JP2001330511A - 赤外線センサ - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力が大きくて感度の良い赤外線センサを提
供する。 【解決手段】 基板12と、基板に支持されるダイヤフ
ラム部14と、基板の上に冷接点20が形成されダイヤ
フラム部の上に温接点18が形成される少なくとも一つ
の熱電対16と、ダイヤフラム部の上に熱電対の温接点
を覆いながら形成される赤外線吸収24を含む赤外線セ
ンサであって、赤外線吸収膜の面積を前記ダイヤフラム
部の面積の64%から100%にしたことを特徴とす
る。
供する。 【解決手段】 基板12と、基板に支持されるダイヤフ
ラム部14と、基板の上に冷接点20が形成されダイヤ
フラム部の上に温接点18が形成される少なくとも一つ
の熱電対16と、ダイヤフラム部の上に熱電対の温接点
を覆いながら形成される赤外線吸収24を含む赤外線セ
ンサであって、赤外線吸収膜の面積を前記ダイヤフラム
部の面積の64%から100%にしたことを特徴とす
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は赤外線センサに関
し、特に、ダイヤフラム構造を備える赤外線センサに関
する。
し、特に、ダイヤフラム構造を備える赤外線センサに関
する。
【0002】
【従来の技術】本願発明の背景となる従来の赤外線セン
サがたとえば特開平5−172629号に開示されてい
る。この従来の赤外線センサ1は、図5および図6に示
すように基板2にダイヤフラム部3が支持されている。
ダイヤフラム部3は熱絶縁構造部位である。ダイヤフラ
ム部3の上にはサーミスタ等の赤外線検出部4が形成さ
れる。ダイヤフラム部3の上に赤外線検出部4を設ける
構成としているのは、赤外線検出部4の温度上昇幅を大
きくして赤外線検出の感度や応答性を高めるためであ
る。そして、この赤外線センサ1では、ダイヤフラム部
3から支持基板2へ熱が逃げることを防止することによ
り赤外線検出部4の温度上昇幅を大きくすることを目的
として、平面矩形状の赤外線検出部4の外周各辺の長さ
を平面視矩形状のダイヤフラム部3の各辺の長さの概ね
2/3とすることを特徴としている。これは、面積比で
いえば、赤外線検出部4の面積は、ダイヤフラム部3の
面積の44%程度である。
サがたとえば特開平5−172629号に開示されてい
る。この従来の赤外線センサ1は、図5および図6に示
すように基板2にダイヤフラム部3が支持されている。
ダイヤフラム部3は熱絶縁構造部位である。ダイヤフラ
ム部3の上にはサーミスタ等の赤外線検出部4が形成さ
れる。ダイヤフラム部3の上に赤外線検出部4を設ける
構成としているのは、赤外線検出部4の温度上昇幅を大
きくして赤外線検出の感度や応答性を高めるためであ
る。そして、この赤外線センサ1では、ダイヤフラム部
3から支持基板2へ熱が逃げることを防止することによ
り赤外線検出部4の温度上昇幅を大きくすることを目的
として、平面矩形状の赤外線検出部4の外周各辺の長さ
を平面視矩形状のダイヤフラム部3の各辺の長さの概ね
2/3とすることを特徴としている。これは、面積比で
いえば、赤外線検出部4の面積は、ダイヤフラム部3の
面積の44%程度である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな赤外線センサ1においては、ダイヤフラム部3の厚
みが薄く熱伝導率も低いため、支持基板への熱の逃げ量
よりもダイヤフラム部3に接触する外気への熱の逃げ量
の方が相対的に大きくなる。そのため、図7に示すよう
に、真空度が上がれば、雰囲気中への熱の逃げが小さく
なり、赤外線センサの出力電圧が3倍になる場合があ
る。このような赤外線センサにおいては、赤外線吸収膜
の一辺長さとダイヤフラム部の一辺長さの比が2/3で
は最適値とならず、出力が大きくて感度の良いセンサを
得ることが困難である。
うな赤外線センサ1においては、ダイヤフラム部3の厚
みが薄く熱伝導率も低いため、支持基板への熱の逃げ量
よりもダイヤフラム部3に接触する外気への熱の逃げ量
の方が相対的に大きくなる。そのため、図7に示すよう
に、真空度が上がれば、雰囲気中への熱の逃げが小さく
なり、赤外線センサの出力電圧が3倍になる場合があ
る。このような赤外線センサにおいては、赤外線吸収膜
の一辺長さとダイヤフラム部の一辺長さの比が2/3で
は最適値とならず、出力が大きくて感度の良いセンサを
得ることが困難である。
【0004】それゆえに、本願発明の主たる目的は、出
力が大きくて感度の良い赤外線センサを提供することで
ある。
力が大きくて感度の良い赤外線センサを提供することで
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願発明にかかる赤外線
センサは、基板と、基板に支持されるダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであって、赤外線吸
収膜の面積をダイヤフラム部の面積の64%から100
%にしたことを特徴とする、赤外線センサである。
センサは、基板と、基板に支持されるダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであって、赤外線吸
収膜の面積をダイヤフラム部の面積の64%から100
%にしたことを特徴とする、赤外線センサである。
【0006】また、本願発明にかかる赤外線センサは、
基板と、基板に支持される略矩形状のダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
略矩形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の辺長さをダイヤフラム部の辺長さの
8/10から10/10にしたことを特徴とする、赤外
線センサである。
基板と、基板に支持される略矩形状のダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
略矩形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の辺長さをダイヤフラム部の辺長さの
8/10から10/10にしたことを特徴とする、赤外
線センサである。
【0007】さらに、本願発明にかかる赤外線センサ
は、基板と、基板に支持される略円形状のダイヤフラム
部と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上
に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイ
ヤフラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成され
る略円形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の内径をダイヤフラム部の内径の8/
10から10/10にすることを特徴とする、赤外線セ
ンサである。
は、基板と、基板に支持される略円形状のダイヤフラム
部と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上
に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイ
ヤフラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成され
る略円形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の内径をダイヤフラム部の内径の8/
10から10/10にすることを特徴とする、赤外線セ
ンサである。
【0008】上述の構造とすることにより、ダイヤフラ
ム部から雰囲気中への熱の逃げが抑制される。また、赤
外線吸収膜の面積が増えることにより、ダイヤフラム部
が受け取る熱量の増加量が大きくなり、ダイヤフラム部
の温度上昇幅が大きくなる。そのため、出力が大きく、
感度の良い赤外線センサを得ることができる。
ム部から雰囲気中への熱の逃げが抑制される。また、赤
外線吸収膜の面積が増えることにより、ダイヤフラム部
が受け取る熱量の増加量が大きくなり、ダイヤフラム部
の温度上昇幅が大きくなる。そのため、出力が大きく、
感度の良い赤外線センサを得ることができる。
【0009】本願発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は本願発明にかかる赤外線セ
ンサの一実施例を示す平面図解図であり、図2はその線
II−IIにおける断面図解図である。図1に示す赤外
線センサ10は、薄膜型サーモパイル素子である。この
赤外線センサ10は、たとえばSiなどでなる基板12
を含む。基板12の表面の全面にはたとえば窒化シリコ
ンや酸化シリコンなどでなる絶縁膜13が形成される。
基板12の略中央部には、平面視矩形状の空洞部12a
が形成される。空洞部12aを覆う絶縁膜13によって
ダイヤフラム部14が構成される。ダイヤフラム部14
は熱容量が小さく横方向への熱の逃げが少ない熱絶縁構
造部位である。
ンサの一実施例を示す平面図解図であり、図2はその線
II−IIにおける断面図解図である。図1に示す赤外
線センサ10は、薄膜型サーモパイル素子である。この
赤外線センサ10は、たとえばSiなどでなる基板12
を含む。基板12の表面の全面にはたとえば窒化シリコ
ンや酸化シリコンなどでなる絶縁膜13が形成される。
基板12の略中央部には、平面視矩形状の空洞部12a
が形成される。空洞部12aを覆う絶縁膜13によって
ダイヤフラム部14が構成される。ダイヤフラム部14
は熱容量が小さく横方向への熱の逃げが少ない熱絶縁構
造部位である。
【0011】この赤外線センサ10はたとえば複数の熱
電対を直列または並列に接続してなるサーモパイル16
を備える。サーモパイル16は、温接点18、冷接点2
0、および熱電対パターンで構成される。サーモバイル
16の温接点18はダイヤフラム部14上に形成され、
冷接点20はダイヤフラム部14の周囲の基板12上に
形成される。温接点18と冷接点20との間はたとえば
多結晶シリコン、InSb、Sb、Biなどで形成され
た熱電対パターンで接続される。サーモパイル16の表
面は図示しないパシベーション膜で覆われる。またダイ
ヤフラム部14の周囲の基板12上には、サーモパイル
16の両端に接続された入出力電極22が形成される。
電対を直列または並列に接続してなるサーモパイル16
を備える。サーモパイル16は、温接点18、冷接点2
0、および熱電対パターンで構成される。サーモバイル
16の温接点18はダイヤフラム部14上に形成され、
冷接点20はダイヤフラム部14の周囲の基板12上に
形成される。温接点18と冷接点20との間はたとえば
多結晶シリコン、InSb、Sb、Biなどで形成され
た熱電対パターンで接続される。サーモパイル16の表
面は図示しないパシベーション膜で覆われる。またダイ
ヤフラム部14の周囲の基板12上には、サーモパイル
16の両端に接続された入出力電極22が形成される。
【0012】さらに、ダイヤフラム部14上には、たと
えばNiCr、金黒、酸化チタンなどでなる平面視略矩
形状の赤外線吸収膜24が温接点18を覆いながら形成
される。赤外線吸収膜24は、センサに入射する赤外線
を吸収してダイヤフラム部14の温度を効率良く上昇さ
せるためのものである。
えばNiCr、金黒、酸化チタンなどでなる平面視略矩
形状の赤外線吸収膜24が温接点18を覆いながら形成
される。赤外線吸収膜24は、センサに入射する赤外線
を吸収してダイヤフラム部14の温度を効率良く上昇さ
せるためのものである。
【0013】この赤外線センサ10の製造方法の一実施
例を説明する。まず、平板状の基板12′が準備され
る。次に、基板12′上の全面に絶縁膜13が形成され
る。絶縁膜13は単層に限らず複数層を積層して形成し
てもよい。さらに、その上にP型熱電パターン26とN
型熱電パターン28とを温接点18と冷接点20とで接
続した構造のサーモパイル16が形成される。サーモパ
イル16の表面にはパシベーション膜が形成される。次
に、平板状の基板12′のサーモパイル16の形成され
た面とは反対側の面の略中央部を異方性エッチングし
て、空洞部12aを形成することにより、ダイヤフラム
部14が形成される。次に、ダイヤフラム部14の表面
に温接点18を覆うようにして赤外線吸収膜24がメタ
ルマスクを用いてマスク成膜される。なお、マスク成膜
の代わりにリフトオフ法によるパターニングをして形成
してもよい。
例を説明する。まず、平板状の基板12′が準備され
る。次に、基板12′上の全面に絶縁膜13が形成され
る。絶縁膜13は単層に限らず複数層を積層して形成し
てもよい。さらに、その上にP型熱電パターン26とN
型熱電パターン28とを温接点18と冷接点20とで接
続した構造のサーモパイル16が形成される。サーモパ
イル16の表面にはパシベーション膜が形成される。次
に、平板状の基板12′のサーモパイル16の形成され
た面とは反対側の面の略中央部を異方性エッチングし
て、空洞部12aを形成することにより、ダイヤフラム
部14が形成される。次に、ダイヤフラム部14の表面
に温接点18を覆うようにして赤外線吸収膜24がメタ
ルマスクを用いてマスク成膜される。なお、マスク成膜
の代わりにリフトオフ法によるパターニングをして形成
してもよい。
【0014】赤外線吸収膜24の成膜材料のまわり込み
やアライメントずれにより、赤外線吸収膜24が冷接点
20に被さるとセンサ出力が減少するので好ましくな
い。そのため、赤外線吸収膜24の成膜材料のまわり込
みや、アライメントずれによる影響を考慮して、0〜2
0%以下程度のプロセスマージンをとることが好まし
い。なお、成膜材料のまわり込みやアライメントずれ等
による影響を無視できる場合にはプロセスマージンは0
でもよい。
やアライメントずれにより、赤外線吸収膜24が冷接点
20に被さるとセンサ出力が減少するので好ましくな
い。そのため、赤外線吸収膜24の成膜材料のまわり込
みや、アライメントずれによる影響を考慮して、0〜2
0%以下程度のプロセスマージンをとることが好まし
い。なお、成膜材料のまわり込みやアライメントずれ等
による影響を無視できる場合にはプロセスマージンは0
でもよい。
【0015】図3は、赤外線吸収膜24とダイヤフラム
部14との面積比と、赤外線センサ10の出力電圧との
関係を示すグラフである。図3から明らかなように、赤
外線吸収膜24の面積が大きいほど、赤外線センサ10
の出力電圧が大きくなるという結果が得られた。
部14との面積比と、赤外線センサ10の出力電圧との
関係を示すグラフである。図3から明らかなように、赤
外線吸収膜24の面積が大きいほど、赤外線センサ10
の出力電圧が大きくなるという結果が得られた。
【0016】これらの理由から、略矩形状の赤外線吸収
膜24の一辺長さは、略矩形矩形状のダイヤフラム部1
4の一辺長さの80%以上100%未満が好ましく、面
積比では、赤外線吸収膜24の面積はダイヤフラム部1
4の面積の64%以上100%以下とすることが好まし
い。
膜24の一辺長さは、略矩形矩形状のダイヤフラム部1
4の一辺長さの80%以上100%未満が好ましく、面
積比では、赤外線吸収膜24の面積はダイヤフラム部1
4の面積の64%以上100%以下とすることが好まし
い。
【0017】図4は本願発明にかかる赤外線センサの他
の実施例を示す平面図解図である。この赤外線センサ1
0は図1に示したものに比べてダイヤフラム部14と赤
外線吸収膜24の平面視形状をそれぞれ略円形状に形成
した点のみが異なる。この場合においては、赤外線吸収
膜24の直径長さは、ダイヤフラム部14の直径長さの
80%以上100%未満が好ましく、面積比では、赤外
線吸収膜24の面積はダイヤフラム部14の面積の64
%以上100%以下とすることが図1に示した実施例と
同様の理由で好ましい。
の実施例を示す平面図解図である。この赤外線センサ1
0は図1に示したものに比べてダイヤフラム部14と赤
外線吸収膜24の平面視形状をそれぞれ略円形状に形成
した点のみが異なる。この場合においては、赤外線吸収
膜24の直径長さは、ダイヤフラム部14の直径長さの
80%以上100%未満が好ましく、面積比では、赤外
線吸収膜24の面積はダイヤフラム部14の面積の64
%以上100%以下とすることが図1に示した実施例と
同様の理由で好ましい。
【0018】
【発明の効果】本願発明によれば、センサの出力が大き
くて感度の良い赤外線センサを得ることができる。
くて感度の良い赤外線センサを得ることができる。
【図1】本願発明にかかる赤外線センサの一実施例を示
す平面図解図である。
す平面図解図である。
【図2】図1の線II−IIにおける断面図解図であ
る。
る。
【図3】横軸に赤外線吸収膜とダイヤフラム部の面積比
をとり、縦軸にセンサ出力をとったグラフである。
をとり、縦軸にセンサ出力をとったグラフである。
【図4】本願発明にかかる赤外線センサの他の実施例を
示す平面図解図である。
示す平面図解図である。
【図5】本願発明の背景となる従来の赤外線センサを示
す平面図解図である。
す平面図解図である。
【図6】図5に示す線VI−VIにおける断面図解図で
ある。
ある。
【図7】従来のダイヤフラム構造を備える赤外線センサ
の出力電圧と気圧との関係を示すグラフである。
の出力電圧と気圧との関係を示すグラフである。
10 赤外線センサ 12 基板 13 絶縁膜 14 ダイヤフラム部 16 サーモパイル 18 温接点 20 冷接点 22 入出力電極 24 赤外線吸収膜 26 P型熱電パターン 28 N型熱電パターン
Claims (3)
- 【請求項1】 基板、 前記基板に支持されるダイヤフラム部、 前記基板の上に冷接点が形成され前記ダイヤフラム部の
上に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対、およ
び前記ダイヤフラム部の上に前記熱電対の温接点を覆い
ながら形成される赤外線吸収膜を含む赤外線センサであ
って、 前記赤外線吸収膜の面積を前記ダイヤフラム部の面積の
64%から100%にしたことを特徴とする、赤外線セ
ンサ。 - 【請求項2】 基板、 前記基板に支持される略矩形状のダイヤフラム部、 前記基板の上に冷接点が形成され前記ダイヤフラム部の
上に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対、およ
び前記ダイヤフラム部の上に前記熱電対の温接点を覆い
ながら形成される略矩形状の赤外線吸収膜を含む赤外線
センサであって、 前記赤外線吸収膜の辺長さを前記ダイヤフラム部の辺長
さの8/10から10/10にしたことを特徴とする、
赤外線センサ - 【請求項3】 基板、 前記基板に支持される略円形状のダイヤフラム部、 前記基板の上に冷接点が形成され前記ダイヤフラム部の
上に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対、およ
び前記ダイヤフラム部の上に前記熱電対の温接点を覆い
ながら形成される略円形状の赤外線吸収膜を含む赤外線
センサであって、 前記赤外線吸収膜の内径を前記ダイヤフラム部の内径の
8/10から10/10にすることを特徴とする、赤外
線センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000146655A JP2001330511A (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 赤外線センサ |
US09/858,766 US6720559B2 (en) | 2000-05-18 | 2001-05-16 | Infrared sensor |
DE10124155A DE10124155C2 (de) | 2000-05-18 | 2001-05-17 | Infrarotsensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000146655A JP2001330511A (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 赤外線センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001330511A true JP2001330511A (ja) | 2001-11-30 |
Family
ID=18652976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000146655A Pending JP2001330511A (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 赤外線センサ |
Country Status (3)
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