專利名稱：輻射檢測器和輻射檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用各向異性熱電效應(yīng)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(shù)：
當(dāng)在熱電變換材料的兩端產(chǎn)生溫度差時，與該溫度差成比例地產(chǎn)生電動勢(熱電 動勢)。在熱電變換材料中，熱能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象已知為塞貝克效應(yīng)。所產(chǎn)生的電動勢V 使用溫度差ΔΤ、材料固有的塞貝克系數(shù)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(yīng)產(chǎn)生的電動勢僅在 產(chǎn)生了溫度差的方向上產(chǎn)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(jié)晶軸的傾斜配置，在與產(chǎn)生溫度差的方向呈正交的方向上產(chǎn)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(zhì)中移動的情況。這樣，由于材料的結(jié)晶軸的傾 斜配置，在與產(chǎn)生溫度差的方向(熱流方向)不同的方向上產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為各向異 性熱電效應(yīng)或非對角熱電效應(yīng)。圖13是用于說明各向異性熱電效應(yīng)的坐標系的圖。如圖13所示，試樣101的結(jié) 晶軸abc相對于空間軸xyz傾斜。在試樣101中，當(dāng)對沿著ζ軸的方向施加了溫度差A(yù)Tz 時，沿著與ζ軸正交的方向即χ軸的方向產(chǎn)生電動勢Vx。電動勢Vx由式(1)表達。[數(shù)學(xué)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(shù)S。與ab面內(nèi)方向的塞 貝克系數(shù)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(yīng)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(jié)晶軸相對于基板的表面傾斜，多層疊層而成的結(jié)構(gòu)的薄膜。YBCO薄膜 具有各向異性的結(jié)晶構(gòu)造，該各向異性的結(jié)晶構(gòu)造中，具有導(dǎo)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(dāng)?shù)幕灞砻嫔弦詂軸相對 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(yīng)。當(dāng)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(chǎn)生溫度差。結(jié)果，由于各向異性熱電效應(yīng)，在與YBCO薄膜的表面平行 的方向上產(chǎn)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(jù)式(1)，由各向異性熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢Vx與塞貝克系數(shù)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(yōu)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(jù)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(shù)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(nèi)方向的塞貝克系數(shù)增加，但c軸方向的塞 貝克系數(shù)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(yīng)。結(jié)果得到確認，由各向異性熱電效應(yīng)產(chǎn)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(shù)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(qū)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明進行了各種研究，結(jié)果得出，上述目的能夠通過以下的本發(fā)明達到。艮口， 本發(fā)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(fā)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(nèi)產(chǎn)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(chǎn)生的熱電動勢，基于上述熱電動勢檢測上述電磁波。本發(fā)明者研究各種條件而得出以下結(jié)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(gòu)造的疊層體中，能夠制作出結(jié)晶軸相對于Al2O3基板的表面 大幅傾斜的CaxCc^2薄膜。根據(jù)包括該具有三層構(gòu)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(jié)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(jù)本發(fā)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(fā)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(guān)系的曲線圖。圖13是用于說明各向異性熱電效應(yīng)的坐標系的圖。
具體實施例方式圖1是本發(fā)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(chǎn)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(gòu)造。在CaxCc^2薄膜13中，( 面16內(nèi)方向的塞貝克系數(shù)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(shù)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(gòu)成的三層構(gòu) 造。在該三層構(gòu)造的疊層體中，能夠制作出具有結(jié)晶軸相對于Al2O3基板11的表面大幅傾 斜的構(gòu)造的傾斜疊層薄膜(CaxCoO2薄膜13)。由此，能夠使傾斜角度α比現(xiàn)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(yōu)選為25°以上65°以下。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測靈敏度高的輻射檢測器10。根據(jù)式 (1)也可知，在輻射檢測器10中，傾斜角度α特別優(yōu)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(dāng)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(chǎn)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(nèi)產(chǎn)生溫度差，由于各向異性熱電效應(yīng)，在CaxCc^2薄膜13中在電動勢取出方向17 上產(chǎn)生電動勢。所產(chǎn)生的電動勢經(jīng)由第一電極14和第二電極15被輸出至外部。通過檢測 經(jīng)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(fā)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(shè)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(yīng)用濺射法、蒸鍍法、激光燒蝕 法、化學(xué)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(yīng)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(jù)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(gòu)成材料優(yōu)選為Cu、Ag、Au或Al，更優(yōu)選 為Cu、Ag或Au，特別優(yōu)選為Cu或Ag。另外，輻射檢測器10的制造方法，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)由Al2O3基板IlJe2O3薄膜12、 CaxCoO2薄膜13構(gòu)成的三層構(gòu)造，在CaxCc^2薄膜13上設(shè)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(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)大幅超過現(xiàn)有的YBCO 薄膜的01 面的傾斜角度的( 面的傾斜角度。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)大大超過現(xiàn)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(fā)明能夠促進熱和電的能量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，本發(fā)明的工業(yè)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(fā)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(gòu)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(nèi)排氣至1. OXlO-3Pa以下之后，導(dǎo)入氬氣并將腔室內(nèi)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(nèi)排氣至1.0X10_3Pa以下之后，導(dǎo)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(tài)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(dǎo)入氬(96% )、氧 (4%)的混合氣體，將腔室內(nèi)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(gòu)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(nèi)排氣至1. OX KT3Pa 以下之后，導(dǎo)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(tài)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(dǎo)入氬(96% )、氧)的混合氣體，將腔室內(nèi)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(jié)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(jù)布拉格條件求得的CaxCc^2 薄膜的(02 衍射峰所表現(xiàn)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(jié)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(yīng)。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(gòu)造沒有實現(xiàn)。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(gòu)造，進行極圖XRD測定。在極圖測定中，能夠得到某特定的結(jié)晶面的相對于基板 表面的傾斜，和關(guān)于其排列方向的信息。測定條件是，作為測定目的的結(jié)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(tài)下， 使基板平面從水平方向傾斜(ψ = 0 90° )，再在面內(nèi)方向旋轉(zhuǎn)(φ = 0 360° )。所 檢測的散射X射線僅在作為目的的結(jié)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(jié)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(xiàn)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(jié)果。根據(jù)圖4可知，顯現(xiàn)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(gòu)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(nèi)的高分辨率像。如圖5 7所示， 在CaxCO02/i^203/Al203-r薄膜內(nèi)，能夠明確地觀察到大約傾斜60°的一致的條紋構(gòu)造。一 致的CoO2層的傾斜疊層構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(shè)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(chǎn)生電動勢而設(shè)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(jié)構(gòu)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(jù)用途、設(shè)置場所等進行最佳化設(shè)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(chǎn)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(chǎn)生的電動勢V1和在與傾斜排列方 向垂直的方向所產(chǎn)生的電動勢V2。圖9表示其測定結(jié)果。圖9是表示由電磁波的入射和截 斷所產(chǎn)生的電動勢的經(jīng)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(chǎn)生。然后，當(dāng)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(dāng)使 紅外線燈關(guān)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(chǎn)生電動勢的方向僅是傾斜排列方向。電動勢 的產(chǎn)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(chǎn)生由來于各向異性熱 電效應(yīng)。在該輻射檢測器的CaxCoO2薄膜層的表面背面所產(chǎn)生的溫度差ΔΤΖ，根據(jù)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(xiàn)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(gòu)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(gòu)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(jié)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生電動勢V1和v2。 然后，當(dāng)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(dāng)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(guān)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(jié)果。根據(jù)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(jù)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(fā)明的輻射檢測器具有優(yōu)異的輻射檢測特性，能夠應(yīng)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(quán)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(quán)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(nèi)產(chǎn)生的溫度差，取 出在所述第一電極與所述第二電極之間產(chǎn)生的熱電動勢，基于所述熱電動勢檢測所述電磁 波。
3.如權(quán)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(quán)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(gòu)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(nèi)產(chǎn)生的溫度差，取 出在所述第一電極與所述第二電極之間產(chǎn)生的熱電動勢，基于所述熱電動勢檢測所述電磁 波。
6.如權(quán)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(fā)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(fā)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(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)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(chǎn)業(yè)株式會社