JPH0261906A - 焦電型センサー素子 - Google Patents

焦電型センサー素子

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JPH0261906A
JPH0261906A JP63212226A JP21222688A JPH0261906A JP H0261906 A JPH0261906 A JP H0261906A JP 63212226 A JP63212226 A JP 63212226A JP 21222688 A JP21222688 A JP 21222688A JP H0261906 A JPH0261906 A JP H0261906A
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実 野口
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は室温付近やその他の所望の作動温度範囲におい
て平均して大きな焦電係数を有する焦電型センサー素子
に関する。
〔従来の技術〕
近年各種のセンサーが開発され、実用に供されるように
なってきたが、その中で赤外線検出を行う焦電素子が知
られている。
焦電素子は焦電体を加工、分極して電極を取り付け、受
光可能な状態で支持台に取り付けたものである。焦電体
の表面に赤外線が照射されると温度が上昇し、表面に電
荷が現われる。従って、焦電体に外部電極を接続してお
けば電流を検出することができる。
焦電素子の性能は、温度変化に応じてその焦電体表面上
に発生する電荷の量により決まり、これは一般に焦電係
数pと言われている。すなわち、焦電材料の焦電係数P
は以下の式により表わされる。
旧 (ただし、Psは自発分極、Tは温度)また焦電電流密
度1は以下の式により表わされる。
従って、温度の時間変化に比例した電流が流れることに
なる。
このような焦電材料として、PbZr0.  PbTl
Os系において、PbZr0.に近い組成のセラミック
ス(PZT)が提案されている。この材料は、 ■室温より少し上(約50℃以上)に相転移温度がある
ことにより、自発分極の温度係数、すなわち焦電係数が
大きく、 ■誘電率が奈り大きくなく、焦電材料としての性能指数
が大きく、電気回路への整合性も良く、 ■相転移点を超えても、分極処理効果が維持される 等の特徴を有する。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、PbZr03PbT+Oi系の焦電材料
は、第7図に示すように、PbZr0.とPbTl0*
とのいずれのモル比においても焦電係数が温度により著
しく変化し、特に室温付近においては比較的小さい。
従って、人体センサーのように室温付近で使用する場合
や、その他の赤外線センサーとしてそれぞれ所望の温度
範囲にわたって高感度の焦電素子を作る必要がある場合
に、必ずしも満足ではないという問題がある。そのため
、実際には焦電素子をヒータにより最適温度まで加熱し
ながら使用しなけばならなかった。
従って、本発明の目的は室温付近その他所型の温度範囲
において大きな焦電係数を有する焦電材料を提供するこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、PbZr
Os  PbTiO3にPI) (Mg+72W+zz
)Lを異なる配合の割合で添加した複数の焦電体を接合
することにより、所望の温度範囲において優れた焦電係
数を有する焦電型センサー素子が得られることを発見し
、本発明を完成した。
すなわち本発明の焦電型センサー素子はPbZrO37
0〜93モル%と、PbTl0* 6〜10モル%と、
Pb (Mg17□W+、□)031〜20モル%とか
らなる組成範囲内においてPEI(Mg+/J+72)
L の割合が異なる複数の焦電体を接合してなることを
特徴とする。
本発明を以下詳細に説明する。
まず(1−X) PbZr03−xPbTio3 系焦
電材料において、Xが0.06〜0.10範囲にある場
合、大きな焦電係数を示す。
次にこの(l −x) PbZr0.−xpbTiO,
系にPb(Mgl/2W+/2)03を、全体を100
モル%として、1〜20モル%の割合で添加する。Pb
(Mg+/z Wl/2)03の添加量が増大するにつ
れて焦電材料の相転移温度が低下し、焦電係数のピーク
も低温側に移動する。それとともに、室温付近の焦電係
数pは増加する傾向を示す。
本発明の焦電型センサー素子に用いる焦電材料の組成の
三角グラフを第1図に示す。好ましい組成範囲は、(1
−x)PbZrO,−xPbTiO+ 系において×=
0.06〜0,10であり、かつPtl(Mgl/2W
+/2)03 が8〜15モル%である。
本発明の焦電型センサー素子は複数の焦電体と接合して
おり、各焦電体は、異なる焦電係数の温度特性を有する
ように、異なる割合のpb(Mg+zJ+/2)03 
を含有することを特徴とする。接合する各焦電体の焦電
係数及びPb(Mgl/2W+/2)03 の含有量は
、焦電型センサー素子に対して所望する焦電係数の温度
特性によって種々変更することができる。
一般にPb(Mgl/□L/z)0* の含有量の多い
焦電体を接合することにより、室温付近における焦電係
数を大きなものとすることができる。
第2図は本発明の焦電型センサー素子の一例を示す。接
合された2つの焦電体薄板1,2は一対の電極3.4に
挟まれており、電極3.4間に生じた電圧は検出回路り
で検出される。焦電体薄板1.2は異なるPb(Mg+
/J+z□)03量を有するために、焦電係数の温度特
性が異なる。これが並列に接合されているので、焦電型
センサー素子全体としては、焦電体薄板1,2の平均化
された温度特性を示す。また第3図は異なる焦電係数を
有する3つの焦電体薄板5,6.7が接合されてなる焦
電型センサー素子の例を示す。
PbPbZr03−PbTi03−Pb(、、J+、>
Oa系焦電材料から各焦電体を製造するには、種々の方
法を使用することができる。例えば特開昭60−847
12 号に記載されているように、必要な成分の酸化物
を所定の割合で配合し、焼成、加工をすることにより一
体的な焦電体とすることができる。得られた焦電体の薄
板はボンディングガラス、有機接着剤等により接合する
。また、各添加剤の粉末を適当量混合し、低融点ガラス
等のバインダーを用いて、粉末を接合することで同様な
効果が得られる。ここで低融点ガラスを用いるのは、混
合粉700 ℃付近から固体拡散が生じるため、700
 ℃以下で溶融するガラスが必要であるためである。ま
たこのバインダーは有機物であっても問題はなく、望ま
しくはPVDF等の焦電性を有する有機物を用いた方が
、バインダーによる特性劣化が生じず、好ましい。
また焦電体薄膜を形成し、それを接合するようにするこ
ともできる。この場合、RFスパッタリング法、マグネ
トロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング
法、イオンブレーティング法、電子ピース蒸着法、CV
D法等の薄膜化技術を使用して薄膜を形成し、既に形成
した焦電体薄膜をマスクして次の焦電体薄膜を形成する
ことにより、複数の焦電体薄膜を接合することができる
本発明により複数の焦電体を用いて焦電型センサー素子
を作成する場合、白金、31等の基板上に複数の焦電体
の薄板を接合するか薄膜を形成し、その上にAu、AI
!等で電極を形成する。焦電体薄膜の厚さは一般に1〜
10μm程度とするのが好ましい。
〔実施例〕
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
参考例I A l 203 からなる基板上に下部白金電橋をfl
Fスパッタ法により形成し、この電極上にPbZrGo
、2Ti。、。、0.とPb(Mg+7□Wl/2)0
3とを種々の割合で含有する焦電体薄膜を5μmの厚さ
に形成した。さらにこの上に上部Pt電極をRFスバッ
タリ、フグ法により形成した。
このようにして得られた焦電体の相転移温度を測定した
。結果を第4図に示す。
第4図から明らかな通り、Pb(Mg+7□Wl/2)
03が8〜15モル%の範囲において相転移温度が約5
0℃以下となることがわかる。
参考例2 PbZro、 92TIO,oao*とPb(Mg+7
2W+、、z)o、  とを種々の割合で配合して焦電
体を形成した。得られた各焦電体薄膜について、温度と
焦電係数との関係を求めた。結果を第5図に示す。
第5図カラ明らかな通り、Pb(Mg+、z2W+、z
z)0* カ8〜15モル%の範囲・の場合、20〜8
0℃の範囲において十分に高い焦電係数pを有する。
実施例1 第2図に示すように、PbZro、 92TIO,as
口、にPb(Mg+yxVI+y□)03 を種々の割
合(10モル%、14モル%)で配合してなる焦電体薄
板1及び2を接合し、両面に白金電極3.4を設けるこ
とにより、センサー素子を形成した。
このようにして得られた焦電型センサー素子の焦電係数
を測定した。結果を第6(a)図に示す。また焦電体薄
板1,2を単独で用いてなる焦電型センサー素子につい
て、同様に焦電係数を測定した。
結果を第6Q))に示す。
第6(a)図から明らかな通り、Pb(Mg+zz W
+72)Osが10モル%の焦電体と14モル%の焦電
体とを接合してなるセンサー素子は室温付近の温度範囲
において、平均して高い焦電係数を示す。これに対して
、第6(b〕図から明らかな通り、それぞれ10モル%
、14モル%のPtl(Mgl/2 Wl/2)03の
焦電体の焦電係数は大きなピークを有するが、平均して
高い焦電係数を有していない。
実施例2 第3図に示すように、PbZro、1zTlo、 os
olにPb(Mgr7J+72)Os を種々の割合(
8モル%、10モル%、14モル%)で配合してなる焦
電体薄板5.6及び7を接合し、両面に白金電極3,4
を設けることにより、センサー素子を形成した。
このようにして得られた焦電型センサー素子の焦電係数
を測定した。結果を同様に第6(a)図に示す。また焦
電体薄板5.6.Tを単独で用いてなる焦電型センサー
素子の焦電係数の測定結果を第6ら)図に示す。
第6(a)図から明らかな通り、Pb(ML/J+7z
)0*が8モル%の焦電体と、10モル%の焦電体と、
14モル%の焦電体とを接合してなるセンサー素子は室
温付近を含む広い温度範囲において、平均して高い焦電
係数を示す。
〔発明の効果〕
以上に詳述した通り、本発明の焦電型センサー素子はP
bZr0.−PbTiO,系に異なる割合のPb (M
g I/2W l/ 2 > 03を添加した複数の焦
電体を接合してなるものであるので、焦電係数の温度特
性を自由に制御することができ、特に室温付近において
、十分に高い焦電係数を有する。
このように焦電係数の温度特性が改善された焦電型セン
サー素子を用いた焦電型赤外線センサーーーは、室温付
近で使用される人体検出センサー、非接触型温度センサ
ー等に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の焦電材料の組成を表す三角グラフであ
り、 第2図は本発明の焦電型センサー素子の一例を示す断面
図であり、 第3図は本発明の焦電型センサー素子の他の例を示す断
面図であり、 第4図はpH(ML/J+/z)Osの添加量(モル%
)と相転移温度との関係を示すグラフであり、第5図は
Pbzro12TlO,o@03  にPtl(Mg+
zJ+7□)Osを配合した焦電材料の焦電係数の温度
依存性を示すグラフであり、 第6図(a)は第2図及び第3図の焦電型センサー素子
の焦電係数を示し、第6図ら)図は単一の焦電体からな
る焦電型センサー素子の焦電係数を示し、第7図は(1
−X) PbZr0*−xPbTi03 系焦電材料の
焦電係数の温度依存性を示すグラフである。 出 願 人 本田技研工業株式会社 代  理  人   弁理士  高  石   橋  
馬第1図 Pb(Mg’/2W’/2)03 ビ引+C,13 bZrO3 Pb(MCJ +/2W+/2)03 mo1%第1% 湿度(’C) fb) 温度(0C) 嶌5図 浬゛濱 (0C) 無電1系数 fx IO″′9C/cm2−’C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  PbZrO_370〜93モル%と、PbTiO_3
    6〜10モル%と、Pb(Mg_1_/_2W_1_/
    _2)0,1〜20モル%とからなる組成範囲内におい
    てPb(Mg_1_/_2W_1_/_2)O_3の割
    合が異なる複数の焦電体を接合してなることを特徴とす
    る焦電型センサー素子。
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