JPH0749997B2 - 焦電型赤外線アレイ素子 - Google Patents
焦電型赤外線アレイ素子Info
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- JPH0749997B2 JPH0749997B2 JP61272488A JP27248886A JPH0749997B2 JP H0749997 B2 JPH0749997 B2 JP H0749997B2 JP 61272488 A JP61272488 A JP 61272488A JP 27248886 A JP27248886 A JP 27248886A JP H0749997 B2 JPH0749997 B2 JP H0749997B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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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アレイ素子に関
するものである。
するものである。
従来の技術 焦電型赤外線検出器は熱型の赤外線検出器で、常温動作
が可能で、感度の波長依存性が小さく、熱型検出器のな
かでは高感度である。
が可能で、感度の波長依存性が小さく、熱型検出器のな
かでは高感度である。
焦電型検出器に使用されている材料にはTGS系・LiTaO3
系等の単結晶、PbTiO3系・Pbx Zr1-x TiO3系のセラミッ
ク、PVF2系等の有機膜等がある。
系等の単結晶、PbTiO3系・Pbx Zr1-x TiO3系のセラミッ
ク、PVF2系等の有機膜等がある。
PbTiO3は焦電材料の性能指数であるFv（＝γ／εCv）及
び が高い。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。また、PbTiO3は焦電係数の温度変
化が小さく、キュリー点が十分高い等の特長をもってい
る。焦電型検出器にはPbTiO3磁器が用いられる場合が多
い。磁器は多結晶であり、結晶軸の配列に方向性は無
く、したがって自発分極Psもランダムに配列している。
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、磁器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。
び が高い。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。また、PbTiO3は焦電係数の温度変
化が小さく、キュリー点が十分高い等の特長をもってい
る。焦電型検出器にはPbTiO3磁器が用いられる場合が多
い。磁器は多結晶であり、結晶軸の配列に方向性は無
く、したがって自発分極Psもランダムに配列している。
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、磁器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。
また、Ｃ軸配向したPbTiO3薄膜の配向軸方向に発生する
焦電気を利用した場合、Ｃ軸方向の誘電率が低下し、焦
電係数が増大するので、PbTiO3磁器の約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。
焦電気を利用した場合、Ｃ軸方向の誘電率が低下し、焦
電係数が増大するので、PbTiO3磁器の約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問題点 焦電材料の厚さが薄くなるほど、雑音が小さくなり、検
出能:D＊は増大する。PbTiO3磁器でアレイを構成する場
合、磁器の薄膜化には限界があり、厚さを薄くしてＤ＊
を向上することは限界がある。また、各エレメント間の
クロストークが大きくなり空間分解能が低下する。その
ため各エレメントを分離することが必要となる。面積を
小さくすると電気容量が小さくなるため、外部からの静
電容量、浮遊容量の点から小形化も困難となる。
出能:D＊は増大する。PbTiO3磁器でアレイを構成する場
合、磁器の薄膜化には限界があり、厚さを薄くしてＤ＊
を向上することは限界がある。また、各エレメント間の
クロストークが大きくなり空間分解能が低下する。その
ため各エレメントを分離することが必要となる。面積を
小さくすると電気容量が小さくなるため、外部からの静
電容量、浮遊容量の点から小形化も困難となる。
さらに、焦電材料に分極処理を施すとき次のような問題
点が生じる。
点が生じる。
（１）分極処理により絶縁破壊が生じる場合がある。
（２）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。
それらを均一に分極することが困難である。
（３）半導体デバイス上に焦電薄膜を形成した集積化デ
バイスでは、分極処理そのものが不可能な場合がある。
バイスでは、分極処理そのものが不可能な場合がある。
問題点を解決するための手段 化学式がPb1-x Lax Ti1-0.75x O3で組成範囲が０＜ｘ＜
0.15であり、分極軸の75％以上が一方向に配向している
焦電薄膜と、膜方向の熱伝導が焦電薄膜による熱伝導よ
り小さくなるように薄膜化された電極を用いる。
0.15であり、分極軸の75％以上が一方向に配向している
焦電薄膜と、膜方向の熱伝導が焦電薄膜による熱伝導よ
り小さくなるように薄膜化された電極を用いる。
作用 上記のような焦電薄膜を用いた赤外線アレイ素子におい
ては、各エレメントを分離しなくてもクロストークが小
さいため工程数を低減できる。またPsが既に揃った自然
分極を有する焦電薄膜を用いることにより、分極処理を
おこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の焦電型赤
外線アレイ素子が実現できる。
ては、各エレメントを分離しなくてもクロストークが小
さいため工程数を低減できる。またPsが既に揃った自然
分極を有する焦電薄膜を用いることにより、分極処理を
おこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の焦電型赤
外線アレイ素子が実現できる。
実施例 第１図は本発明の焦電型赤外線アレイ素子の構造を示す
図である。
図である。
（100）でへき開し鏡面研摩したMgO単結晶基板１上に、
電極薄膜２として膜厚0.1〜0.4μｍのPt薄膜をスパッタ
リングにより形成した。スパッタガスはAr−O2混合ガス
である。ついで、焦電薄膜３としてPb1-x Lax Ti
1-0.75x O3（PLT）を４μｍ成長させた。方法は高周波
マグネトロンスパッタ法で、ArとO2の混合ガスを用い、
スパッタリングターゲットは ｛（１−Ｙ）Pb1-x Lax Ti1-0.75x O3＋Y PbO｝ の粉末である。表１にスパッタリング条件を示す。
電極薄膜２として膜厚0.1〜0.4μｍのPt薄膜をスパッタ
リングにより形成した。スパッタガスはAr−O2混合ガス
である。ついで、焦電薄膜３としてPb1-x Lax Ti
1-0.75x O3（PLT）を４μｍ成長させた。方法は高周波
マグネトロンスパッタ法で、ArとO2の混合ガスを用い、
スパッタリングターゲットは ｛（１−Ｙ）Pb1-x Lax Ti1-0.75x O3＋Y PbO｝ の粉末である。表１にスパッタリング条件を示す。
次に、この焦電薄膜３上にNiCrからなる複数の受光電極
薄膜４を蒸着した後、取り出し電極５を作製した。さら
に、焦電薄膜３の下部におけるMgO基板１を熱濃燐酸に
よりエッチングし開口部６を設けた。
薄膜４を蒸着した後、取り出し電極５を作製した。さら
に、焦電薄膜３の下部におけるMgO基板１を熱濃燐酸に
よりエッチングし開口部６を設けた。
第２図及び第３図に電極薄膜２の膜厚が変化したとき
の、クロストークと感度の変化の様子を示す。クロスト
ークと感度は電極薄膜２の膜厚に強く影響を受け、膜厚
の減少とともにクロストークは減少し感度は増大する。
電極薄膜２の膜厚が0.1μｍのとき、電極薄膜２が各エ
レメント毎に分離している試料と比較してクロストーク
の値は２割程度大きかった。したがって上記膜厚のと
き、電極薄膜２による熱伝導が焦電薄膜３による熱伝導
より小さいと考えられる。
の、クロストークと感度の変化の様子を示す。クロスト
ークと感度は電極薄膜２の膜厚に強く影響を受け、膜厚
の減少とともにクロストークは減少し感度は増大する。
電極薄膜２の膜厚が0.1μｍのとき、電極薄膜２が各エ
レメント毎に分離している試料と比較してクロストーク
の値は２割程度大きかった。したがって上記膜厚のと
き、電極薄膜２による熱伝導が焦電薄膜３による熱伝導
より小さいと考えられる。
PLT焦電薄膜が分極軸の75％以上が一方向に配向してい
るとき、焦電係数：γは５×10-8C／cm2Kとなり、この
値は200℃で100kV/cm印加して分極処理を行ったPbTiO3
セラミクス（γ＝1.8x10-8C／cm2K）とくらべかなり大
きい。配向率90％の場合焦電係数は6.8x10-8C／cm2Kで
ある。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。
るとき、焦電係数：γは５×10-8C／cm2Kとなり、この
値は200℃で100kV/cm印加して分極処理を行ったPbTiO3
セラミクス（γ＝1.8x10-8C／cm2K）とくらべかなり大
きい。配向率90％の場合焦電係数は6.8x10-8C／cm2Kで
ある。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。
本実施例に用いたPLT膜厚では、薄膜作製時に十分にｃ
軸に配向しておれば分極処理を行わなくても自発分極が
揃っており、特に配向率75％以上の薄膜でその効果が大
きい。また、焦電材料としての性能指数であるFv（＝γ
／εCv）の値も大きくなる。200℃で10分間100kV/cm印
加して分極処理を行ったPbTiO3セラミクスの値と比較し
て、PLT薄膜は３倍強の値を示した。
軸に配向しておれば分極処理を行わなくても自発分極が
揃っており、特に配向率75％以上の薄膜でその効果が大
きい。また、焦電材料としての性能指数であるFv（＝γ
／εCv）の値も大きくなる。200℃で10分間100kV/cm印
加して分極処理を行ったPbTiO3セラミクスの値と比較し
て、PLT薄膜は３倍強の値を示した。
以上述べたように、本発明による焦電薄膜を用いた焦電
型赤外線アレイ素子は、焦電薄膜を各エレメント毎に分
離することなく優れた特性を実現することができる。
型赤外線アレイ素子は、焦電薄膜を各エレメント毎に分
離することなく優れた特性を実現することができる。
発明の効果 本発明による焦電型赤外線アレイ素子は、焦電薄膜を各
エレメント毎に分離しない構成であるので、工程数が減
り、位置合わせの問題が解消し、高密度アレイが可能と
なる。また分極処理が不要であり高性能指数である焦電
薄膜を用いるので、特性も優れていて、歩留まりも大幅
に減少するので実用的にきわめて有効である。
エレメント毎に分離しない構成であるので、工程数が減
り、位置合わせの問題が解消し、高密度アレイが可能と
なる。また分極処理が不要であり高性能指数である焦電
薄膜を用いるので、特性も優れていて、歩留まりも大幅
に減少するので実用的にきわめて有効である。
【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アレイ
素子の構造を示す斜視図、第２図及び第３図は各々、本
発明の一実施例に於ける電極薄膜の膜厚と、クロストー
ク及び感度との関係を示すグラフである。 １……MgO基板、２……電極薄膜、３……焦電薄膜、４
……受光電極薄膜、６……開口部。
素子の構造を示す斜視図、第２図及び第３図は各々、本
発明の一実施例に於ける電極薄膜の膜厚と、クロストー
ク及び感度との関係を示すグラフである。 １……MgO基板、２……電極薄膜、３……焦電薄膜、４
……受光電極薄膜、６……開口部。
Claims (4)
- 【請求項１】基板と、前記基板上に形成された第１の電
極薄膜と、前記第１の電極薄膜上に作られた化学式がPb
1-x Lax Ti1-0.75x O3で組成範囲が０＜Ｘ＜0.15であり
〈001〉方向に配向している焦電薄膜と、前記焦電薄膜
上に形成された複数の分離した受光電極薄膜とを有する
ことを特徴とする焦電型赤外線アレイ素子。 - 【請求項２】第１の電極薄膜の膜方向の熱伝導が焦電薄
膜による熱伝導より小さくなるように前記第１の電極薄
膜の膜厚を薄くしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の焦電型赤外線アレイ素子。 - 【請求項３】第１の電極薄膜と接触する基板の一部を取
り除いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
焦電型赤外線アレイ素子。 - 【請求項４】第１の電極薄膜に（100）配向した白金を
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の焦
電型赤外線アレイ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61272488A JPH0749997B2 (ja) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | 焦電型赤外線アレイ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61272488A JPH0749997B2 (ja) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | 焦電型赤外線アレイ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63124923A JPS63124923A (ja) | 1988-05-28 |
| JPH0749997B2 true JPH0749997B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=17514619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61272488A Expired - Fee Related JPH0749997B2 (ja) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | 焦電型赤外線アレイ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0749997B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950001303A (ko) * | 1993-06-22 | 1995-01-03 | 이헌조 | 박막 적외선 센서구조 및 그 제조 방법 |
| US5446284A (en) * | 1994-01-25 | 1995-08-29 | Loral Infrared & Imaging Systems, Inc. | Monolithic detector array apparatus |
-
1986
- 1986-11-14 JP JP61272488A patent/JPH0749997B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63124923A (ja) | 1988-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |