JPH0221224A - 焦電型赤外線撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
焦電型赤外線撮像素子及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0221224A JPH0221224A JP63171244A JP17124488A JPH0221224A JP H0221224 A JPH0221224 A JP H0221224A JP 63171244 A JP63171244 A JP 63171244A JP 17124488 A JP17124488 A JP 17124488A JP H0221224 A JPH0221224 A JP H0221224A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- pyroelectric
- electrode
- group
- infrared imaging
- Prior art date
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、焦電薄膜を用いた焦電型赤外線撮像素子およ
びその製造方法に間するものである。
びその製造方法に間するものである。
従来の技術
物体の温度分布を非接触で測定する赤外線撮像装置には
、赤外線を光量子として検出する量子型検出器、あるい
は熱として吸収して素子の温度変化を電気信号に変換す
る熱型検出器が採用される。
、赤外線を光量子として検出する量子型検出器、あるい
は熱として吸収して素子の温度変化を電気信号に変換す
る熱型検出器が採用される。
前者は応答速度が速く高感度であるが、液体窒素温度へ
の冷却を必要とし、感度の波長依存性が大きい。後者は
応答は遅いが、常温動作が可能で長波長での感度が高い
という特長を有し、家庭用、一般民需用として期待され
ている。
の冷却を必要とし、感度の波長依存性が大きい。後者は
応答は遅いが、常温動作が可能で長波長での感度が高い
という特長を有し、家庭用、一般民需用として期待され
ている。
現在、実用化されている赤外線撮像装置には、ポイント
あるいは少数の素子よりなるリニアアレイ型の検出器と
光学系の機械的走査とを組合せたものが多く用いられて
いる。最近になり、検出部としてショットキー障壁を形
成し、電荷結合素子(CCD)により電子走査をする二
次元赤外線撮像装置が実用化された。一方、熱型検出器
を用いた赤外線撮像装置には、真空管タイプの焦電ビジ
コンが既に実用化されている。焦電型赤外線検出器とC
CDとを一体化した固体化焦電CCDは研究開発中であ
リ、 インフト?−)−フィシーツクス(Infr
ared Phys、)22,259(1982)等
に焦電素子とCODをInバンプで結合する方式が提案
されている。また、Int、Conf、on ?)−
バーンスト(Advanced) IRセシサ(Se
nsors)and システム(System) 49
(1983)には、 CCDへの熱伝導を抑制するため
、CCD上にレジストの突起部を形成し、その上に設け
た電極と焦電材料の下部電極とをハンダバンプで結合す
る構造が提案されている。
あるいは少数の素子よりなるリニアアレイ型の検出器と
光学系の機械的走査とを組合せたものが多く用いられて
いる。最近になり、検出部としてショットキー障壁を形
成し、電荷結合素子(CCD)により電子走査をする二
次元赤外線撮像装置が実用化された。一方、熱型検出器
を用いた赤外線撮像装置には、真空管タイプの焦電ビジ
コンが既に実用化されている。焦電型赤外線検出器とC
CDとを一体化した固体化焦電CCDは研究開発中であ
リ、 インフト?−)−フィシーツクス(Infr
ared Phys、)22,259(1982)等
に焦電素子とCODをInバンプで結合する方式が提案
されている。また、Int、Conf、on ?)−
バーンスト(Advanced) IRセシサ(Se
nsors)and システム(System) 49
(1983)には、 CCDへの熱伝導を抑制するため
、CCD上にレジストの突起部を形成し、その上に設け
た電極と焦電材料の下部電極とをハンダバンプで結合す
る構造が提案されている。
焦電型赤外線撮像装置に使用されている材料にはTC9
系・LiTaO3系等の単結晶、PbTiO3系・P
bZ rxT !+−+cO3系のセラミクス、PVF
2系等の有機膜等がある。焦電材料の性能指数であるF
v(=rバcCv))とFm(=7パ(y(E: dt
anδ)1′2乃は一般に無機系では高く、有機系材料
では低い。ここで、γは焦電係数、εは誘電率、Cvは
体積比熱、dは厚さである。焦電素子そのものの熱容量
を下げ応答性を速くするとともに感度を上げるために焦
電材料を薄くする必要がある。特に、高密度の一次元、
二次元検出器には、性能指数の高い焦電薄膜材料が要望
されている。
系・LiTaO3系等の単結晶、PbTiO3系・P
bZ rxT !+−+cO3系のセラミクス、PVF
2系等の有機膜等がある。焦電材料の性能指数であるF
v(=rバcCv))とFm(=7パ(y(E: dt
anδ)1′2乃は一般に無機系では高く、有機系材料
では低い。ここで、γは焦電係数、εは誘電率、Cvは
体積比熱、dは厚さである。焦電素子そのものの熱容量
を下げ応答性を速くするとともに感度を上げるために焦
電材料を薄くする必要がある。特に、高密度の一次元、
二次元検出器には、性能指数の高い焦電薄膜材料が要望
されている。
また、焦電材料は自発分極Psの変化を出力として取り
出すため、Psが一方向に揃っているとき、最大出力が
得られる。そこで、焦電材料には高電界を印加してPs
の向きを揃える分極処理が必要である。しかしながら、
rfマグネトロンスパッタリング法により作製したC軸
配向PbTiO3系薄膜は、分極処理をしなくとも、P
bTiO3セラミクスの約3倍のFvを示す高感度焦電
材料を実現できることが、第30回応用物理学関係連合
講演予稿集7P−z−2に報告されている。
出すため、Psが一方向に揃っているとき、最大出力が
得られる。そこで、焦電材料には高電界を印加してPs
の向きを揃える分極処理が必要である。しかしながら、
rfマグネトロンスパッタリング法により作製したC軸
配向PbTiO3系薄膜は、分極処理をしなくとも、P
bTiO3セラミクスの約3倍のFvを示す高感度焦電
材料を実現できることが、第30回応用物理学関係連合
講演予稿集7P−z−2に報告されている。
発明が解決しようとする課題
ところで、感度、検出能、空間分解能、応答性をよくす
るために、赤外線撮像装置に用いる焦電材料の厚さを薄
くすることが重要となる。そのための研磨工程が必要と
なり、焦電材料の割れ防止に対する管理をしなければな
らない。また、単結晶、セラミクスの薄膜化には限界が
あり、厚さを薄くして検出能:Dネを向上することは限
度がある。薄くなると、膜厚の制御も困難で感度バラツ
キの原因となった。
るために、赤外線撮像装置に用いる焦電材料の厚さを薄
くすることが重要となる。そのための研磨工程が必要と
なり、焦電材料の割れ防止に対する管理をしなければな
らない。また、単結晶、セラミクスの薄膜化には限界が
あり、厚さを薄くして検出能:Dネを向上することは限
度がある。薄くなると、膜厚の制御も困難で感度バラツ
キの原因となった。
さらに、焦電材料に分極処理を施すとき、絶縁破壊が生
じたり、高密度に配列している高分解能アレイ素子では
、それらを均一に分極することが困難であるという問題
が発生した。
じたり、高密度に配列している高分解能アレイ素子では
、それらを均一に分極することが困難であるという問題
が発生した。
バンプ等で接合した焦電型CODでは、バンプを通して
CODへの熱拡散が生じ感度が低下した。
CODへの熱拡散が生じ感度が低下した。
CODと焦電材料の間にレジストを介してCCDへの熱
伝導を抑制する構造のものも、CODとセンサ部の熱膨
張差による接触不良やクラックが生じた。また、センサ
部がバンプと接触しているため熱容量が増大し、応答性
も低下した。
伝導を抑制する構造のものも、CODとセンサ部の熱膨
張差による接触不良やクラックが生じた。また、センサ
部がバンプと接触しているため熱容量が増大し、応答性
も低下した。
一方、高性能指数を示す焦電薄膜とCCDをバンプなど
により接合する場合、焦電薄膜に機械的強度も要求され
、S電薄膜の割れ、破壊が生じた。
により接合する場合、焦電薄膜に機械的強度も要求され
、S電薄膜の割れ、破壊が生じた。
本発明は、このような従来技術の課題を解決することを
目的とする。
目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、基板上に形成された焦電薄膜と、前記焦電薄
膜上に二次元に配列された電極薄膜群と、これらの薄膜
を被覆するように形成されたコンタクトホールをもつ有
機薄膜と、前記有機薄膜上に形成された前記電極薄膜群
とコンタクトをもつ第2の電極薄膜群と、前記第2の電
極薄膜群上に電荷転送素子の各エレメントの人力ダイオ
ードに接続されるように設けられた金属バンプとを有し
た構成である。
膜上に二次元に配列された電極薄膜群と、これらの薄膜
を被覆するように形成されたコンタクトホールをもつ有
機薄膜と、前記有機薄膜上に形成された前記電極薄膜群
とコンタクトをもつ第2の電極薄膜群と、前記第2の電
極薄膜群上に電荷転送素子の各エレメントの人力ダイオ
ードに接続されるように設けられた金属バンプとを有し
た構成である。
作用
本発明は、上記のような焦電HM及び構成を用いた焦電
型赤外線撮像素子であるから、焦電薄膜が高性能指数で
あること、バンプを介して電荷転送素子への熱拡散が低
減したことにより感度の大幅アップを図ることができる
ばかりでなく、薄膜のはがれ・割れを防止できる。また
、自然分極を有する焦電薄膜を用いることにより、分極
処理をおこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の焦
電型赤外線撮像素子が実現できる。
型赤外線撮像素子であるから、焦電薄膜が高性能指数で
あること、バンプを介して電荷転送素子への熱拡散が低
減したことにより感度の大幅アップを図ることができる
ばかりでなく、薄膜のはがれ・割れを防止できる。また
、自然分極を有する焦電薄膜を用いることにより、分極
処理をおこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の焦
電型赤外線撮像素子が実現できる。
実施例
以下に、本発明を、図面を参照しながら説明する。
第1図及び第2図は本発明の焦電型赤外線撮像素子の一
実施例の構造及び製造方法を示す図である。
実施例の構造及び製造方法を示す図である。
(100)でへき開し鏡面研摩したMgO単結晶基板1
上に、高周波マグネトロンスパッタ法で焦電薄膜2とし
てP b 1−XL a xT i +−11,vsx
o3(P L T)を3μm成長させた(第2図(a)
)。 雰囲気ガスにはA「と02の混合ガスを用い、ス
パッタリングターゲットは (0,8PLT+0.2PbO) の粉末である。表1にスパッタリング条件を示す。
上に、高周波マグネトロンスパッタ法で焦電薄膜2とし
てP b 1−XL a xT i +−11,vsx
o3(P L T)を3μm成長させた(第2図(a)
)。 雰囲気ガスにはA「と02の混合ガスを用い、ス
パッタリングターゲットは (0,8PLT+0.2PbO) の粉末である。表1にスパッタリング条件を示す。
表1
この焦電薄膜2上に厚さ約0.2μmの複数のNiCr
電極薄膜群3を蒸着により作製した(第2図(b))。
電極薄膜群3を蒸着により作製した(第2図(b))。
前記NiCr電極薄膜群3はフォトリソグラフィの手法
により二次元に配列されている。
により二次元に配列されている。
次にこれらの上に有機薄膜4を設けた(第2図(0戸。
上記有機薄膜4は感光性ポリイミド系樹脂をスピンナー
で塗布し、紫外線に照射した後300℃で熱処理したも
のである。膜厚は4μ慣であった。電極薄膜群3上の一
部にはコンタクトホール5を設けた。前記有機薄膜4上
に第2の電極薄膜群6として蒸着によりNiCr電極群
を作製した(第2図(d))。電極薄膜群3と第2の電
極薄膜群6とは取り出し電極7で接続させた。
で塗布し、紫外線に照射した後300℃で熱処理したも
のである。膜厚は4μ慣であった。電極薄膜群3上の一
部にはコンタクトホール5を設けた。前記有機薄膜4上
に第2の電極薄膜群6として蒸着によりNiCr電極群
を作製した(第2図(d))。電極薄膜群3と第2の電
極薄膜群6とは取り出し電極7で接続させた。
前記第2の電極薄膜群6は、その上にCrAu蒸着膜(
図示せず)を作製して、各々電気的に接続された後、前
記第2の電極薄膜群6上の一部を除き、レジストを形成
し、電解メツキにより前記第2の電極薄膜群6上に、A
uバンプ8を5μm作製した(第2図(e))。次に、
前記CrAu蒸着膜をエツチングで除去し、前記第2の
電極薄膜群6を分離した後、前記Auバンプ8により前
記第2の電極薄膜群6と電荷転送素子9の人力ダイオー
ド10上に設けたAI電極群11とを300℃の雰囲気
で熱圧着し接合したく第2図(f))。その後、焦電薄
膜2の下部におけるMgO基板1の一部あるいは全部を
熱濃燐酸によりエツチングして閏日部12を設けて、前
記焦電薄膜2の前記基板側の面にNiCr受光電極薄膜
13を作製したく第2図(g))。このときエツチング
面積を焦電薄膜2の面積より大きくして、焦電薄膜2は
MgO基板lに接触しないようにしている。上記構成に
おいて、焦電薄膜2とMgO基板1との熱膨脹の違いに
よる熱応力を有機薄膜4は緩和している。本実施例に用
いたPLT焦電薄膜は分極軸(<001>方向)の90
Kが一方向に配向しているとき、焦電係数:γは6.8
X 10−’C/cm2にとなり、コノ値は200℃テ
100kV/CIW印加して分極処理を行ったPbTi
O3セラミクス(r :1.8xlO−8C/ cm2
K)と比べてかなり大きい。また、分極処理後の値と比
べ殆ど変わらないばかりでなく、配向率が小さい場合の
分極後の値より大きい。誘電率は、配向率90Xの場合
、セラミクスとほぼ同等の値で約200である。
図示せず)を作製して、各々電気的に接続された後、前
記第2の電極薄膜群6上の一部を除き、レジストを形成
し、電解メツキにより前記第2の電極薄膜群6上に、A
uバンプ8を5μm作製した(第2図(e))。次に、
前記CrAu蒸着膜をエツチングで除去し、前記第2の
電極薄膜群6を分離した後、前記Auバンプ8により前
記第2の電極薄膜群6と電荷転送素子9の人力ダイオー
ド10上に設けたAI電極群11とを300℃の雰囲気
で熱圧着し接合したく第2図(f))。その後、焦電薄
膜2の下部におけるMgO基板1の一部あるいは全部を
熱濃燐酸によりエツチングして閏日部12を設けて、前
記焦電薄膜2の前記基板側の面にNiCr受光電極薄膜
13を作製したく第2図(g))。このときエツチング
面積を焦電薄膜2の面積より大きくして、焦電薄膜2は
MgO基板lに接触しないようにしている。上記構成に
おいて、焦電薄膜2とMgO基板1との熱膨脹の違いに
よる熱応力を有機薄膜4は緩和している。本実施例に用
いたPLT焦電薄膜は分極軸(<001>方向)の90
Kが一方向に配向しているとき、焦電係数:γは6.8
X 10−’C/cm2にとなり、コノ値は200℃テ
100kV/CIW印加して分極処理を行ったPbTi
O3セラミクス(r :1.8xlO−8C/ cm2
K)と比べてかなり大きい。また、分極処理後の値と比
べ殆ど変わらないばかりでなく、配向率が小さい場合の
分極後の値より大きい。誘電率は、配向率90Xの場合
、セラミクスとほぼ同等の値で約200である。
このように本実施例では、高性能指数を示す焦電材料を
用い、焦電材料の薄膜化により高感度化を図り、しかも
、本構造により焦電薄膜から電荷転送素子への熱伝導が
激減し、焦電薄膜の高材料性能指数を十分生かし高感度
を実現できる。さらに、焦電薄膜のはがれ、割れを防止
°できる。電荷転送素子とセンサ部の熱膨張差による接
触不良やクラックの問題も解消した。
用い、焦電材料の薄膜化により高感度化を図り、しかも
、本構造により焦電薄膜から電荷転送素子への熱伝導が
激減し、焦電薄膜の高材料性能指数を十分生かし高感度
を実現できる。さらに、焦電薄膜のはがれ、割れを防止
°できる。電荷転送素子とセンサ部の熱膨張差による接
触不良やクラックの問題も解消した。
また、焦電材料としてPbTi0a系薄膜をあげたが、
化学式(PbxLay)(TizZrJO3で表わされ
、a) 0.7≦X≦10.9≦x+y≦I O,9
5≦z≦1 w=0b) x:1y=0 0.1≦z
≦l z+w=1c) 0.83≦X≦1 x+y
=1 0.3≦z≦10.96≦z+冒≦1 のいずれかの組成を有する焦電薄膜材料についてもこの
効果が得られる。
化学式(PbxLay)(TizZrJO3で表わされ
、a) 0.7≦X≦10.9≦x+y≦I O,9
5≦z≦1 w=0b) x:1y=0 0.1≦z
≦l z+w=1c) 0.83≦X≦1 x+y
=1 0.3≦z≦10.96≦z+冒≦1 のいずれかの組成を有する焦電薄膜材料についてもこの
効果が得られる。
発明の効果
本発明に係る焦電型赤外線撮像素子は、高性能指数を示
す焦電薄膜を用い、焦電薄膜から電荷転送素子への熱伝
導を激減する構造により、焦電薄膜の高材料性能指数を
十分生かし高感度化を実現できるばかりでなく、焦電薄
膜のはがれ、割れを防止できる。また、電荷転送素子と
センサ部の熱膨張差による接触不良やクラックの問題も
解消し、歩留まり良く製造することができる。
す焦電薄膜を用い、焦電薄膜から電荷転送素子への熱伝
導を激減する構造により、焦電薄膜の高材料性能指数を
十分生かし高感度化を実現できるばかりでなく、焦電薄
膜のはがれ、割れを防止できる。また、電荷転送素子と
センサ部の熱膨張差による接触不良やクラックの問題も
解消し、歩留まり良く製造することができる。
第1図は本発明の一実施例における焦電型赤外線撮像素
子の構造を示す断面図、第2図(a)、(b)。 (c)、(cl)、(e)、(f)、(g)は、同焦電
型赤外線撮像素子の製造方法を示す図である。 l・・・MgO基板、2・・・焦電薄膜、3・・・電極
薄膜群、4・・・有機薄膜、 5・・・コンタクトホー
ル、6・φ・第2の電極薄膜群、8・・・Auバンプ、
9・・・電荷転送素子、11・・・AI電極群、12・
・・開口部、13・・・受光電極 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名樗 Δ ■ bΩ
子の構造を示す断面図、第2図(a)、(b)。 (c)、(cl)、(e)、(f)、(g)は、同焦電
型赤外線撮像素子の製造方法を示す図である。 l・・・MgO基板、2・・・焦電薄膜、3・・・電極
薄膜群、4・・・有機薄膜、 5・・・コンタクトホー
ル、6・φ・第2の電極薄膜群、8・・・Auバンプ、
9・・・電荷転送素子、11・・・AI電極群、12・
・・開口部、13・・・受光電極 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名樗 Δ ■ bΩ
Claims (6)
- (1)基板上に形成された焦電薄膜と、前記焦電薄膜上
に二次元に配列された電極薄膜群と、これらの薄膜を被
覆するように形成されたコンタクトホールを設けた有機
薄膜と、前記有機薄膜上に形成された前記電極薄膜群と
取り出し電極薄膜を介して電気的コンタクトをもつ第2
の電極薄膜群と、前記第2の電極薄膜群上に電荷転送素
子の各エレメントの入力ダイオードに接続されるように
設けられた金属バンプとを有した構成を特徴とする焦電
型赤外線撮像素子。 - (2)焦電薄膜が化学式(Pb_xLa_y)(Ti_
zZr_w)O_3で表わされ、 a)0.7≦x≦1、0.9≦x+y≦1、0.95≦
z≦1、w=0b)x=1、y=0、0.45≦z≦1
、z+w=1c)0.83≦x≦1、x+y=1、0.
5≦z≦10.96≦z+w≦1 のいずれかの組成をもち、<001>方向に高度に配向
していることを特徴とする請求項1に記載の焦電型赤外
線撮像素子。 - (3)焦電薄膜が化学式(Pb_xLa_y)(Ti_
zZr_w)O_3で表わされ、 a)x=1、y=0、0.1≦z≦0.4、z+w=1
b)0.92≦x≦1、x+y=1、0.3≦z≦0.
450.98≦z+w≦1 のいずれかの組成をもち、<111>方向に配向してい
ることを特徴とする請求項1に記載の焦電型赤外線撮像
素子。 - (4)有機薄膜がポリイミド系樹脂であることを特徴と
する請求項1に記載の焦電型赤外線撮像素子。 - (5)焦電薄膜が基板に直接接触せず、有機薄膜を介し
て基板に支持されることを特徴とする請求項4に記載の
焦電型赤外線撮像素子。 - (6)基板上に分極が一方向に揃った配向性焦電薄膜を
形成し、前記焦電薄膜上に複数の分離した電極薄膜群を
形成し、その上に有機薄膜を被覆しコンタクトホールを
設け、前記有機薄膜上に第2の電極薄膜群を作製し前記
電極薄膜群と取り出し電極薄膜群により連結し、前記第
2の電極薄膜群上に金属バンプを形成し、前記金属バン
プにより前記第2の電極薄膜群と電荷転送素子の入力ダ
イオード上に設けた電極群とを接合した後、前記基板の
一部あるいは全部をエッチングにより取り除き、前記焦
電薄膜の前記基板側の面に受光電極薄膜を作製すること
を特徴とする焦電型赤外線撮像素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63171244A JP2502693B2 (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 焦電型赤外線撮像素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63171244A JP2502693B2 (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 焦電型赤外線撮像素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0221224A true JPH0221224A (ja) | 1990-01-24 |
| JP2502693B2 JP2502693B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=15919717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63171244A Expired - Fee Related JP2502693B2 (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 焦電型赤外線撮像素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2502693B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100298576B1 (ko) * | 1998-11-27 | 2001-10-29 | 김충환 | 열영상검출용초전소자제조방법 |
| KR100298575B1 (ko) * | 1998-11-27 | 2001-10-29 | 김충환 | 열영상검출용초전소자제조방법 |
-
1988
- 1988-07-08 JP JP63171244A patent/JP2502693B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100298576B1 (ko) * | 1998-11-27 | 2001-10-29 | 김충환 | 열영상검출용초전소자제조방법 |
| KR100298575B1 (ko) * | 1998-11-27 | 2001-10-29 | 김충환 | 열영상검출용초전소자제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2502693B2 (ja) | 1996-05-29 |
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