JPH0264420A - 焦電型赤外線撮像素子 - Google Patents

焦電型赤外線撮像素子

Info

Publication number
JPH0264420A
JPH0264420A JP63216514A JP21651488A JPH0264420A JP H0264420 A JPH0264420 A JP H0264420A JP 63216514 A JP63216514 A JP 63216514A JP 21651488 A JP21651488 A JP 21651488A JP H0264420 A JPH0264420 A JP H0264420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pyroelectric
thin film
infrared imaging
imaging device
polarization
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.)
Granted
Application number
JP63216514A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0629781B2 (ja
Inventor
Ryoichi Takayama
良一 高山
Yoshihiro Tomita
富田 佳宏
Koji Nomura
幸治 野村
Kuni Ogawa
小川 久仁
Atsushi Abe
阿部 惇
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP63216514A priority Critical patent/JPH0629781B2/ja
Publication of JPH0264420A publication Critical patent/JPH0264420A/ja
Publication of JPH0629781B2 publication Critical patent/JPH0629781B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/34Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (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。

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に関す
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。
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。
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(COD)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
り、赤外線物理(Infrared Phys)、22
、259(1982)等に焦電素子とCCDをInバン
プで結合する方式が提案されている。
焦電型赤外線撮像装置に使用されている材料にはTGS
系・LiTaO3系等の単結晶、PbTiO3系” P
 bz rxT i+−xo3系のセラミクス、P V
 F 2系等の有機膜等がある。焦電材料の性能指数で
あるFv(=γバECV))及びFm(=rバCv(t
 dtanδ)1′2))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電な下げ応答
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
bTi0a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 そこで、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*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。したがって、高感度で感度バラツキの小
さい焦電型CCDは、未だ開発されていない。
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
、焦電薄膜の割れ・破壊が生じた。
また、CCD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。
本発明は、従来技術のこのような課題を解決した焦電型
赤外線撮像素子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 本発明は、基板上に形成された化学式が、(Pb。
Lay)(TizZr、、)03で表わされる焦電薄膜
と、前記焦電薄膜上に二次元に配列された電極薄膜群と
、前記電極薄膜群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
、前記焦電薄膜と前記電荷転送素子との間に充填した樹
脂とを有し、前記電荷転送素子に前記焦電薄膜を固着し
た構成とする。また、前記焦電薄膜は<001>方向あ
るいは<111>方向に高度に配向しており、分極の方
向も一方向に揃った配向薄膜で構成する。但し、上式に
おけるx、y、zおよびWは下記のa、  bまたはC
の条件を満足するものとする。
a) 0.7≦x≦1O99≦)<+y≦l  O,9
5≦Z≦1ν=Ob) x:L  y=o  O,1≦
z≦l  z+w=1c) 0.83≦x≦l  x+
y=1 0.3≦z≦10.96≦z十−≦1 作用 上記のような焦電薄膜及び構成を用いた焦電型赤外線撮
像素子においては焦電薄膜が高性能指数であるから、高
感度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、上記の焦電薄膜は、これをス
パッタリング法により作製するざい、充分に<001>
あるいは<111〉方向に配向していれば、分極処理を
行なわなくとも自発分極が揃っている(特開昭62−2
05266号公報参照)。したがって、この焦電薄膜を
利用すると、自発分極が既に揃った自然分極が得られ、
分極処理を行なう必要がなく、歩留まりよく高性能の焦
電型赤外線撮像素子が提供できる。
実施例 以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図及び第2図は本発明の焦電型赤外線撮像素子の構
造及び製造工程を示す図である。
(+00)でへき開し鏡面研摩したMgO?l+−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 l!、9L a9.1 T i [1
,97503(P L T)を371m成長させた(第
2図(a))。 雰囲気ガスにはAr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0.271mの複数のCrA
u電極薄膜群3を蒸着により作製した(第2図(b))
。前記CrAu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。 さらに、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、前記電極薄膜群3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電極薄膜群31に、Auバ
ンプ4を571m作製した(第2図(C))。次に、前
記CrA u蒸着膜をエツチングで除去し、前記電極薄
膜群3を分離した後、前記焦電薄膜上に樹脂5を塗布す
る(第2図(d))。前記Auバンプ4と電荷転送素子
60入力ダイオード7上に設けたA1電極群8とを位置
合わせし、MgO基板1側から紫外線を照射し、樹脂5
を硬化させ、前記Auバンプ4を介して前記電極薄膜群
3と電荷転送素子6のAI電極群8とを接合した(第2
図(e))。その後、焦電薄膜2の下部におけるMgO
基板基板一部あるいは全部を熱濃燐酸によりエツチング
し開口部9を設けて、前記焦電薄膜2の前記基板側の面
にNiCr受光電F!!渾膜10を作製したく第2図(
f))。
樹脂5にはエポキシ、シリコーン、アクリル等の紫外線
硬化型を用いたが、加熱温度が焦電薄膜2のキュリー温
度より低ければ、加熱硬化型の樹脂を用いてもよい。
木実施例に用いたPLT焦電薄膜は、分極軸(<OOD
方向)の90%が一方向に配向しているとき、焦電係数
:γは6.8X 1O−8C/cm2にとなり、この値
は、200℃で1oOkV/cm印加して分極処理を行
ったpbTiO3セラミクス(r :1.8XIO−8
C/ cm2K)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
90%の場合、セラミクスとほぼ同等の値で約200で
ある。したがって、焦電材料としての性能指数であるF
、、  F。
の値も大きくなり、PbTiO3セラミクスの値と比較
して3倍強の値を示した。
また、焦電材料としてPbTiO3系薄膜をあげたが、
化学式(PbxLa、、)(TizZr−)03で表わ
され、a) 0.7≦x≦l O09≦x+y≦l  
O,95≦z≦1w:。
b) x=1  y=0 0.1≦z≦1  z+w=
1c) 0.83≦x≦1  x+y=1 0.3≦z
≦10.96≦Z+W≦1 のいずれかの組成を有する焦電薄膜材料についても高性
能指数、分極処理不要の効果が得られる。
このように高性能指数を示す焦電薄膜を用い、樹脂によ
り電荷転送素子と焦電薄膜を固着した構成とすることに
より、高感度化・高空間分解能化を図り、焦電薄膜の割
れ・破壊を防止しすることができた。また、CODとセ
ンサ部の熱膨張差による接触不良やクラックも防止する
ことができた。
発明の効果 本発明による焦電型赤外線撮像素子は、高性能指数を示
し分極処理不要である焦電薄膜を用い、電荷転送素子と
焦電薄膜を樹脂により固着した構成とすることにより、
高感度化・高空間分解能化を図り、焦電薄膜の割れ・破
壊を防止しすることができる。また、CCDとセンサ部
の熱膨張差による接触不良やクラックも防止することが
できる。
また、分極処理による焦電薄膜の割れ、分極の不均一性
を防IEでき、著しく歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
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図は、その焦電型赤外線撮
像素子の製造工程を示す簡略図である。 l・・・MgO基板、2・・・焦電薄膜、3・・・電極
薄膜群、4・・・Auバンプ、5・・・樹脂、6・・・
電荷転送素子、8・・・A1電極群、9・・・間口部、
10・・・受光電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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、前記電極薄膜群上
    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、前記焦電薄膜と
    前記電荷転送素子との間に充填した樹脂とを有し、前記
    電荷転送素子に前記焦電薄膜が固着されたことを特徴と
    する焦電型赤外線撮像素子。
  2. (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=0 b)x=1 y=0 0.1≦z≦1 z+w=1 c)0.83≦x≦1 x+y=1 0.3≦z≦10
    .96≦z+w≦1 のいずれかの組成をもち、<001>方向あるいは<1
    11>方向に高度に配向しており、分極の方向も一方向
    に揃っていることを特徴とする請求項1記載の焦電型赤
    外線撮像素子。
  3. (3)紫外線硬化型の樹脂を用いたことを特徴とする請
    求項1記載の焦電型赤外線撮像素子。
JP63216514A 1988-08-31 1988-08-31 焦電型赤外線撮像素子 Expired - Lifetime JPH0629781B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63216514A JPH0629781B2 (ja) 1988-08-31 1988-08-31 焦電型赤外線撮像素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63216514A JPH0629781B2 (ja) 1988-08-31 1988-08-31 焦電型赤外線撮像素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0264420A true JPH0264420A (ja) 1990-03-05
JPH0629781B2 JPH0629781B2 (ja) 1994-04-20

Family

ID=16689630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63216514A Expired - Lifetime JPH0629781B2 (ja) 1988-08-31 1988-08-31 焦電型赤外線撮像素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0629781B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06333504A (ja) * 1993-05-26 1994-12-02 Nec Corp 直視型受光デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06333504A (ja) * 1993-05-26 1994-12-02 Nec Corp 直視型受光デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0629781B2 (ja) 1994-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Whatmore Pyroelectric ceramics and devices for thermal infra-red detection and imaging
Whatmore et al. Ferroelectric materials for thermal IR sensors state-of-the-art and perspectives
Francombe Ferroelectric films and their device applications
US5602043A (en) Monolithic thermal detector with pyroelectric film and method
US4593456A (en) Pyroelectric thermal detector array
JPH09500234A (ja) 配向されて成長した焦電性の層を有するパイロ検出素子およびその製造法
US5079200A (en) Detector material for uncooled thermal imaging devices
US4983839A (en) Pyroelectric materials
GB2152750A (en) Infra-red sensor array
Okuyama et al. PbTiO3 ferroelectric thin films and their pyroelectric application
Zeng et al. Wafer-scale fabrication of silicon-based LiTaO 3 pyroelectric infrared detectors by bonding and thinning technology
JPH03110427A (ja) パイロ電気材料に基づく赤外線探知器
US5286975A (en) Pyro-electric type infrared-ray sensor
US5804823A (en) Bismuth layered structure pyroelectric detectors
Choi et al. Epitaxially grown pyroelectric infrared sensor array for human body detection
JPH0264420A (ja) 焦電型赤外線撮像素子
Zhao et al. Pyroelectric performances of relaxor‐based ferroelectric single crystals and related infrared detectors
JP2502693B2 (ja) 焦電型赤外線撮像素子及びその製造方法
JP2564526B2 (ja) 焦電型赤外線アレイ素子及びその製造方法
JPH0235321A (ja) 焦電型赤外線撮像素子
Marshall A review of pyroelectric detector technology
JP2553559B2 (ja) 焦電型赤外線アレイセンサ
JPH0749997B2 (ja) 焦電型赤外線アレイ素子
JP2553569B2 (ja) 焦電型赤外線アレイセンサ
JPH0749998B2 (ja) 焦電型赤外線アレイ素子