JPH0686036U

JPH0686036U - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH0686036U
Application number: JP2761393U
Authority: JP
Inventors: 純一喜多; 健二田窪
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】熱膨張率の差に起因する検出素子のひび割れ
の防止と、基板部分の厚さの一定化を図る。【構成】検出素子２と支持台３との間に中間層９を設
け、その中間層９を、検出素子と支持台の中間の熱膨張
率をもった物質かエッチングされ難い物質又は両性質を
もった物質で構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えばフーリエ変換型赤外線吸光分析器（ＦＴＩＲ）などに用いられる熱型の赤外線検出器、特に焦電効果を利用した焦電型赤外線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、焦電型の赤外線検出器は、上部電極および下部電極が設けられた焦電結晶からなる検出素子と、これを支持する支持台とを有し、入射した赤外線を検出素子で受光して、その受光赤外線による検出素子の温度変化を電気信号として検出するものである。

【０００３】この種の赤外線検出器においては、検出素子と支持台とが例えば接着剤により密着されるが、このようにして検出素子と支持台とを密着させると、急激な温度変化があったような場合に両者の熱膨張率の差から検出素子にひび割れを生ずるおそれがある。

【０００４】そこで、このような熱膨張率の差に起因する検出素子のひび割れを回避するため、例えば特開平１−２７０６２４号公報に示されたものでは、検出素子の中央部分のみを支持台で支持したり、その回りにゲル状物質を充填したりすることを行っている。その場合、検出素子の中央部分は導電性エポキシ樹脂やハンダ等によって支持台に接着される。

【０００５】一方、上記のような焦電型の赤外線検出器において、その感度を高くするためには、検出器の熱容量を小さくするとともに、検出器から周囲への熱伝導を抑制することが必要であり、そのためには支持台において検出素子を保持している基板部分の厚みをできるだけ薄くするのが望ましい。ところが、検出器の製作時には、例えば、検出素子を構成する焦電結晶を支持台に取り付けた上でその結晶表面を研磨する等の作業が行われることから、支持台に大きな機械的ストレスがかかる。従って、それに耐えうるだけの充分な厚みが支持台に要求される。

【０００６】このため、検出器製作の最終段階において、機械的ストレスの少ない方法で支持台における基板部分を薄くすることが必要であり、そのような方法として従来はエッチングが採用されている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、焦電型の赤外線検出器に関する上記のような従来の技術においては、それぞれ次のような問題があった。

【０００８】まず、検出素子および支持台の両熱膨張率の差に起因する検出素子のひび割れの防止については、上記特開平１−２７０６２４号公報に記載された技術では、ひび割れし易い焦電結晶と支持台とを導電性エポキシ樹脂やハンダによって接着する時に、焦電結晶が割れる可能性が高い。また、たとえ接着時に割れなかったとしても焦電結晶と支持台との間にゲル状物質を毛管作用で吸い込ませる時に焦電結晶を割る可能性がある。

【０００９】一方、高感度の赤外線検出器を得るために支持台における基板部分をエッチングにより薄くする点に関しては、従来のエッチング工程では、同時に複数素子のエッチングを行った場合、エッチング速度のムラによってエッチング後の支持台における基板部分の厚さが一定しないために、基板部分が厚すぎて検出器の感度が低下したり、逆に基板部分が薄すぎて機械的強度が不足したり、極端な場合には素子そのものをエッチングしてしまうなどして、歩留りが低下することがあった。

【００１０】本考案は、焦電型の赤外線検出器における上記のような問題に対処するもので、その第１の目的は、検出素子および支持台の両熱膨張率の差に起因する検出素子のひび割れを効果的に防止することができ、しかも支持台に検出素子を保持させる際に検出素子を構成する焦電結晶を割るおそれのない赤外線検出器を提供することである。

【００１１】また、その第２の目的は、エッチング後の支持台における基板部分の厚さにバラツキが生じないようにエッチング時における基板部分の厚さ制御を正確に行える赤外線検出器を提供し、これによって高感度の赤外線検出器を歩留りよく得られるようにすることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記第１の目的を達成するため、本願の第１考案は、受光した赤外線を検出する検出素子と、この検出素子を支持する支持台とを有する赤外線検出器において、上記検出素子と支持台との間に中間層を設け、この中間層を、上記検出素子の熱膨張率と支持台の熱膨張率の中間の熱膨張率を有する物質で構成したことを特徴とする。

【００１３】この場合の中間層は、一層に限らず複数層であってもよいが、複数層の場合は、検出素子および支持台の両熱膨張率の差を段階的に縮小できるように、中間の各層が検出素子および支持台の両熱膨張率の間において順次少しづつ異なる熱膨張率を有する構成とする。

【００１４】また、上記第２の目的を達成するため、本願の第２考案は、受光した赤外線を検出する検出素子と、この検出素子を支持する支持台とを有する赤外線検出器において、上記検出素子と支持台との間に中間層を設け、この中間層を、上記支持台をエッチングするための溶剤に対して難溶解性を示す物質で構成したことを特徴とする。

【００１５】この場合、中間層の上、つまり中間層と検出素子との間には、さらに検出素子を保持する基板部分となるべき別の層を設けてもよい。第１および第２考案は、赤外線検出器における検出素子と支持台との間に中間層を設ける点で共通するが、その中間層を構成する物質が、第１考案では検出素子および支持台の両熱膨張率の中間の熱膨張率を有するものであるのに対し、第２考案ではエッチング溶剤に対して難溶解性を示すものである点で異なる。しかし、後述する実施例で例示するＭｇＯ（酸化マグネシウム）のように、上記中間の熱膨張率とエッチング溶剤に対する難溶解性という両物性を併せ持つ物質も存在する。従って、そのような物質で中間層を形成した場合には、第１および第２の両考案を同時に具現することが可能である。

【００１６】

【作用】

本願第１考案によれば、検出素子と支持台との間に設けられた中間層が、その検出素子と支持台の両熱膨張率の中間の熱膨張率を有する物質で構成されているので、温度変化に伴って検出素子および支持台が異なる割合で膨張又は収縮した際に、その両者の中間の割合で中間層が膨張又は収縮することとなる。従って、そのような熱膨張率の違いから生じる検出素子に対するストレスは、検出素子と支持台とが直接互いに接している場合よりも小さくなる。これにより、検出素子と支持台の両熱膨張率の違いに起因するストレスのために検出素子を構成する焦電結晶にひび割れが生じることを防止することができる。

【００１７】その場合、検出素子および支持台の両熱膨張率の間において互いに少しづつ異なる熱膨張率を有する複数の層によって中間層を構成しておけば、支持台との熱膨張率の違いから検出素子に作用するストレスを、中間層における各層によって段階的に緩和することができるので、検出素子に直接作用するストレスをより小さくすることができる。

【００１８】一方、本願第２考案によれば、検出素子と支持台との間に設けられた中間層が、その支持台をエッチングするための溶剤に対して難溶解性を示す物質で構成されているので、エッチングにより支持台を薄くする際に中間層はほとんどエッチングされないこととなる。従って、エッチング後には中間層（中間層と検出素子との間にさらに別の層が設けられている場合には、中間層とその上部側の別の層）が検出素子を保持する基板部分として残るから、エッチングを同時に行う複数の素子間でエッチング速度にムラがある場合でも、検出素子を保持する基板部分の厚さを正確に制御することができ、基板部分の厚さの良く揃った赤外線検出器が得られる。

【００１９】また、第１および第２考案において、特に、上述したＭｇＯのように、検出素子および支持台の両熱膨張率の中間の熱膨張率を有すると同時にエッチング溶剤に対する難溶解性をも示す物質で中間層を形成した場合には、上記熱膨張率の違いに起因する検出素子のひび割れ防止と基板部分の厚さの一定化ないし薄層化とを同時に達成することができる。

【００２０】

【実施例】

以下、本考案の実施例について説明する。〔第１実施例〕図１は、本考案の第１実施例の構成を示すものである。同図に示すように、この実施例に係る赤外線検出器１は、受光した赤外線を検出する検出素子２と、図面上その下方に配置された検出素子支持用の支持台３とを有する。

【００２１】このうち支持台３は、感光性ガラス（熱膨張率：８．４×１０^-6／°Ｃ）によって構成されており、下方に配置されたアルミニウム製のヒートシンク４に固定されている。このヒートシンク４は、支持台３に対して反対側に位置する側に温度調節用の温度検出器およびペルチエ素子が密着されており（いずれも図示せず）、それらによって一定温度（例えば、３３°Ｃ）に調節されるようになっている。

【００２２】一方、検出素子２は、本実施例では焦電体であるＤＬＡＴＧＳ（deuterated l-alanine triglycine sulphate ）単結晶（熱膨張率：５×１０^-5／°Ｃ）によって構成されており、その上面及び下面に金でなる薄い上部電極５及び下部電極６が設けられている。このうち上部電極５の上面側には、入射した赤外線を効率よく熱に変換するために例えば金黒でなる黒化膜７が成膜されている。また、その上には、空気中の水分から検出素子２を保護するために、その表面側を覆う保護膜８が形成されている。なお、上部電極５及び下部電極６には、赤外線受光時の電気的変化を外部に取り出すための引出し線５ａおよび５ｂがそれぞれ設けられている。

【００２３】そして、この赤外線検出器１においては、本考案の特徴部分として、支持台３と検出素子２との間に中間層９が設けられている。この中間層９は、検出素子２の熱膨張率（５×１０^-5／°Ｃ）と支持台３の熱膨張率（８．４×１０^-6／°Ｃ）との中間の熱膨張率（１×１０^-5／°Ｃ）を有し且つ支持台３のエッチング時に使用されるエッチング溶剤（本実施例では希フッ酸）に対して難溶解性を示すＭｇＯ薄膜によって構成されている。このＭｇＯ薄膜は、例えばｒｆスパッタリング法によって支持台３上に、未だ検出素子２を設けていない状態で成膜したもので、その厚さは約２μｍである。そして、こうして成膜されたＭｇＯ薄膜でなる中間層９の上に、弾性の高い例えばポリウレタン樹脂でなる接着剤（図示せず）を介して上記検出素子２が張り付けられている。

【００２４】ここで、図例の赤外線検出器１においては、その感度を高めるために支持台３の中央部分に感光性ガラスの存在しない空間部分Ａが形成されているが、この空間部分Ａは、当該検出器１を製造する際に支持台３とヒートシンク４を未だ結合していない状態で、次のようにして希フッ酸（エッチング溶剤）を用いたエッチングにより形成したものである。

【００２５】まず、エッチングされるべき板状の支持台素材（本実施例では感光性ガラス）の上に、レジスト層として希フッ酸に対して難溶解性を示す物質でなる中間層（本実施例ではＭｇＯ薄膜）９を設ける。次に、その中間層９の上に検出素子２を設けて、その表面に保護膜８を形成した後、支持台素材の下方からエッチングを行って上記空間部分Ａに存在していた感光性ガラスを除去する。これにより、支持台３の中央部分に空間部分Ａが形成される。

【００２６】このような構成によれば、検出素子２と支持台３との間に、希フッ酸に対して難溶解性を示す一定厚みのＭｇＯ薄膜でなる中間層９が設けられているから、検出器製造時において希フッ酸を用いたエッチングにより受光部の反対側となる支持台３の中央部分を薄くして空間部分Ａを形成する際に、支持台３の中央部分はエッチングにより除去されても、中間層９はほとんどエッチングされずにそのまま残る。従って、複数の素子を同時にエッチングする際にエッチング速度に多少のムラがあっても、エッチング後には、検出素子２を保持する基板部分として、厚みが一定の中間層９が検出素子２と支持台３との間に残ることになる。これにより、検出素子２を保持する基板部分の厚みが薄くて良く揃った高感度の赤外線検出器が歩留り良く製作できることとなる。

【００２７】また、そうして得られた赤外線検出器において、例えば急激な温度変化に伴って検出素子２および支持台３が異なる割合で膨張又は収縮した場合、本実施例の構成によれば、上記エッチング時にレジスト層として機能したＭｇＯ薄膜でなる中間層９が検出素子２の熱膨張率（５×１０^-5／°Ｃ）と支持台３の熱膨張率（８．４×１０^-6／°Ｃ）との中間の熱膨張率（１×１０^-5／°Ｃ）を有しているから、検出素子２および支持台３の中間の割合で中間層９が膨張又は収縮する。従って、検出素子２および支持台３の熱膨張率の違いから生じる検出素子２に対するストレスは、それらの中間の割合で膨張又は収縮する中間層９の存在によって緩和されるから、検出素子２と支持台３とが直接互いに接している場合よりも小さくなる。これにより、検出素子２と支持台３の両熱膨張率の違いに起因するストレスのために検出素子２を構成する焦電結晶（ＤＬＡＴＧＳ単結晶）にひび割れが生じるという不具合を回避することができる。〔第２実施例〕図２に、本考案の第２実施例の構成を示す。同図において、図１と同じ符号で示した部分は第１実施例の構成と同様もしくは略同様であるので、ここではその説明を省略する。

【００２８】本実施例の赤外線検出器１０は、検出素子２と支持台３との間に設けられた中間層１１が、支持台３上に設けられたＭｇＯ薄膜（熱膨張率：１×１０^-5／°Ｃ）でなる第１中間層１１ａと、さらにこの第１中間層１１ａの上に例えばスピンコートにより設けられたＤＬＡＴＧＳ多結晶（熱膨張率：１〜５×１０^-5／°Ｃ）でなる第２中間層１１ｂとで構成されている点が第１実施例のものと異なる。そして、第２中間層１１ｂの上に、第１実施例と同様にして、上部電極５及び下部電極６等を有するＤＬＡＴＧＳ単結晶（熱膨張率：５×１０^-5／°Ｃ）でなる検出素子２が張り付けられている。

【００２９】この第２実施例の構成によれば、検出素子２と支持台３との間に設けられた中間層１１が、検出素子２および支持台３の両熱膨張率の中間の熱膨張率を有する第１中間層１１ａと、同じく中間の熱膨張率を有するが検出素子２の熱膨張率との差が第１中間層１１ａよりも小さい第２中間層１１ｂとからなるので、温度変化に伴う熱膨張・収縮時において検出素子２と支持台３の両熱膨張率の違いにより検出素子２に作用するストレスが、まず第１中間層１１ａによって緩和され、次いで第２中間層１１ｂによってさらに緩和される。従って、検出素子２に直接作用するストレスを、より小さくすることが可能となる。

【００３０】また、この実施例に係る赤外線検出器１０の場合も、検出器製作時において支持台３をエッチングした際には、検出素子２を保持する基板部分として、一定の厚みを有する第１中間層１１ａおよび第２中間層１１ｂが検出素子２と支持台３との間に残るから、検出素子２を保持する基板部分の厚みが薄くて良く揃った高感度の赤外線検出器が得られる。〔第３実施例〕図３に、本考案の第３実施例の構成を示す。同図において、図１と同じ符号で示した部分は第１実施例の構成と同様もしくは略同様であるので、ここではその説明を省略する。

【００３１】本実施例の赤外線検出器２０は、検出素子２と支持台３との間に設けられた中間層２１が、レジスト層として支持台３上に設けられたＳｉＯ（酸化シリコン）でなる第１中間層２１ａと、さらにその上に設けられたガラス基板でなる第２中間層２１ｂとで構成されている点が第１実施例のものと異なる。この場合の第１中間層２１ａは、例えばＥＢ蒸着などの方法で形成することができる。

【００３２】この赤外線検出器２０では、支持台３と検出素子２側の第２中間層２１ｂとの間に、エッチング溶剤である希フッ酸に対して難溶解性を示すＳｉＯでなる第１中間層２１ａが設けられているので、希フッ酸を用いたエッチング後には両中間層２１ａ、２１ｂを併せた中間層２１の全体が検出素子２に対する基板部分として残る。従って、中間層２１の厚みをあらかじめ所要の厚み寸法に設定しておくことで、第１実施例の場合と同様にして、検出素子２を保持する基板部分の厚みが薄くて良く揃った高感度の赤外線検出器が歩留り良く得られることになる。

【００３３】なお、この第３実施例では第１中間層２１ａとしてＳｉＯを使用し、また第１実施例では中間層９としてＭｇＯを使用したが、エッチング溶剤に対して難溶解性を示す物質は、これらに限らないことは勿論である。

【００３４】ただし、この種の中間層は検出素子を保持する基板部分となるため、第１実施例のように検出素子２と支持台３との間に一層の中間層９しか設けない場合には、上述したＳｉＯやＭｇＯさらにはＳｉＮ（窒化シリコン）などの機械的強度の大きい材質のものを使用する必要がある。

【００３５】一方、第３実施例のように、中間層２１を第１および第２中間層２１ａおよび２１ｂで構成し且つこのうちの検出素子２側に位置する第２中間層２１ｂをガラス基板などの機械的強度の十分大きい材質で形成した場合には、支持台３側に位置する第１中間層２１ａとして、機械的強度の比較的小さいポリイミドなどの材質のものを使用してもよい。このような層はスピンコートなどの方法で形成することができる。

【００３６】

【考案の効果】

以上のように本願の第１考案によれば、受光した赤外線を検出する検出素子と、この検出素子を支持する支持台とを有する赤外線検出器において、上記検出素子と支持台との間に、その両者の熱膨張率の中間の熱膨張率を有する物質でなる中間層を設けたので、検出素子と支持台の両熱膨張率の違いから検出素子に作用するストレスを緩和することができる。従って、この種の熱膨張率の違いに起因するストレスのために生じる焦電結晶のひび割れ、つまり検出素子のひび割れを中間層の存在によって効果的に防止することができる。しかも、本考案では、従来のようにひび割れしやすい焦電結晶の中央部分のみを導電性エポキシ等により支持台に接着したりその周囲にゲル状物質を充填したりする等の作業を行わなくてもよいから、支持台に中間層を介して検出素子を保持させる際に焦電結晶を割るおそれもない。

【００３７】また、本願の第２考案によれば、検出素子とこれを支持する支持台との間に、その支持台をエッチングするための溶剤に対して難溶解性を示す物質でなる中間層を設けたので、エッチング後には中間層が検出素子を保持する基板部分として残る。従って、エッチング速度にムラがある場合でも、検出素子を保持する基板部分の厚さの良く揃った赤外線検出器が歩留り良く得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例に係る赤外線検出器の構成
を示す縦断面図

【図２】本考案の第２実施例に係る赤外線検出器の構成
を示す縦断面図

【図３】本考案の第３実施例に係る赤外線検出器の構成
を示す縦断面図

【符号の説明】

１、１０、２０・・・赤外線検出器２・・・検出素子３・・・支持台９、１１、２１・・・中間層

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】受光した赤外線を検出する検出素子と、
この検出素子を支持する支持台とを有する赤外線検出器
であって、上記検出素子と支持台との間に中間層が設け
られており、この中間層は、上記検出素子の熱膨張率と
支持台の熱膨張率の中間の熱膨張率を有する物質で構成
されていることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】受光した赤外線を検出する検出素子と、
この検出素子を支持する支持台とを有する赤外線検出器
であって、上記検出素子と支持台との間に中間層が設け
られており、この中間層は、上記支持台をエッチングす
るための溶剤に対して難溶解性を示す物質で構成されて
いることを特徴とする赤外線検出器。