记载的太赫兹波检测装置I。
[0100]太赫兹波检测部47具备第一检测元件9?第四检测元件12，各检测元件检测不同波长的太赫兹波15。因此，太赫兹波检测部47能够检测四种波长的太赫兹波15。成像装置45是使用四个检测元件中的第一检测元件9以及第二检测元件10来检测两种波长的太赫兹波15，来分析对象物49的装置。
[0101]成为分光成像的对象的对象物49由第一物质49a、第二物质49b、以及第三物质49c构成。成像装置45进行该对象物49的分光成像。太赫兹波检测部47检测被对象物49反射后的太赫兹波15。此外，分析所使用的波长的种类也可以为三种以上。由此，能够分析更多种类的对象物49。
[0102]将第一检测元件9检测的太赫兹波15的波长设为第一波长，将第二检测元件10检测的波长设为第二波长。将被对象物49反射后的太赫兹波15的第一波长的光强度设为第一强度，将第二波长的光强度设为第二强度。以在第一物质49a、第二物质49b和第三物质49c中第一强度与第二强度的差量能够相互显著地区别的方式设定了第一波长以及第二波长。
[0103]在图8(b)中纵轴表示检测出的太赫兹波15的光强度，图中上侧为比下侧强的强度。横轴表示检测出的太赫兹波15的波长，图中右侧为比左侧长的波长。第一特性线50是表示第一物质49a反射的太赫兹波15的波长与光强度的关系的线。同样，第二特性线51表示第二物质49b的特性，第三特性线52表示第三物质49c的特性。在横轴明示了第一波长53以及第二波长54的位置。
[0104]将对象物49为第一物质49a时被对象物49反射后的太赫兹波15的第一波长53的光强度设为第一强度50a,并将第二波长54的光强度设为第二强度50b。第一强度50a是第一波长53下的第一特性线50的值，第二强度50b是第二波长54下的第一特性线50的值。从第二强度50b减去第一强度50a所得到的值即第一波长差为正值。
[0105]同样，将对象物49为第二物质49b时被对象物49反射后的太赫兹波15的第一波长53的光强度设为第一强度51a,将第二波长54的光强度设为第二强度51b。第一强度51a是第一波长53下的第二特性线51的值，第二强度51b是第二波长54下的第二特性线51的值。从第二强度51b减去第一强度51a所得到的值即第二波长差为零。
[0106]将对象物49为第三物质49c时被对象物49反射后的太赫兹波15的第一波长53的光强度设为第一强度52a,将第二波长54的光强度设为第二强度52b。第一强度52a是第一波长53下的第三特性线52的值，第二强度52b是第二波长54下的第三特性线52的值。从第二强度52b减去第一强度52a所得到的值即第三波长差为负值。
[0107]在成像装置45进行对象物49的分光成像时，首先，太赫兹波产生部46产生太赫兹波15。然后,太赫兹波产生部46向对象物49照射太赫兹波15。然后,太赫兹波检测部47检测被对象物49反射后的太赫兹波15的光强度。该检测结果被发送给图像形成部48。其中，向对象物49照射太赫兹波15以及对被对象物49反射后的太赫兹波15的检测针对位于检查的区域的所有对象物49进行。
[0108]图像形成部48使用太赫兹波检测部47的检测结果从第二波长54下的光强度减去第一波长53的光强度。而且，将减法运算后的结果为正值的部位判断为第一物质49a。同样，将减法运算后的结果为零的部位判断为第二物质4%，将减法运算后的结果为负值的部位判断为第三物质49c。
[0109]如图9所示，另外在图像形成部48中生成对对象物49的第一物质49a、第二物质4%、以及第三物质49c的分布进行表示的图像的图像数据。该图像数据从图像形成部48输出给未图示的显示器，显示器显示对第一物质49a、第二物质4%、以及第三物质49c的分布进行表示的图像。例如，第一物质49a分布的区域被显示为黑色、第二物质49b分布的区域被显示为灰色、第三物质49c分布的区域被显示为白色。如上所述，在成像装置45中能够同时进行构成对象物49的各物质的识别、和该各物质的分布测定。
[0110]并且，成像装置45的用途并不限定于上述的用途。例如，对人照射太赫兹波15并检测透过了人或者被人反射后的太赫兹波15。通过在图像形成部48中进行检测出的太赫兹波15的检测结果的处理，也能够辨别该人是否持有手枪、刀、违法的药物等。太赫兹波检测部47使用上述所记载的太赫兹波检测装置I。因此，成像装置45能够具有较高的检测灵敏度。
[0111](第三实施方式)
[0112]接下来，使用图10对使用了太赫兹波检测装置的测量装置的一个实施方式进行说明。图10是表示测量装置的构成的框图。如图10所示，测量装置57具备产生太赫兹波的太赫兹波产生部58、太赫兹波检测部59以及测量部60。太赫兹波产生部58向对象物61照射太赫兹波15。太赫兹波检测部59检测透过对象物61的太赫兹波15或者被对象物61反射后的太赫兹波15。太赫兹波检测部59使用上述所记载的太赫兹波检测装置I。测量部60基于太赫兹波检测部59的检测结果来测量对象物61。
[0113]接下来，对测量装置57的使用例进行说明。在利用测量装置57进行对象物61的分光测量时，首先，利用太赫兹波产生部58产生太赫兹波15，并向对象物61照射该太赫兹波15。然后，太赫兹波检测部59检测透过了对象物61的太赫兹波15或者被对象物61反射后的太赫兹波15。检测结果从太赫兹波检测部59输出至测量部60。其中，向该对象物61照射太赫兹波15以及透过了对象物61的太赫兹波15或者被对象物61反射后的太赫兹波15的检测针对位于测量范围内的所有对象物61进行。
[0114]测量部60根据检测结果而输入在构成各像素4的第一检测元件9?第四检测元件12中检测出的太赫兹波15的各个光强度来进行对象物61的成分以及其分布等的分析。太赫兹波检测部59使用上述所记载的太赫兹波检测装置I。因此，测量装置57能够具有较高的检测灵敏度。
[0115](第四实施方式)
[0116]接下来，使用图11对使用了太赫兹波检测装置的照相机的一个实施方式进行说明。图11是表示照相机的构成的框图。如图11所示，照相机64具备太赫兹波产生部65、太赫兹波检测部66、存储部67以及控制部68。太赫兹波产生部65向对象物69照射太赫兹波15。太赫兹波检测部66检测被对象物69反射后的太赫兹波15或者透过了对象物69的太赫兹波15。太赫兹波检测部66使用上述所记载的太赫兹波检测装置I。存储部67存储太赫兹波检测部66的检测结果。控制部68控制太赫兹波产生部65、太赫兹波检测部66以及存储部67的动作。
[0117]照相机64具备框体70，太赫兹波产生部65、太赫兹波检测部66、存储部67以及控制部68被收纳在框体70中。照相机64具备使被对象物69反射后的太赫兹波15在太赫兹波检测部66成像的透镜71。并且，照相机64具备用于使太赫兹波产生部65射出的太赫兹波15向框体70的外部射出的窗部72。透镜71、窗部72的材质由透过太赫兹波15并使其折射的硅、石英、聚乙烯等构成。此外，窗部72也可以构成为如狭缝那样仅设置有开口。
[0118]接下来，对照相机64的使用例进行说明。在拍摄对象物69时，首先，控制部68使太赫兹波产生部65射出太赫兹波15。该太赫兹波15照射对象物69。而且，被对象物69反射后的太赫兹波15通过透镜71在太赫兹波检测部66成像，太赫兹波检测部66检测对象物69。检测结果从太赫兹波检测部66输出至存储部67并被存储。其中，向对象物69照射太赫兹波15以及被对象物69反射后的太赫兹波15的检测针对位于拍摄范围内的所有对象物69进行。另外，照相机64也可以向例如个人计算机等外部装置发送检测结果。个人计算机能够基于检测结果进行各种处理。
[0119]照相机64的太赫兹波检测部66使用上述所记载的太赫兹波检测装置I。因此，照相机64能够具有较高的检测灵敏度。
[0120]此外，本实施方式并不限定于上述的实施方式，也能够在本发明的技术思想内由本领域技术人员添加各种变更、改进。也可以成为实际上与上述实施方式所说明的构成相同的功能、方法以及结果相同的构成、或者目的以及效果相同的构成。另外，也可以为置换了上述实施方式所说明的构成的非本质部分的构成。以下描述变形例。
[0121](变形例I)
[0122]在上述第一实施方式中，在基底基板2上以纵横排列的栅格状配置了第一检测元件9。第一检测元件9的排列也可以为栅格状以外的排列图案。图12(a)是表示第一检测元件的构成的示意俯视图。如图12(a)所示，例如也可以使第一检测元件75的平面形状为六角形而排列为蜂巢状。另外，第一检测元件9的排列也可以为除此以外的重复图案。此时也能够使相邻的检测元件之间成为狭缝而使太赫兹波15衍射并进入检测元件。
[0123](变形例2)
[0124]在上述第一实施方式中，设置了第一检测元件9?第四检测元件12这四种检测元件。检测元件的种类也可以是I?3种，还可以是五种以上。也可以与想要检测的太赫兹波15的波长的数目一致。
[0125](变形例3)
[0126]在上述第一实施方式中，支承基板26以及第二金属层32的形状为正方形。图12(b)是表示第一检测元件的构成的示意俯视图。如图12(b)所示，例如作为吸收部的支承基板76以及第二金属层77的形状也可以是长方形，还可以是多边形、三角形。也可以是包括圆弧的形状。此时，也优选排列的方向上的支承基板长以及第二金属层长比太赫兹波15在真空中的波长短。另外，优选排列的方向上的支承基板长以及第二金属层长比振幅的两倍短。由此，由于能够使第一臂部24以及第二臂部25变细或者变长，所以能够灵敏度良好地检测太赫兹波15。
[0127](变形例4)
[0128]在上述第一实施方式中，成为从转换部35侧朝向基底基板2行进的太赫兹波15在转换部35中衍射的方式。也可以在第一金属层21设置狭缝。而且，也可以成为从基底基板2侧朝向转换部35行进的太赫兹波15在第一金属层21衍射的方式。在该方式时，由于太赫兹波15也在第一金属层21与第二金属层32之间反复反射,所以支承基板26能够高效地吸收太赫兹波15。
[0129]符号说明:1...太赫兹波检测装置，2...作为基板的基底基板，9...作为检测元件的第一检测元件，10…作为检测元件的第二检测元件，11…作为检测元件的第三检测元件，12…作为检测元件的第四检测元件，13…作为周期的第一周期，14…作为周期的第二周期，15…太赫兹波，15a…波长，15c…振幅，17…作为支承部的第一柱部，18…作为支承部的第二柱部，21...第一金属层，24...作为臂部以及支承部的第一臂部，25...作为臂部以及支承部的第二臂部，26、76...作为吸收部的支承基板，28…空洞，32、77...第二金属层，33…热释电体层，35...转换部，45…成像装置，46、58、65…太赫兹波产生部，47、59、66...太赫兹波检测部,48…图像形成部,49、61、69…对象物,57…测量装置,60…测量部,64…照相机,67…存储部，75...第一检测元件。
【权利要求】
1.一种太赫兹波检测装置，其特征在于，具备: 基板；以及在所述基板上排列的多个检测元件， 所述检测元件具有: 第一金属层，其被设于所述基板； 吸收部，其与所述第一金属层分离地设置，且吸收太赫兹波而产生热；以及转换部，其被设置成在所述吸收部的与所述第一金属层相反侧层叠第二金属层、热释电体层以及第三金属层，并且将由所述吸收部产生的热转换为电信号。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波检测装置，其特征在于， 所述多个检测元件被排列成所述太赫兹波在相邻的所述转换部之间衍射。
3.根据权利要求1或者2所述的太赫兹波检测装置，其特征在于， 所述吸收部的主材料为硅。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的太赫兹波检测装置，其特征在于， 所述检测元件包括与所述吸收部连接的柱状的臂部，并且具备将所述吸收部支承为与所述基板分离的支承部， 所述检测元件排列的方向的所述第二金属层的长度以及所述吸收部的长度比被所述吸收部吸收的所述太赫兹波在真空中的波长短且比10 μ m长。
5.根据权利要求4所述的太赫兹波检测装置，其特征在于， 所述检测元件排列的方向的所述第二金属层的长度以及所述吸收部的长度比被所述吸收部吸收的所述太赫兹波的振幅的两倍长度短。
6.根据权利要求1?5中任意一项所述的太赫兹波检测装置，其特征在于， 所述第二金属层的排列的周期比被所述吸收部吸收的所述太赫兹波在真空中的波长短。
7.一种照相机，其特征在于，具备: 太赫兹波产生部，其产生太赫兹波； 太赫兹波检测部，其检测从所述太赫兹波产生部射出并透过了对象物的所述太赫兹波或者被所述对象物反射了的所述太赫兹波；以及存储部，其存储所述太赫兹波检测部的检测结果， 所述太赫兹波检测部是权利要求1?6中任意一项所述的太赫兹波检测装置。
8.一种成像装置，其特征在于，具备: 太赫兹波产生部，其产生太赫兹波； 太赫兹波检测部，其检测从所述太赫兹波产生部射出并透过了对象物的所述太赫兹波或者被所述对象物反射了的所述太赫兹波；以及 图像形成部，其基于所述太赫兹波检测部的检测结果来生成所述对象物的图像， 所述太赫兹波检测部是权利要求1?6中任意一项所述的太赫兹波检测装置。
9.一种测量装置，其特征在于，具备: 太赫兹波产生部，其产生太赫兹波； 太赫兹波检测部，其检测从所述太赫兹波产生部射出并透过了对象物的所述太赫兹波或者被所述对象物反射了的所述太赫兹波；以及 测量部，其基于所述太赫兹波检测部的检测结果来测量所述对象物，所述太赫兹波检测部是权利要求1?6中任意一项所述的太赫兹波检测装置。
【文档编号】G01N21/3581GK104237156SQ201410232924
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】富冈纮斗 申请人:精工爱普生株式会社