JP2001183236A - 温度検出素子およびこれを用いた撮像装置 - Google Patents
温度検出素子およびこれを用いた撮像装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度の高いボロメータ型の温度検出素子を提
供する。 【解決手段】 金属−半導体転移等の相変態を生じる材
料を用いて温度に対する抵抗変化を従来より大きくす
る。さらに、結晶粒の平均体積ＶｃをＶｃ≦Ｖ／Ｎ
（Ｖ：素子中の感温抵抗変化膜の体積、Ｎ：感温抵抗変
化膜中の結晶粒数） Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ （ΔＴｔ：感温抵抗変化膜の相変態温度範囲、ΔＴｎ：
感温抵抗変化膜の温度分解能）を満たすように制御す
る。
供する。 【解決手段】 金属−半導体転移等の相変態を生じる材
料を用いて温度に対する抵抗変化を従来より大きくす
る。さらに、結晶粒の平均体積ＶｃをＶｃ≦Ｖ／Ｎ
（Ｖ：素子中の感温抵抗変化膜の体積、Ｎ：感温抵抗変
化膜中の結晶粒数） Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ （ΔＴｔ：感温抵抗変化膜の相変態温度範囲、ΔＴｎ：
感温抵抗変化膜の温度分解能）を満たすように制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度によって抵抗
値が変化する感温抵抗変化材料（ボロメータ材料）を用
いたボロメータ型の温度検出素子、およびそれを用いた
赤外線カメラ等の撮像装置に関する。
値が変化する感温抵抗変化材料（ボロメータ材料）を用
いたボロメータ型の温度検出素子、およびそれを用いた
赤外線カメラ等の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、障害物の検出、人体の検出または
夜間の監視等を目的として、昼夜使用可能で、煙や太陽
光等の環境に影響されにくい温度検出素子を用いた撮像
装置が使用されている。撮像素子としては、その他に
も、ＣＣＤカメラや光電子増倍管等があるが、これらの
用途に対する要求を満足していないからである。また、
赤外線カメラのうち、遠赤外線（８〜１２μｍ）を利用
したものは常温付近での黒体放射強度レベルが高いた
め、近赤外線や中赤外線を利用したＣＣＤカメラや量子
型カメラよりも優れているからである。
夜間の監視等を目的として、昼夜使用可能で、煙や太陽
光等の環境に影響されにくい温度検出素子を用いた撮像
装置が使用されている。撮像素子としては、その他に
も、ＣＣＤカメラや光電子増倍管等があるが、これらの
用途に対する要求を満足していないからである。また、
赤外線カメラのうち、遠赤外線（８〜１２μｍ）を利用
したものは常温付近での黒体放射強度レベルが高いた
め、近赤外線や中赤外線を利用したＣＣＤカメラや量子
型カメラよりも優れているからである。
【０００３】この赤外線カメラとしては、量子効果を利
用したものと熱効果を利用したものがある。このうち、
量子効果を利用したものは、検出感度が良いものの、冷
却機構（７７Ｋ程度）が必要である。これに対して、熱
効果を利用したものは、冷却機構を必要とせず、装置の
小型化および低価格化を図るのに適している。
用したものと熱効果を利用したものがある。このうち、
量子効果を利用したものは、検出感度が良いものの、冷
却機構（７７Ｋ程度）が必要である。これに対して、熱
効果を利用したものは、冷却機構を必要とせず、装置の
小型化および低価格化を図るのに適している。
【０００４】熱効果を利用したセンサーは、 （１）熱を抵抗変化で検出するボロメータセンサー （２）熱を熱電対で検出するサーモパイルセンサー （３）熱を電荷で検出する焦電型センサー に分類される。特に、近年では、シリコンウェハ上にモ
ノリシック形成可能であるという利点を生かして、熱を
抵抗変化で検出するボロメータセンサーが開発、製造さ
れている。
ノリシック形成可能であるという利点を生かして、熱を
抵抗変化で検出するボロメータセンサーが開発、製造さ
れている。
【０００５】このボロメータ型赤外線センサーの感度Ｒ
ｅｓは、 Ｒｅｓ［Ｖ／Ｗ］＝η・α・ＶＢ・（１−ｅｘｐ（−τｉ／τＴ））／Ｇ ・・・（１） のように表される。
ｅｓは、 Ｒｅｓ［Ｖ／Ｗ］＝η・α・ＶＢ・（１−ｅｘｐ（−τｉ／τＴ））／Ｇ ・・・（１） のように表される。
【０００６】なお、上記式（１）において、η：赤外線
吸収率、α：抵抗温度係数、ＶＢ：バイアス電圧、τ
ｉ：積分時間、τＴ：熱時定数（τＴ＝Ｈ／Ｇ）、Ｈ：
熱容量、Ｇ：熱コンダクタンスを示す。
吸収率、α：抵抗温度係数、ＶＢ：バイアス電圧、τ
ｉ：積分時間、τＴ：熱時定数（τＴ＝Ｈ／Ｇ）、Ｈ：
熱容量、Ｇ：熱コンダクタンスを示す。
【０００７】上記式（１）から分かるように、赤外線セ
ンサーの感度を向上させるためには、抵抗温度係数αが
大きなボロメータ材料を使用するか、赤外線吸収率ηを
向上させるか、または熱コンダクタンスＧを小さくする
ことが必要である。さらに、熱容量Ｈを小さくすること
によって、応答性および感度を向上させることができ
る。
ンサーの感度を向上させるためには、抵抗温度係数αが
大きなボロメータ材料を使用するか、赤外線吸収率ηを
向上させるか、または熱コンダクタンスＧを小さくする
ことが必要である。さらに、熱容量Ｈを小さくすること
によって、応答性および感度を向上させることができ
る。
【０００８】ボロメータ型赤外線センサーの感度Ｒｅｓ
を向上させるためには、上述の式（１）に示すように、
感温抵抗変化膜の抵抗温度係数αを大きくすることが有
効である。なお、従来の感温抵抗変化膜としては、酸化
バナジウム膜またはＴｉ膜が用いられていた。
を向上させるためには、上述の式（１）に示すように、
感温抵抗変化膜の抵抗温度係数αを大きくすることが有
効である。なお、従来の感温抵抗変化膜としては、酸化
バナジウム膜またはＴｉ膜が用いられていた。
【０００９】図８は酸化バナジウムの温度に対する電気
伝導度を示したものである（映像情報メディア学会技術
報告、ＩＴＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｖ
ｏｌ．２１．Ｎｏ．８０．ｐｐ．１３−１８（従来技術
１））。この図に示すように、バナジウムの酸化物は非
常に多くのものが存在するが、室温における抵抗率変化
はＶＯ2膜が約−２％と最も高く、通常はこのＶＯ2膜が
ボロメータ材料として使用されている。
伝導度を示したものである（映像情報メディア学会技術
報告、ＩＴＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｖ
ｏｌ．２１．Ｎｏ．８０．ｐｐ．１３−１８（従来技術
１））。この図に示すように、バナジウムの酸化物は非
常に多くのものが存在するが、室温における抵抗率変化
はＶＯ2膜が約−２％と最も高く、通常はこのＶＯ2膜が
ボロメータ材料として使用されている。
【００１０】図９はＶ−Ｏ系の平衡状態を示す図であ
る。この図に示されているＶＯ2化合物は６８℃に変態
点があり、この温度においてαＶＯ2からβＶＯ2への可
逆的な相変態が生じる。この相変態は、結晶構造または
結晶系の変化が伴う一次の相変態であり、大きな体積変
化を伴うものである。なお、上記従来技術１の文献に示
されているような室温近傍で利用されるＶＯ2膜として
は、上記平衡状態図によれば、相変態の生じない温度領
域のものが用いられている。
る。この図に示されているＶＯ2化合物は６８℃に変態
点があり、この温度においてαＶＯ2からβＶＯ2への可
逆的な相変態が生じる。この相変態は、結晶構造または
結晶系の変化が伴う一次の相変態であり、大きな体積変
化を伴うものである。なお、上記従来技術１の文献に示
されているような室温近傍で利用されるＶＯ2膜として
は、上記平衡状態図によれば、相変態の生じない温度領
域のものが用いられている。
【００１１】これに対して、”Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｏ
ｃａｌ Ｐｌａｎｅ ＡｒｒａｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ ＩＣ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏ
ｍｐａｃｔｉｂｌｅ Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ”ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１１，（１９９６）（従来技
術２）では、感温抵抗変化膜としてＴｉを用いている。
Ｔｉの抵抗温度係数は０．２％／℃〜０．４％／℃と小
さいが、これを用いてボロメータ素子を作製したときの
１／ｆノイズがＶＯ2を用いた場合に比べて１／１０以
下になる。よって、Ｓ／Ｎを考慮した場合に、抵抗温度
係数αが高い感温抵抗変化膜を用いた場合と等価の効果
が得られる。
ｃａｌ Ｐｌａｎｅ ＡｒｒａｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ ＩＣ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏ
ｍｐａｃｔｉｂｌｅ Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ”ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１１，（１９９６）（従来技
術２）では、感温抵抗変化膜としてＴｉを用いている。
Ｔｉの抵抗温度係数は０．２％／℃〜０．４％／℃と小
さいが、これを用いてボロメータ素子を作製したときの
１／ｆノイズがＶＯ2を用いた場合に比べて１／１０以
下になる。よって、Ｓ／Ｎを考慮した場合に、抵抗温度
係数αが高い感温抵抗変化膜を用いた場合と等価の効果
が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術で用いられているボロメータ材料は、抵抗温度
係数、または１／ｆノイズを考慮した等価的な抵抗温度
係数が高々数％／℃であり、このような材料を用いても
大幅な感度の向上を望むことはできない。
従来技術で用いられているボロメータ材料は、抵抗温度
係数、または１／ｆノイズを考慮した等価的な抵抗温度
係数が高々数％／℃であり、このような材料を用いても
大幅な感度の向上を望むことはできない。
【００１３】これに対して、上記従来技術１の文献に見
られるような、６８℃近傍のＶＯ2膜では、相変態によ
る数℃の温度範囲で抵抗値が数桁変化する。このときの
抵抗値変化を抵抗温度係数に換算すると−２１％程度と
なり、ボロメータ素子の感度を従来の１０倍に向上する
ことができる。
られるような、６８℃近傍のＶＯ2膜では、相変態によ
る数℃の温度範囲で抵抗値が数桁変化する。このときの
抵抗値変化を抵抗温度係数に換算すると−２１％程度と
なり、ボロメータ素子の感度を従来の１０倍に向上する
ことができる。
【００１４】ところが、従来では、このような相変態を
示す材料を積極的にボロメータ素子に応用した例は報告
されていない。その理由は、相変態を有する感温抵抗変
化膜を用いた場合に、以下に示すような問題点があるた
めである。
示す材料を積極的にボロメータ素子に応用した例は報告
されていない。その理由は、相変態を有する感温抵抗変
化膜を用いた場合に、以下に示すような問題点があるた
めである。
【００１５】上述したように、ＶＯ2のような熱抵抗変
化膜が相変態する際には、結晶特性のばらつきに起因す
ると考えられる転移温度の微小な分布がある。このた
め、微小な温度変化に対して抵抗値の変化が追随しない
場合が生じるという問題点があり、これを抑制すること
が必要である。
化膜が相変態する際には、結晶特性のばらつきに起因す
ると考えられる転移温度の微小な分布がある。このた
め、微小な温度変化に対して抵抗値の変化が追随しない
場合が生じるという問題点があり、これを抑制すること
が必要である。
【００１６】本発明はこのような従来技術の課題を解決
すべくなされたものであり、感度が高く、温度分解能が
低下しない温度検出素子および撮像装置を提供すること
を目的とする。
すべくなされたものであり、感度が高く、温度分解能が
低下しない温度検出素子および撮像装置を提供すること
を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の温度検出素子
は、相変態を生じる材料からなり、かつ、結晶粒の平均
体積Ｖｃが、 Ｖｃ≦Ｖ／Ｎ （Ｖ：素子中の感温抵抗変化膜の体積、Ｎ：感温抵抗変
化膜中の結晶粒数） 但し、 Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ （ΔＴｔ：感温抵抗変化膜の相変態温度範囲、ΔＴｎ：
感温抵抗変化膜に要求される温度分解能）を満たす感温
抵抗変化膜を用い、そのことにより上記目的が達成され
る。
は、相変態を生じる材料からなり、かつ、結晶粒の平均
体積Ｖｃが、 Ｖｃ≦Ｖ／Ｎ （Ｖ：素子中の感温抵抗変化膜の体積、Ｎ：感温抵抗変
化膜中の結晶粒数） 但し、 Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ （ΔＴｔ：感温抵抗変化膜の相変態温度範囲、ΔＴｎ：
感温抵抗変化膜に要求される温度分解能）を満たす感温
抵抗変化膜を用い、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００１８】前記感温抵抗変化膜の材料として、金属酸
化物を主成分とした材料を用いることができる。
化物を主成分とした材料を用いることができる。
【００１９】前記感温抵抗変化膜の材料として、酸化バ
ナジウムを主成分とした材料、例えば酸化バナジウムに
酸化クロムを添加した材料を用いることができる。この
場合、材料中のＣｒ2Ｏ3の組成が０．５ａｔ％以上１．
８ａｔ％以下であるＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3を用いることがで
きる。
ナジウムを主成分とした材料、例えば酸化バナジウムに
酸化クロムを添加した材料を用いることができる。この
場合、材料中のＣｒ2Ｏ3の組成が０．５ａｔ％以上１．
８ａｔ％以下であるＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3を用いることがで
きる。
【００２０】本発明の撮像装置は、本発明の温度検出素
子を用い、そのことにより上記目的が達成される。
子を用い、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】以下、本発明の作用について説明する。
【００２２】本発明にあっては、金属−半導体転移、金
属−絶縁体転移または半導体絶縁体転移のような相変態
を起こす感温抵抗変化材料を用いることにより、相変態
に伴って大きな抵抗変化が生じ、温度に対する抵抗変化
を従来の感温抵抗変化膜に比べて大幅に大きくすること
が可能である。このような材料としては、例えば、Ｖ 2
Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3およびＶＯ2のようなＶを主成分とする酸
化物膜、Ｔｉ3Ｏ5、Ｔｉ4Ｏ7、Ｔｉ5Ｏ9およびＴｉ6Ｏ
11のようなＴｉを主成分とする酸化物膜、またはＬａＳ
ｒＭｎＯおよびＬａＣａＭｎＯのようなＭｎ酸化物を含
む複酸化物膜等を用いることができる。特に、材料中の
Ｃｒ2Ｏ3の組成が０．５ａｔ％以上１．８ａｔ％以下で
あるＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3は、比較的室温に近く、実際のデ
バイスに応用する際に容易な−１０℃〜５５℃という温
度領域で相変態を起こすので、好ましい。
属−絶縁体転移または半導体絶縁体転移のような相変態
を起こす感温抵抗変化材料を用いることにより、相変態
に伴って大きな抵抗変化が生じ、温度に対する抵抗変化
を従来の感温抵抗変化膜に比べて大幅に大きくすること
が可能である。このような材料としては、例えば、Ｖ 2
Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3およびＶＯ2のようなＶを主成分とする酸
化物膜、Ｔｉ3Ｏ5、Ｔｉ4Ｏ7、Ｔｉ5Ｏ9およびＴｉ6Ｏ
11のようなＴｉを主成分とする酸化物膜、またはＬａＳ
ｒＭｎＯおよびＬａＣａＭｎＯのようなＭｎ酸化物を含
む複酸化物膜等を用いることができる。特に、材料中の
Ｃｒ2Ｏ3の組成が０．５ａｔ％以上１．８ａｔ％以下で
あるＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3は、比較的室温に近く、実際のデ
バイスに応用する際に容易な−１０℃〜５５℃という温
度領域で相変態を起こすので、好ましい。
【００２３】さらに、結晶粒の平均体積Ｖｃを、要求さ
れる温度分解能および素子構造に応じて、 Ｖｃ≦Ｖ／Ｎ （Ｖ：素子中の感温抵抗変化膜の体積、Ｎ：感温抵抗変
化膜中の結晶粒数） Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ （ΔＴｔ：感温抵抗変化膜の相変態温度範囲、ΔＴｎ：
感温抵抗変化膜に要求される温度分解能）を満たすよう
に制御することにより、結晶粒子間の不均一性に伴う温
度分解能の低下を抑制することが可能である。
れる温度分解能および素子構造に応じて、 Ｖｃ≦Ｖ／Ｎ （Ｖ：素子中の感温抵抗変化膜の体積、Ｎ：感温抵抗変
化膜中の結晶粒数） Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ （ΔＴｔ：感温抵抗変化膜の相変態温度範囲、ΔＴｎ：
感温抵抗変化膜に要求される温度分解能）を満たすよう
に制御することにより、結晶粒子間の不均一性に伴う温
度分解能の低下を抑制することが可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
【００２５】図１は、本実施形態で作製した感温抵抗変
化膜について、抵抗値の温度特性を示す図である。この
感温抵抗変化膜は、室温近傍の温度である１０℃で相変
態を起こし、それに伴って膜の抵抗値が急峻に増加し、
その後、緩やかに減少している。図１に示す相変態部分
の抵抗変化を抵抗温度係数に換算すると、約７．１％／
℃と非常に大きくなっている。この７．１％／℃と言う
抵抗温度係数を実現するためには、相変態を伴わない従
来の材料であれば、０℃〜１００℃の温度変化で３桁程
度の抵抗変化を必要とする。このような相変態を伴わな
い感温抵抗変化膜では、通常、抵抗温度係数を大きくす
るために材料の比抵抗を増大する必要があるため、実際
の素子に使用可能な比抵抗の範囲では、７．１％／℃を
越える抵抗温度係数を得ることは困難である。
化膜について、抵抗値の温度特性を示す図である。この
感温抵抗変化膜は、室温近傍の温度である１０℃で相変
態を起こし、それに伴って膜の抵抗値が急峻に増加し、
その後、緩やかに減少している。図１に示す相変態部分
の抵抗変化を抵抗温度係数に換算すると、約７．１％／
℃と非常に大きくなっている。この７．１％／℃と言う
抵抗温度係数を実現するためには、相変態を伴わない従
来の材料であれば、０℃〜１００℃の温度変化で３桁程
度の抵抗変化を必要とする。このような相変態を伴わな
い感温抵抗変化膜では、通常、抵抗温度係数を大きくす
るために材料の比抵抗を増大する必要があるため、実際
の素子に使用可能な比抵抗の範囲では、７．１％／℃を
越える抵抗温度係数を得ることは困難である。
【００２６】本実施形態において、上記感温抵抗変化膜
の作製および評価は以下のようにして行った。まず、Ｓ
ｉ基板の（１００）面上に５００ｎｍのＳｉＯ2膜を成
膜し、その上にＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3膜を成膜する。この成
膜にはＲＦスパッタ装置を用い、Ｖ2Ｏ3の焼結体ターゲ
ット上にＣｒ2Ｏ3ペレットを配置することにより、Ｖ 2
Ｏ3膜中にＣｒ2Ｏ3を添加した。Ｖ2Ｏ3膜中のＣｒ2Ｏ3
の組成は、上記ターゲット上に配置するペレットの数量
およびペレットの面積にて調整を行い、蛍光Ｘ線分析装
置（ＸＲＦ）にてＶとＣｒの組成比を測定してＣｒ2Ｏ3
の濃度とした。抵抗値の温度特性の評価は、３℃／分で
温度を変化させて４端子法により抵抗値と膜の温度を測
定した。
の作製および評価は以下のようにして行った。まず、Ｓ
ｉ基板の（１００）面上に５００ｎｍのＳｉＯ2膜を成
膜し、その上にＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3膜を成膜する。この成
膜にはＲＦスパッタ装置を用い、Ｖ2Ｏ3の焼結体ターゲ
ット上にＣｒ2Ｏ3ペレットを配置することにより、Ｖ 2
Ｏ3膜中にＣｒ2Ｏ3を添加した。Ｖ2Ｏ3膜中のＣｒ2Ｏ3
の組成は、上記ターゲット上に配置するペレットの数量
およびペレットの面積にて調整を行い、蛍光Ｘ線分析装
置（ＸＲＦ）にてＶとＣｒの組成比を測定してＣｒ2Ｏ3
の濃度とした。抵抗値の温度特性の評価は、３℃／分で
温度を変化させて４端子法により抵抗値と膜の温度を測
定した。
【００２７】表１に、本実施形態で作製したＶ2Ｏ3−Ｃ
ｒ2Ｏ3膜の相変態の有無とその抵抗温度係数αについ
て、Ｃｒ2Ｏ3組成に対する依存性を調べた結果を示す。
ｒ2Ｏ3膜の相変態の有無とその抵抗温度係数αについ
て、Ｃｒ2Ｏ3組成に対する依存性を調べた結果を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】この表１に示すように、相変態はＣｒ2Ｏ3
組成が０．５ａｔ％以上１．８ａｔ％以下である場合に
生じており、Ｃｒ2Ｏ3組成の増加と共に相変態温度が低
下している。さらに、相変態温度における抵抗温度係数
は、Ｃｒ2Ｏ3組成が１．０ａｔ％の場合に最大となっ
た。
組成が０．５ａｔ％以上１．８ａｔ％以下である場合に
生じており、Ｃｒ2Ｏ3組成の増加と共に相変態温度が低
下している。さらに、相変態温度における抵抗温度係数
は、Ｃｒ2Ｏ3組成が１．０ａｔ％の場合に最大となっ
た。
【００３０】図２（ａ）にＣｒ2Ｏ3組成が１ａｔ％のＶ
2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3膜についてのＸ線回折による回析結果を
示し、図２（ｂ）にＣｒ2Ｏ3組成が２ａｔ％のＶ2Ｏ3−
Ｃｒ 2Ｏ3膜についてのＸ線回折による回析結果を示す。
ここで、３６゜近傍に現れているＶ2Ｏ3（１１０）のピ
ークについて注目すると、図２（ａ）ではＶ2Ｏ3（１１
０）ピークの面間隔は２．４８２７オングストロームで
あり、図２（ｂ）ではＶ2Ｏ3（１１０）ピークの面間隔
は２．５０６２オングストロームである。よって、膜中
のＣｒ2Ｏ3組成が大きい２ａｔ％のサンプルの方が、他
方のサンプルよりも面間隔が大きくなっている。これ
は、結晶中に存在するＣｒ原子の濃度が大きくなったた
めであり、この結晶格子の広がりによって金属−半導体
間の相変態が生じなくなったものと考えられる。
2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3膜についてのＸ線回折による回析結果を
示し、図２（ｂ）にＣｒ2Ｏ3組成が２ａｔ％のＶ2Ｏ3−
Ｃｒ 2Ｏ3膜についてのＸ線回折による回析結果を示す。
ここで、３６゜近傍に現れているＶ2Ｏ3（１１０）のピ
ークについて注目すると、図２（ａ）ではＶ2Ｏ3（１１
０）ピークの面間隔は２．４８２７オングストロームで
あり、図２（ｂ）ではＶ2Ｏ3（１１０）ピークの面間隔
は２．５０６２オングストロームである。よって、膜中
のＣｒ2Ｏ3組成が大きい２ａｔ％のサンプルの方が、他
方のサンプルよりも面間隔が大きくなっている。これ
は、結晶中に存在するＣｒ原子の濃度が大きくなったた
めであり、この結晶格子の広がりによって金属−半導体
間の相変態が生じなくなったものと考えられる。
【００３１】ところで、感温抵抗変化膜がある状態
（Ａ）から異なる状態（Ｂ）に相変態する際、通常はあ
る温度で膜中の全ての結晶が同時に相変態することが望
ましい。しかし、実際には、結晶間の組成や欠陥等の不
均一性によって、相変態温度が微妙に異なり、結果とし
て、図３に示すように、相変態がある温度範囲で生じる
ことになる。すなわち、昇温過程において抵抗値の低い
低温相から抵抗値の高い高温相に相変態するような材料
では、材料の温度がＴ１に達した時点から相変態が始ま
り、Ｔ２において全ての結晶の相変態が終了する。この
とき、１つの結晶において相変態が一度に起きると過程
すると、図３の曲線は微視的には図４に示すような小さ
なステップの集合として表される。このような感温抵抗
変化膜をボロメータ素子に応用する場合、図４中の小さ
なステップΔＴの間の温度変化に対して素子が反応せ
ず、素子の温度分解能が低下することになる。
（Ａ）から異なる状態（Ｂ）に相変態する際、通常はあ
る温度で膜中の全ての結晶が同時に相変態することが望
ましい。しかし、実際には、結晶間の組成や欠陥等の不
均一性によって、相変態温度が微妙に異なり、結果とし
て、図３に示すように、相変態がある温度範囲で生じる
ことになる。すなわち、昇温過程において抵抗値の低い
低温相から抵抗値の高い高温相に相変態するような材料
では、材料の温度がＴ１に達した時点から相変態が始ま
り、Ｔ２において全ての結晶の相変態が終了する。この
とき、１つの結晶において相変態が一度に起きると過程
すると、図３の曲線は微視的には図４に示すような小さ
なステップの集合として表される。このような感温抵抗
変化膜をボロメータ素子に応用する場合、図４中の小さ
なステップΔＴの間の温度変化に対して素子が反応せ
ず、素子の温度分解能が低下することになる。
【００３２】そこで、本実施形態では、感温抵抗変化膜
の結晶粒径を赤外線カメラシステムの仕様に応じて設計
する。
の結晶粒径を赤外線カメラシステムの仕様に応じて設計
する。
【００３３】このようなボロメータ素子を赤外線カメラ
システムに利用する場合、ボロメータ素子の温度変化は
対象物の温度変化の約１％となるため、赤外線カメラシ
ステムの温度分解能をΔＴｎとすると、ボロメータ素子
の温度分解能は０．０１ΔＴｎとなる。従って、図４に
おけるΔＴ＜０．０１ΔＴｎとすれば、赤外線カメラシ
ステムに要求される最小温度分解能を達成できることが
分かる。
システムに利用する場合、ボロメータ素子の温度変化は
対象物の温度変化の約１％となるため、赤外線カメラシ
ステムの温度分解能をΔＴｎとすると、ボロメータ素子
の温度分解能は０．０１ΔＴｎとなる。従って、図４に
おけるΔＴ＜０．０１ΔＴｎとすれば、赤外線カメラシ
ステムに要求される最小温度分解能を達成できることが
分かる。
【００３４】ここで、ボロメータ素子の感温抵抗変化膜
が相変態を起こして低抵抗相から高抵抗相に移行する際
の温度範囲をΔＴｔとし、結晶の不均一性に基づく各々
の結晶の相変態温度のバラツキが正規分布に従うと仮定
する。正規分布（正規密度関数）は下記式（２）で表さ
れる。
が相変態を起こして低抵抗相から高抵抗相に移行する際
の温度範囲をΔＴｔとし、結晶の不均一性に基づく各々
の結晶の相変態温度のバラツキが正規分布に従うと仮定
する。正規分布（正規密度関数）は下記式（２）で表さ
れる。
【００３５】
【数１】
【００３６】正規分布においては−３＜Ｘ＜３の範囲に
９９．８７％の要素が含まれ、ほぼ１００％と近似する
ことができるので、この範囲を本実施形態の相変態温度
範囲ΔＴｔと考えることとする。このときの相変態状態
を、横軸に温度を取り、縦軸に相変態を起こした結晶粒
の割合を取って整理したものが上述した図４である。
９９．８７％の要素が含まれ、ほぼ１００％と近似する
ことができるので、この範囲を本実施形態の相変態温度
範囲ΔＴｔと考えることとする。このときの相変態状態
を、横軸に温度を取り、縦軸に相変態を起こした結晶粒
の割合を取って整理したものが上述した図４である。
【００３７】上述したようにボロメータ素子の温度分解
能を向上させるためには、ΔＴを小さくする必要があ
る。このΔＴを小さくするためには、２通りの方法があ
る。１つは材料の相変態温度範囲ΔＴｔを小さくする方
法であり、他の１つは相変態温度範囲ΔＴｔの間で相変
態を起こす結晶粒の数を多くする方法である。本発明で
は、結晶粒の平均体積をＶｃ≦Ｖ／Ｎとすることにより
後者の方法を実現している。
能を向上させるためには、ΔＴを小さくする必要があ
る。このΔＴを小さくするためには、２通りの方法があ
る。１つは材料の相変態温度範囲ΔＴｔを小さくする方
法であり、他の１つは相変態温度範囲ΔＴｔの間で相変
態を起こす結晶粒の数を多くする方法である。本発明で
は、結晶粒の平均体積をＶｃ≦Ｖ／Ｎとすることにより
後者の方法を実現している。
【００３８】以下に、相変態温度範囲ΔＴｔとΔＴと結
晶粒数の相関について説明する。Ｔ１からＴ２の相変態
温度範囲ΔＴｔの中で、ΔＴ間隔で相変態が起きると考
えたとき、最初または最後に相変態が起きる温度範囲
は、Ｔ１＋ΔＴで表される。このＴ１およびＴ１＋ΔＴ
は、上述の正規密度関数上、−３＜Ｘ＜３の範囲で考え
ているので、各々 Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ で表され、上記式（２）に代入することによりφ
（Ｘ1）およびφ（Ｘ2）が得られる。この２つの確率密
度の差が１以上の整数になるように結晶粒の総数を設定
すれば、必要な温度分解能を得ることができる最小の結
晶粒子数Ｎが求められる。すなわち、 Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ となる。
晶粒数の相関について説明する。Ｔ１からＴ２の相変態
温度範囲ΔＴｔの中で、ΔＴ間隔で相変態が起きると考
えたとき、最初または最後に相変態が起きる温度範囲
は、Ｔ１＋ΔＴで表される。このＴ１およびＴ１＋ΔＴ
は、上述の正規密度関数上、−３＜Ｘ＜３の範囲で考え
ているので、各々 Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ で表され、上記式（２）に代入することによりφ
（Ｘ1）およびφ（Ｘ2）が得られる。この２つの確率密
度の差が１以上の整数になるように結晶粒の総数を設定
すれば、必要な温度分解能を得ることができる最小の結
晶粒子数Ｎが求められる。すなわち、 Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ となる。
【００３９】次に、このような結晶粒子数Ｎを有する感
温抵抗変化膜を用いてボロメータ素子を作製する場合、
ボロメータ素子の感熱部（ダイアフラム）の面積は有限
であるため、結晶粒の大きさを制御して感温抵抗変化膜
中にＮ個以上の結晶粒を作製する必要がある。そこで、
感温抵抗変化膜の体積をＶとすると、結晶粒１個の平均
の体積は、 Ｖｃ≦Ｖ／Ｎ により得られる。
温抵抗変化膜を用いてボロメータ素子を作製する場合、
ボロメータ素子の感熱部（ダイアフラム）の面積は有限
であるため、結晶粒の大きさを制御して感温抵抗変化膜
中にＮ個以上の結晶粒を作製する必要がある。そこで、
感温抵抗変化膜の体積をＶとすると、結晶粒１個の平均
の体積は、 Ｖｃ≦Ｖ／Ｎ により得られる。
【００４０】以上を整理すると、相変態温度範囲がΔＴ
ｔである相変態材料を用いて温度分解能がΔＴｎである
ボロメータ素子を作製する場合、感温抵抗変化膜を構成
する結晶粒の平均体積ＶｃをＶ／Ｎ以下にするのが望ま
しい。なお、 Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ である。
ｔである相変態材料を用いて温度分解能がΔＴｎである
ボロメータ素子を作製する場合、感温抵抗変化膜を構成
する結晶粒の平均体積ＶｃをＶ／Ｎ以下にするのが望ま
しい。なお、 Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ である。
【００４１】ここで、結晶粒が球体であると近似する
と、平均の結晶粒径は Ｒｃ＝（Ｖｃ／４π）1/3 となる。よって、ダイアフラムの温度分解能ΔＴｎが
０．００１（Ｋ）のとき、相変態温度範囲と結晶の平均
粒径との関係は、例えば図５に示すようになる。
と、平均の結晶粒径は Ｒｃ＝（Ｖｃ／４π）1/3 となる。よって、ダイアフラムの温度分解能ΔＴｎが
０．００１（Ｋ）のとき、相変態温度範囲と結晶の平均
粒径との関係は、例えば図５に示すようになる。
【００４２】本実施形態では、Ｓｉ基板上に、Ｃｒ2Ｏ3
の組成が１ａｔ％のＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる１０００
オングストロームの厚さの感温抵抗変化膜を有する、１
辺が４０μｍの正方形状のダイアフラムを作製した。こ
の感温抵抗変化膜は、１０℃で相変態を起こし、相変態
のばらつきによるΔＴｔは約３０℃であった。また、こ
の感温抵抗変化膜の平均粒径は約３０ｎｍであり、平均
体積は３．３９×１０-22ｍ3であった。このときの結晶
粒径の評価は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて行っ
た。この平均粒径は、図５のΔＴｔ＝１０（Ｋ）におい
て４０μｍ角の曲線の下側になり、上記式を満足してい
る。よって、この感温抵抗変化膜により、所望の温度分
解能を実現できる可能性があることが分かる。そこで、
この感温抵抗変化膜を有するダイアフラムの温度分解能
を評価したところ、０．００１（Ｋ）以下の温度分解能
を得ることができた。
の組成が１ａｔ％のＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる１０００
オングストロームの厚さの感温抵抗変化膜を有する、１
辺が４０μｍの正方形状のダイアフラムを作製した。こ
の感温抵抗変化膜は、１０℃で相変態を起こし、相変態
のばらつきによるΔＴｔは約３０℃であった。また、こ
の感温抵抗変化膜の平均粒径は約３０ｎｍであり、平均
体積は３．３９×１０-22ｍ3であった。このときの結晶
粒径の評価は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて行っ
た。この平均粒径は、図５のΔＴｔ＝１０（Ｋ）におい
て４０μｍ角の曲線の下側になり、上記式を満足してい
る。よって、この感温抵抗変化膜により、所望の温度分
解能を実現できる可能性があることが分かる。そこで、
この感温抵抗変化膜を有するダイアフラムの温度分解能
を評価したところ、０．００１（Ｋ）以下の温度分解能
を得ることができた。
【００４３】次に、本実施形態に基づく感温抵抗変化膜
を用いたボロメータ素子について説明する。図６は本実
施形態のボロメータ素子の構成を示す斜視図である。通
常、各々のボロメータ素子１はダイアフラム構造となっ
ており、基板２から所定の空間を開けて配置したダイア
フラム４が２本の脚３によって支持されている。このダ
イアフラム４は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4からなる下部
絶縁膜、Ｖ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる感温抵抗変化膜、Ｓ
ｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4からなる上部絶縁膜、および入射
される赤外線５を効率良く吸収するためのＴｉＮからな
る吸収膜が基板側からこの順に形成されている。なお、
この図において、６および９はコンタクト部である。
を用いたボロメータ素子について説明する。図６は本実
施形態のボロメータ素子の構成を示す斜視図である。通
常、各々のボロメータ素子１はダイアフラム構造となっ
ており、基板２から所定の空間を開けて配置したダイア
フラム４が２本の脚３によって支持されている。このダ
イアフラム４は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4からなる下部
絶縁膜、Ｖ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる感温抵抗変化膜、Ｓ
ｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4からなる上部絶縁膜、および入射
される赤外線５を効率良く吸収するためのＴｉＮからな
る吸収膜が基板側からこの順に形成されている。なお、
この図において、６および９はコンタクト部である。
【００４４】このボロメータ素子は、例えば以下のよう
にして作製することができる。図７（ａ）に示すよう
に、予めボロメータ素子のスイッチング回路（図示せ
ず）を作製したＳｉ等の半導体からなる基板２上に、Ｓ
ｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌ2Ｏ3などの絶縁性材料からなる
保護層１１を形成し、その上にボリイミド等の有機材料
やＳｉ等の無機材料を所定の形状に加工して犠牲層１２
を形成する。
にして作製することができる。図７（ａ）に示すよう
に、予めボロメータ素子のスイッチング回路（図示せ
ず）を作製したＳｉ等の半導体からなる基板２上に、Ｓ
ｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌ2Ｏ3などの絶縁性材料からなる
保護層１１を形成し、その上にボリイミド等の有機材料
やＳｉ等の無機材料を所定の形状に加工して犠牲層１２
を形成する。
【００４５】次に、図７（ｂ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ2、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌ2Ｏ3などの絶縁性材料からなる下
部絶縁膜１３を形成した後、膜厚１００ｎｍのＶ2Ｏ3−
Ｃｒ2Ｏ3を１辺が４０μｍの正方形状に加工して感温抵
抗変化膜１４を形成する。この感温抵抗変化膜１４のＣ
ｒ2Ｏ3組成は、１．０ａｔ％とした。なお、後の工程で
形成する電極との導通を良好なものにするため、感温抵
抗変化膜１４の加工端部はテーパ状に加工するのが好ま
しい。
Ｏ2、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌ2Ｏ3などの絶縁性材料からなる下
部絶縁膜１３を形成した後、膜厚１００ｎｍのＶ2Ｏ3−
Ｃｒ2Ｏ3を１辺が４０μｍの正方形状に加工して感温抵
抗変化膜１４を形成する。この感温抵抗変化膜１４のＣ
ｒ2Ｏ3組成は、１．０ａｔ％とした。なお、後の工程で
形成する電極との導通を良好なものにするため、感温抵
抗変化膜１４の加工端部はテーパ状に加工するのが好ま
しい。
【００４６】続いて、図７（ｃ）に示すように、上記犠
牲層１２が形成されていない所定の位置に上記スイッチ
ング回路とボロメータ素子との電気的接続を確保するた
めのスルーホール１５をＲＩＥ（Ｒｉａｃｔｉｖｅ Ｉ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の方法により形成する。そし
て、このスルーホール１５を介してスイッチング回路と
感温抵抗変化膜１４を接続するための電極層１６を、感
温抵抗変化膜１４の一部とオーバーラップするように所
定の形状に形成する。
牲層１２が形成されていない所定の位置に上記スイッチ
ング回路とボロメータ素子との電気的接続を確保するた
めのスルーホール１５をＲＩＥ（Ｒｉａｃｔｉｖｅ Ｉ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の方法により形成する。そし
て、このスルーホール１５を介してスイッチング回路と
感温抵抗変化膜１４を接続するための電極層１６を、感
温抵抗変化膜１４の一部とオーバーラップするように所
定の形状に形成する。
【００４７】その後、図７（ｄ）に示すように、上記感
温抵抗変化膜１４、電極層１６および下部絶縁層１３上
に、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌ2Ｏ3などの絶縁性材料か
らなる上部絶縁膜１７およびＴｉＮからなる赤外線吸収
膜（図示せず）を形成する。
温抵抗変化膜１４、電極層１６および下部絶縁層１３上
に、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌ2Ｏ3などの絶縁性材料か
らなる上部絶縁膜１７およびＴｉＮからなる赤外線吸収
膜（図示せず）を形成する。
【００４８】次に、図７（ｅ）に示すように、少なくと
も上部絶縁膜１７および下部絶縁膜１３を貫通して犠牲
層１２の一部が露出するように、スリット１８を形成す
る。
も上部絶縁膜１７および下部絶縁膜１３を貫通して犠牲
層１２の一部が露出するように、スリット１８を形成す
る。
【００４９】その後、図７（ｆ）に示すように、アッシ
ングまたは湿式エッチング等の方法によって犠牲層１２
を除去してダイアフラムと基板との間に空間１９を形成
する。以上の製造工程により、本実施形態のボロメータ
素子が作製される。
ングまたは湿式エッチング等の方法によって犠牲層１２
を除去してダイアフラムと基板との間に空間１９を形成
する。以上の製造工程により、本実施形態のボロメータ
素子が作製される。
【００５０】次に、上記ボロメータ素子をマトリクス状
に配置した赤外線撮像素子を用いて、赤外線カメラを作
製した。この赤外線撮像素子は、一辺が４０μｍのダイ
アフラム構造であって、このダイアフラムの略全面にＣ
ｒ2Ｏ3組成が１ａｔ％のＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる感温
抵抗変化膜を形成している。本実施形態で作製したＶ2
Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3膜は１０℃で相変態を起こし、相変態の
ばらつきによるΔＴは約３０℃であった。また、感温抵
抗変化膜の平均結晶粒径は約３０ｎｍ、平均体積は約
３．３９×１０-22ｍ3としている。この平均結晶粒径の
評価は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて行った。さら
に、この赤外線素子は、ペルチェ素子を用いて１０℃〜
１５℃の温度に保持した状態で赤外線を検出している。
に配置した赤外線撮像素子を用いて、赤外線カメラを作
製した。この赤外線撮像素子は、一辺が４０μｍのダイ
アフラム構造であって、このダイアフラムの略全面にＣ
ｒ2Ｏ3組成が１ａｔ％のＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる感温
抵抗変化膜を形成している。本実施形態で作製したＶ2
Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3膜は１０℃で相変態を起こし、相変態の
ばらつきによるΔＴは約３０℃であった。また、感温抵
抗変化膜の平均結晶粒径は約３０ｎｍ、平均体積は約
３．３９×１０-22ｍ3としている。この平均結晶粒径の
評価は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて行った。さら
に、この赤外線素子は、ペルチェ素子を用いて１０℃〜
１５℃の温度に保持した状態で赤外線を検出している。
【００５１】比較のために、感温抵抗変化膜を相変態を
起こさないＴｉ酸化物膜に置き換えた以外は、同様の素
子構造とした赤外線カメラを作製した。なお、この相変
態を起こさないＴｉ酸化物膜の抵抗温度係数は２．８％
／℃である。
起こさないＴｉ酸化物膜に置き換えた以外は、同様の素
子構造とした赤外線カメラを作製した。なお、この相変
態を起こさないＴｉ酸化物膜の抵抗温度係数は２．８％
／℃である。
【００５２】これら２つの赤外線カメラを用いて、同一
の温度の黒体からの赤外線を受光して出力信号を比較し
た結果、Ｖ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる感温抵抗変化膜を用
いた本実施形態の赤外線カメラでは、相変態を起こさな
いＴｉ酸化物膜を用いた比較例の赤外線カメラに比べ
て、約２．５倍の出力信号を得ることができた。さら
に、このときのＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3を用いた赤外線カメラ
の温度分解能（ＮＥＴＤ）は０．１％以下と良好であっ
た。
の温度の黒体からの赤外線を受光して出力信号を比較し
た結果、Ｖ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3からなる感温抵抗変化膜を用
いた本実施形態の赤外線カメラでは、相変態を起こさな
いＴｉ酸化物膜を用いた比較例の赤外線カメラに比べ
て、約２．５倍の出力信号を得ることができた。さら
に、このときのＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3を用いた赤外線カメラ
の温度分解能（ＮＥＴＤ）は０．１％以下と良好であっ
た。
【００５３】なお、本実施形態においては、ボロメータ
素子にＴｉＮからなる吸収膜を設けた構造について説明
したが、本発明の目的は高い抵抗温度係数と高い温度分
解能を有する感温抵抗変化膜を備えたボロメータ素子を
提供することであるため、吸収膜の有無や、絶縁性材料
および電極材料等にどのような材料を用いるかは本発明
に直接影響を与えるものではない。よって、本発明の目
的に影響を与えない範囲で所望の素子構造を用いること
ができると共にいかなる材料をも用いることができる。
素子にＴｉＮからなる吸収膜を設けた構造について説明
したが、本発明の目的は高い抵抗温度係数と高い温度分
解能を有する感温抵抗変化膜を備えたボロメータ素子を
提供することであるため、吸収膜の有無や、絶縁性材料
および電極材料等にどのような材料を用いるかは本発明
に直接影響を与えるものではない。よって、本発明の目
的に影響を与えない範囲で所望の素子構造を用いること
ができると共にいかなる材料をも用いることができる。
【００５４】本発明において、感温抵抗変化膜として
は、Ｖ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3の他にも、ＶＯ 2のようなＶを主
成分とする酸化物膜、Ｔｉ3Ｏ5、Ｔｉ4Ｏ7、Ｔｉ5Ｏ9お
よびＴｉ6Ｏ11のようなＴｉを主成分とする酸化物膜、
またはＬａＳｒＭｎＯおよびＬａＣａＭｎＯのようなＭ
ｎ酸化物を含む複酸化物膜等を用いることができる。
は、Ｖ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3の他にも、ＶＯ 2のようなＶを主
成分とする酸化物膜、Ｔｉ3Ｏ5、Ｔｉ4Ｏ7、Ｔｉ5Ｏ9お
よびＴｉ6Ｏ11のようなＴｉを主成分とする酸化物膜、
またはＬａＳｒＭｎＯおよびＬａＣａＭｎＯのようなＭ
ｎ酸化物を含む複酸化物膜等を用いることができる。
【００５５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
相変態を起こす感温抵抗変化材料を用いることにより、
従来に比べて飛躍的に感度の高い温度検出素子および撮
像装置を作製することができる。また、結晶の平均体積
Ｖｃを、要求される温度分解能および素子構造に応じて
制御することにより、結晶粒子間の相変態に伴う温度分
解能の低下を防いで、温度分解能に優れた温度検出素子
および撮像装置を作製することができる。
相変態を起こす感温抵抗変化材料を用いることにより、
従来に比べて飛躍的に感度の高い温度検出素子および撮
像装置を作製することができる。また、結晶の平均体積
Ｖｃを、要求される温度分解能および素子構造に応じて
制御することにより、結晶粒子間の相変態に伴う温度分
解能の低下を防いで、温度分解能に優れた温度検出素子
および撮像装置を作製することができる。
【図１】本発明に係る感温抵抗変化膜について、抵抗値
の温度特性を示す図である。
の温度特性を示す図である。
【図２】本発明に係る感温抵抗変化膜について、Ｘ線回
折による回析結果を示す図である。
折による回析結果を示す図である。
【図３】本発明に係る感温抵抗変化膜について、温度変
化による相変態を説明するための模式図である。
化による相変態を説明するための模式図である。
【図４】本発明に係る感温抵抗変化膜について、温度変
化による相変態を説明するための模式図である。
化による相変態を説明するための模式図である。
【図５】本発明に係る感温抵抗変化膜について、相変態
温度範囲と結晶粒径との関係を示す図である。
温度範囲と結晶粒径との関係を示す図である。
【図６】本発明に係るボロメータ素子の概略構成を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図７】本発明に係るボロメータ素子の製造方法を説明
するための断面図である。
するための断面図である。
【図８】酸化バナジウムの温度に対する電気伝導度を示
す図である。
す図である。
【図９】Ｖ−Ｏ系の平衡状態を示す図である。
１ ボロメータ素子 ２ 基板 ３ 脚 ４ ダイアフラム ５ 入射赤外線 ６、９ コンタクト部 １１ 保護層 １２ 犠牲層 １３ 下部絶縁膜 １４ 感温抵抗変化膜 １５ スルーホール １６ 電極層 １７ 上部絶縁膜 １８ スリット １９ 空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薦田 智久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA12 BE08 DA18 2G066 AC13 BA09 BA55 CA02 4G048 AA03 AB01 AC08 AD02 AE05 5C024 AX06 CX37 CX41 EX15 GX08
Claims (6)
- 【請求項１】 相変態を生じる材料からなり、かつ、結
晶粒の平均体積Ｖｃが、 Ｖｃ≦Ｖ／Ｎ （Ｖ：素子中の感温抵抗変化膜の体積、Ｎ：感温抵抗変
化膜中の結晶粒数） 但し、 Ｎ＝１／｜φ（Ｘ1）−φ（Ｘ2）｜ φ（Ｘ1）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ1 2／２） φ（Ｘ2）＝（２π）-1/2・Ｅｘｐ（−Ｘ2 2／２） Ｘ1＝３、Ｘ2＝６×（ΔＴｔ／２−ΔＴｎ）／ΔＴｔ （ΔＴｔ：感温抵抗変化膜の相変態温度範囲、ΔＴｎ：
感温抵抗変化膜に要求される温度分解能）を満たす感温
抵抗変化膜を用いた温度検出素子。 - 【請求項２】 前記感温抵抗変化膜の材料として、金属
酸化物を主成分とした材料を用いる請求項１に記載の温
度検出素子。 - 【請求項３】 前記感温抵抗変化膜の材料として、酸化
バナジウムを主成分とした材料を用いる請求項２に記載
の温度検出素子。 - 【請求項４】 前記感温抵抗変化膜の材料として、酸化
バナジウムに酸化クロムを添加した材料を用いる請求項
３に記載の温度検出素子。 - 【請求項５】 前記感温抵抗変化膜の材料として、材料
中のＣｒ2Ｏ3の組成が０．５ａｔ％以上１．８ａｔ％以
下であるＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3を用いる請求項４に記載の温
度検出素子。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の温度検出素子を用いた撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36845699A JP2001183236A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 温度検出素子およびこれを用いた撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36845699A JP2001183236A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 温度検出素子およびこれを用いた撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001183236A true JP2001183236A (ja) | 2001-07-06 |
Family
ID=18491870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36845699A Pending JP2001183236A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 温度検出素子およびこれを用いた撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001183236A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005062394A1 (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | Nec Corporation | ボロメータ |
| JP2015068687A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 株式会社デンソー | 温度センサ |
| JP2017125847A (ja) * | 2016-01-07 | 2017-07-20 | 株式会社デンソー | 温度センサ |
-
1999
- 1999-12-24 JP JP36845699A patent/JP2001183236A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005062394A1 (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | Nec Corporation | ボロメータ |
| JPWO2005062394A1 (ja) * | 2003-12-24 | 2007-07-19 | 日本電気株式会社 | ボロメータ |
| JP2015068687A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 株式会社デンソー | 温度センサ |
| JP2017125847A (ja) * | 2016-01-07 | 2017-07-20 | 株式会社デンソー | 温度センサ |
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| A02 | Decision of refusal |
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