JP2000164946A

JP2000164946A - 焦電形素子

Info

Publication number: JP2000164946A
Application number: JP10334824A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yagyu; 博之柳生
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】検知性能が良好な焦電形素子を提供する。【解決手段】厚み方向の両面に電極が形成された素子
片５は、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウェハか
ら切り出され、切り出し面５ａ〜５ｆが該Ｚカット単結
晶ウェハの劈開面である｛１０−２｝面に一致してい
る。したがって、切り出し面の加工損傷の発生を防止す
ることができ、検知性能を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焦電形赤外線セン
サなどに使用される焦電形素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱や温度変化の検知器として利
用されている焦電形赤外線センサに使用される焦電形素
子の材料には、焦電性を有する種々の強誘電体が用いら
れている。

【０００３】一般に提供されている焦電形素子は、例え
ば、図７に示すように、矩形板状の基板１と、基板の厚
み方向の両面に互いに対向する形で形成された一対の電
極２ａ，２ｂとで構成されている。

【０００４】ところで、焦電形素子の材料の形態とし
て、単結晶バルクは材料の均質性が高く、近年良質な単
結晶ウェハが安価に入手可能となったこともあり、広く
利用されるようになっている。この焦電形素子の材料と
してよく用いられているのが、焦電性を有する強誘電体
の１つであるタンタル酸リチウムのいわゆるＺカット単
結晶ウェハである。なお、タンタル酸リチウムは、三方
晶系に属する。

【０００５】図７に示すような矩形板状の素子片１を図
８（ａ）に示すようなＺカット単結晶ウェハ４から複数
個切り出す場合、オリエンテーションフラットに平行に
形成されたスクライブ線およびオリエンテーションフラ
ットに直交して形成されたスクライブ線に沿って機械加
工（例えば、ダイシング）される。なお、Ｚカット単結
晶ウェハ４は、表面に直交する軸をＺ軸とし、（０１
０）面に上記オリエンテーションフラットが形成されて
おり、いま＜０１０＞方向にＹ軸をとり、＜２−１０＞
方向にＸ軸をとると、図８（ａ）の左下側に示した直交
座標系を定義することができる。

【０００６】ここにおいて、各素子片１は、図８（ｂ）
に示すように、オリエンテーションフラットに直交する
スクライブ線に沿って切断された切り出し面１ｃが（２
−１０）面（以下、Ｘ面と称す）となり、オリエンテー
ションフラットに平行するスクライブ線に沿って切断さ
れた面１ｄ切り出し面１ｄが（０１０）面（以下、Ｙ面
と称す）となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成では、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウェハ４
からダイシングなどの機械加工により素子片１を切り出
しており、上述のように素子片１の切り出し面１ｃ、１
ｄがそれぞれ（２−１０）面、（０１０）面となってい
る。しかしながら、タンタル酸リチウムのＺカット単結
晶ウェハ４の劈開面は｛１０−２｝面なので、素子片１
の切り出し面１ｃ、１ｄがこの劈開面に一致しておら
ず、切り出し面に、チッピングと呼ばれる欠けや、マイ
クロクラックと呼ばれる微小破砕などの加工損傷が生じ
てしまう。

【０００８】ここにおいて、タンタル酸リチウムなどの
ような焦電性を有する種々の強誘電体は圧電性も有して
いるので、素子片１に機械的応力が作用した場合や素子
片１自体が作る歪み場などによって、上述の加工損傷が
発生している部位に、局所的な強電場あるいは自由電荷
の蓄積が生じ、やがては放電を引き起こす状態に達し、
ノイズが発生して焦電形素子の検知性能が低下してしま
うという不具合があった。

【０００９】本発明は、上記事由に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、検知性能が良好な焦電形素子を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、焦電
性を有する強誘電体の単結晶ウェハから切り出された素
子片と、該素子片に設けられた少なくとも２つの電極と
を備え、素子片の切り出し面は、単結晶ウェハの表面と
劈開面とが交差する線を含むことを特徴とするものであ
る。この構成によれば、素子片の切り出し面への加工損
傷の発生が少なくなるので、検知性能を向上させること
ができる。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記単結晶ウェハは、タンタル酸リチウムよりなる
ものである。この構成によれば、タンタル酸リチウムは
大型単結晶の作製が容易であるので、タンタル酸リチウ
ムのＺカット単結晶ウェハとして大口径のものを利用す
ることができ、１枚のＺカット単結晶ウェハから切り出
す素子片の数を多くすることができ、製造コストの低コ
スト化を図ることができる。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、上記素子片の厚み方向の両面に互いに対向する形で
２つ一組の上記電極が形成され、上記素子片の切り出し
面は、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウェハの劈
開面である｛１０−２｝面からなるものである。この構
成によれば、素子片の切り出し面に発生する加工損傷を
少なくすることができ、検知性能が向上する。

【００１３】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、上記素子片の切り出し面は、タンタル酸リチウムの
Ｚカット単結晶ウェハの表面と劈開面とが交差する線を
含み且つＺカット単結晶ウェハの表面と直交する面から
なるものである。この構成によれば、請求項３の発明よ
りも素子片の切り出し用いる機械加工装置の制約が少な
くなる。

【００１４】請求項５の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片には、上記一対の電極と
両電極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部
を他の部位と熱的に分離するための熱分離スリットを備
え、熱分離スリットの内周面が｛１０−２｝面からなる
ものである。この構成によれば、熱分離スリットを備え
ていることにより感度が向上し、しかも熱分離スリット
の内周面が｛１０−２｝面からなることにより熱分離ス
リットの内周面に加工損傷が発生するのを少なくするこ
とができる。

【００１５】請求項６の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片には、上記一対の電極と
両電極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部
を他の部位と熱的に分離するための熱分離スリットを備
え、上記熱分離スリットの内周面が、タンタル酸リチウ
ムのＺカット単結晶ウェハの表面と劈開面とが交差する
線を含み且つＺカット単結晶ウェハの表面と直交する面
からなるものである。この構成によれば、熱分離スリッ
トを備えていることにより感度が向上し、しかも請求項
５の発明に比べて熱分離スリットの加工が容易になる。

【００１６】請求項７の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片は上記一対の電極と両電
極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を複
数備えるとともに、各検知部を他の部位と熱的に分離す
るための熱分離スリットを備え、熱分離スリットの内周
面が｛１０−２｝面からなるものである。この構成によ
れば、互いに他の検知部間での熱伝導を空間的に低減さ
せることができる。

【００１７】請求項８の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片は上記一対の電極と両電
極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を複
数備えるとともに、各検知部を他の部位と熱的に分離す
るための熱分離スリットを備え、上記熱分離スリットの
内周面が、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウェハ
の表面と劈開面とが交差する線を含み且つＺカット単結
晶ウェハの表面と直交する面からなるものである。この
構成によれば、互いに他の検知部間での熱伝導を空間的
に低減させることができ、しかも請求項７の発明に比べ
て熱分離スリットの加工が容易になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、以下説明する実施形態で
は、焦電形素子の材料としてタンタル酸リチウムのＺカ
ット単結晶ウェハを用いている。

【００１９】（実施形態１）本実施形態の基本構成は、
図７に示した従来構成と略同じであって、上述の図８に
示した直交座標系において、図１に示すように、素子片
５の平面形状を六角形として、該素子片５の各切り出し
面５ａ〜５ｆをタンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウ
ェハ４の劈開面である｛１０−２｝面に一致させて機械
加工した点に特徴がある。なお、各切り出し面５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、それぞれ（−１０−
２）面，（０−１−２）面，（１−１−２）面，（１０
−２）面，（０１−２）面，（−１１−２）面により構
成される。

【００２０】しかして、本実施形態では、素子片５の切
り出し面５ａ〜５ｆがタンタル酸リチウムのＺカット単
結晶ウェハ４の劈開面に一致するように切り出してある
ので、素子片５の切り出し面５ａ〜５ｆへの加工損傷の
発生が少なく、図７および図８に示した従来構成に比べ
て検知性能を向上させることができる。

【００２１】（実施形態２）ところで、実施形態１で説
明した各切り出し面５ａ〜５ｆは、Ｚカット単結晶ウェ
ハ４の表面（Ｚ面）に対して直交していないので、機械
加工装置などの制約で切り出し面５ａ〜５ｆを劈開面に
一致させることが難しい場合が考えられる。

【００２２】本実施形態はこの種の不具合を解決するも
のであり、基本構成は図７に示した従来構成と略同じで
あって、上述の図８に示した直交座標系において、図２
に示すように、素子片７の形状を図２（ｂ）に示すよう
な六角柱状として、図２（ａ）に示すＺカット単結晶ウ
ェハ４からの素子片７の各切り出し面７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆは、（−１００）面，（０−１
０）面，（１−１０）面，（１００）面，（０１０）
面，（−１１０）面により構成されている。

【００２３】ところで、図１に示した実施形態１の素子
片５における各切り出し面（つまり、劈開面）とＺカッ
ト単結晶ウェハ４の表面（Ｚ面）との交線は、図２
（ａ）に示すＸ軸に平行な線６ａに平行する線と、Ｘ軸
に対して＋６０°傾斜した線６ｂに平行する線と、Ｘ軸
に対して−６０°傾斜した線６ｃに平行する線となる。

【００２４】これに対し、本実施形態における素子片７
の表面の外周の各辺が上述の線６ａ，６ｂ，６ｃのいず
れかに平行し、且つ、各切り出し面７ａ〜７ｆがＺ面に
直交している。

【００２５】しかして、本実施形態では、Ｚカット単結
晶ウェハ４から素子片７を切り出す場合の機械加工装置
の制約が実施形態１の素子片５を切り出す場合に比べて
少なくなる。なお、各切り出し面７ａ〜７ｆの加工損傷
は実施形態１の各切り出し面５ａ〜５ｆに比べて増加す
るものの図８に示した従来構成に比べれば加工損傷は少
ない。

【００２６】（実施形態３）本実施形態の焦電形素子の
基本構成は実施形態２と略同じであって、平面形状が図
３に示すようＹ軸方向に縦長の六角形状に形成され、素
子片７’の厚み方向の両面に互いに対向するる形で形成
される一対の電極９，１０が２組設けられている点に特
徴がある。ここにおいて、互いに対向する一対の電極
９，１０とその間に介在するタンタル酸リチウムとで１
つの検知部８を構成している。なお、各電極９，１０
は、蒸着により形成された金属膜により構成される。

【００２７】また、素子片７’のＹ軸方向における両端
部には外部接続するための端子部１２がそれぞれ設けら
れており、上述の検知部８はＹ軸方向に沿って並んで形
成されている。ここで、一対の検知部８は、素子片７’
の表面および裏面に蒸着などにより形成された配線１１
および端子部２によって自発分極の方向が互いに逆方向
になるように並列接続されている。

【００２８】なお、素子片７’の表面の外周の６つの辺
１６ａ〜１６ｆのうち辺１６ａ，１６ｄはＸ軸に平行
し、辺１６ｂ，１６ｅはＸ軸に対して＋６０°傾斜し、
辺１６ｃ，１６ｆはＸ軸に対して−６０°傾斜してお
り、且つ各切り出し面はＺ面に直交している。

【００２９】さらに、２つの検知部８が互いに自発分極
の方向が逆方向になるように並列接続されていることに
より、環境温度の変化などによる２つの検知部８での暗
雑音などが互いに打ち消し合うので、検知性能をさらに
向上させることができる。また、出力値の極性の変化順
によって各検知部８のどちらが先に検知したかを知るこ
とが可能である。

【００３０】（実施形態４）本実施形態の焦電形素子の
基本構成は実施形態３と略同じであって、図４に示すよ
うに、素子片７’の外形形状が相違するだけなので、実
施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明
を省略する。

【００３１】なお、本実施形態においても、素子片７’
の表面の外周の６つの辺１６ａ〜１６ｆのうち辺１６
ａ，１６ｄはＸ軸に平行し、辺１６ｂ，１６ｅはＸ軸に
対して＋６０°傾斜し、辺１６ｃ，１６ｆはＸ軸に対し
て−６０°傾斜しており、且つ各切り出し面はＺ面に直
交している。

【００３２】（実施形態５）本実施形態の基本構成は、
実施形態３と略同じであって、図５に示すように、六角
形状に形成された４つの検知部８を備え、４つの検知部
８のうち対角位置にある検知部８同士は自発分極の方向
が同一方向となるように並列接続され、互いに異なる対
角に位置する検知部８同士は自発分極の方向が逆方向と
なるように並列接続されている点に特徴がある。なお、
実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説
明を省略する。

【００３３】しかして、本実施形態では、実施形態３と
同様に、自発分極の方向が逆方向になるように並列接続
されている検知部８同士で、環境温度の変化などによる
２つの検知部８での暗雑音などが互いに打ち消し合うの
で、検知性能をさらに向上させることができる。また、
出力値の極性の変化順によって各検知部８のどれが先に
検知したかを知ることが可能である。

【００３４】また、本実施形態では、素子片７’の各検
知部８を他の部位と熱的に分離するための熱分離スリッ
ト１３がそれぞれ形成されている。熱分離スリット１３
は角検知部８において配線１１を引き出す部位以外の略
全周にわたって形成されており、互いに他の検知部８間
での熱伝導を空間的に低減させることができるので、感
度を向上させることができ、検知部８の面積が小さくな
る場合に特に有効となる。なお、熱分離スリット１３は
素子片７’の表裏に貫通するように形成してもよいし、
表面側から溝状に形成してもよい。

【００３５】また、熱分離スリット１３の内周面はＺ面
に直交しており熱分離スリット１３の内周面と素子片
７’のＺ面との交線は、Ｘ軸に平行な線、Ｘ軸に対して
＋６０°傾斜した線、Ｘ軸に対して−６０°傾斜した線
になる。

【００３６】なお、熱分離スリット１３の内周面を実施
形態１で説明した劈開面に一致するように形成してもよ
いことは勿論である。

【００３７】（実施形態６）本実施形態の基本構成は、
実施形態５と略同じであって、図６に示すように、素子
片７’の外形形状が相違するだけなので、実施形態５と
同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００３８】なお、本実施形態においても、素子片７’
の表面の外周の６つの辺１６ａ〜１６ｆのうち辺１６
ａ，１６ｄはＸ軸に平行し、辺１６ｂ，１６ｅはＸ軸に
対して＋６０°傾斜し、辺１６ｃ，１６ｆはＸ軸に対し
て−６０°傾斜しており、且つ各切り出し面はＺ面に直
交している。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明は、焦電性を有する強誘
電体の単結晶ウェハから切り出された素子片と、該素子
片に設けられた少なくとも２つの電極とを備え、素子片
の切り出し面は、単結晶ウェハの表面と劈開面とが交差
する線を含むので、素子片の切り出し面への加工損傷の
発生が少なくなるので、検知性能を向上させることがで
きるという効果がある。

【００４０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記単結晶ウェハは、タンタル酸リチウムよりなる
ものである。この構成によれば、タンタル酸リチウムは
大型単結晶の作製が容易であるので、タンタル酸リチウ
ムのＺカット単結晶ウェハとして大口径のものを利用す
ることができ、１枚のＺカット単結晶ウェハから切り出
す素子片の数を多くすることができ、製造コストの低コ
スト化を図ることができるという効果がある。

【００４１】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、上記素子片の厚み方向の両面に互いに対向する形で
２つ一組の上記電極が形成され、上記素子片の切り出し
面は、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウェハの劈
開面である｛１０−２｝面からなるものである。この構
成によれば、素子片の切り出し面に発生する加工損傷を
少なくすることができ、検知性能が向上するという効果
がある。

【００４２】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、上記素子片の切り出し面は、タンタル酸リチウムの
Ｚカット単結晶ウェハの表面と劈開面とが交差する線を
含み且つＺカット単結晶ウェハの表面と直交する面から
なるものである。この構成によれば、請求項３の発明よ
りも素子片の切り出し用いる機械加工装置の制約が少な
くなるという効果がある。

【００４３】請求項５の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片には、上記一対の電極と
両電極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部
を他の部位と熱的に分離するための熱分離スリットを備
え、熱分離スリットの内周面が｛１０−２｝面からなる
ものである。この構成によれば、熱分離スリットを備え
ていることにより感度が向上し、しかも熱分離スリット
の内周面が｛１０−２｝面からなることにより熱分離ス
リットの内周面に加工損傷が発生するのを少なくするこ
とができるという効果がある。

【００４４】請求項６の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片には、上記一対の電極と
両電極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部
を他の部位と熱的に分離するための熱分離スリットを備
え、上記熱分離スリットの内周面が、タンタル酸リチウ
ムのＺカット単結晶ウェハの表面と劈開面とが交差する
線を含み且つＺカット単結晶ウェハの表面と直交する面
からなるものである。この構成によれば、熱分離スリッ
トを備えていることにより感度が向上し、しかも請求項
５の発明に比べて熱分離スリットの加工が容易になると
いう効果がある。

【００４５】請求項７の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片は上記一対の電極と両電
極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を複
数備えるとともに、各検知部を他の部位と熱的に分離す
るための熱分離スリットを備え、熱分離スリットの内周
面が｛１０−２｝面からなるものである。この構成によ
れば、互いに他の検知部間での熱伝導を空間的に低減さ
せることができるという効果がある。

【００４６】請求項８の発明は、請求項３または請求項
４の発明において、上記素子片は上記一対の電極と両電
極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を複
数備えるとともに、各検知部を他の部位と熱的に分離す
るための熱分離スリットを備え、上記熱分離スリットの
内周面が、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウェハ
の表面と劈開面とが交差する線を含み且つＺカット単結
晶ウェハの表面と直交する面からなるものである。この
構成によれば、互いに他の検知部間での熱伝導を空間的
に低減させることができ、しかも請求項７の発明に比べ
て熱分離スリットの加工が容易になるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の概略構成図である。

【図２】本発明の実施形態２同上を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施形態３を示す平面図である。

【図４】本発明の実施形態４を示す平面図である。

【図５】本発明の実施形態５を示す平面図である。

【図６】本発明の実施形態６を示す平面図である。

【図７】従来例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面
図、（ｃ）は斜視図である。

【図８】同上を示し、（ａ）はウェハの平面図、（ｂ）
は素子片の概略斜視図である。

【符号の説明】５素子片５ａ〜５ｆ切り出し面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焦電性を有する強誘電体の単結晶ウェハ
から切り出された素子片と、該素子片に設けられた少な
くとも２つの電極とを備え、素子片の切り出し面は、単
結晶ウェハの表面と劈開面とが交差する線を含むことを
特徴とする焦電形素子。
【請求項２】上記単結晶ウェハは、タンタル酸リチウ
ムよりなることを特徴とする請求項１記載の焦電形素
子。
【請求項３】上記素子片の厚み方向の両面に互いに対
向する形で２つ一組の上記電極が形成され、上記素子片
の切り出し面は、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶
ウェハの劈開面である｛１０−２｝面からなることを特
徴とする請求項２記載の焦電形素子。
【請求項４】上記素子片の切り出し面は、タンタル酸
リチウムのＺカット単結晶ウェハの表面と劈開面とが交
差する線を含み且つＺカット単結晶ウェハの表面と直交
する面からなることを特徴とする請求項２記載の焦電形
素子。
【請求項５】上記素子片には、上記一対の電極と両電
極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を他
の部位と熱的に分離するための熱分離スリットを備え、
熱分離スリットの内周面が｛１０−２｝面からなること
を特徴とする請求項３または請求項４記載の焦電形素
子。
【請求項６】上記素子片には、上記一対の電極と両電
極間に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を他
の部位と熱的に分離するための熱分離スリットを備え、
上記熱分離スリットの内周面が、タンタル酸リチウムの
Ｚカット単結晶ウェハの表面と劈開面とが交差する線を
含み且つＺカット単結晶ウェハの表面と直交する面から
なることを特徴とする請求項３または請求項４記載の焦
電形素子。
【請求項７】上記素子片は上記一対の電極と両電極間
に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を複数備
えるとともに、各検知部を他の部位と熱的に分離するた
めの熱分離スリットを備え、熱分離スリットの内周面が
｛１０−２｝面からなることを特徴とする請求項３また
は請求項４記載の焦電形素子。
【請求項８】上記素子片は上記一対の電極と両電極間
に介在するタンタル酸リチウムよりなる検知部を複数備
えるとともに、各検知部を他の部位と熱的に分離するた
めの熱分離スリットを備え、上記熱分離スリットの内周
面が、タンタル酸リチウムのＺカット単結晶ウェハの表
面と劈開面とが交差する線を含み且つＺカット単結晶ウ
ェハの表面と直交する面からなることを特徴とする請求
項３または請求項４記載の焦電形素子。