JP2000266596A - Pyroelectric infrared sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、焦電体により赤外
線を検出する焦電型赤外線センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pyroelectric infrared sensor for detecting infrared rays with a pyroelectric body.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art In recent years, pyroelectric infrared sensors take advantage of the fact that they can detect objects and detect temperatures in a non-contact manner. It is used for human body detection and the like, and the range of use is expected to expand in the future.
【０００３】焦電体にＬｉＴａＯ3結晶等の焦電効果を
利用したもの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。A pyroelectric body utilizing the pyroelectric effect of LiTaO3 crystal or the like has spontaneous polarization, and a surface charge is always generated. However, in a steady state in the atmosphere, the electric charge is combined with the charge in the atmosphere. Maintain neutrality. When infrared rays are incident thereon, the temperature of the pyroelectric body changes, and the charge state on the surface also changes due to the neutral state being broken. An infrared sensor detects the charge generated on the surface at this time and measures the amount of incident infrared light. Generally, an object emits infrared rays according to its temperature, and the presence or temperature of the object can be detected by using this pyroelectric infrared sensor.
【０００４】図６は従来の焦電型赤外線センサ構成の回
路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a configuration of a conventional pyroelectric infrared sensor.
【０００５】図において、２８は下部電極、この下部電
極に接するように焦電体２９ａ，２９ｂを有するととも
に、この焦電体２９ａ，２９ｂと接するように赤外線の
吸収膜としての機能を有した受光電極３０ａ，３０ｂを
備えている。In the drawing, reference numeral 28 denotes a lower electrode, a pyroelectric body 29a, 29b in contact with the lower electrode, and a light receiving element having a function as an infrared absorbing film in contact with the pyroelectric bodies 29a, 29b. Electrodes 30a and 30b are provided.
【０００６】これら下部電極２８、焦電体２９ａ，２９
ｂおよび受光電極３０ａ，３０ｂにより赤外線検出部を
構成し、下部電極２８、一方の受光電極３０ａからＦＥ
Ｔ３１と電気的に接合しており、ＦＥＴ３１から外部回
路に接続している。また、同じ受光電極３０ａから１０
０ＧΩの高抵抗３２と電気的に接合している。また、他
方の受光電極３０ｂからグランドに電気的に接合してい
る。これによりデュアルエレメントタイプの焦電型赤外
線センサを構成している。The lower electrode 28, pyroelectric bodies 29a, 29
b and the light receiving electrodes 30a and 30b constitute an infrared detecting unit, and the lower electrode 28 and one of the light receiving electrodes 30a
It is electrically connected to T31 and is connected from FET 31 to an external circuit. In addition, the same light receiving electrodes 30a to 10
It is electrically connected to a high resistance 32 of 0 GΩ. The other light receiving electrode 30b is electrically connected to the ground. This constitutes a dual element type pyroelectric infrared sensor.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の焦電型赤外
線センサにおいては、周囲の温度変化によって一方の受
光電極３０ａ，３０ｂおよび下部電極２８に電荷が発生
するが一方の受光電極３０ａに発生した電荷は高抵抗３
２を介してグランドへ逃げ、他方の受光電極３０ｂに発
生した電荷は直接グランドへ逃げるが下部電極２８に発
生した電荷はどんどん蓄電され、あるきっかけで電荷の
突発的放電が発生してしまい周囲の温度変化に対して誤
報が発生するという課題を有していた。In the above-described conventional pyroelectric infrared sensor, electric charges are generated in one of the light receiving electrodes 30a and 30b and the lower electrode 28 due to a change in ambient temperature, but are generated in the one light receiving electrode 30a. Electric charge is high resistance 3
2, the charge generated on the other light receiving electrode 30b escapes directly to the ground, but the charge generated on the lower electrode 28 is stored more and more. There is a problem that a false report is generated with respect to a temperature change.
【０００８】本発明は周囲の温度変化に対し、誤報が少
ない焦電型赤外線センサを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pyroelectric infrared sensor with less false alarms in response to changes in ambient temperature.
【０００９】[0009]
【発明を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、下部電極に抵抗体を電気的に接合し他方を
グランドに電気的に接合したものである。According to the present invention, a resistor is electrically connected to a lower electrode and the other is electrically connected to ground.
【００１０】この発明によれば周囲の温度変化に対し、
誤報がない焦電型赤外線センサを提供することができ
る。According to the present invention, when the ambient temperature changes,
It is possible to provide a pyroelectric infrared sensor without false reports.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、少なくとも同一方向に分極軸を有する１対の焦電体
と、この焦電体の表面および裏面に設けた受光電極およ
び下部電極と、この各々の下部電極が電気的に接合して
おり、前記一方の下部電極に電気的に接合し他方がグラ
ンドに電気的に接合している抵抗体より構成され、これ
により、周囲の温度変化に対し、下部電極に発生した電
荷は抵抗体を介してグランドへ徐々に逃げる。結果周囲
の温度変化による素子からの電荷の突発的放電が発生し
ないという作用を有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention is directed to a pair of pyroelectric bodies having polarization axes in at least the same direction, and a light receiving electrode and a lower part provided on the front and back surfaces of the pyroelectric body. The electrode and the respective lower electrodes are electrically connected to each other, and are formed of a resistor electrically connected to the one lower electrode and the other electrically connected to the ground. In response to a temperature change, the charges generated in the lower electrode gradually escape to the ground via the resistor. As a result, there is an effect that a sudden discharge of electric charge from the element due to a change in ambient temperature does not occur.
【００１２】本発明の請求項２に記載の発明は、少なく
とも焦電型赤外線素子と、この焦電型赤外線素子を外乱
光および電磁波より保護するためのカンと、前記カンが
有する開口部に取付けられ赤外線を前記焦電型赤外線素
子に入射させる赤外線透過窓と、前記焦電型赤外線素子
が実装され前記カンと共に前記焦電型赤外線素子を密閉
するステムと、前記焦電型赤外線素子とステムの間に設
けられた断熱体より構成され、これにより、周囲の温度
変化によりステムを通して焦電型赤外線素子に伝わる熱
は、断熱体によりシャットアウトされるため、温度変化
による素子からの電荷の突発的放電が発生しないという
作用を有する。According to a second aspect of the present invention, at least a pyroelectric infrared device, a can for protecting the pyroelectric infrared device from disturbance light and electromagnetic waves, and a mounting portion provided in an opening of the can. An infrared transmission window for allowing the infrared rays to enter the pyroelectric infrared element, a stem on which the pyroelectric infrared element is mounted and hermetically sealing the pyroelectric infrared element together with the can, and the pyroelectric infrared element and the stem. The heat transmitted to the pyroelectric infrared device through the stem due to a change in ambient temperature is shut out by the heat insulator, so that the charge from the device suddenly changes due to the temperature change. It has the effect that no discharge occurs.
【００１３】本発明の請求項３に記載の発明は、少なく
とも赤外線を検出する焦電型赤外線素子と、前記焦電型
赤外線素子を外乱光および電磁波より保護するためのカ
ンと、前記カンに有する開口部に取付けられ赤外線を前
記焦電型赤外線素子に入射させる赤外線透過窓と、前記
カンと共に前記焦電型赤外線素子を密閉するステムと、
前記焦電型赤外線素子を実装するための基板よりなり、
この基板の焦電型赤外線素子が実装された回りにスリッ
トが設けられた構成であり、これにより、周囲の温度変
化によりステムから基板を通して焦電型赤外線素子に伝
わる熱は、スリットにより熱コンダクタンスが小さくな
りほとんど伝わらなくなるため、温度変化による素子か
らの電荷の突発的放電が発生しないという作用を有す
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a pyroelectric infrared device for detecting at least infrared rays, a can for protecting the pyroelectric infrared device from disturbance light and electromagnetic waves, and the can. An infrared transmission window that is attached to the opening and allows infrared light to enter the pyroelectric infrared device, a stem that seals the pyroelectric infrared device together with the can,
Consisting of a substrate for mounting the pyroelectric infrared element,
A slit is provided around the substrate on which the pyroelectric infrared device is mounted, so that heat conducted from the stem to the pyroelectric infrared device through the substrate due to a change in ambient temperature causes thermal conductance due to the slit. Since it becomes smaller and hardly transmitted, it has an effect that a sudden discharge of electric charge from the element due to a temperature change does not occur.
【００１４】本発明の請求項４に記載の発明は、単結晶
基板上に下部電極を設け、この下部電極上に略同一形状
の焦電体を設け、この焦電体上に赤外線吸収効果を有す
る受光電極を設けた赤外線検出部と、前記赤外線検出部
が前記単結晶基板と接する基板表層部の下部に空洞を有
し、前記赤外線検出部は保持膜により中空にかつ島状に
保持されている構成であり、これにより、周囲の温度変
化によりステムを通して赤外線検出部に伝わる熱は、ス
リットにより熱コンダクタンスがおおきくなりほとんど
伝わらなくなるため、温度変化による素子からの電荷の
突発的放電が発生しなくなる。一方、焦電体は圧電体で
もあるため、ひずみによる圧電ノイズが発生する。保持
膜は温度変化により熱収縮が発生するため、その保持膜
による収縮により焦電体に応力が生じ、このため圧電ノ
イズが発生することになるが、スリットにより焦電体が
フリーになるため保持膜による収縮の影響が及ばなくな
り、このため圧電ノイズが発生しないという作用を有す
る。According to a fourth aspect of the present invention, a lower electrode is provided on a single crystal substrate, a pyroelectric body having substantially the same shape is provided on the lower electrode, and an infrared absorbing effect is provided on the pyroelectric body. An infrared detector provided with a light-receiving electrode having, the infrared detector has a cavity in a lower portion of a substrate surface portion in contact with the single crystal substrate, and the infrared detector is held in a hollow and island shape by a holding film. As a result, heat transmitted to the infrared detection unit through the stem due to a change in ambient temperature is hardly transmitted because the heat conductance increases due to the slit, so that sudden discharge of charge from the element due to temperature change does not occur . On the other hand, since the pyroelectric body is also a piezoelectric body, piezoelectric noise is generated due to distortion. Since the holding film undergoes thermal shrinkage due to a temperature change, the shrinkage of the holding film causes stress in the pyroelectric body, thereby generating piezoelectric noise. The effect of shrinkage by the film is eliminated, which has the effect of preventing the generation of piezoelectric noise.
【００１５】本発明の請求項５に記載の発明は、少なく
とも、赤外線を検出する焦電型赤外線素子と、前記焦電
型赤外線素子を外乱光および電磁波より保護するための
カンと、前記カンに有する開口部に取付けられた赤外線
を前記焦電型赤外線素子に入射させる赤外線透過窓と、
前記焦電型赤外線素子を実装し前記カンと共に前記焦電
型赤外線素子を密閉するステムと、前記焦電型赤外線素
子とステムの間に設けられたペルチェ素子より構成さ
れ、これにより、焦電体をペルチェ素子により常に一定
温度に保持できるので、温度変化による素子からの電荷
の突発的放電が発生しないという作用を有する。According to a fifth aspect of the present invention, at least a pyroelectric infrared element for detecting infrared rays, a can for protecting the pyroelectric infrared element from disturbance light and electromagnetic waves, and An infrared transmission window that allows infrared light attached to the opening having the incident on the pyroelectric infrared element,
A stem that mounts the pyroelectric infrared element and seals the pyroelectric infrared element together with the can, and a Peltier element provided between the pyroelectric infrared element and the stem, thereby comprising a pyroelectric element. Can always be maintained at a constant temperature by the Peltier element, so that there is an effect that sudden discharge of electric charge from the element due to a temperature change does not occur.
【００１６】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１について、図面を参照しながら説明する。Embodiment 1 Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１７】図１は本発明の実施の形態１における焦電
型赤外線センサの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a pyroelectric infrared sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
【００１８】図１（ａ）において１ａ，１ｂは焦電体で
あり、例えばＬｉＴａＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ単結晶
等が用いられている。その厚さは１〜５μｍ程度であ
り、例えばスパッタリングにより作成される。２ａ，２
ｂは下部電極であり焦電体１ａ，１ｂの裏面に存在し、
例えばＰｔ等の金属膜が用いられている。下部電極２
ａ，２ｂはそれぞれ電気的に接合している。３ａ，３ｂ
は受光電極であり、焦電体１ａ，１ｂの表面に設けられ
ており、ＮｉＣｒ等の金属薄膜が用いられている。４は
ＦＥＴであり一方の受光電極３ａと電気的に接合してお
り、ＦＥＴ４から外部回路と接続している。５は高抵抗
であり一方が受光電極３ａと電気的に接合しており、他
方はグランドに電気的に接合しており、他方はグランド
に電気的に接合している。抵抗値は例えば１００ＧΩが
用いられている。６は抵抗体であり一方が下部電極２
ａ，２ｂと電気的に接合しており、他方はグランドに電
気的に接合している。抵抗値は例えば１００ＧΩが用い
られている。これにより、周囲の温度変化に対し、下部
電極に発生した電荷は抵抗体を介してグランドへ徐々に
逃げる。結果周囲の温度変化による素子からの電荷の突
発的放電が発生しないという作用を有する。In FIG. 1A, reference numerals 1a and 1b denote pyroelectric bodies, for example, LiTaO 3 , PbTiO 3 , PZT single crystal or the like is used. Its thickness is about 1 to 5 μm, and is formed, for example, by sputtering. 2a, 2
b is a lower electrode, which is present on the back surface of the pyroelectric bodies 1a and 1b,
For example, a metal film such as Pt is used. Lower electrode 2
a and 2b are electrically connected to each other. 3a, 3b
Denotes a light receiving electrode, which is provided on the surfaces of the pyroelectric bodies 1a and 1b, and uses a metal thin film such as NiCr. Reference numeral 4 denotes an FET, which is electrically connected to one of the light receiving electrodes 3a, and is connected from the FET 4 to an external circuit. Reference numeral 5 denotes a high resistance, one is electrically connected to the light receiving electrode 3a, the other is electrically connected to the ground, and the other is electrically connected to the ground. The resistance value is, for example, 100 GΩ. 6 is a resistor, one of which is a lower electrode 2
a and 2b, and the other is electrically connected to the ground. The resistance value is, for example, 100 GΩ. As a result, the charge generated in the lower electrode gradually escapes to the ground via the resistor in response to a change in ambient temperature. As a result, there is an effect that a sudden discharge of electric charge from the element due to a change in ambient temperature does not occur.
【００１９】なお、焦電体の抵抗値が数ＴΩなので、抵
抗体６の抵抗値としては数ＧΩ〜数ＴΩで焦電体の抵抗
値より小さい範囲であれば同様の効果を有する。Since the resistance of the pyroelectric element is several TΩ, the same effect can be obtained as long as the resistance value of the resistor 6 is within a range of several GΩ to several TΩ and smaller than the resistance value of the pyroelectric element.
【００２０】また、図１（ｂ）に示すように一方が受光
電極３ａと電気的に接合した高抵抗５の他方を下部電極
２ａ，２ｂと電気的に接合した場合であっても、受光電
極３ａに発生した電荷は高抵抗５および抵抗体６を介し
てグランドへ徐々に逃げ、下部電極２ａ，２ｂに発生し
た電荷は抵抗体６を介してグランドに逃げ、受光電極３
ｂに発生した電荷はグランドへ徐々に逃げる。結果、周
囲の温度変化による素子からの電荷の突発的放電が発生
しない。Also, as shown in FIG. 1B, even when one of the high resistances 5 electrically connected to the light receiving electrode 3a and the other electrically connected to the lower electrodes 2a and 2b, the light receiving electrode The electric charge generated in 3a gradually escapes to the ground via the high resistance 5 and the resistor 6, and the electric charge generated in the lower electrodes 2a and 2b escapes to the ground through the resistor 6 and the light receiving electrode 3
The charges generated in b gradually escape to the ground. As a result, no sudden discharge of charges from the element due to a change in ambient temperature occurs.
【００２１】また、図１（ｃ）に示すように受光電極３
ａと下部電極２ｂ、および受光電極３ｂと下部電極２ａ
を電気的に接合し、受光電極３ａとＦＥＴ４が電気的に
接合し、受光電極３ａと高抵抗５の一方が電気的に接合
し、他方がグランドに電気的に接合し、受光電極３ａが
グランドに電気的に接合した並列接続の場合でも、受光
電極３ａおよび下部電極２ｂで発生した電荷は抵抗体を
介してグランドへ徐々に逃げ、受光電極３ｂと下部電極
２ａに発生した電荷はグランドへ徐々に逃げる。結果、
周囲の温度変化による素子からの電荷の突発的放電が発
生しないという作用を有する。Further, as shown in FIG.
a and lower electrode 2b, and light receiving electrode 3b and lower electrode 2a
Are electrically connected, the light receiving electrode 3a is electrically connected to the FET 4, the light receiving electrode 3a is electrically connected to one of the high resistances 5, the other is electrically connected to ground, and the light receiving electrode 3a is grounded. Even in the case of the parallel connection electrically connected to the electrodes, the charges generated in the light receiving electrode 3a and the lower electrode 2b gradually escape to the ground via the resistor, and the charges generated in the light receiving electrode 3b and the lower electrode 2a gradually flow to the ground. Run away. result,
This has an effect that a sudden discharge of electric charge from the element due to a change in ambient temperature does not occur.
【００２２】なお、抵抗体６が高抵抗５と同じ抵抗値で
あってもよい。Note that the resistor 6 may have the same resistance value as the high resistance 5.
【００２３】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２について、図面を参照しながら説明する。Embodiment 2 Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２４】図２は本発明の実施の形態２における焦電
型赤外線センサの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to the second embodiment of the present invention.
【００２５】７はカンで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セラミッ
クが用いられている。カン７には開口部８を有する。９
は赤外線入射窓であり、開口部８の上側に装着されてお
り、赤外線を透過しカン７内に導く。例えば、Ｓｉまた
はＧｅ単体、またはそれぞれの表面または裏面および両
面に光学フィルタを蒸着したものである。１０はステム
であり、その上には焦電型赤外線素子１１、ＦＥＴ１
２、高抵抗１３が実装されている。焦電型赤外線素子１
１とステム１０の間に断熱材１４が設けられており、例
えば、ガラス、ガラエポ、紙フェノール、石綿板酸、サ
ントセル、シリカライト等の熱伝導率の小さい材料が用
いられている。Numeral 7 denotes a can for blocking disturbance light and electromagnetic noise. For example, Fe, Kovar or ceramic is used. The can 7 has an opening 8. 9
Is an infrared incident window, which is mounted on the upper side of the opening 8 and transmits infrared light to guide it into the can 7. For example, Si or Ge alone or an optical filter deposited on the front surface, the back surface, and both surfaces. Reference numeral 10 denotes a stem, on which a pyroelectric infrared device 11, a FET 1
2. High resistance 13 is mounted. Pyroelectric infrared device 1
A heat insulating material 14 is provided between the stem 1 and the stem 10. For example, a material having low thermal conductivity such as glass, glass epoxy, paper phenol, asbestos acid, santocell, and silicalite is used.
【００２６】これにより、周囲の温度変化によりステム
を通して焦電型赤外線素子に伝わる熱は、断熱体により
シャットアウトされるため、温度変化による素子からの
電荷の突発的放電が発生しないという作用を有する。Thus, the heat transmitted to the pyroelectric infrared device through the stem due to a change in ambient temperature is shut out by the heat insulator, so that there is an effect that no sudden discharge of electric charge from the device due to the temperature change occurs. .
【００２７】なお、赤外線入射窓９を、開口部８の下側
に封着しても同様の効果を有することは言うまでもな
い。It is needless to say that the same effect can be obtained even if the infrared incident window 9 is sealed below the opening 8.
【００２８】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３について、図面を参照しながら説明する。Embodiment 3 Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２９】図３（ａ）は本発明の第３の実施の形態に
おける焦電型赤外線センサの断面図、図３（ｂ）は同上
方を透視した上面図である。ここで、図３に示す本発明
の実施の形態は、基本的には図２に示した実施の形態２
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。FIG. 3A is a cross-sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a top view seen through the same. Here, the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is basically the same as the second embodiment shown in FIG.
Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
【００３０】実施の形態１と違う点は、焦電型赤外線素
子１１、ＦＥＴ１２、高抵抗１３が基板１５に実装され
ており、焦電型赤外線素子１１の回りにスリット１６が
設けられた構成であり、例えばセラミック、ガラエポ、
紙フェノール等が用いられている。The difference from the first embodiment is that a pyroelectric infrared device 11, an FET 12, and a high resistance 13 are mounted on a substrate 15, and a slit 16 is provided around the pyroelectric infrared device 11. Yes, for example, ceramic, glass eppo,
Paper phenol and the like are used.
【００３１】これにより、周囲の温度変化によりステム
から基板を通して焦電型赤外線素子に伝わる熱は、スリ
ットにより熱コンダクタンスがちいさくなりほとんど伝
わらなくなるため、温度変化による素子からの電荷の突
発的放電が発生しないという作用を有する。As a result, heat transmitted from the stem to the pyroelectric infrared device through the substrate due to a change in ambient temperature becomes small due to the thermal conductance due to the slit, and is hardly transmitted, so that a sudden discharge of charges from the device due to the temperature change occurs. Has the effect of not.
【００３２】（実施の形態４）以下、本発明の実施の形
態４について、図面を参照しながら説明する。Embodiment 4 Hereinafter, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００３３】図４（ａ）は本発明の実施の形態４におけ
る焦電型赤外線センサの上面図、図４（ｂ）は同断面図
である。FIG. 4A is a top view of a pyroelectric infrared sensor according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view of the same.
【００３４】図４（ａ）において、１７は単結晶基板で
あり、その上に下部電極１８ａ，１８ｂを設け、下部電
極１８ａ，１８ｂ上に略同一形状の焦電体１９ａ，１９
ｂを設け、この焦電体１９ａ，１９ｂ上に電気的絶縁を
図るため層間絶縁膜２０が設けられ、この層間絶縁膜２
０上に赤外線吸収効果を有する受光電極２１ａ，２１ｂ
が設けられている。最表面には保護膜２３が設けられて
いる。これらにより構成された赤外線検出部２２は層間
絶縁膜２０および保護膜２３によって構成された保持膜
２４により中空に保持されており、赤外線検出部２２は
保持膜２４により島状に保持されている。層間絶縁膜２
０および保護膜２３は、例えばポリイミド等の有機膜が
用いられている。単結晶基板１７と接する基板表層部の
下部には単結晶基板１７と熱的にインシュレートするた
めに空洞２５が設けられている。In FIG. 4A, reference numeral 17 denotes a single crystal substrate, on which lower electrodes 18a and 18b are provided, and pyroelectric bodies 19a and 19 having substantially the same shape are formed on the lower electrodes 18a and 18b.
b, and an interlayer insulating film 20 is provided on the pyroelectric bodies 19a and 19b for electrical insulation.
Light-receiving electrodes 21a and 21b having an infrared absorption effect on zero
Is provided. The protective film 23 is provided on the outermost surface. The infrared detecting section 22 constituted by these components is held in a hollow state by a holding film 24 constituted by an interlayer insulating film 20 and a protective film 23, and the infrared detecting section 22 is held in an island shape by the holding film 24. Interlayer insulating film 2
As the 0 and the protective film 23, for example, an organic film such as polyimide is used. A cavity 25 is provided below the surface portion of the substrate in contact with the single crystal substrate 17 to thermally insulate the single crystal substrate 17.
【００３５】以上のように構成された焦電型赤外線セン
サについて、その製造方法を以下に説明する。A method of manufacturing the pyroelectric infrared sensor having the above-described structure will be described below.
【００３６】まず、基板として（１００）Ｍｇｏ単結晶
基板を用いる。そして、下部電極を形成する工程として
（１００）Ｍｇｏ単結晶基板上に２００ｎｍ程度の膜厚
を有するＰｔ薄膜をスパッタリング法で形成する。First, a (100) MgO single crystal substrate is used as a substrate. Then, as a step of forming the lower electrode, a Pt thin film having a thickness of about 200 nm is formed on the (100) MgO single crystal substrate by a sputtering method.
【００３７】次に、焦電体を形成する工程として下部電
極上に焦電体としてランタンを含有したチタン酸鉛を高
周波マグネトロンスパッタリング法で形成する。Next, as a step of forming a pyroelectric body, lead titanate containing lanthanum is formed on the lower electrode as a pyroelectric body by a high-frequency magnetron sputtering method.
【００３８】次に、フォトリソグラフィ法とエッチング
法で焦電体を所定の形状にパターニングする。Next, the pyroelectric body is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching.
【００３９】次に、フォトリソグラフィ法とエッチング
法で下部電極を所定の形状にパターニングする。Next, the lower electrode is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching.
【００４０】次に、フォトリソグラフィ法でポリイミド
からなる層間絶縁のための絶縁膜を焦電体を除いた部分
が残るようにパターニングする。Next, an insulating film made of polyimide for interlayer insulation is patterned by photolithography so that a portion excluding the pyroelectric body remains.
【００４１】次に、赤外線吸収膜上の少なくとも一部
に、２０ｎｍ程度の膜厚を有する赤外光の反射率が小さ
く吸収効果の大きいＮｉＣｒ薄膜をスパッタリング法で
形成し、続いてフォトリソグラフィ法により所定のほぼ
同じ形状にパターニングする。Next, a NiCr thin film having a thickness of about 20 nm and having a small reflectance of infrared light and a large absorption effect is formed on at least a part of the infrared absorbing film by a sputtering method. It is patterned into a predetermined substantially same shape.
【００４２】次に、フォトリソグラフィ法で受光電極を
保護するため１μm程度の膜厚を有するポリイミドから
なる受光電極を保護するための保護膜を受光電極が覆わ
れるようにパターニングする。Next, in order to protect the light receiving electrode by photolithography, a protective film for protecting the light receiving electrode made of polyimide having a thickness of about 1 μm is patterned so as to cover the light receiving electrode.
【００４３】最後に、空洞を形成する工程として初めに
フォトリソグラフィ法によりエッチング穴を介してエッ
チング液を注入して、基板に下部電極と接する側より空
洞を形成する。Finally, as a step of forming a cavity, first, an etching solution is injected through an etching hole by photolithography to form a cavity in the substrate from the side in contact with the lower electrode.
【００４４】これにより、周囲の温度変化によりステム
を通して焦電型赤外線素子に伝わる熱は、保持膜により
しま状に構成されているため、熱コンダクタンスがおお
きくなりほとんど伝わらなくなるため、温度変化による
素子からの電荷の突発的放電が発生しなくなり、かつ保
持膜による熱収縮により発生する素子応力による圧電ノ
イズも、保持膜によりしま状に構成されているた焦電体
がフリーになるため発生しない。As a result, the heat transmitted to the pyroelectric infrared device through the stem due to a change in the ambient temperature is formed in a strip shape by the holding film, so that the thermal conductance increases and is hardly transmitted. No sudden discharge of the electric charge is generated, and no piezoelectric noise due to element stress generated by thermal shrinkage of the holding film is generated because the pyroelectric body formed in a stripe shape by the holding film becomes free.
【００４５】なお、図４（ｂ）に示すように、赤外線検
出部の周りにスリット２５を設けることによっても同様
の作用を有する。As shown in FIG. 4B, a similar effect can be obtained by providing a slit 25 around the infrared detecting section.
【００４６】（実施の形態５）以下本発明の実施の形態
５について、図面を参照しながら説明する。Embodiment 5 Hereinafter, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００４７】図５は本発明の実施の形態５における焦電
型赤外線センサの断面図である。ここで、図５に示す本
発明の実施の形態は、基本的には図２に示した実施の形
態２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。FIG. 5 is a sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to the fifth embodiment of the present invention. Here, the embodiment of the present invention shown in FIG. 5 has basically the same configuration as that of the second embodiment shown in FIG. 2. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and will not be described in detail. Omitted.
【００４８】実施の形態２と違う点は、焦電型赤外線素
子とステムの間にペルチェ素子２７を設けた点である。The difference from the second embodiment is that a Peltier device 27 is provided between the pyroelectric infrared device and the stem.
【００４９】これにより、焦電体をペルチェ素子により
常に一定温度に保持できるので、温度変化による素子か
らの電荷の突発的放電が発生しない。As a result, the pyroelectric element can always be kept at a constant temperature by the Peltier element, so that sudden discharge of electric charge from the element due to a temperature change does not occur.
【００５０】なお、ＦＥＴおよび高抵抗を同時にペルチ
ェ素子の上に実装することによって、ＦＥＴおよび高抵
抗の温度特性による出力およびノイズ変化を抑制するこ
とが可能となる。By mounting the FET and the high resistance on the Peltier element at the same time, it is possible to suppress the output and noise change due to the temperature characteristics of the FET and the high resistance.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上のように本発明は、抵抗体の一方を
下部電極に電気的に接合し他方をグランドに電気的に接
合することにより、周囲の温度変化に対し、下部電極に
発生した電荷は抵抗体を介してグランドへ徐々に逃げ
る。結果周囲の温度変化による素子からの電荷の突発的
放電が発生しないという効果を得ることができる。As described above, according to the present invention, when one of the resistors is electrically connected to the lower electrode and the other is electrically connected to the ground, the lower electrode is generated in response to a change in ambient temperature. The charge gradually escapes to ground via the resistor. As a result, it is possible to obtain an effect that a sudden discharge of electric charge from the element due to a change in ambient temperature does not occur.
【図１】本発明の実施の形態１による焦電型赤外線セン
サの回路図FIG. 1 is a circuit diagram of a pyroelectric infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態２による焦電型赤外線セン
サの断面図FIG. 2 is a sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a second embodiment of the present invention;
【図３】（ａ）本発明の実施の形態３による焦電型赤外
線センサの断面図 （ｂ）同上方を直視した上面図3A is a cross-sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a third embodiment of the present invention. FIG.
【図４】（ａ）本発明の実施の形態４による焦電型赤外
線センサの上面図 （ｂ）同断面図FIG. 4A is a top view of a pyroelectric infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
【図５】本発明の実施の形態５における焦電型赤外線セ
ンサの断面図FIG. 5 is a sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図６】従来の焦電型赤外線センサを示す概略図FIG. 6 is a schematic view showing a conventional pyroelectric infrared sensor.
１ａ，１ｂ 焦電体 ２ａ，２ｂ 下部電極 ３ａ，３ｂ 受光電極 ４ ＦＥＴ ５ 高抵抗 １４ 断熱材 １５ 基板 １６，２０ スリット ２４ 保持膜 1a, 1b Pyroelectric body 2a, 2b Lower electrode 3a, 3b Light receiving electrode 4 FET 5 High resistance 14 Insulating material 15 Substrate 16, 20 Slit 24 Holding film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 努 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 Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA13 BA36 BA37 BA38 BB26 BD06 CA01 CA12 CA19 CA21 DA20 2G066 AC05 AC09 AC13 BA01 BA02 BA44 BB01 BB07 BB11 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Tsutomu Nakanishi 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Terms (reference) 2G065 AB02 BA13 BA36 BA37 BA38 BB26 BD06 CA01 CA12 CA19 CA21 DA20 2G066 AC05 AC09 AC13 BA01 BA02 BA44 BB01 BB07 BB11
Claims (5)
対の焦電体と、この焦電体の表面および裏面に設けた受
光電極および下部電極と、この各々の下部電極が電気的
に接合しており、前記一方の下部電極に電気的に接合し
他方がグランドに電気的に接合している抵抗体よりなる
ことを特徴とする焦電型赤外線センサ。1. A device having a polarization axis in at least the same direction.
A pair of pyroelectric bodies, a light-receiving electrode and a lower electrode provided on the front and back surfaces of the pyroelectric body, and the respective lower electrodes are electrically connected to each other, and electrically connected to the one lower electrode. A pyroelectric infrared sensor characterized in that the other is made of a resistor electrically connected to the ground.
電型赤外線素子を外乱光および電磁波より保護するため
のカンと、前記カンが有する開口部に取付けられ赤外線
を前記焦電型赤外線素子に入射させる赤外線透過窓と、
前記焦電型赤外線素子が実装され前記カンと共に前記焦
電型赤外線素子を密閉するステムと、前記焦電型赤外線
素子とステムの間に設けられた断熱体よりなることを特
徴とする焦電型赤外線センサ。2. A pyroelectric infrared device, at least a can for protecting the pyroelectric infrared device from disturbance light and electromagnetic waves, and an infrared light attached to an opening of the can and transmitting infrared light to the pyroelectric infrared device. An infrared transmitting window to be incident,
A pyroelectric type comprising a stem on which the pyroelectric infrared element is mounted and hermetically sealing the pyroelectric infrared element together with the can, and a heat insulator provided between the pyroelectric infrared element and the stem. Infrared sensor.
線素子と、前記焦電型赤外線素子を外乱光および電磁波
より保護するためのカンと、前記カンに有する開口部に
取付けられ赤外線を前記焦電型赤外線素子に入射させる
赤外線透過窓と、前記カンと共に前記焦電型赤外線素子
を密閉するステムと、前記焦電型赤外線素子を実装する
ための基板よりなり、この基板の焦電型赤外線素子が実
装された回りにスリットが設けられたことを特徴とする
焦電型赤外線センサ。3. A pyroelectric infrared device for detecting at least infrared light, a can for protecting the pyroelectric infrared device from disturbance light and electromagnetic waves, and a pyroelectric device attached to an opening of the can for transmitting infrared light to the pyroelectric device. An infrared transmitting window for entering the infrared device, a stem for sealing the pyroelectric infrared device together with the can, and a substrate for mounting the pyroelectric infrared device. A pyroelectric infrared sensor characterized in that a slit is provided around the mounting.
部電極上に略同一形状の焦電体を設け、この焦電体上に
赤外線吸収効果を有する受光電極を設けた赤外線検出部
と、前記赤外線検出部が前記単結晶基板と接する基板表
層部の下部に空洞を有し、前記赤外線検出部は保持膜に
より中空にかつ島状に保持されていることを特徴とする
焦電型赤外線センサ。4. An infrared detector comprising: a lower electrode provided on a single crystal substrate; a pyroelectric body having substantially the same shape provided on the lower electrode; and a light receiving electrode having an infrared absorbing effect provided on the pyroelectric body. A pyroelectric infrared ray, wherein the infrared detection section has a cavity at a lower portion of a substrate surface portion in contact with the single crystal substrate, and the infrared detection section is held in a hollow and island shape by a holding film. Sensor.
線素子と、前記焦電型赤外線素子を外乱光および電磁波
より保護するためのカンと、前記カンに有する開口部に
取付けられた赤外線を前記焦電型赤外線素子に入射させ
る赤外線透過窓と、前記焦電型赤外線素子を実装し前記
カンと共に前記焦電型赤外線素子を密閉するステムと、
前記焦電型赤外線素子とステムの間に設けられたペルチ
ェ素子よりなることを特徴とする焦電型赤外線センサ。5. A pyroelectric infrared device for detecting at least infrared light, a can for protecting the pyroelectric infrared device from disturbance light and electromagnetic waves, and an infrared light attached to an opening of the can. An infrared transmission window to be incident on the electric infrared device, a stem that mounts the pyroelectric infrared device and seals the pyroelectric infrared device together with the can,
A pyroelectric infrared sensor comprising a Peltier element provided between the pyroelectric infrared element and a stem.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11073347A JP2000266596A (en) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | Pyroelectric infrared sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2000266596A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010175302A (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Infrared sensor |
| JP2012122747A (en) * | 2010-12-06 | 2012-06-28 | Nec Corp | Infrared sensor package and electronic device having the same |
| JP2012208116A (en) * | 2011-03-17 | 2012-10-25 | Ngk Insulators Ltd | Pyroelectric element and manufacturing method therefor |
| JP2013007643A (en) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Murata Mfg Co Ltd | Infrared sensor device |
-
1999
- 1999-03-18 JP JP11073347A patent/JP2000266596A/en active Pending
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