JPH116763A - 焦電型赤外線検出素子 - Google Patents
焦電型赤外線検出素子Info
- Publication number
- JPH116763A JPH116763A JP9158375A JP15837597A JPH116763A JP H116763 A JPH116763 A JP H116763A JP 9158375 A JP9158375 A JP 9158375A JP 15837597 A JP15837597 A JP 15837597A JP H116763 A JPH116763 A JP H116763A
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- JP
- Japan
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- pyroelectric
- infrared detecting
- substrate
- detecting element
- electrodes
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度変化に対する突発的放電による誤報に対
し基板からの熱伝導の影響を同一にして温度変化に対す
る誤報を抑制し信頼性を高めることを目的とすると共
に、赤外線検出部における熱応答性を向上させ、赤外線
検出部の小型化、高感度化を図った焦電型赤外線検出素
子を提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくとも単結晶からなる基板11と、
この基板11上に2個の下部電極12a,12bを有
し、この下部電極12a,12b上に焦電薄膜13a,
13bを有し、この焦電薄膜13a,13b上に受光電
極14a,14bを有した赤外線検出部とからなり、こ
の受光電極の極性は逆極性となるように接続され、下部
電極兼引き出し電極12a,12bを有した基板11に
対し垂直方向に配置されている。
し基板からの熱伝導の影響を同一にして温度変化に対す
る誤報を抑制し信頼性を高めることを目的とすると共
に、赤外線検出部における熱応答性を向上させ、赤外線
検出部の小型化、高感度化を図った焦電型赤外線検出素
子を提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくとも単結晶からなる基板11と、
この基板11上に2個の下部電極12a,12bを有
し、この下部電極12a,12b上に焦電薄膜13a,
13bを有し、この焦電薄膜13a,13b上に受光電
極14a,14bを有した赤外線検出部とからなり、こ
の受光電極の極性は逆極性となるように接続され、下部
電極兼引き出し電極12a,12bを有した基板11に
対し垂直方向に配置されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は焦電体を用いて赤外
線を検出する焦電型赤外線検出素子に関するものであ
る。
線を検出する焦電型赤外線検出素子に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、焦電型赤外線検出素子は、非接触
で物体の検知や温度検出ができる点を生かして、電子レ
ンジの調理物の温度測定、エアコンの室内温度制御、あ
るいは自動照明、自動ドア、警報装置での人体検知等に
利用されており、今後その利用範囲は拡大していくと見
られる。
で物体の検知や温度検出ができる点を生かして、電子レ
ンジの調理物の温度測定、エアコンの室内温度制御、あ
るいは自動照明、自動ドア、警報装置での人体検知等に
利用されており、今後その利用範囲は拡大していくと見
られる。
【0003】焦電型赤外線検出素子は、強誘電体の焦電
効果を利用したセンサーである。強誘電体は内部に一定
方向の自発分極を有しており、その表面に正及び負電荷
を発生させる。大気中における定常状態では、大気中の
分子が持つ電荷と結合して中性状態になっている。すべ
ての物体は温度に応じた赤外線を放出しており、赤外線
検出部に入射した赤外線量に応じた温度変化を強誘電体
に生じさせる。そのため、赤外線検出部の熱応答性を良
好にする必要があり、又自動照明での人体検知等に使用
される複数個の受光電極からなる焦電型赤外線検出素子
においては、クロストークの小さい焦電薄膜を分離した
構成が望ましいと考えられる。
効果を利用したセンサーである。強誘電体は内部に一定
方向の自発分極を有しており、その表面に正及び負電荷
を発生させる。大気中における定常状態では、大気中の
分子が持つ電荷と結合して中性状態になっている。すべ
ての物体は温度に応じた赤外線を放出しており、赤外線
検出部に入射した赤外線量に応じた温度変化を強誘電体
に生じさせる。そのため、赤外線検出部の熱応答性を良
好にする必要があり、又自動照明での人体検知等に使用
される複数個の受光電極からなる焦電型赤外線検出素子
においては、クロストークの小さい焦電薄膜を分離した
構成が望ましいと考えられる。
【0004】以下、従来の一般的な焦電型赤外線検出素
子について図面を参照しながら説明する。
子について図面を参照しながら説明する。
【0005】図2(a)及び(b)は従来の焦電型赤外
線検出素子構成の平面図、断面図を示すものである。図
2(a)及び(b)において、22a,22bは下部電
極で、23は焦電体で、24a,24bは赤外線の吸収
膜としての機能を有した受光電極である。
線検出素子構成の平面図、断面図を示すものである。図
2(a)及び(b)において、22a,22bは下部電
極で、23は焦電体で、24a,24bは赤外線の吸収
膜としての機能を有した受光電極である。
【0006】一枚の焦電体23の上下に電極24a,2
4bおよび22a,22bが積層に接続されている部分
が赤外線検出部で、この2つの受光電極24a,24b
は逆極性に直列または並列に接続され、受光電極24
a,24b間のギャップは通常受光電極と同等または
0.8mm以上あけて、クロストークの影響のないデュ
アルエレメントタイプの焦電型赤外線検出素子を構成し
ている。25a,25bは焦電体支持台で赤外線検出部
を断熱しかつ焦電体23と配線基板21とを接続してい
る。
4bおよび22a,22bが積層に接続されている部分
が赤外線検出部で、この2つの受光電極24a,24b
は逆極性に直列または並列に接続され、受光電極24
a,24b間のギャップは通常受光電極と同等または
0.8mm以上あけて、クロストークの影響のないデュ
アルエレメントタイプの焦電型赤外線検出素子を構成し
ている。25a,25bは焦電体支持台で赤外線検出部
を断熱しかつ焦電体23と配線基板21とを接続してい
る。
【0007】通常、焦電型赤外線検出素子を使用する際
は、フレネルレンズ等の光学系を使用し、複数の区域が
集光されるように設計を行い広いエリアの管理を行って
いる。このような検出素子では、3〜8mの中距離で1
〜1.5m/secの一般的な人体移動速度において
は、失報がほとんどなく、かつ平衡差動型のデュアルエ
レメントタイプであるため、温度変化に対し電荷の突発
的放電による誤報も少ない。
は、フレネルレンズ等の光学系を使用し、複数の区域が
集光されるように設計を行い広いエリアの管理を行って
いる。このような検出素子では、3〜8mの中距離で1
〜1.5m/secの一般的な人体移動速度において
は、失報がほとんどなく、かつ平衡差動型のデュアルエ
レメントタイプであるため、温度変化に対し電荷の突発
的放電による誤報も少ない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、温度変化に対する突発的放電による誤報に
対し、受光電極24a及び24bに同等の温度変化があ
った場合には平衡差動型のデュアルエレメントタイプで
あるためキャンセルされるが、焦電体支持台25a,2
5bの熱伝導の違いや組立上の位置ずれにより基板21
から受光電極24a及び24bへの温度変化に不均一が
生じた場合には誤動作するという問題があった。
の構成では、温度変化に対する突発的放電による誤報に
対し、受光電極24a及び24bに同等の温度変化があ
った場合には平衡差動型のデュアルエレメントタイプで
あるためキャンセルされるが、焦電体支持台25a,2
5bの熱伝導の違いや組立上の位置ずれにより基板21
から受光電極24a及び24bへの温度変化に不均一が
生じた場合には誤動作するという問題があった。
【0009】また一枚の焦電体23で構成されているた
めクロストークが大きいため、温度変化に対しキャンセ
ルしやすい構造になっているが、逆に赤外線検出部にお
ける熱応答性を向上させて赤外線検出素子の感度を良好
にすることが困難であった。
めクロストークが大きいため、温度変化に対しキャンセ
ルしやすい構造になっているが、逆に赤外線検出部にお
ける熱応答性を向上させて赤外線検出素子の感度を良好
にすることが困難であった。
【0010】本発明はこのような上記問題点を解決する
ものであり、基板からの熱伝導の影響を同一にして温度
変化に対する誤報を抑制し信頼性を高めることを目的と
すると共に、赤外線検出部における熱応答性を向上さ
せ、赤外線検出部の小型化、高感度化を図った焦電型赤
外線検出素子を提供することを目的とするものである。
ものであり、基板からの熱伝導の影響を同一にして温度
変化に対する誤報を抑制し信頼性を高めることを目的と
すると共に、赤外線検出部における熱応答性を向上さ
せ、赤外線検出部の小型化、高感度化を図った焦電型赤
外線検出素子を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の焦電型赤外線検出素子は、受光電極を逆極性
に接続したデュアル構造または偶数個の焦電型赤外線検
出素子において、逆極性に接続された赤外線検出部が共
に引き出し電極を有した基板に対し垂直方向に配置され
た構成である。
に本発明の焦電型赤外線検出素子は、受光電極を逆極性
に接続したデュアル構造または偶数個の焦電型赤外線検
出素子において、逆極性に接続された赤外線検出部が共
に引き出し電極を有した基板に対し垂直方向に配置され
た構成である。
【0012】この構成により、逆極性に接続された赤外
線検出部が共に引き出し電極を有した基板に対し垂直方
向に配置されているため、2つの引き出し電極部からの
温度変化に不均一があっても逆極性に接続された赤外線
検出部は共に同様の温度変化を受けるので温度変化に対
する誤報を抑制することができる。
線検出部が共に引き出し電極を有した基板に対し垂直方
向に配置されているため、2つの引き出し電極部からの
温度変化に不均一があっても逆極性に接続された赤外線
検出部は共に同様の温度変化を受けるので温度変化に対
する誤報を抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図1(a),(b)
は本発明の一実施の形態における焦電型赤外線検出素子
の平面図と断面図である。
いて図面を参照しながら説明する。図1(a),(b)
は本発明の一実施の形態における焦電型赤外線検出素子
の平面図と断面図である。
【0014】図1(a),(b)に示すように、焦電型
赤外線検出素子は、デュアルエレメントタイプの場合
で、(100)MgO単結晶基板11と、この(10
0)MgO単結晶基板11上に2個の下部電極12a,
12bを有し、この下部電極12a,12b上に焦電薄
膜13a,13bを有し、この焦電薄膜13a,13b
上に赤外線吸収効果を有する受光電極14a,14bを
有した赤外線検出部とからなり、この受光電極の極性は
逆極性となるように接続され、下部電極兼引き出し電極
12a,12bを有した基板11に対し垂直方向に配置
されている。下部電極12a,12bと受光電極14
a,14bの間には層間絶縁のための絶縁膜18を設
け、前記赤外線検出部が接する基板11の表層部に空洞
16を有し、空洞16の側面には集電薄膜13a,13
bの端面に沿った開口部17を有した構成である。
赤外線検出素子は、デュアルエレメントタイプの場合
で、(100)MgO単結晶基板11と、この(10
0)MgO単結晶基板11上に2個の下部電極12a,
12bを有し、この下部電極12a,12b上に焦電薄
膜13a,13bを有し、この焦電薄膜13a,13b
上に赤外線吸収効果を有する受光電極14a,14bを
有した赤外線検出部とからなり、この受光電極の極性は
逆極性となるように接続され、下部電極兼引き出し電極
12a,12bを有した基板11に対し垂直方向に配置
されている。下部電極12a,12bと受光電極14
a,14bの間には層間絶縁のための絶縁膜18を設
け、前記赤外線検出部が接する基板11の表層部に空洞
16を有し、空洞16の側面には集電薄膜13a,13
bの端面に沿った開口部17を有した構成である。
【0015】以上のように構成された集電型赤外線検出
素子について、その製造方法を以下に説明する。まず、
基板11として(100)MgO単結晶基板を用いる。
そして、下部電極12a,12bを形成する工程として
(100)MgO単結晶基板11上に150nm程度の
膜厚を有するPt薄膜をスパッタリング法で形成する。
次に焦電薄膜13a,13bを形成する工程として下部
電極12a,12b上に焦電薄膜13a,13bとして
ランタンを含有したチタン酸鉛を高周波マグネトロンス
パッタリング法で形成する。次にフォトリソグラフィ法
で焦電薄膜13a,13bを所定のほぼ同じ形状にパタ
ーニングする。次にフォトリソグラフィ法でポリイミド
からなる層間絶縁のための絶縁膜18を、焦電薄膜13
a,13bを除いた部分が残るようにパターニングす
る。
素子について、その製造方法を以下に説明する。まず、
基板11として(100)MgO単結晶基板を用いる。
そして、下部電極12a,12bを形成する工程として
(100)MgO単結晶基板11上に150nm程度の
膜厚を有するPt薄膜をスパッタリング法で形成する。
次に焦電薄膜13a,13bを形成する工程として下部
電極12a,12b上に焦電薄膜13a,13bとして
ランタンを含有したチタン酸鉛を高周波マグネトロンス
パッタリング法で形成する。次にフォトリソグラフィ法
で焦電薄膜13a,13bを所定のほぼ同じ形状にパタ
ーニングする。次にフォトリソグラフィ法でポリイミド
からなる層間絶縁のための絶縁膜18を、焦電薄膜13
a,13bを除いた部分が残るようにパターニングす
る。
【0016】次に赤外線吸収効果を有する受光電極14
a,14bを形成する工程として焦電薄膜13a,13
b上の少なくとも一部に、20nm程度の膜厚を有する
赤外光の反射率が少なく吸収効果の高いNiCr薄膜を
スパッタリング法で形成し、続いてフォトリソグラフィ
法により所定のほぼ同じ形状にパターニングする。最後
に空洞16を形成する工程として初めにフォトリソグラ
フィ法によりエッチング穴15を介してエッチング液を
注入して、前記基板11に前記下部電極12a,12b
と接する側より空洞16を形成する。このときのエッチ
ング液として燐酸を用いる。その結果(100)方向の
エッチングの進行速度が非常に速いことを確認してい
る。
a,14bを形成する工程として焦電薄膜13a,13
b上の少なくとも一部に、20nm程度の膜厚を有する
赤外光の反射率が少なく吸収効果の高いNiCr薄膜を
スパッタリング法で形成し、続いてフォトリソグラフィ
法により所定のほぼ同じ形状にパターニングする。最後
に空洞16を形成する工程として初めにフォトリソグラ
フィ法によりエッチング穴15を介してエッチング液を
注入して、前記基板11に前記下部電極12a,12b
と接する側より空洞16を形成する。このときのエッチ
ング液として燐酸を用いる。その結果(100)方向の
エッチングの進行速度が非常に速いことを確認してい
る。
【0017】以上のような集電型赤外線検出素子は、図
1(a)のx方向で基板11に保持され、かつy方向で
焦電薄膜13a,13bに沿って極近傍の基板を切断す
れば、空洞16の側面に開口部17が形成され、焦電薄
膜13a,13bは共に引き出し電極部12a,12b
と垂直に配置される。
1(a)のx方向で基板11に保持され、かつy方向で
焦電薄膜13a,13bに沿って極近傍の基板を切断す
れば、空洞16の側面に開口部17が形成され、焦電薄
膜13a,13bは共に引き出し電極部12a,12b
と垂直に配置される。
【0018】以上のように本実施の形態の焦電型赤外線
検出素子の構造によれば、開口部17があるため基板1
1からの熱伝導は引き出し電極12a,12bからのみ
で、基板11からの温度変化が引き出し電極12aを介
した場合と引き出し電極12bを介した場合で差があっ
ても、焦電薄膜13a,13bは引き出し電極12a及
び12bからの温度変化をどちらも同様に受けるので電
荷の突発的な発生をキャンセルし誤動作を防ぐことが可
能となる。
検出素子の構造によれば、開口部17があるため基板1
1からの熱伝導は引き出し電極12a,12bからのみ
で、基板11からの温度変化が引き出し電極12aを介
した場合と引き出し電極12bを介した場合で差があっ
ても、焦電薄膜13a,13bは引き出し電極12a及
び12bからの温度変化をどちらも同様に受けるので電
荷の突発的な発生をキャンセルし誤動作を防ぐことが可
能となる。
【0019】また赤外線検出部が基板11の表層部に設
けられた空洞16を介して保持され、断熱されているた
め、NiCr薄膜からなる受光電極14a,14bが受
けた赤外線エネルギーを熱に変換し、焦電薄膜13a,
13bが熱エネルギーを効率よく吸収することが可能と
なり、応答速度が速く、感度を良好にすることができ
る。
けられた空洞16を介して保持され、断熱されているた
め、NiCr薄膜からなる受光電極14a,14bが受
けた赤外線エネルギーを熱に変換し、焦電薄膜13a,
13bが熱エネルギーを効率よく吸収することが可能と
なり、応答速度が速く、感度を良好にすることができ
る。
【0020】また、エレメントが分離されているため熱
伝導も遮断され、クロストークも小さく、熱応答性を優
れたものにすることができる。また、ギャップ間にも開
口部19を設ければ更に熱応答性が増す。
伝導も遮断され、クロストークも小さく、熱応答性を優
れたものにすることができる。また、ギャップ間にも開
口部19を設ければ更に熱応答性が増す。
【0021】また(100)MgO単結晶基板11の一
部領域に空洞16が設けられた構造であるため、残りの
(100)MgO単結晶基板11がセンサー部の支持基
板としてそのまま使用でき、素子の小型化が可能とな
る。
部領域に空洞16が設けられた構造であるため、残りの
(100)MgO単結晶基板11がセンサー部の支持基
板としてそのまま使用でき、素子の小型化が可能とな
る。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、逆極性に
接続された赤外線検出部が共に引き出し電極を有した基
板に対し垂直方向に配置されているため、2つの引き出
し電極部からの温度変化に不均一があっても逆極性に接
続された赤外線検出部は共に同様の温度変化を受けるの
で温度変化に対する誤報を抑制し高信頼性化が図れる。
接続された赤外線検出部が共に引き出し電極を有した基
板に対し垂直方向に配置されているため、2つの引き出
し電極部からの温度変化に不均一があっても逆極性に接
続された赤外線検出部は共に同様の温度変化を受けるの
で温度変化に対する誤報を抑制し高信頼性化が図れる。
【0023】また、焦電薄膜の下層部分に相当する基板
の表層部に空洞を設けるので、赤外線検出部における熱
容量を焦電薄膜と下部電極と上部受光電極だけの熱容量
の合成容量とすることができ、それぞれのエレメントが
熱分離されているため赤外線検出部における熱の逃げを
十分に減少させるので、クロストークも小さく、熱応答
性の優れた小型で高感度な焦電型赤外線検出素子の実現
を可能にすることができるものである。
の表層部に空洞を設けるので、赤外線検出部における熱
容量を焦電薄膜と下部電極と上部受光電極だけの熱容量
の合成容量とすることができ、それぞれのエレメントが
熱分離されているため赤外線検出部における熱の逃げを
十分に減少させるので、クロストークも小さく、熱応答
性の優れた小型で高感度な焦電型赤外線検出素子の実現
を可能にすることができるものである。
【図1】(a)本発明の一実施の形態における焦電型赤
外線検出素子を示す平面図 (b)同断面図
外線検出素子を示す平面図 (b)同断面図
【図2】(a)従来の焦電型赤外線検出素子を示す平面
図 (b)同断面図
図 (b)同断面図
11 基板 12a,12b 下部電極 13a,13b 焦電薄膜 14a,14b 受光電極 15 エッチング穴 16 空洞 17 空洞の開口部 18 絶縁膜 19 ギャップの開口部 21 基板 22a,22b 下部電極 23 焦電体 24a,24b 受光電極 25a,25b 焦電体支持台
Claims (6)
- 【請求項1】 受光電極を逆極性に接続したデュアル構
造または偶数個の焦電型赤外線検出素子において、逆極
性に接続された赤外線検出部が共に引き出し電極を有し
た基板に対し垂直方向に配置された焦電型赤外線検出素
子。 - 【請求項2】 少なくとも単結晶からなる基板と、この
基板上に複数個の下部電極を設け、この下部電極上に略
同一形状で複数個の焦電薄膜を設け、この焦電薄膜上に
赤外線吸収効果を有する複数個の受光電極を設け、この
受光電極の極性が逆極性となるように接続された赤外線
検出部とからなり、前記赤外線検出部が接する基板の表
層部に空洞を有した請求項1記載の焦電型赤外線検出素
子。 - 【請求項3】 空洞の側面に集電薄膜の端面に沿った開
口部を有した請求項2記載の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項4】 基板が少なくとも酸化マグネシウム(M
gO)を主成分とする単結晶基板からなる請求項2記載
の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項5】 配線部を除く赤外線検出部の周囲に少な
くとも一個以上の穴を有する絶縁膜からなる請求項2記
載の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項6】 受光電極間に開口部を有した請求項2ま
たは請求項3記載の焦電型赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9158375A JPH116763A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 焦電型赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9158375A JPH116763A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 焦電型赤外線検出素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH116763A true JPH116763A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15670338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9158375A Pending JPH116763A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 焦電型赤外線検出素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH116763A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002081990A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Matsushita Electric Works Ltd | 焦電型赤外線センサ |
WO2011162319A1 (ja) * | 2010-06-25 | 2011-12-29 | パナソニック電工株式会社 | 焦電型赤外線検知素子およびそれを用いた赤外線センサ |
WO2014121007A2 (en) | 2013-02-01 | 2014-08-07 | 3M Innovative Properties Company | Coating compositions and articles made therefrom |
US9528879B2 (en) | 2013-01-21 | 2016-12-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Infrared detection element, infrared detector, and infrared type gas sensor |
-
1997
- 1997-06-16 JP JP9158375A patent/JPH116763A/ja active Pending
Cited By (7)
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