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辐射检测器和辐射检测方法

来源：花匠小妙招时间：2025-05-07 10:26

专利名称：辐射检测器和辐射检测方法
技术领域：
本发明涉及利用各向异性热电效应的辐射检测器和使用该辐射检测器的辐射检测方法。
背景技术：
当在热电变换材料的两端产生温度差时，与该温度差成比例地产生电动势(热电动势)。在热电变换材料中，热能转换为电能的现象已知为塞贝克效应。所产生的电动势V 使用温度差ΔΤ、材料固有的塞贝克系数S表示为V = SAT。在显示各向同性的物理特性的热电变换材料中，由塞贝克效应产生的电动势仅在产生了温度差的方向上产生。另一方面，在电输送特性上显示各向异性的热电变换材料，由于结晶轴的倾斜配置，在与产生温度差的方向呈正交的方向上产生电动势。另外，所谓的电输送特性是指具有电荷的电子或空穴在物质中移动的情况。这样，由于材料的结晶轴的倾斜配置，在与产生温度差的方向(热流方向)不同的方向上产生电动势的现象称为各向异性热电效应或非对角热电效应。图13是用于说明各向异性热电效应的坐标系的图。如图13所示，试样101的结晶轴abc相对于空间轴xyz倾斜。在试样101中，当对沿着ζ轴的方向施加了温度差ATz 时，沿着与ζ轴正交的方向即χ轴的方向产生电动势Vx。电动势Vx由式(1)表达。[数学式1]Vx=^ATz*AS sm2a (1)Ia其中，1表示试样101的宽度，d表示试样101的厚度，α表示相对于试样101的表面(xy面)的ab面的倾斜角度，AS表示c轴方向的塞贝克系数S。与ab面内方向的塞贝克系数Sab的差(由各向异性引起的差)。一直以来，作为利用各向异性热电效应的辐射检测器，提出了使用YB Cu307_d(以下称为YBC0)的倾斜叠层薄膜的辐射检测器(例如参照专利文献1)。倾斜叠层薄膜是叠层在基板上的薄膜，是结晶轴相对于基板的表面倾斜，多层叠层而成的结构的薄膜。YBCO薄膜具有各向异性的结晶构造，该各向异性的结晶构造中，具有导电性的CuO2层、具有绝缘性的 Y层和BaO层沿着c轴方向交替叠层。在将该YBCO薄膜在适当的基板表面上以c轴相对于基板表面倾斜的方式叠层(倾斜叠层)的情况下，与图13同样的坐标系成立。CuO2面与图13的ab面对应。当电磁波入射至该倾斜叠层的YBCO薄膜的表面时，在与YBCO薄膜的表面垂直的方向上产生温度差。结果，由于各向异性热电效应，在与YBCO薄膜的表面平行的方向上产生电动势。通过读取该电动势，能够检测出入射至YBCO薄膜的表面的电磁波。使用该YBCO薄膜的辐射检测器能够以约100mV/K的灵敏度进行电磁波的检测。根据式(1)，由各向异性热电效应产生的电动势Vx与塞贝克系数的由各向异性引起的差Δ S、试样的宽高比Ι/d和倾斜角度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面的倾斜角度α保持为单一角度的上限被限制为约10 20° (例如参照非专利文献1、非专利文献幻。因此，使用YBCO薄膜的辐射检测器在实用化时灵敏度并不足够。为了提高使用倾斜叠层薄膜的辐射检测器的灵敏度，有使用AS更大的材料、使薄膜的倾斜角度α尽可能接近45度等的方法。倾斜叠层薄膜的倾斜角度α 的范围依赖于薄膜材料和叠层该薄膜材料的基板材料的组合，因此，优选选择适宜的基板材料，使得能够大范围地控制倾斜角度α直至45°附近。在专利文献1中公开了使用部分掺杂有ft·的TOCO薄膜的辐射检测器。根据专利文献1，该辐射检测器与使用未掺杂的YBCO薄膜的辐射检测器相比，具有约20倍的灵敏度。其理由被认为是通过掺杂ft·使得TOCO薄膜的塞贝克系数增加。但是，在非专利文献3中记载有，在掺杂有ft"的TOCO薄膜中，虽然ab面内方向的塞贝克系数增加，但c轴方向的塞贝克系数没有变化。此外，在非专利文献3中记载有，在专利文献1的辐射检测器所使用的 TOCO薄膜的ft·掺杂范围中，AS变小。于是，使用与在专利文献1中使用的波长MSnm的光不同的波长(308nm)的光，利用与非专利文献3同样的实验方法，实际测定了掺杂有ft· 的YBCO薄膜对于光照射的响应。结果得到确认，由各向异性热电效应产生的电动势在掺杂有ft·的YBCO薄膜中较小。使用掺杂有ft·的TOCO薄膜使得辐射检测器的灵敏度提高的原因有可能是，通过掺杂ft·，对于波长MSnm的光的TOCO薄膜的吸收系数增加。即，专利文献1的辐射检测器虽然对于波长M8nm的光为高灵敏度，但是在其它的波长区域中检测灵敏度并不一定能得到提高。专利文献1 日本特开平8-M7851号公报非专利文献 1 :H. S. Kwok, J. P. Zheng, "Anomalous photovoltaicresponse in YBa2Cu307”， The American Physical Society, PHYSICALREVIEW B, (1992), VOLUME 46， NUMBER 6,3692非专利文献2 :Physica C 377(2002)26-35, Elsevier Science B. V.非专利文献 3 :15th International Conference on Thermoelectrics (1996)， IEEE,pp.494-498

发明内容
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供检测灵敏度更高的辐射检测器和辐射检测方法。本发明进行了各种研究，结果得出，上述目的能够通过以下的本发明达到。艮口，本发明的辐射检测器包括=Al2O3基板；叠层在上述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜；叠层在上述狗203薄膜上，( 面相对于上述Al2O3基板表面倾斜而排列的CaxCc^2 (其中，0. 15 < χ < 0. 55)薄膜；配置在上述CaxCoO2薄膜上的第一电极；和位于上述CaxCoO2薄膜上，在上述 CoO2面倾斜排列的方向上，配置在与上述第一电极相对的位置上的第二电极。此外，本发明的辐射检测方法是使用辐射检测器检测电磁波的辐射检测方法，上述辐射检测器包括=Al2O3基板；叠层在上述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜；叠层在上述!^e2O3薄膜上，CoO2面相对于上述Al2O3基板表面倾斜而排列的CaxCoO2 (其中，0. 15 < χ < 0. 55) 薄膜；配置在上述( 薄膜上的第一电极；和位于上述CaxCc^2薄膜上，在上述( 面倾斜排列的方向上，配置在与上述第一电极相对的位置上的第二电极，基于由入射至上述CaxCoO2薄膜的电磁波在上述CaxCc^2薄膜内产生的温度差，取出在上述第一电极与上述第二电极之间所产生的热电动势，基于上述热电动势检测上述电磁波。本发明者研究各种条件而得出以下结果，通过进行最佳化，在具有CaxCc^2薄膜、 Fe2O3薄膜、Al2O3基板的三层构造的叠层体中，能够制作出结晶轴相对于Al2O3基板的表面大幅倾斜的CaxCc^2薄膜。根据包括该具有三层构造的叠层体的辐射检测器，能够使作为倾斜叠层薄膜的CaxCoO2薄膜的结晶轴的倾斜角度变大。从而，能够使倾斜角度接近45°，由此能够使辐射检测器的检测灵敏度(电动势)变大。根据本发明，能够提供检测灵敏度更高的辐射检测器和辐射检测方法。

图1是本发明的辐射检测器的一个方式的截面图。图2是表示C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜的θ -2 θ扫描XRD图案的图。图3是表示C￡ixCO02/Al203-r薄膜的θ -2 θ扫描XRD图案的图。图4是表示C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜的极图的图。图5是C￡txCO02/i^203/Al203-r叠层体的三层截面像。图6是CeixC0O2A^2O3界面附近的截面像。图7是CaxCc^2薄膜内的高分辨率像。图8是表示用于测定电动势的辐射检测器的结构的立体图。图9是表示由电磁波的入射和截断引起的电动势的经时变化的曲线图。图10是表示CaxCo02/i^e203/Al203-n薄膜的极图的图。图11是表示CaxCoO2Z^e2O3Al2O3-S薄膜的极图的图。图12是表示辐射检测器的Sin2a与倾斜排列方向上的电压的关系的曲线图。图13是用于说明各向异性热电效应的坐标系的图。
具体实施例方式图1是本发明的辐射检测器的一个方式的截面图。如图1所示，辐射检测器10包括=Al2O3基板(蓝宝石基板)11 ；叠层在Al2O3基板11上的Fe2O3薄膜12 ；叠层在Fe2O3薄膜 12上的CaxCc^2薄膜13 ；配置在CaxCc^2薄膜13上的第一电极14 ；和第二电极15。其中， CaxCoO2薄膜13，虽然由于制作条件会产生成分(组成)偏差，但只要χ为0. 15 < χ < 0. 55 即可。CaxCoO2薄膜13为倾斜叠层薄膜，具有( 层和Qix块层(blocklayer)交替叠层的层状构造。在CaxCc^2薄膜13中，( 面16内方向的塞贝克系数Sab与作为其垂直方向的CaxCc^2薄膜13的c轴方向的塞贝克系数S。为不同的值，CaxCc^2薄膜13显示各向异性。在CaxCoA薄膜13中，多个( 面16相对于Al2O3基板11表面倾斜，相互平行地排列配置。第二电极15与第一电极14在电动势取出方向17上分离地配置。即电动势取出方向是第一电极14和第二电极15相对的方向。电动势取出方向17相对于&)02面16与 CaxCoO2薄膜13的表面的交线(与纸面垂直方向的线)垂直，并且是与CaxCc^2薄膜13的表面平行的方向，且是CoO2面16倾斜排列的方向。CoO2面16相对于电动势取出方向17以倾斜角度α倾斜。此外，CoO2面16相对于Al2O3基板11的表面也以倾斜角度α倾斜。5
辐射检测器10具有由CaxCc^2薄膜13、F%03薄膜12、A1203基板11构成的三层构造。在该三层构造的叠层体中，能够制作出具有结晶轴相对于Al2O3基板11的表面大幅倾斜的构造的倾斜叠层薄膜(CaxCoO2薄膜13)。由此，能够使倾斜角度α比现有的辐射检测器的倾斜叠层薄膜的倾斜角度大。在辐射检测器10中，倾斜角度α为10°以上80°以下即可，优选为25°以上65°以下。由此，能够实现检测灵敏度高的辐射检测器10。根据式 (1)也可知，在辐射检测器10中，倾斜角度α特别优选为45°。在辐射检测器10中，能够使得倾斜角度α更接近45°。在辐射检测器10中，当电磁波入射至CaxCc^2薄膜13时，电磁波被CaxCc^2薄膜13 吸收。由此，在CaxCc^2薄膜13中，在薄膜面间方向18上产生温度梯度。薄膜面间方向18 是相对于CaxCc^2薄膜13的表面垂直的方向，与电动势取出方向17正交。通过在CaxCc^2 薄膜I3内产生温度差，由于各向异性热电效应，在CaxCc^2薄膜13中在电动势取出方向17 上产生电动势。所产生的电动势经由第一电极14和第二电极15被输出至外部。通过检测经由第一电极14和第二电极15而被输出的电动势，能够检测入射至CaxCc^2薄膜13的电磁波。本发明的辐射检测器10能够通过在Al2O3基板11上依次叠层!^e2O3薄膜12、 CaxCoO2薄膜13，在CaxCc^2薄膜13上设置第一电极14和第二电极15而制作得到。叠层 Fe2O3薄膜12和CaxCc^2薄膜13的方法没有特别限定。例如，应用溅射法、蒸镀法、激光烧蚀法、化学气相生长法等气相生长或自液相的生长等各种方法即可。Fe52O3薄膜12和CaxCc^2 薄膜13的膜厚只要均为单位晶格层(latticed layer)以上则无特别限定，具体地说，为 50nm 200nm左右即可。另外，即使是该范围以外的厚度也没有问题。CaxCoO2薄膜13的( 面16的倾斜角度α由Al2O3基板11的表面与Al2O3基板 11的(0001)面19的倾斜角度β的值决定。由此，在制作辐射检测器10时，准备具有与所期望的倾斜角度α的值对应的倾斜角度β的Al2O3基板11即可。另外，α为β 士 15°的值，但根据制作条件的不同，α的值也会变动至该范围以外。第一电极14和第二电极15只要为导电性高的材料则无特别限定。具体地说，使用 Cu、Ag、Mo、Al、Ti、Cr、Au、Pt、In等金属、TiN等氮化物或添加锡的氧化铟(铟锡氧化物) (ITO)工1102等氧化物即可。此外，也可以使用焊料、导电性浆料等制作第一电极14、第二电极15。在CaxCoO2薄膜13上制作第一电极14、第二电极15的方法没有特别限定。例如，能够使用蒸镀法、溅射法等气相生长的方法，以及导电性浆料的涂敷、电镀、热喷涂、焊料接合等各种方法。另外，第一电极14和第二电极15的构成材料优选为Cu、Ag、Au或Al，更优选为Cu、Ag或Au，特别优选为Cu或Ag。另外，辐射检测器10的制造方法，只要是能够实现由Al2O3基板IlJe2O3薄膜12、 CaxCoO2薄膜13构成的三层构造，在CaxCc^2薄膜13上设置第一电极14、第二电极15的方法即可，并不特别限定于上述方法。辐射检测器10在制作时，通过控制Al2O3基板11的(0001)面19的倾斜角度β，而能够控制倾斜角度α，因此，能够以大范围控制倾斜角度a。由此，与现有的TOCO薄膜相比，在具有约4倍左右大小的Δ S的CaxCc^2薄膜13中，能够实现大幅超过现有的YBCO 薄膜的01 面的倾斜角度的( 面的倾斜角度。从而，能够实现大大超过现有的使用倾斜叠层薄膜的辐射检测器的性能的辐射检测器。本发明能够促进热和电的能量转换的应用，本发明的工业价值很高。另外，虽然作为倾斜叠层薄膜使用了 CaxCc^2薄膜，但即使作为代替而使用SrxCc^2 薄膜也能够得到同样的效果。(实施例)以下说明本发明的更具体的实施例。(实施例1、比较例)在实施例1中，在Al203-r面基板上叠层狗303薄膜，该Al203_r面基板在表面具有从(0001)面倾斜约57°的(1-102)面，进一步，在!^e2O3薄膜上叠层CaxCoO2薄膜，制作出三层构造的叠层体。以下，将该叠层体的CaxCoO2薄膜记为CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜。另外，此时的倾斜角度β为57°。以下的薄膜的制作中，均使用高频(RF:Radio Frequency) 磁控管溅射器。!^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。在将成膜腔室内排气至1. OXlO-3Pa以下之后，导入氩气并将腔室内的气压保持为lPa，不进行加热器加热地进行溅射。溅射时的RF功率为100W。在CaxCc^2薄膜(膜厚150nm)的制作中，使用以Ca、Co的摩尔比为1 1的方式混合而成的靶。在将成膜腔室内排气至1.0X10_3Pa以下之后，导入氩(96%)、氧的混合气体，并利用电阻加热器加热F%03/Al203-r叠层体。为了选定用于制作CaxCc^2薄膜的最佳条件，作为成膜条件，在使气压固定为5Pa的状态下，使i^203/Al203-r叠层体的温度变化为400 600°C。溅射时的RF功率固定为100W。薄膜的沉积之后，导入氩(96% )、氧 (4%)的混合气体，将腔室内的气压保持为5 并花60分钟的时间冷却至室温。以能量分散型X射线分析装置评价CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜的阳离子组成比，可知Ca、Co的组成比为大约1 2。由此，χ 0. 5。此外，作为比较例，制作在Al203-r面基板上叠层CaxCc^2薄膜的两层构造的叠层体。以下，将该叠层体中的CaxCc^2薄膜记为C￡ixCO02/Al203-r薄膜。CaxCoO2薄膜(膜厚150nm)，使用以Ca、Co的摩尔比为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。在将成膜腔室内排气至1. OX KT3Pa 以下之后，导入氩(96%)、氧的混合气体，并利用电阻加热器加热Al203-r面基板。为了选定最适于制作CaxCc^2薄膜的条件，作为成膜条件，在使气压固定为5Pa的状态下，使 Al2O3T面基板的温度变化为400 600°C。溅射时的RF功率固定为100W。薄膜的沉积之后，导入氩(96% )、氧)的混合气体，将腔室内的气压保持为5 并花60分钟的时间冷却至室温。以能量分散型X射线分析装置评价CaxCO02/Al203-r薄膜的阳离子组成比，可知Ca、Co的组成比为大约1:2。由此，χ 0. 5。图2 是表示 CaxCo02/Fe203/Al203-r 薄膜的 θ-2 θ 扫描 X 射线衍射(XRD X-ray diffraction)图案的图。图2是( 薄膜的叠层时的温度为500°C时的CaxCO02/Fe203/ Al203-r薄膜的测定结果。如图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°处也观测到一个衍射峰。该角度与根据布拉格条件求得的CaxCc^2 薄膜的(02 衍射峰所表现的角度大致一致。因此，这表示了，CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜中，作为(001)面的( 面相对于Al2O3基板的表面倾斜叠层。图3表示C￡ixCO02/Al203-r薄膜的θ -2 θ扫描XRD图案。图3是CaxCc^2薄膜的叠层时的温度为500°C时的QixCO02/Al203-r薄膜的测定结果。如图3所示，除了 Al203_r面基板的(1-102)面的衍射峰之外，还在CaxCo02/Al203-r薄膜的(001)面(I = 1,2,3,4)观测到衍射峰。在CaxCo02/Al203-r薄膜中，(001)面与CoO2对应。由此可知，CaxCo02/Al203_r 薄膜中，CoO2面相对于Al2O3基板的表面平行地叠层。即，倾斜叠层构造没有实现。接着，为了确认由θ -2 θ扫描XRD表示的C￡ixCo02/Fi5203/Al203-r薄膜的( 面的倾斜叠层构造，进行极图XRD测定。在极图测定中，能够得到某特定的结晶面的相对于基板表面的倾斜，和关于其排列方向的信息。测定条件是，作为测定目的的结晶面与水平面平行地配置，将X射线的入射和检测角度(θ -2 θ )固定为满足布拉格条件的角度。在该状态下，使基板平面从水平方向倾斜(ψ = 0 90° )，再在面内方向旋转(φ = 0 360° )。所检测的散射X射线仅在作为目的的结晶面与水平面平行时加强。通过改变Ψ和Φ来测定所检测的散射光的强度分布，能够得知该结晶面的倾斜角度(Ψ的值)和排列方向(Φ的值)。将2 θ固定于CaxCO02/i^203/Al203-r薄膜的(001)衍射峰显现的角度，进行 CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜的极图XRD测定。在图4中表示其结果。根据图4可知，显现在 ψ ^ 60°，Φ 180°处具有最大值的一个衍射峰。这表示，CaxCO02/i^203/Al203-r薄膜的(001)面相对于Al2O3基板的表面倾斜大约60°。由此，倾斜角度α为约60°。该角度与CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜中(011)面与(001)面所成的角度大致一致。此外，在该极图中，仅观测到一个(001)衍射峰，因此可知，在C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜中，( 面向单一方向倾斜叠层。为了进一步确认QixCO02/Fe203/Al203-r薄膜中的( 面的倾斜叠层构造，利用截面透射电子显微镜进行评价。图5为CaxCO02/^e203/Al203-r叠层体的三层截面像，图6是 CaxCo02/Fe203界面附近的截面像，图7是CaxCc^2薄膜内的高分辨率像。如图5 7所示，在CaxCO02/i^203/Al203-r薄膜内，能够明确地观察到大约倾斜60°的一致的条纹构造。一致的CoO2层的倾斜叠层构造在CaxCO02/^e203/Al203-r薄膜中实际上形成，倾斜角度α为约 60°。这与通过极图测定所得到的结果一致。由此可知，通过在Al2O3基板上作为缓冲层而叠层F^O3薄膜，并在其上叠层( 薄膜，能够制作出( 面相对于Al2O3基板表面倾斜叠层的CaxCc^2薄膜。图8是表示电动势测定用的辐射检测器的结构的立体图。如图8所示，辐射检测器20包括依次叠层的Al2O3基板IUe2O3薄膜12、CaxCc^2薄膜13、设置在CaxCc^2薄膜13 上的第一电极对21和第二电极对22。第一电极对21是沿着CoO2面16的倾斜排列方向 23分离配置的一对电极，第二电极对22是沿着与倾斜排列方向23垂直的方向分离配置的一对电极。另外，倾斜排列方向23与电动势取出方向相同。以连接第一电极对21的各电极间的线段和连接第二电极对22的各电极间的线段的交点为相互的线段的中心位置的方式，配置第一电极对21和第二电极对22。另外，第二电极对22是为了确认在与倾斜排列方向23垂直的方向上是否产生电动势而设置的，在实际的辐射检测器中也可以不配置。使用C￡txCO02/Fi5203/Al203-r薄膜，制作图8所示的结构的辐射检测器。在CeixC0O2/ Fe2O3Al2O3T叠层体中，在CaxCc^2薄膜的表面，通过真空蒸镀法，形成作为第一电极对和第二电极对的由Au形成的两组电极对。在各电极对中各自的电极间的宽度为6mm。另外，在实际的辐射检测器中，电极宽度并不限定于6mm，根据用途、设置场所等进行最佳化设定即可。相对于制作出的辐射检测器的表面，使从红外线灯(波长800 2000nm)产生的电磁波以光斑直径为8mm的方式入射。具体地说，从红外线灯输出480mW的电磁波，入射至 CaxCoO2薄膜表面的中心位置，测定在倾斜排列方向所产生的电动势V1和在与倾斜排列方向垂直的方向所产生的电动势V2。图9表示其测定结果。图9是表示由电磁波的入射和截断所产生的电动势的经时变化的曲线图。在来自红外线灯的电磁波没有入射至辐射检测器时，电动势V1和V2没有产生。然后，当使红外线灯开启(ON)而入射电磁波时，电动势V1急剧增加，通常显示约140 μ V的值。另一方面，电动势V2没有显示显著的增减。之后，当使红外线灯关断(OFF)而截断电磁波时，电动势V1急剧减少，回到0。另一方面，电动势V2没有显示显著的增减。因此，在辐射检测器中，产生电动势的方向仅是倾斜排列方向。电动势的产生方向依赖于CoO2面的倾斜排列方向，因此可知V1的电动势的产生由来于各向异性热电效应。在该辐射检测器的CaxCoO2薄膜层的表面背面所产生的温度差ΔΤΖ，根据式(1)估计为0.2mK左右。另夕卜，式(1)的各值为AS = !35μ V/K、d = 150nm、l = 6匪、α = 60° , Vx = 140 μ V0由此，倾斜排列方向的检测灵敏度达到600mV/K。这与现有的使用YBCO倾斜叠层薄膜的辐射检测器的检测灵敏度(100mV/K)相比较为约6倍。(实施例2)实施例2中，制作在Al2O3-Ii面基板上，与实施例1同样，依次叠层!^e2O3薄膜和 CaxCoO2薄膜而得的三层构造的叠层体，其中，该Al2O3-Ii面基板在表面具有从(0001)面倾斜约61°的(11-23)面。以下将该叠层体中的CaxCoO2薄膜记为CaxCO02/^e203/Al203-n薄膜。另外，Al2O3-Ii面基板的倾斜角度β为61°。此外，实施例2中，制作在Al2O3-S面基板上，与实施例1同样，依次叠层狗203薄膜和CaxCoO2薄膜而得的三层构造的叠层体，其中，该Al2O3-S面基板在表面具有从(0001)面倾斜约72°的(10-11)面。以下将该叠层体中的CaxCoO2薄膜记为CaxCO02/i^203/Al203-S 薄膜。另外，Al2O3-S面基板的倾斜角度β为72°。在图10 和图 11 表示对 QixCo02/Fi5203/Al203-n 薄膜和 QixCo02/Fi5203/Al203-S 薄膜进行极图XRD测定后的结果。如图10所示，可知C￡ixCo02/Fi5203/Al203-n薄膜中( 面相对于Al2O3基板的表面倾斜约75°。由此，&χΟ)02Α^203/Α1203-η薄膜的倾斜角度α为约 75°。此外，如图11所示，可知CaxCoO2Z^e2O3Al2O3-S薄膜中( 面相对于Al2O3基板的表面倾斜约80°。由此,CiixC0O2A^2O3Al2O3-S薄膜的倾斜角度α为约80°。由以上内容能够确认，通过控制相对于Al2O3基板的表面的Al2O3基板的(0001)面的倾斜角度β，能够控制CaxCO02/i^203/Al203叠层体中CaxCc^2薄膜的( 面的倾斜角度α。与实施例1 同样，在 C￡ixCo02/Fi5203/Al203-n 薄膜上和 CaxCoO2Z^e2O3Al2O3-S 薄膜上分别制作两组Au电极对，制作出图8所示结构的辐射检测器。然后，与实施例1同样，对这些辐射检测器也入射来自红外线灯的电磁波，测定倾斜排列方向的电动势V1和与倾斜排列方向垂直的方向的电动势V2。使用实施例2 的 CaxCo02/i^e203/Al203-n 薄膜和 C￡ixCo02/Fi5203/Al203-S 薄膜的各个辐射检测器，与实施例1的辐射检测器同样，在没有入射电磁波时，不产生电动势V1和v2。然后，当使红外线灯ON而入射电磁波时，在任一个辐射检测器中，电动势V1急剧增加，通常显示约80 μ V的值。另一方面，电动势V2在任一个辐射检测器中均没有显示出显著的增减。之后，当使红外线灯OFF而截断电磁波时，任一个辐射检测器中电动势V1均急剧减少，回到 0。另一方面，电动势V2在任一个辐射检测器中均没有显示出显著的增减。图12是表示辐射检测器中Sin2a与倾斜排列方向上的电压的关系的曲线图，纵轴是辐射检测器中的倾斜排列方向上的电动势，横轴是sin2a。图12中表示分别使用 CaxCo02/Fe203/Al203-r 薄膜、QixCo02/Fi5203/Al203-n 薄膜和 QixCo02/Fi5203/Al203-S 薄膜的辐射检测器的测定结果。根据图12可知，如式(1)所示，电动势相对Sin2a大致线性变化。此外，如式(1)所示，根据图12能够确认，倾斜角度α越接近45°，辐射检测器的灵敏度变得越高。本发明的辐射检测器具有优异的辐射检测特性，能够应用于温度传感器、激光的功率表等伴随有电磁波的辐射的各种对象的检测。
权利要求
1.一种辐射检测器，其特征在于，包括 Al2O3基板；叠层在所述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜；叠层在所述!^e2O3薄膜上、CoO2面相对于所述Al2O3基板表面倾斜地排列的CaxCoO2薄膜，其中，0. 15 < χ < 0. 55 ；配置在所述CaxCc^2薄膜上的第一电极；和位于所述CaxCc^2薄膜上的第二电极，该第二电极在所述( 面倾斜排列的方向上，配置在与所述第一电极相对的位置上。
2.如权利要求1所述的辐射检测器，其特征在于基于利用入射至所述CaxCc^2薄膜的电磁波而在所述CaxCc^2薄膜内产生的温度差，取出在所述第一电极与所述第二电极之间产生的热电动势，基于所述热电动势检测所述电磁波。
3.如权利要求1所述的辐射检测器，其特征在于所述CoO2面相对于所述第一电极和所述第二电极对置的方向，以倾斜角度α倾斜，所述倾斜角度α为10°以上80°以下。
4.如权利要求1所述的辐射检测器，其特征在于所述第一电极和所述第二电极由Cu、Ag、Au或Al构成。
5.一种辐射检测方法，其使用辐射检测器检测电磁波，该辐射检测方法的特征在于所述辐射检测器包括=Al2O3基板；叠层在所述Al2O3基板上的!^e2O3薄膜；叠层在所述Fe2O3薄膜上、( 面相对于所述Al2O3基板表面倾斜地排列的CaxCc^2薄膜，其中，0. 15 < χ <0. 55 ；配置在所述CaxCoO2薄膜上的第一电极；和位于所述CaxCoO2薄膜上的第二电极，该第二电极在所述( 面倾斜排列的方向上，配置在与所述第一电极相对的位置上，基于利用入射至所述( 薄膜的电磁波而在所述( 薄膜内产生的温度差，取出在所述第一电极与所述第二电极之间产生的热电动势，基于所述热电动势检测所述电磁波。
6.如权利要求5所述的辐射检测方法，其特征在于所述CoO2面相对于所述第一电极和所述第二电极对置的方向，以倾斜角度α倾斜，所述倾斜角度α为10°以上80°以下。
全文摘要
本发明提供具有高检测灵敏度的辐射检测器和辐射检测方法。本发明的辐射检测器包括Al2O3基板；叠层在Al2O3基板上的Fe2O3薄膜；叠层在Fe2O3薄膜上，CoO2面相对于Al2O3基板表面倾斜而排列的CaxCoO2(其中，0.15＜x＜0.55)薄膜；配置在CaxCoO2薄膜上的第一电极；和位于CaxCoO2薄膜上，在CoO2面倾斜排列的方向上，配置在与第一电极相对的位置上的第二电极。
文档编号H01L35/22GK102047085SQ20098012032
公开日2011年5月4日申请日期2009年11月17日优先权日2008年11月21日
发明者菅野勉, 足立秀明, 酒井章裕, 高桥宏平申请人:松下电器产业株式会社