JP3285083B2 - 二次元アレイ型赤外線検出素子とその製造方法 - Google Patents
二次元アレイ型赤外線検出素子とその製造方法Info
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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
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- G01J5/22—Electrical features thereof
- G01J5/24—Use of specially adapted circuits, e.g. bridge circuits
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- Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は二次元アレイ型赤外
線検出素子とその製造方法に関し、特に、オフセット成
分ならびに温度ドリフトの影響の少ない二次元アレイ型
赤外線検出素子とその製造方法に関する。
線検出素子とその製造方法に関し、特に、オフセット成
分ならびに温度ドリフトの影響の少ない二次元アレイ型
赤外線検出素子とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ボロメータ素子は温度変化に応じてその
抵抗値が変化するので、その特性を生かし赤外線の検出
に広く用いられている。その応用例であるボロメータ素
子を用いた従来の二次元アレイ型赤外線検出素子の動作
の仕組みを図4を用いて説明する。図4は従来例の二次
元アレイ型赤外線検出素子の模式的構成図である。
抵抗値が変化するので、その特性を生かし赤外線の検出
に広く用いられている。その応用例であるボロメータ素
子を用いた従来の二次元アレイ型赤外線検出素子の動作
の仕組みを図4を用いて説明する。図4は従来例の二次
元アレイ型赤外線検出素子の模式的構成図である。
【0003】FPA(赤外線検出領域)417内には1
個のボロメータ素子401を備えたユニットセル400
が二次元アレイ状に配列され、ユニットセル400内の
ボロメータ素子401はユニットセル選択用トランジス
タ402を介してグランド端子403に接続されてい
る。ユニットセル選択用トランジスタ402のゲート電
極は水平ライン406を介して垂直シフトレジスタ41
0によって制御され1本の水平ライン406がユニット
セル選択スイッチ402を投入状態とするように選択さ
れる。これにより、各垂直ライン404には、いずれか
一つのユニットセル400のボロメータ素子401が選
択的に接続される。
個のボロメータ素子401を備えたユニットセル400
が二次元アレイ状に配列され、ユニットセル400内の
ボロメータ素子401はユニットセル選択用トランジス
タ402を介してグランド端子403に接続されてい
る。ユニットセル選択用トランジスタ402のゲート電
極は水平ライン406を介して垂直シフトレジスタ41
0によって制御され1本の水平ライン406がユニット
セル選択スイッチ402を投入状態とするように選択さ
れる。これにより、各垂直ライン404には、いずれか
一つのユニットセル400のボロメータ素子401が選
択的に接続される。
【0004】垂直ライン404は垂直ライン選択スイッ
チ405を介し出力ライン421を通じてオンチップア
ンプ407と接続する。任意時刻において、いずれか1
本の垂直ライン404が出力ライン407と接続するよ
う、垂直ライン選択スイッチ405が水平シフトレジス
タ409で制御される。
チ405を介し出力ライン421を通じてオンチップア
ンプ407と接続する。任意時刻において、いずれか1
本の垂直ライン404が出力ライン407と接続するよ
う、垂直ライン選択スイッチ405が水平シフトレジス
タ409で制御される。
【0005】ボロメータ素子401の受光部は、基板に
対して高い熱的絶縁状態にあり、これにより赤外輻射に
よる熱エネルギーが、一時的にボロメータ素子401に
貯えられる。その結果、ボロメータ素子401の温度が
上昇し、それに応じた抵抗変化が生ずる。この抵抗変化
を出力端子408から外部に読み出すことにより、被写
体の温度情報を得ることができる。
対して高い熱的絶縁状態にあり、これにより赤外輻射に
よる熱エネルギーが、一時的にボロメータ素子401に
貯えられる。その結果、ボロメータ素子401の温度が
上昇し、それに応じた抵抗変化が生ずる。この抵抗変化
を出力端子408から外部に読み出すことにより、被写
体の温度情報を得ることができる。
【0006】読み出し回路として、例えば、積分回路4
40が用いられる。これはボロメータ素子401に一定
時間、定電圧を印加し、この時の電流を積分トランジス
タ441を介して、積分用キャパシタ442で積分する
回路である。実際には、ボロメータ素子401と直列に
接続した積分用キャパシタ442を予め一定電圧に充電
し、一定時間、定電圧で通電した後、積分用キャパシタ
442の残電圧を読み出す。ここで積分トランジスタ4
41は、積分動作中、積分用キャパシタ442の端子電
圧が変動しても、出力端子408の電圧を一定に保つ働
きをする。したがって、積分動作終了後の積分用キャパ
シタ442の残電圧は、積分期間中のボロメータ素子4
01の抵抗値に依存し、被写体から受けた熱輻射量に関
する情報を含んでいる。このようにして、赤外輻射量の
情報を電気的に読み出すことができる。
40が用いられる。これはボロメータ素子401に一定
時間、定電圧を印加し、この時の電流を積分トランジス
タ441を介して、積分用キャパシタ442で積分する
回路である。実際には、ボロメータ素子401と直列に
接続した積分用キャパシタ442を予め一定電圧に充電
し、一定時間、定電圧で通電した後、積分用キャパシタ
442の残電圧を読み出す。ここで積分トランジスタ4
41は、積分動作中、積分用キャパシタ442の端子電
圧が変動しても、出力端子408の電圧を一定に保つ働
きをする。したがって、積分動作終了後の積分用キャパ
シタ442の残電圧は、積分期間中のボロメータ素子4
01の抵抗値に依存し、被写体から受けた熱輻射量に関
する情報を含んでいる。このようにして、赤外輻射量の
情報を電気的に読み出すことができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したボロ
メータ素子を用いた二次元アレイ型赤外線検出素子で
は、出力信号のオフセット成分が大きく、十分大きなゲ
インが得られないことが問題となっていた。この信号の
オフセット成分の主たる部分は、積分期間中のボロメー
タ素子の自己加熱による温度上昇でボロメータ抵抗が大
きく変化することにより発生する。前記オフセット成分
は出力信号の大半を占めるが、被写体の温度情報を全く
含んでいない。このためアンプのダイナミックレンジを
有効に使えず、信号ゲインが上げられない。また、積分
時間を延ばすとそれだけ温度分解能が向上するが、オフ
セット量も同時に大きくなるため、十分な積分時間を確
保することができなかった。
メータ素子を用いた二次元アレイ型赤外線検出素子で
は、出力信号のオフセット成分が大きく、十分大きなゲ
インが得られないことが問題となっていた。この信号の
オフセット成分の主たる部分は、積分期間中のボロメー
タ素子の自己加熱による温度上昇でボロメータ抵抗が大
きく変化することにより発生する。前記オフセット成分
は出力信号の大半を占めるが、被写体の温度情報を全く
含んでいない。このためアンプのダイナミックレンジを
有効に使えず、信号ゲインが上げられない。また、積分
時間を延ばすとそれだけ温度分解能が向上するが、オフ
セット量も同時に大きくなるため、十分な積分時間を確
保することができなかった。
【0008】さらに、大きな問題として温度ドリフトが
ある。ボロメータ素子は基板から熱的に分離されている
ものの、実際には信号読み出し配線を介し僅かながら基
板との熱交換が存在する。このため環境温度が変化し基
板温度が変化すると、長い時定数でボロメータの素子温
度が変化する。これが温度ドリフトの原因となる。これ
を防ぐために、動作中に頻繁にFPN(固定パターンノ
イズ)補正をかけなければならず、この赤外線検出素子
を用いた赤外線カメラではその操作性を著しく損ねてい
た。
ある。ボロメータ素子は基板から熱的に分離されている
ものの、実際には信号読み出し配線を介し僅かながら基
板との熱交換が存在する。このため環境温度が変化し基
板温度が変化すると、長い時定数でボロメータの素子温
度が変化する。これが温度ドリフトの原因となる。これ
を防ぐために、動作中に頻繁にFPN(固定パターンノ
イズ)補正をかけなければならず、この赤外線検出素子
を用いた赤外線カメラではその操作性を著しく損ねてい
た。
【0009】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を改良し、特に、オフセットを除去するとともに温度ド
リフトの影響をなくし、以って、赤外線の検出精度を向
上させた新規な二次元アレイ型赤外線検出素子とその製
造方法を提供するものである。
を改良し、特に、オフセットを除去するとともに温度ド
リフトの影響をなくし、以って、赤外線の検出精度を向
上させた新規な二次元アレイ型赤外線検出素子とその製
造方法を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の二次元アレイ型
赤外線検出素子は、基板上に複数のボロメータ素子を二
次元アレイ状に形成し、そのボロメータ素子を順に選択
してそれぞれの位置に入射する赤外線を検出する赤外線
検出素子において、ボロメータ素子が形成された基板と
の間にその基板との間を熱的に遮断する熱分離構造を有
し、その基板上のの赤外線を検出するための赤外線受光
領域に二次元アレー状に配列され、一端が垂直ラインに
接続され、他端がグランド端子および電源端子のいずれ
かに接続が可能であり、入射する赤外線を受光する複数
の第1のボロメータ素子と、第1のボロメータ素子の近
傍に第1のボロメータ素子と同一の基板上に形成され、
その基板との間にその基板との間を熱的に遮断する熱分
離構造を有し、一端が垂直ラインに接続され、他端がグ
ランド端子および電源端子のいずれかに接続が可能であ
り、入射する赤外線を受光しない構造の複数の第2のボ
ロメータ素子と、第1のボロメータ素子の近傍に第1の
ボロメータ素子と同一の基板上に形成され、その基板と
の間に熱分離構造を持たない複数の第3のボロメータ素
子との3種類のボロメータ素子を備え、1個の第1のボ
ロメータ素子と、少なくとも1個の第2のボロメータ素
子および少なくとも1個の第3のボロメータ素子を含む
3個のボロメータ素子とで、2個のボロメータ素子が共
通に接続される垂直線をそれぞれ中点とし、電源とグラ
ンドと結ぶ複数のブリッジ回路を形成し、選択された1
個のブリッジ回路の中点の電圧差からそのブリッジ回路
に含まれる第1のボロメータ素子に入射する赤外線を検
出する。
赤外線検出素子は、基板上に複数のボロメータ素子を二
次元アレイ状に形成し、そのボロメータ素子を順に選択
してそれぞれの位置に入射する赤外線を検出する赤外線
検出素子において、ボロメータ素子が形成された基板と
の間にその基板との間を熱的に遮断する熱分離構造を有
し、その基板上のの赤外線を検出するための赤外線受光
領域に二次元アレー状に配列され、一端が垂直ラインに
接続され、他端がグランド端子および電源端子のいずれ
かに接続が可能であり、入射する赤外線を受光する複数
の第1のボロメータ素子と、第1のボロメータ素子の近
傍に第1のボロメータ素子と同一の基板上に形成され、
その基板との間にその基板との間を熱的に遮断する熱分
離構造を有し、一端が垂直ラインに接続され、他端がグ
ランド端子および電源端子のいずれかに接続が可能であ
り、入射する赤外線を受光しない構造の複数の第2のボ
ロメータ素子と、第1のボロメータ素子の近傍に第1の
ボロメータ素子と同一の基板上に形成され、その基板と
の間に熱分離構造を持たない複数の第3のボロメータ素
子との3種類のボロメータ素子を備え、1個の第1のボ
ロメータ素子と、少なくとも1個の第2のボロメータ素
子および少なくとも1個の第3のボロメータ素子を含む
3個のボロメータ素子とで、2個のボロメータ素子が共
通に接続される垂直線をそれぞれ中点とし、電源とグラ
ンドと結ぶ複数のブリッジ回路を形成し、選択された1
個のブリッジ回路の中点の電圧差からそのブリッジ回路
に含まれる第1のボロメータ素子に入射する赤外線を検
出する。
【0011】赤外線受光領域内に配列された任意の第1
のボロメータ素子が、同一列上に配列された第3のボロ
メータ素子に接続し、その第1のボロメータ素子と同一
行上に配列された第2のボロメータ素子が、その第2の
ボロメータ素子と同一列上に配列された、前述の第3の
ボロメータとは別の第3のボロメータ素子に接続し、こ
れらの4個のボロメータ素子によってブリッジ回路が形
成され、第1のボロメータ素子と第3のボロメータ素子
との接続点と、第2のボロメータ素子と第3のボロメー
タ素子との接続点が、そのブリッジ回路の電圧の差を検
出するための中点を構成することが好ましく、赤外線受
光領域内に配列された任意の第1のボロメータ素子が、
同一列上に配列された第2のボロメータ素子に接続し、
その第1ボロメータ素子と同一行上に配列された第3の
ボロメータ素子が、その第3のボロメータ素子と同一列
上に配列された別の第3のボロメータ素子に接続し、こ
れらの4個のボロメータ素子によってブリッジ回路が形
成され、第1のボロメータ素子と第2のボロメータ素子
との接続点と、第3のボロメータ素子と第3のボロメー
タ素子との接続点が、そのブリッジ回路の電圧の差を検
出するための中点を構成してもよい。
のボロメータ素子が、同一列上に配列された第3のボロ
メータ素子に接続し、その第1のボロメータ素子と同一
行上に配列された第2のボロメータ素子が、その第2の
ボロメータ素子と同一列上に配列された、前述の第3の
ボロメータとは別の第3のボロメータ素子に接続し、こ
れらの4個のボロメータ素子によってブリッジ回路が形
成され、第1のボロメータ素子と第3のボロメータ素子
との接続点と、第2のボロメータ素子と第3のボロメー
タ素子との接続点が、そのブリッジ回路の電圧の差を検
出するための中点を構成することが好ましく、赤外線受
光領域内に配列された任意の第1のボロメータ素子が、
同一列上に配列された第2のボロメータ素子に接続し、
その第1ボロメータ素子と同一行上に配列された第3の
ボロメータ素子が、その第3のボロメータ素子と同一列
上に配列された別の第3のボロメータ素子に接続し、こ
れらの4個のボロメータ素子によってブリッジ回路が形
成され、第1のボロメータ素子と第2のボロメータ素子
との接続点と、第3のボロメータ素子と第3のボロメー
タ素子との接続点が、そのブリッジ回路の電圧の差を検
出するための中点を構成してもよい。
【0012】ブリッジ回路を構成する第2のボロメータ
素子が複数設けられており、かつ複数の第2のボロメー
タ素子の1個を選択的にブリッジ回路の中で使用するた
めのスイッチング素子を備えていてもよく、ブリッジ回
路を構成する第3のボロメータ素子が複数設けられてお
り、かつ複数の第3のボロメータ素子の1個を選択的に
ブリッジ回路の中で使用するためのスイッチング素子を
備えていてもよい。
素子が複数設けられており、かつ複数の第2のボロメー
タ素子の1個を選択的にブリッジ回路の中で使用するた
めのスイッチング素子を備えていてもよく、ブリッジ回
路を構成する第3のボロメータ素子が複数設けられてお
り、かつ複数の第3のボロメータ素子の1個を選択的に
ブリッジ回路の中で使用するためのスイッチング素子を
備えていてもよい。
【0013】第2のボロメータ素子の赤外線の遮蔽手段
が、その第2のボロメータ素子の赤外線入射側に設けら
れた赤外線遮断層であってもよく、基板のその第2のボ
ロメータ素子上に設けられた赤外線反射膜であってもよ
い。
が、その第2のボロメータ素子の赤外線入射側に設けら
れた赤外線遮断層であってもよく、基板のその第2のボ
ロメータ素子上に設けられた赤外線反射膜であってもよ
い。
【0014】ボロメータ素子が形成された基板に、第1
のボロメータ素子を選択するためのスイッチングトラン
ジスタとともに、ブリッジ回路の中点の電圧差検出用の
差動増幅器が形成されていてもよい。。
のボロメータ素子を選択するためのスイッチングトラン
ジスタとともに、ブリッジ回路の中点の電圧差検出用の
差動増幅器が形成されていてもよい。。
【0015】本発明の赤外線検出素子の製造方法は、基
板上に複数のボロメータ素子を二次元アレイ状に形成
し、そのボロメータ素子を順に選択してそれぞれの位置
に入射する赤外線を検出する赤外線検出素子の製造方法
において、基板にボロメータ素子を選択するためのスイ
ッチングトランジスタを形成する第1の工程と、基板上
に犠牲層を形成する第2の工程と、犠牲層上にボロメー
タ材料からなる膜とその膜を挟むように保護膜を形成す
る第3の工程と、ボロメータ材料からなる膜を所定の形
状にエッチングするとともに、その膜を保護膜で被覆す
る第4の工程と、保護膜上にボロメータの用途に従っ
て、第1のボロメータおよび第3のボロメータにあって
は赤外線吸収膜を、第2のボロメータにあっては赤外線
反射膜と遮光膜のいずれかを形成し、所定の形状にパタ
ーニングする第5の工程と、第3のボロメータを含む所
要の部分を除いて犠牲層を除去して空間部を形成する第
6の工程と、空間部を真空状態にする第7の工程とを含
んでいる。
板上に複数のボロメータ素子を二次元アレイ状に形成
し、そのボロメータ素子を順に選択してそれぞれの位置
に入射する赤外線を検出する赤外線検出素子の製造方法
において、基板にボロメータ素子を選択するためのスイ
ッチングトランジスタを形成する第1の工程と、基板上
に犠牲層を形成する第2の工程と、犠牲層上にボロメー
タ材料からなる膜とその膜を挟むように保護膜を形成す
る第3の工程と、ボロメータ材料からなる膜を所定の形
状にエッチングするとともに、その膜を保護膜で被覆す
る第4の工程と、保護膜上にボロメータの用途に従っ
て、第1のボロメータおよび第3のボロメータにあって
は赤外線吸収膜を、第2のボロメータにあっては赤外線
反射膜と遮光膜のいずれかを形成し、所定の形状にパタ
ーニングする第5の工程と、第3のボロメータを含む所
要の部分を除いて犠牲層を除去して空間部を形成する第
6の工程と、空間部を真空状態にする第7の工程とを含
んでいる。
【0016】3種類のボロメータ素子は、同一材料を用
い、かつ、同一プロセスで製造されることが好ましく、
第1の工程に、3種のボロメータ素子で形成されるブリ
ッジ回路の中点電位を入力とする差動増幅器の形成を含
んでいてもよい。
い、かつ、同一プロセスで製造されることが好ましく、
第1の工程に、3種のボロメータ素子で形成されるブリ
ッジ回路の中点電位を入力とする差動増幅器の形成を含
んでいてもよい。
【0017】このような構造とすることによって、温度
ドリフトの影響をなくすることができ、さらにボロメー
タの面内特性ばらつきによるオフセット成分、および信
号読み出し時の自己発熱によるオフセット成分を除去す
ることが可能になる。それによって赤外線の精度良い検
出を可能にした赤外線カメラに好適な二次アレイ型赤外
線検出素子を提供できる。
ドリフトの影響をなくすることができ、さらにボロメー
タの面内特性ばらつきによるオフセット成分、および信
号読み出し時の自己発熱によるオフセット成分を除去す
ることが可能になる。それによって赤外線の精度良い検
出を可能にした赤外線カメラに好適な二次アレイ型赤外
線検出素子を提供できる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の二次元アレイ型赤外線検
出素子の実施の形態について説明する。本発明の二次元
アレイ型赤外線検出素子の各画素となるボロメータ素子
は、従来から用いられているような形状の基板との間に
熱分離構造を有し二次元アレイ型に配置された受光素子
である第1のボロメータ素子と、基板との間に熱分離構
造を有しているが遮光機構を設けて赤外線の受光を行わ
ない第2のボロメータ素子と、基板との間に熱分離構造
を持たない第3のボロメータ素子との3種類のボロメー
タ素子から構成され、2本のシフトレジスタでアドレス
された任意の3種類のボロメータ素子の4個の組み合わ
せでブリッジ回路を構成する。いずれのボロメータ素子
も、電極端子の一方が差動アンプ(差動増幅器)の入力
に接続し、ブリッジ回路の中点電位が差動アンプの入力
となるよう構成されている。
出素子の実施の形態について説明する。本発明の二次元
アレイ型赤外線検出素子の各画素となるボロメータ素子
は、従来から用いられているような形状の基板との間に
熱分離構造を有し二次元アレイ型に配置された受光素子
である第1のボロメータ素子と、基板との間に熱分離構
造を有しているが遮光機構を設けて赤外線の受光を行わ
ない第2のボロメータ素子と、基板との間に熱分離構造
を持たない第3のボロメータ素子との3種類のボロメー
タ素子から構成され、2本のシフトレジスタでアドレス
された任意の3種類のボロメータ素子の4個の組み合わ
せでブリッジ回路を構成する。いずれのボロメータ素子
も、電極端子の一方が差動アンプ(差動増幅器)の入力
に接続し、ブリッジ回路の中点電位が差動アンプの入力
となるよう構成されている。
【0019】各ボロメータ素子は同一条件、同一プロセ
スで形成されることによって抵抗温度係数、熱伝導率等
の電気特性は同一となっている。このためブリッジ回路
の中点電位の差分信号には、背景輻射によるボロメータ
の発熱やボロメータの自己発熱に起因するオフセット成
分は完全に相殺され、この差分信号に含まれない。この
ため極めて高いS/N比をもって赤外線信号を検出する
ことができる。また基板温度変化によるボロメータ抵抗
の変化は、ブリッジ回路の中点に接続した全てのボロメ
ータに同等に発生することから、温度ドリフトが低減で
きる。
スで形成されることによって抵抗温度係数、熱伝導率等
の電気特性は同一となっている。このためブリッジ回路
の中点電位の差分信号には、背景輻射によるボロメータ
の発熱やボロメータの自己発熱に起因するオフセット成
分は完全に相殺され、この差分信号に含まれない。この
ため極めて高いS/N比をもって赤外線信号を検出する
ことができる。また基板温度変化によるボロメータ抵抗
の変化は、ブリッジ回路の中点に接続した全てのボロメ
ータに同等に発生することから、温度ドリフトが低減で
きる。
【0020】以下、本発明の二次元アレイ型赤外線検出
素子とその製造方法の具体例を図面を用いて詳細に説明
する。図1は本発明の二次元アレイ型赤外線検出素子の
模式的構造図である。
素子とその製造方法の具体例を図面を用いて詳細に説明
する。図1は本発明の二次元アレイ型赤外線検出素子の
模式的構造図である。
【0021】図中、FPA(Focal Plane
Array)117は赤外線検出領域を示し、FPA1
17領域内にm×n個のユニットセル100が二次元アレ
イ状に配列されている。図では簡単のため、2×2個の
ユニットセルを示した。ユニットセル100は、第1の
ボロメータ素子101、ユニットセル選択スイッチ10
2、グランド端子103、およびユニットセル100を
貫通する2本の配線、即ち、垂直ライン104と、水平
ライン106とで構成されている。ここで基板上に形成
された第1のボロメータ素子101と基板とは例えば真
空空間のような熱的に分離された構造を有している。
Array)117は赤外線検出領域を示し、FPA1
17領域内にm×n個のユニットセル100が二次元アレ
イ状に配列されている。図では簡単のため、2×2個の
ユニットセルを示した。ユニットセル100は、第1の
ボロメータ素子101、ユニットセル選択スイッチ10
2、グランド端子103、およびユニットセル100を
貫通する2本の配線、即ち、垂直ライン104と、水平
ライン106とで構成されている。ここで基板上に形成
された第1のボロメータ素子101と基板とは例えば真
空空間のような熱的に分離された構造を有している。
【0022】FPA117の周囲には、ブリッジ回路の
参照用素子となるボロメータ素子を配置した3つのボロ
メータ素子群、即ち、第1の参照素子領域118、第2
の参照素子領域119、および第3の参照素子領域12
0が、同一基板上にFPA117に近接して配置されて
いる。
参照用素子となるボロメータ素子を配置した3つのボロ
メータ素子群、即ち、第1の参照素子領域118、第2
の参照素子領域119、および第3の参照素子領域12
0が、同一基板上にFPA117に近接して配置されて
いる。
【0023】ここで前記第1の参照素子領域118は縦
一列に配列されたn個の第2のボロメータ素子112と
それぞれに対応したn個のユニットセル選択スイッチ1
02とで、第2の参照素子領域119は横一列に配列さ
れたm個の第3のボロメータ素子113で、第3の参照
素子領域120は1個の第3のボロメータ素子113
で、それぞれ構成されている。
一列に配列されたn個の第2のボロメータ素子112と
それぞれに対応したn個のユニットセル選択スイッチ1
02とで、第2の参照素子領域119は横一列に配列さ
れたm個の第3のボロメータ素子113で、第3の参照
素子領域120は1個の第3のボロメータ素子113
で、それぞれ構成されている。
【0024】3つの領域を構成する2種類のボロメータ
素子、即ち、第2のボロメータ素子112と第3のボロ
メータ素子113は、次の点でFPA117を構成する
第1のボロメータ素子101と異なる。即ち、第2のボ
ロメータ素子112は入射赤外線を遮蔽する構造を有し
ている点で、また第3のボロメータ素子113は基板と
熱的に接触している点で、それぞれ第1のボロメータ素
子101と異なっている。上記以外の構造、製造方法
は、第1のボロメータ素子101と全く同一である。前
記ボロメータ素子の詳しい構造は、後でプロセス断面図
を用いて詳しく説明される。
素子、即ち、第2のボロメータ素子112と第3のボロ
メータ素子113は、次の点でFPA117を構成する
第1のボロメータ素子101と異なる。即ち、第2のボ
ロメータ素子112は入射赤外線を遮蔽する構造を有し
ている点で、また第3のボロメータ素子113は基板と
熱的に接触している点で、それぞれ第1のボロメータ素
子101と異なっている。上記以外の構造、製造方法
は、第1のボロメータ素子101と全く同一である。前
記ボロメータ素子の詳しい構造は、後でプロセス断面図
を用いて詳しく説明される。
【0025】次にこの二次元アレイ型赤外線検出素子に
おける出力信号の読み出し方法を具体的に説明する。F
PA領域117を構成するm×n個の第1のボロメータ素
子101に入射した赤外線信号は、水平シフトレジスタ
109と垂直シフトレジスタ110により制御される2
種類のスイッチング素子、即ちユニットセル選択スイッ
チ102と垂直ライン選択スイッチ105により、逐次
選択されてすべてが読み出される。
おける出力信号の読み出し方法を具体的に説明する。F
PA領域117を構成するm×n個の第1のボロメータ素
子101に入射した赤外線信号は、水平シフトレジスタ
109と垂直シフトレジスタ110により制御される2
種類のスイッチング素子、即ちユニットセル選択スイッ
チ102と垂直ライン選択スイッチ105により、逐次
選択されてすべてが読み出される。
【0026】先ず、垂直シフトレジスタ110からの信
号により、任意時刻において、いずれか1本の水平ライ
ン106が選択されている。例えば、第j行の水平ライ
ン106が選択されているとすると、FPA117の第
j行目に位置するユニットセル100の中のユニットセ
ル選択スイッチ102が全て投入状態となっている。こ
の時、電源スイッチ111を投入すると、電源端子11
4とグランド端子103の間に、第j行の第1のボロメ
ータ素子101とこれと同じ列に位置する第2の参照素
子領域119中の第3のボロメータ素子113とが直列
に接続し、その中点電位が垂直ライン104により差動
アンプ115の入力の一端に与えられる。
号により、任意時刻において、いずれか1本の水平ライ
ン106が選択されている。例えば、第j行の水平ライ
ン106が選択されているとすると、FPA117の第
j行目に位置するユニットセル100の中のユニットセ
ル選択スイッチ102が全て投入状態となっている。こ
の時、電源スイッチ111を投入すると、電源端子11
4とグランド端子103の間に、第j行の第1のボロメ
ータ素子101とこれと同じ列に位置する第2の参照素
子領域119中の第3のボロメータ素子113とが直列
に接続し、その中点電位が垂直ライン104により差動
アンプ115の入力の一端に与えられる。
【0027】同時に、差動アンプ115のもう一端の入
力端子には、電源114とグランド端子103の間に直
列に接続した、第3の参照素子領域120の第3のボロ
メータ素子113と、第1の参照素子領域118の第j
行の第2のボロメータ素子112との中点電位が与えら
れる。このようにして、両者の電位差が信号処理回路1
16の入力となる。次に水平シフトレジスタ109が各
列の垂直ライン選択スイッチ105を順に投入し、FP
A領域117中の第j行に配列されたm個の第1のボロ
メータ素子101の赤外線信号が、出力ライン121を
経由しオンチップ出力アンプ107を介して出力端子1
08から順に読み出される。出力端子108から読み出
された赤外線信号の処理は従来例と同じなので説明を省
略する。
力端子には、電源114とグランド端子103の間に直
列に接続した、第3の参照素子領域120の第3のボロ
メータ素子113と、第1の参照素子領域118の第j
行の第2のボロメータ素子112との中点電位が与えら
れる。このようにして、両者の電位差が信号処理回路1
16の入力となる。次に水平シフトレジスタ109が各
列の垂直ライン選択スイッチ105を順に投入し、FP
A領域117中の第j行に配列されたm個の第1のボロ
メータ素子101の赤外線信号が、出力ライン121を
経由しオンチップ出力アンプ107を介して出力端子1
08から順に読み出される。出力端子108から読み出
された赤外線信号の処理は従来例と同じなので説明を省
略する。
【0028】第j行に配列されたm個全ての第1のボロ
メータ素子101の信号の読み出しが終了すると、垂直
シフトレジスタ110は第j行の水平ライン106の選
択を終え、次の第j+1行の選択を行う。この動作をn回
繰り返すと、FPA117に配列されたm×n個の第1の
ボロメータ素子101の赤外線信号が全て検出される。
メータ素子101の信号の読み出しが終了すると、垂直
シフトレジスタ110は第j行の水平ライン106の選
択を終え、次の第j+1行の選択を行う。この動作をn回
繰り返すと、FPA117に配列されたm×n個の第1の
ボロメータ素子101の赤外線信号が全て検出される。
【0029】本発明の二次元アレイ型赤外線検出素子の
ブリッジ回路について図面を参照して説明する。図2は
本発明の二次元アレイ型赤外線検出素子のブリッジ回路
の模式的回路図であり、(a)、(b)、(c)、
(d)はそれぞれ三種類のボロメータ素子の組合わせの
例である。
ブリッジ回路について図面を参照して説明する。図2は
本発明の二次元アレイ型赤外線検出素子のブリッジ回路
の模式的回路図であり、(a)、(b)、(c)、
(d)はそれぞれ三種類のボロメータ素子の組合わせの
例である。
【0030】図2(a)は、図1に示した本発明の二次
元アレイ型赤外線検出素子の任意のユニットセルに関す
る等価回路であり、それがブリッジ回路を構成している
ことを説明するための図である。図2(a)では第1の
ボロメータ素子201と第3のボロメータ素子213
a、および第2のボロメータ素子212と第3のボロメ
ータ素子213bが、グランド端子203と電源端子2
14との間に直列に接続したブリッジ回路を構成し、2
つの中点電位、即ち、第1の中点222と第2の中点2
23が差動アンプ215の入力となり、出力端子208
に電位差が現れる。
元アレイ型赤外線検出素子の任意のユニットセルに関す
る等価回路であり、それがブリッジ回路を構成している
ことを説明するための図である。図2(a)では第1の
ボロメータ素子201と第3のボロメータ素子213
a、および第2のボロメータ素子212と第3のボロメ
ータ素子213bが、グランド端子203と電源端子2
14との間に直列に接続したブリッジ回路を構成し、2
つの中点電位、即ち、第1の中点222と第2の中点2
23が差動アンプ215の入力となり、出力端子208
に電位差が現れる。
【0031】この構成において、第1のボロメータ素子
201に入射した赤外入射光224による熱エネルギー
のみがブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要
因となり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に
現れる。また基板の温度が変化しても、2つの中点電
位、即ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧
は同一方向に同一量だけ変化するので、出力端子208
に温度ドリフトが生じない。
201に入射した赤外入射光224による熱エネルギー
のみがブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要
因となり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に
現れる。また基板の温度が変化しても、2つの中点電
位、即ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧
は同一方向に同一量だけ変化するので、出力端子208
に温度ドリフトが生じない。
【0032】ここで図2(a)の第1のボロメータ素子
201を、図1におけるFPA117中の(i、j)番
地の第1のボロメータ素子101とすると、図2(a)
中の他のボロメータ素子、即ち第2のボロメータ素子2
12、第3のボロメータ素子213a、および第3のボ
ロメータ素子213bは、図1における第1の参照素子
領域118の第j行の第2のボロメータ素子112、第
2の参照素子領域119の第i列の第3のボロメータ素
子113、および第3の参照素子領域120の第3のボ
ロメータ素子113に、それぞれ対応する。
201を、図1におけるFPA117中の(i、j)番
地の第1のボロメータ素子101とすると、図2(a)
中の他のボロメータ素子、即ち第2のボロメータ素子2
12、第3のボロメータ素子213a、および第3のボ
ロメータ素子213bは、図1における第1の参照素子
領域118の第j行の第2のボロメータ素子112、第
2の参照素子領域119の第i列の第3のボロメータ素
子113、および第3の参照素子領域120の第3のボ
ロメータ素子113に、それぞれ対応する。
【0033】ここで図1の3種類のボロメータ素子、即
ち第1のボロメータ素子101、第2のボロメータ素子
112、第3のボロメータ素子113でブリッジ回路を
構成する仕方として、3通りの組み合わせが考えられ
る。この3通りの組み合わせが図2(b)〜(d)に示
されている。
ち第1のボロメータ素子101、第2のボロメータ素子
112、第3のボロメータ素子113でブリッジ回路を
構成する仕方として、3通りの組み合わせが考えられ
る。この3通りの組み合わせが図2(b)〜(d)に示
されている。
【0034】図2(b)の回路では、図2(a)と電源
端子214とグランド端子203の関係が反対となって
いるが、この構成の回路でも第1のボロメータ素子20
1に入射した赤外入射光224による熱エネルギーのみ
がブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要因と
なり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に現れ
る。また基板の温度が変化しても、2つの中点電位、即
ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧は同一
方向に同一量だけ変化するので、出力端子208に温度
ドリフトが生じない。
端子214とグランド端子203の関係が反対となって
いるが、この構成の回路でも第1のボロメータ素子20
1に入射した赤外入射光224による熱エネルギーのみ
がブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要因と
なり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に現れ
る。また基板の温度が変化しても、2つの中点電位、即
ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧は同一
方向に同一量だけ変化するので、出力端子208に温度
ドリフトが生じない。
【0035】図2(c)の回路では、第1のボロメータ
素子201と第2のボロメータ素子212、および第3
のボロメータ素子213aと第3のボロメータ素子21
3bが、グランド端子203と電源端子214との間に
直列に接続したブリッジ回路を構成し、2つの中点電
位、即ち、第1の中点222と第2の中点223が差動
アンプ215の入力となり、出力端子208に電位差が
現れる。即ち、図1の第1の参照素子領域118に第3
のボロメータ素子113が配置され、第2の参照素子領
域119に第2のボロメータ素子112が配置されてい
る。
素子201と第2のボロメータ素子212、および第3
のボロメータ素子213aと第3のボロメータ素子21
3bが、グランド端子203と電源端子214との間に
直列に接続したブリッジ回路を構成し、2つの中点電
位、即ち、第1の中点222と第2の中点223が差動
アンプ215の入力となり、出力端子208に電位差が
現れる。即ち、図1の第1の参照素子領域118に第3
のボロメータ素子113が配置され、第2の参照素子領
域119に第2のボロメータ素子112が配置されてい
る。
【0036】この構成において、第1のボロメータ素子
201に入射した赤外入射光224による熱エネルギー
のみがブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要
因となり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に
現れる。また基板の温度が変化しても、2つの中点電
位、即ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧
は同一方向に同一量だけ変化するので、出力端子208
に温度ドリフトが生じない。
201に入射した赤外入射光224による熱エネルギー
のみがブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要
因となり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に
現れる。また基板の温度が変化しても、2つの中点電
位、即ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧
は同一方向に同一量だけ変化するので、出力端子208
に温度ドリフトが生じない。
【0037】図2(d)の回路では、図2(c)と電源
端子214とグランド端子203の関係が反対となって
いるが、この構成の回路でも第1のボロメータ素子20
1に入射した赤外入射光224による熱エネルギーのみ
がブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要因と
なり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に現れ
る。また基板の温度が変化しても、2つの中点電位、即
ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧は同一
方向に同一量だけ変化するので、出力端子208に温度
ドリフトが生じない。
端子214とグランド端子203の関係が反対となって
いるが、この構成の回路でも第1のボロメータ素子20
1に入射した赤外入射光224による熱エネルギーのみ
がブリッジ回路の平衡点からのズレを生じさせる要因と
なり得るので、赤外線信号のみが出力端子208に現れ
る。また基板の温度が変化しても、2つの中点電位、即
ち、第1の中点222と第2の中点223の電圧は同一
方向に同一量だけ変化するので、出力端子208に温度
ドリフトが生じない。
【0038】実施の形態の図1では図2(a)に対応す
る配置のみを示したが、図2(b)〜(d)の配置につ
いても本発明の回路の実施が可能である。
る配置のみを示したが、図2(b)〜(d)の配置につ
いても本発明の回路の実施が可能である。
【0039】次に、図3を用いて本発明の各ボロメータ
素子の構造を説明する。図3は本発明の各ボロメータ素
子の構造を示す模式的断面図であり、(a)は第1のボ
ロメータ素子の構造を示し、(b)は第3のボロメータ
素子の構造を示し、(c)および(d)は第2のボロメ
ータ素子の構造を示す。
素子の構造を説明する。図3は本発明の各ボロメータ素
子の構造を示す模式的断面図であり、(a)は第1のボ
ロメータ素子の構造を示し、(b)は第3のボロメータ
素子の構造を示し、(c)および(d)は第2のボロメ
ータ素子の構造を示す。
【0040】図3(a)では、ボロメータ材料333を
基板340から熱的に分離するために、空間部(キャビ
ティ)338が設けられており、前記キャビティ338
は真空状態に保持されている。さらにボロメータ材料3
33上の赤外線入射光側に赤外線吸収膜332が設けら
れるとともに、基板340上に赤外線反射膜335が設
けられ、これらの膜の干渉効果を利用することにより、
赤外線の吸収をより確実なものとしている。従って、図
3(a)のユニットセルでは、赤外入射光331の熱エ
ネルギーは赤外線吸収膜332に有効に吸収され、その
熱は、保護膜334で覆われたボロメータ材料333に
伝わり、その結果温度変化が生じボロメータ材料の抵抗
値が変化する。従って、このタイプのユニットセルは、
図1の第1のボロメータ素子101に用いられる。
基板340から熱的に分離するために、空間部(キャビ
ティ)338が設けられており、前記キャビティ338
は真空状態に保持されている。さらにボロメータ材料3
33上の赤外線入射光側に赤外線吸収膜332が設けら
れるとともに、基板340上に赤外線反射膜335が設
けられ、これらの膜の干渉効果を利用することにより、
赤外線の吸収をより確実なものとしている。従って、図
3(a)のユニットセルでは、赤外入射光331の熱エ
ネルギーは赤外線吸収膜332に有効に吸収され、その
熱は、保護膜334で覆われたボロメータ材料333に
伝わり、その結果温度変化が生じボロメータ材料の抵抗
値が変化する。従って、このタイプのユニットセルは、
図1の第1のボロメータ素子101に用いられる。
【0041】次に図3(b)では、図1の第3のボロメ
ータ素子113の構造を示している。図3(a)のボロ
メータ素子との違いは、キャビティー338が存在しな
いことである。このため、入射赤外光の熱エネルギーは
速やかに基板に拡散し、ボロメータ材料の温度変化は殆
ど生じない。なお、抵抗値、温度係数は図3(a)の第
1のボロメータ素子と同じ電気特性であるから、ブリッ
ジの基準電位を得るのに好都合である。
ータ素子113の構造を示している。図3(a)のボロ
メータ素子との違いは、キャビティー338が存在しな
いことである。このため、入射赤外光の熱エネルギーは
速やかに基板に拡散し、ボロメータ材料の温度変化は殆
ど生じない。なお、抵抗値、温度係数は図3(a)の第
1のボロメータ素子と同じ電気特性であるから、ブリッ
ジの基準電位を得るのに好都合である。
【0042】図3(c)、(d)は赤外入射光の熱エネ
ルギーをボロメータ素子に与えないように、図(a)の
構造を一部変えたものである。図3(c)では、このた
めに、赤外光入射面に赤外線反射膜336を有してお
り、図3(d)ではボロメータ材料333の上方に遮光
板337を設けている。従って、図3(c)、(d)の
構造のボロメータ素子は、図1における第2のボロメー
タ素子112として利用される。
ルギーをボロメータ素子に与えないように、図(a)の
構造を一部変えたものである。図3(c)では、このた
めに、赤外光入射面に赤外線反射膜336を有してお
り、図3(d)ではボロメータ材料333の上方に遮光
板337を設けている。従って、図3(c)、(d)の
構造のボロメータ素子は、図1における第2のボロメー
タ素子112として利用される。
【0043】なお、本発明に係るリニア型赤外線検出素
子の製造方法を図3を参照して説明すると、基板340
に前記ボロメータ素子333を選択するためのユニット
セル選択スイッチや差動アンプなどを(不図示)を形成
する第1の工程と、基板上に犠牲層339を形成する第
2の工程と、その犠牲層339上にボロメータ材料から
なる膜333と膜333を挟むように保護膜334を形
成する第3の工程と、ボロメータ材料からなる膜333
を所定の形状にエッチングするとともに膜333を保護
膜334で被覆する第4の工程と、ボロメータ材料上に
赤外線吸収膜332または赤外線反射膜336を形成
し、所定の形状にパターニングする第5の工程と、第3
のボロメータ素子を含む所要の場所以外の犠牲層339
を除去して空間部(キャビティ)338を形成する第6
の工程と、前記空間部338を真空状態にする第7の工
程と、を含むものであり、この場合、熱的特性や電気的
特性を同一とするため第1のボロメータ素子、第2のボ
ロメータ素子、および第3のボロメータ素子は、同一材
料を用い、かつ、同一プロセスで製造される必要があ
る。
子の製造方法を図3を参照して説明すると、基板340
に前記ボロメータ素子333を選択するためのユニット
セル選択スイッチや差動アンプなどを(不図示)を形成
する第1の工程と、基板上に犠牲層339を形成する第
2の工程と、その犠牲層339上にボロメータ材料から
なる膜333と膜333を挟むように保護膜334を形
成する第3の工程と、ボロメータ材料からなる膜333
を所定の形状にエッチングするとともに膜333を保護
膜334で被覆する第4の工程と、ボロメータ材料上に
赤外線吸収膜332または赤外線反射膜336を形成
し、所定の形状にパターニングする第5の工程と、第3
のボロメータ素子を含む所要の場所以外の犠牲層339
を除去して空間部(キャビティ)338を形成する第6
の工程と、前記空間部338を真空状態にする第7の工
程と、を含むものであり、この場合、熱的特性や電気的
特性を同一とするため第1のボロメータ素子、第2のボ
ロメータ素子、および第3のボロメータ素子は、同一材
料を用い、かつ、同一プロセスで製造される必要があ
る。
【0044】
【発明の効果】本発明に係る二次元アレイ形赤外線検出
素子は上述のように構成したので、以下のような効果を
有する。
素子は上述のように構成したので、以下のような効果を
有する。
【0045】第1の効果は、オフセット成分の除去であ
る。背景輻射および自己発熱によるオフセット成分が除
去された正味の信号のみが取り出されることにより、信
号検出後のゲインを十分大きく取れることである。
る。背景輻射および自己発熱によるオフセット成分が除
去された正味の信号のみが取り出されることにより、信
号検出後のゲインを十分大きく取れることである。
【0046】第2の効果は、温度ドリフトの低減であ
る。これにより、従来のように動作中に頻繁にFPN補
正を行う必要がなくなり、赤外線カメラの操作性が向上
する。
る。これにより、従来のように動作中に頻繁にFPN補
正を行う必要がなくなり、赤外線カメラの操作性が向上
する。
【図1】本発明の二次元アレイ型赤外線検出素子の模式
的構造図である。
的構造図である。
【図2】本発明の二次元アレイ型赤外線検出素子のブリ
ッジ回路の模式的回路図である。(a)は、図1に示し
た本発明に係る具体例の二次元アレイ型赤外線検出素子
の任意のユニットセルに関する等価回路であり、それが
ブリッジ回路を構成していることを説明するための図で
ある。(b)〜(d)はその他の実施例を与えるブリッ
ジ回路である。
ッジ回路の模式的回路図である。(a)は、図1に示し
た本発明に係る具体例の二次元アレイ型赤外線検出素子
の任意のユニットセルに関する等価回路であり、それが
ブリッジ回路を構成していることを説明するための図で
ある。(b)〜(d)はその他の実施例を与えるブリッ
ジ回路である。
【図3】本発明の各ボロメータ素子の構造を示す模式的
断面図である。(a)は第1のボロメータ素子の構造を
示す。(b)は第3のボロメータ素子の構造を示す。
(c)および(d)は第2のボロメータ素子の構造を示
す。
断面図である。(a)は第1のボロメータ素子の構造を
示す。(b)は第3のボロメータ素子の構造を示す。
(c)および(d)は第2のボロメータ素子の構造を示
す。
【図4】従来例の二次元アレイ型赤外線検出素子の模式
的構成図である。
的構成図である。
100、400 ユニットセル 101、201、401 第1のボロメータ素子 102、402 ユニットセル選択スイッチ 103、203、403 グランド端子 104、404 垂直ライン 105、405 垂直ライン選択スイッチ 106、406 水平ライン 107、407 オンチップアンプ 108、208、408 出力端子 109、409 水平シフトレジスタ 110、410 垂直シフトレジスタ 111 電源スイッチ 112、212 第2のボロメータ素子 113、213a、213b 第3のボロメータ素子 114、214 電源端子 115、215 差動アンプ 116 信号処理回路 117、417 FPA 118 第1の参照素子領域 119 第2の参照素子領域 120 第3の参照素子領域 121、421 出力ライン 222 第1の中点 223 第2の中点 224、331 赤外入射光 332 赤外線吸収膜 333 ボロメータ材料 334 保護膜 335、336 赤外線反射膜 337 遮光版 338 キャビティ 339 犠牲層 340 基板 440 積分回路 441 積分トランジスタ 442 積分用キャパシタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−264792(JP,A) 特開 平9−168116(JP,A) 特開 平6−34448(JP,A) 特開 平8−201166(JP,A) 特開 平8−68700(JP,A) 特開 平7−318430(JP,A) 特開 平10−38677(JP,A) 特開 平8−105794(JP,A) 特開 平5−52659(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/02 G01J 1/42 - 1/44 G01J 5/02 G01J 5/20 - 5/24 H01L 27/14 H04N 5/30 - 5/335
Claims (11)
- 【請求項1】 基板上に複数のボロメータ素子を二次元
アレイ状に形成し、該ボロメータ素子を順に選択してそ
れぞれの位置に入射する赤外線を検出する赤外線検出素
子において、 前記ボロメータ素子が形成された前記基板との間に該基
板との間を熱的に遮断する熱分離構造を有し、該基板上
の赤外線を検出するための赤外線受光領域に二次元アレ
ー状に配列され、一端が垂直ラインに接続され、他端が
グランド端子および電源端子のいずれかに接続が可能で
あり、入射する赤外線を受光する複数の第1のボロメー
タ素子と、 前記第1のボロメータ素子の近傍に前記第1のボロメー
タ素子と同一の前記基板上に形成され、該基板との間に
該基板との間を熱的に遮断する熱分離構造を有し、一端
が垂直ラインに接続され、他端がグランド端子および電
源端子のいずれかに接続が可能であり、入射する赤外線
を受光しない構造の複数の第2のボロメータ素子と、 前記第1のボロメータ素子の近傍に前記第1のボロメー
タ素子と同一の前記基板上に形成され、一端が垂直ライ
ンに接続され、他端がグランド端子および電源端子のい
ずれかに接続が可能であり、該基板との間に熱分離構造
を持たない複数の第3のボロメータ素子と、の3種類の
ボロメータ素子を備え、 1個の前記第1のボロメータ素子、および、少なくとも
1個の前記第2のボロメータ素子と少なくとも1個の前
記第3のボロメータ素子とを含む3個のボロメータ素子
の計4個のボロメータ素子で、選択されたそれぞれ2個
のボロメータ素子が共通に接続される2本の垂直線をそ
れぞれ中点とし、前記電源と前記グランドと結ぶブリッ
ジ回路を形成し、複数の前記第1のボロメータ素子に対
応して形成された複数のブリッジ回路から選択された1
個のブリッジ回路の前記中点の電圧差から該ブリッジ回
路に含まれる前記第1のボロメータ素子に入射する赤外
線を検出することを特徴とする二次元アレイ型赤外線検
出素子。 - 【請求項2】 赤外線受光領域内に配列された任意の第
1のボロメータ素子が、同一列上に配列された第3のボ
ロメータ素子に接続し、 該第1のボロメータ素子と同一行上に配列された第2の
ボロメータ素子が、該第2のボロメータ素子と同一列上
に配列された、前記第3のボロメータとは別の第3のボ
ロメータ素子に接続し、各ボロメータ素子の相互に接続される側の端子と反対側
の端子にそれぞれ前記電源と前記グランドとが接続され
て これらの4個のボロメータ素子によってブリッジ回路
が形成され、前記第1のボロメータ素子と前記第3のボ
ロメータ素子との接続点と、前記第2のボロメータ素子
と前記第3のボロメータ素子との接続点が、該ブリッジ
回路の電圧の差を検出するための中点を構成する請求項
1に記載の二次元アレイ型赤外線検出素子。 - 【請求項3】 赤外線受光領域内に配列された任意の第
1のボロメータ素子が、同一列上に配列された第2のボ
ロメータ素子に接続し、 該第1ボロメータ素子と同一行上に配列された第3のボ
ロメータ素子が、該第3のボロメータ素子と同一列上に
配列された別の第3のボロメータ素子に接続し、各ボロメータ素子の相互に接続される側の端子と反対側
の端子にそれぞれ前記電源と前記グランドとが接続され
て これらの4個のボロメータ素子によってブリッジ回路
が形成され、前記第1のボロメータ素子と前記第2のボ
ロメータ素子との接続点と、前記第3のボロメータ素子
と前記第3のボロメータ素子との接続点が、該ブリッジ
回路の電圧の差を検出するための中点を構成する請求項
1に記載の二次元アレイ型赤外線検出素子。 - 【請求項4】 前記第1のボロメータ素子と同一行上に
配列された前記第2のボロメータ素子が各行毎に1個設
けられており、かつ各行毎に設けられた複数の前記第2
のボロメータ素子の1個を選択的にブリッジ回路の中で
使用するためのスイッチング素子を備えた請求項2に記
載の二次元アレイ型赤外線検出素子。 - 【請求項5】 前記第1のボロメータ素子と同一行上に
配列された前記第3のボロメータ素子が各行毎に1個設
けられており、かつ各行毎に設けられた複数の前記第3
のボロメータ素子の1個を選択的にブリッジ回路の中で
使用するためのスイッチング素子を備えた請求項3に記
載の二次元アレイ型赤外線検出素子。 - 【請求項6】 前記第2のボロメータ素子の赤外線の遮
蔽手段が、該第2のボロメータ素子の赤外線入射側に設
けられた赤外線遮断層である請求項1から請求項3のい
ずれか1項に記載の二次元アレイ型赤外線検出素子。 - 【請求項7】 前記第2のボロメータ素子の赤外線の遮
蔽手段が、前記基板の該第2のボロメータ素子上に設け
られた赤外線反射膜である請求項1から請求項3のいず
れか1項に記載の二次元アレイ型赤外線検出素子。 - 【請求項8】 前記ボロメータ素子が形成された基板
に、第1のボロメータ素子を選択するためのスイッチン
グトランジスタとともに、前記ブリッジ回路の中点の電
圧差検出用の差動増幅器が形成されている請求項1から
請求項3のいずれか1項に記載の二次元アレイ型赤外線
検出素子。 - 【請求項9】 基板上に複数のボロメータ素子を二次元
アレイ状に形成し、該ボロメータ素子を順に選択してそ
れぞれの位置に入射する赤外線を検出する請求項1から
請求項8の何れかに記載の赤外線検出素子の製造方法に
おいて、 前記基板に前記ボロメータ素子を選択するためのスイッ
チングトランジスタを形成する第1の工程と、 基板上に犠牲層を形成する第2の工程と、 前記犠牲層上にボロメータ材料からなる膜と該膜を挟む
ように保護膜を形成する第3の工程と、 前記ボロメータ材料からなる膜を所定の形状にエッチン
グするとともに、該膜を保護膜で被覆する第4の工程
と、 前記保護膜上に前記ボロメータの用途に従って、前記第
1のボロメータおよび前記第3のボロメータにあっては
赤外線吸収膜を、前記第2のボロメータにあっては赤外
線反射膜と遮光膜のいずれかを形成し、所定の形状にパ
ターニングする第5の工程と、 前記第1および第2のボロメータと前記基板との間に設
けられる熱分離構造の領域の前記犠牲層を除去して空間
部を形成する第6の工程と、 前記空間部を真空状態にする第7の工程と、 を含むことを特徴とする二次元アレイ型赤外線検出素子
の製造方法。 - 【請求項10】 前記基板との間に該基板との間を熱的
に遮断する熱分離構造を有し、該基板上の赤外線を検出
するための赤外線受光領域に二次元アレー状に配列さ
れ、一端が垂直ラインに接続され、他端が水平ラインに
より動作する選択スイッチを経由してグランド端子に接
続し、入射する赤外線を受光する複数の第1のボロメー
タ素子と、前記第1のボロメータ素子と同一の前記基板
上に形成され、該基板との間に該基板との間を熱的に遮
断する熱分離構造を有し、入射する赤外線を受光しない
構造の複数の第2のボロメータ素子と、前記第1のボロ
メータ素子と同一の前記基板上に形成され、該基板との
間に熱分離構造を有せず、入射する赤外線を受光する複
数の第3のボロメータ素子との3種類のボロメータ素子
は、同一材料を用い、かつ、同一プロセスで製造される
請求項9記載の二次元アレイ型赤外線検出素子の製造方
法。 - 【請求項11】 前記第1の工程に、前記3種類のボロ
メータ素子で形成されるブリッジ回路の中点電位を入力
とする差動増幅器の形成を含む請求項9に記載の二次元
アレイ型赤外線検出素子の製造方法。
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