JPS6320868A - 焦電型赤外線撮像素子 - Google Patents
焦電型赤外線撮像素子Info
- Publication number
- JPS6320868A JPS6320868A JP61165841A JP16584186A JPS6320868A JP S6320868 A JPS6320868 A JP S6320868A JP 61165841 A JP61165841 A JP 61165841A JP 16584186 A JP16584186 A JP 16584186A JP S6320868 A JPS6320868 A JP S6320868A
- Authority
- JP
- Japan
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- pyroelectric
- thin film
- region
- electrode
- semiconductor substrate
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
- H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
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。
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、焦電効果を利用し、物体からその温度に応じ
て放射される赤外線を検知し、物体の赤外像を得るため
の焦電型赤外線撮像素子に関するものである。
て放射される赤外線を検知し、物体の赤外像を得るため
の焦電型赤外線撮像素子に関するものである。
従来の技術
従来、物体からその温度に応じて放射される赤外線を利
用し、物体の赤外像を得るものとして、赤外線の検出方
法により量子型さ熱型のものとが知られている。そして
熱型てあって、赤外線の検出に焦電効果を利用し、発生
した信号電荷を、信号読み出し機能を備えた半導体を月
1いて読み出す赤外線撮像素子として、例えばインフラ
ン、ドフィジノクス 第19巻 507頁(Infra
redPhysics Vol、 19. P2O3,
1979)等に記載された構成が知られている。
用し、物体の赤外像を得るものとして、赤外線の検出方
法により量子型さ熱型のものとが知られている。そして
熱型てあって、赤外線の検出に焦電効果を利用し、発生
した信号電荷を、信号読み出し機能を備えた半導体を月
1いて読み出す赤外線撮像素子として、例えばインフラ
ン、ドフィジノクス 第19巻 507頁(Infra
redPhysics Vol、 19. P2O3,
1979)等に記載された構成が知られている。
以下、第5図を参照して従来の焦電型赤外線撮像素子に
ついて説明する。第5図において、51ばSI より
なる半導体基板、52は半導体基板51上に形成され、
CCD1あるいはシフトレジスターよりなる信号読み出
し部、53は信号読み出し部52 と電気的に接続され
、各エレメントに対応して設けられた信号読み出し用電
極、54は赤外検出部である焦電体で、PZT 、 D
TGS等よりなり、厚さ30μm、あるいは10μmの
薄膜により形成されている。55は焦電体54の一方の
面に形成され、各エレメントに対応した分離電極、56
は焦電体54の他方の面に形成された共通電極、 57
は上記各エレメントに対応した分離電極55と信号読み
出し用電極53をハンダ・バンプ等を用いて相互に電気
的に接続した接続電極である。
ついて説明する。第5図において、51ばSI より
なる半導体基板、52は半導体基板51上に形成され、
CCD1あるいはシフトレジスターよりなる信号読み出
し部、53は信号読み出し部52 と電気的に接続され
、各エレメントに対応して設けられた信号読み出し用電
極、54は赤外検出部である焦電体で、PZT 、 D
TGS等よりなり、厚さ30μm、あるいは10μmの
薄膜により形成されている。55は焦電体54の一方の
面に形成され、各エレメントに対応した分離電極、56
は焦電体54の他方の面に形成された共通電極、 57
は上記各エレメントに対応した分離電極55と信号読み
出し用電極53をハンダ・バンプ等を用いて相互に電気
的に接続した接続電極である。
次に上記従来例の動作について説明する。焦電体54の
上に被写体(図示せず)から放射される赤外線が結像す
るき、その赤外線密度に応じて焦電体54の各エレメン
ト内に信号電荷が発生する。
上に被写体(図示せず)から放射される赤外線が結像す
るき、その赤外線密度に応じて焦電体54の各エレメン
ト内に信号電荷が発生する。
この信号電荷を各エレメントの分離電極55、接続電極
57及び信号読み出し電極53を通して順次信号電荷読
み出し部52から読み出すこさにより被写体の赤外画像
信号を得ることができる。
57及び信号読み出し電極53を通して順次信号電荷読
み出し部52から読み出すこさにより被写体の赤外画像
信号を得ることができる。
発明が解決しようとする問題点
しかし、以上のような従来例の構成では、信号読み出し
部52と焦電体54の各エレメントを電気的に接続する
ため、電極55と53との間に接続電極57を用いて導
通を図っているが、エレメント数が多く、かつその形状
が小さくなってくると、両者を精度良く接続するこきは
非常に困難さなる。またすべてのエレメントを完全に電
気的に接続することは技術的に非常に困難である等の問
題を有していた。
部52と焦電体54の各エレメントを電気的に接続する
ため、電極55と53との間に接続電極57を用いて導
通を図っているが、エレメント数が多く、かつその形状
が小さくなってくると、両者を精度良く接続するこきは
非常に困難さなる。またすべてのエレメントを完全に電
気的に接続することは技術的に非常に困難である等の問
題を有していた。
そこで、本発明は、エレメント数が多く、かつその形状
が小さくなっても、すべてのエレメントを完全に、かつ
簡単に電気的に接続することができ、従って信号電荷を
確実に読み出すことができるようにした焦電型赤外線撮
像素子を提供しようとするものである。
が小さくなっても、すべてのエレメントを完全に、かつ
簡単に電気的に接続することができ、従って信号電荷を
確実に読み出すことができるようにした焦電型赤外線撮
像素子を提供しようとするものである。
問題点を解決するだめの手段
問題点を解決するための本発明の技術的な手段は、半導
体基板と、この半導体基板の一方の面に設けられた信号
読み出し部及びこの信号読み出し部さ電気的に接続され
、各エレメントに対応した複数の分離電極と、この分離
電極及び上記半導体基板における分離電極側の面の上に
形成された焦電体薄膜と、この焦電体薄膜の上に形成さ
れた共通電極とを備えたものである。
体基板と、この半導体基板の一方の面に設けられた信号
読み出し部及びこの信号読み出し部さ電気的に接続され
、各エレメントに対応した複数の分離電極と、この分離
電極及び上記半導体基板における分離電極側の面の上に
形成された焦電体薄膜と、この焦電体薄膜の上に形成さ
れた共通電極とを備えたものである。
作 用
本発明は、上記構成により、焦電体薄膜の上に被写体か
ら放射される赤外線が結像すると、その赤外線密度に応
じて焦電体薄膜の各エレメント内に信号電荷が発生する
。この信号電荷を各エレメントの分離電極及び信号電荷
読み出し部から順次読み出すことにより被写体の赤外画
像信号を得ることができる。そして信号電荷読み出し部
さ電気的に接続した複数の分離電極の上に焦電体薄膜を
直接形成しているので、エレメントf2が多りナっても
、またその形状が小さくなっても、すべてのエレメント
を完全に、かつ簡単に電気的に接続することができ、信
号電荷を確実に読み出すことができる。
ら放射される赤外線が結像すると、その赤外線密度に応
じて焦電体薄膜の各エレメント内に信号電荷が発生する
。この信号電荷を各エレメントの分離電極及び信号電荷
読み出し部から順次読み出すことにより被写体の赤外画
像信号を得ることができる。そして信号電荷読み出し部
さ電気的に接続した複数の分離電極の上に焦電体薄膜を
直接形成しているので、エレメントf2が多りナっても
、またその形状が小さくなっても、すべてのエレメント
を完全に、かつ簡単に電気的に接続することができ、信
号電荷を確実に読み出すことができる。
実施例
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。
に説明する。
まず、本発明の第1実施例について説明する。
第1図は本発明の第1実施例を示す断面図である。第1
図に示すように半導体基板1の一方の面に一般に知られ
た微細加工技術を用いて信号読み出し部2が形成され、
その信号読み出し部2と電気的に接続して各エレメント
に対応した複数の分離電極3が形成されている。分離電
極3及び半導体基板】における分離電極3側の面の上に
焦電体薄膜4が形成され、焦電体薄膜・1の上に共通電
極5が形成されている。
図に示すように半導体基板1の一方の面に一般に知られ
た微細加工技術を用いて信号読み出し部2が形成され、
その信号読み出し部2と電気的に接続して各エレメント
に対応した複数の分離電極3が形成されている。分離電
極3及び半導体基板】における分離電極3側の面の上に
焦電体薄膜4が形成され、焦電体薄膜・1の上に共通電
極5が形成されている。
次に上記実施例の動作について説明する。被写体(図示
せず)からその温度に応じて放射される赤外線が焦電体
薄膜・1の上に結像すると、その赤外線密度に応じて焦
電体薄M4の各エレメント内に信号電荷が発生する。こ
の信号電荷は各エレメントに対応した分離電極3の上の
部分の領域のみ有効な信号電荷として利用される。そし
て各分離電極3の上の焦電体薄膜4の領域で発生した信
号電荷は各分離電極3及びこれと電気的に接続された信
号読み出し部2を経て順次信号電荷読み出し部2から読
み出される。これを再構成することに(より赤外画像信
号を得ることができる。
せず)からその温度に応じて放射される赤外線が焦電体
薄膜・1の上に結像すると、その赤外線密度に応じて焦
電体薄M4の各エレメント内に信号電荷が発生する。こ
の信号電荷は各エレメントに対応した分離電極3の上の
部分の領域のみ有効な信号電荷として利用される。そし
て各分離電極3の上の焦電体薄膜4の領域で発生した信
号電荷は各分離電極3及びこれと電気的に接続された信
号読み出し部2を経て順次信号電荷読み出し部2から読
み出される。これを再構成することに(より赤外画像信
号を得ることができる。
上記第1実施例によれば、各エレメントの分離電極3上
に焦電体薄膜4を直接形成しているので、エレメント数
が増加したり、その形状が小さくなっても、焦電体薄膜
・tと各エレメントの分離電極3を精度良く、かつ簡単
に接続することができる。
に焦電体薄膜4を直接形成しているので、エレメント数
が増加したり、その形状が小さくなっても、焦電体薄膜
・tと各エレメントの分離電極3を精度良く、かつ簡単
に接続することができる。
次に本発明の第2実施例について説明する。
第2図は本発明の第2実施例を示す断面図、第3図は共
通電極を除去した平面図である。本実施例において、上
記第1実施例と同一部分については同一符号を付し、異
なる部分についてのみ説明する。本実施例においては、
焦電体薄膜4が結晶質焦電体領域4a 、5非晶質焦電
体領域4bとよりなり、結晶質焦電体領域4aが分離電
極3上及び分離電極3に隣接する領域、すなわち分離電
極3より広い領域を占めている。その他の構成は上記第
1実施例と同様である。
通電極を除去した平面図である。本実施例において、上
記第1実施例と同一部分については同一符号を付し、異
なる部分についてのみ説明する。本実施例においては、
焦電体薄膜4が結晶質焦電体領域4a 、5非晶質焦電
体領域4bとよりなり、結晶質焦電体領域4aが分離電
極3上及び分離電極3に隣接する領域、すなわち分離電
極3より広い領域を占めている。その他の構成は上記第
1実施例と同様である。
次に上記第2実施例の試験例について説明する。
半導体基板1として、厚さ400μmのSiウェハーを
用い、まず、微細加工技術により信号読み出し部2とし
て、各エレメントに対応した縦・横100μm間隔で、
128 x 128個のCCDを形成した。
用い、まず、微細加工技術により信号読み出し部2とし
て、各エレメントに対応した縦・横100μm間隔で、
128 x 128個のCCDを形成した。
次に信号読み出し部2と電気的に接続し、各エレメント
に対応した分離電極3として、 100μm間隔で、大
きさ90 X 90μm1厚さ0.5μmのPt薄膜を
リフトオフ技術によって形成した。次に上記信号読み出
し部2と分離電極3を形成した半導体基板1を基板温度
100〜250℃の低温度に保ち、Arガス+02ガス
雰囲気中で、PbT i 03、あるいはPZTを主成
分とした焦電材料をスパッタリング蒸着し、分離電極3
及び半導体基板1の表面上に厚さ4μmの焦電体薄膜4
を形成した。基板温度を上記温度より高温にすると、半
導体基板1に形成した信号読み出し部2が熱により機能
低下をきたし、十分なる信号読み出しができなくなって
しまう。
に対応した分離電極3として、 100μm間隔で、大
きさ90 X 90μm1厚さ0.5μmのPt薄膜を
リフトオフ技術によって形成した。次に上記信号読み出
し部2と分離電極3を形成した半導体基板1を基板温度
100〜250℃の低温度に保ち、Arガス+02ガス
雰囲気中で、PbT i 03、あるいはPZTを主成
分とした焦電材料をスパッタリング蒸着し、分離電極3
及び半導体基板1の表面上に厚さ4μmの焦電体薄膜4
を形成した。基板温度を上記温度より高温にすると、半
導体基板1に形成した信号読み出し部2が熱により機能
低下をきたし、十分なる信号読み出しができなくなって
しまう。
そこで、次に低温度でのスパッタリング蒸着により形成
した非晶質焦電体薄膜の微少領域にレーザーヒームを照
射し、局部的に加熱することにより信号読み出し部2に
ダメージを与えるこさなく、照射部の焦電体薄膜4の結
晶性を向上させ、焦電型赤外線撮像素子としての性能向
上を図った。すなわち、半導体基板1を、その焦電体薄
膜4面を上にしてX−Yステージに固定し、ステージを
適宜移動しながら分離電極3の上の焦電体薄膜領域上に
、スポット径25μm1出力20 Wのアルゴン・レー
ザーをパルス照射した。そのレーザーアニール効果によ
り上記分離電極3及びこれに隣接する領域上の焦電体薄
膜・1を結晶化し、C軸方向が焦電体薄膜表面に対し、
垂直方向に配向している結晶質焦電体領域ilaを形成
した。また焦電体薄膜・1で上記結晶質焦電体領域4a
以外は非晶質焦電体領域4bとして形成した。さらに、
これら結晶質焦電体領域4aと非晶質焦電体領域4bの
上にニクロムを蒸着して共通電極6を形成した。
した非晶質焦電体薄膜の微少領域にレーザーヒームを照
射し、局部的に加熱することにより信号読み出し部2に
ダメージを与えるこさなく、照射部の焦電体薄膜4の結
晶性を向上させ、焦電型赤外線撮像素子としての性能向
上を図った。すなわち、半導体基板1を、その焦電体薄
膜4面を上にしてX−Yステージに固定し、ステージを
適宜移動しながら分離電極3の上の焦電体薄膜領域上に
、スポット径25μm1出力20 Wのアルゴン・レー
ザーをパルス照射した。そのレーザーアニール効果によ
り上記分離電極3及びこれに隣接する領域上の焦電体薄
膜・1を結晶化し、C軸方向が焦電体薄膜表面に対し、
垂直方向に配向している結晶質焦電体領域ilaを形成
した。また焦電体薄膜・1で上記結晶質焦電体領域4a
以外は非晶質焦電体領域4bとして形成した。さらに、
これら結晶質焦電体領域4aと非晶質焦電体領域4bの
上にニクロムを蒸着して共通電極6を形成した。
その結果、エレメント数が多く、かつその大きさが小さ
くなっても、すべてのエレメントを完全に接続すること
ができ、温度分解能が約0.5℃の性能であった。
くなっても、すべてのエレメントを完全に接続すること
ができ、温度分解能が約0.5℃の性能であった。
次に本発明の第3実施例(二ついて説明する。
第4図は本発明の第3実施例を示す断面図である。本実
施例において、上記第1実施例七同一部分については同
一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。本実
施例においては、焦電体薄膜4が結晶質焦電体領域、1
aと非晶質焦電体領域4b とよりなり、結晶質焦電体
領域4aが分離電極3上で、分離電極3より狭い領域を
占めている。
施例において、上記第1実施例七同一部分については同
一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。本実
施例においては、焦電体薄膜4が結晶質焦電体領域、1
aと非晶質焦電体領域4b とよりなり、結晶質焦電体
領域4aが分離電極3上で、分離電極3より狭い領域を
占めている。
その他の構成は上記第1実施例と同様である。
次に上記第3実施例の試験例について説明、する。
本試験例において、上記第2実施例の試験例と異なるの
は、焦電体薄膜4の結晶質焦電体領域4a♂非晶質焦電
体領域4bの広狭のみであるので、この点についてのみ
説明する。本試験例においては、焦電体薄膜4を分離電
極3上て分離電極3の面積の70%以上の領域を結晶化
し、焦電体薄膜表面に対し、垂直にC@j配向した結晶
質焦電体領域4aを形成し、それ以外を非晶質焦電体領
域4b に形成した。
は、焦電体薄膜4の結晶質焦電体領域4a♂非晶質焦電
体領域4bの広狭のみであるので、この点についてのみ
説明する。本試験例においては、焦電体薄膜4を分離電
極3上て分離電極3の面積の70%以上の領域を結晶化
し、焦電体薄膜表面に対し、垂直にC@j配向した結晶
質焦電体領域4aを形成し、それ以外を非晶質焦電体領
域4b に形成した。
その結果、エレメント数が多く、かつその大きさが小さ
くなっても、すべてのエレメントを完全に接続するこき
ができ、温度分解能が約1℃の性能であった。
くなっても、すべてのエレメントを完全に接続するこき
ができ、温度分解能が約1℃の性能であった。
上記第2、第3実施例によれば、各エレメントの分離電
極3上に焦電体薄膜4を直接形成するので、エレメント
数が多く、かつエレメント素子が小さくなっても、焦電
体薄膜4と各エレメントの分離電極3を完全に、かつ簡
単に接続することができる。しかも焦電体薄膜4の一部
を結晶化することにより性能をさらに向上させることが
できる。
極3上に焦電体薄膜4を直接形成するので、エレメント
数が多く、かつエレメント素子が小さくなっても、焦電
体薄膜4と各エレメントの分離電極3を完全に、かつ簡
単に接続することができる。しかも焦電体薄膜4の一部
を結晶化することにより性能をさらに向上させることが
できる。
発明の効果
以上述べたように本発明によれば、半導体基板の一方の
面に信号読み出し部及びこの信号読み出し部と電気的に
接続し、各エレメントに対応した分離電極を設け、それ
らの上C:直直接無電源薄膜形成し、さらにその上面ζ
二共通電極を設けている。
面に信号読み出し部及びこの信号読み出し部と電気的に
接続し、各エレメントに対応した分離電極を設け、それ
らの上C:直直接無電源薄膜形成し、さらにその上面ζ
二共通電極を設けている。
従って各エレメント数が増加しても、また各エレメント
素子が小さくなっても、すべてのエレメントを完全C二
、かつ簡単に電気的に接続することができる。
素子が小さくなっても、すべてのエレメントを完全C二
、かつ簡単に電気的に接続することができる。
第1図は本発明の第1実施例における焦電型赤外線撮像
素子を示す断面図、第2図及び第3図は本発明の第2実
施例を示し、第2図は断面図、第3図は共通電極を除去
した平面図、第4図は本発明の第3実施例を示す断面図
、第5図は従来の焦電型赤外線撮像素子を示す断面図で
ある。 1・・・半導体基板、2・・・信号読み出し部、3・・
・分離電極、4・・・焦電体薄膜、4a・・・結晶質焦
電体領域、4b・・・非晶質焦電体領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名M
1 図 1峠耕1啓に 第2図 第 3 図
素子を示す断面図、第2図及び第3図は本発明の第2実
施例を示し、第2図は断面図、第3図は共通電極を除去
した平面図、第4図は本発明の第3実施例を示す断面図
、第5図は従来の焦電型赤外線撮像素子を示す断面図で
ある。 1・・・半導体基板、2・・・信号読み出し部、3・・
・分離電極、4・・・焦電体薄膜、4a・・・結晶質焦
電体領域、4b・・・非晶質焦電体領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名M
1 図 1峠耕1啓に 第2図 第 3 図
Claims (4)
- (1)半導体基板と、この半導体基板の一方の面に設け
られた信号読み出し部及びこの信号読み出し部と電気的
に接続され、各エレメントに対応した複数の分離電極と
、この分離電極及び上記半導体基板における分離電極側
の面の上に形成された焦電体薄膜と、この焦電体薄膜の
上に形成された共通電極とを備えたことを特徴とする焦
電型赤外線撮像素子。 - (2)焦電体薄膜が非晶質焦電体領域と結晶質焦電体領
域とよりなり、結晶質焦電体領域が分離電極及び分離電
極に隣接する領域を占めている特許請求の範囲第1項記
載の焦電型赤外線撮像素子。 - (3)焦電体薄膜が非晶質焦電体領域と結晶質焦電体領
域とよりなり、結晶質焦電体領域が各分離電極上で、各
分離電極面積の70%以上の領域を占めている特許請求
の範囲第1項記載の焦電型赤外線撮像素子。 - (4)結晶質焦電体領域が結晶質焦電体表面に対し、垂
直方向にC軸配向している特許請求の範囲第2項記載の
焦電型赤外線撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165841A JPS6320868A (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 焦電型赤外線撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165841A JPS6320868A (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 焦電型赤外線撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6320868A true JPS6320868A (ja) | 1988-01-28 |
Family
ID=15820014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61165841A Pending JPS6320868A (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 焦電型赤外線撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6320868A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2649247A1 (fr) * | 1989-06-30 | 1991-01-04 | Thomson Csf | Detecteur infrarouge a base de materiau pyroelectrique |
-
1986
- 1986-07-15 JP JP61165841A patent/JPS6320868A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2649247A1 (fr) * | 1989-06-30 | 1991-01-04 | Thomson Csf | Detecteur infrarouge a base de materiau pyroelectrique |
| US5087816A (en) * | 1989-06-30 | 1992-02-11 | Thomson-Csf | Infrared detector based on pyroelectric material |
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