JP2001147156A - 赤外線センサ用熱吸収体およびその形成方法 - Google Patents
赤外線センサ用熱吸収体およびその形成方法Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤外線吸収体の成膜形状を工夫することによ
って熱損失を小さくし感温部の効率的な温度上昇を図
る。 【解決手段】 感温部１表面上に形成される赤外線吸収
体２のパターン中心部の膜厚に対して、該パターン縁部
の膜厚が薄い吸収体形状とし、吸収体中心部付近から吸
収体縁部を経由してヒートシンク３に流れ込む熱伝導経
路の熱コンダクタンスを小さくする。
って熱損失を小さくし感温部の効率的な温度上昇を図
る。 【解決手段】 感温部１表面上に形成される赤外線吸収
体２のパターン中心部の膜厚に対して、該パターン縁部
の膜厚が薄い吸収体形状とし、吸収体中心部付近から吸
収体縁部を経由してヒートシンク３に流れ込む熱伝導経
路の熱コンダクタンスを小さくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、赤外線の入射に
よって熱絶縁された構造の感温部の温度が上昇する熱型
の赤外線センサに用いる赤外線吸収体およびその形成方
法に関する。
よって熱絶縁された構造の感温部の温度が上昇する熱型
の赤外線センサに用いる赤外線吸収体およびその形成方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線センサの中でも熱型に分類される
ものは、赤外線の入射により熱絶縁構造体を有する感温
部の温度が上昇し、その温度上昇を焦電効果、熱電効
果、抵抗の温度係数を利用して電気信号に変換する機構
を持っている。このような熱型の赤外線センサにおいて
は、入射した赤外線を効率よく吸収して熱変換し、これ
を感温部に伝達して感温部の温度上昇を大きくすること
がセンサの高感度化のために必要である。このため、感
温部上に赤外線吸収体を置き、ここに入射した赤外線を
熱変換する。一般には、この吸収体として、Ａｕブラッ
ク、Ｎi Ｃｒなどの金属の蒸着膜や赤外線吸収率の高い
高分子などの印刷膜が用いられる。また、この赤外線吸
収体のパターンニングには、メタルマスクやリフトオフ
法などの手法が用いられている。例えば、実開平３−１
１７７３９号公報や実開平４−５９４２７号公報に示さ
れている赤外線吸収体（黒体）は、かかる手法によって
パターンニングされるものである。
ものは、赤外線の入射により熱絶縁構造体を有する感温
部の温度が上昇し、その温度上昇を焦電効果、熱電効
果、抵抗の温度係数を利用して電気信号に変換する機構
を持っている。このような熱型の赤外線センサにおいて
は、入射した赤外線を効率よく吸収して熱変換し、これ
を感温部に伝達して感温部の温度上昇を大きくすること
がセンサの高感度化のために必要である。このため、感
温部上に赤外線吸収体を置き、ここに入射した赤外線を
熱変換する。一般には、この吸収体として、Ａｕブラッ
ク、Ｎi Ｃｒなどの金属の蒸着膜や赤外線吸収率の高い
高分子などの印刷膜が用いられる。また、この赤外線吸
収体のパターンニングには、メタルマスクやリフトオフ
法などの手法が用いられている。例えば、実開平３−１
１７７３９号公報や実開平４−５９４２７号公報に示さ
れている赤外線吸収体（黒体）は、かかる手法によって
パターンニングされるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
手法で赤外線吸収体の成膜・パターンニングを行った場
合、吸収体パターンの膜厚が均一となってしまい、以下
の不都合が生じてくる。すなわち、Ａｕなどの熱伝導の
よい金属で形成されている赤外線吸収体の膜厚が均一で
あると、吸収体パターンの中心部付近から吸収体パター
ン縁部を経由して外部（ヒートシンク）に流れ込む熱伝
導経路の熱コンダクタンスが大きくなってこの部分での
熱損失が大きくなり、感温部の温度上昇が小さくなって
しまう。この時の熱伝導経路を示すと、図３に示すよう
になる。図において、１、２、３はそれぞれ感温部、赤
外線吸収体（黒体）、ヒートシンクであり、赤外線吸収
体２の中央部付近から経路Ａに沿って熱拡散をするが、
経路Ａにおいて赤外線吸収体２を通過する経路の熱伝導
がよいために、この部分の熱コンダクタンスが大きくな
って感温部１の温度上昇を抑制してしまうことになる。
手法で赤外線吸収体の成膜・パターンニングを行った場
合、吸収体パターンの膜厚が均一となってしまい、以下
の不都合が生じてくる。すなわち、Ａｕなどの熱伝導の
よい金属で形成されている赤外線吸収体の膜厚が均一で
あると、吸収体パターンの中心部付近から吸収体パター
ン縁部を経由して外部（ヒートシンク）に流れ込む熱伝
導経路の熱コンダクタンスが大きくなってこの部分での
熱損失が大きくなり、感温部の温度上昇が小さくなって
しまう。この時の熱伝導経路を示すと、図３に示すよう
になる。図において、１、２、３はそれぞれ感温部、赤
外線吸収体（黒体）、ヒートシンクであり、赤外線吸収
体２の中央部付近から経路Ａに沿って熱拡散をするが、
経路Ａにおいて赤外線吸収体２を通過する経路の熱伝導
がよいために、この部分の熱コンダクタンスが大きくな
って感温部１の温度上昇を抑制してしまうことになる。
【０００４】それ故に、この発明の目的は、赤外線吸収
体の成膜形状を工夫することによって熱損失を小さくし
感温部の効率的な温度上昇を図ることにある。
体の成膜形状を工夫することによって熱損失を小さくし
感温部の効率的な温度上昇を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明では、感温部表
面上に形成される赤外線吸収体のパターン中心部の膜厚
に対して、パターン縁部の膜厚を薄くしたことを特徴と
している。赤外線吸収体の形状をこのようにすること
で、該吸収体の中心部付近から該吸収体の縁部を経由し
てヒートシンクに流れ込む熱伝導経路の熱コンダクタン
スが小さくなり、感温部からの熱の逃げが少なくなって
感温部の温度上昇をより大きくすることができる。この
場合の膜厚の変化はパターン中心部付近からパターン縁
部に向かって傾斜するようにするのが好ましいが、段差
状または階段状になっていても構わない。また、パター
ン中心部とは、パターンの中心を少なくとも含む領域を
いい、中心だけであってもよいしその周辺を含むもので
あっても良い。
面上に形成される赤外線吸収体のパターン中心部の膜厚
に対して、パターン縁部の膜厚を薄くしたことを特徴と
している。赤外線吸収体の形状をこのようにすること
で、該吸収体の中心部付近から該吸収体の縁部を経由し
てヒートシンクに流れ込む熱伝導経路の熱コンダクタン
スが小さくなり、感温部からの熱の逃げが少なくなって
感温部の温度上昇をより大きくすることができる。この
場合の膜厚の変化はパターン中心部付近からパターン縁
部に向かって傾斜するようにするのが好ましいが、段差
状または階段状になっていても構わない。また、パター
ン中心部とは、パターンの中心を少なくとも含む領域を
いい、中心だけであってもよいしその周辺を含むもので
あっても良い。
【０００６】赤外線吸収体をこのような形状にすること
によって、赤外線吸収体の縁部からの熱の逃げが少なく
なり、これにより赤外線吸収体の面積を増やすことも可
能となる。そうすることで、入射赤外線量が増加面積分
だけ増えることになって、感温部の更なる温度上昇が達
成できる。
によって、赤外線吸収体の縁部からの熱の逃げが少なく
なり、これにより赤外線吸収体の面積を増やすことも可
能となる。そうすることで、入射赤外線量が増加面積分
だけ増えることになって、感温部の更なる温度上昇が達
成できる。
【０００７】上記赤外線吸収体の成膜には、マスク蒸着
法を使用することができる。マスクには、通常、メタル
マスクを使用するが、このマスクを、感温部表面上に作
成すべき赤外線吸収体のパターン中心部及びその周辺部
に対向する部分が開口し、且つ開口エッジ部からパター
ン縁部に向かって傾斜面を有する形状のものとする。こ
れを感温部上に置いて、蒸着またはスパッタリングによ
って感温部上に赤外線吸収体を成膜させる。
法を使用することができる。マスクには、通常、メタル
マスクを使用するが、このマスクを、感温部表面上に作
成すべき赤外線吸収体のパターン中心部及びその周辺部
に対向する部分が開口し、且つ開口エッジ部からパター
ン縁部に向かって傾斜面を有する形状のものとする。こ
れを感温部上に置いて、蒸着またはスパッタリングによ
って感温部上に赤外線吸収体を成膜させる。
【０００８】また、マスクの他の形状として、感温部表
面上に作成すべき赤外線吸収体のパターン中心部及びそ
の周辺に対向する部分が開口し、且つ開口エッジ部から
パターン縁部に向かって略平板状のものとし、これを感
温部上に浮かせて配置する。こうして蒸着またはスパッ
タリングによって感温部上に赤外線吸収体を成膜させ
る。最初に述べた成膜法では、メタルマスクの傾斜面に
沿って吸収体が成膜するから、完成した吸収体の膜厚
は、パターン中心部付近からパターン縁部に向かって傾
斜するものとなる。また、後者の成膜法では、成膜時
に、回り込み効果によってパターン縁部にも成膜され
る。この結果、パターン中心部に対してパターン縁部の
膜厚が薄い形状の吸収体ができ上がる。
面上に作成すべき赤外線吸収体のパターン中心部及びそ
の周辺に対向する部分が開口し、且つ開口エッジ部から
パターン縁部に向かって略平板状のものとし、これを感
温部上に浮かせて配置する。こうして蒸着またはスパッ
タリングによって感温部上に赤外線吸収体を成膜させ
る。最初に述べた成膜法では、メタルマスクの傾斜面に
沿って吸収体が成膜するから、完成した吸収体の膜厚
は、パターン中心部付近からパターン縁部に向かって傾
斜するものとなる。また、後者の成膜法では、成膜時
に、回り込み効果によってパターン縁部にも成膜され
る。この結果、パターン中心部に対してパターン縁部の
膜厚が薄い形状の吸収体ができ上がる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の赤外線センサ
用熱吸収体である赤外線吸収体（以下、単に吸収体）の
第１の実施形態を示している。感温部１、吸収体２、ヒ
ートシンク３は、それぞれ図３に示す従来のものと材料
が同一である。例えば感温部１には、抵抗の温度係数を
利用する場合には薄膜サーミスタ等が使用され、焦電効
果を利用する場合にはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
3 ）系、チタン酸鉛（ＰｂＴiＯ3 ）系、硫酸グリシン
（ＴＧＳ）系、ＰＺＴセラミックス、ポリ弗化ビニリデ
ン（ＰＶＦ2 ）系などの強誘電体が使用される。また、
吸収体２には、ＡｕブラックやＮｉＣｒなどの金属の蒸
着膜が使用される。蒸着に使うメタルマスク４は、図に
示すような形状にある。すなわち、吸収体２のパターン
中心部及びその周辺部に対向する部分が開口する開口部
４ａを有し、開口エッジ部４ｂから該パターン縁部に向
かって傾斜する傾斜面４ｃを有する。開口部４ａは上面
から見て円形である。
用熱吸収体である赤外線吸収体（以下、単に吸収体）の
第１の実施形態を示している。感温部１、吸収体２、ヒ
ートシンク３は、それぞれ図３に示す従来のものと材料
が同一である。例えば感温部１には、抵抗の温度係数を
利用する場合には薄膜サーミスタ等が使用され、焦電効
果を利用する場合にはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
3 ）系、チタン酸鉛（ＰｂＴiＯ3 ）系、硫酸グリシン
（ＴＧＳ）系、ＰＺＴセラミックス、ポリ弗化ビニリデ
ン（ＰＶＦ2 ）系などの強誘電体が使用される。また、
吸収体２には、ＡｕブラックやＮｉＣｒなどの金属の蒸
着膜が使用される。蒸着に使うメタルマスク４は、図に
示すような形状にある。すなわち、吸収体２のパターン
中心部及びその周辺部に対向する部分が開口する開口部
４ａを有し、開口エッジ部４ｂから該パターン縁部に向
かって傾斜する傾斜面４ｃを有する。開口部４ａは上面
から見て円形である。
【００１０】上記の形状のメタルマスク４を感温部１と
ヒートシンク３上に設置して、低真空（数Ｐａ）蒸着や
スパッタリングを行う。すると、傾斜面４ｃの下方には
空間部が形成されるから、蒸着時にこの領域において回
り込み効果が生じ、その結果、パターン中心部の膜厚に
対してパターン縁部の膜厚が薄い吸収体２が成膜され
る。また、傾斜面４ｃにより、吸収体２の膜厚はパター
ン中心部付近からパターン縁部に向かって傾斜するよう
になる。
ヒートシンク３上に設置して、低真空（数Ｐａ）蒸着や
スパッタリングを行う。すると、傾斜面４ｃの下方には
空間部が形成されるから、蒸着時にこの領域において回
り込み効果が生じ、その結果、パターン中心部の膜厚に
対してパターン縁部の膜厚が薄い吸収体２が成膜され
る。また、傾斜面４ｃにより、吸収体２の膜厚はパター
ン中心部付近からパターン縁部に向かって傾斜するよう
になる。
【００１１】このようにして形成された吸収体２では、
吸収体２の中心部付近から吸収体２の縁部を経由してヒ
ートシンク３に流れ込む熱伝導経路の熱コンダクタンス
が小さくなるために、感温部１からの熱の逃げが少なく
なり、感温部１の温度上昇を大きくすることができる。
また、吸収体２の縁部からの熱の逃げが少なくなること
から、吸収体２の面積を増やすことが可能である。そこ
で、このように吸収体の面積を増やすことで 入射赤外
線量が増加面積分だけ増えることになって、更なる感温
部２の温度上昇を期待することができる。
吸収体２の中心部付近から吸収体２の縁部を経由してヒ
ートシンク３に流れ込む熱伝導経路の熱コンダクタンス
が小さくなるために、感温部１からの熱の逃げが少なく
なり、感温部１の温度上昇を大きくすることができる。
また、吸収体２の縁部からの熱の逃げが少なくなること
から、吸収体２の面積を増やすことが可能である。そこ
で、このように吸収体の面積を増やすことで 入射赤外
線量が増加面積分だけ増えることになって、更なる感温
部２の温度上昇を期待することができる。
【００１２】図２は、この発明の他の実施形態を示して
いる。この実施形態では、吸収体２のパターン中心部及
びその周辺に対向する部分が開口する開口部５ａを有
し、開口エッジ部５ｂから該パターン２の縁部に向かっ
て略平板状のメタルマスク５を、感温部２上に浮かせて
配置している。メタルマスク５を浮かすために、吸収体
２の全体のパターンよりも大きな開口面積を持つメタル
マスク６をヒートシンク３上に設置し、この上に上記メ
タルマスク５を設置する。このように２つのメタルマス
ク５および６を用いて低真空蒸着やスパッタリングを行
うことにより、上記図１に示す例と同様に成膜時の回り
込み効果により、縁部の膜厚が薄い吸収体パターンを形
成することができる。
いる。この実施形態では、吸収体２のパターン中心部及
びその周辺に対向する部分が開口する開口部５ａを有
し、開口エッジ部５ｂから該パターン２の縁部に向かっ
て略平板状のメタルマスク５を、感温部２上に浮かせて
配置している。メタルマスク５を浮かすために、吸収体
２の全体のパターンよりも大きな開口面積を持つメタル
マスク６をヒートシンク３上に設置し、この上に上記メ
タルマスク５を設置する。このように２つのメタルマス
ク５および６を用いて低真空蒸着やスパッタリングを行
うことにより、上記図１に示す例と同様に成膜時の回り
込み効果により、縁部の膜厚が薄い吸収体パターンを形
成することができる。
【００１３】上記の実施形態では、吸収体２のパターン
中心部付近からその縁部に向かって傾斜面が形成される
が、この部分は段差状あるいは階段状に成膜されていて
もよい。
中心部付近からその縁部に向かって傾斜面が形成される
が、この部分は段差状あるいは階段状に成膜されていて
もよい。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、赤外線吸収体パター
ンの縁を薄くすることによって、吸収体の中心部付近か
ら吸収体の縁部を経由して外部に続く熱伝導経路の熱コ
ンダクタンスが小さくなるために、感温部からの熱の逃
げが少なくなり、感温部の温度上昇を大きくすることが
できる。また、該吸収体の縁部からの熱の逃げが少なく
なることから、該吸収体の面積を増やすことが可能とな
り、それによって入射赤外線量が増加面積分だけ増える
ことになり更なる感温部の温度上昇が達成できる。
ンの縁を薄くすることによって、吸収体の中心部付近か
ら吸収体の縁部を経由して外部に続く熱伝導経路の熱コ
ンダクタンスが小さくなるために、感温部からの熱の逃
げが少なくなり、感温部の温度上昇を大きくすることが
できる。また、該吸収体の縁部からの熱の逃げが少なく
なることから、該吸収体の面積を増やすことが可能とな
り、それによって入射赤外線量が増加面積分だけ増える
ことになり更なる感温部の温度上昇が達成できる。
【図１】この発明に係る赤外線センサ用熱吸収体の第１
の実施形態およびその形成方法を示す図。
の実施形態およびその形成方法を示す図。
【図２】第２の実施形態およびその形成方法を示す図。
【図３】従来の赤外線センサ用熱吸収体の欠点を示す
図。
図。
１−感温部 ２−赤外線吸収体 ３−ヒートシンク ４〜６−メタルマスク ４ａ、５ａ−開口部 ４ｂ、５ｂ−開口エッジ部 ４ｃ−傾斜面
Claims (5)
- 【請求項１】感温部表面上に形成される赤外線吸収体の
パターン中心部の膜厚に対して、該パターン縁部の膜厚
が薄いことを特徴とする、赤外線センサ用熱吸収体。 - 【請求項２】前記膜厚は、パターン中心部付近からパタ
ーン縁部に向かって傾斜している、請求項１記載の赤外
線センサ用熱吸収体。 - 【請求項３】感温部表面上に作成すべき赤外線吸収体の
パターン中心部及びその周辺部に対向する部分が開口
し、開口エッジ部からパターン縁部に向かって傾斜面を
有する形状のマスクを感温部上に置き、蒸着またはスパ
ッタリングにより赤外線吸収体を感温部上に成膜するこ
とを特徴とする、赤外線センサ用熱吸収体の形成方法。 - 【請求項４】感温部表面上に作成すべき赤外線吸収体の
パターン中心部及びその周辺部に対向する部分が開口
し、開口エッジ部からパターン縁部に向かって略平板状
のマスクを感温部上に浮かせて配置し、蒸着またはスパ
ッタリングにより赤外線吸収体を感温部上に成膜するこ
とを特徴とする、赤外線センサ用熱吸収体の形成方法。 - 【請求項５】請求項１または２に記載の赤外線センサ用
熱吸収体と、その下方に配置される感温部とを含む赤外
線センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33012899A JP2001147156A (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | 赤外線センサ用熱吸収体およびその形成方法 |
| GB0028141A GB2362034B (en) | 1999-11-19 | 2000-11-17 | Heat absorbent for an infrared sensor and method for forming same |
| DE10057404A DE10057404C2 (de) | 1999-11-19 | 2000-11-20 | Wärmeabsorptionsmittel für einen Infrarotsensor und Verfahren zur Herstellung desselben |
| US09/716,727 US6469302B1 (en) | 1999-11-19 | 2000-11-20 | Heat absorbent for an infrared sensor and method for forming same |
| KR10-2000-0068922A KR100387562B1 (ko) | 1999-11-19 | 2000-11-20 | 적외선 센서용 열 흡수체 및 이것을 형성하기 위한 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33012899A JP2001147156A (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | 赤外線センサ用熱吸収体およびその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001147156A true JP2001147156A (ja) | 2001-05-29 |
Family
ID=18229130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33012899A Pending JP2001147156A (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | 赤外線センサ用熱吸収体およびその形成方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6469302B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001147156A (ja) |
| KR (1) | KR100387562B1 (ja) |
| DE (1) | DE10057404C2 (ja) |
| GB (1) | GB2362034B (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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