JPH11230825A

JPH11230825A - 焦電型赤外線センサとその製造方法

Info

Publication number: JPH11230825A
Application number: JP10030966A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nakanishi; 努中西; Kazuhiko Fujikawa; 和彦藤川; Shinji Umeda; 眞司梅田; Kazuki Komaki; 一樹小牧; Takeshi Masutani; 武増谷; Koji Nomura; 幸治野村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、封止体に低熱伝導ガスと酸素を混
合したガスを封入することにより、高感度および高信頼
性を実現する焦電型赤外線センサを提供することを目的
とする。【解決手段】赤外線入射窓３を接着固定した封止体１
と、前記封止体１に内蔵された焦電素子５と、前記焦電
素子５を実装した固定台４より構成され、前記封止体１
と固定台４は気密封止され、その内部は低熱伝導ガスと
酸素を混合したガスが充填されている。この発明によれ
ば、焦電素子５から封止体内部の空間９への熱伝導を抑
制することによりセンサ出力の高感度化を実現すること
ができ、同時に封止体内部の構造物からの脱ガスを抑え
ることができるため動作雰囲気での安定したセンサ検知
動作を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は焦電体を用いて赤外
線の検出を行う焦電型赤外線センサとその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、焦電型赤外線センサは非接触で物
体の検知や温度検出ができる点を活かして、電子レンジ
の調理物の温度測定、エアコンの室内温度制御、あるい
は自動ドア、警報装置での人体検知等に利用されてお
り、今後その利用範囲は拡大していくと見られる。一般
に、焦電型赤外線センサはＬｉＴａＯ₃結晶等の焦電効
果を利用したものであり、焦電体は自発分極を有してお
り常に表面電荷が発生しているが、大気中における定常
状態では大気中の電荷と結びついて電気的に中性を保っ
ている。これに赤外線が入射すると焦電体の温度が変化
し、これに伴い表面の電荷状態も中性状態が壊れて変化
する。この時表面に発生する電荷を検出し、赤外線入射
量を測定するのが赤外線センサである。一般に物体はそ
の温度に応じた赤外線を放出しており、この焦電型赤外
線センサを用いることにより物体の存在や温度を検知で
きる。

【０００３】従来、焦電型赤外線センサでは、封止体内
部の封入ガスとして窒素を用いることが一般的に知られ
ている。

【０００４】図９は従来の焦電型赤外線センサの概略を
示すものである。従来の焦電型赤外線センサは、封止体
１、開口部２、窓材３、固定台４、焦電素子５、高抵抗
６、ＦＥＴ７、リードピン８、空間９、窒素１３から構
成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】封止体１内部に封入さ
れている窒素１３は、熱伝導率が０．０２６Ｗ／ｍＫと
大きく、焦電素子５を構成する赤外線受光部が、例えば
薄板もしくは薄膜のように熱容量が小さい場合、赤外線
受光部での入射赤外光の蓄熱に比べて、雰囲気中への熱
伝導が支配的になり、センサ出力が比較的小さな値を示
す傾向にある。特に低周波で移動する物体の検知におい
ては、その傾向が顕著に起こりやすい。

【０００６】近年、高速応答性および高分解能に優れた
薄板もしくは薄膜の焦電体を用いた焦電型赤外線センサ
の民生製品への用途展開が図られており、高感度化（特
に低周波域）および信頼性の向上が強く求められてい
る。

【０００７】本発明は、高感度および高信頼性を実現す
る焦電型赤外線センサを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の焦電型赤外線セ
ンサは、封止体に低熱伝導ガスと酸素を混合したガスを
封入した構成からなるものである。

【０００９】この発明によれば、高感度（特に低周波
域）および信頼性の高い焦電型赤外線センサを実現する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、開口部を有する封止体と、前記開口部に封着された
赤外線入射窓と、前記封止体に内蔵された焦電素子と、
前記焦電素子を実装する固定部より構成され、前記封止
体は低熱伝導ガスと酸素を混合する雰囲気からなるもの
で、入射赤外線により蓄熱した焦電素子から雰囲気中へ
の熱伝導が抑制されるためセンサ出力の高感度化が実現
でき、さらに酸素が添加されていることにより、封止体
内部の構成体の表面に強固な酸化物が形成でき、特に焦
電素子部分からの脱ガスを抑えることができるので動作
雰囲気での安定したセンサ検知動作を実現することがで
きるという作用を有する。

【００１１】本発明の請求項２に記載の発明は、焦電素
子が、基板と、前記基板上に設けられた第一の電極と、
前記第一の電極上に設けられた配向性薄膜焦電体と、前
記配向性薄膜焦電体上に設けられた第二の電極を具備
し、前記配向性薄膜焦電体上と対向する前記基板表層部
の一部に空洞を備えたもので、同一基板上に複数個の焦
電素子を同時形成することが可能であり、さらに一次ア
レイ化または二次元化素子を容易に形成でき、高速応答
性、高分解能かつ高機能化が得られるとともに、低コス
ト化が図れるという作用を有する。

【００１２】本発明の請求項３に記載の発明は、基板と
して酸化マグネシウムを用いるもので、酸化マグネシウ
ムは、焦電素子の赤外線受光部を構成する配向性薄膜焦
電体との格子整合性が非常に高いとともに熱膨張係数が
大きいため、結晶性に優れた良好な配向性薄膜焦電体を
形成できるという作用を有する。特に請求項１の構成に
おいて、焦電素子の空洞を、例えば燐酸を主成分とする
溶液で形成する過程で生成される燐酸マグネシウム化合
物、水酸化マグネシウム化合物等の分解または安定化を
促進し、焦電素子部分からの脱ガスを抑えることができ
るので動作雰囲気での安定したセンサ検知動作を実現す
ることができる。

【００１３】本発明の請求項４に記載の発明は、配向性
薄膜焦電体は、ＰｂＴｉＯ₃を主成分とするもので、焦
電材料中でも焦電特性の高い材料であり、センサ出力の
高感度、高出力化が実現できるという作用を有する。

【００１４】本発明の請求項５に記載の発明は、配向性
薄膜焦電体が、Ｌａ，ＭｇあるいはＭｎの単体、もしく
はこれら混合物を添加するＰｂＴｉＯ₃を主成分とする
もので、請求項４に記載の発明で示した効果をさらに向
上させることができるという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項６に記載の発明は、封止体
の雰囲気が、Ｘｅ，Ｋｒまたはフロンそれぞれ単体、も
しくはこれら混合体を主成分とするガスと酸素との混合
体からなるもので、Ｘｅ，Ｋｒまたはフロンの分子量は
大きく、熱伝導率が小さいので、入射赤外線により蓄熱
した焦電素子の熱エネルギの雰囲気中への熱伝導を抑え
ることができるため、センサ出力の高感度化が実現で
き、同時に酸素が添加されていることにより、封止体内
部の構成体の表面に強固な酸化物を形成し、封止体内部
での脱ガスを抑えることができるので動作雰囲気での安
定したセンサ検知動作を実現するることができるという
作用を有する。

【００１６】本発明の請求項７に記載の発明は、フロン
ガスとしてＨＣＦＣ系を主成分とするもので、フロン系
ガスの中でも低熱伝導率ガスであり、センサ出力の高感
度化が実現できるという作用を有する。

【００１７】本発明の請求項８に記載の発明は、フロン
ガスとしてＣＦ₃Ｉ系を主成分とするもので、フロン系
ガスの中で最も低熱伝導率ガスでありセンサ出力の高感
度化が実現できるという作用を有する。

【００１８】本発明の請求項９に記載の発明は、雰囲気
中の酸素が、２体積％以上の濃度からなるもので、特に
プラズマあるいは高温といった強力なエネルギを利用し
たくても効率的に活性化酸素を生成できる酸素濃度の下
限値であり、封止体内部の構成体の表面に強固な酸化物
を形成し、封止体内部での脱ガスを抑えることができる
ので動作雰囲気での安定したセンサ検知動作を実現する
ことができるという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項１０に記載の発明は、大気
圧以下で前記ガスが封入されているもので、大気圧以下
の状態ではガス分子が焦電体表面に衝突する絶対数が減
少するため、雰囲気ガスへの熱伝導が抑制され、焦電素
子の蓄熱が維持できるためセンサ出力の高出力化が実現
でき、また大気圧以下での封入はガスの必要量も減少し
低コスト化が可能となるという作用を有する。

【００２０】本発明の請求項１１に記載の発明は、封止
体内部で放出される脱ガスを吸着するための吸着剤を設
けているもので、封止体内の脱ガスを抑えることによ
り、安定したセンサ検知動作を実現することができる。
さらに大気圧以下でのガス封止状態の場合、圧力上昇も
抑えることができるため大気圧以下の状態を維持するこ
とができるという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項１２に記載の発明は、焦電
素子と前記固定部が、金属もしくは酸化物の単体、ある
いはこれら混合物を含有した熱硬化型樹脂を介して実
装、固定される製造方法であり、ここで用いる熱硬化型
樹脂が熱処理後、硬化後主成分が金属もしくは酸化物と
なり、動作雰囲気での脱ガスが抑制できるため、安定し
たセンサ検知動作を実現することができる。さらに大気
圧以下でのガス封止状態の場合、圧力上昇も抑えること
ができるため大気圧以下の状態が維持でき、加えてこの
方法は非常に簡便であるため低コスト化も実現できると
いう作用を有する。

【００２２】本発明の請求項１３に記載の発明は、熱硬
化型樹脂が、１００℃以上１８０℃以下の大気雰囲気で
加熱硬化する製造方法であり、動作雰囲気での封止体内
部での脱ガスを抑えることができるため、安定したセン
サ検知動作を実現することができる。さらに大気圧以下
でのガス封止状態の場合、圧力上昇も抑えることができ
るため大気圧以下の状態が維持でき、加えてこの方法は
非常に簡便であるため低コスト化も実現できるという作
用を有する。

【００２３】本発明の請求項１４に記載の発明は、熱硬
化型樹脂が、１００℃以上１８０℃以下の真空雰囲気で
加熱硬化する製造方法であり、請求項１３に記載の発明
で示した効果をさらに促進することができるという作用
を有する。

【００２４】本発明の請求項１５に記載の発明は、前記
封止体と前記固定部とが接着され気密状態を保持した
後、１５０℃以上で熱処理する焦電型赤外線センサの製
造方法であり、封止体内部に存在する酸素を活性化する
ことが容易にできるため、封止体内部の構成体、特に焦
電素子および焦電素子部に空洞部分の表面の酸化を促進
し、動作雰囲気での封止体内部での脱ガスを抑えること
ができるため、安定したセンサ検知動作を実現すること
ができる。さらに大気圧以下でのガス封止状態の場合、
圧力上昇も抑えることができるため大気圧以下の状態が
維持でき、加えてこの方法は非常に簡便であるため低コ
スト化も実現できるという作用を有する。

【００２５】以下本発明の実施の形態について図１から
図４を用いて説明する。（実施の形態１）以下本発明の第１の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１
の実施の形態における焦電型赤外線センサの概略を示す
ものである。図１において封止体１は外乱光や電磁ノイ
ズを遮断するものであり、例えばＦｅまたはコバールま
たはＳｉにより構成される。上記封止体１には開口部２
を有し、赤外線を上記封止体１に導く入り口となる。赤
外線入射窓３は上記開口部２に取り付けられており、赤
外線を透過し上記封止体１内に導くものであり、例えば
Ｓｉまたは表面にＧｅおよびＺｎＳで作成されたフィル
タが設けられたＳｉにより構成されている。固定台４は
上記封止体１と接合することにより気密封止を実現する
ものであり、例えばＦｅまたはコバールまたはガラスに
より構成される。焦電素子５は上記固定台４上に実装さ
れ、焦電効果を利用し入射赤外線の量に応じたセンサ出
力を発する。

【００２６】すなわち焦電体は自発分極を有しており常
に表面電荷が発生しているが、大気中における定常状態
では大気中の電荷と結びついて電気的に中性を保ってい
る。これに赤外線が入射すると焦電体の温度が変化し、
これに伴い表面の電荷状態も中性状態が壊れて変化す
る。この時表面に発生する電荷を検出し、赤外線入射量
を測定するものである。焦電素子５の赤外線受光部を構
成する薄膜焦電体として、例えば焦電材料であるＰｂ
_1-xＬａ_xＴｉ_1-x/4Ｏ₃やＬｉＴａＯ₃が用いられる。

【００２７】高抵抗６は上記固定台４上に実装され、焦
電素子５の電荷の放電を安定化することによりセンサ出
力を安定化する。ＦＥＴ７は上記固定台４上に実装さ
れ、外部回路とのインピーダンスを整合させる。リード
ピン８は上記固定台４に挿入され、上記焦電素子５、高
抵抗６およびＦＥＴ７との電気的接合を行う。空間９に
は低熱伝導ガス１０が封入されており、上記焦電素子５
から封入体内部の空間９への熱伝導を抑制することによ
りセンサ出力の高感度化を実現することができ、同時に
封止体内部の構成体の表面に強固な酸化物を形成し、封
止体内部の構造物からの脱ガスを抑えることができるの
で動作雰囲気での安定したセンサ検知動作を実現するこ
とができる。低熱伝導ガス１０として、例えばＫｒと５
体積％酸素の混合ガスからなる。

【００２８】なお、本発明の実施の形態では、空間９に
は低熱伝導ガス１０の主成分として、Ｋｒを用いている
が、これはＸｅ単体もしくはＸｅとＫｒの混合ガスであ
っても同様の効果が得られる。また、混合ガスの酸素濃
度として５体積％のものを用いているが、２体積％以上
であれば同様の効果が得られる。特に上限値については
限定はしないものの、Ｋｒ，Ｘｅとの混合ガスの熱伝導
率が窒素の熱伝導率の約１／２程度になる濃度までがセ
ンサ出力の高感度化が実現できる点で好ましい。

【００２９】なお、本発明の実施の形態では焦電素子の
赤外線受光部を構成する焦電体として、薄膜を用いてい
るが、数十μｍ程度の厚さのものであってもほぼ同様の
効果が得られる。

【００３０】（実施の形態２）以下本発明の第２の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図２は
本発明の第２の実施の形態における焦電型赤外線センサ
の概略を示すものである。

【００３１】図２に示す本発明の実施の形態は、基本的
には図１に示した実施の形態１と同じ構成であるので、
同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略す
る。実施の形態１と違う点は、封止体１の空間９には低
熱伝導ガス１１が封入されていることであり、実施の形
態１と同様の効果が実現できる。低熱伝導ガス１１の主
成分として、例えば代替フロンからなる。

【００３２】なお、本発明の実施の形態では空間９には
低熱伝導ガス１１の主成分ガスとしてフロンが封入され
ているが、これはフロンを主成分とするガスと、Ｘｅも
しくはＫｒの単体、あるいはこれらの混合物を主成分と
するガスの混合ガスであっても同様の効果が得られる。

【００３３】なお、本発明の実施の形態では空間９には
低熱伝導ガス１１の主成分ガスとしてフロンが封入され
ているが、特にＨＣＦＣ系を主成分とするガス、例え
ば、ＣＨＣｌＦ₂，ＣＨＣｌ₂ＣＦ₃，ＣＨ₃ＣＣｌ₂Ｆ，
ＣＨ₃ＣＣｌＦ₃，Ｃ₃ＨＣｌ₃Ｆ₃としてもよい。上記ガ
スはそれぞれ熱伝導率が０．０１２Ｗ／ｍＫ以下とフロ
ン系ガスの中でも低熱伝導率ガスでありセンサ出力の高
感度化が実現できる。

【００３４】なお、本発明の実施の形態では空間９には
低熱伝導ガス１１の主成分ガスとしてフロンが封入され
ているが、特にＣＦ₃Ｉを主成分とするガスとしてもよ
い。上記ＣＦ₃Ｉの熱伝導率が約０．００６９Ｗ／ｍＫ
とフロン系ガスの中で最も低熱伝導率ガスでありセンサ
出力の高感度化が実現できる。

【００３５】（実施の形態３）以下本発明の第３の実施
の形態について、説明する。

【００３６】本発明の実施の形態は、基本的には図１お
よび図２に示した実施の形態１および実施の形態２と同
じ構成であるが、実施の形態１および実施の形態２と違
う点は、封止体１の空間９には大気圧以下の状態でガス
が封入されていることである。

【００３７】大気圧以下の状態ではガス分子が焦電体表
面に衝突する絶対数が減少するため、雰囲気ガスへの熱
伝導が抑制されるためセンサ出力の高出力化が実現で
き、また例えば１／１０に減圧することによりガスの使
用量が１／１０となり、結果１／１０の低コスト化が可
能となる。

【００３８】図３に封入ガス圧とセンサ出力の関係を示
す。図より、例えば窒素の場合、大気圧（７６０Ｔｏｒ
ｒ）を基準として、１Ｔｏｒｒに減圧すると、感度が約
２倍向上できる。

【００３９】（実施の形態４）以下本発明の第４の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図４は
本発明の第４の実施の形態における焦電形赤外線センサ
の概略を示すものである。図４に示す本発明の実施の形
態は、基本的には図１に示した実施の形態１と同じ構成
であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な
説明を省略する。実施の形態１と違う点は、封止体１内
部に吸着剤１２を設けていることである。吸着剤１２に
より焦電体素子等の封止体内部の構造体から放出される
脱ガスを吸着するため、封止体内の脱ガスを抑えること
により、安定したセンサ検知動作を実現することができ
る。さらに大気圧以下でのガス封止状態の場合、圧力上
昇も抑えることができるため大気圧以下の状態を維持す
ることができる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の具体例を説明する。

【００４１】（実施例１）図１は本発明の焦電型赤外線
センサの概略を示すものである。すでに実施の形態１に
おいて構成の詳細な説明を行っているので、ここでは同
一構成部分には同一番号を付けることにより説明を省略
する。また図５は本発明の焦電型赤外線センサを構成す
る焦電素子５の詳細部分図の概略を示す。図５の焦電素
子は、基板５１、第一の電極５２、薄膜焦電体５３、第
二の電極５４、層間絶縁膜５５、空洞５６から構成され
ている。

【００４２】以上のように構成された焦電型赤外線セン
サについて、本実施例における焦電型赤外線センサの製
造方法を図６に示す。以下、図６に従ってその製造方法
について説明する。まず基板５１として（１００）酸化
マグネシウム（以下、（１００）ＭｇＯと略す）を用
い、前記（１００）ＭｇＯ基板５１上に第一の電極５２
として２００ｎｍ程度の膜厚を有する白金（以下、Ｐｔ
と略す）薄膜をマグネトロンスパッタ法により、基板温
度：６００℃、入射電力密度：０．１６Ｗ／cm²、スパ
ッタガス雰囲気：Ａｒ／Ｏ₂＝２／１、ガス圧：１．０
６Ｐａの成膜条件のもとエピタキシャル成長させる。

【００４３】次にその上層に、薄膜焦電体５３として２
ないし３μｍ程度の膜厚を有するＰｂＴｉＯ₃あるいは
Ｐｂ_1-xＬａ_xＴｉ_1-x/4Ｏ₃等の焦電材料からなる薄膜を
高周波マグネトロンスパッタ法により、基板温度：６０
０℃、入射電力密度：１．６Ｗ／cm²、スパッタガス雰
囲気：Ａｒ／Ｏ₂＝９／１、ガス圧：１Ｐａの成膜条件
のもとエピタキシャル成長させる。このとき（１００）
ＭｇＯ基板５１と薄膜焦電体５３の熱膨張係数の差によ
り、薄膜焦電体５３の結晶格子がキューリ点を境に歪
み、基板面に対して垂直方向にＣ軸が伸びることにより
一方向の自発分極が現れる。

【００４４】次に薄膜焦電体５３をフォトリソグラフィ
および湿式エッチングで所定の形状にパターニング形成
し、続いて第一の電極５２もフォトリソグラフィおよび
乾式エッチングで所定の形状にパターニング形成する。

【００４５】次に層間絶縁膜５５として感光性を有する
ポリイミド系樹脂を用いて、その前駆体をフォトリソグ
ラフィで所定の形状にパターニングし、３００℃程度の
温度雰囲気でイミド化を促進し、熱硬化させる。

【００４６】次にそれら上層に第二の電極５４として２
０ｎｍ程度の膜厚を有するＮｉ−Ｃｒ合金薄膜をスパッ
タ法により、基板温度：１００℃、入射電力密度：０．
５５Ｗ／cm²、スパッタガス雰囲気：Ａｒ、ガス圧：１
Ｐａの成膜条件のもとで形成する。その後、フォトリソ
グラフィおよび湿式エッチングにより、所定の形状にパ
ターニング形成する。

【００４７】最後に、赤外線受光部と同一表面上から
（１００）ＭｇＯ基板５１の特定領域にフォトリソグラ
フィで作製したエッチング用保護マスクを介して空洞５
６を湿式エッチング除去により形成する。このときのエ
ッチング液として、濃度１０％、液温：８０℃の燐酸を
用いる。その結果、エッチング時間７０分の時、空洞の
大きさは水平方向：７００μｍ、垂直方向：１００μｍ
であることを確認している。

【００４８】以上のように、一枚の基板上に複数個の焦
電素子５を形成することができ、次にダイシングソーを
使って、焦電素子を切断分割する。

【００４９】切断分割された焦電素子５は、固定台４上
に熱硬化型樹脂（以下、ペーストとする）を介して実
装、固定される。続いて高抵抗６およびＦＥＴ７がそれ
ぞれ固定台４上にペーストを介して実装、固定し、１５
０℃の大気中で１時間ペーストを加熱硬化する。このと
き使用するペーストには導電性のものを用いる。次に固
定台４に実装されている焦電素子５、高抵抗６、ＦＥＴ
７およびリードピン８をそれぞれ電気的に接続する。本
実施例では、半導体あるいは一般電子部品の電気的接続
に用いられているワイヤーボンディングを採用した。

【００５０】次に、封止体１と赤外線入射窓３とを共晶
半田を介して接着固定する。接着固定には一般的に樹脂
が用いられているが、封止体内部の雰囲気の安定性を考
慮すると、半田等の金属類を介しての接着固定が好まし
い。

【００５１】最後に、低熱伝導ガスであるＫｒと５体積
％酸素の混合ガスが充填された容器内で赤外線入射窓３
を接着固定した封止体１と焦電素子５、高抵抗６および
ＦＥＴ７を実装された固定台４とを溶接し、気密封止を
施す。次に１５０℃で１時間熱処理を行い、封止体内部
に存在する酸素を活性化させ、封止体内部の構成体、特
に焦電素子および焦電素子部に空洞部分の表面の酸化を
促進しておく。

【００５２】上記のように本実施例によれば、空間９に
低熱伝導ガス１０が封入されることにより、焦電素子５
から封止体内部の空間９への熱伝導を抑制することがで
きるためセンサ出力の高感度化を実現することができ
る。また、気密封止後、熱処理を施すことにより、積極
的に封止体内部に存在する酸素を活性化させることがで
きるので封止体内部の構成体の表面に強固な酸化物を形
成し、同時にペーストを十分に加熱硬化していること
で、封止体内部の構造物からの脱ガスを抑えることがで
きるので動作雰囲気での安定したセンサ検知動作を実現
することができる。

【００５３】なお、本実施例では、ペーストを１５０℃
の大気中で加熱硬化しているが、真空中で加熱硬化すれ
ば著しい効果が期待できる。

【００５４】また、本実施例では、空間９には低熱伝導
ガス１０の主成分として、Ｋｒを用いているが、これは
Ｘｅ単体もしくはＸｅとＫｒの混合ガス、または実施の
形態２で記載したフロンガスの単体もしくはＸｅ，Ｋｒ
等との混合ガスであっても同様の効果が得られる。ま
た、混合ガスの酸素濃度として５体積％のものを用いて
いるが、請求項９記載の条件であれば同様の効果が得ら
れる。特に上限値については限定はしないものの、Ｋ
ｒ，Ｘｅとの混合ガスの熱伝導率が窒素の熱伝導率の約
１／２程度になる濃度までがセンサ出力の高感度化が実
現できる点で好ましい。

【００５５】さらに、本実施例では焦電素子５の薄膜焦
電体５３として、ＰｂＴｉＯ₃あるいはＰｂ_1-xＬａ_xＴ
ｉ_1-x/4Ｏ₃等を用いているが、前記焦電材料にＭｇ，Ｍ
ｎを添加した材料であっても同様の効果が得られる。

【００５６】（実施例２）本発明の第二の実施例におけ
る焦電型赤外線センサの構成およびその基本的な構造方
法は本発明の第一の実施例で示したものと同様である。
本発明の第一の実施例と異なる点は、封止体１の空間９
には大気圧以下の状態でガスが封入されていることであ
る。

【００５７】以上のように構成された焦電型赤外線セン
サについて、本実施例における焦電型赤外線センサの製
造方法を図７に示す。以下、図７に従って本発明の第一
の実施例と異なる製造方法について説明する。本実施例
の製造方法では、赤外線入射窓３を接着固定した封止体
１と焦電素子５、高抵抗６およびＦＥＴ７を実装された
固定台４とを挿入した容器内を０．０５Ｔｏｒｒ以下の
真空状態に保ち、それから容器内が一定の圧力になるよ
うに低熱伝導ガスであるＫｒと５体積％酸素の混合ガス
を充填し、封止体１と固定台４を溶接し、気密封止を施
す。

【００５８】上記のように本実施例によれば、大気圧以
下の状態ではガス分子が焦電体表面に衝突する絶対数が
減少するため、雰囲気ガスへの熱伝導が抑制されるため
センサ出力の高出力化が実現でき、また例えば１／１０
に減圧することによりガスの使用量が１／１０となり、
結果１／１０の低コスト化が可能となる。さらに、気密
封止後、熱処理を施すことにより、積極的に封止体内部
に存在する酸素を活性化させることができるので封止体
内部の構成体の表面に強固な酸化物を形成し、同時にペ
ーストを十分に加熱硬化していることで、封止体内部の
構造物からの脱ガスを抑えることができるので圧力上昇
も抑えることができるため大気圧以下の状態を維持する
ことが可能である。

【００５９】（実施例３）本発明の第三の実施例におけ
る焦電型赤外線センサの構成およびその基本的な製造方
法は本発明の第一および第二の実施例で示したものと同
様である。本発明の第一および第二の実施例と異なる点
は、封止体１内部に吸着剤１２を設けていることであ
る。

【００６０】以上のように構成された焦電型赤外線セン
サについて、本実施例における焦電型赤外線センサの製
造方法を図８に示す。以下、図８に従って本発明の第一
および第二の実施例と異なる製造方法について説明す
る。本実施例の製造方法では、ペースト状の吸着剤１２
を封止体１の側壁に塗布し、１５０℃の窒素もしくは真
空雰囲気で熱処理を施したものである。

【００６１】上記のように本実施例によれば、吸着剤に
より焦電体素子等の封止体内部の構造体から放出される
脱ガスを吸着するため、封止体内の脱ガスを抑えること
により、安定したセンサ検知動作を実現することができ
る。さらに大気圧以下でのガス封止状態の場合、圧力上
昇も抑えることができるため大気圧以下の状態を維持す
ることができる。

【００６２】なお、本実施例では吸着剤１２として塗布
可能なペースト状のものを用いたが、固形状の吸着剤で
あっても同様の効果が十分得られる。また、吸着剤の位
置として封止体１の側壁としたが、固定台４もしくは封
止体内部のいずれの箇所であっても同様の効果が得られ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、封止体に
低熱伝導ガスを主成分とするガスと酸素を混合したガス
を封入することにより、焦電素子から封止体雰囲気中へ
の熱拡散を抑制することによりセンサ出力の高感度化が
実現できると同時に、封止体内の脱ガスを抑えることに
より、安定したセンサ検知動作を実現することができる
という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による焦電型赤外線セン
サを示す概略図

【図２】本発明の実施の形態２による焦電型赤外線セン
サを示す概略図

【図３】本発明の実施の形態３による封入ガス圧とセン
サ出力の関係を示す特性図

【図４】本発明の実施の形態４による焦電型赤外線セン
サを示す概略図

【図５】本発明の焦電型赤外線センサを構成する焦電素
子５の詳細部分を示す概略図

【図６】本発明の実施例１における焦電型赤外線センサ
の製造方法を示した工程図

【図７】本発明の実施例２における焦電型赤外線センサ
の製造方法を示した工程図

【図８】本発明の実施例３における焦電型赤外線センサ
の製造方法を示した工程図

【図９】従来の焦電型赤外線センサを示す概略図

【符号の説明】

１封止体２開口部３赤外線入射窓４固定台５焦電素子６高抵抗７ＦＥＴ８リードピン９空間１０低熱伝導ガス（Ｋｒ，Ｘｅ＋酸素）１１低熱伝導ガス（フロン＋酸素）１２吸着剤１３窒素５１基板５２第一の電極５３薄膜焦電体５４第二の電極５５層間絶縁膜５６空洞

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小牧一樹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者増谷武大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者野村幸治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口部を有する封止体と、前記開口部に
封着された赤外線入射窓と、前記封止体に内蔵された焦
電素子と、前記焦電素子を実装する固定部より構成さ
れ、前記封止体は低熱伝導ガスと酸素を混合する雰囲気
からなる焦電型赤外線センサ。
【請求項２】焦電素子は、基板と、前記基板上に設け
られた第一の電極と前記第一の電極上に設けられた配向
性薄膜焦電体と、前記配向性薄膜焦電体上に設けられた
第二の電極を具備し、前記配向性薄膜焦電体と対向する
前記基板表層部の一部に空洞を備えた請求項１記載の焦
電型赤外線センサ。
【請求項３】基板が、酸化マグネシウムからなる請求
項２記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項４】配向性薄膜焦電体は、ＰｂＴｉＯ₃を主
成分とする請求項２記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項５】配向性薄膜焦電体は、Ｌａ，Ｍｇあるい
はＭｎの単体、もしくはこれら混合物を添加するＰｂＴ
ｉＯ₃を主成分とする請求項２記載の焦電型赤外線セン
サ。
【請求項６】封止体の雰囲気は、Ｘｅ，Ｋｒまたはフ
ロンそれぞれ単体、もしくはこれら混合体を主成分とす
るガスと酸素との混合体からなる請求項１記載の焦電型
赤外線センサ。
【請求項７】フロンガスとしてＨＣＦＣ系を主成分と
する請求項６記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項８】フロンガスとしてＣＦ₃Ｉ系を主成分と
する請求項６記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項９】雰囲気中の酸素は、２体積％以上の濃度
からなる請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項１０】封止体には、大気圧以下でガスが封入
されている請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項１１】封止体内部で放出される脱ガスを吸着
するための吸着剤を設けている請求項１記載の焦電型赤
外線センサ。
【請求項１２】焦電素子と固定部は、金属もしくは酸
化物の単体、あるいはこれら混合物を含有した熱硬化型
樹脂を介して実装、固定される請求項１記載の焦電型赤
外線センサの製造方法。
【請求項１３】熱硬化型樹脂は、１００℃以上１８０
℃以下の大気雰囲気で加熱硬化する請求項１２記載の焦
電型赤外線センサの製造方法。
【請求項１４】熱硬化型樹脂は、１００℃以上１８０
℃以下の真空雰囲気で加熱硬化する請求項１２記載の焦
電型赤外線センサの製造方法。
【請求項１５】封止体と固定部とが接着され気密状態
を保持した後、１５０℃以上で熱処理する請求項１記載
の焦電型赤外線センサの製造方法。