專利名稱：輻射檢測器和輻射檢測方法
技術領域：
本發明涉及利用各向異性熱電效應的輻射檢測器和使用該輻射檢測器的輻射檢 測方法。
背景技術：
當在熱電變換材料的兩端產生溫度差時，與該溫度差成比例地產生電動勢(熱電 動勢)。在熱電變換材料中，熱能轉換為電能的現象已知為塞貝克效應。所產生的電動勢V 使用溫度差ΔΤ、材料固有的塞貝克系數S表示為V = SAT。在顯示各向同性的物理特性的熱電變換材料中，由塞貝克效應產生的電動勢僅在 產生了溫度差的方向上產生。另一方面，在電輸送特性上顯示各向異性的熱電變換材料，由 于結晶軸的傾斜配置，在與產生溫度差的方向呈正交的方向上產生電動勢。另外，所謂的電 輸送特性是指具有電荷的電子或空穴在物質中移動的情況。這樣，由于材料的結晶軸的傾 斜配置，在與產生溫度差的方向(熱流方向)不同的方向上產生電動勢的現象稱為各向異 性熱電效應或非對角熱電效應。圖13是用于說明各向異性熱電效應的坐標系的圖。如圖13所示，試樣101的結 晶軸abc相對于空間軸xyz傾斜。在試樣101中，當對沿著ζ軸的方向施加了溫度差ATz 時，沿著與ζ軸正交的方向即χ軸的方向產生電動勢Vx。電動勢Vx由式(1)表達。[數學式1]Vx=^ATz*AS sm2a (1)Ia其中，1表示試樣101的寬度，d表示試樣101的厚度，α表示相對于試樣101的 表面(xy面)的ab面的傾斜角度，AS表示c軸方向的塞貝克系數S。與ab面內方向的塞 貝克系數Sab的差(由各向異性引起的差)。一直以來，作為利用各向異性熱電效應的輻射檢測器，提出了使用YB Cu307_d(以 下稱為YBC0)的傾斜疊層薄膜的輻射檢測器(例如參照專利文獻1)。傾斜疊層薄膜是疊層 在基板上的薄膜，是結晶軸相對于基板的表面傾斜，多層疊層而成的結構的薄膜。YBCO薄膜 具有各向異性的結晶構造，該各向異性的結晶構造中，具有導電性的CuO2層、具有絕緣性的 Y層和BaO層沿著c軸方向交替疊層。在將該YBCO薄膜在適當的基板表面上以c軸相對 于基板表面傾斜的方式疊層(傾斜疊層)的情況下，與圖13同樣的坐標系成立。CuO2面與 圖13的ab面對應。當電磁波入射至該傾斜疊層的YBCO薄膜的表面時，在與YBCO薄膜的 表面垂直的方向上產生溫度差。結果，由于各向異性熱電效應，在與YBCO薄膜的表面平行 的方向上產生電動勢。通過讀取該電動勢，能夠檢測出入射至YBCO薄膜的表面的電磁波。 使用該YBCO薄膜的輻射檢測器能夠以約100mV/K的靈敏度進行電磁波的檢測。根據式(1)，由各向異性熱電效應產生的電動勢Vx與塞貝克系數的由各向異性引 起的差Δ S、試樣的寬高比Ι/d和傾斜角度α的2倍的角度的正弦值Sin2a成比例。TOCO 薄膜中八3小于1(^￥/1(，CuO2面的傾斜角度α保持為單一角度的上限被限制為約10 20° (例如參照非專利文獻1、非專利文獻幻。因此，使用YBCO薄膜的輻射檢測器在實用 化時靈敏度并不足夠。為了提高使用傾斜疊層薄膜的輻射檢測器的靈敏度，有使用AS更 大的材料、使薄膜的傾斜角度α盡可能接近45度等的方法。傾斜疊層薄膜的傾斜角度α 的范圍依賴于薄膜材料和疊層該薄膜材料的基板材料的組合，因此，優選選擇適宜的基板 材料，使得能夠大范圍地控制傾斜角度α直至45°附近。在專利文獻1中公開了使用部分摻雜有ft·的TOCO薄膜的輻射檢測器。根據專利 文獻1，該輻射檢測器與使用未摻雜的YBCO薄膜的輻射檢測器相比，具有約20倍的靈敏度。 其理由被認為是通過摻雜ft·使得TOCO薄膜的塞貝克系數增加。但是，在非專利文獻3中 記載有，在摻雜有ft"的TOCO薄膜中，雖然ab面內方向的塞貝克系數增加，但c軸方向的塞 貝克系數沒有變化。此外，在非專利文獻3中記載有，在專利文獻1的輻射檢測器所使用的 TOCO薄膜的ft·摻雜范圍中，AS變小。于是，使用與在專利文獻1中使用的波長MSnm的 光不同的波長(308nm)的光，利用與非專利文獻3同樣的實驗方法，實際測定了摻雜有ft· 的YBCO薄膜對于光照射的響應。結果得到確認，由各向異性熱電效應產生的電動勢在摻雜 有ft·的YBCO薄膜中較小。使用摻雜有ft·的TOCO薄膜使得輻射檢測器的靈敏度提高的原因有可能是，通過 摻雜ft·，對于波長MSnm的光的TOCO薄膜的吸收系數增加。即，專利文獻1的輻射檢測器 雖然對于波長M8nm的光為高靈敏度，但是在其它的波長區域中檢測靈敏度并不一定能得 到提高。專利文獻1 日本特開平8-M7851號公報非專利文獻 1 :H. S. Kwok, J. P. Zheng, "Anomalous photovoltaicresponse in YBa2Cu307”， The American Physical Society, PHYSICALREVIEW B, (1992), VOLUME 46， NUMBER 6,3692非專利文獻2 :Physica C 377(2002)26-35, Elsevier Science B. V.非專利文獻 3 :15th International Conference on Thermoelectrics (1996)， IEEE,pp.494-498
發明內容
本發明鑒于上述問題而提出，其目的在于提供檢測靈敏度更高的輻射檢測器和輻 射檢測方法。本發明進行了各種研究，結果得出，上述目的能夠通過以下的本發明達到。艮口， 本發明的輻射檢測器包括=Al2O3基板；疊層在上述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜；疊層在上 述狗203薄膜上，( 面相對于上述Al2O3基板表面傾斜而排列的CaxCc^2 (其中，0. 15 < χ < 0. 55)薄膜；配置在上述CaxCoO2薄膜上的第一電極；和位于上述CaxCoO2薄膜上，在上述 CoO2面傾斜排列的方向上，配置在與上述第一電極相對的位置上的第二電極。此外，本發明的輻射檢測方法是使用輻射檢測器檢測電磁波的輻射檢測方法，上 述輻射檢測器包括=Al2O3基板；疊層在上述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜；疊層在上述!^e2O3薄 膜上，CoO2面相對于上述Al2O3基板表面傾斜而排列的CaxCoO2 (其中，0. 15 < χ < 0. 55) 薄膜；配置在上述( 薄膜上的第一電極；和位于上述CaxCc^2薄膜上，在上述( 面 傾斜排列的方向上，配置在與上述第一電極相對的位置上的第二電極，基于由入射至上述CaxCoO2薄膜的電磁波在上述CaxCc^2薄膜內產生的溫度差，取出在上述第一電極與上述第 二電極之間所產生的熱電動勢，基于上述熱電動勢檢測上述電磁波。本發明者研究各種條件而得出以下結果，通過進行最佳化，在具有CaxCc^2薄膜、 Fe2O3薄膜、Al2O3基板的三層構造的疊層體中，能夠制作出結晶軸相對于Al2O3基板的表面 大幅傾斜的CaxCc^2薄膜。根據包括該具有三層構造的疊層體的輻射檢測器，能夠使作為傾 斜疊層薄膜的CaxCoO2薄膜的結晶軸的傾斜角度變大。從而，能夠使傾斜角度接近45°，由 此能夠使輻射檢測器的檢測靈敏度(電動勢)變大。根據本發明，能夠提供檢測靈敏度更高的輻射檢測器和輻射檢測方法。
圖1是本發明的輻射檢測器的一個方式的截面圖。圖2是表示C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜的θ -2 θ掃描XRD圖案的圖。圖3是表示C￡ixCO02/Al203-r薄膜的θ -2 θ掃描XRD圖案的圖。圖4是表示C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜的極圖的圖。圖5是C￡txCO02/i^203/Al203-r疊層體的三層截面像。圖6是CeixC0O2A^2O3界面附近的截面像。圖7是CaxCc^2薄膜內的高分辨率像。圖8是表示用于測定電動勢的輻射檢測器的結構的立體圖。圖9是表示由電磁波的入射和截斷引起的電動勢的經時變化的曲線圖。圖10是表示CaxCo02/i^e203/Al203-n薄膜的極圖的圖。圖11是表示CaxCoO2Z^e2O3Al2O3-S薄膜的極圖的圖。圖12是表示輻射檢測器的Sin2a與傾斜排列方向上的電壓的關系的曲線圖。圖13是用于說明各向異性熱電效應的坐標系的圖。
具體實施例方式圖1是本發明的輻射檢測器的一個方式的截面圖。如圖1所示，輻射檢測器10包 括=Al2O3基板(藍寶石基板)11 ；疊層在Al2O3基板11上的Fe2O3薄膜12 ；疊層在Fe2O3薄膜 12上的CaxCc^2薄膜13 ；配置在CaxCc^2薄膜13上的第一電極14 ；和第二電極15。其中， CaxCoO2薄膜13，雖然由于制作條件會產生成分(組成)偏差，但只要χ為0. 15 < χ < 0. 55 即可。CaxCoO2薄膜13為傾斜疊層薄膜，具有( 層和Qix塊層(blocklayer)交替疊層 的層狀構造。在CaxCc^2薄膜13中，( 面16內方向的塞貝克系數Sab與作為其垂直方向 的CaxCc^2薄膜13的c軸方向的塞貝克系數S。為不同的值，CaxCc^2薄膜13顯示各向異性。在CaxCoA薄膜13中，多個( 面16相對于Al2O3基板11表面傾斜，相互平行地 排列配置。第二電極15與第一電極14在電動勢取出方向17上分離地配置。即電動勢取 出方向是第一電極14和第二電極15相對的方向。電動勢取出方向17相對于&)02面16與 CaxCoO2薄膜13的表面的交線(與紙面垂直方向的線)垂直，并且是與CaxCc^2薄膜13的 表面平行的方向，且是CoO2面16傾斜排列的方向。CoO2面16相對于電動勢取出方向17以 傾斜角度α傾斜。此外，CoO2面16相對于Al2O3基板11的表面也以傾斜角度α傾斜。5
輻射檢測器10具有由CaxCc^2薄膜13、F%03薄膜12、A1203基板11構成的三層構 造。在該三層構造的疊層體中，能夠制作出具有結晶軸相對于Al2O3基板11的表面大幅傾 斜的構造的傾斜疊層薄膜(CaxCoO2薄膜13)。由此，能夠使傾斜角度α比現有的輻射檢測 器的傾斜疊層薄膜的傾斜角度大。在輻射檢測器10中，傾斜角度α為10°以上80°以下 即可，優選為25°以上65°以下。由此，能夠實現檢測靈敏度高的輻射檢測器10。根據式 (1)也可知，在輻射檢測器10中，傾斜角度α特別優選為45°。在輻射檢測器10中，能夠 使得傾斜角度α更接近45°。在輻射檢測器10中，當電磁波入射至CaxCc^2薄膜13時，電磁波被CaxCc^2薄膜13 吸收。由此，在CaxCc^2薄膜13中，在薄膜面間方向18上產生溫度梯度。薄膜面間方向18 是相對于CaxCc^2薄膜13的表面垂直的方向，與電動勢取出方向17正交。通過在CaxCc^2 薄膜I3內產生溫度差，由于各向異性熱電效應，在CaxCc^2薄膜13中在電動勢取出方向17 上產生電動勢。所產生的電動勢經由第一電極14和第二電極15被輸出至外部。通過檢測 經由第一電極14和第二電極15而被輸出的電動勢，能夠檢測入射至CaxCc^2薄膜13的電 磁波。本發明的輻射檢測器10能夠通過在Al2O3基板11上依次疊層!^e2O3薄膜12、 CaxCoO2薄膜13，在CaxCc^2薄膜13上設置第一電極14和第二電極15而制作得到。疊層 Fe2O3薄膜12和CaxCc^2薄膜13的方法沒有特別限定。例如，應用濺射法、蒸鍍法、激光燒蝕 法、化學氣相生長法等氣相生長或自液相的生長等各種方法即可。Fe52O3薄膜12和CaxCc^2 薄膜13的膜厚只要均為單位晶格層(latticed layer)以上則無特別限定，具體地說，為 50nm 200nm左右即可。另外，即使是該范圍以外的厚度也沒有問題。CaxCoO2薄膜13的( 面16的傾斜角度α由Al2O3基板11的表面與Al2O3基板 11的(0001)面19的傾斜角度β的值決定。由此，在制作輻射檢測器10時，準備具有與所 期望的傾斜角度α的值對應的傾斜角度β的Al2O3基板11即可。另外，α為β 士 15°的 值，但根據制作條件的不同，α的值也會變動至該范圍以外。第一電極14和第二電極15只要為導電性高的材料則無特別限定。具體地說，使用 Cu、Ag、Mo、Al、Ti、Cr、Au、Pt、In等金屬、TiN等氮化物或添加錫的氧化銦(銦錫氧化物) (ITO)工1102等氧化物即可。此外，也可以使用焊料、導電性漿料等制作第一電極14、第二電 極15。在CaxCoO2薄膜13上制作第一電極14、第二電極15的方法沒有特別限定。例如，能 夠使用蒸鍍法、濺射法等氣相生長的方法，以及導電性漿料的涂敷、電鍍、熱噴涂、焊料接合 等各種方法。另外，第一電極14和第二電極15的構成材料優選為Cu、Ag、Au或Al，更優選 為Cu、Ag或Au，特別優選為Cu或Ag。另外，輻射檢測器10的制造方法，只要是能夠實現由Al2O3基板IlJe2O3薄膜12、 CaxCoO2薄膜13構成的三層構造，在CaxCc^2薄膜13上設置第一電極14、第二電極15的方 法即可，并不特別限定于上述方法。輻射檢測器10在制作時，通過控制Al2O3基板11的(0001)面19的傾斜角度β， 而能夠控制傾斜角度α，因此，能夠以大范圍控制傾斜角度a。由此，與現有的TOCO薄膜 相比，在具有約4倍左右大小的Δ S的CaxCc^2薄膜13中，能夠實現大幅超過現有的YBCO 薄膜的01 面的傾斜角度的( 面的傾斜角度。從而，能夠實現大大超過現有的使用傾斜 疊層薄膜的輻射檢測器的性能的輻射檢測器。本發明能夠促進熱和電的能量轉換的應用，本發明的工業價值很高。另外，雖然作為傾斜疊層薄膜使用了 CaxCc^2薄膜，但即使作為代替而使用SrxCc^2 薄膜也能夠得到同樣的效果。(實施例)以下說明本發明的更具體的實施例。(實施例1、比較例)在實施例1中，在Al203-r面基板上疊層狗303薄膜，該Al203_r面基板在表面具有 從(0001)面傾斜約57°的(1-102)面，進一步，在!^e2O3薄膜上疊層CaxCoO2薄膜，制作出 三層構造的疊層體。以下，將該疊層體的CaxCoO2薄膜記為CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜。另 外，此時的傾斜角度β為57°。以下的薄膜的制作中，均使用高頻(RF:Radio Frequency) 磁控管濺射器。!^e2O3 薄膜(膜厚 IOOnm)使用!^e2O3靶，在 Al203_r 面基板(IOmmX 10mm，厚度 0. 5mm) 上制作而成。在將成膜腔室內排氣至1. OXlO-3Pa以下之后，導入氬氣并將腔室內的氣壓保 持為lPa，不進行加熱器加熱地進行濺射。濺射時的RF功率為100W。在CaxCc^2薄膜(膜厚150nm)的制作中，使用以Ca、Co的摩爾比為1 1的方式 混合而成的靶。在將成膜腔室內排氣至1.0X10_3Pa以下之后，導入氬(96%)、氧的 混合氣體，并利用電阻加熱器加熱F%03/Al203-r疊層體。為了選定用于制作CaxCc^2薄膜 的最佳條件，作為成膜條件，在使氣壓固定為5Pa的狀態下，使i^203/Al203-r疊層體的溫度 變化為400 600°C。濺射時的RF功率固定為100W。薄膜的沉積之后，導入氬(96% )、氧 (4%)的混合氣體，將腔室內的氣壓保持為5 并花60分鐘的時間冷卻至室溫。以能量分 散型X射線分析裝置評價CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜的陽離子組成比，可知Ca、Co的組成 比為大約1 2。由此，χ 0. 5。此外，作為比較例，制作在Al203-r面基板上疊層CaxCc^2薄膜的兩層構造的疊層 體。以下，將該疊層體中的CaxCc^2薄膜記為C￡ixCO02/Al203-r薄膜。CaxCoO2薄膜(膜厚150nm)，使用以Ca、Co的摩爾比為1 1的方式混合的靶，在 Al203-r面基板(10mmX 10mm，厚度0. 5mm)上制作而成。在將成膜腔室內排氣至1. OX KT3Pa 以下之后，導入氬(96%)、氧的混合氣體，并利用電阻加熱器加熱Al203-r面基板。 為了選定最適于制作CaxCc^2薄膜的條件，作為成膜條件，在使氣壓固定為5Pa的狀態下，使 Al2O3T面基板的溫度變化為400 600°C。濺射時的RF功率固定為100W。薄膜的沉積之 后，導入氬(96% )、氧)的混合氣體，將腔室內的氣壓保持為5 并花60分鐘的時間 冷卻至室溫。以能量分散型X射線分析裝置評價CaxCO02/Al203-r薄膜的陽離子組成比，可 知Ca、Co的組成比為大約1:2。由此，χ 0. 5。圖2 是表示 CaxCo02/Fe203/Al203-r 薄膜的 θ-2 θ 掃描 X 射線衍射(XRD X-ray diffraction)圖案的圖。圖2是( 薄膜的疊層時的溫度為500°C時的CaxCO02/Fe203/ Al203-r薄膜的測定結果。如圖2所示，除了 Al203-r面基板和!^e2O3薄膜的(1-102)面的衍 射峰之外，在2 θ 75°處也觀測到一個衍射峰。該角度與根據布拉格條件求得的CaxCc^2 薄膜的(02 衍射峰所表現的角度大致一致。因此，這表示了，CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜 中，作為(001)面的( 面相對于Al2O3基板的表面傾斜疊層。圖3表示C￡ixCO02/Al203-r薄膜的θ -2 θ掃描XRD圖案。圖3是CaxCc^2薄膜的疊層時的溫度為500°C時的QixCO02/Al203-r薄膜的測定結果。如圖3所示，除了 Al203_r面 基板的(1-102)面的衍射峰之外，還在CaxCo02/Al203-r薄膜的(001)面(I = 1,2,3,4)觀 測到衍射峰。在CaxCo02/Al203-r薄膜中，(001)面與CoO2對應。由此可知，CaxCo02/Al203_r 薄膜中，CoO2面相對于Al2O3基板的表面平行地疊層。即，傾斜疊層構造沒有實現。接著，為了確認由θ -2 θ掃描XRD表示的C￡ixCo02/Fi5203/Al203-r薄膜的( 面的 傾斜疊層構造，進行極圖XRD測定。在極圖測定中，能夠得到某特定的結晶面的相對于基板 表面的傾斜，和關于其排列方向的信息。測定條件是，作為測定目的的結晶面與水平面平行 地配置，將X射線的入射和檢測角度(θ -2 θ )固定為滿足布拉格條件的角度。在該狀態下， 使基板平面從水平方向傾斜(ψ = 0 90° )，再在面內方向旋轉(φ = 0 360° )。所 檢測的散射X射線僅在作為目的的結晶面與水平面平行時加強。通過改變Ψ和Φ來測定 所檢測的散射光的強度分布，能夠得知該結晶面的傾斜角度(Ψ的值)和排列方向(Φ的 值)。將2 θ固定于CaxCO02/i^203/Al203-r薄膜的(001)衍射峰顯現的角度，進行 CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜的極圖XRD測定。在圖4中表示其結果。根據圖4可知，顯現在 ψ ^ 60°，Φ 180°處具有最大值的一個衍射峰。這表示，CaxCO02/i^203/Al203-r薄膜 的(001)面相對于Al2O3基板的表面傾斜大約60°。由此，傾斜角度α為約60°。該角度 與CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜中(011)面與(001)面所成的角度大致一致。此外，在該極圖 中，僅觀測到一個(001)衍射峰，因此可知，在C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜中，( 面向單一 方向傾斜疊層。為了進一步確認QixCO02/Fe203/Al203-r薄膜中的( 面的傾斜疊層構造，利用截 面透射電子顯微鏡進行評價。圖5為CaxCO02/^e203/Al203-r疊層體的三層截面像，圖6是 CaxCo02/Fe203界面附近的截面像，圖7是CaxCc^2薄膜內的高分辨率像。如圖5 7所示， 在CaxCO02/i^203/Al203-r薄膜內，能夠明確地觀察到大約傾斜60°的一致的條紋構造。一 致的CoO2層的傾斜疊層構造在CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜中實際上形成，傾斜角度α為約 60°。這與通過極圖測定所得到的結果一致。由此可知，通過在Al2O3基板上作為緩沖層而 疊層F^O3薄膜，并在其上疊層( 薄膜，能夠制作出( 面相對于Al2O3基板表面傾斜 疊層的CaxCc^2薄膜。圖8是表示電動勢測定用的輻射檢測器的結構的立體圖。如圖8所示，輻射檢測 器20包括依次疊層的Al2O3基板IUe2O3薄膜12、CaxCc^2薄膜13、設置在CaxCc^2薄膜13 上的第一電極對21和第二電極對22。第一電極對21是沿著CoO2面16的傾斜排列方向 23分離配置的一對電極，第二電極對22是沿著與傾斜排列方向23垂直的方向分離配置的 一對電極。另外，傾斜排列方向23與電動勢取出方向相同。以連接第一電極對21的各電 極間的線段和連接第二電極對22的各電極間的線段的交點為相互的線段的中心位置的方 式，配置第一電極對21和第二電極對22。另外，第二電極對22是為了確認在與傾斜排列方 向23垂直的方向上是否產生電動勢而設置的，在實際的輻射檢測器中也可以不配置。使用C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜，制作圖8所示的結構的輻射檢測器。在CeixC0O2/ Fe2O3Al2O3T疊層體中，在CaxCc^2薄膜的表面，通過真空蒸鍍法，形成作為第一電極對和第 二電極對的由Au形成的兩組電極對。在各電極對中各自的電極間的寬度為6mm。另外，在 實際的輻射檢測器中，電極寬度并不限定于6mm，根據用途、設置場所等進行最佳化設定即可。相對于制作出的輻射檢測器的表面，使從紅外線燈(波長800 2000nm)產生的 電磁波以光斑直徑為8mm的方式入射。具體地說，從紅外線燈輸出480mW的電磁波，入射至 CaxCoO2薄膜表面的中心位置，測定在傾斜排列方向所產生的電動勢V1和在與傾斜排列方 向垂直的方向所產生的電動勢V2。圖9表示其測定結果。圖9是表示由電磁波的入射和截 斷所產生的電動勢的經時變化的曲線圖。在來自紅外線燈的電磁波沒有入射至輻射檢測器 時，電動勢V1和V2沒有產生。然后，當使紅外線燈開啟(ON)而入射電磁波時，電動勢V1急 劇增加，通常顯示約140 μ V的值。另一方面，電動勢V2沒有顯示顯著的增減。之后，當使 紅外線燈關斷(OFF)而截斷電磁波時，電動勢V1急劇減少，回到0。另一方面，電動勢V2沒 有顯示顯著的增減。因此，在輻射檢測器中，產生電動勢的方向僅是傾斜排列方向。電動勢 的產生方向依賴于CoO2面的傾斜排列方向，因此可知V1的電動勢的產生由來于各向異性熱 電效應。在該輻射檢測器的CaxCoO2薄膜層的表面背面所產生的溫度差ΔΤΖ，根據式(1)估 計為0.2mK左右。另夕卜，式(1)的各值為AS = !35μ V/K、d = 150nm、l = 6匪、α = 60° , Vx = 140 μ V0由此，傾斜排列方向的檢測靈敏度達到600mV/K。這與現有的使用YBCO傾斜 疊層薄膜的輻射檢測器的檢測靈敏度(100mV/K)相比較為約6倍。(實施例2)實施例2中，制作在Al2O3-Ii面基板上，與實施例1同樣，依次疊層!^e2O3薄膜和 CaxCoO2薄膜而得的三層構造的疊層體，其中，該Al2O3-Ii面基板在表面具有從(0001)面傾 斜約61°的(11-23)面。以下將該疊層體中的CaxCoO2薄膜記為CaxCO02/^e203/Al203-n薄 膜。另外，Al2O3-Ii面基板的傾斜角度β為61°。此外，實施例2中，制作在Al2O3-S面基板上，與實施例1同樣，依次疊層狗203薄膜 和CaxCoO2薄膜而得的三層構造的疊層體，其中，該Al2O3-S面基板在表面具有從(0001)面 傾斜約72°的(10-11)面。以下將該疊層體中的CaxCoO2薄膜記為CaxCO02/i^203/Al203-S 薄膜。另外，Al2O3-S面基板的傾斜角度β為72°。在圖10 和圖 11 表示對 QixCo02/Fi5203/Al203-n 薄膜和 QixCo02/Fi5203/Al203-S 薄膜 進行極圖XRD測定后的結果。如圖10所示，可知C￡ixCo02/Fi5203/Al203-n薄膜中( 面相 對于Al2O3基板的表面傾斜約75°。由此，&χΟ)02Α^203/Α1203-η薄膜的傾斜角度α為約 75°。此外，如圖11所示，可知CaxCoO2Z^e2O3Al2O3-S薄膜中( 面相對于Al2O3基板的表 面傾斜約80°。由此,CiixC0O2A^2O3Al2O3-S薄膜的傾斜角度α為約80°。由以上內容能 夠確認，通過控制相對于Al2O3基板的表面的Al2O3基板的(0001)面的傾斜角度β，能夠控 制CaxCO02/i^203/Al203疊層體中CaxCc^2薄膜的( 面的傾斜角度α。與實施例1 同樣，在 C￡ixCo02/Fi5203/Al203-n 薄膜上和 CaxCoO2Z^e2O3Al2O3-S 薄膜上 分別制作兩組Au電極對，制作出圖8所示結構的輻射檢測器。然后，與實施例1同樣，對這 些輻射檢測器也入射來自紅外線燈的電磁波，測定傾斜排列方向的電動勢V1和與傾斜排列 方向垂直的方向的電動勢V2。使用實施例2 的 CaxCo02/i^e203/Al203-n 薄膜和 C￡ixCo02/Fi5203/Al203-S 薄膜的各個 輻射檢測器，與實施例1的輻射檢測器同樣，在沒有入射電磁波時，不產生電動勢V1和v2。 然后，當使紅外線燈ON而入射電磁波時，在任一個輻射檢測器中，電動勢V1急劇增加，通常顯示約80 μ V的值。另一方面，電動勢V2在任一個輻射檢測器中均沒有顯示出顯著的增減。 之后，當使紅外線燈OFF而截斷電磁波時，任一個輻射檢測器中電動勢V1均急劇減少，回到 0。另一方面，電動勢V2在任一個輻射檢測器中均沒有顯示出顯著的增減。圖12是表示輻射檢測器中Sin2a與傾斜排列方向上的電壓的關系的曲線圖， 縱軸是輻射檢測器中的傾斜排列方向上的電動勢，橫軸是sin2a。圖12中表示分別使用 CaxCo02/Fe203/Al203-r 薄膜、QixCo02/Fi5203/Al203-n 薄膜和 QixCo02/Fi5203/Al203-S 薄膜的輻 射檢測器的測定結果。根據圖12可知，如式(1)所示，電動勢相對Sin2a大致線性變化。 此外，如式(1)所示，根據圖12能夠確認，傾斜角度α越接近45°，輻射檢測器的靈敏度變 得越高。本發明的輻射檢測器具有優異的輻射檢測特性，能夠應用于溫度傳感器、激光的 功率表等伴隨有電磁波的輻射的各種對象的檢測。
權利要求
1.一種輻射檢測器，其特征在于，包括 Al2O3基板；疊層在所述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜； 疊層在所述!^e2O3薄膜上、CoO2面相對于所述Al2O3基板表面傾 斜地排列的CaxCoO2薄膜，其中，0. 15 < χ < 0. 55 ； 配置在所述CaxCc^2薄膜上的第一電極；和位于所述CaxCc^2薄膜上的第二電極，該第二電極在所述( 面傾斜排列的方向上，配 置在與所述第一電極相對的位置上。
2.如權利要求1所述的輻射檢測器，其特征在于基于利用入射至所述CaxCc^2薄膜的電磁波而在所述CaxCc^2薄膜內產生的溫度差，取 出在所述第一電極與所述第二電極之間產生的熱電動勢，基于所述熱電動勢檢測所述電磁 波。
3.如權利要求1所述的輻射檢測器，其特征在于所述CoO2面相對于所述第一電極和所述第二電極對置的方向，以傾斜角度α傾斜， 所述傾斜角度α為10°以上80°以下。
4.如權利要求1所述的輻射檢測器，其特征在于 所述第一電極和所述第二電極由Cu、Ag、Au或Al構成。
5.一種輻射檢測方法，其使用輻射檢測器檢測電磁波，該輻射檢測方法的特征在于 所述輻射檢測器包括=Al2O3基板；疊層在所述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜；疊層在所述Fe2O3薄膜上、( 面相對于所述Al2O3基板表面傾斜地排列的CaxCc^2薄膜，其中，0. 15 < χ <0. 55 ；配置在所述CaxCoO2薄膜上的第一電極；和位于所述CaxCoO2薄膜上的第二電極，該 第二電極在所述( 面傾斜排列的方向上，配置在與所述第一電極相對的位置上，基于利用入射至所述( 薄膜的電磁波而在所述( 薄膜內產生的溫度差，取 出在所述第一電極與所述第二電極之間產生的熱電動勢，基于所述熱電動勢檢測所述電磁 波。
6.如權利要求5所述的輻射檢測方法，其特征在于所述CoO2面相對于所述第一電極和所述第二電極對置的方向，以傾斜角度α傾斜， 所述傾斜角度α為10°以上80°以下。
全文摘要
本發明提供具有高檢測靈敏度的輻射檢測器和輻射檢測方法。本發明的輻射檢測器包括Al2O3基板；疊層在Al2O3基板上的Fe2O3薄膜；疊層在Fe2O3薄膜上，CoO2面相對于Al2O3基板表面傾斜而排列的CaxCoO2(其中，0.15＜x＜0.55)薄膜；配置在CaxCoO2薄膜上的第一電極；和位于CaxCoO2薄膜上，在CoO2面傾斜排列的方向上，配置在與第一電極相對的位置上的第二電極。
文檔編號H01L35/22GK102047085SQ20098012032
公開日2011年5月4日 申請日期2009年11月17日 優先權日2008年11月21日
發明者菅野勉, 足立秀明, 酒井章裕, 高橋宏平 申請人:松下電器產業株式會社