JPH07190854A - 赤外線センサ - Google Patents

赤外線センサ

Info

Publication number
JPH07190854A
JPH07190854A JP5347400A JP34740093A JPH07190854A JP H07190854 A JPH07190854 A JP H07190854A JP 5347400 A JP5347400 A JP 5347400A JP 34740093 A JP34740093 A JP 34740093A JP H07190854 A JPH07190854 A JP H07190854A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
infrared
film
absorbing film
sensitive element
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5347400A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Ueshima
啓史 上嶋
Manabu Yamada
学 山田
Mamoru Takusagawa
守 田草川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP5347400A priority Critical patent/JPH07190854A/ja
Publication of JPH07190854A publication Critical patent/JPH07190854A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来より高い赤外線吸収効率をもつ赤外線セン
サを提供すること。 【構成】図1は、本発明の一例の楔型構造の温度感応膜
を有する赤外線センサの断面図で、Si基板7に空洞を設
け、支持層4で支えられた温度感応膜5がV字状の楔型
構造に形成してあり、その底の部分に感熱素子6が形成
してある。膜5の表面には絶縁層2を介して赤外線吸収
膜1がある。中心を外れて入射してきた赤外線は吸収膜
1でもかなり反射してしまうが、再び温度感応膜の別の
部分に当たって、そこで再び吸収される。この楔型形状
の傾きは3回反射する角度としてあるので、その吸収効
率は格段に向上する。1回の反射で50%吸収されるとし
て、3回では50+25+12.5=87.5%吸収されることにな
り、かなり吸収効率が改善されることがわかる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線を吸収して熱電
変換により信号を得るセンサに関し、特に、熱型の赤外
線センサに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、熱型赤外線センサを半導体微細加
工を利用して作成する技術が種々開発されている。この
赤外線センサは断熱構造を有した薄膜の温度感応膜で赤
外線を吸収し、その赤外線による温度上昇を、サーミス
タや焦電材料などの熱電変換素子(感熱素子)により電
気抵抗変化または起電力に変換し、測定対象である赤外
線の線量に比例した信号を得るものである。温度感応膜
の表面に設けられる赤外線吸収膜を構成する材料として
は、一般にNiCr薄膜や金黒(金ブラック)薄膜がよく用
いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この赤
外線吸収膜の吸収率は膜質や膜厚により変化し、現状で
は最も効果のあるNiCrの場合で最大50%程度が限界であ
る。元々センサの検出部位が小型のため、得られている
信号強度は小さく、信号はさらに強い、ノイズマージン
のとれるものが求められている。それでその検出効率を
補うため、受光量を多くするため集光用のマイクロレン
ズがセンサ前方に設けられたりするなどの提案がなされ
ているが、これは構造が複雑になり、光軸ずれ、焦点ず
れなどが発生してしまうという問題があり、製造上適切
とは言えない。従って本発明の目的は、従来より高い赤
外線吸収効率をもつ赤外線センサを提供することであ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、外部から照射された赤外線を吸収す
る第一の赤外線吸収膜と、熱電変換により抵抗変化また
は起電力として電気信号を得る感熱素子と、赤外線の入
射側の該感熱素子上に第二の赤外線吸収膜とが設けられ
ている赤外線センサであって、前記第一の赤外線吸収膜
に吸収されずに反射された赤外線が、前記感熱素子上の
前記第二の赤外線吸収膜に入射することである。また関
連発明の構成は、前記感熱素子が、NiCrもしくは金黒の
赤外線吸収膜で絶縁層とともに覆われたサーミスタもし
くは焦電素子もしくは熱電対のいずれかであることを特
徴とする。さらに関連する発明の構成は、前記感熱素子
の前記第二の赤外線吸収膜の長さをhとした時、前記感
熱素子周囲の前記第一の赤外線吸収膜が、前記感熱素子
の面に対して、0<α<(π/4)なるαで、傾斜角
【数1】((π/2)−α) 〔ラジアン〕 で示される角度の傾斜を持ち、前記第一の赤外線吸収膜
の傾斜部分長さkが、
【数2】k=hcos(2α) /sin(α) で示される値以上になっていることである(図6参
照)。
【0005】
【作用および発明の効果】第一の赤外線吸収膜に当たっ
ても吸収されずに反射してしまった赤外線が、感熱素子
を取り巻く第一の赤外線吸収膜の構造により、反射後も
再び感熱素子上の第二の赤外線吸収膜に当たるので、い
ままで分散されて検出に寄与していなかった赤外線が信
号に寄与するようになり、赤外線の検出効率が上がる。
特に感熱素子のある中心部に赤外線が集中することにな
るので、熱電変換材料が直接熱を受ける率が大きくな
り、検出効率が向上する。
【0006】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は、本発明を応用した楔型構造の温度感応
膜5を有する赤外線センサの模式的構造断面図で、従来
と同様、この赤外線センサは、Si基板7に空洞を設け、
赤外線が照射される部分を絶縁層である支持層4で支え
た薄膜の温度感応膜5として形成してある。従来、平面
であった温度感応膜5は、図1に示すように断面がV字
状の楔型構造としてあり、その底の部分に熱電変換材料
の膜が感熱素子6として形成してある。温度感応膜5の
傾斜面部分に第一の赤外線吸収膜1が設けられ、中心と
なる底面部には絶縁層2を介して第二の赤外線吸収膜
1’、その下に感熱素子6が設けてある。なお、図1は
模式図であるので、実際の寸法比例を示しておらず、温
度感応膜の各膜厚等は図1に示す通りではない。
【0007】中心を外れて上方から入射してきた赤外線
は、最初に第一の赤外線吸収膜1に当たって一部が吸収
され、残りは反射されてしまうが、再び温度感応膜の別
の部分、大半は底部分に当たって、そこの第二の赤外線
吸収膜1’に再び吸収され、さらに反射した残りの赤外
線はさらに別の箇所の第一の赤外線吸収膜1に当たって
吸収される。この楔型形状の傾きは図2に示すように、
都合3回、赤外線吸収膜に当たって吸収されることにな
る角度としてあるので、その吸収効率は格段に向上す
る。もちろんこのように2回反射して3回当たる領域は
限られているが、図2の (a)〜(c) に示した、中心から
ずれた三つの入射位置では、3回赤外線吸収膜にあたる
ことを示しており、この三箇所は中心部からほぼ等間隔
に周辺へと位置しているので、およそこの温度感応膜5
全体に渡って、入射された赤外線が少なくとも複数回、
大体は3回赤外線吸収膜1および1’に当たることがわ
かる。単純に1回の反射で50%吸収されるとして計算す
ると、3回では50+25+12.5=87.5%吸収されることに
なり、かなり吸収効率が改善される。
【0008】この様な楔型構造の温度感応膜は、以下の
ようにして形成する。先ず図3(a)のように、Si基板
に、異方性エッチングを利用して楔状の溝を形成する。
この部分が温度感応膜を形成する部分となるので、この
溝の切り込みの角度を所定の希望する角度になるように
異方性エッチングする。次にこの溝の部分に、後に断熱
のための空洞を形成するための犠牲層32を図3(b) の
ように形成し、その上に温度感応膜の支持層となる Si3
N4膜33を形成する。そして次に、この支持層33の溝
の底の部分に熱電変換素子(感熱素子)37を形成し、
電極としてAl配線34をパターン形成して、その上に絶
縁層35、その上に第一および第二の赤外線吸収膜36
を形成する(図3(c))。そして必要部分の赤外線吸収膜
36を残し、温度感応膜を基板で支える梁部分を残して
エッチングホール38を形成し、先程形成した犠牲層3
2とその下部のSi基板部を選択異方性エッチングで空洞
を形成して、最後に温度感応膜を基板から浮かせた断熱
構造にして赤外線センサを完成する。なお、図3も模式
図であり、正確な寸法を反映しておらず、また第一およ
び第二の赤外線吸収膜36は独立な構成ではなく、同一
の工程で連続的構成膜として形成される。
【0009】図6は第一の赤外線吸収膜の感熱素子に対
する傾斜角度の関係を詳しく説明する図で、感熱素子よ
りずっと遠方より放射される赤外線は、ほぼ感熱素子に
対して垂直に入射する。それで、そのような平行な入射
に対して、直接感熱素子に当たらなかった赤外線が、感
熱素子の周囲の第一の赤外線吸収膜に当たった後、反射
した分が再び感熱素子に当たるような反射角度をもつ場
合の構成を示している。この傾斜角度を両側に形成する
と、さらに反射された赤外線がもう一度反対側の第一の
赤外線吸収膜にも当たる。この第一の赤外線吸収膜の底
面に対する傾斜角度は数1式で示される。第一の赤外線
吸収膜の必要な傾斜部分長さは数2式で、赤外線入射側
に設けられた底面部分の第二の赤外線吸収膜の長さで決
まる。もちろん感熱素子に垂直に入射されなかった赤外
線はこの関係からずれるが、少なくとも周囲の赤外線吸
収膜に照射されて反射された分は感熱素子近傍に当た
る。温度感応膜の受光面積が広く、受けた赤外線が有効
に熱になるとすれば、それだけ感度が上がると見なせ
る。それで、この温度感応膜の開口面積は図6(b) に示
すhcos(2α)が最大になる場合であるが、そのような
傾斜角度はα→0となるため、実際にはkの長さが無限
大に発散してしまう上、kの長さは前述したエッチング
プロセスで形成するため、あまり長くはできない。ま
た、αがπ/4以上になると反射した光が感熱素子面と
平行もしくは当たらなくなる。従って、感熱素子に反射
光が程良く当たるためには、αが(π/8)<α<(π
/6)の範囲にあることが望ましい。
【0010】図4に、この本発明実施例の構造の赤外線
センサの感熱素子としてサーミスタを用いたホイートス
トーンブリッジ回路を示す。サーミスタは図4のR1で、
赤外線が照射されて、この抵抗値が変化し、ブリッジ出
力として検出される。本赤外線センサと従来構造の赤外
線センサとの出力の比較を図5に示す。図5からわかる
ように同一条件でおよそ2倍の信号が得られる結果とな
った。R2〜R4は参照抵抗で図1に示すセンサ部分以外の
基板部もしくは外部抵抗で構成する。
【0011】反射された赤外線が再び赤外線吸収膜に当
たるような構造は、図1に示す楔型構造に限らず、放物
面型やポリゴンミラー形状のような温度感応膜でもよ
い。またもちろん、赤外線センサの回路構成は、図4で
なく他の構成であっても本発明の効果は同様である。
【0012】以上のように、本発明の反射された赤外線
を再び吸収できる構造の温度感応膜により、吸収される
赤外線の吸収効率が大幅に高まり、より高感度で扱いや
すい赤外線センサを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】楔型構造の温度感応膜を有する本発明の赤外線
センサの模式的構造断面図。
【図2】各位置で入射した赤外線の反射の様子を示す説
明図。
【図3】楔型構造の温度感応膜を形成する工程の説明
図。
【図4】センサ応用回路図。
【図5】本発明と従来構造とのセンサ出力の比較図。
【図6】本発明の赤外線感応膜の傾斜の説明図。
【符号の説明】
1 第一の赤外線吸収膜 1’第二の赤外線吸収膜 2 絶縁層(SiO2) 3 Al配線 4 支持層(Si3N4) 5 温度感応膜(1、2、3、4、6) 6 熱電変換素子(感熱素子) 7 Si基板 31 Si基板 32 犠牲層 38 エッチングホール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部から照射された赤外線を吸収する第
    一の赤外線吸収膜と、熱電変換により抵抗変化または起
    電力として電気信号を得る感熱素子と、赤外線の入射側
    の該感熱素子上に第二の赤外線吸収膜とが設けられてい
    る赤外線センサであって、 前記第一の赤外線吸収膜に吸収されずに反射された赤外
    線が、前記感熱素子上の前記第二の赤外線吸収膜に入射
    することを特徴とする赤外線センサ。
  2. 【請求項2】 前記感熱素子は、NiCrもしくは金黒の赤
    外線吸収膜が絶縁層とともに覆われたサーミスタもしく
    は焦電素子もしくは熱電対のいずれかであることを特徴
    とする請求項1に記載の赤外線センサ。
  3. 【請求項3】 前記感熱素子の前記第二の赤外線吸収膜
    の長さをhとした時、前記感熱素子周囲の前記第一の赤
    外線吸収膜が、前記感熱素子の面に対して、0<α<
    (π/4)なるαで、傾斜角 【数1】((π/2)−α) 〔ラジアン〕 で示される角度の傾斜を持ち、前記第一の赤外線吸収膜
    の傾斜部分長さkが、 【数2】k=hcos(2α) /sin(α) で示される値以上になっていることを特徴とする請求項
    1に記載の赤外線センサ。
JP5347400A 1993-12-25 1993-12-25 赤外線センサ Pending JPH07190854A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5347400A JPH07190854A (ja) 1993-12-25 1993-12-25 赤外線センサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5347400A JPH07190854A (ja) 1993-12-25 1993-12-25 赤外線センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07190854A true JPH07190854A (ja) 1995-07-28

Family

ID=18389968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5347400A Pending JPH07190854A (ja) 1993-12-25 1993-12-25 赤外線センサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07190854A (ja)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002541449A (ja) * 1999-04-01 2002-12-03 ハネウエル・インコーポレーテッド 端正な断面を有する大面積低質量のirピクセル
US7145144B2 (en) 2004-02-17 2006-12-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermal infrared sensor device and thermal infrared sensor array
JP2008192180A (ja) * 2008-05-12 2008-08-21 Hochiki Corp 熱感知器
WO2009022698A1 (ja) * 2007-08-13 2009-02-19 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 微細熱電素子の製造方法、該微細熱電素子及び該微細熱電素子を用いた製品
WO2010073287A1 (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 パイオニア株式会社 赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法
WO2010073286A1 (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 パイオニア株式会社 赤外線センサ
WO2010073288A1 (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 パイオニア株式会社 赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法
WO2011039797A1 (ja) * 2009-09-29 2011-04-07 パイオニア株式会社 Memsセンサ
WO2011039798A1 (ja) * 2009-09-29 2011-04-07 パイオニア株式会社 Memsセンサおよびこれを備えたセンサアレイ
WO2011039799A1 (ja) * 2009-09-29 2011-04-07 パイオニア株式会社 センサアレイ
US8643133B2 (en) 2011-02-23 2014-02-04 Seiko Epson Corporation Thermal detector, thermal detection device, and electronic instrument
US9000372B2 (en) 2010-01-26 2015-04-07 Seiko Epson Corporation Thermal detector, thermal detection device and electronic instrument, and method for manufacturing thermal detector
CN112781732A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 北京北方高业科技有限公司 一种适应温度可调的红外探测器像元及红外探测器

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4700196B2 (ja) * 1999-04-01 2011-06-15 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 端正な断面を有する大面積低質量のirピクセル
JP2002541449A (ja) * 1999-04-01 2002-12-03 ハネウエル・インコーポレーテッド 端正な断面を有する大面積低質量のirピクセル
US7145144B2 (en) 2004-02-17 2006-12-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermal infrared sensor device and thermal infrared sensor array
WO2009022698A1 (ja) * 2007-08-13 2009-02-19 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 微細熱電素子の製造方法、該微細熱電素子及び該微細熱電素子を用いた製品
JP2009049050A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 微細熱電素子の製造方法、該微細熱電素子及び該微細熱電素子を用いた製品
JP2008192180A (ja) * 2008-05-12 2008-08-21 Hochiki Corp 熱感知器
JPWO2010073288A1 (ja) * 2008-12-22 2012-05-31 パイオニア株式会社 赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法
WO2010073288A1 (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 パイオニア株式会社 赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法
WO2010073286A1 (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 パイオニア株式会社 赤外線センサ
WO2010073287A1 (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 パイオニア株式会社 赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法
WO2011039797A1 (ja) * 2009-09-29 2011-04-07 パイオニア株式会社 Memsセンサ
WO2011039798A1 (ja) * 2009-09-29 2011-04-07 パイオニア株式会社 Memsセンサおよびこれを備えたセンサアレイ
WO2011039799A1 (ja) * 2009-09-29 2011-04-07 パイオニア株式会社 センサアレイ
JPWO2011039798A1 (ja) * 2009-09-29 2013-02-21 パイオニア株式会社 Memsセンサおよびこれを備えたセンサアレイ
JPWO2011039797A1 (ja) * 2009-09-29 2013-02-21 パイオニア株式会社 Memsセンサ
US9000372B2 (en) 2010-01-26 2015-04-07 Seiko Epson Corporation Thermal detector, thermal detection device and electronic instrument, and method for manufacturing thermal detector
US8643133B2 (en) 2011-02-23 2014-02-04 Seiko Epson Corporation Thermal detector, thermal detection device, and electronic instrument
CN112781732A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 北京北方高业科技有限公司 一种适应温度可调的红外探测器像元及红外探测器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6552344B1 (en) Infrared detector and method of making the infrared detector
JPH07190854A (ja) 赤外線センサ
JP3097591B2 (ja) 熱型赤外線検出素子
US10585002B2 (en) Micromechanical device for electromagnetic radiation sensing
KR20000076051A (ko) 서모파일 센서 및 서모파일 센서가 구비된 방사 온도계
JPH08201177A (ja) 赤外線検出器及びその駆動方法
JPH08278192A (ja) 赤外線検出器
JPH09329499A (ja) 赤外線センサ及び赤外線検出器
JP2910448B2 (ja) 赤外線センサ
JP3132197B2 (ja) 熱型赤外線センサ
JPH0249124A (ja) サーモパイル
US5141330A (en) Thin-film quadrant temperature sensor for use in a system to control the alignment of a CO2 laser beam
JP3085830B2 (ja) 輻射熱センサ
JP2000131147A (ja) 赤外線センサ
JPH1114449A (ja) 赤外線センサ
JP2000111396A (ja) 赤外線検出素子およびその製造方法
JPH11160146A (ja) 赤外線検出素子及びその製造方法
JPH11258040A (ja) サーモパイル型赤外線センサ
JPH07318420A (ja) 赤外線センサおよびその作製方法
JPH11326064A (ja) 赤外線撮像素子
JP3052329B2 (ja) 赤外線センサ
JP2722203B2 (ja) 赤外線検出素子
JP3435997B2 (ja) 赤外線検知素子
JPH07167708A (ja) 赤外線センサ
JPH11112038A (ja) 熱型赤外線検知素子