JPH04170077A - 焦電型赤外線検出器およびその製造方法 - Google Patents

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て赤外線を検出する焦電型赤外
線検出器およびその製造方法に関する。

従来の技術 従来、焦電型の赤外線検出器には、チタン酸鉛系のセラ
ミックやタンタル酸リチウムの単結晶などのバルク材料
が用いられてきた。近年、焦電材料を薄膜化し、フォト
リソなどの微細加工技術を応用して、素子の小型化や高
密度アレイ化に適応できる焦電型赤外線検出器が開発さ
れつつある。

特に、薄膜焦電材料のうち、ペロプスカイト型の結晶構
造を有するチタン酸鉛系の焦電薄膜は、スパッタリング
法によって成膜することによ）、基板に対してＣ軸配向
し、分極処理を施さなくても分極の方向が一方向にそろ
った薄膜が得られる。

この現象はＭ９０単結晶基板上やＭ（ＪＯ単結晶上に（
１００）配向したｐｔ薄膜上などの限られた基板材料上
への成膜においてのみ確認されている。

特に、ＰｂｘＬａ、Ｔｉ、２１ｗ０３　で表わされ、（
ａ）　　０．７≦Ｘ≦１．０．９≦”　十ｙ　＜　’　
ｅα９５≦ｚ≦１゜Ｗ＝Ｏ （ｂ）　　　ｘ＝１．７＝Ｏ，α４６≦ｚ（１、ｚ　十
ｗ＝１（ｃ＋）　　０．８３≦Ｘ≦１　、Ｘ＋７＝１．
０．６≦ｚ（１０，９６≦ｚ＋ｗ≦１ のいずれかの組成を有する焦電薄膜において顕著な現象
である。これらのＣ軸配向したチタン酸鉛系の焦電ＫＭ
は、赤外線の検出能力も高いことから、焦電型赤外線検
出器の小型化や高密度アレイ化に最も適した材料である
。

具体的な焦電薄膜材料を用いた赤外線検出器の構成を第
３図に示す。焦電素子は、焦電薄膜−１と両面のｔ極２
，３とによって構成され、との焦電素子が穴の開いた基
板４の穴の中心に、有機薄膜６によって支持されている
。電極２の引出し部分は有機薄膜６の中に埋め込まれ、
裏面全面に作製されたｗＬ電極との間での絶縁を保って
おシ、焦電素子の出力は［極２の引呂し部分と電極３の
間の起電力として得られる。焦電型の赤外線検出器は、
吸収した赤外線による素子の温度上昇を電気信号に変換
しているため、焦電素子の裏面の基板４に穴を開け、焦
電素子から基板への熱伝導をできるだけ少なくして効率
よ〈熱上昇が行なえる構成としている。また、赤外線の
入射は裏面の電極３側から行ない、焦電薄膜１に直接赤
外線を吸収させ、効率のよい赤外線の検出を行なってい
る。通常、受光側電極には赤外線反射率の小さい薄いニ
クロムが使われている。

この作製プロセスを第４図を用いて説明する。

まず、基板４上の一部に焦電薄膜１を成膜する。

この全面に感光性の有機薄膜５を塗布し、乾燥した後、
紫外線による露光と現像によって、有機薄膜６のうちの
焦電薄膜１と電極２との導通をとる部分を取シ除き、有
機薄膜６を熱硬化させる。この上に電極２の成膜とパタ
ーニングを行ない、さらに感光性の有機薄膜５′を塗布
し、乾燥した後、紫外線による鱈光と現像によって、有
機薄膜６′のうちの電極２の出力を埴シ出す部分を取シ
除く。

基板４の裏面に７オトレジヌト６を塗布し、基板を残す
部分を保護した後、基板４の一部をエツチング除去する
。フォトレジスト６を除去した後、裏面全面にｔ極３を
形成している。

発明が解決しようとする課題 従来例の赤外線検出器に用いる基板は、容易にエツチン
グできる材料でなくてはならず、さらに″ｔ５＋極軸方
向に配向した焦電薄膜を用いる場合、使用可能な基板が
極端に限定される。

また、従来の焦電薄膜を用いた赤外線検出器では、焦電
薄膜の寸法と基板の穴の寸法の間にかなシマージンを取
らなくてはならず、焦電素子自体を小さくすることがで
きても検出器全体はあｇ小さくすることができない。

まず第１Ｋ、エツチングされた基板の側面がどうしても
斜めになるため、この寸法を考慮しなくてはならない。

また、この斜め部分が急峻であると電極３の導通が取れ
なくなり、歩留１シが低下することから、この部分の寸
法は基板の厚さ以上であることが望ましい。

次に、実際にエツチングされる基板の寸法のばらつきを
考慮しなくてはならない。基板エツチングには長時間か
かるため、レジストと基板との間へのエツチング液の浸
透が無視できなくなシ、実際にエツチング除去された部
分の寸法は、設計値から大きくばらつく。

さらに、マージンとして基板エツチングのパターンずれ
を考慮しなくてはならない。基板の表と裏のパターン合
わせが必要で、合わせるパターン間が離れているためパ
ターンずれが生じ易い。

従って、マージンどして、基板の斜め部分の寸法、エツ
チング寸法のばらつき、パターンずれの３点を見越した
以上の寸法が必要となる。

本発明は、上記問題点を解決するもので、小型で歩留ま
シの高い焦電型赤外線検出器を提供することを目的とす
るものである。

課題を解決するための手段 第１基板上に焦電素子を作製し、全面を有機薄膜で後っ
た上に、穴を設けた第２基板を貼シ合わせ、第１基板を
エツチング除去することによシ、前記有機薄膜によって
前記焦電素子が前記第２基板の穴の内部に支持された構
成を実現する。

作　　用 上記手段のように、あらかじめ穴を設けた基板と有機薄
膜を塗布した焦電素子とを貼シ合わせることによって、
色々な基板材料を用いることができる。例えば、ガラス
エポキシなどの回路基板に用いられる材料を用い、検出
器と周辺回路を同一基板上に作製することによって、装
置全体を小型化することができる。

従来例では基板の穴の側面が斜めであることが問題であ
ったが、本発明では穴の側面が垂直に切シ立った基板を
用いることができる。穴の側面を垂直にしたとしても、
二つの電極のどちらの引き回し部分も、連続かつ平坦な
面上に作製されるため、従来例のように電極の断線によ
る不良は起こらない。また、本発明では第１基板を全面
エツチングし除去しているため、従来例のようなエツチ
ング寸法のばらつきやパターンずれなどの問題は起こら
ない。

従って、本発明における焦電素子と基板の穴の間のマー
ジンは極めて少なくて済み、小型の赤外線検出器を実現
できる。

また、第１基板を全面エツチングするため、エツチング
される面に段差がなく、全面が均一にエツチングされ、
エツチングの終点における焦電薄膜のダメージを最小限
に抑えることができる。

実施例 本発明における焦電型赤外線検出器の一実施例の構成を
第１図に、その作製プロセスを第２図に示す。第１基板
１１としてＭｇｏ単結晶を用い、この上に焦電薄膜１２
としてＰ　ｂ　ｏ　、ｓＬ　ａｏ　、　１”０．９７５
０３の組成でペロブヌカイト型の結晶構造を有し、基板
１１に対してＣ軸配向した焦電薄膜を、スパッタリング
法によシ成膜した。この組成の焦電薄膜は、チタン酸鉛
系の焦電薄膜の中でも特に赤外線検出器の材料として優
れている。この焦電薄膜１２と基板１１上に１１００ｎ
のＮｉＣｒ薄膜を成膜し、電極１３とその引き回し部分
を形成した。この全面に有機薄膜１４としてポリイミド
樹脂を塗布・仮硬化し、さらに全面に接着層１５として
同じポリイミド樹脂を塗布し、第２基板１６と貼シ合わ
せた後、有機薄膜１４と接着層１６を完全に硬化した。

最後に、第１基板１１をリン酸によってエツチング除去
し、基板１１を除去した面に１０ｎｍのＮ　ｉ　Ｃｒを
成膜し、電極１７とその引き回し部分を形成した。基板
１１をエツチング除去した面が平坦であるため、従来例
では行えない、裏面電極のパターニングを容易に行なう
ことができた。第１図に示した構成は、第２図のプロセ
スが終了したものの上下を反転しておシ、電極１７側か
ら赤外線の入射を行なう。

第２基板１６にはポリイミドのフィルムを用いておシ、
型抜きで簡単に断面が垂直な穴を開けることができ、−
枚の基板に複数の赤外線検出器を作シ込んだ場合、それ
ぞれの素子分離も容易に行なうことができた。ポリイミ
ドフィルムには、銅箔の配線パターンを設けたものを用
い、検出器と同じ基板上に周辺回路も実装し、装置の小
型化を図ることができた。また、ポリイミドは柔軟性が
あシ赤外線検出器を曲面状に設置することも可能である
。

また、従来例の有機薄膜５とσには、電極２の導通を取
る穴を設けるために、感光性のポリイミド樹脂を用いて
２回のパターニングを行なっておシ、樹脂の硬化も２回
行なわなくてはならず、プロセスが複雑で時間がかかる
。実際、エツチング液への耐性を確保するためには１回
につき４時間和度熱処理が必要であった。一方、本発明
の場合、有機薄膜１４と接着層１６ともパターニングの
必要がなく有機薄膜１４を１０分程度仮硬化するだけ÷
連続して塗布できる。よって、通常のポリイミド樹脂が
使用でき、実質１回の硬化で済むため、プロセスが単純
で時間の短縮ができる。

さらに本発明の赤外線検出器は、その実装においても有
利である。従来例の検出器のように裏面から赤外線を受
光する場合、検出器を固定するノくッケージのペースに
も赤外線を通す窓を設けなくてはならない。ペースに穴
を設けることは、ノくツケージのコスト増大を招くだけ
でなく、ペース側に出ているビンやパッケージを固定す
る配線基板が邪魔をして、光学系の設計を制限する恐れ
がある。本発明では、基板に対して表から受光するだめ
、このような問題は生じない。

本実施例には、１個の焦電型赤外線検出器について示し
ているが、焦電素子を複数個ならべたアレイセンサの作
製においても全く同様の効果が得られる。

発明の効果 本発明によれば、小型で歩留まりの高い焦電型赤外線検
出器を実現でき、さらにその作製プロセスの簡略北本時
間の短縮を行なうことができる。

における焦電型赤外線検出器およびその作製プロセスを
示す断面図である。

１１・・・・・・第１基板、１２・・・・・・焦電薄膜
、１３・・・・・・電極、１４・・・・・・有機薄膜、
１６・・・・・・接着層、１６・・・・・・第２基板、
１７・・・・・・電極。

代理人の氏名　弁理士　小鍜治　　明　Ｉ／１か２名、
、−、！！儒ヒｉｑ罠

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、有機薄膜と、前記有機薄膜よりも小さい
   焦電素子とを備え、前記基板上に前記有機薄膜が接着支
   持され、前記有機薄膜上に前記焦電素子が設けられてい
   る焦電型赤外線検出器。
2. （２）基板と、有機薄膜と、前記有機薄膜よりも小さい
   焦電素子とを備え、前記基板の周囲に前記焦電素子の信
   号を処理する回路が実装され前記基板上に前記有機薄膜
   が接着支持され、前記有機薄膜上に前記焦電素子が設け
   られている焦電型赤外線検出器。
3. （３）焦電素子が、基板に設けた穴よりも小さく、前記
   焦電素子が前記基板の穴の概ね中央に設置された請求項
   １記載の焦電型赤外線検出器。
4. （４）有機薄膜の上面と、焦電薄膜の有機薄膜に覆われ
   ていない上面が、略連続で平坦である請求項１記載の焦
   電型赤外線検出器。
5. （５）有機薄膜と基板とを接着する接着層が、前記有機
   薄膜と同種の樹脂からなる請求項１記載の焦電型赤外線
   検出器。
6. （６）焦電素子が、Ｐｂ＿ｘＬａ＿ｙＴｉ＿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、０．４５≦ｚ＜１、ｚ＋ｗ＝１ （ｃ）０．８３≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ＝１、０．５≦ｚ＜１
   、０．９６≦ｚ＋ｗ≦１ のいずれかの組成を有する焦電薄膜材料によって構成さ
   れる請求項１記載の焦電型赤外線検出器。
7. （７）焦電素子を構成する焦電薄膜の結晶軸が、分極軸
   方向に配向している請求項１記載の焦電型赤外線検出器
   。
8. （８）基板上に直接焦電薄膜を成膜しても、前記焦電薄
   膜を配向させることのできないセラミクス、ガラス、樹
   脂、あるいはその複合材料を前記基板に用いた請求項７
   記載の焦電型赤外線検出器。
9. （９）第１基板に所望の大きさの焦電素子を作製し、基
   板全体を覆うように有機薄膜を作製し、この上に第２基
   板を接着した後、第１の基板を裏面からエッチング除去
   しうる焦電型赤外線検出器の製造方法。
10. （１０）第１の基板が、焦電薄膜の分極軸方向への結晶
    配向を可能とする材料からなる請求項９記載の焦電型赤
    外線検出器の製造方法。