JP2000205944A - 複数の赤外波長帯を検出する熱型赤外アレイセンサ - Google Patents
複数の赤外波長帯を検出する熱型赤外アレイセンサInfo
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 １つの熱型非冷却赤外アレイセンサで複数の
波長帯の赤外線を検出することができる熱型赤外アレイ
センサを提供する。 【解決手段】 熱型赤外線アレイセンサに、配列の行ご
と、列ごと、千鳥配列ごとのいずれかごとに、検出する
赤外波長帯が異なるセンサが配置されており、基板４か
ら伸長している梁３によって空間に支持されているダイ
アフラム２がそれぞれ１つの画素に対応して配置され、
そのダイアフラム２は、入射赤外線１を透過または反射
する熱電変換材料薄膜と、電極と、熱電変換材料薄膜と
電極とを取り囲む保護膜とから構成される構造を基本と
しており、熱電変換材料薄膜の種類と、保護膜の種類
と、ダイアフラム上に形成された真空インピーダンスマ
ッチングした赤外吸収薄膜と基板上に設けられた完全反
射膜との間で打ち消し合う干渉による特定波長帯の赤外
線の吸収とを組み合わせて構成されている。
波長帯の赤外線を検出することができる熱型赤外アレイ
センサを提供する。 【解決手段】 熱型赤外線アレイセンサに、配列の行ご
と、列ごと、千鳥配列ごとのいずれかごとに、検出する
赤外波長帯が異なるセンサが配置されており、基板４か
ら伸長している梁３によって空間に支持されているダイ
アフラム２がそれぞれ１つの画素に対応して配置され、
そのダイアフラム２は、入射赤外線１を透過または反射
する熱電変換材料薄膜と、電極と、熱電変換材料薄膜と
電極とを取り囲む保護膜とから構成される構造を基本と
しており、熱電変換材料薄膜の種類と、保護膜の種類
と、ダイアフラム上に形成された真空インピーダンスマ
ッチングした赤外吸収薄膜と基板上に設けられた完全反
射膜との間で打ち消し合う干渉による特定波長帯の赤外
線の吸収とを組み合わせて構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外線波長検出器に
関し、特に単一のデバイスで複数の赤外波長帯を検出す
ることのできる熱型赤外アレイセンサに関する。
関し、特に単一のデバイスで複数の赤外波長帯を検出す
ることのできる熱型赤外アレイセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来用いられていたボロメータ型の熱型
赤外センサアレイは、一般に図７にて示す構成のものが
採用されていた。図７は従来例のサーミスタボロメータ
型熱型赤外アレイセンサの構成図であり、（ａ）は模式
的斜視図、（ｂ）は模式的側面断面図である。
赤外センサアレイは、一般に図７にて示す構成のものが
採用されていた。図７は従来例のサーミスタボロメータ
型熱型赤外アレイセンサの構成図であり、（ａ）は模式
的斜視図、（ｂ）は模式的側面断面図である。
【０００３】図３に示すように従来例のサーミスタボロ
メータ型熱型赤外アレイセンサはダイアフラム３０１と
梁３０２とから成る熱分離構造を有している（Ｒ．Ａ．
Ｗｏｏｄ，“Ｕｎｃｏｏｌｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｉ
ｍａｇｅ Ａｒｒａｙｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｓｅｍｉｍｅ
ｔａｌｓ，Ｖｏｌ．１７，ｖｏｌｕｍｅ ｅｄｉｔｏｒ
ｓ Ｐ．Ｗ．Ｋｒｕｓｅ ＆ Ｄ．Ｄ．Ｓｋａｔｒｕ
ｄ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，１９９７年，ｐ．
１０３参照）。
メータ型熱型赤外アレイセンサはダイアフラム３０１と
梁３０２とから成る熱分離構造を有している（Ｒ．Ａ．
Ｗｏｏｄ，“Ｕｎｃｏｏｌｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｉ
ｍａｇｅ Ａｒｒａｙｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｓｅｍｉｍｅ
ｔａｌｓ，Ｖｏｌ．１７，ｖｏｌｕｍｅ ｅｄｉｔｏｒ
ｓ Ｐ．Ｗ．Ｋｒｕｓｅ ＆ Ｄ．Ｄ．Ｓｋａｔｒｕ
ｄ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，１９９７年，ｐ．
１０３参照）。
【０００４】ダイアフラム３０１は抵抗温度係数の大き
なボロメータ材料薄膜ＶＯｘ３０５と電極（不図示）お
よびそれらを取り囲む保護膜ＳｉＮ３０６とから成る。
梁３０２には熱伝導率の小さい金属薄膜ＮｉＣｒで電気
配線（不図示）がなされており、読出回路３０７を搭載
したＳｉ基板３０８に接続されている。ダイアフラム直
下には空洞３０９があり基板上に完全反射膜３０４があ
る。ダイアフラム３０１に入射した赤外線３００はＳｉ
Ｎ保護膜３０６に吸収され、ダイアフラム３０１を透過
した赤外線３００は完全反射膜３０４でダイアフラムの
方向に反射され再度ＳｉＮ保護膜３０６に吸収される。
このように吸収された赤外線はダイアフラムを暖めボロ
メータの抵抗を変化させ電圧変化として検出される。被
写体の温度がダイアフラムより低い場合は、逆にダイア
フラムが熱輻射をして温度が下がり、それに対応したボ
ロメータの抵抗変化が生じる。ＳｉＮ保護膜３０６の赤
外吸収帯は波長１０μｍ帯にあるため、この熱型赤外セ
ンサアレイの検出波長はこの波長帯に限られる。
なボロメータ材料薄膜ＶＯｘ３０５と電極（不図示）お
よびそれらを取り囲む保護膜ＳｉＮ３０６とから成る。
梁３０２には熱伝導率の小さい金属薄膜ＮｉＣｒで電気
配線（不図示）がなされており、読出回路３０７を搭載
したＳｉ基板３０８に接続されている。ダイアフラム直
下には空洞３０９があり基板上に完全反射膜３０４があ
る。ダイアフラム３０１に入射した赤外線３００はＳｉ
Ｎ保護膜３０６に吸収され、ダイアフラム３０１を透過
した赤外線３００は完全反射膜３０４でダイアフラムの
方向に反射され再度ＳｉＮ保護膜３０６に吸収される。
このように吸収された赤外線はダイアフラムを暖めボロ
メータの抵抗を変化させ電圧変化として検出される。被
写体の温度がダイアフラムより低い場合は、逆にダイア
フラムが熱輻射をして温度が下がり、それに対応したボ
ロメータの抵抗変化が生じる。ＳｉＮ保護膜３０６の赤
外吸収帯は波長１０μｍ帯にあるため、この熱型赤外セ
ンサアレイの検出波長はこの波長帯に限られる。
【０００５】図８は他の従来例の強誘電体型熱型赤外ア
レイセンサの構成図であり、（ａ）は模式的斜視図、
（ｂ）は模式的側面断面図である。図８に示す従来例
は、強誘電体セラミクス４０１とＳｉ読出回路４０２と
をバンプ４０３でハイブリッド化した熱型赤外センサア
レイである（Ｃ．Ｈ．Ｈａｎｓｅｎ，ＳＰＩＥ Ｐｒｏ
ｃ．２０２０巻，１９９３年，ｐ３３０参照）。この場
合、赤外吸収機構は図７のサーミスタボロメータ型熱型
赤外アレイセンサと異なり、赤外吸収膜４０５で一部の
入射赤外線４００は反射され、一方残りの入射赤外線４
００は赤外吸収のないキャビティ層４０６を通り完全反
射膜（共通電極も兼用）４０７で反射される。これら２
つの反射赤外線は、赤外吸収膜４０５の位置で打ち消し
合う干渉を起こして同膜内の自由電子に吸収される。吸
収された赤外線は熱に変わり（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 強
誘電体セラミクス４０１の誘電率を変化させ、電極４０
８、電気配線４０９を経由して読出回路４０２により電
圧変化として検出される。この赤外センサアレイではキ
ャビティ層の厚みが各画素ごとに同じであるため、すべ
ての画素は同じ波長帯しか検出できない。
レイセンサの構成図であり、（ａ）は模式的斜視図、
（ｂ）は模式的側面断面図である。図８に示す従来例
は、強誘電体セラミクス４０１とＳｉ読出回路４０２と
をバンプ４０３でハイブリッド化した熱型赤外センサア
レイである（Ｃ．Ｈ．Ｈａｎｓｅｎ，ＳＰＩＥ Ｐｒｏ
ｃ．２０２０巻，１９９３年，ｐ３３０参照）。この場
合、赤外吸収機構は図７のサーミスタボロメータ型熱型
赤外アレイセンサと異なり、赤外吸収膜４０５で一部の
入射赤外線４００は反射され、一方残りの入射赤外線４
００は赤外吸収のないキャビティ層４０６を通り完全反
射膜（共通電極も兼用）４０７で反射される。これら２
つの反射赤外線は、赤外吸収膜４０５の位置で打ち消し
合う干渉を起こして同膜内の自由電子に吸収される。吸
収された赤外線は熱に変わり（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 強
誘電体セラミクス４０１の誘電率を変化させ、電極４０
８、電気配線４０９を経由して読出回路４０２により電
圧変化として検出される。この赤外センサアレイではキ
ャビティ層の厚みが各画素ごとに同じであるため、すべ
ての画素は同じ波長帯しか検出できない。
【０００６】図９は他の従来例のデュアルバンドＨｇＣ
ｄＴｅ赤外アレイセンサの模式的斜視図である。図９に
示す従来例は図７、図８を参照して説明した熱型赤外セ
ンサではなく、Ｓｉ読出回路とハイブリッド化した２次
元ＨｇＣｄＴｅフォトダイオードアレイで、２つの赤外
波長帯を同一画素内で同時に検出することができる、い
わゆるデュアルバンドの量子型赤外アレイセンサである
（Ｐ．Ｒ．Ｎｏｒｔｏｎ，米国特許５，１４９，９５６
参照）。なお、同図にはＳｉ読出回路は示されていな
い。各画素５０１は、赤外線に透明なＣｄＺｎＴｅ基板
５０２上に形成され、波長３−５μｍ帯の赤外線を吸収
するｎ型Ｈｇ0.7 Ｃｄ0.3 Ｔｅ層５０３（バンドギャッ
プ約０．２４ｅＶ，厚さ１０μｍ）、同層よりバンドギ
ャップが大きいｐ型Ｈｇ0.6 Ｃｄ0.4 Ｔｅ層５０４（厚
さ３μｍ）及び波長１０μｍ帯の赤外線を吸収するｎ型
Ｈｇ0.8 Ｃｄ0.2 Ｔｅ層５０５（バンドギャップ約０．
１ｅＶ、厚さ１０μｍ）から成る。Ｉｎのバンプ５０６
−５０８はこれらの各層をＳｉ読出回路基板と電気的・
機械的に接続するためのものである。ｐ型ＨｇＣｄＴｅ
層５０４はアレイ全体で共通電極の役目をする。一方、
２つのｎ型ＨｇＣｄＴｅ層５０３と５０５は、画素ごと
に分離されていて各画素が独立したｎｐｎ構造となって
おり、同一画素内で２つの波長帯の赤外線を検出するこ
とができる。
ｄＴｅ赤外アレイセンサの模式的斜視図である。図９に
示す従来例は図７、図８を参照して説明した熱型赤外セ
ンサではなく、Ｓｉ読出回路とハイブリッド化した２次
元ＨｇＣｄＴｅフォトダイオードアレイで、２つの赤外
波長帯を同一画素内で同時に検出することができる、い
わゆるデュアルバンドの量子型赤外アレイセンサである
（Ｐ．Ｒ．Ｎｏｒｔｏｎ，米国特許５，１４９，９５６
参照）。なお、同図にはＳｉ読出回路は示されていな
い。各画素５０１は、赤外線に透明なＣｄＺｎＴｅ基板
５０２上に形成され、波長３−５μｍ帯の赤外線を吸収
するｎ型Ｈｇ0.7 Ｃｄ0.3 Ｔｅ層５０３（バンドギャッ
プ約０．２４ｅＶ，厚さ１０μｍ）、同層よりバンドギ
ャップが大きいｐ型Ｈｇ0.6 Ｃｄ0.4 Ｔｅ層５０４（厚
さ３μｍ）及び波長１０μｍ帯の赤外線を吸収するｎ型
Ｈｇ0.8 Ｃｄ0.2 Ｔｅ層５０５（バンドギャップ約０．
１ｅＶ、厚さ１０μｍ）から成る。Ｉｎのバンプ５０６
−５０８はこれらの各層をＳｉ読出回路基板と電気的・
機械的に接続するためのものである。ｐ型ＨｇＣｄＴｅ
層５０４はアレイ全体で共通電極の役目をする。一方、
２つのｎ型ＨｇＣｄＴｅ層５０３と５０５は、画素ごと
に分離されていて各画素が独立したｎｐｎ構造となって
おり、同一画素内で２つの波長帯の赤外線を検出するこ
とができる。
【０００７】さて入射赤外線５００がｎｐｎの画素構造
のＣｄＺｎＴｅ基板５０２に入射すると、まず波長の短
い赤外線がＨｇＣｄＴｅ層５０３と５０４に吸収され
る。次にこれら２つの層を透過した長い波長の赤外線は
ＨｇＣｄＴｅ層５０５に吸収される。このように短波長
帯の赤外線は２つのＨｇＣｄＴｅ層５０３と５０４のｐ
ｎ接合により、一方、長波長帯の赤外線は２つのＨｇＣ
ｄＴｅ層５０５と５０４のｐｎ接合により光電流として
検出される。この光電流はＩｎバンプ５０６−５０８を
通じてＳｉ読出回路に送り込まれる。
のＣｄＺｎＴｅ基板５０２に入射すると、まず波長の短
い赤外線がＨｇＣｄＴｅ層５０３と５０４に吸収され
る。次にこれら２つの層を透過した長い波長の赤外線は
ＨｇＣｄＴｅ層５０５に吸収される。このように短波長
帯の赤外線は２つのＨｇＣｄＴｅ層５０３と５０４のｐ
ｎ接合により、一方、長波長帯の赤外線は２つのＨｇＣ
ｄＴｅ層５０５と５０４のｐｎ接合により光電流として
検出される。この光電流はＩｎバンプ５０６−５０８を
通じてＳｉ読出回路に送り込まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図７と図８とに示した
従来例の熱型非冷却赤外アレイセンサ場合、１つのデバ
イスで複数の赤外波長帯を検出することができないとい
う問題点があり、一方、図９に示したＨｇＣｄＴｅデュ
アルバンド赤外アレイセンサの場合、２つの赤外波長帯
まで検出できるが３つ以上の波長帯の赤外線を検出する
ことはできなく、しかも冷却しないと動作しないという
問題点がある。
従来例の熱型非冷却赤外アレイセンサ場合、１つのデバ
イスで複数の赤外波長帯を検出することができないとい
う問題点があり、一方、図９に示したＨｇＣｄＴｅデュ
アルバンド赤外アレイセンサの場合、２つの赤外波長帯
まで検出できるが３つ以上の波長帯の赤外線を検出する
ことはできなく、しかも冷却しないと動作しないという
問題点がある。
【０００９】本発明の目的は、１つの熱型非冷却赤外ア
レイセンサで複数の波長帯の赤外線を検出することがで
きる熱型赤外アレイセンサを提供することにある。
レイセンサで複数の波長帯の赤外線を検出することがで
きる熱型赤外アレイセンサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の複数の赤外波長
帯を検出する熱型赤外アレイセンサは、入射する赤外線
を測定するセンサが所定の配列で配置されている熱分離
構造を有する熱型赤外線アレイセンサであって、配列の
行ごと、列ごと、千鳥配列ごとのいずれかごとに、検出
する赤外波長帯が異なるセンサが配置されている。
帯を検出する熱型赤外アレイセンサは、入射する赤外線
を測定するセンサが所定の配列で配置されている熱分離
構造を有する熱型赤外線アレイセンサであって、配列の
行ごと、列ごと、千鳥配列ごとのいずれかごとに、検出
する赤外波長帯が異なるセンサが配置されている。
【００１１】本発明の検出する赤外波長帯が異なるセン
サの第１の態様では、基板から伸長している梁によって
空間に支持されているダイアフラムがそれぞれ１つの画
素に対応して配置され、そのダイアフラムは、赤外線を
透過しあるいは反射する熱電変換材料薄膜と、電極と、
熱電変換材料薄膜と電極とを取り囲む保護膜とから構成
される構造を基本としており、熱電変換材料薄膜の種類
と、保護膜の種類と、ダイアフラム上に形成された真空
インピーダンスマッチングした赤外吸収薄膜と基板上に
設けられた完全反射膜との間で打ち消し合う干渉による
特定波長帯の赤外線の吸収とを組み合わせて構成されて
いる。
サの第１の態様では、基板から伸長している梁によって
空間に支持されているダイアフラムがそれぞれ１つの画
素に対応して配置され、そのダイアフラムは、赤外線を
透過しあるいは反射する熱電変換材料薄膜と、電極と、
熱電変換材料薄膜と電極とを取り囲む保護膜とから構成
される構造を基本としており、熱電変換材料薄膜の種類
と、保護膜の種類と、ダイアフラム上に形成された真空
インピーダンスマッチングした赤外吸収薄膜と基板上に
設けられた完全反射膜との間で打ち消し合う干渉による
特定波長帯の赤外線の吸収とを組み合わせて構成されて
いる。
【００１２】その第１の応用例では、赤外線を透過する
熱電変換材料薄膜が用いられており、特定波長を吸収す
る保護膜を有するグループと赤外吸収薄膜と基板上に設
けられた完全反射膜との間で打ち消し合う干渉により特
定波長帯の赤外線を吸収するグループとを組み合わせて
いるので複数の波長帯の赤外線が検出できる。
熱電変換材料薄膜が用いられており、特定波長を吸収す
る保護膜を有するグループと赤外吸収薄膜と基板上に設
けられた完全反射膜との間で打ち消し合う干渉により特
定波長帯の赤外線を吸収するグループとを組み合わせて
いるので複数の波長帯の赤外線が検出できる。
【００１３】第２の応用例では、赤外線を透過する熱電
変換材料薄膜が用いられており、赤外吸収薄膜と基板上
に設けられた完全反射膜との間で打ち消し合う干渉によ
り特定波長帯の赤外線を吸収する構造で、赤外吸収薄膜
と完全反射膜との間隔が異なるグループを設けることで
複数の波長帯の赤外線が検出できる。
変換材料薄膜が用いられており、赤外吸収薄膜と基板上
に設けられた完全反射膜との間で打ち消し合う干渉によ
り特定波長帯の赤外線を吸収する構造で、赤外吸収薄膜
と完全反射膜との間隔が異なるグループを設けることで
複数の波長帯の赤外線が検出できる。
【００１４】第３の応用例では、完全反射膜の代わりに
赤外線を反射する金属サーミスタボロメータ薄膜を用
い、赤外吸収薄膜と金属サーミスタボロメータ薄膜との
間で打ち消し合う干渉により特定波長帯の赤外線を吸収
する構造で、赤外吸収薄膜と金属サーミスタボロメータ
薄膜との間隔が異なるグループを設けることで複数の波
長帯の赤外線が検出できる。
赤外線を反射する金属サーミスタボロメータ薄膜を用
い、赤外吸収薄膜と金属サーミスタボロメータ薄膜との
間で打ち消し合う干渉により特定波長帯の赤外線を吸収
する構造で、赤外吸収薄膜と金属サーミスタボロメータ
薄膜との間隔が異なるグループを設けることで複数の波
長帯の赤外線が検出できる。
【００１５】第４の応用例では、完全反射膜の代わりに
赤外線を反射する金属サーミスタボロメータ薄膜を用
い、特定波長を吸収する保護膜を有するグループと、赤
外吸収薄膜と金属サーミスタボロメータ薄膜との間で打
ち消し合う干渉により特定波長帯の赤外線を吸収するグ
ループとを組み合わせているので複数の波長帯の赤外線
が検出できる。
赤外線を反射する金属サーミスタボロメータ薄膜を用
い、特定波長を吸収する保護膜を有するグループと、赤
外吸収薄膜と金属サーミスタボロメータ薄膜との間で打
ち消し合う干渉により特定波長帯の赤外線を吸収するグ
ループとを組み合わせているので複数の波長帯の赤外線
が検出できる。
【００１６】第２の態様では、センサは画素ごとに分離
された強誘電体セラミクスが赤外吸収層で支持されてお
り、かつ熱伝導率の小さいバンプで基板と結合したハイ
ブリッド型の構造を有しており、赤外吸収層が真空イン
ピーダンスマッチングした赤外吸収薄膜と、赤外線に透
明なキャビティ層と、完全反射膜との３層から構成さ
れ、赤外吸収薄膜と完全反射膜との間で打ち消し合う干
渉により特定の波長帯の赤外線を吸収するように、キャ
ビティ層の厚さの異なったグループを設けているので複
数の波長帯の赤外線が検出できる。
された強誘電体セラミクスが赤外吸収層で支持されてお
り、かつ熱伝導率の小さいバンプで基板と結合したハイ
ブリッド型の構造を有しており、赤外吸収層が真空イン
ピーダンスマッチングした赤外吸収薄膜と、赤外線に透
明なキャビティ層と、完全反射膜との３層から構成さ
れ、赤外吸収薄膜と完全反射膜との間で打ち消し合う干
渉により特定の波長帯の赤外線を吸収するように、キャ
ビティ層の厚さの異なったグループを設けているので複
数の波長帯の赤外線が検出できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明の複数の赤外波長帯
を検出する熱型赤外アレイセンサについて第１から第５
の実施の形態を例示するが、それらのうち第１から第４
の実施の形態においては共通な点が多いので、まず一括
して基本となる構造を説明し次に個別の特徴を説明す
る。
て図面を参照して説明する。本発明の複数の赤外波長帯
を検出する熱型赤外アレイセンサについて第１から第５
の実施の形態を例示するが、それらのうち第１から第４
の実施の形態においては共通な点が多いので、まず一括
して基本となる構造を説明し次に個別の特徴を説明す
る。
【００１８】図１は本発明の複数の赤外波長帯を検出す
るサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的斜
視図であり、アレイを構成する２種類のセンサを模式的
に表示している。本発明の複数の赤外波長帯を検出する
熱型赤外アレイセンサの第１の典型例では、図１に示す
ように、Ｓｉ読出回路基板４から伸びている梁３によっ
て支えられて宙に浮いているダイアフラム２から成る熱
分離構造を有する上層部と読出回路や完全反射膜を有す
るＳｉ基板４とで構成されている。このような熱型赤外
アレイセンサにおいて隣り合う画素のダイアフラム２の
多層構造や使用する薄膜材料を変えたり、上層部と基板
上の完全反射膜との間隔を画素ごとに変えることによ
り、異なる波長帯の赤外線を検出することができる。画
素の大きさは、本発明の場合、３０から１００μｍ程度
である。
るサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的斜
視図であり、アレイを構成する２種類のセンサを模式的
に表示している。本発明の複数の赤外波長帯を検出する
熱型赤外アレイセンサの第１の典型例では、図１に示す
ように、Ｓｉ読出回路基板４から伸びている梁３によっ
て支えられて宙に浮いているダイアフラム２から成る熱
分離構造を有する上層部と読出回路や完全反射膜を有す
るＳｉ基板４とで構成されている。このような熱型赤外
アレイセンサにおいて隣り合う画素のダイアフラム２の
多層構造や使用する薄膜材料を変えたり、上層部と基板
上の完全反射膜との間隔を画素ごとに変えることによ
り、異なる波長帯の赤外線を検出することができる。画
素の大きさは、本発明の場合、３０から１００μｍ程度
である。
【００１９】第１の実施の形態の赤外波長帯を検出する
サーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて図
１、図２を参照して説明する。図２は本発明の第１の実
施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメータ
型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第１の
実施の形態ではボロメータ材料薄膜が赤外線に対して透
明な金属酸化物となっている。図２は図１のＡ−Ａ’と
Ｂ−Ｂ’の断面である。
サーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて図
１、図２を参照して説明する。図２は本発明の第１の実
施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメータ
型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第１の
実施の形態ではボロメータ材料薄膜が赤外線に対して透
明な金属酸化物となっている。図２は図１のＡ−Ａ’と
Ｂ−Ｂ’の断面である。
【００２０】画素のダイアフラム２は、赤外線を透過す
る酸化バナジウムまたは希土類を含むペロブスカイトの
酸化マンガンの薄膜であるボロメータ材料薄膜５と保護
膜６または保護膜７とから成る。例えば、Ａ−Ａ’の断
面の画素では保護膜６はＳｉＮ膜（厚さの合計約５００
０Å）であり波長１０μｍ帯の赤外線を吸収する。高い
赤外吸収率は、Ｓｉ基板９上の完全反射膜８（例えば、
２０００Å厚のＡｌ，Ｔｉ，ＷＳｉ等の金属膜）で入射
赤外線１をダイアフラム２の方向に反射させることによ
って達成される。この場合、空洞１０の間隔はダイアフ
ラム２が宙に浮いていれば良い。
る酸化バナジウムまたは希土類を含むペロブスカイトの
酸化マンガンの薄膜であるボロメータ材料薄膜５と保護
膜６または保護膜７とから成る。例えば、Ａ−Ａ’の断
面の画素では保護膜６はＳｉＮ膜（厚さの合計約５００
０Å）であり波長１０μｍ帯の赤外線を吸収する。高い
赤外吸収率は、Ｓｉ基板９上の完全反射膜８（例えば、
２０００Å厚のＡｌ，Ｔｉ，ＷＳｉ等の金属膜）で入射
赤外線１をダイアフラム２の方向に反射させることによ
って達成される。この場合、空洞１０の間隔はダイアフ
ラム２が宙に浮いていれば良い。
【００２１】一方、断面Ｂ−Ｂ’に示す他の画素では、
保護膜７として赤外線に対してほぼ透明なＳｉＯ2 を採
用している。この場合、ダイアフラムに赤外線を吸収さ
せるためダイアフラムの上面には真空インピーダンスマ
ッチングした、つまりシート抵抗３７７Ωの赤外吸収薄
膜１１（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮまたは約３０
ÅのＮｉＦｅ）が形成されており、赤外吸収薄膜１１と
完全反射膜８との間での打ち消し合う干渉により特定の
波長帯、例えば波長４μｍ帯の赤外線を主に吸収するよ
うに赤外吸収薄膜１１と完全反射膜８との間隔を光学的
に１μｍに調整している。厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 保
護膜７の場合にキャビティ長１０’は、０．３μｍにし
た。
保護膜７として赤外線に対してほぼ透明なＳｉＯ2 を採
用している。この場合、ダイアフラムに赤外線を吸収さ
せるためダイアフラムの上面には真空インピーダンスマ
ッチングした、つまりシート抵抗３７７Ωの赤外吸収薄
膜１１（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮまたは約３０
ÅのＮｉＦｅ）が形成されており、赤外吸収薄膜１１と
完全反射膜８との間での打ち消し合う干渉により特定の
波長帯、例えば波長４μｍ帯の赤外線を主に吸収するよ
うに赤外吸収薄膜１１と完全反射膜８との間隔を光学的
に１μｍに調整している。厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 保
護膜７の場合にキャビティ長１０’は、０．３μｍにし
た。
【００２２】このようにして吸収された赤外線は熱とな
ってダイアフラムの温度を変化させ、ダイアフラム内の
ボロメータの抵抗が変わり、電気信号に変換され信号処
理された後に画像化される。
ってダイアフラムの温度を変化させ、ダイアフラム内の
ボロメータの抵抗が変わり、電気信号に変換され信号処
理された後に画像化される。
【００２３】単一の赤外アレイセンサに所望の配置でＡ
−Ａ‘断面やＢ−Ｂ’断面のセンサを配置し、あるいは
Ｂ−Ｂ’断面のセンサのキャビティ長を変えることによ
って複数の波長帯の赤外線を検出することができる。
−Ａ‘断面やＢ−Ｂ’断面のセンサを配置し、あるいは
Ｂ−Ｂ’断面のセンサのキャビティ長を変えることによ
って複数の波長帯の赤外線を検出することができる。
【００２４】次に第２の実施の形態の赤外波長帯を検出
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて
図１、図３を参照して説明する。図３は本発明の第２の
実施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメー
タ型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第２
の実施の形態ではボロメータ材料薄膜１３が赤外線を通
す酸化バナジウムまたは希土類を含むペロブスカイトの
酸化マンガンの薄膜となっている。図３は図１のＡ−
Ａ’とＢ−Ｂ’の断面である。
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて
図１、図３を参照して説明する。図３は本発明の第２の
実施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメー
タ型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第２
の実施の形態ではボロメータ材料薄膜１３が赤外線を通
す酸化バナジウムまたは希土類を含むペロブスカイトの
酸化マンガンの薄膜となっている。図３は図１のＡ−
Ａ’とＢ−Ｂ’の断面である。
【００２５】画素のダイアフラム１２は、赤外線を通す
酸化バナジウムまたは希土類を含むペロブスカイトの酸
化マンガンの薄膜であるボロメータ材料薄膜１３と保護
膜１４または保護膜１５とから成る。第２の実施の形態
では保護膜１４、保護膜１５は赤外線に対して透明なＳ
ｉＯ2 である。ダイアフラムの上面には真空インピーダ
ンスマッチングした、つまりシート抵抗３７７Ωの赤外
吸収薄膜１７（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮまたは
約３０ÅのＮｉＦｅ）が形成されており、赤外吸収薄膜
１７と完全反射膜１６（例えば、２０００Å厚のＡｌ，
Ｔｉ，ＷＳｉ等の金属膜）との間で打ち消し合う干渉に
より、ある画素（例えば断面Ａ−Ａ’）では、波長１０
μｍ帯の赤外線を吸収するように赤外吸収薄膜１７と完
全反射膜１６との間隔を光学的に約２．５μｍに調整し
ている。実際には厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 保護膜の場
合、キャビティ長１９を２μｍにした。
酸化バナジウムまたは希土類を含むペロブスカイトの酸
化マンガンの薄膜であるボロメータ材料薄膜１３と保護
膜１４または保護膜１５とから成る。第２の実施の形態
では保護膜１４、保護膜１５は赤外線に対して透明なＳ
ｉＯ2 である。ダイアフラムの上面には真空インピーダ
ンスマッチングした、つまりシート抵抗３７７Ωの赤外
吸収薄膜１７（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮまたは
約３０ÅのＮｉＦｅ）が形成されており、赤外吸収薄膜
１７と完全反射膜１６（例えば、２０００Å厚のＡｌ，
Ｔｉ，ＷＳｉ等の金属膜）との間で打ち消し合う干渉に
より、ある画素（例えば断面Ａ−Ａ’）では、波長１０
μｍ帯の赤外線を吸収するように赤外吸収薄膜１７と完
全反射膜１６との間隔を光学的に約２．５μｍに調整し
ている。実際には厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 保護膜の場
合、キャビティ長１９を２μｍにした。
【００２６】隣の画素（断面Ｂ−Ｂ’）では、波長４μ
ｍ帯の赤外線を主に吸収するように赤外吸収薄膜１７と
完全反射膜１６との間隔を光学的に約１μｍに調整して
おり、厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 保護膜の場合、キャビ
ティ長２０を０．３μｍにした。
ｍ帯の赤外線を主に吸収するように赤外吸収薄膜１７と
完全反射膜１６との間隔を光学的に約１μｍに調整して
おり、厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 保護膜の場合、キャビ
ティ長２０を０．３μｍにした。
【００２７】このように単一の赤外アレイセンサに所望
の配置でキャビティ長の異なるセンサを配置することに
よって複数の波長帯の赤外線を検出することができる。
の配置でキャビティ長の異なるセンサを配置することに
よって複数の波長帯の赤外線を検出することができる。
【００２８】次に第３の実施の形態の赤外波長帯を検出
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて
図１、図４を参照して説明する。図４は本発明の第３の
実施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメー
タ型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第３
の実施の形態ではボロメータ材料薄膜２２が赤外線を反
射する厚さ１０００ÅのＴｉや厚さ４００ÅのＰｔのよ
うな金属薄膜となっている。図４は図１のＡ−Ａ’とＢ
−Ｂ’の断面である。
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて
図１、図４を参照して説明する。図４は本発明の第３の
実施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメー
タ型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第３
の実施の形態ではボロメータ材料薄膜２２が赤外線を反
射する厚さ１０００ÅのＴｉや厚さ４００ÅのＰｔのよ
うな金属薄膜となっている。図４は図１のＡ−Ａ’とＢ
−Ｂ’の断面である。
【００２９】画素のダイアフラム２１は、赤外線を反射
する厚さ１０００ÅのＴｉや厚さ４００ÅのＰｔのよう
な金属薄膜であるボロメータ材料薄膜２２と、保護膜２
３または保護膜２４と、保護膜２５とから成る。保護膜
２３、保護膜２４は、赤外線に対して透明なＳｉＯ2 で
形成されている。ダイアフラムの上面には真空インピー
ダンスマッチングした、つまりシート抵抗が３７７Ωの
赤外吸収薄膜２６（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮま
たは約３０ÅのＮｉＦｅ）が形成されており、赤外吸収
薄膜２６と金属ボロメータ薄膜２２との間で打ち消し合
う干渉により、ある画素（例えば断面Ａ−Ａ’）では、
波長１０μｍ帯の赤外線を吸収するように金属ボロメー
タ薄膜２２上の保護膜２３の厚さを光学的に約２．５μ
ｍに調整している。実際には、ＳｉＯ2 の保護膜の場合
２μｍにした。
する厚さ１０００ÅのＴｉや厚さ４００ÅのＰｔのよう
な金属薄膜であるボロメータ材料薄膜２２と、保護膜２
３または保護膜２４と、保護膜２５とから成る。保護膜
２３、保護膜２４は、赤外線に対して透明なＳｉＯ2 で
形成されている。ダイアフラムの上面には真空インピー
ダンスマッチングした、つまりシート抵抗が３７７Ωの
赤外吸収薄膜２６（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮま
たは約３０ÅのＮｉＦｅ）が形成されており、赤外吸収
薄膜２６と金属ボロメータ薄膜２２との間で打ち消し合
う干渉により、ある画素（例えば断面Ａ−Ａ’）では、
波長１０μｍ帯の赤外線を吸収するように金属ボロメー
タ薄膜２２上の保護膜２３の厚さを光学的に約２．５μ
ｍに調整している。実際には、ＳｉＯ2 の保護膜の場合
２μｍにした。
【００３０】隣の画素（断面Ｂ−Ｂ’）では、波長４μ
ｍ帯の赤外線を主に吸収するように保護膜２４の厚さを
光学的に１μｍに調整しており、ＳｉＯ2 の保護膜の場
合０．７μｍにした。
ｍ帯の赤外線を主に吸収するように保護膜２４の厚さを
光学的に１μｍに調整しており、ＳｉＯ2 の保護膜の場
合０．７μｍにした。
【００３１】なお本実施の形態では、金属ボロメータ薄
膜２２の下の保護膜２５はＳｉＮでもＳｉＯ2 でも構わ
ない。また空洞２７の間隔もダイアフラム２１が宙に浮
いていれば良い。
膜２２の下の保護膜２５はＳｉＮでもＳｉＯ2 でも構わ
ない。また空洞２７の間隔もダイアフラム２１が宙に浮
いていれば良い。
【００３２】このように単一の赤外アレイセンサに所望
の配置で赤外吸収薄膜と金属ボロメータ材料薄膜との間
の保護膜の厚さの異なるセンサを配置することによって
複数の波長帯の赤外線を検出することができる。
の配置で赤外吸収薄膜と金属ボロメータ材料薄膜との間
の保護膜の厚さの異なるセンサを配置することによって
複数の波長帯の赤外線を検出することができる。
【００３３】次に第４の実施の形態の赤外波長帯を検出
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて
図１、図５を参照して説明する。図５は本発明の第４の
実施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメー
タ型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第４
の実施の形態ではボロメータ材料薄膜３１が第３の実施
の形態と同様に赤外線を反射する厚さ１０００ÅのＴｉ
や厚さ４００ÅのＰｔのような金属薄膜となっている
が、ダイアフラム上部の保護膜の材料と赤外線吸収薄膜
との組み合わせが異なっている。図５は図１のＡ−Ａ’
とＢ−Ｂ’の断面である。
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサについて
図１、図５を参照して説明する。図５は本発明の第４の
実施の形態の赤外波長帯を検出するサーミスタボロメー
タ型赤外アレイセンサの模式的部分断面図である。第４
の実施の形態ではボロメータ材料薄膜３１が第３の実施
の形態と同様に赤外線を反射する厚さ１０００ÅのＴｉ
や厚さ４００ÅのＰｔのような金属薄膜となっている
が、ダイアフラム上部の保護膜の材料と赤外線吸収薄膜
との組み合わせが異なっている。図５は図１のＡ−Ａ’
とＢ−Ｂ’の断面である。
【００３４】画素のダイアフラム３０は、赤外線を反射
する厚さ１０００ÅのＴｉや厚さ４００ÅのＰｔのよう
な金属薄膜である金属ボロメータ薄膜３１と、保護膜３
２または保護膜３３と、保護膜３５とから成る。ある画
素（例えば断面Ａ−Ａ’）では、保護膜３２は波長１０
μｍ帯の赤外線を吸収するＳｉＮ膜（厚さ約５０００
Å）である。高い赤外吸収率は、入射赤外線１を金属ボ
ロメータ薄膜３１で保護膜３２の方向に反射させること
によって達成される。
する厚さ１０００ÅのＴｉや厚さ４００ÅのＰｔのよう
な金属薄膜である金属ボロメータ薄膜３１と、保護膜３
２または保護膜３３と、保護膜３５とから成る。ある画
素（例えば断面Ａ−Ａ’）では、保護膜３２は波長１０
μｍ帯の赤外線を吸収するＳｉＮ膜（厚さ約５０００
Å）である。高い赤外吸収率は、入射赤外線１を金属ボ
ロメータ薄膜３１で保護膜３２の方向に反射させること
によって達成される。
【００３５】隣の（断面Ｂ−Ｂ’）画素では、保護膜３
３は赤外線に対して透明なＳｉＯ2で、ダイアフラム３
０の上面には真空インピーダンスマッチングした、つま
りシート抵抗３７７Ωの赤外吸収薄膜３４（例えば、厚
さ約１５０ÅのＴｉＮまたは約３０ÅのＮｉＦｅ）が形
成されており、赤外吸収薄膜３４と金属ボロメータ薄膜
３１との間で打ち消し合う干渉により波長４μｍ帯の赤
外線を主に吸収するように赤外吸収薄膜３４と金属ボロ
メータ薄膜３１との間隔を光学的に１μｍに調整してい
る。ＳｉＯ2 の保護膜の場合０．７μｍにした。
３は赤外線に対して透明なＳｉＯ2で、ダイアフラム３
０の上面には真空インピーダンスマッチングした、つま
りシート抵抗３７７Ωの赤外吸収薄膜３４（例えば、厚
さ約１５０ÅのＴｉＮまたは約３０ÅのＮｉＦｅ）が形
成されており、赤外吸収薄膜３４と金属ボロメータ薄膜
３１との間で打ち消し合う干渉により波長４μｍ帯の赤
外線を主に吸収するように赤外吸収薄膜３４と金属ボロ
メータ薄膜３１との間隔を光学的に１μｍに調整してい
る。ＳｉＯ2 の保護膜の場合０．７μｍにした。
【００３６】なお本実施の形態では、金属ボロメータ薄
膜３１の下の保護膜３５はＳｉＮでもＳｉＯ2 でも構わ
ない。また空洞３６の間隔もダイアフラム３０が宙に浮
いていれば良い。
膜３１の下の保護膜３５はＳｉＮでもＳｉＯ2 でも構わ
ない。また空洞３６の間隔もダイアフラム３０が宙に浮
いていれば良い。
【００３７】このように単一の赤外アレイセンサに所望
の配置で赤外吸収薄膜を有せず赤外線を吸収する保護膜
を用いたセンサと、ボロメータ材料薄膜材質と赤外吸収
薄膜とを組合わせたセンサとを配置することによって複
数の波長帯の赤外線を検出することができる。
の配置で赤外吸収薄膜を有せず赤外線を吸収する保護膜
を用いたセンサと、ボロメータ材料薄膜材質と赤外吸収
薄膜とを組合わせたセンサとを配置することによって複
数の波長帯の赤外線を検出することができる。
【００３８】次に第５の実施の形態の赤外波長帯を検出
する強誘電体型赤外アレイセンサについて図６と図８と
を参照して説明する。図６は本発明の第５の実施の形態
の赤外波長帯を検出する強誘電体型赤外アレイセンサの
模式的部分断面図である。全体の構成については図８を
参照されたい。第５の実施の形態は上述の第１−第４の
実施の形態と基本構造が異なっている。
する強誘電体型赤外アレイセンサについて図６と図８と
を参照して説明する。図６は本発明の第５の実施の形態
の赤外波長帯を検出する強誘電体型赤外アレイセンサの
模式的部分断面図である。全体の構成については図８を
参照されたい。第５の実施の形態は上述の第１−第４の
実施の形態と基本構造が異なっている。
【００３９】本発明の複数の赤外波長帯を検出する熱型
赤外アレイセンサの第２の典型例は、図６に示すよう
に、赤外吸収層２０４で支持されており、かつ画素ごと
に分離された（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 のような強誘電体
セラミクス２０１（厚さ２０μｍ程度）を、熱伝導率の
小さいバンプ２０３（ポリイミドの柱）で読出回路（不
図示）を含む基板２０２と結合したハイブリッド型の構
造を有している。赤外吸収層２０４は真空インピーダン
スマッチングした、つまりシート抵抗３７７Ωの赤外吸
収薄膜２０５（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮまたは
約３０ÅのＮｉＦｅ）と、入射赤外線２００に透明なキ
ャビティ層２０６と、共通電極も兼ねている完全反射膜
２０７（例えば、厚さ２０００ÅのＴｉ等の金属膜）と
から成り、赤外吸収薄膜２０５と完全反射膜２０７との
間で打ち消し合う干渉により、ある画素では波長がλ1
μｍ帯の赤外線を吸収するようにキャビティ層２０６の
厚さを赤外吸収薄膜２０５と完全反射膜２０７との間隔
が実効的にλ1 ／４ｎ（ｎは実効的な吸収率）になるよ
うに調整し、隣の画素では他の間隔（λ2 ／４ｎ）に調
整する。
赤外アレイセンサの第２の典型例は、図６に示すよう
に、赤外吸収層２０４で支持されており、かつ画素ごと
に分離された（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 のような強誘電体
セラミクス２０１（厚さ２０μｍ程度）を、熱伝導率の
小さいバンプ２０３（ポリイミドの柱）で読出回路（不
図示）を含む基板２０２と結合したハイブリッド型の構
造を有している。赤外吸収層２０４は真空インピーダン
スマッチングした、つまりシート抵抗３７７Ωの赤外吸
収薄膜２０５（例えば、厚さ約１５０ÅのＴｉＮまたは
約３０ÅのＮｉＦｅ）と、入射赤外線２００に透明なキ
ャビティ層２０６と、共通電極も兼ねている完全反射膜
２０７（例えば、厚さ２０００ÅのＴｉ等の金属膜）と
から成り、赤外吸収薄膜２０５と完全反射膜２０７との
間で打ち消し合う干渉により、ある画素では波長がλ1
μｍ帯の赤外線を吸収するようにキャビティ層２０６の
厚さを赤外吸収薄膜２０５と完全反射膜２０７との間隔
が実効的にλ1 ／４ｎ（ｎは実効的な吸収率）になるよ
うに調整し、隣の画素では他の間隔（λ2 ／４ｎ）に調
整する。
【００４０】このようにして吸収された赤外線は熱とな
って強誘電体セラミクス２０１の誘電率つまり容量を変
化させ、電気信号に変換され信号処理された後に画像化
される。
って強誘電体セラミクス２０１の誘電率つまり容量を変
化させ、電気信号に変換され信号処理された後に画像化
される。
【００４１】具体的には、波長１０μｍ帯の赤外線の検
出の場合、ポリイミド（屈折率１．８）で形成したキャ
ビティ層２０６の厚さを１．４μｍに調整し（図６の左
側の画素）、波長４μｍ帯の赤外線の検出の場合、キャ
ビティ層２０６の厚さを０．５６μｍ（図６の右側の画
素）にした。
出の場合、ポリイミド（屈折率１．８）で形成したキャ
ビティ層２０６の厚さを１．４μｍに調整し（図６の左
側の画素）、波長４μｍ帯の赤外線の検出の場合、キャ
ビティ層２０６の厚さを０．５６μｍ（図６の右側の画
素）にした。
【００４２】なお同図の２０８は強誘電体セラミクス２
０１の他方の電極で、ハイブリッド時の密着性が確保で
き、かつオーミックコンタクトが取れればどんな金属で
も良い。今回はＩｎを用いた。また、読出回路基板２０
２への電気配線２０９には、熱伝導率の小さいＮｉＣｒ
薄膜を用いた。また、図６に示す赤外吸収薄膜２０５
は、熱分離を高めるため、つまり画素間のクロスト−ク
防止の観点から画素間で分離しておく方が良い。
０１の他方の電極で、ハイブリッド時の密着性が確保で
き、かつオーミックコンタクトが取れればどんな金属で
も良い。今回はＩｎを用いた。また、読出回路基板２０
２への電気配線２０９には、熱伝導率の小さいＮｉＣｒ
薄膜を用いた。また、図６に示す赤外吸収薄膜２０５
は、熱分離を高めるため、つまり画素間のクロスト−ク
防止の観点から画素間で分離しておく方が良い。
【００４３】このように単一の赤外アレイセンサに所望
の配置でキャビティ層の厚さの異なるセンサを配置する
ことによって複数の波長帯の赤外線を検出することがで
きる。
の配置でキャビティ層の厚さの異なるセンサを配置する
ことによって複数の波長帯の赤外線を検出することがで
きる。
【００４４】以上の実施の形態では、１つの熱型赤外ア
レイセンサにおいて２つの赤外波長帯の検出を行う例で
説明した。しかし本発明の概念は、各実施の形態で説明
したように１つのアレイセンサの中で３つ以上の赤外波
長帯の検出にも適用することができる。
レイセンサにおいて２つの赤外波長帯の検出を行う例で
説明した。しかし本発明の概念は、各実施の形態で説明
したように１つのアレイセンサの中で３つ以上の赤外波
長帯の検出にも適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の複数の赤外
波長帯を検出する熱型赤外アレイセンサを用いると、１
つのアレイセンサの中でキャビティ長を複数設けたりダ
イアフラムの上部の保護膜の材質や赤外吸収薄膜との組
み合わせを変えることにより、複数の赤外波長帯の検出
を行うことができる。その結果、対象物体の温度を複数
の赤外波長帯で測定することができ、１つの赤外波長帯
で測定するよりもより正確に温度を求めることができる
という効果がある。
波長帯を検出する熱型赤外アレイセンサを用いると、１
つのアレイセンサの中でキャビティ長を複数設けたりダ
イアフラムの上部の保護膜の材質や赤外吸収薄膜との組
み合わせを変えることにより、複数の赤外波長帯の検出
を行うことができる。その結果、対象物体の温度を複数
の赤外波長帯で測定することができ、１つの赤外波長帯
で測定するよりもより正確に温度を求めることができる
という効果がある。
【図１】本発明の複数の赤外波長帯を検出する強誘電体
型赤外アレイセンサの模式的斜視図である。
型赤外アレイセンサの模式的斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の赤外波長帯を検出
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の赤外波長帯を検出
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の赤外波長帯を検出
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の赤外波長帯を検出
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
するサーミスタボロメータ型赤外アレイセンサの模式的
部分断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の赤外波長帯を検出
する強誘電体型赤外アレイセンサの模式的部分断面図で
ある。
する強誘電体型赤外アレイセンサの模式的部分断面図で
ある。
【図７】従来例のサーミスタボロメータ型熱型赤外アレ
イセンサの構成図である。（ａ）は模式的斜視図であ
る。（ｂ）は模式的側面断面図である。
イセンサの構成図である。（ａ）は模式的斜視図であ
る。（ｂ）は模式的側面断面図である。
【図８】他の従来例の強誘電体型熱型赤外アレイセンサ
の構成図である。（ａ）は模式的斜視図である。（ｂ）
は模式的側面断面図である。
の構成図である。（ａ）は模式的斜視図である。（ｂ）
は模式的側面断面図である。
【図９】他の従来例のデュアルバンドＨｇＣｄＴｅ赤外
アレイセンサの模式的斜視図である。
アレイセンサの模式的斜視図である。
１、２００、３００、４００、５００ 入射赤外線 ２、１２、２１、３０、３０１ ダイアフラム ３、３０２ 梁 ４ 読出回路基板 ５、１３、２２、３１、３０５ ボロメータ材料薄膜 ６、７、１４、１５、２３、２４、２５、３２、３３、
３５、３０６ 保護膜 ８、１６、２０７、３０４、４０７ 完全反射膜 ９、１８、２８、３７、２０２ 基板 １0、２７、３６、３０９ 空洞 １0’１９、２０ キャビティ長 １１、１７、２６、３４、２０５、４０５ 赤外吸収
薄膜 ２０１、４０１ 強誘電体セラミックス ２０３、４０３、５０６、５０７、５０８ バンプ ２０４、４０４ 赤外吸収層 ２０６、４０６ キャビティ層 ２０８、４０８ 電極 ２０９、４０９ 電気配線 ３０７、４０２ 読出回路 ３０８ シリコン基板 ５０１ 画素 ５０２ ＣｄＺｎＴｅ基板 ５０３ ｎ型Ｈｇ0.7 Ｃｄ0.3 Ｔｅ層 ５０４ ｐ型Ｈｇ0.6 Ｃｄ0.4 Ｔｅ層 ５０５ ｎ型Ｈｇ0.8 Ｃｄ0.2 Ｔｅ層
３５、３０６ 保護膜 ８、１６、２０７、３０４、４０７ 完全反射膜 ９、１８、２８、３７、２０２ 基板 １0、２７、３６、３０９ 空洞 １0’１９、２０ キャビティ長 １１、１７、２６、３４、２０５、４０５ 赤外吸収
薄膜 ２０１、４０１ 強誘電体セラミックス ２０３、４０３、５０６、５０７、５０８ バンプ ２０４、４０４ 赤外吸収層 ２０６、４０６ キャビティ層 ２０８、４０８ 電極 ２０９、４０９ 電気配線 ３０７、４０２ 読出回路 ３０８ シリコン基板 ５０１ 画素 ５０２ ＣｄＺｎＴｅ基板 ５０３ ｎ型Ｈｇ0.7 Ｃｄ0.3 Ｔｅ層 ５０４ ｐ型Ｈｇ0.6 Ｃｄ0.4 Ｔｅ層 ５０５ ｎ型Ｈｇ0.8 Ｃｄ0.2 Ｔｅ層
Claims (13)
- 【請求項１】 入射する赤外線を測定するセンサが所定
の配列で配置されている熱分離構造を有する熱型赤外線
アレイセンサであって、 配列の行ごと、列ごと、千鳥配列ごとのいずれかごと
に、検出する赤外波長帯が異なるセンサが配置されてい
ることを特徴とする熱型赤外アレイセンサ。 - 【請求項２】 基板から伸長している梁によって空間に
支持されているダイアフラムがそれぞれ１つの画素に対
応して配置され、該ダイアフラムは、赤外線を透過する
熱電変換材料薄膜と、電極と、該熱電変換材料薄膜と該
電極とを取り囲む保護膜とから構成され、前記ダイアフ
ラムの直下の前記基板上には完全反射膜が形成され、一
種類の画素の前記ダイアフラムの前記保護膜は所定の波
長帯の赤外線を吸収する材質で構成され、他の種類の画
素の前記ダイアフラムの前記保護膜は赤外線に対して透
明な材質で構成され、かつ該ダイアフラムの上面には真
空インピーダンスマッチングした赤外吸収薄膜が形成さ
れ、該赤外吸収薄膜と前記完全反射膜との間で打ち消し
合う干渉により前記所定の波長帯以外の赤外線が吸収さ
れるような間隔に、前記赤外吸収薄膜と前記完全反射膜
との間隔が調整されている請求項１に記載の熱型赤外ア
レイセンサ。 - 【請求項３】 前記所定の波長帯が１０μｍである請求
項２に記載の熱型赤外アレイセンサ。 - 【請求項４】 前記所定の波長帯の赤外線を吸収する保
護膜の材質がＳｉＮであり、前記赤外線に対して透明な
保護膜の材質がＳｉＯ2 である請求項３に記載の熱型赤
外アレイセンサ。 - 【請求項５】 基板から伸長している梁によって空間に
支持されているダイアフラムがそれぞれ１つの画素に対
応して配置され、該ダイアフラムは、赤外線を透過する
熱電変換材料薄膜と、電極と、該熱電変換材料薄膜と該
電極とを取り囲む保護膜とから構成され、前記ダイアフ
ラムの直下の前記基板上には完全反射膜が形成され、前
記ダイアフラムの前記保護膜は赤外線に対して透明な材
質で構成され、該ダイアフラムの上面には真空インピー
ダンスマッチングした赤外吸収薄膜が形成され、該赤外
吸収薄膜と前記完全反射膜との間で打ち消し合う干渉に
より複数の所定の波長帯の赤外線が吸収されるような間
隔に、前記赤外吸収薄膜と前記完全反射膜との間隔がそ
れぞれ調整されている請求項１に記載の熱型赤外アレイ
センサ。 - 【請求項６】 前記所定の波長帯の一つの波長がλ1 μ
ｍであり、波長λ1μｍ帯の赤外線を吸収するように前
記赤外吸収薄膜と前記完全反射膜との間隔が実効的にλ
1 ／４ｎ（ｎは実効的な吸収率）に調整され、他の前記
所定の波長帯の波長がλ2 μｍであり、波長がλ2 μｍ
帯の赤外線を吸収するように前記赤外吸収薄膜と前記完
全反射膜との間隔が実効的にλ2 ／４ｎに調整されてい
る請求項５に記載の熱型赤外アレイセンサ。 - 【請求項７】 基板から伸長している梁によって空間に
支持されているダイアフラムがそれぞれ１つの画素に対
応して配置され、該ダイアフラムは、赤外線を反射する
金属サーミスタボロメータ薄膜と、該金属サーミスタボ
ロメータ薄膜を取り囲む保護膜とから構成され、該保護
膜は赤外線に対して透明な材質で構成され、前記ダイア
フラムの上面には真空インピーダンスマッチングした赤
外吸収薄膜が形成され、該赤外吸収薄膜と前記金属サー
ミスタボロメータ薄膜との間で打ち消し合う干渉により
複数の所定の波長帯の赤外線が吸収されるような間隔
に、前記赤外吸収薄膜と前記金属サーミスタボロメータ
薄膜との間の前記保護膜の厚さがそれぞれ調整されてい
る請求項１に記載の熱型赤外アレイセンサ。 - 【請求項８】 前記所定の波長帯の一つの波長がλ1 μ
ｍであり、波長λ1μｍ帯の赤外線を吸収するように前
記保護膜の厚さが実効的にλ1 ／４ｎ（ｎは実効的な吸
収率）に調整され、他の前記所定の波長帯の波長がλ2
μｍであり、波長λ2 μｍ帯の赤外線を吸収するように
前記保護膜の厚さが実効的に波長λ2／４ｎに調整され
ている請求項７に記載の熱型赤外アレイセンサ。 - 【請求項９】 基板から伸長している梁によって空間に
支持されているダイアフラムがそれぞれ１つの画素に対
応して配置され、該ダイアフラムは、赤外線を反射する
金属サーミスタボロメータ薄膜と、該熱金属サーミスタ
ボロメータを取り囲む保護膜とから構成され、一種類の
画素の前記ダイアフラムの前記保護膜は所定の波長帯の
赤外線を吸収する材質で構成され、他の種類の画素の前
記ダイアフラムの前記保護膜は赤外線に対して透明な材
質で構成され、かつ該ダイアフラムの上面には真空イン
ピーダンスマッチングした赤外吸収薄膜が形成され、該
赤外吸収薄膜と前記金属サーミスタボロメータ薄膜との
間で打ち消し合う干渉により前記所定の波長帯以外の赤
外線が吸収されるような間隔に、前記赤外吸収薄膜と前
記金属サーミスタボロメータ薄膜との間の前記保護膜の
厚さが調整されている請求項１に記載の熱型赤外アレイ
センサ。 - 【請求項１０】 前記所定の波長帯が１０μｍである請
求項９に記載の熱型赤外アレイセンサ。 - 【請求項１１】 前記所定の波長帯の赤外線を吸収する
保護膜の材質がＳｉＮであり、前記赤外線に対して透明
な保護膜の材質がＳｉＯ2 である請求項１０に記載の熱
型赤外アレイセンサ。 - 【請求項１２】 前記センサは、画素ごとに分離された
強誘電体セラミクスが赤外吸収層で支持されており、か
つ熱伝導率の小さいバンプで前記基板と結合したハイブ
リッド型の構造を有しており、前記赤外吸収層は真空イ
ンピーダンスマッチングした赤外吸収薄膜と、赤外線に
透明なキャビティ層と、完全反射膜とから構成され、前
記赤外吸収薄膜と前記完全反射膜との間で打ち消し合う
干渉により、複数の所定の波長帯の赤外線を吸収するよ
うに透明な前記キャビティ層の厚さがそれぞれ調整され
ている請求項１に記載の熱型赤外アレイセンサ。 - 【請求項１３】 前記所定の波長帯の一つの波長がλ1
μｍであり、波長λ 1 μｍ帯の赤外線を吸収するように
前記キャビティ層の厚さが実効的にλ1 ／４ｎ（ｎは実
効的な吸収率）に調整され、他の前記所定の波長帯の波
長がλ2 μｍであり、波長λ2 μｍ帯の赤外線を吸収す
るように前記キャビティ層の厚さが実効的にλ2 μｍ／
４ｎに調整されている請求項１２に記載の熱型赤外アレ
イセンサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP553699A JP3597069B2 (ja) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | 複数の赤外波長帯を検出する熱型赤外アレイセンサ |
| EP00100586A EP1022551A3 (en) | 1999-01-12 | 2000-01-12 | Thermal infrared array sensor for detecting a plurality of infrared wavelength bands |
| US09/481,678 US6495829B1 (en) | 1999-01-12 | 2000-01-12 | Thermal infrared array sensor for detecting a plurality of infrared wavelength bands |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP553699A JP3597069B2 (ja) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | 複数の赤外波長帯を検出する熱型赤外アレイセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205944A true JP2000205944A (ja) | 2000-07-28 |
| JP3597069B2 JP3597069B2 (ja) | 2004-12-02 |
Family
ID=11613923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP553699A Expired - Fee Related JP3597069B2 (ja) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | 複数の赤外波長帯を検出する熱型赤外アレイセンサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6495829B1 (ja) |
| EP (1) | EP1022551A3 (ja) |
| JP (1) | JP3597069B2 (ja) |
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