JPH06120569A - 赤外線検出器 - Google Patents

赤外線検出器

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JPH06120569A
JPH06120569A JP26720292A JP26720292A JPH06120569A JP H06120569 A JPH06120569 A JP H06120569A JP 26720292 A JP26720292 A JP 26720292A JP 26720292 A JP26720292 A JP 26720292A JP H06120569 A JPH06120569 A JP H06120569A
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JP
Japan
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infrared
substrate
infrared detector
detection unit
lower electrode
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JP26720292A
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English (en)
Inventor
Yukihiko Shirakawa
幸彦 白川
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TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、低コストで検出感度の良好な赤外
線検出器を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の赤外線検出器10は、上部電極7、
焦電効果を有する薄膜素子6、下部電極5及び機械的支
持絶縁性薄膜2の積層体からなる赤外線検出部と、さら
に、その赤外線検出部を熱的に基板から分離する目的で
基板に形成される熱分離空間3によって構成される赤外
線検出単位素子11を、前記基板1上に複数個近接して
配列し、各赤外線検出単位素子11の上部電極7、下部
電極5を並列接続したものである。 この構成により、
生産性が良く低コスト化が可能であり、かつ、赤外線の
集光面積が広く検出感度の良好な赤外線検出器10を提
供することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検出器に関し、
より詳しくは、工場、店舗、家屋等防犯の必要な箇所に
用いられ、人体検地等を目的とする焦電効果を利用した
赤外線検出器に関する
【0002】
【従来技術の説明】従来、焦電効果を利用した熱型赤外
線検出器は、図6に示すように、セラミックス焦電材料
や、単結晶焦電材料等のバルク材料を薄く加工した焦電
素子25の表裏に分割電極28A,28B及び共通電極
27を形成した検出素子20を接着剤22により基板2
1から浮かした状態で支持し、分割電極28A,28B
から電気信号を取り出すデュアル型の構成としている
(実開昭57−84447号)。
【0003】このようにすれば、周囲の温度変化に対し
て焦電素子25の分割電極28A、28Bに現れる出力
は極性が反対になり打ち消し合うため、移動する熱源の
みを検出することが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たバルク材料を用いた従来の赤外線検出器の場合、以下
に述べる2点の問題があった。
【0005】まず第1に、セラミック焦電材料や、単結
晶焦電材料を加工する場合、これらの材料は脆性材料で
あるため極めて加工が困難であり、実用的には厚さ約1
00μm程度が限度であった。 このため、検出素子2
0の熱容量が大きくなり、赤外線に対する応答が遅くな
り、さらに熱的ノイズが大きくなってしまう。 この結
果、十分な検出感度が得られないという問題があった。
【0006】第2に、バルク材料を加工してデュアル型
の赤外線検出器を構成する場合、検出素子20の加工精
度に限界があるため、デュアル型として機能する検出素
子20の素子特性に微妙なばらつきが生じ、周囲の温度
変化等に対して、十分な補償が出来ないため、周辺温度
等の外乱によるノイズレベルが高くなって、結果的に検
出感度が低下してしまう問題があった。
【0007】従来においても、上述した第1の問題を解
決するために、赤外線検出素子を薄膜として絶縁性基板
上に形成し、その後、赤外線検出部に当たる基板の一部
をこの基板裏部よりエッチングで除去する構造が提案さ
れている(特開昭60−30115)。
【0008】しかしながら、この構造は、以下に述べる
問題点を有している。
【0009】まず、検出対象となる人体等の赤外線波長
が、約10μm程度と大きいため、赤外線集光光学系
上、現実的なデバイスを得るためには赤外線検出部を赤
外線の波長より十分大きく取らねばならない。 この
際、赤外線検出部の構造は大型になると、これを構成す
る部材間の熱膨張差等に起因する応力等の影響で、機械
的に脆弱になり、実際に作成する上で非常な困難を伴
う。
【0010】さらに、かりにこれらの構造を作成し得て
も、実際にデュアル型赤外線検出器を形成する場合、バ
ルク材料を加工して用いた場合と同様に、素子間のばら
つきに起因して結果的に高い検出感度が得られないとい
う問題がある。
【0011】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
し、低コストで検出感度の良好な赤外線検出器を提供す
ることを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】このような発明の目的
は、下記(1)〜(4)の発明により達成される。
【0013】(1)基板と、前記基板上に形成された上
部電極、焦電効果を有する薄膜素子、下部電極及び機械
的支持絶縁性薄膜の積層体からなる赤外線検出部と、前
記赤外線検出部と基板の間の基板側に形成された熱分離
空間によって構成される赤外線検出単位素子を、前記基
板上に複数個近接して配列し、各赤外線検出単位素子の
上部電極、下部電極を並列接続したことを特徴とする赤
外線検出器。
【0014】(2)前記上部電極は赤外線吸収能を有
し、前記下部電極は赤外線反射能を有する上記1に記載
の赤外線検出器 (3)前記上部電極及び/又は前記下部電極を並列接続
する配線路にトリミング領域を設けた上記(1)または
(2)に記載の赤外線検出器。
【0015】(4)前記赤外線検出器を、複数個用いて
構成した上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の赤
外線検出器。
【0016】
【作用】本発明の赤外線検出器は、基板上に形成され、
上部電極、焦電効果を有する薄膜素子、下部電極及び機
械的支持絶縁性薄膜の積層体からなる赤外線検出部と、
さらに、その赤外線検出部を熱的に基板から分離する目
的で基板と赤外線検出部の間の基板側に形成される熱分
離空間によって構成される赤外線検出単位素子を、前記
基板上に複数個近接して配列し、各赤外線検出単位素子
の上部電極、下部電極を並列接続した物である。
【0017】赤外線検出単位素子は、基板との間に熱分
離空間を持つため、熱応答性が良く、高感度の赤外線検
出が可能になる。
【0018】また、実際の赤外線検出器を構成するため
に、前記赤外線検出器を複数個、好ましくは2次元平面
状に近接して配列し、それぞれの赤外線検出単位素子の
上部電極、下部電極を並列に接続することで、一個の赤
外線検出器を形成する。
【0019】このような並列構造により、赤外線検出単
位素子の大きさを、数10μmから数100μm程度の
寸法にとどめたまま、赤外線検出器としては、赤外線集
光光学系から要求される必要な面積を得ることが出来
る。 この結果、赤外線検出素子を十分小さな寸法で形
成でき、赤外線検出単位素子を構成する部材間の熱膨張
差等に起因する応力等で、熱分離構造を作製する上での
困難を最小限に抑えることが可能になる。
【0020】また焦電効果を有する薄膜素子の上部電
極、下部電極を、赤外線吸収層と赤外線反射層として機
能する構成とする事で、赤外線検出単位素子の赤外線に
対する実効感度を向上させることが出来る。
【0021】更に、赤外線検出単位素子の上部電極もし
くは下部電極を接続する配線路の一方、又は上部電極及
び下部電極を接続する配線路の両方にはトリミングによ
り切断可能な部分、即ち、トリミング領域を設けること
により、赤外線検出器を構成する赤外線検出単位素子中
の不良素子を電機的に分離することが可能となり、赤外
線検出器の製造歩留まりを向上させ、且つ赤外線検出器
の感度の調整が可能となる。
【0022】更に、この赤外線検出器を複数個用いた構
成とすれば、各赤外線検出器間の特性のばらつきを、各
赤外線検出器の赤外線検出単位素子の数をこれらの特性
が同一になるようにトリミングする事で調整でき、これ
により、周辺温度等の外乱の影響を完全に補償できるた
め、熱分離空間を持つ薄膜赤外線検出器の高い検出感度
を損なうことなく、実用価値の高い高感度の赤外線検出
器を得ることが出来る。
【0023】
【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0024】図1に示す赤外線検出器10は、シリコン
単結晶基板からなる基板1上に形成したSiN絶縁層2
とその上に赤外線吸収能を有する上部電極7,焦電効果
を有する薄膜素子6及び赤外線反射能を有する下部電極
5の積層体と、それに相当する基板部分に形成された熱
分離空間3を持って構成される赤外線検出単位素子11
を、前記基板1上に縦5素子、横10素子のマトリック
ス上にそれぞれ縦約30μm、横約30μmの間隔をお
いて近接して配列し、各赤外線検出単位素子11の上部
電極7、下部電極5を並列接続したものである。
【0025】前記赤外線検出単位素子11の下部電極5
は、列(縦方向)毎に形成した共通電極8に接続され、
各列毎の共通電極8はさらに赤外線検出単位素子11の
マトリックス外部にある行(横方向)に沿った共通電極
9aに接続され、赤外線検出器10の一方の出力として
いる。
【0026】また赤外線検出単位素子11の上部電極7
は、前記共通電極9と反対側の上部電極7用の共通電極
9bに、それぞれ個別の配線でもって接続され、赤外線
検出器10の他方の出力としている。 赤外線検出器1
0の特性を調整するときには、この共通電極9bへの接
続部13をレーザー光で焼き切ることにより行う。
【0027】即ち、接続部13は、トリミング領域とし
て機能するようになっている。
【0028】図2、図3は、前記赤外線検出単位素子1
1の構造を示すものである。
【0029】この赤外線検出単位素子11の製造工程を
以下に説明する。
【0030】まず、シリコン単結晶の基板1の表面に、
CVD法で、Si34膜を約1μmの厚さに形成し、絶
縁支持層2とした。 次に赤外線反射層を兼ねるPt膜
を約3000オングストロームの厚さに蒸着法にて形成
し、イオンミリングにより約30μm角の下部電極5と
した。 この下部電極5の上に、チタン酸ジルコン酸鉛
薄膜をスパッタ法により約2μmの厚さに形成し、下部
電極5を覆う部分を残してエッチングで除去し、これを
焦電効果を有する薄膜素子6とした。 この後、上部電
極7としてスパッタ法によりNiCr薄膜を約100オ
ングストロームの厚さに形成し、所定の形状にパターニ
ングした。
【0031】次に赤外線検出効果を持つ薄膜素子6の外
周部に当たる部分のSi34膜をスリット状にドライエ
ッチングにより除去し、この部分を通して薄膜素子6の
位置に相当する基板1を異方性エッチング法にて除去
し、熱分離空間3を作製した。
【0032】以上の工程により、図2、図3に示す赤外
線検出単位素子11を得た。
【0033】焦電効果を有する薄膜素子6の上部電極
7、下部電極5は、赤外線吸収層と赤外線反射層として
機能するため、赤外線検出単位素子11の赤外線に対す
る実効感度を向上させることが出来る。
【0034】また、実際の赤外線検出器10を構成する
ために、前記赤外線検出単位素子11を図1に示すよう
に、基板1上に縦5素子、横10素子のマトリックス状
にそれぞれ約30μmの間隔をおいて近接して配列し、
各赤外線検出素子11の上部電極7、下部電極5を並列
接続することで、赤外線検出単位素子11の大きさを約
30μm角程度の寸法にとどめたまま、赤外線検出器1
0としては赤外線集光光学系から要求される必要な面積
を得ることが出来る。 この結果、赤外線検出単位素子
11を十分小さな面積で形成でき、赤外線検出単位素子
11を構成する部材間の熱膨張係数差等に起因する応力
等により赤外線検出単位素子11に生じる支障を最小限
に抑えることが可能になる。
【0035】図4に、前記赤外線検出器10を用いたい
わゆる2素子型と称される移動熱源を検出する赤外線検
出器10Aを示す。
【0036】この赤外線検出器10Aは、前記赤外線検
出器10を左右それぞれ5素子づつ並列に接続して赤外
線検出器10Bとし、さらに、左右の赤外線検出器10
Bにおける素子群の分極方位が打ち消し合うようにこれ
らを直列に接続して、図示しないインピーダンス変換用
FETに出力するようにしたものである。 この赤外線
検出器10Aの等価回路を図5に示す。
【0037】この移動熱源検出用の赤外線検出器10A
は、各赤外線検出単位素子11が薄膜素子6で形成され
ているため、極めて応答性が良く、かつ熱的ノイズレベ
ルが低い上、左右の素子群の電機的特性を前記接続部1
3のトリミングにより非常に高い精度で一致させること
が出来るため、実効的な検出感度を非常に高くすること
が出来る。
【0038】なお、本実施例においては、赤外線検出単
位素子11を形成する基板1として、シリコン単結晶基
板を用いた場合に付いて説明したが、この場合、シリコ
ン基板上に赤外線検出器からの出力信号を増幅する出力
増幅回路及びその信号処理回路を搭載して、同一基板上
に赤外線検出器と信号増幅回路、信号処理回路を集積し
たセンサとすることも容易である。
【0039】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、赤外線検
出単位素子を構成する部材間の熱膨張係数差等に起因す
る応力などにより赤外線単位素子構造に生じる支障を最
小限に抑えることが出来、生産性が良く、低コスト化が
可能になると共に、赤外線の集光面積が広く検出感度の
良好な赤外線検出器を提供することが出来る。
【0040】また、焦電効果を有する薄膜素子の上部電
極、下部電極を、赤外線吸収層と赤外線反射層として機
能させることで、赤外線検出単位素子の赤外線に対する
実効感度を向上させることが出来る。
【0041】更に、配線路にトリミング領域を設けたこ
とで、製造歩留まりの向上、検出感度の調整も可能とな
る。
【0042】更に、赤外線検出器を複数個の構成とし、
配線路にトリミング領域を設けることで、各赤外線検出
器間の特性調整による高精度の電機的特性を得ることが
出来実効的な検出感度の向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の赤外線検出器の実施例を示す回路図
【図2】 本実施例における赤外線検出単位素子の構造
を示す断面図
【図3】 本実施例における赤外線検出単位素子の構造
を示す平面図
【図4】 本実施例における赤外線検出器を用いた移動
熱源を検出する赤外線検出器の構成図
【図5】 図4に示す赤外線検出器の等価回路図
【図6】 従来の赤外線検出器の断面図
【符号の説明】
1 基板 2 絶縁層 3 熱分離空間 5 下部電極 6 薄膜赤外線検出素子 7 上部電極 10 赤外線検出器 11 赤外線検出単位素子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板上に形成された上部電
    極、焦電効果を有する薄膜素子、下部電極及び機械的支
    持絶縁性薄膜の積層体からなる赤外線検出部と、前記赤
    外線検出部と基板の間の基板側に形成された熱分離空間
    によって構成される赤外線検出単位素子を、前記基板上
    に複数個近接して配列し、各赤外線検出単位素子の上部
    電極、下部電極をそれぞれ並列接続したことを特徴とす
    る赤外線検出器。
  2. 【請求項2】 前記上部電極は赤外線吸収能を有し、前
    記下部電極は赤外線反射能を有する請求項1に記載の赤
    外線検出器
  3. 【請求項3】 前記上部電極及び/又は前記下部電極を
    並列接続する配線路にトリミング領域を設けた請求項1
    または2に記載の赤外線検出器。
  4. 【請求項4】 前記赤外線検出器を、複数個用いて構成
    した請求項1ないし3のいずれかに記載の赤外線検出
    器。
JP26720292A 1992-10-06 1992-10-06 赤外線検出器 Pending JPH06120569A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20010724