JP2001264158A - 熱型赤外線撮像素子 - Google Patents
熱型赤外線撮像素子Info
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】感光部の温度を均一化できるようにし、ノイズ
の少ない赤外線撮像出力を得ることが可能な熱型赤外線
撮像素子の実現を図る。 【解決手段】感光エリア１２の周辺には、その感光エリ
ア１２の四辺を取り囲むようにダミー薄膜感熱素子配列
１３が設けられている。このダミー薄膜感熱素子配列１
３は感光エリア１２全体の温度を均一化するために設け
られた疑似感熱素子であり、数行および数列程度のダミ
ー薄膜感熱素子群から構成されている。ダミー薄膜感熱
素子群は感光エリア１２を構成する複数の感熱素子と同
じ垂直走査線および水平走査線にそれぞれ接続されてお
り、感光エリア１２を構成する複数の感熱素子と行単位
で同時に駆動される。よって、撮像時には、ダミー薄膜
感熱素子で発生される熱が半導体基板１１に伝達され、
感光エリア１２の温度バイアスを均一にすることが可能
となる。
の少ない赤外線撮像出力を得ることが可能な熱型赤外線
撮像素子の実現を図る。 【解決手段】感光エリア１２の周辺には、その感光エリ
ア１２の四辺を取り囲むようにダミー薄膜感熱素子配列
１３が設けられている。このダミー薄膜感熱素子配列１
３は感光エリア１２全体の温度を均一化するために設け
られた疑似感熱素子であり、数行および数列程度のダミ
ー薄膜感熱素子群から構成されている。ダミー薄膜感熱
素子群は感光エリア１２を構成する複数の感熱素子と同
じ垂直走査線および水平走査線にそれぞれ接続されてお
り、感光エリア１２を構成する複数の感熱素子と行単位
で同時に駆動される。よって、撮像時には、ダミー薄膜
感熱素子で発生される熱が半導体基板１１に伝達され、
感光エリア１２の温度バイアスを均一にすることが可能
となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱型赤外線撮像素子
に関し、特に半導体基板上に配列された感熱素子を用い
て赤外線撮像を行う熱型赤外線撮像素子に関する。
に関し、特に半導体基板上に配列された感熱素子を用い
て赤外線撮像を行う熱型赤外線撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、赤外線検出器としては、ボロ
メータに代表されるような熱型のものが知られている。
ボロメータは温度係数の大きな部材からなる一種の抵抗
素子であり、温度計測、リモートセンシングなどの分野
で広く使用されている。最近では、その小型化・軽量化
の目的から、半導体基板上に感熱素子を配列してなる熱
型赤外線撮像素子が着目されている。
メータに代表されるような熱型のものが知られている。
ボロメータは温度係数の大きな部材からなる一種の抵抗
素子であり、温度計測、リモートセンシングなどの分野
で広く使用されている。最近では、その小型化・軽量化
の目的から、半導体基板上に感熱素子を配列してなる熱
型赤外線撮像素子が着目されている。
【０００３】この熱型赤外線撮像素子では、入射（撮
像）する赤外線による温度変化は、半導体基板上に配列
された複数の感熱素子によって検知され、そして各感熱
素子の抵抗変化に対応する信号が撮像信号として取り出
される。この場合、熱型赤外線検出器の感度を良くする
ために、感熱素子は温度変化による抵抗変化率の大きい
物質からなる薄膜とし、さらにその感熱素子は低熱伝導
率の支持脚で半導体基板に接続される。この感熱素子に
バイアス電流を印加することにより、感熱素子の抵抗値
の変化は電圧変化として検出されそれが増幅して出力さ
れる。
像）する赤外線による温度変化は、半導体基板上に配列
された複数の感熱素子によって検知され、そして各感熱
素子の抵抗変化に対応する信号が撮像信号として取り出
される。この場合、熱型赤外線検出器の感度を良くする
ために、感熱素子は温度変化による抵抗変化率の大きい
物質からなる薄膜とし、さらにその感熱素子は低熱伝導
率の支持脚で半導体基板に接続される。この感熱素子に
バイアス電流を印加することにより、感熱素子の抵抗値
の変化は電圧変化として検出されそれが増幅して出力さ
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のような感熱素子
を半導体基板上に多数配置して各感熱素子の温度変化を
検出することにより赤外線画像を検知することができる
が、感熱素子の温度変化を利用しているため、半導体基
板、および半導体基板周辺の温度変化によっても感熱素
子の信号出力は変化してしまう。特に感熱素子の抵抗変
化を読み出すためのバイアス電流による発熱によって半
導体基板に温度上昇が起こり、半導体基板中央と周辺で
は約１０℃の温度差が生じる。感熱素子を５０μｍピッ
チで配置し、温度抵抗係数を数％／Ｋ、支持脚の熱コン
ダクタンスを約５×１０−８Ｗ／Ｋとすると、バイアス
電流および各感熱素子の抵抗値のバラツキによって生じ
る各感熱素子の出力信号の差は数Ｖになり、入射する赤
外線によって生じる各感熱素子の温度変化による出力信
号は数ｍＶ以下である。これに加えて、前述した様に半
導体基板中央と周辺で温度差が大きいと、赤外線検知器
として安定して動作する範囲が基板中央だけになる等の
問題が生じる。
を半導体基板上に多数配置して各感熱素子の温度変化を
検出することにより赤外線画像を検知することができる
が、感熱素子の温度変化を利用しているため、半導体基
板、および半導体基板周辺の温度変化によっても感熱素
子の信号出力は変化してしまう。特に感熱素子の抵抗変
化を読み出すためのバイアス電流による発熱によって半
導体基板に温度上昇が起こり、半導体基板中央と周辺で
は約１０℃の温度差が生じる。感熱素子を５０μｍピッ
チで配置し、温度抵抗係数を数％／Ｋ、支持脚の熱コン
ダクタンスを約５×１０−８Ｗ／Ｋとすると、バイアス
電流および各感熱素子の抵抗値のバラツキによって生じ
る各感熱素子の出力信号の差は数Ｖになり、入射する赤
外線によって生じる各感熱素子の温度変化による出力信
号は数ｍＶ以下である。これに加えて、前述した様に半
導体基板中央と周辺で温度差が大きいと、赤外線検知器
として安定して動作する範囲が基板中央だけになる等の
問題が生じる。
【０００５】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、感光部における半導体基板の温度を、感光部中
央付近と感光部の周辺とで均一化することができる熱型
赤外線撮像素子を提供することを目的とする。
であり、感光部における半導体基板の温度を、感光部中
央付近と感光部の周辺とで均一化することができる熱型
赤外線撮像素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、半導体基板と、該半導体基板上に２次元
配列された複数の感熱素子を含む感光部とから構成され
た熱型赤外線撮像素子において、第１の配線部材を介し
て前記半導体基板に接続される前記感光部の複数の感熱
素子の周辺に、前記第１の配線部材よりも高熱伝導率の
第２の配線部材を介して前記半導体基板に接続される、
前記感熱素子よりも高抵抗の疑似感熱素子を複数配列し
てなることを特徴とする。
め、本発明は、半導体基板と、該半導体基板上に２次元
配列された複数の感熱素子を含む感光部とから構成され
た熱型赤外線撮像素子において、第１の配線部材を介し
て前記半導体基板に接続される前記感光部の複数の感熱
素子の周辺に、前記第１の配線部材よりも高熱伝導率の
第２の配線部材を介して前記半導体基板に接続される、
前記感熱素子よりも高抵抗の疑似感熱素子を複数配列し
てなることを特徴とする。
【０００７】この熱型赤外線撮像素子においては、感光
部を構成する複数の感熱素子の周辺に複数の疑似感熱素
子が配列されているので、それら疑似感熱素子に流れる
電流による自己発熱により、感光部の周囲温度を高める
ことができる。このため、感光部における半導体基板の
温度を、感光部中央付近と感光部の周辺とで均一化する
ことが可能となる。特に、疑似感熱素子については、そ
の抵抗値を高くして発熱量を増加させ、感光部の感熱素
子の配線部材よりも高熱伝導率（低熱抵抗）の部材で半
導体基板に接続しているので、疑似感熱素子から半導体
基板に効率よく熱を伝達することができ、例えば数行お
よび数列の比較的僅かな数の疑似感熱素子を設けるだけ
で温度の均一化を図ることが可能となる。
部を構成する複数の感熱素子の周辺に複数の疑似感熱素
子が配列されているので、それら疑似感熱素子に流れる
電流による自己発熱により、感光部の周囲温度を高める
ことができる。このため、感光部における半導体基板の
温度を、感光部中央付近と感光部の周辺とで均一化する
ことが可能となる。特に、疑似感熱素子については、そ
の抵抗値を高くして発熱量を増加させ、感光部の感熱素
子の配線部材よりも高熱伝導率（低熱抵抗）の部材で半
導体基板に接続しているので、疑似感熱素子から半導体
基板に効率よく熱を伝達することができ、例えば数行お
よび数列の比較的僅かな数の疑似感熱素子を設けるだけ
で温度の均一化を図ることが可能となる。
【０００８】また、複数の疑似感熱素子は感光部を構成
する複数の感熱素子と同じ行線および列線にそれぞれ接
続しておくことが好ましい。これにより、通常の行線駆
動回路によって、感光部の感熱素子と疑似感熱素子とを
行線単位で一緒に駆動することができるので、疑似感熱
素子を駆動するための専用の回路を用意する必要が無く
なり、小型化を図ることが可能となる。
する複数の感熱素子と同じ行線および列線にそれぞれ接
続しておくことが好ましい。これにより、通常の行線駆
動回路によって、感光部の感熱素子と疑似感熱素子とを
行線単位で一緒に駆動することができるので、疑似感熱
素子を駆動するための専用の回路を用意する必要が無く
なり、小型化を図ることが可能となる。
【０００９】また、前記複数の疑似感熱素子は、前記感
光部の周辺にその四辺を取り囲むように２次元配列する
ことにより、より温度の均一化効果を高めることが可能
となる。
光部の周辺にその四辺を取り囲むように２次元配列する
ことにより、より温度の均一化効果を高めることが可能
となる。
【００１０】また、疑似感熱素子については信号を検出
する必要はないので、疑似感熱素子間の配列ピッチは、
感光部の感熱素子間の配列ピッチよりも狭く設定するこ
とが好ましい。これにより、疑似感熱素子の配列による
素子サイズの増大を最小限に抑えることができる。
する必要はないので、疑似感熱素子間の配列ピッチは、
感光部の感熱素子間の配列ピッチよりも狭く設定するこ
とが好ましい。これにより、疑似感熱素子の配列による
素子サイズの増大を最小限に抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１には、本発明の一実施形態に係
る熱型赤外線撮像素子の基本構造が示されている。この
熱型赤外線撮像素子は半導体基板１１上に配列された薄
膜感熱素子を用いて赤外線撮像を行うためのものであ
り、図示のように、半導体基板１１上には、感光エリア
１２が配置されている。この感光エリア１２は赤外線検
知を行うためのものであり、行および列のマトリクス状
に２次元配列された多数の薄膜感熱素子から構成されて
いる。
施形態を説明する。図１には、本発明の一実施形態に係
る熱型赤外線撮像素子の基本構造が示されている。この
熱型赤外線撮像素子は半導体基板１１上に配列された薄
膜感熱素子を用いて赤外線撮像を行うためのものであ
り、図示のように、半導体基板１１上には、感光エリア
１２が配置されている。この感光エリア１２は赤外線検
知を行うためのものであり、行および列のマトリクス状
に２次元配列された多数の薄膜感熱素子から構成されて
いる。
【００１２】感光エリア１２の各薄膜感熱素子は、垂直
走査回路１４および水平走査回路１５によって駆動され
る行線（垂直走査線）および列線（水平走査線）にそれ
ぞれ接続されている。
走査回路１４および水平走査回路１５によって駆動され
る行線（垂直走査線）および列線（水平走査線）にそれ
ぞれ接続されている。
【００１３】さらに、感光エリア１２の周辺には、その
感光エリア１２の四辺を取り囲むようにダミー薄膜感熱
素子配列１３が設けられている。このダミー薄膜感熱素
子配列１３は感光エリア１２全体の温度を均一化するた
めに設けられた疑似感熱素子であり、数行および数列程
度のダミー薄膜感熱素子群から構成されている。
感光エリア１２の四辺を取り囲むようにダミー薄膜感熱
素子配列１３が設けられている。このダミー薄膜感熱素
子配列１３は感光エリア１２全体の温度を均一化するた
めに設けられた疑似感熱素子であり、数行および数列程
度のダミー薄膜感熱素子群から構成されている。
【００１４】これらダミー薄膜感熱素子群は感光エリア
１２を構成する複数の感熱素子と同じ垂直走査線および
水平走査線にそれぞれ接続されており、感光エリア１２
を構成する複数の感熱素子と行単位で同時に駆動され
る。
１２を構成する複数の感熱素子と同じ垂直走査線および
水平走査線にそれぞれ接続されており、感光エリア１２
を構成する複数の感熱素子と行単位で同時に駆動され
る。
【００１５】感光エリア１２の薄膜感熱素子は低熱伝導
率（高熱抵抗）の部材で半導体基板１１に接続されてい
るのに対し、ダミー薄膜感熱素子についてはその抵抗値
を感光エリア１２の薄膜感熱素子よりも高くして発熱量
を増加させていると共に、十分な温度バイアス効果が得
られるように高熱伝導率（低熱抵抗）の部材で半導体基
板１１に接続されている。このように、ダミー薄膜感熱
素子については、発熱量（抵抗値）を高くし、感光エリ
ア１２の薄膜感熱素子のそれよりも熱伝導率の高い部材
で半導体基板１１に接続する事により、より少ないダミ
ー薄膜感熱素子で効率よく熱を半導体基板１１に伝導す
ることが可能となる。
率（高熱抵抗）の部材で半導体基板１１に接続されてい
るのに対し、ダミー薄膜感熱素子についてはその抵抗値
を感光エリア１２の薄膜感熱素子よりも高くして発熱量
を増加させていると共に、十分な温度バイアス効果が得
られるように高熱伝導率（低熱抵抗）の部材で半導体基
板１１に接続されている。このように、ダミー薄膜感熱
素子については、発熱量（抵抗値）を高くし、感光エリ
ア１２の薄膜感熱素子のそれよりも熱伝導率の高い部材
で半導体基板１１に接続する事により、より少ないダミ
ー薄膜感熱素子で効率よく熱を半導体基板１１に伝導す
ることが可能となる。
【００１６】赤外線検出時（撮像時）には、感光エリア
１２の薄膜感熱素子が垂直走査回路１４および水平走査
回路１５によって順次選択されて各々の素子の温度に応
じた信号が撮像信号として出力アンプ１６から読み出さ
れる。この撮像時には、ダミー薄膜感熱素子配列１３の
各ダミー薄膜感熱素子も同時に駆動され、ダミー薄膜感
熱素子に電流が流れることによって発生する熱がダミー
薄膜感熱素子からその直下の半導体基板１１に伝達され
る。
１２の薄膜感熱素子が垂直走査回路１４および水平走査
回路１５によって順次選択されて各々の素子の温度に応
じた信号が撮像信号として出力アンプ１６から読み出さ
れる。この撮像時には、ダミー薄膜感熱素子配列１３の
各ダミー薄膜感熱素子も同時に駆動され、ダミー薄膜感
熱素子に電流が流れることによって発生する熱がダミー
薄膜感熱素子からその直下の半導体基板１１に伝達され
る。
【００１７】図２には、定常駆動時における感光エリア
１２下の半導体基板１１の温度分布の様子が示されてい
る。図２の横軸は感光エリア１２の中央部からの距離Ｌ
を示し、また縦軸は温度を示している。図２の実線はダ
ミー薄膜感熱素子配列１３が設けられていない場合の温
度分布であり、点線はダミー薄膜感熱素子配列１３を設
けた場合の温度分布である。
１２下の半導体基板１１の温度分布の様子が示されてい
る。図２の横軸は感光エリア１２の中央部からの距離Ｌ
を示し、また縦軸は温度を示している。図２の実線はダ
ミー薄膜感熱素子配列１３が設けられていない場合の温
度分布であり、点線はダミー薄膜感熱素子配列１３を設
けた場合の温度分布である。
【００１８】図２の実線で示されているように、ダミー
薄膜感熱素子配列１３が存在しない場合には、感光エリ
ア１２における半導体基板１１の温度は感光エリア１２
中央付近でもっとも高くなり、感光エリア１２の周辺部
ほど低くなる。これに対し、本実施形態のようにダミー
薄膜感熱素子配列１３を感光エリア１２の周辺に設けた
場合には、図２の点線で示すように、駆動時にダミー薄
膜感熱素子に流れる電流による自己発熱により、感光エ
リア１２の周囲温度を高めることができるので、これに
より感光エリア１２における半導体基板１１の温度を感
光エリア１２中央付近と感光エリア１２の周辺とで均一
化することが可能となる。
薄膜感熱素子配列１３が存在しない場合には、感光エリ
ア１２における半導体基板１１の温度は感光エリア１２
中央付近でもっとも高くなり、感光エリア１２の周辺部
ほど低くなる。これに対し、本実施形態のようにダミー
薄膜感熱素子配列１３を感光エリア１２の周辺に設けた
場合には、図２の点線で示すように、駆動時にダミー薄
膜感熱素子に流れる電流による自己発熱により、感光エ
リア１２の周囲温度を高めることができるので、これに
より感光エリア１２における半導体基板１１の温度を感
光エリア１２中央付近と感光エリア１２の周辺とで均一
化することが可能となる。
【００１９】従って、数行および数列のダミー薄膜感熱
素子配列１３を設けるだけで、感光エリア１２中央部と
温度バイアスが均一の感光素子の数を左右上下４方向に
それぞれΔＮだけ増加させることが可能となり、全感熱
素子数に対する熱検出に利用可能な有効素子数の占める
割合を大幅に高めることができる。具体的には、たとえ
ば２５６×２５６の感熱素子を形成した場合には、通常
はそのうちの２２０×２２０程度の素子しか実際の熱検
出に利用できないが、ダミー薄膜感熱素子配列１３を設
けることにより、２５６×２５６の感熱素子のうちの２
５３×２５３程度の素子を実際の熱検出に利用すること
が可能となる。
素子配列１３を設けるだけで、感光エリア１２中央部と
温度バイアスが均一の感光素子の数を左右上下４方向に
それぞれΔＮだけ増加させることが可能となり、全感熱
素子数に対する熱検出に利用可能な有効素子数の占める
割合を大幅に高めることができる。具体的には、たとえ
ば２５６×２５６の感熱素子を形成した場合には、通常
はそのうちの２２０×２２０程度の素子しか実際の熱検
出に利用できないが、ダミー薄膜感熱素子配列１３を設
けることにより、２５６×２５６の感熱素子のうちの２
５３×２５３程度の素子を実際の熱検出に利用すること
が可能となる。
【００２０】次に、図３を参照して、図１の熱型赤外線
撮像素子の回路構成を説明する。図３には、ダミー薄膜
感熱素子を感光エリア１２の周辺に１行１列ずつ配置し
た場合が例示されている。図３中、１１１は垂直走査
線、１１２は水平走査線、１１３は垂直走査線選択用の
垂直ＭＯＳトランジスタ、１１４は水平走査線選択用の
水平ＭＯＳトランジスタである。各垂直ＭＯＳトランジ
スタ１１３は電源ＶＤＤと対応する垂直走査線１１１と
の間に接続されており、また各水平ＭＯＳトランジスタ
１１４は、信号出力線と対応する水平走査線１１２との
間に接続されている。また、１１５はサンプルホールド
容量、２０１はダミー薄膜感熱素子、２０２は感光エリ
ア１２を構成する薄膜感熱素子を示している。
撮像素子の回路構成を説明する。図３には、ダミー薄膜
感熱素子を感光エリア１２の周辺に１行１列ずつ配置し
た場合が例示されている。図３中、１１１は垂直走査
線、１１２は水平走査線、１１３は垂直走査線選択用の
垂直ＭＯＳトランジスタ、１１４は水平走査線選択用の
水平ＭＯＳトランジスタである。各垂直ＭＯＳトランジ
スタ１１３は電源ＶＤＤと対応する垂直走査線１１１と
の間に接続されており、また各水平ＭＯＳトランジスタ
１１４は、信号出力線と対応する水平走査線１１２との
間に接続されている。また、１１５はサンプルホールド
容量、２０１はダミー薄膜感熱素子、２０２は感光エリ
ア１２を構成する薄膜感熱素子を示している。
【００２１】薄膜感熱素子２０２は金属酸化膜やセラミ
ックス等の抵抗値の温度変化率が大きい材料から形成さ
れている。よってこれらの薄膜感熱素子２０２を垂直走
査回路１４によって行単位で順次駆動し、このときのサ
ンプルホールド容量１１５の蓄積電圧の差を列毎に選択
しながら読み出すことにより、撮像する物体（目標）の
温度変化に対応する撮像信号を得ることができる。
ックス等の抵抗値の温度変化率が大きい材料から形成さ
れている。よってこれらの薄膜感熱素子２０２を垂直走
査回路１４によって行単位で順次駆動し、このときのサ
ンプルホールド容量１１５の蓄積電圧の差を列毎に選択
しながら読み出すことにより、撮像する物体（目標）の
温度変化に対応する撮像信号を得ることができる。
【００２２】ここで問題となるのは、撮像時に各々の薄
膜感熱素子２０２に流れる電流による温度変化である。
この自己発熱による温度変化の様子を図４に示す。
膜感熱素子２０２に流れる電流による温度変化である。
この自己発熱による温度変化の様子を図４に示す。
【００２３】図４は、１つの薄膜感熱素子２０２（１セ
ル）当たりの温度変化の様子を示している。各垂直走査
線１１１はたとえば１／６０秒の周期で垂直走査回路１
４から定期的に発生される垂直駆動パルスによって選択
される。選択された垂直走査線１１１は、垂直ＭＯＳト
ランジスタ１１３を介して電源ＶＤＤに接続される。こ
れにより、その選択された垂直走査線１１１に接続され
ている各薄膜感熱素子２０２には電源ＶＤＤが印加さ
れ、薄膜感熱素子２０２に電流が流れる。この時、薄膜
感熱素子２０２に流れる電流により、薄膜感熱素子２０
２の温度は急激に上昇し、駆動終了後、徐々に低下す
る。この自己発熱による温度上昇は本来の信号分による
温度変化量の数百倍の大きさである。本来の信号分によ
る温度変化は自己発熱による温度変化に重畳された形で
現れることになる。
ル）当たりの温度変化の様子を示している。各垂直走査
線１１１はたとえば１／６０秒の周期で垂直走査回路１
４から定期的に発生される垂直駆動パルスによって選択
される。選択された垂直走査線１１１は、垂直ＭＯＳト
ランジスタ１１３を介して電源ＶＤＤに接続される。こ
れにより、その選択された垂直走査線１１１に接続され
ている各薄膜感熱素子２０２には電源ＶＤＤが印加さ
れ、薄膜感熱素子２０２に電流が流れる。この時、薄膜
感熱素子２０２に流れる電流により、薄膜感熱素子２０
２の温度は急激に上昇し、駆動終了後、徐々に低下す
る。この自己発熱による温度上昇は本来の信号分による
温度変化量の数百倍の大きさである。本来の信号分によ
る温度変化は自己発熱による温度変化に重畳された形で
現れることになる。
【００２４】このような駆動を繰り返し行うことによ
り、感光エリア１２下の半導体基板１１の温度が上昇し
はじめ、一定時間駆動すると図２の実線のような温度分
布に収束するのである。
り、感光エリア１２下の半導体基板１１の温度が上昇し
はじめ、一定時間駆動すると図２の実線のような温度分
布に収束するのである。
【００２５】本実施形態では、薄膜感熱素子２０２の駆
動時には、ダミー薄膜感熱素子２０１も一緒に駆動され
る。このため、ダミー薄膜感熱素子２０１もそこに流れ
る電流によって温度上昇し、その熱が感光エリア１２周
辺の半導体基板１１上に伝達される。よって、感光エリ
ア１２周辺の半導体基板１１のバイアス温度を高めるこ
とができ、感光エリア１２における半導体基板１１のバ
イアス温度を感光エリア１２中央付近と感光エリア１２
の周辺とで均一化することが可能となる。
動時には、ダミー薄膜感熱素子２０１も一緒に駆動され
る。このため、ダミー薄膜感熱素子２０１もそこに流れ
る電流によって温度上昇し、その熱が感光エリア１２周
辺の半導体基板１１上に伝達される。よって、感光エリ
ア１２周辺の半導体基板１１のバイアス温度を高めるこ
とができ、感光エリア１２における半導体基板１１のバ
イアス温度を感光エリア１２中央付近と感光エリア１２
の周辺とで均一化することが可能となる。
【００２６】なお、ダミー薄膜感熱素子２０１はあくま
で温度の均一化を図るためのものであるため、信号の読
み出しには利用されない。
で温度の均一化を図るためのものであるため、信号の読
み出しには利用されない。
【００２７】次に、図５および図６を参照して、各セル
の配線構造について説明する。図５は各セル周辺の配線
パターンを示しており、また図６はその断面構造を示し
ている。
の配線構造について説明する。図５は各セル周辺の配線
パターンを示しており、また図６はその断面構造を示し
ている。
【００２８】ダミー薄膜感熱素子２０１および薄膜感熱
素子２０２のどちらもその配線レイアウトは同じであ
り、薄膜感熱素子が形成されるベース部３００は、半導
体基板１１との間に中空部が設けられるように、その支
持脚である配線部材３０１および３０２によって半導体
基板１１上に支持されている。
素子２０２のどちらもその配線レイアウトは同じであ
り、薄膜感熱素子が形成されるベース部３００は、半導
体基板１１との間に中空部が設けられるように、その支
持脚である配線部材３０１および３０２によって半導体
基板１１上に支持されている。
【００２９】ベース部３００上の薄膜感熱素子の一端
は、半導体基板１１上に形成された配線層からなる垂直
走査線１１１に配線部材３０１を介して接続され、また
ベース部３００上の薄膜感熱素子の他端は、半導体基板
１１上に形成された配線層からなる水平走査線１１２に
配線部材３０２を介して接続される。
は、半導体基板１１上に形成された配線層からなる垂直
走査線１１１に配線部材３０１を介して接続され、また
ベース部３００上の薄膜感熱素子の他端は、半導体基板
１１上に形成された配線層からなる水平走査線１１２に
配線部材３０２を介して接続される。
【００３０】この場合、薄膜感熱素子２０２が形成され
るベース部３００の配線部材３０１および３０２には、
それぞれ低熱伝導率（高熱抵抗）の部材が用いられ、ま
たダミー薄膜感熱素子２０１が形成されるベース部３０
０の配線部材３０１および３０２には、それぞれ高熱伝
導率（低熱抵抗）の部材が用いられている。
るベース部３００の配線部材３０１および３０２には、
それぞれ低熱伝導率（高熱抵抗）の部材が用いられ、ま
たダミー薄膜感熱素子２０１が形成されるベース部３０
０の配線部材３０１および３０２には、それぞれ高熱伝
導率（低熱抵抗）の部材が用いられている。
【００３１】これにより、薄膜感熱素子２０２は高熱抵
抗で半導体基板１１に接続され、ダミー薄膜感熱素子２
０１は低熱抵抗で半導体基板１１に接続されることにな
る。よって、薄膜感熱素子２０２については、選択時に
流れる電流によって上昇された温度を次の選択時までに
元の状態に戻すことができ、またダミー薄膜感熱素子２
０１についてはその駆動時に発生する熱を効率よく半導
体基板１１に伝達することができる。
抗で半導体基板１１に接続され、ダミー薄膜感熱素子２
０１は低熱抵抗で半導体基板１１に接続されることにな
る。よって、薄膜感熱素子２０２については、選択時に
流れる電流によって上昇された温度を次の選択時までに
元の状態に戻すことができ、またダミー薄膜感熱素子２
０１についてはその駆動時に発生する熱を効率よく半導
体基板１１に伝達することができる。
【００３２】なお、薄膜感熱素子２０２を配列するピッ
チは通常は５０μｍ程度であるが、ダミー薄膜感熱素子
２０１の部分は信号を検出する必要は無いのでピッチを
狭くすることが可能である。また、ダミー薄膜感熱素子
２０１の部分においては、光入射窓も基本的には不要と
なるので、それによる微細化効果も得られる。よって、
ダミー薄膜感熱素子２０１の追加によって引き起こされ
る感光エリアサイズ全体の大きさの増大は必要最小限に
抑えることができる。
チは通常は５０μｍ程度であるが、ダミー薄膜感熱素子
２０１の部分は信号を検出する必要は無いのでピッチを
狭くすることが可能である。また、ダミー薄膜感熱素子
２０１の部分においては、光入射窓も基本的には不要と
なるので、それによる微細化効果も得られる。よって、
ダミー薄膜感熱素子２０１の追加によって引き起こされ
る感光エリアサイズ全体の大きさの増大は必要最小限に
抑えることができる。
【００３３】また、本実施形態では、ダミー薄膜感熱素
子２０１を薄膜感熱素子２０２と同じ行線に接続して薄
膜感熱素子２０２と一緒に駆動されるように構成した
が、ダミー薄膜感熱素子２０１に電流を流すための専用
の駆動回路を設けることも可能である。
子２０１を薄膜感熱素子２０２と同じ行線に接続して薄
膜感熱素子２０２と一緒に駆動されるように構成した
が、ダミー薄膜感熱素子２０１に電流を流すための専用
の駆動回路を設けることも可能である。
【００３４】また、本実施形態においては、感熱素子の
発熱によって半導体基板の中央の温度が高くなり、周辺
が低いという状況を考慮して、感光エリア１２の周辺に
配置したダミー薄膜感熱素子２０１の抵抗値を高くして
発熱量を増加させ、高熱伝導率で半導体基板１１に接続
したが、実際には出力アンプ１６、垂直ＭＯＳトランジ
スタ１１３等の周辺回路素子も発熱するので、それら周
辺回路素子付近のダミー薄膜感熱素子２０１について
は、半導体基板１１に接続する支持脚の熱伝導率、ダミ
ー薄膜感熱素子の発熱量（抵抗値）を調整し、他の部分
のダミー薄膜感熱素子２０１よりも低熱伝導率で半導体
基板に接続することが好ましい。
発熱によって半導体基板の中央の温度が高くなり、周辺
が低いという状況を考慮して、感光エリア１２の周辺に
配置したダミー薄膜感熱素子２０１の抵抗値を高くして
発熱量を増加させ、高熱伝導率で半導体基板１１に接続
したが、実際には出力アンプ１６、垂直ＭＯＳトランジ
スタ１１３等の周辺回路素子も発熱するので、それら周
辺回路素子付近のダミー薄膜感熱素子２０１について
は、半導体基板１１に接続する支持脚の熱伝導率、ダミ
ー薄膜感熱素子の発熱量（抵抗値）を調整し、他の部分
のダミー薄膜感熱素子２０１よりも低熱伝導率で半導体
基板に接続することが好ましい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
感光部を構成する複数の感熱素子の周辺に複数の疑似感
熱素子を配列したことにより、赤外線を検知する感光部
のバイアス温度を均一化することが可能となる。特に、
疑似感熱素子については、感光部の感熱素子の配線部材
よりも高熱伝導率（低熱抵抗）の部材で半導体基板に接
続する事により、比較的僅かな数の疑似感熱素子を設け
るだけで温度の均一化を図ることが可能となる。
感光部を構成する複数の感熱素子の周辺に複数の疑似感
熱素子を配列したことにより、赤外線を検知する感光部
のバイアス温度を均一化することが可能となる。特に、
疑似感熱素子については、感光部の感熱素子の配線部材
よりも高熱伝導率（低熱抵抗）の部材で半導体基板に接
続する事により、比較的僅かな数の疑似感熱素子を設け
るだけで温度の均一化を図ることが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態に係る熱型赤外線撮像素子
の構造を示す平面図。
の構造を示す平面図。
【図２】同実施形態の熱型赤外線撮像素子における感光
部の温度分布を示す図。
部の温度分布を示す図。
【図３】同実施形態の熱型赤外線撮像素子の回路構成を
示す図。
示す図。
【図４】同実施形態の熱型赤外線撮像素子における感熱
素子の温度変化の様子を示す図。
素子の温度変化の様子を示す図。
【図５】同実施形態の熱型赤外線撮像素子で用いられる
各セルの配線構造を示す図。
各セルの配線構造を示す図。
【図６】同実施形態の熱型赤外線撮像素子で用いられる
各セルの断面構造を示す図。
各セルの断面構造を示す図。
１１…半導体基板 １２…感光エリア １３…ダミー感熱素子列 １４…垂直走査回路 １５…水平走査回路 １１１…垂直走査線（行線） １１２…水平走査線（列線） １１３…垂直ＭＯＳトランジスタ １１４…水平ＭＯＳトランジスタ ３０１，３０２…配線部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA02 BA12 BA14 BA34 BB49 BC02 BC03 BC08 CA12 CA13 CA21 2G066 BA09 BA13 BB07 BB09 BB11 BC04 4M118 AA06 AA10 AB01 BA07 BA30 CA26 CA35 CA40 CB20 FB03 FB08 FB22 FB30 HA10 5C024 AX06 CX13 CX27 GX08 HX44
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板と、該半導体基板上に２次元
配列された複数の感熱素子を含む感光部とから構成され
た熱型赤外線撮像素子において、 第１の配線部材を介して前記半導体基板に接続される前
記感光部の複数の感熱素子の周辺に、前記第１の配線部
材よりも高熱伝導率の第２の配線部材を介して前記半導
体基板に接続される、前記感熱素子よりも高抵抗の疑似
感熱素子を複数配列してなることを特徴とする熱型赤外
線撮像素子。 - 【請求項２】 前記複数の疑似感熱素子は、前記感光部
を構成する前記複数の感熱素子と同じ行線および列線に
それぞれ接続されており、 行線単位で前記疑似感熱素子と前記感光部の感熱素子と
が一緒に駆動されることを特徴とする請求項１記載の熱
型赤外線撮像素子。 - 【請求項３】 前記複数の疑似感熱素子は、前記感光部
の周辺にその四辺を取り囲むように２次元配列されてい
ることを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線撮像素
子。 - 【請求項４】 前記複数の疑似感熱素子間の配列ピッチ
は、前記感光部を構成する前記複数の感熱素子間の配列
ピッチよりも狭く設定されていることを特徴とする請求
項１記載の熱型赤外線撮像素子。 - 【請求項５】 半導体基板と、該半導体基板上に２次元
配列された複数の感熱素子を含む感光部とから構成され
た熱型赤外線撮像素子において、 前記感光部の周辺に配置され、駆動時に前記半導体基板
に熱を伝導する複数の疑似感熱素子と、 前記複数の疑似感熱素子を駆動するための駆動手段とを
具備することを特徴とする熱型赤外線撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000074487A JP3495309B2 (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 熱型赤外線撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000074487A JP3495309B2 (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 熱型赤外線撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264158A true JP2001264158A (ja) | 2001-09-26 |
| JP3495309B2 JP3495309B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=18592532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000074487A Expired - Fee Related JP3495309B2 (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 熱型赤外線撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3495309B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009079946A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Seiko Npc Corp | サーモパイル型赤外線センサ |
| JP2010216833A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Toshiba Corp | 赤外線固体撮像素子 |
| JP2010282224A (ja) * | 2010-08-13 | 2010-12-16 | Casio Computer Co Ltd | 撮像装置 |
| JP2012047484A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-08 | Toshiba Corp | 非冷却赤外線イメージセンサ |
| JP2019211389A (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| WO2019235060A1 (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| WO2020195466A1 (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置 |
-
2000
- 2000-03-16 JP JP2000074487A patent/JP3495309B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009079946A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Seiko Npc Corp | サーモパイル型赤外線センサ |
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| US8338902B2 (en) | 2010-08-24 | 2012-12-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Uncooled infrared image sensor |
| WO2019235058A1 (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| JP2019211389A (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| WO2019235060A1 (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| JP2019211390A (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| JP7142470B2 (ja) | 2018-06-07 | 2022-09-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| JP7142471B2 (ja) | 2018-06-07 | 2022-09-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出器 |
| WO2020195466A1 (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置 |
| JPWO2020195466A1 (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | ||
| CN113677962A (zh) * | 2019-03-27 | 2021-11-19 | 松下知识产权经营株式会社 | 红外传感器和配备有红外传感器的红外传感器装置 |
| JP7503795B2 (ja) | 2019-03-27 | 2024-06-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3495309B2 (ja) | 2004-02-09 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |