導体もしくは金属表面に接触させた構造となっザー光に対する超高速,室温動作の検出器としているため,機械的振動に非常に弱く寿命が短て注目されているものに,アンテナ結合素子がいという欠点を有している。体を薄膜化する試みがなされている。1978年,Heiblumらは金属ド2’3),ショットキーダイオード4’51,ウォームキ薄膜の膜厚を利用した“Edge”MOMを発表し8),ャリア素子劇等に分類され,プラズマ診断や光混合用検出器として欠かせないものとなって翌1979年,118μmCH30Hレーザー光のアンテナパターンの観測に成功している9)。10μmては検出感度を得ることはできなかった。功したので,その新しい素子の製作法および,CO2レーザー光の検出特性にっいて述べる。device.したとき,ウォームキャリア素子はショットキーダイオードに比しCO2レーザー光に対して対して負となる起電力が半導体内部に発生する。圧の極1生)が異なっていても同じ方向であるた素子の中でウォームキャリア素子を取り上げてめ,点電極側に正の電圧が印加された場合に順その薄膜化を行なった。方向となるような,非線形の1−V特性が得ら点接触ウォームキャリア素子の構造をFig.1れる10)。この1−V特性の非線形性にに示している。同素子は半導体上に金属細線がよって得られる検出電圧は下式のようになる10)。しており,半導体の裏面には平面電極をもっている。流をアンテナ上へ誘起し,誘起された電流が素ここで,E∫はフェ』ルミエネ・ルギー,κはボル子の電流一電圧(1−V)特性の非線形性によツマン定数,T。半導体の格子温度,τeはエって整流(検波)されて検出電圧が得られるとネルギー緩和時間,μはキャリア移動度,ρは考えられている7}。半導体の抵抗率,71は点電極の接触半経そしてについてはつぎのように考えられている。すなPINは半導体への入射電力である。素子を薄膜構造とする場合,点電極の接触半径は点接触電極近傍で大きく平面電極側で小くな解できる。7、の3乗に反比例一しており,ウォームキャリア7・を小さくすることがいかに重要であるかが理る。速,散乱されて温度が高くなり,平面電極側のえば2本の細線を交差させる方法11・12》や絶縁層キャリア温度との聞に差が生ずる。変位し,点接触電極近傍では多数キャリアが不が提案されているが,これらはいずれもMOM構造のトンネルダイオードを製作するときに用いられた方法であり,ウォームキャリア素子の足し反対側では過剰となる。contact(φ亀0ユμm:。device.ように半導体を用いた場合には適さない。そこ電極に対応している。このようにして点対面ので,本研究では半導体上の絶縁層に近年発達の電極対が構成されている。アンテナ長は950μm著しい集束イオンビームをスポット照射し,そであり,その幅は3μmである。部分をスパッタエッチングすることによりピ同素子はFig.3に示す工程で製作された。p形)上に200作することとした。このピンホールに接続するnmのSio2スパッター膜と1μm厚のフォトレ薄膜アンテナにはδoω漉アンテナや記o彦アンジスト(AZ−1350J〉を有する試料を準備した。テナ等14)を使用することも考えられるが,本研(b)Geとオーム性接触する平面電極となるレジ究ではウィスカーアンテナを単純に薄膜化したスト部分を紫外線露光した後,・現像を行なってロングワイヤーアンテナを採用することとした。残ったレジストをマスクと以上のことを考慮して設計した素子の構造をし,CHF3ガスを用いてリアクテイブイオンエFig.2に示す。図には2つのウォームキャリア素子を並べて示してある。手前の素子はアンテナの中心を通る断面で切ったものを示したものッチングを行ない基板面を露出させた(このときの条件は,イオン電流0.27mA,加速電圧1で,奥の素子は上部から見た図で素子に対する分である)。アCO2レーザー光照射実験の様子を示している。素子の構造は15Ω一cmのp形ゲルマニウム(Ge)極部のみにAuを残した。その後300°C∼350°C基板の上に200nmの厚さにスパッタ蒸着されたSio,を有し,そのSio2上に素子のアンテナと得た。(d)電子ビームレジスト(PMMA)を1μmその端子電極が配置されている。マーカを基準ナの先端部は直径約0.1μmのピンホールを通しとしてアンテナ部とその端子電極および対向すkV,ガス圧6&times;10−5Torr,エッチング1時間30に加熱し,AuとGeの良好なオーミック接触をてGe基板とオーミック接触している。板とオーミックに接触した平面電極(1mm&times;1子ビームにより露光,現像してレジストパターmm)が配置され,この電極が点接触構造の裏面したアンテナの根本部分と先端部のレジストパンを得た。pattem:(a)base(e)‘e、Thin。deViCe.ターンを示している。作法についてもう少し詳しく述べる。当初,ピへCrを5∼10nm蒸着した。Crの蒸着は後のンホールの製作は電子ビーム露光技術とイオン工程で蒸着するAuとSio2の密着性を改善すシャワーによるリアクティブイオンエッチングる上で非常に重要である。次に集束イオンビーを組み合わせた方法で行なった。電子ムを用いてアンテナの先端部にSio2を貫通しビーム露光でPMMAに直径0.2μm以下の穴をたピンホールを形成した。イオンとしてGaを開けることは困難であった。そのPMMA用いることは,GaがGeに対してアクセプタとをレジストとしてリアクティブエッチングによして働き,オーミックな接触を得る上で有利である。(e)以上の試料にAuを80∼100nmスパッってSio,に穴を開けるためには穴の直径に比してSio2とレジストを合わせた厚さが薄い場タ蒸着し,トリクロルエチレンを用いてPMMA合でなければむずかしく,著者らの技術では200を除去することによって素子が完成した。nmの厚さのSio2膜に直径0.6μmの穴を開けるのが限界であった。薄膜ウォームキャリア赤外レーザー検出素子の試作た電子ビームによる多重露光が必要で,工程数が多くなってしまった。この問題点を解決したきた。集束イオンビームを使うことによって,薄膜ウォームキャリア素子の製作工程をのは集束イオンビームの使用によってである。前述の電子ビーム露光とリアクティブイオンエごの装置は液体金属イオン源から放出される金ッチングを組み合わせた方法による27工程から属イオンから所望のイオンを選択し,これを10017工程まで減少できた。照射する装置で,現在イオンビームを直径180する際,再現性をもたせるということは素子特nmまで集束することができ、る13)。その上,イオ性のばらっきを抑えるという点で重要なことでンビームで試料表面を走査することによって,ある。素子特性をそろえる必要がある。鏡でSEM像を見るようにSIM(Scanninglon収電流をモニタしながらイオンビーム照射を制Microscopy)像をとらえることができる。御する方法でピンホールを製作した。走査している集束イオンビームをスポット照射とは,プローブ電流(イオンビームの電流),2に切り替えると一点がスパッタエッチングされ次電子電流(イオンが照射されたときに発生る。このように集束イオンビーム装置は,試料する2次電子による電流で,正イオンの場合にを見ることと加工することが同時に行なえるたはプローブ電流と同じ方向に流れる〉等を加えめ,マーカを用いることなく仕意の場所に穴を合わせたものであり,材料の違い,ピンホール開けることができる利点をもっている。本実験の深さ等によりイオンによる2次電子のイールでは,Fig.4(a)に示すようにジ1000倍の倍率ドが変化するため,これによる吸収電流の変化でアンテナ部のレジストパターンを探し出し,をモニタすればSio2膜が貫通してGeが現われ次にアンテナを追ってアンテナ先端部を探し出たかどうかがわかるはずである。時問の関係を示している。図から,吸収電流はに切り替えることによってピンホールを製作した。3減少することがわかる。