JP3217533B2 - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
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Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体から放出される赤
外線を検出する赤外線センサ、特に、単一の素子で物体
が停止している場合も移動している場合も精度よく検出
できる赤外線センサに関するものである。
外線を検出する赤外線センサ、特に、単一の素子で物体
が停止している場合も移動している場合も精度よく検出
できる赤外線センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】物体から放出される赤外線を受けて熱を
発生し、この熱を電気信号に変換して赤外線を検出する
素子として、代表的なものに、熱電対を使ったサーモパ
イルや焦電体を使った焦電素子がある。これらは、その
特性を生かして熱源を検出する家庭電化製品、医療機
器、各種炉の制御部、防犯設備、火災警報器、自動員数
計測関係等多岐にわたり使用されている。
発生し、この熱を電気信号に変換して赤外線を検出する
素子として、代表的なものに、熱電対を使ったサーモパ
イルや焦電体を使った焦電素子がある。これらは、その
特性を生かして熱源を検出する家庭電化製品、医療機
器、各種炉の制御部、防犯設備、火災警報器、自動員数
計測関係等多岐にわたり使用されている。
【０００３】図６はサーモパイルの基本構造を示す。半
導体基板１表面に絶縁薄膜２を形成し、絶縁薄膜２上に
異種の金属あるいは半導体３、４を接合させて配設して
熱電対を形成し、接合部が存在する絶縁薄膜２の中央部
領域下の半導体基板層を除去したものである。サーモパ
イルでは、赤外線が入射して接合部が加熱されるとゼー
ベック効果により異種金属あるいは半導体３、４間に起
電力が生じ、この起電力によって赤外線が検出される。
通常、使用されているサーモパイルは、上記構造の熱電
対が複数個直列に接続されて充分な電圧が得られるよう
になっている。サーモパイルの長所は、別途処理回路を
設けることにより、温度を非接触の状態で測定すること
ができ、入射赤外線が時間的に変化しない定常的な状態
の場合、高感度で検出可能なことである。しかし、欠点
として時間的に変化する赤外線に対して比較的感度が低
いことが挙げられる。
導体基板１表面に絶縁薄膜２を形成し、絶縁薄膜２上に
異種の金属あるいは半導体３、４を接合させて配設して
熱電対を形成し、接合部が存在する絶縁薄膜２の中央部
領域下の半導体基板層を除去したものである。サーモパ
イルでは、赤外線が入射して接合部が加熱されるとゼー
ベック効果により異種金属あるいは半導体３、４間に起
電力が生じ、この起電力によって赤外線が検出される。
通常、使用されているサーモパイルは、上記構造の熱電
対が複数個直列に接続されて充分な電圧が得られるよう
になっている。サーモパイルの長所は、別途処理回路を
設けることにより、温度を非接触の状態で測定すること
ができ、入射赤外線が時間的に変化しない定常的な状態
の場合、高感度で検出可能なことである。しかし、欠点
として時間的に変化する赤外線に対して比較的感度が低
いことが挙げられる。
【０００４】図７は焦電素子の基本構造を示す。半導体
基板５表面に絶縁薄膜６を形成し、絶縁薄膜６上に下部
電極７と焦電体薄膜８と上部電極９を積層構造に配設
し、焦電体薄膜８が存在する絶縁薄膜６の中央部領域下
の半導体基板層を除去したものである。焦電素子では、
赤外線が入射して焦電体薄膜８が加熱されると、焦電効
果により、上部電極９と下部電極７に電荷が誘起され、
起電力が生ずる。この起電力によって赤外線が検出され
る。焦電素子の長所は、入射赤外線が時間的に変化する
場合に高感度で検出する能力があり、その上に複数の焦
電素子を配列することにより、物体の移動方向を検知で
きる点にある。一方、欠点は、焦電効果の特性上、入射
する赤外線が時間的に変化する場合高感度の出力が得ら
れるが、入射赤外線が定常状態の場合出力が零になるこ
とである。したがって、停止している物体からの定常的
な赤外線を焦電素子で検出する場合には、赤外線をチョ
ッピングする等特別な操作が必要である。サーモパイル
と焦電素子はそれぞれ上記のような欠点を持っているた
め、移動している物体からの赤外線と停止している物体
からの赤外線をもれなく検出する際、従来は、サーモパ
イルと焦電素子の両方の素子を併用する方法が採られて
きた。
基板５表面に絶縁薄膜６を形成し、絶縁薄膜６上に下部
電極７と焦電体薄膜８と上部電極９を積層構造に配設
し、焦電体薄膜８が存在する絶縁薄膜６の中央部領域下
の半導体基板層を除去したものである。焦電素子では、
赤外線が入射して焦電体薄膜８が加熱されると、焦電効
果により、上部電極９と下部電極７に電荷が誘起され、
起電力が生ずる。この起電力によって赤外線が検出され
る。焦電素子の長所は、入射赤外線が時間的に変化する
場合に高感度で検出する能力があり、その上に複数の焦
電素子を配列することにより、物体の移動方向を検知で
きる点にある。一方、欠点は、焦電効果の特性上、入射
する赤外線が時間的に変化する場合高感度の出力が得ら
れるが、入射赤外線が定常状態の場合出力が零になるこ
とである。したがって、停止している物体からの定常的
な赤外線を焦電素子で検出する場合には、赤外線をチョ
ッピングする等特別な操作が必要である。サーモパイル
と焦電素子はそれぞれ上記のような欠点を持っているた
め、移動している物体からの赤外線と停止している物体
からの赤外線をもれなく検出する際、従来は、サーモパ
イルと焦電素子の両方の素子を併用する方法が採られて
きた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来は、サーモパイル
と焦電素子は別の素子であり、サーモパイルと焦電素子
を併用する場合は、当然これらを個別に取り扱い装置等
に組み込む必要があり、光学的、電気回路的にそれぞれ
別に空間を専有することになり、大きな空間が必要にな
るとともに、コストも割高になる等の問題があった。本
発明は、上記の問題を解消するためになされたもので、
単一の素子にサーモパイルと焦電素子の両機能を持たせ
た赤外線センサを提供することを目的とする。
と焦電素子は別の素子であり、サーモパイルと焦電素子
を併用する場合は、当然これらを個別に取り扱い装置等
に組み込む必要があり、光学的、電気回路的にそれぞれ
別に空間を専有することになり、大きな空間が必要にな
るとともに、コストも割高になる等の問題があった。本
発明は、上記の問題を解消するためになされたもので、
単一の素子にサーモパイルと焦電素子の両機能を持たせ
た赤外線センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線センサ
は、半導体基板の表面に形成した同一の上面絶縁薄膜上
に焦電素子部とサーモパイル部とを積層構造に一体に形
成し、サーモパイルと焦電素子の両方の機能を持たせた
ものである。
は、半導体基板の表面に形成した同一の上面絶縁薄膜上
に焦電素子部とサーモパイル部とを積層構造に一体に形
成し、サーモパイルと焦電素子の両方の機能を持たせた
ものである。
【０００７】
【作用】上記のような構成にすると、停止している物体
から放出される赤外線はサーモパイル部によって検出さ
れ、移動している物体から放出される赤外線は焦電素子
部によって検出され、単一素子で移動している物体も停
止している物体も精度よく検出することができる。
から放出される赤外線はサーモパイル部によって検出さ
れ、移動している物体から放出される赤外線は焦電素子
部によって検出され、単一素子で移動している物体も停
止している物体も精度よく検出することができる。
【０００８】
【実施例】図１（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例を示
す。図１（ａ）は平面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）の
ＡＡ断面における断面図で、１０はｎ型Ｓｉ結晶片の半
導体基板、１１はＳｉＯ2からなる上面絶縁薄膜、１２
は半導体基板１０と上面絶縁薄膜１１との密着域、１３
は空胴域、１４はＰｔで形成した下部電極、１５はＰｂ
ＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3等からなる焦電体薄膜、１６はＡｕで形
成した上部電極であり、下部電極１４と焦電体薄膜１５
と上部電極１６で焦電素子部を構成している。２９は上
部電極１６を覆うようにＣＶＤ法で形成したＳｉＯ 2 膜
からなる上部絶縁薄膜であり、１９は（ＢｉＳｂ）2 Ｔ
ｅ3 、ＰｂＴｅ、ＺｎＳｂ等からなる正の熱電能をもつ
熱電材料甲、２０はＢｉ2（ＴｅＳｅ）3、ＩｎＳｂ、Ｉ
ｎＡｓＰ等からなる負の熱電能を持つ熱電材料乙であ
り、これら異種の熱電材料甲１９および乙２０が交互に
直列に接続されて配列され、複数の熱電対が形成されて
おり、この複数の熱電対がサーモパイル部を構成してい
る。また、図１（ａ）では吸収体２７に隠れているが熱
電材料甲、乙１９、２０の温接点は上部絶縁薄膜２９を
介して焦電素子部上に非接触構造に配設されており、冷
接点１８は上面絶縁薄膜１１の密着域１２上に形成され
ている。２２、２３はそれぞれサーモパイル部の熱電材
料甲、乙１９、２０端に導通した電極パッド、２４、２
５はそれぞれ焦電素子部の電極１４、１６に導通した電
極パッド、２６は半導体基板１０を保持する金属フレー
ム、２７は赤外線を吸収するための吸収体であり、Ｓｉ
Ｏ2膜をＡｕ黒又はＢｉ黒で被覆したものである。２８
は下面絶縁薄膜である。
す。図１（ａ）は平面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）の
ＡＡ断面における断面図で、１０はｎ型Ｓｉ結晶片の半
導体基板、１１はＳｉＯ2からなる上面絶縁薄膜、１２
は半導体基板１０と上面絶縁薄膜１１との密着域、１３
は空胴域、１４はＰｔで形成した下部電極、１５はＰｂ
ＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3等からなる焦電体薄膜、１６はＡｕで形
成した上部電極であり、下部電極１４と焦電体薄膜１５
と上部電極１６で焦電素子部を構成している。２９は上
部電極１６を覆うようにＣＶＤ法で形成したＳｉＯ 2 膜
からなる上部絶縁薄膜であり、１９は（ＢｉＳｂ）2 Ｔ
ｅ3 、ＰｂＴｅ、ＺｎＳｂ等からなる正の熱電能をもつ
熱電材料甲、２０はＢｉ2（ＴｅＳｅ）3、ＩｎＳｂ、Ｉ
ｎＡｓＰ等からなる負の熱電能を持つ熱電材料乙であ
り、これら異種の熱電材料甲１９および乙２０が交互に
直列に接続されて配列され、複数の熱電対が形成されて
おり、この複数の熱電対がサーモパイル部を構成してい
る。また、図１（ａ）では吸収体２７に隠れているが熱
電材料甲、乙１９、２０の温接点は上部絶縁薄膜２９を
介して焦電素子部上に非接触構造に配設されており、冷
接点１８は上面絶縁薄膜１１の密着域１２上に形成され
ている。２２、２３はそれぞれサーモパイル部の熱電材
料甲、乙１９、２０端に導通した電極パッド、２４、２
５はそれぞれ焦電素子部の電極１４、１６に導通した電
極パッド、２６は半導体基板１０を保持する金属フレー
ム、２７は赤外線を吸収するための吸収体であり、Ｓｉ
Ｏ2膜をＡｕ黒又はＢｉ黒で被覆したものである。２８
は下面絶縁薄膜である。
【０００９】図１の実施例の製造方法は、まずｎ型Ｓｉ
結晶片よりなる単一の半導体基板１０の上下両面に熱酸
化によりＳｉＯ2膜を形成し上下両面にそれぞれ上面絶
縁薄膜１１、下面絶縁薄膜２８を設ける。そして、下面
絶縁薄膜２８の中央部領域の部分をエッチング除去す
る。次に、上面絶縁薄膜１１上にスパッタ法によりＰｔ
を堆積して下部電極１４を形成し、その上にスパッタ法
かスピンコート法によりＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3等を堆積して
焦電体薄膜１５を形成し、その上に蒸着法によりＡｕを
堆積して上部電極１６を形成する。上記のように、積層
構造に形成した下部電極１４、焦電体薄膜１５、上部電
極１６で焦電素子部を構成するが、その各々の形状は特
に正方形に限定する必要はなく、円形、矩形あるいは多
角形でもよく、また、各々が同じ形状である必要もな
い。なお、Ｐｔを堆積した下部電極１４の選択エッチン
グには逆スパッタ法を、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3等を堆積し
た焦電体薄膜１５の選択エッチングにはＨＦとＨＣｌの
混合希釈液を、又、Ａｕを堆積した上部電極１６の選択
エッチングには王水かオキシトロンを用いるとよい。
結晶片よりなる単一の半導体基板１０の上下両面に熱酸
化によりＳｉＯ2膜を形成し上下両面にそれぞれ上面絶
縁薄膜１１、下面絶縁薄膜２８を設ける。そして、下面
絶縁薄膜２８の中央部領域の部分をエッチング除去す
る。次に、上面絶縁薄膜１１上にスパッタ法によりＰｔ
を堆積して下部電極１４を形成し、その上にスパッタ法
かスピンコート法によりＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3等を堆積して
焦電体薄膜１５を形成し、その上に蒸着法によりＡｕを
堆積して上部電極１６を形成する。上記のように、積層
構造に形成した下部電極１４、焦電体薄膜１５、上部電
極１６で焦電素子部を構成するが、その各々の形状は特
に正方形に限定する必要はなく、円形、矩形あるいは多
角形でもよく、また、各々が同じ形状である必要もな
い。なお、Ｐｔを堆積した下部電極１４の選択エッチン
グには逆スパッタ法を、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3等を堆積し
た焦電体薄膜１５の選択エッチングにはＨＦとＨＣｌの
混合希釈液を、又、Ａｕを堆積した上部電極１６の選択
エッチングには王水かオキシトロンを用いるとよい。
【００１０】次に、少なくとも焦電素子部を覆うように
ＣＶＤ法でＳｉＯ 2 膜からなる上部絶縁薄膜２９を形成
する。そして上面絶縁薄膜１１、上部絶縁薄膜２９上に
熱電材料甲１９と熱電材料乙２０を配設してサーモパイ
ル部を構成する複数の熱電対を形成するのであるが、熱
電材料甲乙１９、２０を所定の形状に配設するには、フ
ォトレジストをあらかじめ該熱電材料を配設する箇所以
外にダミーとして堆積しておき、当該材料を一方向より
蒸着した後、フォトレジストとともに必要な箇所以外の
材料を除去するリフトオフ法を繰り返して行なえばよ
い。吸収体２７は、上部電極１６上の上部絶縁薄膜２９
または熱電材料甲、乙１９、２０上にＣＶＤ法でＳｉＯ
2膜を堆積し、その上にＮ2雰囲気でＡｕ、Ｂｉ等を蒸着
し、リフトオフ法で不必要な部分を除去することで形成
する。次に半導体基板１０の下面に熱酸化により形成し
中央部領域をエッチング除去した下面絶縁薄膜２８をマ
スクとして、ＮａＯＨ又はＫＯＨのアルカリ系エッチャ
ントあるいはヒドラジンの水溶液等のｎ型Ｓｉエッチャ
ントで半導体基板層１０をエッチングする。エッチング
停止時間を適宜に制御して上面絶縁薄膜１１の下面に達
するまでエッチングし、空胴域１３を形成する。なお、
半導体基板１０のｎ型Ｓｉ結晶片の面方位を（１００）
面や（１１０）面に取り、かつ、下面絶縁薄膜２８の中
央部をエッチングしたものをマスクにして選択エッチン
グする際、その矩形の辺の方向を〈１１０〉や〈２１
１〉に合致させることにより、より精密な加工が行なえ
る。
ＣＶＤ法でＳｉＯ 2 膜からなる上部絶縁薄膜２９を形成
する。そして上面絶縁薄膜１１、上部絶縁薄膜２９上に
熱電材料甲１９と熱電材料乙２０を配設してサーモパイ
ル部を構成する複数の熱電対を形成するのであるが、熱
電材料甲乙１９、２０を所定の形状に配設するには、フ
ォトレジストをあらかじめ該熱電材料を配設する箇所以
外にダミーとして堆積しておき、当該材料を一方向より
蒸着した後、フォトレジストとともに必要な箇所以外の
材料を除去するリフトオフ法を繰り返して行なえばよ
い。吸収体２７は、上部電極１６上の上部絶縁薄膜２９
または熱電材料甲、乙１９、２０上にＣＶＤ法でＳｉＯ
2膜を堆積し、その上にＮ2雰囲気でＡｕ、Ｂｉ等を蒸着
し、リフトオフ法で不必要な部分を除去することで形成
する。次に半導体基板１０の下面に熱酸化により形成し
中央部領域をエッチング除去した下面絶縁薄膜２８をマ
スクとして、ＮａＯＨ又はＫＯＨのアルカリ系エッチャ
ントあるいはヒドラジンの水溶液等のｎ型Ｓｉエッチャ
ントで半導体基板層１０をエッチングする。エッチング
停止時間を適宜に制御して上面絶縁薄膜１１の下面に達
するまでエッチングし、空胴域１３を形成する。なお、
半導体基板１０のｎ型Ｓｉ結晶片の面方位を（１００）
面や（１１０）面に取り、かつ、下面絶縁薄膜２８の中
央部をエッチングしたものをマスクにして選択エッチン
グする際、その矩形の辺の方向を〈１１０〉や〈２１
１〉に合致させることにより、より精密な加工が行なえ
る。
【００１１】このような構成の素子の前方に物体が移
動、停止している場合、物体から放出される赤外線は光
学系を介して空胴域１３の上部に入射する。そして赤外
線は当該部分で熱に変わる。この時、空胴域１３の上部
は熱が逃げる伝導体がないため熱抵抗が大きく高温にな
る。そして、密着域１２の上部は熱抵抗が小さいため
に、例えば空胴域１３の上部から熱が伝導してきても低
温すなわち室温と同程度に保たれる。従って、空胴域１
３の上部に形成されている焦電素子部の上部電極１６近
傍と、その直下の焦電体薄膜１５及び焦電素子部上のサ
ーモパイル部の温接点１７近傍の温度は高くなる。更
に、適宜に設けられた吸収体２７の効果により、より高
い温度が得られる。ここで、入射赤外線が停止物体から
の定常的なものであれば、サーモパイル部の温接点と冷
接点１８の間に定常的な温度差が生じ、これに対応した
熱起電力が得られる。なお、本実施例のように複数の熱
電対を直列接続したものでは、電極パッド２２、２３か
ら複数倍に増大した検出信号が得られる。更に物体の輻
射率距離を考慮に入れて外部回路で処理する方法を採れ
ば、非接触で物体の温度を計測することができる。物体
が移動していて、放出される赤外線が時間的に変化する
場合には、焦電素子部の上部電極１６と下部電極１４の
間に焦電体薄膜１５の焦電効果により電荷が誘起され、
電極パッド２４、２５から検出信号が得られる。
動、停止している場合、物体から放出される赤外線は光
学系を介して空胴域１３の上部に入射する。そして赤外
線は当該部分で熱に変わる。この時、空胴域１３の上部
は熱が逃げる伝導体がないため熱抵抗が大きく高温にな
る。そして、密着域１２の上部は熱抵抗が小さいため
に、例えば空胴域１３の上部から熱が伝導してきても低
温すなわち室温と同程度に保たれる。従って、空胴域１
３の上部に形成されている焦電素子部の上部電極１６近
傍と、その直下の焦電体薄膜１５及び焦電素子部上のサ
ーモパイル部の温接点１７近傍の温度は高くなる。更
に、適宜に設けられた吸収体２７の効果により、より高
い温度が得られる。ここで、入射赤外線が停止物体から
の定常的なものであれば、サーモパイル部の温接点と冷
接点１８の間に定常的な温度差が生じ、これに対応した
熱起電力が得られる。なお、本実施例のように複数の熱
電対を直列接続したものでは、電極パッド２２、２３か
ら複数倍に増大した検出信号が得られる。更に物体の輻
射率距離を考慮に入れて外部回路で処理する方法を採れ
ば、非接触で物体の温度を計測することができる。物体
が移動していて、放出される赤外線が時間的に変化する
場合には、焦電素子部の上部電極１６と下部電極１４の
間に焦電体薄膜１５の焦電効果により電荷が誘起され、
電極パッド２４、２５から検出信号が得られる。
【００１２】上記のように物体が停止していて、放出さ
れる赤外線が定常的な場合には、サーモパイル部から感
度の高い検出信号が得られ、物体が移動していて、放出
される赤外線が時間的に変化する場合には、焦電素子部
から感度の高い検出信号が得られる。すなわち、単一の
素子により、物体が停止してる場合も、高い感度で検出
することができる。
れる赤外線が定常的な場合には、サーモパイル部から感
度の高い検出信号が得られ、物体が移動していて、放出
される赤外線が時間的に変化する場合には、焦電素子部
から感度の高い検出信号が得られる。すなわち、単一の
素子により、物体が停止してる場合も、高い感度で検出
することができる。
【００１３】焦電素子部、サーモパイル部の形状は限定
されるものではなく、図２に示すように、下部電極１４
が上面絶縁薄膜１１の全面を覆い、焦電体薄膜１５が下
部電極１４の全面を覆う形状でもよく、又、上部絶縁薄
膜２９は、上部電極１６と焦電体薄膜１５の全面を覆う
形状でもよい。これらの形状は、要求される赤外線検出
特性と製造コストの兼ね合いで柔軟に選定できる。すな
わち、前述の如く物体から放出された赤外線は空胴域１
３の上部で受光され熱に変わるが、該領域と密着域１２
との間は焦電体薄膜１５や上部絶縁薄膜２９等が薄い程
熱容量が小さく且つ熱抵抗が大きく、検出感度が大きく
なる。それは、フォトエッチ工程を何度も行ない上記の
薄膜を選択的に加工することで可能となるが、当然コス
ト高になる。これらの薄膜は選択的に加工することによ
り全面を覆う形状とする方がコスト安となる。上記のよ
うな理由から下部電極１４、焦電体薄膜１５、上部電極
１６の形状は限定する必要がなく、使用状況に応じて最
適な形状にすればよい。また、空胴域１３の構造につい
ても同様である。
されるものではなく、図２に示すように、下部電極１４
が上面絶縁薄膜１１の全面を覆い、焦電体薄膜１５が下
部電極１４の全面を覆う形状でもよく、又、上部絶縁薄
膜２９は、上部電極１６と焦電体薄膜１５の全面を覆う
形状でもよい。これらの形状は、要求される赤外線検出
特性と製造コストの兼ね合いで柔軟に選定できる。すな
わち、前述の如く物体から放出された赤外線は空胴域１
３の上部で受光され熱に変わるが、該領域と密着域１２
との間は焦電体薄膜１５や上部絶縁薄膜２９等が薄い程
熱容量が小さく且つ熱抵抗が大きく、検出感度が大きく
なる。それは、フォトエッチ工程を何度も行ない上記の
薄膜を選択的に加工することで可能となるが、当然コス
ト高になる。これらの薄膜は選択的に加工することによ
り全面を覆う形状とする方がコスト安となる。上記のよ
うな理由から下部電極１４、焦電体薄膜１５、上部電極
１６の形状は限定する必要がなく、使用状況に応じて最
適な形状にすればよい。また、空胴域１３の構造につい
ても同様である。
【００１４】図３（ａ）、（ｂ）は１つの素子に２つの
焦電素子部を設けた実施例を示す。図３（ａ）は平面図
で、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢＢ断面における断面図
である。上面絶縁薄膜１１の空胴域１３の上方の領域に
矩形型の下部電極１４ａ、焦電体薄膜１５ａ、上部電極
１６ａからなる第１の焦電素子部と同じ形状の１４ｂ、
１５ｂ、１６ｂからなる第２の焦電素子部を備え第１と
第２の焦電素子部からそれぞれ検出信号が電極パッド２
４ａ、２５ａと、２４ｂ、２５ｂから得られるようにな
っている。この実施例では、移動している物体からの放
射赤外線が右から左に移動する場合には、電極パッド２
４ａ、２５ａに先に検出信号が現われ、し かる後に電極
パッド２４ｂ、２５ｂに検出信号が現われる。入射赤外
線が左から右に移動する場合には、電極パッド２４ｂ、
２５ｂに先に検出信号が現われ、しかる後に電極パッド
２４ａ、２５ａに検出信号が現われる。従って、第１の
焦電素子部からの検出信号が時間的に先か、第２の焦電
素子部からの検出信号が先かを識別することにより、物
体の移動方向を検知できる。
焦電素子部を設けた実施例を示す。図３（ａ）は平面図
で、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢＢ断面における断面図
である。上面絶縁薄膜１１の空胴域１３の上方の領域に
矩形型の下部電極１４ａ、焦電体薄膜１５ａ、上部電極
１６ａからなる第１の焦電素子部と同じ形状の１４ｂ、
１５ｂ、１６ｂからなる第２の焦電素子部を備え第１と
第２の焦電素子部からそれぞれ検出信号が電極パッド２
４ａ、２５ａと、２４ｂ、２５ｂから得られるようにな
っている。この実施例では、移動している物体からの放
射赤外線が右から左に移動する場合には、電極パッド２
４ａ、２５ａに先に検出信号が現われ、し かる後に電極
パッド２４ｂ、２５ｂに検出信号が現われる。入射赤外
線が左から右に移動する場合には、電極パッド２４ｂ、
２５ｂに先に検出信号が現われ、しかる後に電極パッド
２４ａ、２５ａに検出信号が現われる。従って、第１の
焦電素子部からの検出信号が時間的に先か、第２の焦電
素子部からの検出信号が先かを識別することにより、物
体の移動方向を検知できる。
【００１５】次に、各実施例の検出信号の例を示す。移
動している物体の速度が１０ｍ／ｓの場合である。図４
（ａ）（ｂ）は本発明と比較のために複数の熱電対の温
接点１７は焦電素子部の上部電極１６と密着域１２との
間に形成したものである。図４に示す構造では、物体が
左右に移動した場合、焦電素子部から１．２×１０ 4 Ｖ
／Ｗの検出信号が、物体が停止している場合サーモパイ
ル部から５．５×１０ 2 Ｖ／Ｗの検出信号であったのに
対し、図１に示す実施例では、物体が移動した場合焦電
素子部から５．０×１０ 3 Ｖ／Ｗの検出信号が物体が停
止している場合サーモパイル部から９．６×１０ 2 Ｖ／
Ｗの検出信号が得られた。図３に示す実施例では、物体
が右から左へ移動した場合図５（ａ）に示すように第２
の焦電素子部からの検出信号が第１の焦電素子部からの
検出信号に先行して得られ、物体が逆方向に移動した場
合図５（ｂ）に示すように第１の焦電素子部からの検出
信号が第２の焦電素子部からの検出信号に先行して得ら
れ、物体の移動方向の検知が可能であった。又、物体が
停止している場合、サーモパイル部から９×１０ 3 Ｖ／
Ｗの検知信号が得られた。
動している物体の速度が１０ｍ／ｓの場合である。図４
（ａ）（ｂ）は本発明と比較のために複数の熱電対の温
接点１７は焦電素子部の上部電極１６と密着域１２との
間に形成したものである。図４に示す構造では、物体が
左右に移動した場合、焦電素子部から１．２×１０ 4 Ｖ
／Ｗの検出信号が、物体が停止している場合サーモパイ
ル部から５．５×１０ 2 Ｖ／Ｗの検出信号であったのに
対し、図１に示す実施例では、物体が移動した場合焦電
素子部から５．０×１０ 3 Ｖ／Ｗの検出信号が物体が停
止している場合サーモパイル部から９．６×１０ 2 Ｖ／
Ｗの検出信号が得られた。図３に示す実施例では、物体
が右から左へ移動した場合図５（ａ）に示すように第２
の焦電素子部からの検出信号が第１の焦電素子部からの
検出信号に先行して得られ、物体が逆方向に移動した場
合図５（ｂ）に示すように第１の焦電素子部からの検出
信号が第２の焦電素子部からの検出信号に先行して得ら
れ、物体の移動方向の検知が可能であった。又、物体が
停止している場合、サーモパイル部から９×１０ 3 Ｖ／
Ｗの検知信号が得られた。
【００１６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によると、単
一の素子で停止している物体及び移動している物体から
の赤外線を感度よく検出できるようになり、従来より設
置空間が小さくてよく、そのうえにコストが安くなると
いう効果がある。また、上部絶縁薄膜を介して熱電材料
を焦電素子部と非接触構造に配設し、温接点を空胴域の
上のなるべく中心部側に形成したことにより、サーモパ
イル部からより高感度の検出信号が得られる。
一の素子で停止している物体及び移動している物体から
の赤外線を感度よく検出できるようになり、従来より設
置空間が小さくてよく、そのうえにコストが安くなると
いう効果がある。また、上部絶縁薄膜を介して熱電材料
を焦電素子部と非接触構造に配設し、温接点を空胴域の
上のなるべく中心部側に形成したことにより、サーモパ
イル部からより高感度の検出信号が得られる。
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】焦電素子部の形状の異なる実施例を示す図であ
る。
る。
【図３】２つの焦電素子部を持つ他の実施例を示す図で
ある。
ある。
【図４】検出信号を比較した赤外線センサの構造を示す
図である。
図である。
【図５】図３に示す他の実施例の移動物体からの赤外線
の検出信号の例を示す図である。
の検出信号の例を示す図である。
【図６】サーモパイルの基本構造を示す図である。
【図７】焦電素子の基本構造を示す図である。
１０ 半導体基板 １１ 上面絶縁薄膜 １２ 密着域 １３ 空胴域 １４ 下部電極 １５ 焦電体薄膜 １６ 上部電極 １７ 温接点 １８ 冷接点 １９ 熱電材料甲 ２０ 熱電材料乙 ２２、２３ 電極パッド ２４、２５ 電極パッド ２６ 金属フレーム ２７ 吸収体 ２８ 下面絶縁薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 37/02 G01J 5/02 H01L 35/32
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板の表面に形成しその周辺部に
囲われた中央部領域下の半導体基板層を除去して空胴域
を設けた上面絶縁薄膜上に、積層構造に配設した下部電
極と焦電体薄膜と上部電極とからなる焦電素子部と、複
数の熱電対からなるサーモパイル部とを上部絶縁薄膜を
介して積層構造に配設し、前記サーモパイル部の温接点
は前記空胴域に当たる領域に、前記サーモパイル部の冷
接点は周辺部の半導体基板層に当たる領域にそれぞれ配
置したことを特徴とする赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09384193A JP3217533B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09384193A JP3217533B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 赤外線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283766A JPH06283766A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3217533B2 true JP3217533B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=14093629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09384193A Expired - Fee Related JP3217533B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3217533B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393249A (zh) * | 2011-09-26 | 2012-03-28 | 中北大学 | 一种热释电红外探测器及其制备方法 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3809718B2 (ja) * | 1997-12-26 | 2006-08-16 | 日産自動車株式会社 | 赤外線検知素子 |
| JP4633873B2 (ja) * | 1998-11-10 | 2011-02-16 | 日本セラミック株式会社 | 焦電型赤外線検出器 |
| JP5126765B2 (ja) * | 2006-08-17 | 2013-01-23 | テンパール工業株式会社 | 火災検出ユニット |
| JP2011179953A (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Rohm Co Ltd | 赤外線センサ |
| DE102013218682A1 (de) * | 2013-09-18 | 2015-03-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Thermoelektrischer Sensor |
| CN109798995A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-24 | 上海交通大学 | 一种柔性高灵敏度薄膜热电堆型热流传感器及制备方法 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP09384193A patent/JP3217533B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393249A (zh) * | 2011-09-26 | 2012-03-28 | 中北大学 | 一种热释电红外探测器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06283766A (ja) | 1994-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |