JPS6379022A - 焦電形赤外検出薄膜素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は赤外計測に使用される焦電形赤外検出薄膜素子
に関するもので、特に温度計測、地球資源観測、気象観
測、公害監視、防犯・防災監視、交通機関の運転管理、
工場での熱管理工程などへの利用が可能である。

従来の技術 赤外検出器は、感度及び空間分解能特性の向上をめざし
て開発が行われており、焦電素子の薄膜化もそのひとつ
である。具体例で述べると酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
単結晶上にチタン酸鉛（Ｐｒｏ）系蒸着膜をスパッタ蒸
着により形成して高い感度の赤外検出素子が得られてい
る。焦電素子は分極の温度による変化を利用して赤外線
を検出するので電極は薄膜をサンドインチのようにはさ
んで両面に信号取出し電極とアース電極を形成する構造
が感度特性の観点から望ましい。そこで、ＭｇＯ単結晶
にまず白金を蒸着し次にｐ’ｒｏ系膜を蒸着し、最后に
赤外吸収層と電柱を兼ねてニクロムあるいは全黒等を蒸
着する。この時赤外受光電極は、基板の太きさより小さ
くしておく。これは下記の理由による。赤外検出器の特
性向上を目的として、有効受光部の熱容量をできるだけ
小さくするため、ＭｇＯ基板を除去することが必要であ
る。ところがＭｇＯ基板を全面除去すると焦電材料及び
電極の薄膜層だけになり機械的強度が低く実用に耐えな
い。

更に云えば、内部歪のため平面を保つことができず、く
るりと曲面を形成し極端な例では巻いてしまう。

そこで、有効受光面をＭｇＯ基板よシ小さくし有効受光
面に対応するＭｇＯ基板をエツチングにより除去し、高
感度赤外検出器を形成する。

第３図（ａ）（ｂ）は従来例の焦電形赤外検出薄膜素子
の断面図で、ｔａ＞は接地電極となる白金電極２が焦電
薄膜１の有効受光面部に形成された場合を、（ｂ）は白
金電極２が焦電薄膜１の全面に形成された場合を示す。

各図で、蒸着基板３は、エツチングにより有効受光部に
相当する部分が削除されているが、白金電極２及びＰｒ
ｏ系焦電薄膜１がスパッタ蒸着される時は削除されてお
らず、スパッタ蒸着後にエツチング除去したものである
。赤外受光電極４は、基板３がエツチング処理された後
に蒸着する。

発明が解決しようとする問題点 ここで、第３図（ｂｌのように、白金膜２を全面蒸着す
ると２つの問題がある。

第１に、第３図（ａ）のように有効受光面のみに白金膜
２を蒸着した方が特性が良く、同図（ｂ）の構成は特性
面で劣る。ところが同図（ａ）の構造では円℃系薄膜１
だけの部分５が生じ、この部分で亀裂が発生しやすい。

これが第２の問題である。まだ、基板３をエツチング除
去するには約７０℃のりん酸液を用いるが、白金層２に
比較してＰＴＯ層１はこのエツチング液に弱い。すなわ
ち、部分５にエツチング作用が加わり、ますます機械的
、熱的強度が低下する。

このように、従来の焦電形赤外検出薄膜素子は特性面で
、あるいは機械的、熱的強度に問題があった。

本発明は上記問題を解決するもので、特性を損なわず機
械的、熱的強度にもすぐれ製造歩留りのよい焦電形赤外
検出薄膜素子を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために、本発明は焦電素子薄膜の
一面に白金電極を裏面電極として有効受光面より広く蒸
着し、他面に有効受光面に略等しい大きさの受光電極を
形成し、これを有効受光面エリ広くかつ白金電極より狭
く中空にした基板上に形成した焦電赤外薄膜素子を提供
するものである。

作用 上記構造において、白金電極は、焦電素子薄膜の補強と
エツチング処理時の保獲膜としての作用をはたす。しか
も、焦電素子薄膜の結晶成長において、全面白金電極上
よりも、有効受光面程度に限定した白金電極上では、周
辺の白金電極のない蒸着基板上に直接焦電素子薄膜が蒸
着されるため、結晶配列の歪が周辺で緩和吸収されて、
結晶性の良い焦電薄膜が形成され、高感度の焦電形赤外
検出薄膜素子を得ることができる。

実施例 以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明す
る。

第１図は本発明による焦電形赤外検出薄膜素子の構成を
示す断面図である。１は焦電素子薄膜でＰＴＯ系スパッ
タ蒸着配向膜、たとえばチタン酸鉛膜である。２は結晶
の格子定数が焦電素子薄膜１と似ている裏面電極として
の白金電極、３は蒸着基板で同様に格子定数の近いもの
として酸化マグネシウム単結晶を使用した。酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）単結晶基板としては１ｍ１Ｔ１０、厚
さ１００μｍとし、温度６３０℃でスパッタ蒸着により
白金、チタン酸鉛の順で蒸着し各々１μｍ、４μｍの厚
さの薄層を形成する。白金層２は中央部０．５　ｍｍ　
ｌとし、チタン酸鉛層１は全面蒸着する。しかる後、Ｍ
ｇＯ単結晶基板３を全面エツチングにより６０μｍ厚さ
まで二二チングし、次に中央部０．４　ｍｍｌのＭｇＯ
を完全に除去する。最後に、中央部０．３　ｍｍｌに赤
外受光電極４としてニクロム電極をシート抵抗３００Ω
（１ｃｍ巾、１ｃｍ間隔）に蒸着して素子は完成する。

裏面電極２は有効受光面よシ広くかつその３倍以下の面
積で蒸着され、蒸着基板３は有効受光面よりも広く、か
つ裏面電極２より狭い範囲で、有効受光面を含む領域が
エツチング除去されている。

赤外受光電極４は有効受光面に略等しく形成される。

裏面電極２は蒸着基板３の除去部分をすべてカバーする
ように形成される。

第２図は、この素子を赤外集光レンズと一体化した赤外
検出素子を示すもので、同図（ａ）はその斜視図、同図
（ｂ）は側面図、同図（Ｃ）は同図（ｂ）の一部拡大図
である。赤外集光レンズ１１の光学的設計は、本発明の
本質と関係なく、光学系全体の設計で決定するので、詳
細は省略するが、ゲルマニウム片凸レンズとし、凸面及
び平面に１０μｍを中心とした反射防止膜１２．１３を
コーティングしその上にあらかじめ赤外受光電極引出し
リード部９を蒸着しておく、また焦電薄膜赤外検出素子
にも、同様に赤外受光面側に電極引出し部１６を蒸着し
かつ信号電極側にも裏面電極引出し部１０を蒸着する。

全てＡｔ蒸着膜とし、素子マウント後最終工程で、各々
リードａ７．８を超音波ボンダで接続結線する。

赤外検出薄膜素子は、赤外受光面側の信号リードの出て
いる端部に絶縁接着剤１４をまたアース引出し部のある
端部は導電性接着剤１５を塗布し赤外集光レンズ１１の
平面中央部に接着し一体化する。最后に上記の通りリー
ド線４．８を接続して赤外集光レンズ付赤外検出素子が
出来上る。

以上の実施例で、素子製作の歩留が従来より高くかつ特
性を損うことなく、焦電形赤外検出薄膜素子を完成する
ことができた。

発明の効果 以上のように本発明は信号電極の大きさを赤外受光電極
より少し大きめにしかつ蒸着基板の除去；得妄構成と比
較すれば、歩留シは同じであるが赤外検出特性の高い素
子を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による焦電形赤外検出薄膜素子の構造を
示す断面図、第２図（ａｌ乃至（Ｃ）は各々第１図の焦
電形赤外検出素子を赤外集光レンズと一体化したときの
斜視図、側面図及び拡大断面図、第３図（ａ）、（ｂ）
は各々従来の焦電形赤外検出薄膜素子の構造を示す断面
図である。 １・・・焦電素子薄膜、２・・・裏面電極、３・・・蒸
着基板、４・・・赤外受光電極、６・・・焦電形赤外検
出薄膜素子、７・・・リード線、８・−・リード線、９
・・・赤外受光電極引出しリード部、１０・・・裏面電
極引出し部、１１・−・赤外集光レンズ、１２．１３・
・・反射防止膜、１４・・・絶縁性接着剤、１５・・・
導電性接着剤。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男ほか１名第１図 第２図 第　２　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸着基板と、焦電形蒸着薄膜と、有効受光面上の
   第１の電極と、対向する面上の第２の電極とで構成され
   、少くとも有効受光面の部分において前記蒸着基板が除
   去された状態になっており、前記第２の電極が前記蒸着
   基板の削除面を全てカバーし、かつ有効受光面より広い
   面積であることを特徴とする焦電形赤外検出薄膜素子。
2. （２）蒸着基板が単結晶であり、焦電形蒸着薄膜は配向
   膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   焦電形赤外検出薄膜素子。
3. （３）蒸着基板が酸化マグネシウム単結晶であり、焦電
   形蒸着膜がチタン酸鉛系配向膜であることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の焦電形赤外検出薄膜素子。