横方向光起電力効果を利用したMOS型光位置センサの開発

本研究は、LPV効果を利用した位置検出素子(PSD)の一つとしてMOS型のPSDを新に提案し、従来のP-n接合ダイオードより機能的自由度の多いMISトランジスタ構造のPSDの開発を目指している。今年度においては、光強度が変調された場合の交流LPV効果を利用するMOS型PSDについて、その動作を記述する式および等価回路を導出するとともに一次元PSDの試作と特性測定を行ない、次のような特長を明らかにした。1.MOS構造における交流LPV効果は、酸化膜の容量を考慮すれば従来のP-n接合の場合と本質的に同じ等価回路モデルによって記述される。2.交流LPVの位相を光位置信号として利用すれば、光強度の変動に影響されない、しかも良好な線形性をもったPSDが実現できる。このPSDは次の(1)〜(3)のいずれによっても感度を数倍迄調整できる;(1)ゲート電圧によって反転層のシート抵抗を変える、(2)照射光源LEDの駆動電流の周波数を変える、(3)素子製作時に酸化膜厚すなわち容量を変える。この感度調整の大きな自由度は本PSDの優れた特長の一つである。3.試作したAl-Si【O_2】-SiPSDと通常の位相測定系によってμmの位置変位を検出している。なおゲートにAl半透明電極にかえてITO透明電極が適用できること、従って高分解能測定に有利であると考えられる微弱光(小さな照射面積)が使用できることを確かめている。これらの実験結果は本PSDが高分解能位置センサとして有望であることを示唆している。4.1で得た等価回路モデルを使ってシミュレーションを行ない、交流LPVの位相を用いる本センサはスポット光の位置検出にも有効に利用でき、一次元のみならず二次元の微小変位にも適用可能であることを示した。なお、3と4について、さらに実験を進める為に計画・準備中である。

本研究は、LPV効果を利用した位置検出素子(PSD)の一つとしてMOS型のPSDを新に提案し、従来のP-n接合ダイオードより機能的自由度の多いMISトランジスタ構造のPSDの開発を目指している。今年度においては、光強度が変調された場合の交流LPV効果を利用するMOS型PSDについて、その動作を記述する式および等価回路を導出するとともに一次元PSDの試作と特性測定を行ない、次のような特長を明らかにした。1.MOS構造における交流LPV効果は、酸化膜の容量を考慮すれば従来のP-n接合の場合と本質的に同じ等価回路モデルによって記述される。2.交流LPVの位相を光位置信号として利用すれば、光強度の変動に影響されない、しかも良好な線形性をもったPSDが実現できる。このPSDは次の(1)〜(3)のいずれによっても感度を数倍迄調整できる;(1)ゲート電圧によって反転層のシート抵抗を変える、(2)照射光源LEDの駆動電流の周波数を変える、(3)素子製作時に酸化膜厚すなわち容量を変える。この感度調整の大きな自由度は本PSDの優れた特長の一つである。3.試作したAl-Si【O_2】-SiPSDと通常の位相測定系によってμmの位置変位を検出している。なおゲートにAl半透明電極にかえてITO透明電極が適用できること、従って高分解能測定に有利であると考えられる微弱光(小さな照射面積)が使用できることを確かめている。これらの実験結果は本PSDが高分解能位置センサとして有望であることを示唆している。4.1で得た等価回路モデルを使ってシミュレーションを行ない、交流LPVの位相を用いる本センサはスポット光の位置検出にも有効に利用でき、一次元のみならず二次元の微小変位にも適用可能であることを示した。なお、3と4について、さらに実験を進める為に計画・準備中である。