紫外線センサ
【課題】本発明は、製造コストが安く、酸化物半導体の温度特性に応じて電圧（電流）値を適正に補正することが可能な紫外線センサを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る紫外線センサ１は、酸化物半導体で構成された基板２と、基板２内に形成された内部電極７と、基板２の第１面に形成された外部電極３と、内部電極７の一部が外部へ露出した基板２の第２面に形成され、外部電極３が形成された第１面及び端子電極５が形成された第２面と異なる基板２の第３面に形成された端子電極６とを備えている。紫外線センサ１は、外部電極３と端子電極６との間に印加する所定の電圧を、内部電極７で分圧する。
【解決手段】本発明に係る紫外線センサ１は、酸化物半導体で構成された基板２と、基板２内に形成された内部電極７と、基板２の第１面に形成された外部電極３と、内部電極７の一部が外部へ露出した基板２の第２面に形成され、外部電極３が形成された第１面及び端子電極５が形成された第２面と異なる基板２の第３面に形成された端子電極６とを備えている。紫外線センサ１は、外部電極３と端子電極６との間に印加する所定の電圧を、内部電極７で分圧する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を検知する紫外線センサに関し、特に、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線を検知する紫外線センサでは、紫外線を受光する部分に紫外線光電管が用いられていた。しかし、紫外線光電管は、非常に高い駆動電圧が必要であり、紫外線センサ自体が大型化するという問題点があった。近年、斯かる問題点を解消するために、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサが開示されている。特許文献１に開示されている紫外線センサは、ＺｎＯを含む酸化物半導体で構成されたＺｎＯ層と、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体で構成された（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層と、ＺｎＯ層に電気的に接続される第１の端子電極と、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層に電気的に接続される第２の端子電極とを備えている。特許文献１に開示されている紫外線センサでは、ＺｎＯ層と（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層との接合部に紫外線が当たった場合、光電効果により接合部に光電子が生じることで第１の端子電極と第２の端子電極との間の抵抗値が低下する。したがって、第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値の変化によって紫外線を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５２０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸化物半導体は、温度により抵抗値が変化するという温度特性を有している。そのため、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサでは、使用される周辺環境の温度により酸化物半導体の抵抗値が変化し、測定する第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値が変化する。したがって、酸化物半導体の温度特性に応じて、測定した第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値を適正に補正しないと正しく紫外線を検知することができないという問題点があった。そこで、従来の紫外線センサでは、酸化物半導体の温度特性に応じて、測定した第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値を、ＯＰアンプ等を用いて補正していた。
【０００６】
しかし、ＯＰアンプ等を用いて第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値を補正する場合、ＯＰアンプ等を用いた補正回路の設計によっては、使用が予定される周辺環境の所定の温度範囲については適性に補正することができるものの、所定の温度範囲外については適正に補正することができない場合が生じるという問題点があった。また、従来の紫外線センサは、ＯＰアンプ等の製品バラツキにより、測定した第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値の補正自体にもバラツキが生じるという問題点があった。さらに、従来の紫外線センサは、ＯＰアンプ等を用いた補正回路を備える必要があるため、製造コストが高くなるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストが安く、酸化物半導体の温度特性に応じて電圧（電流）値を適正に補正することが可能な紫外線センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために第１発明に係る紫外線センサは、酸化物半導体で構成された基板と、該基板内に形成された内部電極と、前記基板の第１面に形成された外部電極と、前記内部電極の一部が外部へ露出した前記基板の第２面に形成され、前記内部電極と接続された第１端子電極と、前記外部電極が形成された前記第１面及び前記第１端子電極が形成された第２面と異なる前記基板の第３面に形成された第２端子電極とを備え、前記外部電極と前記第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、前記内部電極で分圧する。
【０００９】
また、第２発明に係る紫外線センサは、第１発明において、前記内部電極で分圧された、前記外部電極と前記内部電極との間の電圧及び／又は前記内部電極と前記第２端子電極との間の電圧を測定する。
【００１０】
また、第３発明に係る紫外線センサは、第１又は第２発明において、前記酸化物半導体は、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる。
【００１１】
また、第４発明に係る紫外線センサは、第１乃至第３発明のいずれか一つにおいて、前記外部電極は、紫外線を透過する材料で形成してある。
【００１２】
また、第５発明に係る紫外線センサは、第１乃至第４発明のいずれか一つにおいて、前記外部電極と、前記第１端子電極及び前記第２端子電極との間の前記基板の前記第１面に形成された絶縁層を備える。
【００１３】
第１発明では、基板の第１面に形成された外部電極と、外部電極が形成された第１面及び第１端子電極が形成された第２面と異なる基板の第３面に形成された第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、基板内に形成された内部電極で分圧することにより、使用される周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化と、内部電極と第２端子電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧（電流）値を得ることができる。また、ＯＰアンプ等を用いた補正回路を備える必要がないため、製造コストを安くすることができる。
【００１４】
第２発明では、外部電極と内部電極との間の電圧及び／又は内部電極と第２端子電極との間の電圧を測定することにより、基板と外部電極とが接する部分で生じる光電子により外部電極と内部電極との間の抵抗値が低下したことを検知することで、紫外線を検知することができる。
【００１５】
第３発明では、基板は、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体で構成することにより、酸化物半導体を焼成して形成する際に、ＺｎＯがＮｉＯに固溶されるので、揮発成分であるＺｎが揮発するのを抑制して、紫外線を安定した感度で検知することができる。
【００１６】
第４発明では、外部電極は、紫外線を透過する材料を用いて形成することにより、基板と外部電極とが接する部分で光電効果により光電子を効率よく生じさせることができる。
【００１７】
第５発明では、外部電極と、第１端子電極及び第２端子電極との間の基板の第１面に形成された絶縁層を備えることにより、外部電極と第１端子電極及び第２端子電極との間を流れるリーク電流を抑えることで、より広い周辺環境の温度範囲で酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧（電流）値を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る紫外線センサは、基板内に形成された内部電極と、基板の第１面に形成された外部電極と、内部電極の一部が外部へ露出した基板の第２面に形成され、内部電極と接続された第１端子電極と、外部電極が形成された第１面及び第１端子電極が形成された第２面と異なる基板の第３面に形成された第２端子電極とを備え、外部電極と第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、内部電極で分圧することにより、使用される周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化と、内部電極と第２端子電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧（電流）値を得ることができる。つまり、周辺環境の温度に依存することなく、紫外線を検知することができる。また、ＯＰアンプ等を用いた補正回路を備える必要がないため、製造コストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの基板を形成する方法を説明するための概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの回路構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの回路図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間及び内部電極と端子電極との間の抵抗の変化、外部電極と内部電極との間の電圧の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の電圧の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る紫外線センサの構成を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る紫外線センサの周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の電圧の変化を示すグラフである。
【図９】従来の紫外線センサの回路構成を示す模式図である。
【図１０】従来の紫外線センサの回路図である。
【図１１】抵抗を追加した従来の紫外線センサの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態における紫外線センサについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの構成を示す概略図である。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す紫外線センサのＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）に示すように、紫外線センサ１は、酸化物半導体で構成された直方体形状の基板２のそれぞれ異なる面に形成された、外部電極３、端子電極４、端子電極５（第１端子電極）、端子電極６（第２端子電極）を備えている。外部電極３は、端子電極４と接続しているが、端子電極５及び端子電極６とは接続していない。端子電極４は、基板２の、外部電極３が形成されている面（第１面）に対して垂直な面に形成されている。端子電極５、６は、基板２の長手方向にある両端面（第２面、第３面）にそれぞれ形成されている。図１（ｂ）に示すように、紫外線センサ１は、基板２内に、外部電極３と平行に形成された内部電極７を備えている。端子電極５は、基板２の端面（第２面）から外部へ露出した内部電極７の一部と接続している。
【００２２】
基板２を構成する酸化物半導体は、２０〜４０モル％のＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏの酸化物半導体である。ただし、基板２を構成する酸化物半導体は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏに限定されるものではなく、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 等でも良い。なお、紫外線センサ１は、基板２を構成する酸化物半導体のバンドギャップ値によって検知することができる紫外線の波長領域が異なる。例えば、基板２を構成する酸化物半導体がＮｉＯである紫外線センサ１は、波長が２８０ｎｍ以下の紫外線を検知することができ、酸化物半導体がＺｎＯである紫外線センサ１は、波長が３８０ｎｍ以下の紫外線を検知することができる。また、基板２を構成する酸化物半導体が（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏである紫外線センサ１は、波長が４００ｎｍ以下の紫外線を検知することができる。
【００２３】
ここで、基板２を形成する方法について、以下に説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の基板２を形成する方法を説明するための概略図である。まず、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏの酸化物半導体からなるグリーンシート２１を形成する。グリーンシート２１の形成処理は、ＮｉＯとＺｎＯとの割合が６５モル％と３５モル％となるように、原料のＮｉＯ及びＺｎＯの無機粉末を秤量し、秤量した無機粉末に純水を加え、ＰＳＺ（安定化ジルコニア）ビーズをメディア（粉砕用ボール（球石））として、ボールミルにて平均粒径０．５μｍ以下となるように混合粉砕する。さらに、混合粉砕によりスラリーとなった無機粉末を、脱水乾燥し、５０μｍ程度の粒径の粉末に造粒した後、１２００℃の温度で２時間仮焼する。仮焼した無機粉末に、純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径０．５μｍになるまで混合粉砕する。混合粉砕した無機粉末は、脱水乾燥した後、有機溶剤及び分散剤を加えて混合し、さらにバインダ及び可塑剤を加えスラリーとし、ドクターブレード法を用いて、厚み１０μｍのシートに成形する。成形したシートを板状にカットし、複数枚のグリーンシート２１として形成する。
【００２４】
次に、形成した複数枚のグリーンシート２１のいずれか１枚に、Ｐｄペーストをスクリーン印刷し、６０℃の温度で１時間乾燥して内部電極７を形成する。図２に示すように、内部電極７を形成したグリーンシート２１は、内部電極７を形成した面側に他のグリーンシート２１を１枚積層し、反対の面側に他のグリーンシート２１を複数枚積層する。なお、積層したグリーンシート２１の厚みが０．２ｍｍとなるように、積層するグリーンシート２１の枚数を２０枚とする。
【００２５】
次に、積層したグリーンシート２１を、金型に入れて２０ＭＰａの圧力で圧着した後、所定の形状に合わせてカットする。カットしたグリーンシート２１は、３００℃の温度でゆっくりと、十分に脱脂した後、１２５０℃の温度で５時間焼成することにより、基板２を形成する。なお、積層したグリーンシート２１を、後述するＺｎＯシートに載せて焼成することで、焼成中に揮発成分であるＺｎＯが揮発するのを抑制することもできる。
【００２６】
形成した基板２は、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×０．２ｍｍの直方体形状となる。さらに、基板２は、直径が３ｍｍのアルミナビーズとともに塩化ビニル製のポットに入れ、遊星ミルを用いて端面に丸みを形成する。基板２の端面に丸みを形成することで、基板２の端面から外部へ露出した内部電極７の一部と端子電極５とを容易に接続することができる。
【００２７】
図１に戻って、外部電極３は、スパッタ法によって、基板２の一面にＺｎＯ層を成膜することにより形成されている。ＺｎＯ層の厚みは、約０．５μｍである。また、外部電極３は、端子電極４と接続しているが、端子電極５、６とは接続していない。なお、外部電極３を形成する材料は、特にＺｎＯに限定されるものではなく、紫外線を透過する材料であればＩＴＯ、ＴｉＯ2 、Ａｕ−Ｔｉ合金、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）：ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）等であっても良い。また、外部電極３の形成方法は、特にスパッタ法に限定されるものではなく、構成する材料によって蒸着法、塗布法等を用いても良い。
【００２８】
ＺｎＯ層を成膜するスパッタ法に用いるスパッタターゲットを形成する処理について、以下に説明する。まず、ＺｎとＧａとのモル比が９５：５となるように、ＺｎＯ及びＧａ2 Ｏ3 の粉末を秤量し、秤量した粉末に純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径０．５μｍ以下となるように混合粉砕する。さらに、混合粉砕によりスラリーとなった粉末を、脱水乾燥し、５０μｍ程度の粒径の粉末に造粒した後、１２００℃の温度で２時間仮焼する。仮焼した粉末に、純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径０．５μｍになるまで混合粉砕する。混合粉砕した粉末を、脱水乾燥した後、有機溶剤及び分散剤を加えて混合し、さらにバインダ及び可塑剤を加えスラリーとし、ドクターブレード法を用いて、厚み２０μｍのシートに成形する。成形したシートを板状にカットし、複数枚のＺｎＯシートとして形成する。形成したＺｎＯシートを、厚みが２０ｍｍとなるように、複数枚積層する。積層したＺｎＯシートは、２５０ＭＰａの圧力で５分間圧着した後、十分に脱脂して、１２００℃の温度で１時間焼成することでスパッタターゲットを形成する。
【００２９】
図１（ａ）に戻って、端子電極４は、基板２の、外部電極３が形成されている面（第１面）に対して垂直な面にＡｇペーストを塗布して、８００℃の温度で１０分間焼成して形成する。なお、端子電極４は、外部電極３が形成されている基板２の面（第１面）に形成した一部が外部電極３と接続している。端子電極５は、内部電極７の一部が外部へ露出した基板２の面（第２面）にＡｇペーストを塗布して、８００℃の温度で１０分間焼成して形成する。端子電極６は、端子電極５が形成してある基板２の面（第２面）と対向する面（第３面）にＡｇペーストを塗布して、８００℃の温度で１０分間焼成して形成する。さらに、端子電極４、５、６には、Ｎｉ、Ｓｎの順に電解メッキを施している。
【００３０】
次に、本実施の形態１に係る紫外線センサ１の動作について、以下に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の回路構成を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の回路図である。図３に示すように、紫外線センサ１は、電源１１のプラス側が端子電極４に、電源１１のマイナス側が端子電極６にそれぞれ接続されている。
【００３１】
紫外線センサ１は、ＺｎＯ層の外部電極３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板２とが接する部分に紫外線が当たった場合、光電効果により当該部分に光電子が生じることで外部電極３と内部電極７との間の抵抗値が低下し、測定する外部電極３と内部電極７との間の電圧（電流）値が変化する。したがって、紫外線センサ１は、外部電極３と内部電極７との間の電圧（電流）の値を測定することで紫外線を検知することができる。紫外線センサ１は、電源１１により端子電極４と端子電極６との間にバイアス電圧を印加した場合、端子電極４から外部電極３、内部電極７、端子電極６へ電流が流れることになるので、外部電極３と内部電極７との間に抵抗３１、内部電極７と端子電極６との間に抵抗３２を設けた回路構成とみなすことができる。
【００３２】
つまり、紫外線センサ１は、図４に示すように、端子電極４（外部電極３）と端子電極６との間に、抵抗３１、３２を直列に接続した回路とみなすことができるため、端子電極４と端子電極６との間（外部電極３と端子電極６との間）に印加するバイアス電圧は、抵抗３１、３２により外部電極３と内部電極７との間の電圧、及び内部電極７と端子電極６との間の電圧に分圧される。なお、紫外線４０が当たった場合、ＺｎＯ層の外部電極３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板２とが接する部分に生じた光電子により、抵抗３１の抵抗値は低下するが、抵抗３２の抵抗値は変化しない。
【００３３】
ここで、従来の紫外線センサの回路構成について説明する。図９は、従来の紫外線センサの回路構成を示す模式図である。図１０は、従来の紫外線センサの回路図である。図９に示すように、従来の紫外線センサ１０１は、電源１１１のプラス側が外部電極１０３に接続された端子電極１０６に、電源１１１のマイナス側が内部電極１０７に接続された端子電極１０５にそれぞれ接続されている。
【００３４】
従来の紫外線センサ１０１も、ＺｎＯ層の外部電極１０３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板１０２とが接する部分に紫外線が当たった場合、光電効果により当該部分に光電子が生じることで外部電極１０３と内部電極１０７との間の抵抗値が低下する。したがって、従来の紫外線センサ１０１は、外部電極１０３と内部電極１０７との間の電流値を測定することで紫外線を検知することができる。従来の紫外線センサ１０１は、電源１１１により端子電極１０６と端子電極１０５との間にバイアス電圧を印加した場合、端子電極１０５から内部電極１０７、外部電極１０３、端子電極１０６へ電流が流れることになるので、外部電極１０３と内部電極１０７との間に抵抗１３１を設けた回路構成とみなすことができる。
【００３５】
つまり、従来の紫外線センサ１０１は、図１０に示すように、端子電極１０６と端子電極１０５との間に抵抗１３１を設けた回路とみなすことができるため、端子電極１０６と端子電極１０５との間に印加するバイアス電圧は、抵抗１３１に印加される。なお、従来の紫外線センサ１０１も、紫外線４０が当たった場合、ＺｎＯ層の外部電極１０３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板１０２とが接する部分に生じた光電子により、抵抗１３１の抵抗値が低下し、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電流値の変化によって紫外線を検知することができる。
【００３６】
本実施の形態１に係る紫外線センサ１の回路は、図４に示す回路図と図１０に示す回路図とを比較することで分かるように、従来の紫外線センサ１０１の回路に、内部電極７と端子電極６との間に抵抗３２を追加してある。追加した抵抗３２は、外部電極３と基板２とが接する部分に生じる光電子の影響を受けないが、図３に示すように基板２内に設けてあるので、抵抗３１と同じように酸化物半導体の温度特性の影響を受ける。
【００３７】
また、基板２は、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×０．２ｍｍ程度の大きさであるため、紫外線センサ１を使用する周辺環境の温度によって、抵抗３１の温度と抵抗３２の温度との間に差は生じないものと考えられる。したがって、周辺環境の温度による抵抗３２の抵抗値の変化は、抵抗３１の抵抗値の変化と略同じになるため、紫外線センサ１は、外部電極３と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を、抵抗３１と抵抗３２とにより外部電極３と内部電極７との間の電圧、及び内部電極７と端子電極６との間の電圧に分圧することにより、抵抗３１の抵抗値の変化と抵抗３２の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて補正した外部電極３と内部電極７との間の電圧値を得ることができる。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間及び内部電極７と端子電極６との間の抵抗３１、３２の変化、外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。特に、図５（ａ）は、周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の抵抗３１の変化を示すグラフである。図５（ｂ）は、周辺環境の温度による内部電極７と端子電極６との間の抵抗３２の変化を示すグラフである。図５（ｃ）は、周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。図５に示すように、抵抗３１及び抵抗３２は、周辺環境の温度が高くなるにつれて抵抗値が低下する。周辺環境の温度による抵抗３１の抵抗値の変化と、抵抗３２の抵抗値の変化とは略同じであるため、端子電極４と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を抵抗３１と抵抗３２とで分圧した外部電極３と内部電極７との間の電圧は、周辺環境の温度による変化はなく略一定となる。従って、紫外線センサ１は、外部電極３と内部電極７との間の電圧を測定することで、酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧値を得ることができ、紫外線を検知することができる。なお、内部電極７と端子電極６との間の電圧を測定すれば、外部電極３と内部電極７との間の電圧を求めることができるので、測定する電圧は、特に外部電極３と内部電極７との間の電圧に限定されるものではなく、外部電極３と内部電極７との間の電圧及び／又は内部電極７と端子電極６との間の電圧を測定しても良い。
【００３９】
図６は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。図６は、紫外線センサ１に紫外線が当たらない状態で、周辺環境の温度が０℃から８０℃まで変化した場合の外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示している。ここで、説明を簡単にするために、紫外線センサ１は、紫外線が当たらないときの抵抗３１と抵抗３２の抵抗値が同じになるように構成し、端子電極４と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を３．０Ｖとする。紫外線が当たらない場合、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．５Ｖになる。紫外線センサ１は、端子電極４と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を内部電極７で分圧しているので、周辺環境の温度が変化しても、外部電極３と内部電極７との間の電圧は略一定となる。ただし、周辺環境の温度が５０℃以上になると外部電極３と内部電極７（端子電極５）との間の抵抗値が低下するので、外部電極３と内部電極７との間の電圧が少し低下している。例えば、周辺環境の温度が０℃の時、波長が３７０ｎｍ、放射強度１ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を紫外線センサ１に当てると、抵抗３１の抵抗値が低下し、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．０Ｖまで低下し、紫外線を検知することができる。紫外線が当たったことにより低下した電圧は、周辺環境の温度が０℃から５０℃まで変化しても、約１．０Ｖのままで略一定となるので、同様に紫外線を検知することができる。
【００４０】
図１１は、抵抗を追加した従来の紫外線センサの回路図である。図１１に示す従来の紫外線センサ１０１は、紫外線が当たらないときの抵抗１３１と同程度の抵抗値を有する抵抗１３２を追加し、追加した抵抗１３２を抵抗１３１に対して直列に接続している。端子電極１０６と抵抗１３２の一端１０８との間に３．０Ｖのバイアス電圧を印加し、紫外線センサ１０１に紫外線が当たらない状態で、周辺環境の温度が０℃から８０℃まで変化した場合の端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧の変化を図６のグラフに示す。紫外線が当たらない場合、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．５Ｖになる。周辺環境の温度が高くなると、従来の紫外線センサ１０１の抵抗１３１は周辺環境の温度により抵抗値が低下するが、抵抗１３２は外付けの抵抗であるので周辺環境の温度が変化しても抵抗値は変化しない。周辺環境の温度が高くなると端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．５Ｖよりも低下し、周辺環境の温度が８０℃の時、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．１Ｖになる。例えば、周辺環境の温度が０℃の時、波長が３７０ｎｍ、放射強度１ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を紫外線センサ１０１に当てると、抵抗１３１の抵抗値が低下し、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．０Ｖまで低下するが、該電圧の低下が紫外線を検知したことによるものか、周辺環境の温度が変化したことによるものかを判断することができない。
【００４１】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１は、基板２内に形成された内部電極７と、基板２の面（第１面）に形成された外部電極３と、内部電極７の一部が外部へ露出した基板２の面（第２面）に形成され、内部電極７と接続された端子電極５と、外部電極３が形成された基板２の面（第１面）及び端子電極５が形成された基板２の面（第２面）と異なる基板２の面（第３面）に形成された端子電極６とを備えているので、外部電極３と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を、内部電極７で分圧する回路構成とすることができる。紫外線センサ１は、外部電極３と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を、外部電極３と内部電極７との間の電圧、及び内部電極７と端子電極６との間の電圧に分圧することにより、使用される周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の抵抗３１の抵抗値の変化と、内部電極７と端子電極６との間の抵抗３２の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて補正した外部電極３と内部電極７との間の電圧値を得ることができる。つまり、紫外線センサ１は、周辺環境の温度に依存することなく、紫外線を検知することができる。また、紫外線センサ１は、ＯＰアンプ等を用いた補正回路が不要なので、製造コストが安くなる。
【００４２】
なお、紫外線センサ１は、特に紫外線が当たらないときの抵抗３１と抵抗３２の抵抗値が同じになるように構成する場合に限定されるものではなく、抵抗３１と抵抗３２の抵抗値が異なるように構成しても良い。また、紫外線センサ１は、紫外線を検知するために、外部電極３と内部電極７との間の電圧及び／又は内部電極７と端子電極６との間の電圧を測定する場合に限定されるものではなく、外部電極３と内部電極７との間の電流及び／又は内部電極７と端子電極６との間の電流を測定しても良い。
【００４３】
さらに、内部電極７と端子電極６との間の抵抗３２は、内部電極７の長さや端子電極６に内部電極を設ける等の設計変更で容易に抵抗値を変更することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１の構成を示す概略図である。図７（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１の平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す紫外線センサ１のＢ−Ｂ断面図である。図７（ａ）に示すように、紫外線センサ１は、酸化物半導体で構成された直方体形状の基板２のそれぞれ異なる面に形成された外部電極３、端子電極４、端子電極５、端子電極６を備えている。さらに、紫外線センサ１は、外部電極３と、端子電極５及び端子電極６との間の基板２の面（第１面）に形成された絶縁層８を備えている。また、図７（ｂ）に示すように、紫外線センサ１は、基板２内に、外部電極３と平行に形成された内部電極７を備えている。なお、実施の形態２に係る紫外線センサ１について、図１に示した実施の形態１に係る紫外線センサ１と同じ構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４５】
実施の形態１に係る紫外線センサ１は、図６で示したように、周辺環境の温度が５０℃以上になると、外部電極３と内部電極７との間の電圧が低下する。外部電極３と内部電極７との間の電圧が低下するのは、実施の形態１の図３に示したように外部電極３から端子電極５、及び／又は外部電極３から端子電極６へリーク電流（基板２の表面を流れる電流）が流れているためと考えられる。そこで、本実施の形態２に係る紫外線センサ１では、外部電極３から端子電極５、６へ流れるリーク電流を低減するため、外部電極３と、端子電極５（第１端子電極）及び端子電極６（第２端子電極）との間の基板２の面（第１面）に形成した絶縁層８を備えている。
【００４６】
絶縁層８を形成する方法は、端子電極４、５、６を形成する前に、すなわち端子電極４、５、６を形成する基板２の異なるそれぞれの面にＡｇペーストを塗布する前に、外部電極３を形成する基板２の面（第１面）にガラスペーストを塗布し、塗布したガラスペーストをＡｇペーストと同時に焼成して絶縁層８を形成する。なお、基板２の面（第１面）の外部電極３を形成する領域にはガラスペーストを塗布しないで、絶縁層８を形成後に、スパッタ法等を用いて外部電極３を形成する。
【００４７】
図８は、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１の周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。図８は、紫外線センサ１に紫外線が当たらない状態で、周辺環境の温度が０℃から８０℃まで変化した場合の外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示している。紫外線が当たらない場合、本発明の実施の形態１と同じように、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．５Ｖになるが、本実施の形態２に係る紫外線センサ１は、外部電極３と、端子電極５及び端子電極６との間の基板２の面（第１面）に絶縁層８を形成して、外部電極３から端子電極５、６へ流れるリーク電流を低減しているので、周辺環境の温度が５０℃以上でも外部電極３と内部電極７との間の電圧は略一定となる。例えば、周辺環境の温度が０℃の時、波長が３７０ｎｍ、放射強度１ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を紫外線センサ１に当てると、抵抗３１の抵抗値が低下し、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．０Ｖまで低下し、紫外線を検知することができる。紫外線が当たったことにより周辺環境の温度が５０℃以上に変化しても、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．０Ｖのままで略一定となるので、同様に紫外線を検知することができる。
【００４８】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１は、外部電極３と、端子電極５及び端子電極６との間の基板２の面（第１面）に絶縁層８を形成しているので、外部電極３から端子電極５、６へ流れるリーク電流（基板２の表面を流れる電流）を低減することができ、より広い周辺環境の温度範囲で酸化物半導体の温度特性に応じて補正した外部電極３と内部電極７との間の電圧値を得ることができる。つまり、本実施の形態２に係る紫外線センサ１は、より広い温度範囲で周辺環境の温度に依存することなく、紫外線を検知することができる。また、本実施の形態２に係る紫外線センサ１は、ＯＰアンプ等を用いた補正回路が不要なので、製造コストが安くなる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 紫外線センサ
２ 基板
３ 外部電極
４、５、６ 端子電極
７ 内部電極
８ 絶縁層
１１ 電源
２１ グリーンシート
３１、３２ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を検知する紫外線センサに関し、特に、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線を検知する紫外線センサでは、紫外線を受光する部分に紫外線光電管が用いられていた。しかし、紫外線光電管は、非常に高い駆動電圧が必要であり、紫外線センサ自体が大型化するという問題点があった。近年、斯かる問題点を解消するために、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサが開示されている。特許文献１に開示されている紫外線センサは、ＺｎＯを含む酸化物半導体で構成されたＺｎＯ層と、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体で構成された（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層と、ＺｎＯ層に電気的に接続される第１の端子電極と、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層に電気的に接続される第２の端子電極とを備えている。特許文献１に開示されている紫外線センサでは、ＺｎＯ層と（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ層との接合部に紫外線が当たった場合、光電効果により接合部に光電子が生じることで第１の端子電極と第２の端子電極との間の抵抗値が低下する。したがって、第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値の変化によって紫外線を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５２０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸化物半導体は、温度により抵抗値が変化するという温度特性を有している。そのため、紫外線を受光する部分に酸化物半導体を用いた紫外線センサでは、使用される周辺環境の温度により酸化物半導体の抵抗値が変化し、測定する第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値が変化する。したがって、酸化物半導体の温度特性に応じて、測定した第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値を適正に補正しないと正しく紫外線を検知することができないという問題点があった。そこで、従来の紫外線センサでは、酸化物半導体の温度特性に応じて、測定した第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値を、ＯＰアンプ等を用いて補正していた。
【０００６】
しかし、ＯＰアンプ等を用いて第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値を補正する場合、ＯＰアンプ等を用いた補正回路の設計によっては、使用が予定される周辺環境の所定の温度範囲については適性に補正することができるものの、所定の温度範囲外については適正に補正することができない場合が生じるという問題点があった。また、従来の紫外線センサは、ＯＰアンプ等の製品バラツキにより、測定した第１の端子電極と第２の端子電極との間の電圧（電流）値の補正自体にもバラツキが生じるという問題点があった。さらに、従来の紫外線センサは、ＯＰアンプ等を用いた補正回路を備える必要があるため、製造コストが高くなるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストが安く、酸化物半導体の温度特性に応じて電圧（電流）値を適正に補正することが可能な紫外線センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために第１発明に係る紫外線センサは、酸化物半導体で構成された基板と、該基板内に形成された内部電極と、前記基板の第１面に形成された外部電極と、前記内部電極の一部が外部へ露出した前記基板の第２面に形成され、前記内部電極と接続された第１端子電極と、前記外部電極が形成された前記第１面及び前記第１端子電極が形成された第２面と異なる前記基板の第３面に形成された第２端子電極とを備え、前記外部電極と前記第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、前記内部電極で分圧する。
【０００９】
また、第２発明に係る紫外線センサは、第１発明において、前記内部電極で分圧された、前記外部電極と前記内部電極との間の電圧及び／又は前記内部電極と前記第２端子電極との間の電圧を測定する。
【００１０】
また、第３発明に係る紫外線センサは、第１又は第２発明において、前記酸化物半導体は、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる。
【００１１】
また、第４発明に係る紫外線センサは、第１乃至第３発明のいずれか一つにおいて、前記外部電極は、紫外線を透過する材料で形成してある。
【００１２】
また、第５発明に係る紫外線センサは、第１乃至第４発明のいずれか一つにおいて、前記外部電極と、前記第１端子電極及び前記第２端子電極との間の前記基板の前記第１面に形成された絶縁層を備える。
【００１３】
第１発明では、基板の第１面に形成された外部電極と、外部電極が形成された第１面及び第１端子電極が形成された第２面と異なる基板の第３面に形成された第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、基板内に形成された内部電極で分圧することにより、使用される周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化と、内部電極と第２端子電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧（電流）値を得ることができる。また、ＯＰアンプ等を用いた補正回路を備える必要がないため、製造コストを安くすることができる。
【００１４】
第２発明では、外部電極と内部電極との間の電圧及び／又は内部電極と第２端子電極との間の電圧を測定することにより、基板と外部電極とが接する部分で生じる光電子により外部電極と内部電極との間の抵抗値が低下したことを検知することで、紫外線を検知することができる。
【００１５】
第３発明では、基板は、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる酸化物半導体で構成することにより、酸化物半導体を焼成して形成する際に、ＺｎＯがＮｉＯに固溶されるので、揮発成分であるＺｎが揮発するのを抑制して、紫外線を安定した感度で検知することができる。
【００１６】
第４発明では、外部電極は、紫外線を透過する材料を用いて形成することにより、基板と外部電極とが接する部分で光電効果により光電子を効率よく生じさせることができる。
【００１７】
第５発明では、外部電極と、第１端子電極及び第２端子電極との間の基板の第１面に形成された絶縁層を備えることにより、外部電極と第１端子電極及び第２端子電極との間を流れるリーク電流を抑えることで、より広い周辺環境の温度範囲で酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧（電流）値を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る紫外線センサは、基板内に形成された内部電極と、基板の第１面に形成された外部電極と、内部電極の一部が外部へ露出した基板の第２面に形成され、内部電極と接続された第１端子電極と、外部電極が形成された第１面及び第１端子電極が形成された第２面と異なる基板の第３面に形成された第２端子電極とを備え、外部電極と第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、内部電極で分圧することにより、使用される周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化と、内部電極と第２端子電極との間の酸化物半導体の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧（電流）値を得ることができる。つまり、周辺環境の温度に依存することなく、紫外線を検知することができる。また、ＯＰアンプ等を用いた補正回路を備える必要がないため、製造コストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの基板を形成する方法を説明するための概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの回路構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの回路図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間及び内部電極と端子電極との間の抵抗の変化、外部電極と内部電極との間の電圧の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の電圧の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る紫外線センサの構成を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る紫外線センサの周辺環境の温度による外部電極と内部電極との間の電圧の変化を示すグラフである。
【図９】従来の紫外線センサの回路構成を示す模式図である。
【図１０】従来の紫外線センサの回路図である。
【図１１】抵抗を追加した従来の紫外線センサの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態における紫外線センサについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの構成を示す概略図である。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサの平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す紫外線センサのＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）に示すように、紫外線センサ１は、酸化物半導体で構成された直方体形状の基板２のそれぞれ異なる面に形成された、外部電極３、端子電極４、端子電極５（第１端子電極）、端子電極６（第２端子電極）を備えている。外部電極３は、端子電極４と接続しているが、端子電極５及び端子電極６とは接続していない。端子電極４は、基板２の、外部電極３が形成されている面（第１面）に対して垂直な面に形成されている。端子電極５、６は、基板２の長手方向にある両端面（第２面、第３面）にそれぞれ形成されている。図１（ｂ）に示すように、紫外線センサ１は、基板２内に、外部電極３と平行に形成された内部電極７を備えている。端子電極５は、基板２の端面（第２面）から外部へ露出した内部電極７の一部と接続している。
【００２２】
基板２を構成する酸化物半導体は、２０〜４０モル％のＺｎＯがＮｉＯに固溶してなる（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏの酸化物半導体である。ただし、基板２を構成する酸化物半導体は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏに限定されるものではなく、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 等でも良い。なお、紫外線センサ１は、基板２を構成する酸化物半導体のバンドギャップ値によって検知することができる紫外線の波長領域が異なる。例えば、基板２を構成する酸化物半導体がＮｉＯである紫外線センサ１は、波長が２８０ｎｍ以下の紫外線を検知することができ、酸化物半導体がＺｎＯである紫外線センサ１は、波長が３８０ｎｍ以下の紫外線を検知することができる。また、基板２を構成する酸化物半導体が（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏである紫外線センサ１は、波長が４００ｎｍ以下の紫外線を検知することができる。
【００２３】
ここで、基板２を形成する方法について、以下に説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の基板２を形成する方法を説明するための概略図である。まず、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏの酸化物半導体からなるグリーンシート２１を形成する。グリーンシート２１の形成処理は、ＮｉＯとＺｎＯとの割合が６５モル％と３５モル％となるように、原料のＮｉＯ及びＺｎＯの無機粉末を秤量し、秤量した無機粉末に純水を加え、ＰＳＺ（安定化ジルコニア）ビーズをメディア（粉砕用ボール（球石））として、ボールミルにて平均粒径０．５μｍ以下となるように混合粉砕する。さらに、混合粉砕によりスラリーとなった無機粉末を、脱水乾燥し、５０μｍ程度の粒径の粉末に造粒した後、１２００℃の温度で２時間仮焼する。仮焼した無機粉末に、純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径０．５μｍになるまで混合粉砕する。混合粉砕した無機粉末は、脱水乾燥した後、有機溶剤及び分散剤を加えて混合し、さらにバインダ及び可塑剤を加えスラリーとし、ドクターブレード法を用いて、厚み１０μｍのシートに成形する。成形したシートを板状にカットし、複数枚のグリーンシート２１として形成する。
【００２４】
次に、形成した複数枚のグリーンシート２１のいずれか１枚に、Ｐｄペーストをスクリーン印刷し、６０℃の温度で１時間乾燥して内部電極７を形成する。図２に示すように、内部電極７を形成したグリーンシート２１は、内部電極７を形成した面側に他のグリーンシート２１を１枚積層し、反対の面側に他のグリーンシート２１を複数枚積層する。なお、積層したグリーンシート２１の厚みが０．２ｍｍとなるように、積層するグリーンシート２１の枚数を２０枚とする。
【００２５】
次に、積層したグリーンシート２１を、金型に入れて２０ＭＰａの圧力で圧着した後、所定の形状に合わせてカットする。カットしたグリーンシート２１は、３００℃の温度でゆっくりと、十分に脱脂した後、１２５０℃の温度で５時間焼成することにより、基板２を形成する。なお、積層したグリーンシート２１を、後述するＺｎＯシートに載せて焼成することで、焼成中に揮発成分であるＺｎＯが揮発するのを抑制することもできる。
【００２６】
形成した基板２は、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×０．２ｍｍの直方体形状となる。さらに、基板２は、直径が３ｍｍのアルミナビーズとともに塩化ビニル製のポットに入れ、遊星ミルを用いて端面に丸みを形成する。基板２の端面に丸みを形成することで、基板２の端面から外部へ露出した内部電極７の一部と端子電極５とを容易に接続することができる。
【００２７】
図１に戻って、外部電極３は、スパッタ法によって、基板２の一面にＺｎＯ層を成膜することにより形成されている。ＺｎＯ層の厚みは、約０．５μｍである。また、外部電極３は、端子電極４と接続しているが、端子電極５、６とは接続していない。なお、外部電極３を形成する材料は、特にＺｎＯに限定されるものではなく、紫外線を透過する材料であればＩＴＯ、ＴｉＯ2 、Ａｕ−Ｔｉ合金、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）：ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）等であっても良い。また、外部電極３の形成方法は、特にスパッタ法に限定されるものではなく、構成する材料によって蒸着法、塗布法等を用いても良い。
【００２８】
ＺｎＯ層を成膜するスパッタ法に用いるスパッタターゲットを形成する処理について、以下に説明する。まず、ＺｎとＧａとのモル比が９５：５となるように、ＺｎＯ及びＧａ2 Ｏ3 の粉末を秤量し、秤量した粉末に純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径０．５μｍ以下となるように混合粉砕する。さらに、混合粉砕によりスラリーとなった粉末を、脱水乾燥し、５０μｍ程度の粒径の粉末に造粒した後、１２００℃の温度で２時間仮焼する。仮焼した粉末に、純水を加え、ＰＳＺビーズをメディアとしてボールミルにて平均粒径０．５μｍになるまで混合粉砕する。混合粉砕した粉末を、脱水乾燥した後、有機溶剤及び分散剤を加えて混合し、さらにバインダ及び可塑剤を加えスラリーとし、ドクターブレード法を用いて、厚み２０μｍのシートに成形する。成形したシートを板状にカットし、複数枚のＺｎＯシートとして形成する。形成したＺｎＯシートを、厚みが２０ｍｍとなるように、複数枚積層する。積層したＺｎＯシートは、２５０ＭＰａの圧力で５分間圧着した後、十分に脱脂して、１２００℃の温度で１時間焼成することでスパッタターゲットを形成する。
【００２９】
図１（ａ）に戻って、端子電極４は、基板２の、外部電極３が形成されている面（第１面）に対して垂直な面にＡｇペーストを塗布して、８００℃の温度で１０分間焼成して形成する。なお、端子電極４は、外部電極３が形成されている基板２の面（第１面）に形成した一部が外部電極３と接続している。端子電極５は、内部電極７の一部が外部へ露出した基板２の面（第２面）にＡｇペーストを塗布して、８００℃の温度で１０分間焼成して形成する。端子電極６は、端子電極５が形成してある基板２の面（第２面）と対向する面（第３面）にＡｇペーストを塗布して、８００℃の温度で１０分間焼成して形成する。さらに、端子電極４、５、６には、Ｎｉ、Ｓｎの順に電解メッキを施している。
【００３０】
次に、本実施の形態１に係る紫外線センサ１の動作について、以下に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の回路構成を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の回路図である。図３に示すように、紫外線センサ１は、電源１１のプラス側が端子電極４に、電源１１のマイナス側が端子電極６にそれぞれ接続されている。
【００３１】
紫外線センサ１は、ＺｎＯ層の外部電極３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板２とが接する部分に紫外線が当たった場合、光電効果により当該部分に光電子が生じることで外部電極３と内部電極７との間の抵抗値が低下し、測定する外部電極３と内部電極７との間の電圧（電流）値が変化する。したがって、紫外線センサ１は、外部電極３と内部電極７との間の電圧（電流）の値を測定することで紫外線を検知することができる。紫外線センサ１は、電源１１により端子電極４と端子電極６との間にバイアス電圧を印加した場合、端子電極４から外部電極３、内部電極７、端子電極６へ電流が流れることになるので、外部電極３と内部電極７との間に抵抗３１、内部電極７と端子電極６との間に抵抗３２を設けた回路構成とみなすことができる。
【００３２】
つまり、紫外線センサ１は、図４に示すように、端子電極４（外部電極３）と端子電極６との間に、抵抗３１、３２を直列に接続した回路とみなすことができるため、端子電極４と端子電極６との間（外部電極３と端子電極６との間）に印加するバイアス電圧は、抵抗３１、３２により外部電極３と内部電極７との間の電圧、及び内部電極７と端子電極６との間の電圧に分圧される。なお、紫外線４０が当たった場合、ＺｎＯ層の外部電極３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板２とが接する部分に生じた光電子により、抵抗３１の抵抗値は低下するが、抵抗３２の抵抗値は変化しない。
【００３３】
ここで、従来の紫外線センサの回路構成について説明する。図９は、従来の紫外線センサの回路構成を示す模式図である。図１０は、従来の紫外線センサの回路図である。図９に示すように、従来の紫外線センサ１０１は、電源１１１のプラス側が外部電極１０３に接続された端子電極１０６に、電源１１１のマイナス側が内部電極１０７に接続された端子電極１０５にそれぞれ接続されている。
【００３４】
従来の紫外線センサ１０１も、ＺｎＯ層の外部電極１０３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板１０２とが接する部分に紫外線が当たった場合、光電効果により当該部分に光電子が生じることで外部電極１０３と内部電極１０７との間の抵抗値が低下する。したがって、従来の紫外線センサ１０１は、外部電極１０３と内部電極１０７との間の電流値を測定することで紫外線を検知することができる。従来の紫外線センサ１０１は、電源１１１により端子電極１０６と端子電極１０５との間にバイアス電圧を印加した場合、端子電極１０５から内部電極１０７、外部電極１０３、端子電極１０６へ電流が流れることになるので、外部電極１０３と内部電極１０７との間に抵抗１３１を設けた回路構成とみなすことができる。
【００３５】
つまり、従来の紫外線センサ１０１は、図１０に示すように、端子電極１０６と端子電極１０５との間に抵抗１３１を設けた回路とみなすことができるため、端子電極１０６と端子電極１０５との間に印加するバイアス電圧は、抵抗１３１に印加される。なお、従来の紫外線センサ１０１も、紫外線４０が当たった場合、ＺｎＯ層の外部電極１０３と酸化物半導体（（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｏ）の基板１０２とが接する部分に生じた光電子により、抵抗１３１の抵抗値が低下し、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電流値の変化によって紫外線を検知することができる。
【００３６】
本実施の形態１に係る紫外線センサ１の回路は、図４に示す回路図と図１０に示す回路図とを比較することで分かるように、従来の紫外線センサ１０１の回路に、内部電極７と端子電極６との間に抵抗３２を追加してある。追加した抵抗３２は、外部電極３と基板２とが接する部分に生じる光電子の影響を受けないが、図３に示すように基板２内に設けてあるので、抵抗３１と同じように酸化物半導体の温度特性の影響を受ける。
【００３７】
また、基板２は、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×０．２ｍｍ程度の大きさであるため、紫外線センサ１を使用する周辺環境の温度によって、抵抗３１の温度と抵抗３２の温度との間に差は生じないものと考えられる。したがって、周辺環境の温度による抵抗３２の抵抗値の変化は、抵抗３１の抵抗値の変化と略同じになるため、紫外線センサ１は、外部電極３と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を、抵抗３１と抵抗３２とにより外部電極３と内部電極７との間の電圧、及び内部電極７と端子電極６との間の電圧に分圧することにより、抵抗３１の抵抗値の変化と抵抗３２の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて補正した外部電極３と内部電極７との間の電圧値を得ることができる。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間及び内部電極７と端子電極６との間の抵抗３１、３２の変化、外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。特に、図５（ａ）は、周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の抵抗３１の変化を示すグラフである。図５（ｂ）は、周辺環境の温度による内部電極７と端子電極６との間の抵抗３２の変化を示すグラフである。図５（ｃ）は、周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。図５に示すように、抵抗３１及び抵抗３２は、周辺環境の温度が高くなるにつれて抵抗値が低下する。周辺環境の温度による抵抗３１の抵抗値の変化と、抵抗３２の抵抗値の変化とは略同じであるため、端子電極４と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を抵抗３１と抵抗３２とで分圧した外部電極３と内部電極７との間の電圧は、周辺環境の温度による変化はなく略一定となる。従って、紫外線センサ１は、外部電極３と内部電極７との間の電圧を測定することで、酸化物半導体の温度特性に応じて適正に補正した電圧値を得ることができ、紫外線を検知することができる。なお、内部電極７と端子電極６との間の電圧を測定すれば、外部電極３と内部電極７との間の電圧を求めることができるので、測定する電圧は、特に外部電極３と内部電極７との間の電圧に限定されるものではなく、外部電極３と内部電極７との間の電圧及び／又は内部電極７と端子電極６との間の電圧を測定しても良い。
【００３９】
図６は、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１の周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。図６は、紫外線センサ１に紫外線が当たらない状態で、周辺環境の温度が０℃から８０℃まで変化した場合の外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示している。ここで、説明を簡単にするために、紫外線センサ１は、紫外線が当たらないときの抵抗３１と抵抗３２の抵抗値が同じになるように構成し、端子電極４と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を３．０Ｖとする。紫外線が当たらない場合、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．５Ｖになる。紫外線センサ１は、端子電極４と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を内部電極７で分圧しているので、周辺環境の温度が変化しても、外部電極３と内部電極７との間の電圧は略一定となる。ただし、周辺環境の温度が５０℃以上になると外部電極３と内部電極７（端子電極５）との間の抵抗値が低下するので、外部電極３と内部電極７との間の電圧が少し低下している。例えば、周辺環境の温度が０℃の時、波長が３７０ｎｍ、放射強度１ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を紫外線センサ１に当てると、抵抗３１の抵抗値が低下し、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．０Ｖまで低下し、紫外線を検知することができる。紫外線が当たったことにより低下した電圧は、周辺環境の温度が０℃から５０℃まで変化しても、約１．０Ｖのままで略一定となるので、同様に紫外線を検知することができる。
【００４０】
図１１は、抵抗を追加した従来の紫外線センサの回路図である。図１１に示す従来の紫外線センサ１０１は、紫外線が当たらないときの抵抗１３１と同程度の抵抗値を有する抵抗１３２を追加し、追加した抵抗１３２を抵抗１３１に対して直列に接続している。端子電極１０６と抵抗１３２の一端１０８との間に３．０Ｖのバイアス電圧を印加し、紫外線センサ１０１に紫外線が当たらない状態で、周辺環境の温度が０℃から８０℃まで変化した場合の端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧の変化を図６のグラフに示す。紫外線が当たらない場合、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．５Ｖになる。周辺環境の温度が高くなると、従来の紫外線センサ１０１の抵抗１３１は周辺環境の温度により抵抗値が低下するが、抵抗１３２は外付けの抵抗であるので周辺環境の温度が変化しても抵抗値は変化しない。周辺環境の温度が高くなると端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．５Ｖよりも低下し、周辺環境の温度が８０℃の時、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．１Ｖになる。例えば、周辺環境の温度が０℃の時、波長が３７０ｎｍ、放射強度１ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を紫外線センサ１０１に当てると、抵抗１３１の抵抗値が低下し、端子電極１０５と端子電極１０６との間の電圧は約１．０Ｖまで低下するが、該電圧の低下が紫外線を検知したことによるものか、周辺環境の温度が変化したことによるものかを判断することができない。
【００４１】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る紫外線センサ１は、基板２内に形成された内部電極７と、基板２の面（第１面）に形成された外部電極３と、内部電極７の一部が外部へ露出した基板２の面（第２面）に形成され、内部電極７と接続された端子電極５と、外部電極３が形成された基板２の面（第１面）及び端子電極５が形成された基板２の面（第２面）と異なる基板２の面（第３面）に形成された端子電極６とを備えているので、外部電極３と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を、内部電極７で分圧する回路構成とすることができる。紫外線センサ１は、外部電極３と端子電極６との間に印加するバイアス電圧を、外部電極３と内部電極７との間の電圧、及び内部電極７と端子電極６との間の電圧に分圧することにより、使用される周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の抵抗３１の抵抗値の変化と、内部電極７と端子電極６との間の抵抗３２の抵抗値の変化とを相殺するので、酸化物半導体の温度特性に応じて補正した外部電極３と内部電極７との間の電圧値を得ることができる。つまり、紫外線センサ１は、周辺環境の温度に依存することなく、紫外線を検知することができる。また、紫外線センサ１は、ＯＰアンプ等を用いた補正回路が不要なので、製造コストが安くなる。
【００４２】
なお、紫外線センサ１は、特に紫外線が当たらないときの抵抗３１と抵抗３２の抵抗値が同じになるように構成する場合に限定されるものではなく、抵抗３１と抵抗３２の抵抗値が異なるように構成しても良い。また、紫外線センサ１は、紫外線を検知するために、外部電極３と内部電極７との間の電圧及び／又は内部電極７と端子電極６との間の電圧を測定する場合に限定されるものではなく、外部電極３と内部電極７との間の電流及び／又は内部電極７と端子電極６との間の電流を測定しても良い。
【００４３】
さらに、内部電極７と端子電極６との間の抵抗３２は、内部電極７の長さや端子電極６に内部電極を設ける等の設計変更で容易に抵抗値を変更することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１の構成を示す概略図である。図７（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１の平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す紫外線センサ１のＢ−Ｂ断面図である。図７（ａ）に示すように、紫外線センサ１は、酸化物半導体で構成された直方体形状の基板２のそれぞれ異なる面に形成された外部電極３、端子電極４、端子電極５、端子電極６を備えている。さらに、紫外線センサ１は、外部電極３と、端子電極５及び端子電極６との間の基板２の面（第１面）に形成された絶縁層８を備えている。また、図７（ｂ）に示すように、紫外線センサ１は、基板２内に、外部電極３と平行に形成された内部電極７を備えている。なお、実施の形態２に係る紫外線センサ１について、図１に示した実施の形態１に係る紫外線センサ１と同じ構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４５】
実施の形態１に係る紫外線センサ１は、図６で示したように、周辺環境の温度が５０℃以上になると、外部電極３と内部電極７との間の電圧が低下する。外部電極３と内部電極７との間の電圧が低下するのは、実施の形態１の図３に示したように外部電極３から端子電極５、及び／又は外部電極３から端子電極６へリーク電流（基板２の表面を流れる電流）が流れているためと考えられる。そこで、本実施の形態２に係る紫外線センサ１では、外部電極３から端子電極５、６へ流れるリーク電流を低減するため、外部電極３と、端子電極５（第１端子電極）及び端子電極６（第２端子電極）との間の基板２の面（第１面）に形成した絶縁層８を備えている。
【００４６】
絶縁層８を形成する方法は、端子電極４、５、６を形成する前に、すなわち端子電極４、５、６を形成する基板２の異なるそれぞれの面にＡｇペーストを塗布する前に、外部電極３を形成する基板２の面（第１面）にガラスペーストを塗布し、塗布したガラスペーストをＡｇペーストと同時に焼成して絶縁層８を形成する。なお、基板２の面（第１面）の外部電極３を形成する領域にはガラスペーストを塗布しないで、絶縁層８を形成後に、スパッタ法等を用いて外部電極３を形成する。
【００４７】
図８は、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１の周辺環境の温度による外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示すグラフである。図８は、紫外線センサ１に紫外線が当たらない状態で、周辺環境の温度が０℃から８０℃まで変化した場合の外部電極３と内部電極７との間の電圧の変化を示している。紫外線が当たらない場合、本発明の実施の形態１と同じように、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．５Ｖになるが、本実施の形態２に係る紫外線センサ１は、外部電極３と、端子電極５及び端子電極６との間の基板２の面（第１面）に絶縁層８を形成して、外部電極３から端子電極５、６へ流れるリーク電流を低減しているので、周辺環境の温度が５０℃以上でも外部電極３と内部電極７との間の電圧は略一定となる。例えば、周辺環境の温度が０℃の時、波長が３７０ｎｍ、放射強度１ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を紫外線センサ１に当てると、抵抗３１の抵抗値が低下し、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．０Ｖまで低下し、紫外線を検知することができる。紫外線が当たったことにより周辺環境の温度が５０℃以上に変化しても、外部電極３と内部電極７との間の電圧は約１．０Ｖのままで略一定となるので、同様に紫外線を検知することができる。
【００４８】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る紫外線センサ１は、外部電極３と、端子電極５及び端子電極６との間の基板２の面（第１面）に絶縁層８を形成しているので、外部電極３から端子電極５、６へ流れるリーク電流（基板２の表面を流れる電流）を低減することができ、より広い周辺環境の温度範囲で酸化物半導体の温度特性に応じて補正した外部電極３と内部電極７との間の電圧値を得ることができる。つまり、本実施の形態２に係る紫外線センサ１は、より広い温度範囲で周辺環境の温度に依存することなく、紫外線を検知することができる。また、本実施の形態２に係る紫外線センサ１は、ＯＰアンプ等を用いた補正回路が不要なので、製造コストが安くなる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 紫外線センサ
２ 基板
３ 外部電極
４、５、６ 端子電極
７ 内部電極
８ 絶縁層
１１ 電源
２１ グリーンシート
３１、３２ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物半導体で構成された基板と、
該基板内に形成された内部電極と、
前記基板の第１面に形成された外部電極と、
前記内部電極の一部が外部へ露出した前記基板の第２面に形成され、前記内部電極と接続された第１端子電極と、
前記外部電極が形成された前記第１面及び前記第１端子電極が形成された第２面と異なる前記基板の第３面に形成された第２端子電極と
を備え、
前記外部電極と前記第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、前記内部電極で分圧することを特徴とする紫外線センサ。
【請求項２】
前記内部電極で分圧された、前記外部電極と前記内部電極との間の電圧及び／又は前記内部電極と前記第２端子電極との間の電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ。
【請求項３】
前記酸化物半導体は、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線センサ。
【請求項４】
前記外部電極は、紫外線を透過する材料で形成してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の紫外線センサ。
【請求項５】
前記外部電極と、前記第１端子電極及び前記第２端子電極との間の前記基板の前記第１面に形成された絶縁層を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線センサ。
【請求項１】
酸化物半導体で構成された基板と、
該基板内に形成された内部電極と、
前記基板の第１面に形成された外部電極と、
前記内部電極の一部が外部へ露出した前記基板の第２面に形成され、前記内部電極と接続された第１端子電極と、
前記外部電極が形成された前記第１面及び前記第１端子電極が形成された第２面と異なる前記基板の第３面に形成された第２端子電極と
を備え、
前記外部電極と前記第２端子電極との間に印加する所定の電圧を、前記内部電極で分圧することを特徴とする紫外線センサ。
【請求項２】
前記内部電極で分圧された、前記外部電極と前記内部電極との間の電圧及び／又は前記内部電極と前記第２端子電極との間の電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ。
【請求項３】
前記酸化物半導体は、ＺｎＯがＮｉＯに固溶してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線センサ。
【請求項４】
前記外部電極は、紫外線を透過する材料で形成してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の紫外線センサ。
【請求項５】
前記外部電極と、前記第１端子電極及び前記第２端子電極との間の前記基板の前記第１面に形成された絶縁層を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１４７１０（Ｐ２０１１−１４７１０Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５７３７６（Ｐ２００９−１５７３７６）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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