JPH0219976Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0219976Y2 JPH0219976Y2 JP1983112710U JP11271083U JPH0219976Y2 JP H0219976 Y2 JPH0219976 Y2 JP H0219976Y2 JP 1983112710 U JP1983112710 U JP 1983112710U JP 11271083 U JP11271083 U JP 11271083U JP H0219976 Y2 JPH0219976 Y2 JP H0219976Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- insulating film
- main surface
- type
- single crystal
- 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.)
- Expired
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は高感度、高速応答可能な熱電堆素子の
構造に関する。
構造に関する。
近年リモートセンシング用分光器出力の測定、
測温用あるいはレーザーパワーの測定等に種々の
検出器が利用されるようになつてきた。しかし感
度の高いものは応答速度が遅く、極低温での使用
が必要であり、あるいは出力インピーダンスが高
く誘導雑音の影響を受け易い等の多くの欠点が解
決されていない。
測温用あるいはレーザーパワーの測定等に種々の
検出器が利用されるようになつてきた。しかし感
度の高いものは応答速度が遅く、極低温での使用
が必要であり、あるいは出力インピーダンスが高
く誘導雑音の影響を受け易い等の多くの欠点が解
決されていない。
広い波長範囲にわたる光のパワー測定には、入
射光を黒体で受けて熱に変換して測定する手段
と、光の量子効果によつて入射した光のパワーに
比例した電気信号を得る手段とに大別されるが、
前者は広帯域ではあるが応答速度が極めて悪いと
いう大きな欠点があつた。一方光の量子効果を利
用する検出器は応答速度が良いものの、一般には
液体窒素温度以下の極低温で利用しなければなら
ず、また量子効果の利用という機構から必然的に
帯域が狭いという欠点があつた。また光のパワー
を熱に変換して測定する方法は熱による抵抗変化
を利用する方式と熱起電力を利用する方式がある
が、すべて熱的応答速度の大きいことが欠点であ
り、これを改善するために受光面を含め熱容量お
よび熱抵抗をできる限り小さくする努力がなされ
ている。しかしこの結果として検出器を支持する
方法が困難になり、また従来の方法では組立上の
費用が大きくなつて、製品の価格は極めて高いも
のになる欠点があつた。
射光を黒体で受けて熱に変換して測定する手段
と、光の量子効果によつて入射した光のパワーに
比例した電気信号を得る手段とに大別されるが、
前者は広帯域ではあるが応答速度が極めて悪いと
いう大きな欠点があつた。一方光の量子効果を利
用する検出器は応答速度が良いものの、一般には
液体窒素温度以下の極低温で利用しなければなら
ず、また量子効果の利用という機構から必然的に
帯域が狭いという欠点があつた。また光のパワー
を熱に変換して測定する方法は熱による抵抗変化
を利用する方式と熱起電力を利用する方式がある
が、すべて熱的応答速度の大きいことが欠点であ
り、これを改善するために受光面を含め熱容量お
よび熱抵抗をできる限り小さくする努力がなされ
ている。しかしこの結果として検出器を支持する
方法が困難になり、また従来の方法では組立上の
費用が大きくなつて、製品の価格は極めて高いも
のになる欠点があつた。
本考案はこれらの欠点を改良し、かつ安価に高
品質の検出器を提供するものであり、以下図面に
より詳細に説明する。
品質の検出器を提供するものであり、以下図面に
より詳細に説明する。
第１図は本考案の熱電堆素子の外形図、第２図
は主表面として｛100｝面のｎ形シリコン片を用
いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た断面図、第
３図は主表面として｛110｝面のｎ形シリコン片
を用いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た断面図
である。また１はシリコン単結晶片、２は薄膜パ
ターン（熱電材料Ａ）、３は薄膜パターン（熱電
材料Ｂ）、４はアルミニウム電極、５は黒色部分、
６，６ａは酸化硅素皮膜（電気的絶縁皮膜）であ
る。
は主表面として｛100｝面のｎ形シリコン片を用
いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た断面図、第
３図は主表面として｛110｝面のｎ形シリコン片
を用いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た断面図
である。また１はシリコン単結晶片、２は薄膜パ
ターン（熱電材料Ａ）、３は薄膜パターン（熱電
材料Ｂ）、４はアルミニウム電極、５は黒色部分、
６，６ａは酸化硅素皮膜（電気的絶縁皮膜）であ
る。
｛100｝面を主表面とするシリコン板あるいは
｛100｝面を主表面とするシリコン板の平行な２つ
の主表面を鏡面化した後、酸化性雰囲気中で表面
に酸化硅素皮膜６，６ａを形成する。この酸化硅
素皮膜６，６ａはハロゲン化シリコン、有機シリ
コン化合物の熱分解、モノシラン化学反応等の如
何なる方法で被着したものであつても差支えな
い。またシリコン片の表面を被覆する皮膜はシリ
ンコに緊密に接着する電気的絶縁皮膜であればよ
く、また被着の手段方法には無関係である。それ
らの中には金属の酸化物の皮膜、窒化物の皮膜、
あるいはポリイミドを初めとする各種有機物皮
膜、あるいは粉体を被着後溶融して形成したガラ
ス皮膜なども含まれる。このようにして電気的絶
縁皮膜６，６ａを形成した後、周知の写真蝕刻技
術により電気的絶縁皮膜６ａの一部を除去する。
この際｛100｝面を主表面とするシリコン片の場
合には、各辺の主方向〈100〉をなす正方形や長
方形または異方性腐蝕によつて最終的には主方向
が〈100〉方向の外形を有する如く電気的絶縁皮
膜６ａの一部を除去し、シリコン表面を露出させ
る。また｛110｝面を主表面とするシリコンにお
いては、各辺の主方向が〈211〉方向をなす正方
形や長方形または異方性腐蝕の結果、最終的には
各辺の主方向が〈211〉方向の外形を有する如く
電気的絶縁皮膜６ａの一部を除去し、シリコン表
面を露出させる。この後、苛性カリを主体とする
アルカリ系の異方性化学腐蝕液あるいはエチレン
ジアミンとピロカテコールよりなる異方性化学腐
蝕液あるいはヒドラジンと水よりなる異方性化学
腐蝕液で代表されるシリコンの異方性化学腐蝕液
を用いて化学腐蝕を行なうと、結晶方位に制約さ
れた制御可能な腐蝕孔を得ることができる。この
腐蝕孔の形状は第２図の断面に示す如く主表面を
｛100｝とするシリコンにおいては角度αはほぼ
54゜44′をなし、主表面を｛110｝面とする場合に
は第３図に示す如く角度βはほぼ90゜をなすこと
が知られている。このような異方性の化学腐蝕を
行なうに際してシリコン片の厚さと腐蝕のために
写真蝕刻により形形成したシリコン露出部分の形
状を適宜設計するならば、異方性化学腐蝕によつ
てシリコンを厚さ方向に除去してシリコン片を貫
通し、第２図、第３図に示すように電気的絶縁皮
膜を微小部分残すことができる。いうまでもな
く、この微小部分をとりまく周辺部分は十分厚い
シリコン片の基体であり、このような非常に薄い
電気的絶縁皮膜を支持するに十分な機械的強度を
有している。このようにしてごく微小な領域に１
ミクロン程度までの任意の厚さを有する電気的絶
縁皮膜を形成すると同時に、その部分を容易に支
持することができる。
｛100｝面を主表面とするシリコン板の平行な２つ
の主表面を鏡面化した後、酸化性雰囲気中で表面
に酸化硅素皮膜６，６ａを形成する。この酸化硅
素皮膜６，６ａはハロゲン化シリコン、有機シリ
コン化合物の熱分解、モノシラン化学反応等の如
何なる方法で被着したものであつても差支えな
い。またシリコン片の表面を被覆する皮膜はシリ
ンコに緊密に接着する電気的絶縁皮膜であればよ
く、また被着の手段方法には無関係である。それ
らの中には金属の酸化物の皮膜、窒化物の皮膜、
あるいはポリイミドを初めとする各種有機物皮
膜、あるいは粉体を被着後溶融して形成したガラ
ス皮膜なども含まれる。このようにして電気的絶
縁皮膜６，６ａを形成した後、周知の写真蝕刻技
術により電気的絶縁皮膜６ａの一部を除去する。
この際｛100｝面を主表面とするシリコン片の場
合には、各辺の主方向〈100〉をなす正方形や長
方形または異方性腐蝕によつて最終的には主方向
が〈100〉方向の外形を有する如く電気的絶縁皮
膜６ａの一部を除去し、シリコン表面を露出させ
る。また｛110｝面を主表面とするシリコンにお
いては、各辺の主方向が〈211〉方向をなす正方
形や長方形または異方性腐蝕の結果、最終的には
各辺の主方向が〈211〉方向の外形を有する如く
電気的絶縁皮膜６ａの一部を除去し、シリコン表
面を露出させる。この後、苛性カリを主体とする
アルカリ系の異方性化学腐蝕液あるいはエチレン
ジアミンとピロカテコールよりなる異方性化学腐
蝕液あるいはヒドラジンと水よりなる異方性化学
腐蝕液で代表されるシリコンの異方性化学腐蝕液
を用いて化学腐蝕を行なうと、結晶方位に制約さ
れた制御可能な腐蝕孔を得ることができる。この
腐蝕孔の形状は第２図の断面に示す如く主表面を
｛100｝とするシリコンにおいては角度αはほぼ
54゜44′をなし、主表面を｛110｝面とする場合に
は第３図に示す如く角度βはほぼ90゜をなすこと
が知られている。このような異方性の化学腐蝕を
行なうに際してシリコン片の厚さと腐蝕のために
写真蝕刻により形形成したシリコン露出部分の形
状を適宜設計するならば、異方性化学腐蝕によつ
てシリコンを厚さ方向に除去してシリコン片を貫
通し、第２図、第３図に示すように電気的絶縁皮
膜を微小部分残すことができる。いうまでもな
く、この微小部分をとりまく周辺部分は十分厚い
シリコン片の基体であり、このような非常に薄い
電気的絶縁皮膜を支持するに十分な機械的強度を
有している。このようにしてごく微小な領域に１
ミクロン程度までの任意の厚さを有する電気的絶
縁皮膜を形成すると同時に、その部分を容易に支
持することができる。
このようにして形成された電気的絶縁皮膜は、
微小面積かつ微小厚さであり、しかも熱伝導率が
小さいのでシリコン支持基体上よりも、放熱が悪
く、一方シリコン自体の熱伝導率は大きいので該
微小領域とシリコン基体上とでは熱の吸収による
温度上昇に差を生ずることになる。このような構
造体の電気的絶縁皮膜のみを有する領域上に熱電
堆の温接点を設け、シリコン支持基体上の電気的
絶縁皮膜上に冷接点を設けるならば、熱時定数が
極めて短かく、感度の高い熱電堆を形成すること
ができる。このような熱電堆は熱電材料の蒸着と
写真蝕刻の技術を併用して容易に形成することが
できるので、高密度に集積化した熱電対列や特殊
形状の感熱素子も極めて簡単に作ることができ
る。
微小面積かつ微小厚さであり、しかも熱伝導率が
小さいのでシリコン支持基体上よりも、放熱が悪
く、一方シリコン自体の熱伝導率は大きいので該
微小領域とシリコン基体上とでは熱の吸収による
温度上昇に差を生ずることになる。このような構
造体の電気的絶縁皮膜のみを有する領域上に熱電
堆の温接点を設け、シリコン支持基体上の電気的
絶縁皮膜上に冷接点を設けるならば、熱時定数が
極めて短かく、感度の高い熱電堆を形成すること
ができる。このような熱電堆は熱電材料の蒸着と
写真蝕刻の技術を併用して容易に形成することが
できるので、高密度に集積化した熱電対列や特殊
形状の感熱素子も極めて簡単に作ることができ
る。
以上が本考案の詳細であるが、次に具体的実施
例について述べると、厚さ200μで主表面｛100｝
面のシリコン片の両面を研磨した後、酸化性雰囲
気中で約1000オングストロームないし1μの酸化
硅素皮膜６を形成する。更に一方の主表面上に硅
酸エチルを用いた化学堆積法で2μないし5μの酸
化硅素皮膜６ａを付加的に形成する。その後酸化
硅素皮膜の薄い方の裏面に写真蝕刻技術により
1000〜2000μを一辺とする正方形のパターンを形
成し、前述の異方性化学腐蝕液を用いてシリコン
腐蝕孔を形成し、シリコンを貫通させる。この場
合酸化硅素皮膜６は腐蝕されないので、表面上の
２〜5μの酸化硅素皮膜６が残り、これを支持膜
とする。支持膜パターン２を写真蝕刻技術により
形成し、これに蒸着法によつてアンチモンないし
テルル（熱電材料Ａ）を1000〜10000オングスト
ローム付着させ、lift off技術等を用いてアンチ
モンないしテルルの薄膜パターン２を得る。同様
な方法を繰り返してビスマス（熱電材料Ｂ）の溌
膜パターン３を得る。この時薄膜パターン２と３
は第１図のように膜中央部と膜外で重なり合い、
温接点および冷接点となるよう配置する。更に同
様な方法を繰り返してアルミニウムまたは金の電
極４を形成し、この部より超音波ボンドによつて
外部にリードを取り出す。第１図のように膜中央
部に輻射吸収のために黒色部分５を形成する。支
持膜として腐蝕孔の貫通によつて応力が生ずるよ
うな絶縁皮膜を形成して使用する場合には、Ｎ形
シリコン基板に予めＰ形の不純物ボロンを１〜
5μ拡散した後、異方性腐蝕を行なえば、Ｐ形伝
導領域のみ制御性良く残すことができるので、感
度等を考慮した上で残留応力の影響を少なくする
ことができる。また種々の用途に対応して熱電材
料Ａ，Ｂを選択することができる。
例について述べると、厚さ200μで主表面｛100｝
面のシリコン片の両面を研磨した後、酸化性雰囲
気中で約1000オングストロームないし1μの酸化
硅素皮膜６を形成する。更に一方の主表面上に硅
酸エチルを用いた化学堆積法で2μないし5μの酸
化硅素皮膜６ａを付加的に形成する。その後酸化
硅素皮膜の薄い方の裏面に写真蝕刻技術により
1000〜2000μを一辺とする正方形のパターンを形
成し、前述の異方性化学腐蝕液を用いてシリコン
腐蝕孔を形成し、シリコンを貫通させる。この場
合酸化硅素皮膜６は腐蝕されないので、表面上の
２〜5μの酸化硅素皮膜６が残り、これを支持膜
とする。支持膜パターン２を写真蝕刻技術により
形成し、これに蒸着法によつてアンチモンないし
テルル（熱電材料Ａ）を1000〜10000オングスト
ローム付着させ、lift off技術等を用いてアンチ
モンないしテルルの薄膜パターン２を得る。同様
な方法を繰り返してビスマス（熱電材料Ｂ）の溌
膜パターン３を得る。この時薄膜パターン２と３
は第１図のように膜中央部と膜外で重なり合い、
温接点および冷接点となるよう配置する。更に同
様な方法を繰り返してアルミニウムまたは金の電
極４を形成し、この部より超音波ボンドによつて
外部にリードを取り出す。第１図のように膜中央
部に輻射吸収のために黒色部分５を形成する。支
持膜として腐蝕孔の貫通によつて応力が生ずるよ
うな絶縁皮膜を形成して使用する場合には、Ｎ形
シリコン基板に予めＰ形の不純物ボロンを１〜
5μ拡散した後、異方性腐蝕を行なえば、Ｐ形伝
導領域のみ制御性良く残すことができるので、感
度等を考慮した上で残留応力の影響を少なくする
ことができる。また種々の用途に対応して熱電材
料Ａ，Ｂを選択することができる。
以上説明したような構造であるから、広帯域で
応答速度が極めて良好な熱電堆を高品質かつ安価
で得られる利点がある。
応答速度が極めて良好な熱電堆を高品質かつ安価
で得られる利点がある。
第１図は本考案による熱電堆素子の外形図、第
２図は主表面として｛100｝面のｎ形シリコン片
を用いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た断面
図、第３図は主表面として｛110｝面のｎ形シリ
コン片を用いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た
断面図である。 １……シリコン単結晶片、２……薄膜パターン
（熱電材料Ａ）、３……薄膜パターン（熱電材料
Ｂ）、４……アルミニウム電極、５……黒色部分、
６，６ａ……酸化硅素皮膜（電気的絶縁皮膜）。
２図は主表面として｛100｝面のｎ形シリコン片
を用いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た断面
図、第３図は主表面として｛110｝面のｎ形シリ
コン片を用いて形成した素子をＡ−Ａ線より見た
断面図である。 １……シリコン単結晶片、２……薄膜パターン
（熱電材料Ａ）、３……薄膜パターン（熱電材料
Ｂ）、４……アルミニウム電極、５……黒色部分、
６，６ａ……酸化硅素皮膜（電気的絶縁皮膜）。
Claims (1)
- ｛100｝面あるいは｛110｝面を主表面とするｎ
形シリコン単結晶片上に絶縁皮膜を設け、反対の
主表面上より異方性化学腐蝕によつてシリコン単
結晶片を貫通させて得た絶縁皮膜上あるいは予め
Ｐ形不純物を含む領域を所望の厚みに形成して異
方性化学腐蝕孔が該Ｐ形層で停止するようにして
設けた薄いＰ形シリコン層領域上に温接点を形成
し、残余のシリコン基板上の絶縁皮膜上に冷接点
を有する如く形成した１つ以上の熱電対を含む熱
電堆の構造を特徴とする輻射波検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1983112710U JPS59112963U (ja) | 1983-07-20 | 1983-07-20 | 輻射波検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1983112710U JPS59112963U (ja) | 1983-07-20 | 1983-07-20 | 輻射波検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59112963U JPS59112963U (ja) | 1984-07-30 |
| JPH0219976Y2 true JPH0219976Y2 (ja) | 1990-05-31 |
Family
ID=30261191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1983112710U Granted JPS59112963U (ja) | 1983-07-20 | 1983-07-20 | 輻射波検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59112963U (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4511676B2 (ja) * | 1999-03-24 | 2010-07-28 | 石塚電子株式会社 | サーモパイル型赤外線センサ及びその製造方法 |
-
1983
- 1983-07-20 JP JP1983112710U patent/JPS59112963U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59112963U (ja) | 1984-07-30 |
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