JPH06283766A - 赤外線センサとその製造方法 - Google Patents
赤外線センサとその製造方法Info
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- JPH06283766A JPH06283766A JP5093841A JP9384193A JPH06283766A JP H06283766 A JPH06283766 A JP H06283766A JP 5093841 A JP5093841 A JP 5093841A JP 9384193 A JP9384193 A JP 9384193A JP H06283766 A JPH06283766 A JP H06283766A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 単一素子で移動している物体からの赤外線も
停止している物体からの赤外線も精度よく検出できる赤
外線センサを提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板の表面に形成した同一の上面絶縁
薄膜11上に焦電素子部15とサーモパイル部19,20を非接
触構造に一体に形成した。
停止している物体からの赤外線も精度よく検出できる赤
外線センサを提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板の表面に形成した同一の上面絶縁
薄膜11上に焦電素子部15とサーモパイル部19,20を非接
触構造に一体に形成した。
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８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に感度が
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に感度が
低いことが挙げられる。
【０００４】図９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を非接触構造に一体に形
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を非接触構造に一体に形
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。１９は
（ＢｉＳｂ）2 Ｔｅ3 、ＰｂＴｅ、ＺｎＳｂ等からなる
正の熱電能をもつ熱電材料甲、２０はＢｉ2（ＴｅＳ
ｅ）3，ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓＰ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。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との間に形成さ
れ、冷接点１８は上面絶縁薄膜１１の密着域１３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、２
４、２５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、ＳｉＯ2 膜をＡｕ黒又はＢｉ黒で被覆したものであ
る。図では吸収体２７は焦電素子部の上部電極１６上に
のみ形成されているが、特に該場所に限定する必要はな
く、サーモパイル部の温接点１７を覆う構造にしてもよ
い。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。１９は
（ＢｉＳｂ）2 Ｔｅ3 、ＰｂＴｅ、ＺｎＳｂ等からなる
正の熱電能をもつ熱電材料甲、２０はＢｉ2（ＴｅＳ
ｅ）3，ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓＰ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。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との間に形成さ
れ、冷接点１８は上面絶縁薄膜１１の密着域１３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、２
４、２５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、ＳｉＯ2 膜をＡｕ黒又はＢｉ黒で被覆したものであ
る。図では吸収体２７は焦電素子部の上部電極１６上に
のみ形成されているが、特に該場所に限定する必要はな
く、サーモパイル部の温接点１７を覆う構造にしてもよ
い。２８は下面絶縁薄膜である。
【０００９】図２は図１の実施例の製造方法を示す。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［図
２（ａ）］。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［図２（ｂ）］。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，Ｔｉ）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図１（ａ）に
示す円形に限定する必要はなく、後に実施例を示すよう
な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，Ｔｉ）Ｏ3，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）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。
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［図
２（ａ）］。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［図２（ｂ）］。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，Ｔｉ）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図１（ａ）に
示す円形に限定する必要はなく、後に実施例を示すよう
な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，Ｔｉ）Ｏ3，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）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、上面絶縁薄膜１１上に熱電材料甲１
９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１
９、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上にＣＶＤ法でＳｉＯ2 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［図２
（ｃ）］。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［図
２（ｄ）］。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〈２１１〉に合致させることにより、より
精密な加工が行なえる。
９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１
９、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上にＣＶＤ法でＳｉＯ2 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［図２
（ｃ）］。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［図
２（ｄ）］。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〈２１１〉に合致させることにより、より
精密な加工が行なえる。
【００１１】空胴域１３は図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
に示すような構造にしてもよい。図３（ａ）は、ｎ型Ｓ
ｉ結晶片の半導体基板１０の上面絶縁薄膜１１上に焦電
素子部とサーモパイル部を形成した後、該上面絶縁薄膜
１１の一部をエッチングにより除去して、この窓から前
述のｎ型Ｓｉエッチャントを使用して該ｎ型Ｓｉ結晶片
の上面側一部をエッチングして形成したものを示す。な
お、Ｐ型Ｓｉ結晶片の半導体基板を使用し、あらかじめ
空胴域にＰあるいはＡｓ等を拡散しておき、最後にこの
ｎ型領域を選択エッチングすることで、より精密な加工
ができる。図３（ｂ）は、まずｎ型Ｓｉ結晶片の表面を
Ｓｉ3Ｎ4膜で覆い、空胴域を形成する中央部のＳｉ3Ｎ4
膜をリン酸エッチャントで除去し、露出したｎ型Ｓｉ結
晶層を酸化しリンを拡大してリンガラスのダミー領域を
形成し、周辺部のＳｉ3Ｎ4膜を除去し、その後ＣＶＤ法
によって上面絶縁薄膜１１を形成し、該上面絶縁薄膜１
１上に焦電素子部とサーモパイル部を形成した後、フッ
酸系エッチャントでダミー領域のリンガラスを選択エッ
チングして形成したものを示す。図３（ｃ）は半導体基
板１０の中央部にフォトレジスト、ポリイミドあるいは
リンガラスのダミー領域を形成し、その上に上面絶縁薄
膜を形成し、最後にダミー領域を溶剤あるいはエッチャ
ントで除去して空胴域１３を形成したものを示す。
に示すような構造にしてもよい。図３（ａ）は、ｎ型Ｓ
ｉ結晶片の半導体基板１０の上面絶縁薄膜１１上に焦電
素子部とサーモパイル部を形成した後、該上面絶縁薄膜
１１の一部をエッチングにより除去して、この窓から前
述のｎ型Ｓｉエッチャントを使用して該ｎ型Ｓｉ結晶片
の上面側一部をエッチングして形成したものを示す。な
お、Ｐ型Ｓｉ結晶片の半導体基板を使用し、あらかじめ
空胴域にＰあるいはＡｓ等を拡散しておき、最後にこの
ｎ型領域を選択エッチングすることで、より精密な加工
ができる。図３（ｂ）は、まずｎ型Ｓｉ結晶片の表面を
Ｓｉ3Ｎ4膜で覆い、空胴域を形成する中央部のＳｉ3Ｎ4
膜をリン酸エッチャントで除去し、露出したｎ型Ｓｉ結
晶層を酸化しリンを拡大してリンガラスのダミー領域を
形成し、周辺部のＳｉ3Ｎ4膜を除去し、その後ＣＶＤ法
によって上面絶縁薄膜１１を形成し、該上面絶縁薄膜１
１上に焦電素子部とサーモパイル部を形成した後、フッ
酸系エッチャントでダミー領域のリンガラスを選択エッ
チングして形成したものを示す。図３（ｃ）は半導体基
板１０の中央部にフォトレジスト、ポリイミドあるいは
リンガラスのダミー領域を形成し、その上に上面絶縁薄
膜を形成し、最後にダミー領域を溶剤あるいはエッチャ
ントで除去して空胴域１３を形成したものを示す。
【００１２】上域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、空同域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１７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、空同域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１７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。
【００１３】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。
【００１４】図４（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施例
を示す。図４（ａ）は平面図で、図４（ｂ）は図４
（ａ）のＢＢ断面における断面図で、図１と同一の符合
は同一または相当する部分を示す。図１に示す実施例と
異なる点は、焦電素子部の少なくとも上部電極１６を覆
うようにＣＶＤ法でＳｉＯ2 膜からなる上部絶縁薄膜２
９を形成し、該上部絶縁薄膜２７を介して熱電材料甲、
乙１９、２０を焦電素子部と非接触構造に配設し、温接
点１７を空胴域１３の上のなるべく中心部側に形成した
点である。この実施例では、サーモパイル部からより高
感度の検出信号が得られる。
を示す。図４（ａ）は平面図で、図４（ｂ）は図４
（ａ）のＢＢ断面における断面図で、図１と同一の符合
は同一または相当する部分を示す。図１に示す実施例と
異なる点は、焦電素子部の少なくとも上部電極１６を覆
うようにＣＶＤ法でＳｉＯ2 膜からなる上部絶縁薄膜２
９を形成し、該上部絶縁薄膜２７を介して熱電材料甲、
乙１９、２０を焦電素子部と非接触構造に配設し、温接
点１７を空胴域１３の上のなるべく中心部側に形成した
点である。この実施例では、サーモパイル部からより高
感度の検出信号が得られる。
【００１５】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５（ａ）に示すように、焦電体
薄膜１５は上面絶縁薄膜１１の全面を覆う形状にしても
よく、又、図５（ｂ）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２
９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１３
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１
６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。
されるものではなく、図５（ａ）に示すように、焦電体
薄膜１５は上面絶縁薄膜１１の全面を覆う形状にしても
よく、又、図５（ｂ）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２
９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１３
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１
６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。
【００１６】図６（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６（ａ）は平面図
で、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣＣ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１５ｂ、上部電
極１６ａからなる第１の焦電素子部と同じ形状の１４
ｂ、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２４ａ、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２４ａ、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２４
ｂ、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６（ａ）は平面図
で、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣＣ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１５ｂ、上部電
極１６ａからなる第１の焦電素子部と同じ形状の１４
ｂ、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２４ａ、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２４ａ、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２４
ｂ、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。
【００１７】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１
に示す構造の実施例では、物体が左右に移動した場合、
焦電素子部から１．２×１０4 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の検出信号が得られた。又、図４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９．６×１０2 Ｖ／Ｗの検出信号が得られ
た。図６に示す実施例では、物体が右から左へ移動した
場合図７（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７（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９×１０3Ｖ／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１
に示す構造の実施例では、物体が左右に移動した場合、
焦電素子部から１．２×１０4 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の検出信号が得られた。又、図４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９．６×１０2 Ｖ／Ｗの検出信号が得られ
た。図６に示す実施例では、物体が右から左へ移動した
場合図７（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７（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９×１０3Ｖ／Ｗの検知信号が得られ
た。
【００１８】
【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。
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。
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】図１に示す実施例の製造方法を示す図である。
【図３】異なる構造の空胴域を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】焦電素子部の形状の異なる実施例を示す図であ
る。
る。
【図６】２つの焦電素子部を持つ実施例を示す図であ
る。
る。
【図７】図６に示す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。
出信号の例を示す図である。
【図８】サーモパイルの基本構造を示す図である。
【図９】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
Claims (3)
- 【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、該
焦電素子部と非接触構造に配設した複数の熱電対からな
るサーモパイル部を備えたことを特徴とする赤外線セン
サ。 - 【請求項２】 サーモパイル部を構成する複数の熱電対
を空隙または絶縁薄膜を介して焦電素子部と非接触構造
に配設したことを特徴とする請求項１に記載の赤外線セ
ンサ。 - 【請求項３】 半導体基板の少なくとも１つの表面に上
面絶縁薄膜を形成する工程と、該上面絶縁薄膜上に下部
電極と焦電体薄膜と上部電極を積層構造に配設して焦電
素子部を形成する工程と、外上面絶縁薄膜上に複数の熱
電対を焦電素子部と非接触構造に配設してサーモパイル
部を形成する工程と、上面絶縁薄膜上に焦電素子部とサ
ーモパイル部を形成した後に該上面絶縁薄膜の周辺部に
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
を形成する工程とからなる赤外線センサの製造方法。
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 true JPH06283766A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3217533B2 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 (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11191644A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検知素子 |
| JP2000146689A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Nippon Ceramic Co Ltd | 焦電型赤外線検出器 |
| JP2008046884A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Tempearl Ind Co Ltd | 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 |
Families Citing this family (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 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP09384193A patent/JP3217533B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JPH11191644A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検知素子 |
| JP2000146689A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Nippon Ceramic Co Ltd | 焦電型赤外線検出器 |
| 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 |
| JP2008046884A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Tempearl Ind Co Ltd | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3217533B2 (ja) | 2001-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |