JP5895205B2 - 赤外線放射素子 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線放射素子に関するものである。

従来から、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術などを利用して
製造される赤外線放射素子が研究開発されている。この種の赤外線放射素子は、ガスセンサや光学分析装置などの赤外線源として使用することができる。

この種の赤外線放射素子としては、例えば、文献１（日本国公開特許公報第平９−１８４７５７号）に示すように、図８および図９に示す構成の放射源が知られている。

この放射源は、基板１３と、基板１３上に形成された第１絶縁層２２と、第１絶縁層２２上に形成された放射表面層１１と、放射表面層１１上に形成された第２絶縁層２４、第２絶縁層２４上に形成された極めて細い複数の白熱フィラメント１０とを備えている。また、この放射源は、各白熱フィラメント１０を覆うように形成され各白熱フィラメント１０を保護する第３絶縁層２６と、第３絶縁層２６に形成された開口を通して各白熱フィラメント１０の両端部に接続された一対の金属パッド１５，１５とを備えている。第２絶縁層２４は、放射表面層１１と白熱フィラメント１０とを電気的に絶縁するために設けてある。また、文献１には、白熱フィラメント１０が、均一平面板としての多層構造をなす他の要素（第１絶縁層２２、放射表面層１１、第２絶縁層２４、第３絶縁層２６）により囲まれている旨が記載されている。また、文献１には、第１絶縁層２２および第３絶縁層２６を設ける目的は、白熱フィラメント１０および放射表面層１１が酸化しないように保護することである旨が記載されている。

また、基板１３には、放射表面層１１に対応して開口部１４が形成されている。文献１には、開口部１４を形成するために使用できるエッチング液として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、少量のピロカテコールを添加したエチレンジアミン水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）が記載されている。

基板１３は、（１００）配向のシリコンチップにより形成されている。また、第１絶縁層２２は、厚さが２００ｎｍの窒化シリコン層からなる。また、放射表面層１１は、厚さが約１μｍで、ホウ素、リンまたは砒素がドープされたポリシリコン膜からなる。また、第２絶縁層２４は、厚さが約５０ｎｍの窒化シリコン層からなる。また、白熱フィラメント１０は、厚さが約４００ｎｍのタングステン層からなる。また、第３絶縁層２６は、厚さが約２００ｎｍの窒化シリコン層からなる。金属パッド１５は、例えば、アルミニウムから形成されており、第３絶縁層２６に形成された開口を通して白熱フィラメント１０とオーム性接触を形成している。

また、放射源は、放射表面層１１が１ｍｍ²の面積を有している。白熱フィラメント１０の寸法については、例えば厚さを０．１−１μｍ、幅を２−１０μｍとし、その間隔を２０−５０μｍとしてある。

放射源は、白熱フィラメント１０が当該白熱フィラメント１０に流れる電流により加熱されるが、白熱フィラメント１０を、専ら放射表面層１１の加熱のために用いるものであり、放射表面層１１が主熱放射源として振る舞う。

ところで、赤外線放射素子を例えば分光式ガスセンサ用の赤外線源として用いる場合には、赤外線放射素子を間欠的に駆動することで赤外線を間欠的に放射させ、赤外線を検出する受光素子の出力をロックインアンプにより増幅することで、ガスセンサの出力のＳ／Ｎ比を向上できることが知られている。

しかしながら、図８および図９に示した放射源の構成では、白熱フィラメント１０の熱容量だけでなく、第１絶縁層２２、放射表面層１１、第２絶縁層２４および第３絶縁層２６それぞれの熱容量に起因して、白熱フィラメント１０へ与える電圧波形に対する放射表面層１１の温度変化の応答が遅くなる。このため、上述の放射源では、放射表面層１１の温度が上昇しにくくなり、低消費電力化および応答速度の高速化が難しい。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低消費電力化および応答速度の高速化が可能な赤外線放射素子を提供することにある。

本発明に係る赤外線放射素子の第１の形態は、熱絶縁性および電気絶縁性を有する第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成され、通電により赤外線を放射する発熱体層と、前記発熱体層に対して前記第１絶縁層とは反対側に形成され、熱絶縁性および電気絶縁性を有する第２絶縁層と、を備える。前記第２絶縁層は、前記発熱体層から放射される赤外線を透過するように構成される。前記発熱体層は、前記発熱体層のインピーダンスが前記第２絶縁層の接触する空間のインピーダンスと整合するように選択されたシート抵抗を有する。

本発明に係る赤外線放射素子の第２の形態では、前記第１の形態において、前記発熱体層のシート抵抗は、赤外線の放射率が規定値以上となるように選択される。

本発明に係る赤外線放射素子の第３の形態では、前記第２の形態において、前記発熱体層のシート抵抗は、７３Ω／□以上４９３Ω／□以下の範囲から選択される。

本発明に係る赤外線放射素子の第４の形態は、前記第１〜第３の形態のうちいずれか一つの形態において、基板を備える。前記第１絶縁層は、前記基板の一表面上に形成される。

本発明に係る赤外線放射素子の第５の形態では、前記第４の形態において、前記基板は、前記第１絶縁層を露出させる開口部を有する。

本発明に係る赤外線放射素子の第６の形態では、前記第５の形態において、前記発熱体層は、平面視において、前記第１絶縁層と前記開口部とが接する領域に配置される。

本発明に係る赤外線放射素子の第７の形態は、前記第５の形態又は前記第６の形態において、前記発熱体層に対して前記第１絶縁層とは反対側における前記発熱体層の両端部にそれぞれ形成される一対の電極を備える。

本発明に係る赤外線放射素子の第８の形態は、前記第７の形態において、平面視において前記開口部が形成されていない領域に所定方向に平行に配置される一対のパッドと、前記一対のパッドを前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続する一対の電気接続部と、を備える。前記一対の電気接続部は、前記発熱体層の重心を通り前記所定方向に伸びる中心線に対し、線対称に配置される。

本発明に係る赤外線放射素子の第９の形態では、前記第８の形態において、前記一対の電気接続部のそれぞれは、複数の配線で構成される。

本発明に係る赤外線放射素子の第１０の形態では、前記第８の形態又は前記第９の形態において、前記電気接続部は、タンタルで形成される。

本発明に係る赤外線放射素子の第１１の形態では、前記第１〜第１０の形態のうちいずれか一つの形態において、前記発熱体層は、窒化タンタルまたは導電性を有するポリシリコンで形成される。

（ａ）は実施形態１の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は実施形態２の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は実施形態３の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は実施形態４の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は実施形態５の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は実施形態６の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は実施形態７の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 従来例の放射源の平面図である。 図８の放射源のＡ−Ａ’線断面図である。

（実施形態１）
以下では、実施形態１の赤外線放射素子１について図１に基づいて説明する。

実施形態１の赤外線放射素子１は、基板２と、この基板２の一表面２１側に形成された第１絶縁層３と、この第１絶縁層３における基板２側とは反対側において第１絶縁層３に直接積層された発熱体層４とを備えている。また、赤外線放射素子１は、基板２の上記一表面２１側で発熱体層４の周部に接するように形成された一対の電極７，７を備える。また、赤外線放射素子１は、各電極７，７の各々に電気接続部８（配線８ａ）を介して電気的に接続された一対のパッド９，９を備えている。また、実施形態１の赤外線放射素子１は、第１絶縁層３における基板２側とは反対側で発熱体層４に直接積層され発熱体層４から放射される赤外線に対して透明な第２絶縁層５を備えている。基板２には、第１絶縁層３における発熱体層４側とは反対側の表面を露出させる開口部２ａが形成されている。この赤外線放射素子１では、発熱体層４への通電により発熱体層４から赤外線が放射される。

つまり、実施形態１の赤外線放射素子１は、第１絶縁層３と、第１絶縁層３上に形成された発熱体層４と、発熱体層４に対して第１絶縁層３とは反対側に形成された第２絶縁層５とを備える。発熱体層４は、通電により発熱し赤外線を放射する。また、実施形態１の赤外線放射素子１は基板２を備え、第１絶縁層３は、基板２の一表面２１上に形成されている。そして、基板２は、第１絶縁層３を露出させる開口部２ａを有する。

発熱体層４では、第２絶縁層５が接する空間（例えば、空気、窒素ガスなどの気体）とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗が設定されてある。

以下、赤外線放射素子１の各構成要素について詳細に説明する。

基板２は、上記一表面２１が（１００）面の単結晶のシリコン基板により形成されているが、これに限らず、（１１０）面の単結晶のシリコン基板により形成してもよい。また、基板２は、単結晶のシリコン基板に限らず、多結晶のシリコン基板でもよいし、シリコン基板以外でもよい。基板２の材料としては、第１絶縁層３の材料よりも熱伝導率が大きく且つ熱容量が大きな材料が好ましい。

基板２の外周形状は、矩形状である。つまり、基板２の厚み方向（図１（ａ）における紙面垂直方向；図１（ｂ）における上下方向）に直交する面内において、基板２は矩形状である。基板２の外形サイズは、特に限定されるものではないが、例えば、１０ｍｍ□以下（１０ｍｍ×１０ｍｍ以下）に設定されるのが好ましい。また、基板２の開口部２ａの開口形状は矩形状としてある。基板２の開口部２ａは、上記一表面２１（第１絶縁層３側の表面）側に比べて、基板２において前記一表面２１と反対側の面である他表面２２側での開口面積が大きくなる形状に形成されている。つまり、基板２の開口部２ａは、第１絶縁層３から離れるほど開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。基板２の開口部２ａは、基板２をエッチングすることにより形成されている。基板２として一表面２１が（１００）面の単結晶のシリコン基板を採用している場合、基板２の開口部２ａを、アルカリ系溶液をエッチング液として用いた異方性エッチングにより形成することができる。基板２の開口部２ａの開口形状は、特に限定されるものではない。また、赤外線放射素子１には、製造時において開口部２ａを形成する際のマスク層が無機材料からなる場合、基板２の他表面２２に、マスク層が残っていてもよい。なお、マスク層としては、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜などを採用することができる。

第１絶縁層３は、熱絶縁性及び電気絶縁性を有する。第１絶縁層３は開口部２ａを覆うように基板２の一表面２１に形成されている。第１絶縁層３は、開口部２ａと発熱体層４とを隔離するダイヤフラム部３Ｄと、基板２の上記一表面２１側で開口部２ａの周部に形成されダイヤフラム部３Ｄを支持する支持部３Ｓとからなる。つまり、第１絶縁層３は、基板２の一表面２１において開口部２ａ上に位置する部位であるダイヤフラム部３Ｄと、開口部２ａ上に位置しない部位である支持部３Ｓと、を有する。つまり、ダイヤフラム部３Ｄは、ダイヤフラム領域に形成されている。ダイヤフラム領域とは、平面視において、開口部２ａが基板２の一表面２１に形成されている領域である。ダイヤフラム領域を言い換えれば、平面視において、開口部２ａと第１絶縁層３（ダイヤフラム部３Ｄ）とが接する領域である。なお、「平面視において」とは、基板２（発熱体層４）の厚み方向から見た場合を指す。

また、赤外線放射素子１は、ダイヤフラム領域にダイヤフラム体を備える。実施形態１では、ダイヤフラム体は、第１絶縁層３（ダイヤフラム部３Ｄ）、発熱体層４、第２絶縁層５、電極７及び電気接続部８で構成されている。そして、実施形態１では、第１絶縁層３は基板２とはへりが一致するように形成されている。

また、第１絶縁層３は、基板２側のシリコン酸化膜と、このシリコン酸化膜における基板２側とは反対側に積層されたシリコン窒化膜とからなる。第１絶縁層３は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の単層構造でもよいし、その他の材料からなる単層構造や、２層以上の積層構造でもよい。

第１絶縁層３は、赤外線放射素子１の製造時において基板２の一表面２１と反対側の面である基板２の上記他表面２２側から基板２をエッチングして開口部２ａを形成する際のエッチングストッパ層としての機能も有している。

発熱体層４は、通電により発熱し赤外線を放射するように設計される。つまり、発熱体層４は、ヒータとして機能し、且つ、赤外線を放射する発光層として機能する。発熱体層４の平面形状は矩形状である。ここで、発熱体層４の平面形状を、発熱体層４の厚み方向に直交する面内における発熱体層４の形状と定義する。実施形態１の発熱体層４は、平面視において第１絶縁層３（ダイヤフラム部３Ｄ）と発熱体層４とが接する領域（ダイヤフラム領域）に形成されている。言い換えれば、発熱体層４は、平面視において、基板２の一表面２１側に開口部２ａが形成された領域（ダイヤフラム領域）に配置されている。さらに言い換えれば、発熱体層４は、基板２の一表面２１に平行する平面において、開口部２ａの内側に位置する。また、発熱体層４の平面サイズは、第１絶縁層３において開口部２ａに臨む表面の平面サイズよりも小さく設定するのが好ましい。つまり、発熱体層４の平面サイズは、ダイヤフラム部３Ｄの平面サイズ（前記一表面２１における開口部２ａのサイズ）よりも小さく設定するのが好ましい。ここで、ダイヤフラム部３Ｄの平面サイズは、特に限定するものではないが、例えば、５ｍｍ□以下（５ｍｍ×５ｍｍ以下）に設定するのが好ましい。

実施形態１の赤外線放射素子１は電極７を備え、電極７は、赤外線放射層４に接触する。赤外線放射層４における各電極７と接触する領域をコンタクト領域４ｂとよぶ。そして、発熱体層４のうち、コンタクト領域４ｂを除いた領域を、放射領域４ａとよぶ。つまり、発熱体層４は、コンタクト領域４ｂと放射領域４ａとを有する。実施形態１では、発熱体層４は、一対のコンタクト領域４ｂを対向するように備えている。実施形態１ではコンタクト領域４ｂは、発熱体層４における第１絶縁層３と反対側の表面（図１（ｂ）における上面）の端部に形成されている。そして、一対のコンタクト領域４ｂは、発熱体層４の端部に発熱体層４の幅方向（図１（ａ）の上下方向；図１（ｂ）の紙面垂直方向）に沿って形成されている。発熱体層４の平面サイズは、発熱体層４に各電極７の各々が重なる各コンタクト領域４ｂを除いた放射領域４ａの平面サイズが３ｍｍ□以下（３ｍｍ×３ｍｍ以下）となるように設定するのが好ましい。

発熱体層４の材料としては、窒化タンタルを採用している。つまり、発熱体層４は、窒化タンタルで形成された窒化タンタル層からなる。発熱体層４の材料としては、窒化タンタルに限らず、例えば、窒化チタン、ニッケルクロム、タングステン、チタン、トリウム、白金、ジルコニウム、クロム、バナジウム、ロジウム、ハフニウム、ルテニウム、ボロン、イリジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、オスミウム、レニウム、ニッケル、ホルミウム、コバルト、エルビウム、イットリウム、鉄、スカンジウム、ツリウム、パラジウム、ルテチウムなどを採用してもよい。また、発熱体層４の材料としては、導電性ポリシリコンを採用してもよい。つまり、発熱体層４を、導電性を有しポリシリコンで形成される導電性ポリシリコン層により構成してもよい。発熱体層４として、高温で化学的に安定であり、且つ、シート抵抗の設計容易性という観点から、窒化タンタル層もしくは導電性ポリシリコン層を採用することが好ましい。発熱体層４を窒化タンタル層で形成した場合、窒化タンタル層の組成（例えば、ＴａとＮとのモル比）を変えることにより、発熱体層４のシート抵抗を変えることが可能である。発熱体層４を導電性ポリシリコン層で形成した場合、導電性ポリシリコン層の不純物濃度などを変えることにより、発熱体層４のシート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層は、ｎ形不純物を高濃度にドーピングさせたｎ形ポリシリコン層により構成することができる。もしくは、導電性ポリシリコン層は、ｐ形不純物を高濃度にドーピングさせたｐ形ポリシリコン層であってもよい。発熱体層４を導電性ポリシリコン層（ｎ形ポリシリコン層）とし、ｎ形不純物として例えばリンを採用する場合には、不純物濃度を例えば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜５×１０²⁰ｃｍ^-3程度の範囲で適宜設定すればよい。また、発熱体層４を導電性ポリシリコン層（ｐ形ポリシリコン層）とし、ｐ形不純物として例えばボロンを採用する場合には、不純物濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度の範囲で適宜設定すればよい。なお、発熱体層４の材料として、基板２と発熱体層４との線膨張係数差に伴う熱応力に起因して発熱体層４が破壊されるのを防止するという観点から、基板２の材料との線膨張係数差が小さい材料が好ましい。

赤外線放射素子１において発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λは、発熱体層４の温度に依存する。ここで、発熱体層４の絶対温度をＴ〔Ｋ〕、ピーク波長をλ〔μｍ〕とすれば、ピーク波長λは、
λ＝２８９８／Ｔ
となり、発熱体層４の絶対温度Ｔと発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λとの関係がウィーンの変位則を満足している。赤外線放射素子１は、例えば、外部電源（図示せず）から一対のパッド９，９間に与える入力電力を調整することにより、発熱体層４に発生するジュール熱を変化させることができ、発熱体層４の温度を変化させることができる。つまり、発熱体層４の温度は、発熱体層４に与える電力に応じて、変化する。したがって、赤外線放射素子１は、発熱体層４への入力電力に応じて発熱体層４の温度を変化させることができ、また、発熱体層４の温度を変化させることで発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λを変化させることができる。また、実施形態１の赤外線放射素子１では、発熱体層４の温度を高くするほど赤外線の放射量を増大させることが可能となる。このため、赤外線放射素子１を、広範囲の赤外線波長域において高出力の赤外線光源として用いることが可能となる。例えば、赤外線放射素子１をガスセンサの赤外光源として使用する場合には、赤外線を受光するディテクタの光学フィルタで透過させる赤外線の周波数を任意に選ぶことにより、ガスセンサが検知するガスを選択することが可能となる。特に、光学フィルタを波長が異なる複数の赤外線を透過させるように設計することにより、ガスセンサで複数種類のガスを検知できる。

第２絶縁層５は、熱絶縁性と電気絶縁性とを有する。実施形態１の第２絶縁層５は、発熱体層４から放射される赤外線を透過するように構成される。また、実施形態１の第２絶縁層５は、発熱体層４と反対側の面において一部が配線８ａに覆われており、それ以外の部分は露出されて空間と接触している。第２絶縁層５は、シリコン窒化膜により構成してある。第２絶縁層５は、これに限らず、例えば、シリコン酸化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造を有していてもよい。第２絶縁層５は、発熱体層４への通電時に発熱体層４から放射される所望の波長ないし波長域の赤外線に対する透過率が高いほうが好ましいが、透過率が１００％であることを必須とするものではない。

実施形態１の第２絶縁層５は発熱体層４を覆っており、発熱体層４は、第２絶縁層５と第１絶縁層３との間に配置されている。そのため、第２絶縁層５は電極７を発熱体層４に接触させるためのコンタクトホール５ａを一対備える。コンタクトホール５ａは第２絶縁層５を貫通し、電極７はコンタクトホール５ａを通して発熱体層４上に形成される。そのため、電極７は発熱体層４に接触することができる。つまり、電極７を通して発熱体層４に通電できる。

赤外線放射素子１は、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５とで構成されるサンドイッチ構造（発熱体層４が第１絶縁層３と第２絶縁層５とにはさまれる構造）の応力バランスを考慮して、第１絶縁層３および第２絶縁層５それぞれの材料や厚さなどを設定することが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、上述のサンドイッチ構造の応力バランスを向上させることが可能となり、このサンドイッチ構造の反りや破損を、より抑制することが可能となって機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となる。

上述の発熱体層４の厚さ（図１（ａ）における紙面垂直方向の長さ、図１（ｂ）における上下方向の長さ）は、発熱体層４の低熱容量化を図るという観点から０．２μｍ以下とするのが好ましい。

第１絶縁層３の厚さと発熱体層４の厚さと第２絶縁層５の厚さとの合計の厚さは、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５との積層構造の低熱容量化を図るという観点から、例えば、０．１μｍ〜１μｍ程度の範囲で設定することが好ましく、０．７μｍ以下とするのがより好ましい。

一対の電極７，７は、基板２の上記一表面２１側において、発熱体層４の第１絶縁層２と反対側の表面の周部（図１（ａ）における左右両端部）と接する形で形成されている。つまり、赤外線放射素子１は、発熱体層４に対して前記第１絶縁層３とは反対側における発熱体層４の両端部にそれぞれ形成される一対の電極７，７を備える。実施形態１では、一対の電極７，７は、発熱体層４の幅方向（図１（ａ）の上下方向、図１（ｂ）の紙面垂直方向）に沿って形成され、発熱体層４の長さ方向（図１（ａ）、（ｂ）の左右方向）に並んでいる。各電極７は、第２絶縁層５に形成されたコンタクトホール５ａを通して発熱体層４上に形成され、発熱体層４と電気的に接続されている。ここで、各電極７は、発熱体層４とオーミック接触をなしている。

各電極７の材料として、実施形態１では、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ）を採用している。つまり、電極７は、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ）により形成されることが好ましい。また、電極７は、ＡｌやＡｌ−Ｃｕにより形成されることも好ましい。しかしながら、各電極７の材料は、特に限定するものではなく、例えば、金、銅などを採用してもよい。また、各電極７は、少なくとも、発熱体層４と接する部分が発熱体層４とオーミック接触が可能な材料であればよく、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、各電極７は、発熱体層４側から順に、第１層、第２層、第３層が積層された３層構造として、発熱体層４に接する第１層の材料を高融点金属（例えば、クロムなど）とし、第２層の材料をニッケルとし、第３層の材料を金としてもよい。

パッド９は、支持部３Ｓ上に形成されている。つまり、パッド９は、平面視において、開口部２ａが形成されていない領域に配置されている。さらに言い換えれば、パッド９は、基板２の一表面２ａに平行する平面において、開口部２ａの外側に配置される。そして、一対のパッド９は、平面視において、開口部２ａが形成されていない領域において互いに平行に配置されている。つまり、一対のパッド９は、所定方向に平行に配置されている。実施形態１では、一対のパッド９は、平面視において、開口部２ａが形成されている領域を挟んで互いに平行に配置されている。

また、一対の電気接続部８，８は、一対のパッド９，９を一対の電極７，７にそれぞれ電気的に接続する。実施形態１では、電気接続部８は一本の配線８ａで構成される。各電気接続部８（配線８ａ）および各パッド９は、各電極７と同じ材料により形成され、同じ層構造、同じ厚さに設定するのが好ましい。これにより、赤外線放射素子１では、各電気接続部８（配線８ａ）および各パッド９を各電極７と同時に形成することが可能となる。パッド９の厚さは、０．５〜２μｍ程度の範囲で設定することが好ましい。

赤外線放射素子１の製造にあたっては、例えば、基板２の上記一表面２１側に、第１絶縁層３、発熱体層４、第２絶縁層５を順次形成してから、第２絶縁層５にコンタクトホール５ａを形成し、その後、各電極７、各電気接続部８（配線８ａ）及び各パッド９を形成し、続いて、基板２に開口部２ａを形成すればよい。

第１絶縁層３のシリコン酸化膜の形成方法は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの薄膜形成技術を採用することができ、熱酸化法が好ましい。また、第１絶縁層３のシリコン窒化膜の形成方法は、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術を利用することができ、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法が好ましい。

発熱体層４の形成方法は、例えば、スパッタ法や蒸着法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。

第２絶縁層５の形成方法は、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。第２絶縁層５を形成する際のＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。

コンタクトホール５ａの形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用すればよい。

また、各電極７、各配線８ａおよび各パッド９の形成にあたっては、例えば、スパッタ法、蒸着法およびＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。また、開口部２ａの形成にあたっては、基板２の前記一表面２１と反対側の面である基板２の上記他表面２２側にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜（図示せず）をマスク層として形成し、基板２を上記他表面２２側からエッチングすることにより開口部２ａを形成すればよい。マスク層を形成するにあたっては、例えば、まず、第１絶縁層３のシリコン酸化膜の形成と同時に基板２の上記他表面２２側にマスク層の基礎となるシリコン酸化膜を形成し、第１絶縁層３のシリコン窒化膜の形成と同時に基板２の上記他表面２２側にシリコン窒化膜を形成する。マスク層の基礎となるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用すればよい。

実施形態１の赤外線放射素子１の製造方法では、開口部２ａの形成時に、第１絶縁層３をエッチングストッパ層として利用することにより、第１絶縁層３の厚さの精度を高めることが可能となるとともに、第１絶縁層３における開口部２ａ側に基板２の一部や残渣が残るのを防止することが可能となる。この製造方法では、赤外線放射素子１ごとの、第１絶縁層３の機械的強度のばらつきや、第１絶縁層３のダイヤフラム部３Ｄ全体の熱容量のばらつきを抑制することが可能となる。

上述の赤外線放射素子１を複数製造するにあたっては、開口部２ａの形成が終了するまでのプロセスを、ウェハレベルで行い、開口部２ａを形成した後、個々の赤外線放射素子１に分離すればよい。つまり、複数の赤外線放射素子１の製造にあたっては、例えば、基板２の基礎となるシリコンウェハを準備して、このシリコンウェハに複数の赤外線検出素子１を上述の製造方法に従って形成し、その後、個々の赤外線検出素子１に分離すればよい。

上述の赤外線放射素子１の製造方法から分かるように、赤外線放射素子１は、ＭＥＭＳの製造技術を利用して製造することができる。

ところで、発熱体層４は、上述のように、第２絶縁層５が接する空間（例えば、空気、窒素ガスなどの気体）とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗を設定してある。つまり、発熱体層４は、発熱体層４のインピーダンスが第２絶縁層５が接する空間のインピーダンスと整合するように選択されたシート抵抗を有する。

例えば、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用する場合、発熱体層４のシート抵抗は、発熱体層４の基礎となる窒化タンタル層を反応性スパッタ法により成膜する際の窒素ガスの分圧によって制御することが可能である。要するに、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用する場合、窒化タンタル層の組成（ＴａとＮとの比）を変えることにより、発熱体層４のシート抵抗を変えることが可能である。また、発熱体層４の材料として導電性ポリシリコンを採用する場合、発熱体層４のシート抵抗は、発熱体層４の基礎となる導電性ポリシリコン層の不純物濃度などを変えることにより、変えることが可能である。導電性ポリシリコン層の不純物濃度を制御する方法として、ノンドープのポリシリコン層を形成した後で不純物をドーピングする方法、成膜時に不純物をドーピングする方法などがある。

実施形態１の赤外線放射素子１において、上述の空間（気体）が空気であり、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用し、発熱体層４を所望の使用温度として例えば５００℃に加熱して使用する場合、この使用温度で発熱体層４からの赤外線の放射率が最大となる発熱体層４のシート抵抗は、１８９Ω／□（１８９Ω／sq.）であり、放射率の最大値は、５０％である。つまり、赤外線放射素子１は、発熱体層４のシート抵抗を１８９Ω／□とすれば、空気とのインピーダンスマッチングにより、赤外線の放射率を最大とすることが可能となる。したがって、放射率の低下を抑制して例えば４０％以上の放射率を確保するためには、発熱体層４のシート抵抗を７３〜４９３Ω／□の範囲で設定すればよい。なお、所望の使用温度において放射率が最大となるシート抵抗を規定シート抵抗と呼ぶことにすれば、所望の使用温度での発熱体層４のシート抵抗は、規定シート抵抗±１０％の範囲で設定するのが、より好ましい。つまり、赤外線放射素子１において、発熱体層４のシート抵抗は、赤外線の放射率が規定値以上となるように選択されることが好ましい。具体的には、発熱体層４のシート抵抗は７３Ω／□以上４９３Ω／□以下の範囲から選択されることが好ましい。

赤外線放射素子１は、基板２と、第１絶縁層３と、発熱体層４と、第２絶縁層５と、一対の電極７，７とを備え、発熱体層４への通電により発熱体層４から赤外線が放射されるものであり、基板２に、第１絶縁層３における発熱体層４側とは反対側の表面を露出させる開口部２ａが形成され、発熱体層４に関し、第２絶縁層５が接する空間（気体）とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗を設定してある。

以上述べたように、実施形態１の赤外線放射素子１は、以下の第１〜第７、第１１の特徴を有する。なお、第８〜第１０の特徴については、後述する。

第１の特徴では、赤外線放射素子１は、熱絶縁性および電気絶縁性を有する第１絶縁層３と、第１絶縁層３上に形成され、通電により赤外線を放射する発熱体層４と、発熱体層４に対して第１絶縁層３とは反対側に形成され、熱絶縁性および電気絶縁性を有する第２絶縁層５と、を備える。第２絶縁層５は、発熱体層４から放射される赤外線を透過するように構成される。発熱体層４は、発熱体層４のインピーダンスが第２絶縁層５の接触する空間のインピーダンスと整合するように選択されたシート抵抗を有する。

第２の特徴では、第１の特徴を備える赤外線放射素子１において、発熱体層４のシート抵抗は、赤外線の放射率が規定値以上となるように選択される。なお、本実施形態の赤外線放射素子１において、第２の特徴は任意の特徴である。

第３の特徴では、第２の特徴を備える赤外線放射素子１において、発熱体層４のシート抵抗は、７３Ω／□以上４９３Ω／□以下の範囲から選択される。なお、本実施形態の赤外線放射素子１において、第３の特徴は任意の特徴である。

第４の特徴では、第１〜第３の特徴のうち、いずれか一つの特徴を備える赤外線放射素子１において、赤外線放射素子１は、基板２を備える。そして、第１絶縁層３は、基板２の一表面２１上に形成される。なお、本実施形態の赤外線放射素子１において、第４の特徴は任意の特徴である。

第５の特徴では、第４の特徴を備える赤外線放射素子１において、基板２は、第１絶縁層３を露出させる開口部２ａを有する。なお、本実施形態の赤外線放射素子１において、第５の特徴は任意の特徴である。

第６の特徴では、第５の特徴を備える赤外線放射素子１において、発熱体層４は、平面視において第１絶縁層３と開口部２ａとが接している領域に配置される。なお、第６の特徴は、本実施形態の赤外線放射素子１において、任意の特徴である。

第７の特徴では、第５又は第６の特徴を備える赤外線放射素子１において、赤外線放射素子１は、発熱体層４に対して第１絶縁層３とは反対側において発熱体層４の両端部にそれぞれ形成される一対の電極７，７を備える。なお、本実施形態の赤外線放射素子１において、第７の特徴は任意の特徴である。

また、第１と第４、第５、及び第７の特徴を備える赤外線放射素子１を換言すれば、赤外線放射素子１は、基板２と、基板２の一表面２１側に形成された第１絶縁層３と、第１絶縁層３における基板２側とは反対側に直接積層された発熱体層４と、前記基板２の前記一表面２１側で発熱体層４の周部に接するように形成された一対の電極７，７と、第１絶縁層３における基板２側とは反対側で発熱体層４に直接積層され発熱体層４から放射される赤外線に対して透明な第２絶縁層５とを備える。基板２は、第１絶縁層３における発熱体層４側とは反対側の表面を露出させる開口部２ａが形成されてなる。発熱体層４は、第２絶縁層５が接する気体とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗を設定されている。

そして、第１１の特徴では、第１〜第１０のうちいずれか一つの特徴を備える赤外線放射素子１において、発熱体層４は、窒化タンタル層もしくは導電性ポリシリコン層からなる。なお、本実施形態の赤外線放射素子１において、第１１の特徴は任意の特徴である。

上記の第１１の特徴を換言すれば、発熱体層４は、窒化タンタルまたは導電性を有するポリシリコンで形成される。

ここで、赤外線放射素子の赤外線の出力は、赤外線を放射する層（実施形態１では、発熱体層４）の赤外線放射率に略比例する。そして、赤外線放射率は一般的に、赤外線を放射する物体（実施形態１では、発熱体層４）の温度の４乗に略比例することが知られている。なお、発熱体層４の温度は、発熱体層４に入力される熱量（電力）に比例し、発熱体層４、第１絶縁層３、第２絶縁層５の熱容量に反比例する。そして、層の熱容量は、単位面積あたりの層の厚みに比例する。

従来の赤外線放射素子では、例えば文献１に示すように、赤外線の出力を向上させるために、赤外線を放射する層（放射表面層）の体積を増やす方法を採用し、放射表面層の厚みを大きくしている（文献１では、放射表面層の厚みは約１μｍ）。しかしながら、放射表面層の厚みを大きくした赤外線放射素子では、放射表面層の熱容量が増大するために、放射表面層が薄い赤外線放射素子に比べて、赤外線の出力がかえって小さくなるおそれがある。つまり、厚い放射表面層は、薄い放射表面層に比べ、同じ温度に到達するために必要とされる電力が大きい（ここでは、厚い放射表面層と薄い放射表面層とは、厚み以外の条件は同じである）。そのため、厚い放射表面層と薄い放射表面層とに同じ電力を与えたとしても、厚い放射表面層の温度上昇は薄い放射表面層よりも小さくなる。したがって、厚い放射表面層の赤外線放射率は、薄い放射表面層よりも小さくなるおそれがある。

また、厚い放射表面層を備える赤外線放射素子が高い赤外線の出力を発揮するためには、大きな電力を与える必要がある。すなわち、厚い放射表面層を備える赤外線放射素子では、低消費電力化が難しくなる。

一方、実施形態１の赤外線放射素子１では、赤外線の出力を向上させるため、発熱体層４のインピーダンスと第２絶縁層５が接触する空間のインピーダンスとが整合するように構成されている。そのため、赤外線放射素子１では、赤外線を放射する層（発熱体層４）の厚みが従来の赤外線放射素子に比べ薄くても（例えば０．２μｍ）、発熱体層４は、比較的に大きな赤外線放射率（５０％ほど）を有する。つまり、実施形態１の赤外線放射素子１では、発熱体層４と第２絶縁層５が接触する空間とのインピーダンスを整合させることにより、発熱体層４の熱容量を大きくせずとも（厚みを大きくせずとも）、赤外線の放射率を大きくでき、赤外線放射素子１を高出力化することができる。

また、物体の熱時定数は、一般的に、物体の備える熱容量に比例することが知られている。そのため、従来のように、赤外線を放射する層（放射表面層）を厚くした赤外線放射素子では、放射表面層の熱容量が増大するとともに熱時定数も大きくなる。すなわち、従来の赤外線放射素子では、応答速度の高速化が困難である。

一方、実施形態１では、発熱体層４の熱容量を大きくせずとも高出力化された赤外線放射素子１を得ることができ、つまり、高出力化された赤外線放射素子１の発熱体層４の熱時定数を小さくすることができる。そのため、赤外線放射素子１を高出力化すると共に、赤外線放射素子１の応答速度を高速化することができる。

したがって、実施形態１の赤外線放射素子１は、低消費電力化と応答速度の高速化の両立を可能にする。つまり、実施形態１の赤外線放射素子１では、低消費電力化および応答速度の高速化が可能となる。

しかして、赤外線放射素子１は、基板２の上記一表面２１側に形成された積層構造（ここでは、第１絶縁層３、発熱体層４および第２絶縁層５）の熱容量を低減することが可能となり、且つ、発熱体層４の放射率の低下を抑制することが可能となる。よって、実施形態１の赤外線放射素子１では、低消費電力化および応答速度の高速化が可能となる。なお、赤外線放射素子１は、基板２の上記一表面２１側の積層構造の熱容量を低減することにより、一対のパッド９，９間へ与える電圧波形に対する発熱体層４の温度変化の応答を速くすることが可能となって発熱体層４の温度が上昇しやすくなり、高出力化および応答速度の高速化を図ることが可能となる。

また、赤外線放射素子１は、基板２を単結晶のシリコン基板から形成し、第１絶縁層３をシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とで構成してある。これにより、赤外線放射素子１は、第１絶縁層３に比べて基板２の熱容量および熱伝導率それぞれが大きく、基板２がヒートシンクとしての機能を有するので、小型化、入力電力に対する応答速度の高速化、赤外線の放射特性の安定性の向上を図ることが可能となる。

また、赤外線放射素子１では、発熱体層４の材料として、シリコンよりも高融点の窒化タンタルを採用している。そのため、ダイヤフラム体を構成する発熱体層４ではない部材（実施形態１では、第１絶縁層３、第２絶縁層５、電極７、電気接続部８）が、発熱体層４よりも高融点であれば、発熱体層４の温度を、基板２を構成するシリコンの最高使用温度（シリコンの融点よりもやや低い温度）まで上昇させることが可能となり、赤外線発光ダイオードに比べて赤外線の放射量を大幅に増大させることが可能となる。また、赤外線放射素子１は、各電極７において少なくとも発熱体層４に接する部位がシリコンよりも高融点の金属により形成されていれば、発熱体層４の温度を各電極７の材料に制約されることなく上昇させることが可能となる。

つまり、ダイヤフラム体を構成する発熱体層４ではない部材の材料として、発熱体層４よりも融点の高い材料を用いれば、発熱体層４の温度を発熱体層４の融点よりやや低い温度にまで上昇させることができる。なお、ここでの発熱体層４の温度とは、発熱体層４の中心付近（重心付近）の温度を指すものとする。

発熱体層４を窒化タンタルなど、高融点材料（融点が高い材料）で形成した場合、ダイヤフラム体を構成する他の部材の材料（第１絶縁層３、第２絶縁層５、電極７、電気接続部８）は、以下のような高融点材料から形成できる。

第１絶縁層３及び第２絶縁層５に用いられる高融点材料は、例えば、高融点を有する絶縁物（二酸化ケイ素、窒化ケイ素）である。

電極７及び電気接続部８（配線８ａ）に用いられる高融点材料は、例えば、高融点を有する金属（タンタル、タングステン、モリブデンなど）、高融点を有する貴金属（白金、ルテニウム、イリジウムなど）、及び、高融点を有する導電性材料（導電性を有する単結晶シリコン、導電性を有するポリシリコン、導電性を有する単結晶ゲルマニウム、導電性を有するポリゲルマニウム、導電性カーボン）から選択される。なお、実施形態１では、電気接続部８は、タンタル（Ｔａ）で形成されている。

また、電気接続部８を上述したような高融点を有する貴金属で形成すると、電気接続部８が露出されて形成された場合であっても、発熱体層４の温度を上昇させたときに、電気接続部８が酸化されて電気抵抗が変化することを抑制することができる。

なお、高融点材料は、基板２を形成する材料より高い融点を有する材料であればよい。例えば、基板２がシリコンで形成された場合、高融点材料は、シリコンの融点より高い融点を有する材料から選択される。

また、ダイヤフラム体を構成する部材のうち発熱体層４ではない部材（例えば、電気接続部８）が、発熱体層４よりも低融点である場合には、発熱体層４の温度（発熱体層４の中心付近の温度）を、ダイヤフラム体を構成する部材のうち最も融点の低い材料の融点より少し低い温度まで上昇させることができる。ここで、発熱体層４は、発熱体層４の周部に近い部位ほど、大きく放熱しやすい。また、発熱体層４は、基板２に近い部位ほど大きく放熱しやすい。そのため、発熱体層４の周部の温度は、発熱体層４の中心の温度に比べて低くなる。そして、発熱体層４の周部に接触する電気接続部８は、発熱体層４に接触する部位やその近傍では、発熱体層４の周部と略同じ温度になる。しかしながら、上述したように、発熱体層４の周部の温度は、発熱体層４の中心付近の温度よりやや低くなるため、発熱体層４の中心付近の温度を、ダイヤフラム体を構成する材料のうち、最も融点の低い材料の融点より少し低い温度に設定すれば、赤外線放射素子１を安定して使用することができる。 以上述べたように、実施形態１の赤外線放射素子１は、第１〜第７、第１１の特徴に加え、以下の第１０の特徴を有する。

第１０の特徴では、電気接続部８は、タンタルで形成される。なお、実施形態１の赤外線放射素子１において、第１０の特徴は、任意の特徴である。

赤外線放射素子１では、発熱体層４、電極７、配線８ａおよびパッド９が、平面視（厚
み方向（図１（ａ）の紙面垂直方向；図１（ｂ）の上下方向）から見た場合）において一対の電極７，７の並ぶ方向に直交する赤外線放射素子１の中心線を対称軸として線対称に配置されていることが好ましい。つまり、赤外線放射素子１における発熱体層４が形成された側の面の構造は、平面視において、赤外線放射素子１の中心を通る赤外線放射素子１の長さ方向（図１（ａ）の上下方向、図１（ｂ）の紙面垂直方向）の仮想線を対称軸として線対称である。さらに換言すれば、一対の電気接続部８は、中心線に対して線対称に配置される。前記中心線とは、発熱体層４の重心を通り前記所定方向に伸びる線である。一対のパッド９は、前記所定方向と平行に配置されている。これにより、赤外線放射素子１は、機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となるとともに、発熱体層４の温度の面内ばらつきを抑制することが可能となる。本実施形態では、一対の電気接続部８だけでなく、発熱体層４、電極７も、前記中心線に対して線対称に配置される。換言すれば、赤外線放射素子１の構造は、発熱体層４が形成された側の面の面心を通り赤外線放射素子１の厚み方向に沿った仮想線を回転軸として、２回対称である。

以上述べたように、実施形態１の赤外線放射素子１は、第１〜第７、第１０、及び第１１の特徴に加え、第８の特徴を備える。第８の特徴では、赤外線放射素子１は、平面視において、開口部２ａが形成されていない領域に前記所定方向に平行に配置される一対のパッド９と、一対のパッド９を一対の電極７にそれぞれ電気的に接続する一対の電気接続部８とを備える。一対の電気接続部８は、発熱体層４の重心を通り前記所定方向に伸びる中心線に対して、線対称に配置される。なお、実施形態１の赤外線放射素子１において、第８の特徴は、任意の特徴である。

（実施形態２）
以下では、実施形態２の赤外線放射素子１について図２に基づいて説明する。

実施形態２の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１と同様に、上記の第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴を有する。そして、実施形態２の赤外線放射素子１は、第２絶縁層５を、第１絶縁層３におけるダイヤフラム部３Ｄの厚み方向（図２（ａ）の紙面垂直方向；図２（ｂ）の上下方向）への投影領域内のみに形成してある点が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。つまり、実施形態２の赤外線放射素子は、実施形態１の赤外線放射素子１と、第２絶縁層５が形成される領域において異なる。具体的には、実施形態２の赤外線放射素子１では、第２絶縁層５は、平面視において一表面２１に開口部２ａが設けられたダイヤフラム領域にのみに形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

実施形態２の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１に比べて、基板２の上記一表面２１側に形成された積層構造（第１絶縁層３、発熱体層４および第２絶縁層５）の熱容量を低減することが可能となり、より一層の低消費電力化を図ることが可能となる。

（実施形態３）
以下では、実施形態３の赤外線放射素子１について図３に基づいて説明する。

実施形態３の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１と同様に、上記の第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴を有する。そして、実施形態３の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１と、１つの電気接続部８が複数の配線８ａで構成されている点で異なる。つまり、実施形態３の赤外線放射素子１は、第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴に加えて、以下に記載する第９の特徴を有する。具体的には、実施形態３の赤外線放射素子１は、電極７とパッド９とを接続する電気接続部８が配線８ａを２つずつ有する点が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

電極７とパッド９とを接続する電気接続部８は、２つの配線８ａ，８ａで構成されている。配線８ａは、平面視（図３（ａ）の紙面垂直方向から見た場合；図３（ｂ）の上下方向から見た場合）において一対のパッド９，９の並設方向に直交する方向における発熱体層４の両端部それぞれに接続してある。つまり、配線８ａは電極７の端部に接触し、赤外線放射素子１の幅方向（図３（ａ）及び図３（ｂ）における左右方向）に延びた形状で配置されている。これにより、実施形態３の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１のように上記並設方向に直交する方向における発熱体層４の中央部に１つの配線８ａを接続してある場合に比べて、発熱体層４に流れる電流の電流密度の均一化を図ることが可能となる。

ところで、赤外線放射素子１では、発熱体層４の発熱に起因する膨張、収縮に伴ってダイヤフラム部３Ｄが変形し、電気接続部８（配線８ａ）などに機械的なストレスがかかるおそれがある。実施形態３の赤外線放射素子１は、電極７とパッド９とを接続する配線８ａを２つずつ備えているので、２つの配線８ａのうちの一方が断線しても、使用することが可能であり、信頼性の向上および長寿命化を図ることが可能となる。実施形態３では電気接続部８が２つの配線８ａで構成されているが、電気接続部８は、３つ以上の配線８ａで構成されていてもよい。

以上に述べたように、実施形態３の赤外線放射素子１は、上記の第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴に加えて、第９の特徴を有する。

第９の特徴では、一対の電気接続部８のそれぞれは、複数の配線８ａで構成される。なお、実施形態３の赤外線放射素子１において、第２、第３、第１０、及び第１１の特徴は、任意の特徴である。

なお、他の実施形態においても、電極７とパッド９とを接続する配線８ａを２つずつ備えるようにしてもよい。

（実施形態４）
以下では、実施形態４の赤外線放射素子１について図４に基づいて説明する。

実施形態４の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１と同様に、上記の第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴を有する。そして、実施形態４の赤外線放射素子１は、発熱体層４の平面形状（発熱体層４の厚み方向（図４（ａ）における紙面垂直方向；図４（ｂ）における上下方向）に直交する面内における発熱体層４の形状）を円形状としてある点が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

実施形態４の赤外線放射素子１では、実施形態１の赤外線放射素子１のように発熱体層４の平面形状を矩形状としてある場合に比べて、発熱体層４の温度のばらつきを低減することが可能となり、熱損失に起因した発熱体層４の赤外線放射効率の低下を抑制することが可能となる。これにより、実施形態４の赤外線放射素子１は、低消費電力化を図ることが可能となる。

なお、実施形態３の赤外線放射素子１において、発熱体層４の平面形状を円形状としてもよい。

（実施形態５）
以下では、実施形態５の赤外線放射素子１について図５に基づいて説明する。

実施形態５の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１と同様に、上記の第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴を有する。そして、実施形態５の赤外線放射素子１は、発熱体層４の平面形状（発熱体層４の厚み方向（図５（ａ）における紙面垂直方向；図５（ｂ）の上下方向）に直交する面内の発熱体層４の形状）が実施形態１〜４の赤外線放射素子１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

実施形態５の赤外線放射素子１における発熱体層４の平面形状は、一対の電極７，７の並設方向において各電極７から離れるにつれて発熱体層４の幅寸法（図５（ａ）における上下方向の寸法）が徐々に小さくなる形状となっている。

実施形態５の赤外線放射素子１では、実施形態１の赤外線放射素子１のように発熱体層４の平面形状を矩形状としてある場合に比べて、発熱体層４の温度のばらつきを低減することが可能となり、熱損失に起因した発熱体層４の赤外線放射効率の低下を抑制することが可能となる。これにより、実施形態５の赤外線放射素子１は、低消費電力化を図ることが可能となる。

（実施形態６）
以下では、実施形態６の赤外線放射素子１について図６に基づいて説明する。

実施形態６の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１と同様に、上記の第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴を有する。そして、実施形態６の赤外線放射素子１は、第１絶縁層３のダイヤフラム部３Ｄと第２絶縁層５とが積層された領域に、基板２の開口部２ａに連通する複数（図６（ａ）では、６つ）の貫通孔３Ｈが形成されている点が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。つまり、実施形態６では、平面視において、ダイヤフラム領域のうち発熱体層４が形成されていない領域に、貫通孔３Ｈが形成されている。更に言えば、貫通孔３Ｈは、ダイヤフラム領域のうち、発熱体層４が形成されておらず、第１絶縁層３と第２絶縁層５とが形成されている領域に形成されている。つまり、貫通孔３Ｈは、発熱体層４を貫通せずに、第１絶縁層３及び第２絶縁層５を開口部２ａ上で貫通している。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

複数の貫通孔３Ｈは、平面視（図６（ａ）における紙面垂直方向から見た場合；図６（ｂ）の上下方向から見た場合）において発熱体層４を取り囲むように配置されていることが好ましいが、図６（ａ）の例に限定するものではない。各貫通孔３Ｈの平面視での開口形状は、長円状としてあるが、これに限定するものではなく、例えば、円形状でもよい。また、図６（ａ）の例では、各貫通孔３Ｈが、平面視において矩形状の発熱体層４の外周のいずれか１辺に沿って配置される長円状の開孔形状であるが、これに限らず、２辺に沿って配置されるＬ字状の開口形状や、３辺に沿って配置されるＵ字状の開口形状としてもよい。

また、複数の貫通孔３Ｈは、平面視において一対の電極７，７の並ぶ方向に直交する赤外線放射素子１の中心線を対称軸として線対称に配置されていることが好ましい。

実施形態６の赤外線放射素子１は、上述の複数の貫通孔３Ｈが形成されていることにより、発熱体層４と基板２との間の熱コンダクタンスを小さくすることが可能となり、より一層の低消費電力化を図ることが可能となる。

なお、実施形態６の赤外線放射素子１においては、発熱体層４の平面形状（発熱体層４の厚み方向（図６（ａ）における紙面垂直方向；図６（ｂ）の上下方向）に直交する面内の発熱体層４の形状）を実施形態４や実施形態５それぞれと同様の形状としてもよい。

（実施形態７）
以下では、実施形態７の赤外線放射素子１について図７に基づいて説明する。

実施形態７の赤外線放射素子１は、実施形態１の赤外線放射素子１と同様に、上記の第１〜第８、第１０、及び第１１の特徴を有する。そして、実施形態７の赤外線放射素子１は、基板２の開口部２ａ上にある第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５との積層構造部が、配線８ａ，８ａを介して第１絶縁層３の支持部３Ｓに支持されている点が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

実施形態７の赤外線放射素子１は、上述の積層構造部の周囲を全周に亘って囲むスリット６が、第１絶縁層３と第２絶縁層５との積層膜に形成されており、このスリット６が開口部２ａと連通している。

実施形態７の赤外線放射素子１は、実施形態１に比べて、発熱体層４と基板２との間の熱コンダクタンスを小さくすることが可能となり、より一層の低消費電力化を図ることが可能となる。

なお、実施形態７の赤外線放射素子１においては、発熱体層４の平面形状（発熱体層４の厚み方向（図７（ａ）における紙面垂直方向；図７（ｂ）における上下方向）に直交する面内の発熱体層４の形状）を実施形態４や実施形態５それぞれと同様の形状としてもよい。

各実施形態の赤外線放射素子１は、ガスセンサ用の赤外光源に限らず、例えば、赤外光通信用の赤外光源、分光分析用の赤外光源などに使用することが可能である。

Claims (11)

1. 熱絶縁性および電気絶縁性を有する第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層上に形成され、通電により赤外線を放射する発熱体層と、
   前記発熱体層に対して前記第１絶縁層とは反対側に形成され、熱絶縁性および電気絶縁性を有する第２絶縁層と、
   を備え、
   前記第２絶縁層は、前記発熱体層から放射される赤外線を透過するように構成され、
   前記発熱体層は、前記発熱体層のインピーダンスが前記第２絶縁層の接触する空間のインピーダンスと整合するように選択されたシート抵抗を有する
   ことを特徴とする赤外線放射素子。
2. 前記発熱体層のシート抵抗は、赤外線の放射率が規定値以上となるように選択される
   ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線放射素子。
3. 前記発熱体層のシート抵抗は、７３Ω／□以上４９３Ω／□以下の範囲から選択される
   ことを特徴とする請求項２に記載の赤外線放射素子。
4. 基板を備え、
   前記第１絶縁層は、前記基板の一表面上に形成される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線放射素子。
5. 前記基板は、前記第１絶縁層を露出させる開口部を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の赤外線放射素子。
6. 前記発熱体層は、平面視において、前記第１絶縁層と前記開口部とが接する領域に配置される
   ことを特徴とする請求項５に記載の赤外線放射素子。
7. 前記発熱体層に対して前記第１絶縁層とは反対側における前記発熱体層の両端部にそれぞれ形成される一対の電極を備える
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の赤外線放射素子。
8. 平面視において、前記開口部が形成されていない領域に配置される一対のパッドと、
   前記一対のパッドを前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続する一対の電気接続部と、
   を備え、
   前記一対のパッドは、所定方向に平行に配置され、
   前記一対の電気接続部は、前記発熱体層の重心を通り前記所定方向に伸びる中心線に対して、線対称に配置される
   ことを特徴とする請求項７に記載の赤外線放射素子。
9. 前記一対の電気接続部のそれぞれは、複数の配線で構成される
   ことを特徴とする請求項８に記載の赤外線放射素子。
10. 前記電気接続部は、タンタルで形成される
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の赤外線放射素子。
11. 前記発熱体層は、窒化タンタルまたは導電性を有するポリシリコンで形成される
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の赤外線放射素子。

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