JP2001330511A - 赤外線センサ - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力が大きくて感度の良い赤外線センサを提
供する。 【解決手段】 基板１２と、基板に支持されるダイヤフ
ラム部１４と、基板の上に冷接点２０が形成されダイヤ
フラム部の上に温接点１８が形成される少なくとも一つ
の熱電対１６と、ダイヤフラム部の上に熱電対の温接点
を覆いながら形成される赤外線吸収２４を含む赤外線セ
ンサであって、赤外線吸収膜の面積を前記ダイヤフラム
部の面積の６４％から１００％にしたことを特徴とす
る。
供する。 【解決手段】 基板１２と、基板に支持されるダイヤフ
ラム部１４と、基板の上に冷接点２０が形成されダイヤ
フラム部の上に温接点１８が形成される少なくとも一つ
の熱電対１６と、ダイヤフラム部の上に熱電対の温接点
を覆いながら形成される赤外線吸収２４を含む赤外線セ
ンサであって、赤外線吸収膜の面積を前記ダイヤフラム
部の面積の６４％から１００％にしたことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は赤外線センサに関
し、特に、ダイヤフラム構造を備える赤外線センサに関
する。
し、特に、ダイヤフラム構造を備える赤外線センサに関
する。
【０００２】
【従来の技術】本願発明の背景となる従来の赤外線セン
サがたとえば特開平５−１７２６２９号に開示されてい
る。この従来の赤外線センサ１は、図５および図６に示
すように基板２にダイヤフラム部３が支持されている。
ダイヤフラム部３は熱絶縁構造部位である。ダイヤフラ
ム部３の上にはサーミスタ等の赤外線検出部４が形成さ
れる。ダイヤフラム部３の上に赤外線検出部４を設ける
構成としているのは、赤外線検出部４の温度上昇幅を大
きくして赤外線検出の感度や応答性を高めるためであ
る。そして、この赤外線センサ１では、ダイヤフラム部
３から支持基板２へ熱が逃げることを防止することによ
り赤外線検出部４の温度上昇幅を大きくすることを目的
として、平面矩形状の赤外線検出部４の外周各辺の長さ
を平面視矩形状のダイヤフラム部３の各辺の長さの概ね
２／３とすることを特徴としている。これは、面積比で
いえば、赤外線検出部４の面積は、ダイヤフラム部３の
面積の４４％程度である。
サがたとえば特開平５−１７２６２９号に開示されてい
る。この従来の赤外線センサ１は、図５および図６に示
すように基板２にダイヤフラム部３が支持されている。
ダイヤフラム部３は熱絶縁構造部位である。ダイヤフラ
ム部３の上にはサーミスタ等の赤外線検出部４が形成さ
れる。ダイヤフラム部３の上に赤外線検出部４を設ける
構成としているのは、赤外線検出部４の温度上昇幅を大
きくして赤外線検出の感度や応答性を高めるためであ
る。そして、この赤外線センサ１では、ダイヤフラム部
３から支持基板２へ熱が逃げることを防止することによ
り赤外線検出部４の温度上昇幅を大きくすることを目的
として、平面矩形状の赤外線検出部４の外周各辺の長さ
を平面視矩形状のダイヤフラム部３の各辺の長さの概ね
２／３とすることを特徴としている。これは、面積比で
いえば、赤外線検出部４の面積は、ダイヤフラム部３の
面積の４４％程度である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな赤外線センサ１においては、ダイヤフラム部３の厚
みが薄く熱伝導率も低いため、支持基板への熱の逃げ量
よりもダイヤフラム部３に接触する外気への熱の逃げ量
の方が相対的に大きくなる。そのため、図７に示すよう
に、真空度が上がれば、雰囲気中への熱の逃げが小さく
なり、赤外線センサの出力電圧が３倍になる場合があ
る。このような赤外線センサにおいては、赤外線吸収膜
の一辺長さとダイヤフラム部の一辺長さの比が２／３で
は最適値とならず、出力が大きくて感度の良いセンサを
得ることが困難である。
うな赤外線センサ１においては、ダイヤフラム部３の厚
みが薄く熱伝導率も低いため、支持基板への熱の逃げ量
よりもダイヤフラム部３に接触する外気への熱の逃げ量
の方が相対的に大きくなる。そのため、図７に示すよう
に、真空度が上がれば、雰囲気中への熱の逃げが小さく
なり、赤外線センサの出力電圧が３倍になる場合があ
る。このような赤外線センサにおいては、赤外線吸収膜
の一辺長さとダイヤフラム部の一辺長さの比が２／３で
は最適値とならず、出力が大きくて感度の良いセンサを
得ることが困難である。
【０００４】それゆえに、本願発明の主たる目的は、出
力が大きくて感度の良い赤外線センサを提供することで
ある。
力が大きくて感度の良い赤外線センサを提供することで
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明にかかる赤外線
センサは、基板と、基板に支持されるダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであって、赤外線吸
収膜の面積をダイヤフラム部の面積の６４％から１００
％にしたことを特徴とする、赤外線センサである。
センサは、基板と、基板に支持されるダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであって、赤外線吸
収膜の面積をダイヤフラム部の面積の６４％から１００
％にしたことを特徴とする、赤外線センサである。
【０００６】また、本願発明にかかる赤外線センサは、
基板と、基板に支持される略矩形状のダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
略矩形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の辺長さをダイヤフラム部の辺長さの
８／１０から１０／１０にしたことを特徴とする、赤外
線センサである。
基板と、基板に支持される略矩形状のダイヤフラム部
と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上に
温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイヤ
フラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成される
略矩形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の辺長さをダイヤフラム部の辺長さの
８／１０から１０／１０にしたことを特徴とする、赤外
線センサである。
【０００７】さらに、本願発明にかかる赤外線センサ
は、基板と、基板に支持される略円形状のダイヤフラム
部と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上
に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイ
ヤフラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成され
る略円形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の内径をダイヤフラム部の内径の８／
１０から１０／１０にすることを特徴とする、赤外線セ
ンサである。
は、基板と、基板に支持される略円形状のダイヤフラム
部と、基板の上に冷接点が形成されダイヤフラム部の上
に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対と、ダイ
ヤフラム部の上に熱電対の温接点を覆いながら形成され
る略円形状の赤外線吸収膜とを含む赤外線センサであっ
て、赤外線吸収膜の内径をダイヤフラム部の内径の８／
１０から１０／１０にすることを特徴とする、赤外線セ
ンサである。
【０００８】上述の構造とすることにより、ダイヤフラ
ム部から雰囲気中への熱の逃げが抑制される。また、赤
外線吸収膜の面積が増えることにより、ダイヤフラム部
が受け取る熱量の増加量が大きくなり、ダイヤフラム部
の温度上昇幅が大きくなる。そのため、出力が大きく、
感度の良い赤外線センサを得ることができる。
ム部から雰囲気中への熱の逃げが抑制される。また、赤
外線吸収膜の面積が増えることにより、ダイヤフラム部
が受け取る熱量の増加量が大きくなり、ダイヤフラム部
の温度上昇幅が大きくなる。そのため、出力が大きく、
感度の良い赤外線センサを得ることができる。
【０００９】本願発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本願発明にかかる赤外線セ
ンサの一実施例を示す平面図解図であり、図２はその線
ＩＩ−ＩＩにおける断面図解図である。図１に示す赤外
線センサ１０は、薄膜型サーモパイル素子である。この
赤外線センサ１０は、たとえばＳｉなどでなる基板１２
を含む。基板１２の表面の全面にはたとえば窒化シリコ
ンや酸化シリコンなどでなる絶縁膜１３が形成される。
基板１２の略中央部には、平面視矩形状の空洞部１２ａ
が形成される。空洞部１２ａを覆う絶縁膜１３によって
ダイヤフラム部１４が構成される。ダイヤフラム部１４
は熱容量が小さく横方向への熱の逃げが少ない熱絶縁構
造部位である。
ンサの一実施例を示す平面図解図であり、図２はその線
ＩＩ−ＩＩにおける断面図解図である。図１に示す赤外
線センサ１０は、薄膜型サーモパイル素子である。この
赤外線センサ１０は、たとえばＳｉなどでなる基板１２
を含む。基板１２の表面の全面にはたとえば窒化シリコ
ンや酸化シリコンなどでなる絶縁膜１３が形成される。
基板１２の略中央部には、平面視矩形状の空洞部１２ａ
が形成される。空洞部１２ａを覆う絶縁膜１３によって
ダイヤフラム部１４が構成される。ダイヤフラム部１４
は熱容量が小さく横方向への熱の逃げが少ない熱絶縁構
造部位である。
【００１１】この赤外線センサ１０はたとえば複数の熱
電対を直列または並列に接続してなるサーモパイル１６
を備える。サーモパイル１６は、温接点１８、冷接点２
０、および熱電対パターンで構成される。サーモバイル
１６の温接点１８はダイヤフラム部１４上に形成され、
冷接点２０はダイヤフラム部１４の周囲の基板１２上に
形成される。温接点１８と冷接点２０との間はたとえば
多結晶シリコン、ＩｎＳｂ、Ｓｂ、Ｂｉなどで形成され
た熱電対パターンで接続される。サーモパイル１６の表
面は図示しないパシベーション膜で覆われる。またダイ
ヤフラム部１４の周囲の基板１２上には、サーモパイル
１６の両端に接続された入出力電極２２が形成される。
電対を直列または並列に接続してなるサーモパイル１６
を備える。サーモパイル１６は、温接点１８、冷接点２
０、および熱電対パターンで構成される。サーモバイル
１６の温接点１８はダイヤフラム部１４上に形成され、
冷接点２０はダイヤフラム部１４の周囲の基板１２上に
形成される。温接点１８と冷接点２０との間はたとえば
多結晶シリコン、ＩｎＳｂ、Ｓｂ、Ｂｉなどで形成され
た熱電対パターンで接続される。サーモパイル１６の表
面は図示しないパシベーション膜で覆われる。またダイ
ヤフラム部１４の周囲の基板１２上には、サーモパイル
１６の両端に接続された入出力電極２２が形成される。
【００１２】さらに、ダイヤフラム部１４上には、たと
えばＮｉＣｒ、金黒、酸化チタンなどでなる平面視略矩
形状の赤外線吸収膜２４が温接点１８を覆いながら形成
される。赤外線吸収膜２４は、センサに入射する赤外線
を吸収してダイヤフラム部１４の温度を効率良く上昇さ
せるためのものである。
えばＮｉＣｒ、金黒、酸化チタンなどでなる平面視略矩
形状の赤外線吸収膜２４が温接点１８を覆いながら形成
される。赤外線吸収膜２４は、センサに入射する赤外線
を吸収してダイヤフラム部１４の温度を効率良く上昇さ
せるためのものである。
【００１３】この赤外線センサ１０の製造方法の一実施
例を説明する。まず、平板状の基板１２′が準備され
る。次に、基板１２′上の全面に絶縁膜１３が形成され
る。絶縁膜１３は単層に限らず複数層を積層して形成し
てもよい。さらに、その上にＰ型熱電パターン２６とＮ
型熱電パターン２８とを温接点１８と冷接点２０とで接
続した構造のサーモパイル１６が形成される。サーモパ
イル１６の表面にはパシベーション膜が形成される。次
に、平板状の基板１２′のサーモパイル１６の形成され
た面とは反対側の面の略中央部を異方性エッチングし
て、空洞部１２ａを形成することにより、ダイヤフラム
部１４が形成される。次に、ダイヤフラム部１４の表面
に温接点１８を覆うようにして赤外線吸収膜２４がメタ
ルマスクを用いてマスク成膜される。なお、マスク成膜
の代わりにリフトオフ法によるパターニングをして形成
してもよい。
例を説明する。まず、平板状の基板１２′が準備され
る。次に、基板１２′上の全面に絶縁膜１３が形成され
る。絶縁膜１３は単層に限らず複数層を積層して形成し
てもよい。さらに、その上にＰ型熱電パターン２６とＮ
型熱電パターン２８とを温接点１８と冷接点２０とで接
続した構造のサーモパイル１６が形成される。サーモパ
イル１６の表面にはパシベーション膜が形成される。次
に、平板状の基板１２′のサーモパイル１６の形成され
た面とは反対側の面の略中央部を異方性エッチングし
て、空洞部１２ａを形成することにより、ダイヤフラム
部１４が形成される。次に、ダイヤフラム部１４の表面
に温接点１８を覆うようにして赤外線吸収膜２４がメタ
ルマスクを用いてマスク成膜される。なお、マスク成膜
の代わりにリフトオフ法によるパターニングをして形成
してもよい。
【００１４】赤外線吸収膜２４の成膜材料のまわり込み
やアライメントずれにより、赤外線吸収膜２４が冷接点
２０に被さるとセンサ出力が減少するので好ましくな
い。そのため、赤外線吸収膜２４の成膜材料のまわり込
みや、アライメントずれによる影響を考慮して、０〜２
０％以下程度のプロセスマージンをとることが好まし
い。なお、成膜材料のまわり込みやアライメントずれ等
による影響を無視できる場合にはプロセスマージンは０
でもよい。
やアライメントずれにより、赤外線吸収膜２４が冷接点
２０に被さるとセンサ出力が減少するので好ましくな
い。そのため、赤外線吸収膜２４の成膜材料のまわり込
みや、アライメントずれによる影響を考慮して、０〜２
０％以下程度のプロセスマージンをとることが好まし
い。なお、成膜材料のまわり込みやアライメントずれ等
による影響を無視できる場合にはプロセスマージンは０
でもよい。
【００１５】図３は、赤外線吸収膜２４とダイヤフラム
部１４との面積比と、赤外線センサ１０の出力電圧との
関係を示すグラフである。図３から明らかなように、赤
外線吸収膜２４の面積が大きいほど、赤外線センサ１０
の出力電圧が大きくなるという結果が得られた。
部１４との面積比と、赤外線センサ１０の出力電圧との
関係を示すグラフである。図３から明らかなように、赤
外線吸収膜２４の面積が大きいほど、赤外線センサ１０
の出力電圧が大きくなるという結果が得られた。
【００１６】これらの理由から、略矩形状の赤外線吸収
膜２４の一辺長さは、略矩形矩形状のダイヤフラム部１
４の一辺長さの８０％以上１００％未満が好ましく、面
積比では、赤外線吸収膜２４の面積はダイヤフラム部１
４の面積の６４％以上１００％以下とすることが好まし
い。
膜２４の一辺長さは、略矩形矩形状のダイヤフラム部１
４の一辺長さの８０％以上１００％未満が好ましく、面
積比では、赤外線吸収膜２４の面積はダイヤフラム部１
４の面積の６４％以上１００％以下とすることが好まし
い。
【００１７】図４は本願発明にかかる赤外線センサの他
の実施例を示す平面図解図である。この赤外線センサ１
０は図１に示したものに比べてダイヤフラム部１４と赤
外線吸収膜２４の平面視形状をそれぞれ略円形状に形成
した点のみが異なる。この場合においては、赤外線吸収
膜２４の直径長さは、ダイヤフラム部１４の直径長さの
８０％以上１００％未満が好ましく、面積比では、赤外
線吸収膜２４の面積はダイヤフラム部１４の面積の６４
％以上１００％以下とすることが図１に示した実施例と
同様の理由で好ましい。
の実施例を示す平面図解図である。この赤外線センサ１
０は図１に示したものに比べてダイヤフラム部１４と赤
外線吸収膜２４の平面視形状をそれぞれ略円形状に形成
した点のみが異なる。この場合においては、赤外線吸収
膜２４の直径長さは、ダイヤフラム部１４の直径長さの
８０％以上１００％未満が好ましく、面積比では、赤外
線吸収膜２４の面積はダイヤフラム部１４の面積の６４
％以上１００％以下とすることが図１に示した実施例と
同様の理由で好ましい。
【００１８】
【発明の効果】本願発明によれば、センサの出力が大き
くて感度の良い赤外線センサを得ることができる。
くて感度の良い赤外線センサを得ることができる。
【図１】本願発明にかかる赤外線センサの一実施例を示
す平面図解図である。
す平面図解図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図解図であ
る。
る。
【図３】横軸に赤外線吸収膜とダイヤフラム部の面積比
をとり、縦軸にセンサ出力をとったグラフである。
をとり、縦軸にセンサ出力をとったグラフである。
【図４】本願発明にかかる赤外線センサの他の実施例を
示す平面図解図である。
示す平面図解図である。
【図５】本願発明の背景となる従来の赤外線センサを示
す平面図解図である。
す平面図解図である。
【図６】図５に示す線ＶＩ−ＶＩにおける断面図解図で
ある。
ある。
【図７】従来のダイヤフラム構造を備える赤外線センサ
の出力電圧と気圧との関係を示すグラフである。
の出力電圧と気圧との関係を示すグラフである。
１０ 赤外線センサ １２ 基板 １３ 絶縁膜 １４ ダイヤフラム部 １６ サーモパイル １８ 温接点 ２０ 冷接点 ２２ 入出力電極 ２４ 赤外線吸収膜 ２６ Ｐ型熱電パターン ２８ Ｎ型熱電パターン
Claims (3)
- 【請求項１】 基板、 前記基板に支持されるダイヤフラム部、 前記基板の上に冷接点が形成され前記ダイヤフラム部の
上に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対、およ
び前記ダイヤフラム部の上に前記熱電対の温接点を覆い
ながら形成される赤外線吸収膜を含む赤外線センサであ
って、 前記赤外線吸収膜の面積を前記ダイヤフラム部の面積の
６４％から１００％にしたことを特徴とする、赤外線セ
ンサ。 - 【請求項２】 基板、 前記基板に支持される略矩形状のダイヤフラム部、 前記基板の上に冷接点が形成され前記ダイヤフラム部の
上に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対、およ
び前記ダイヤフラム部の上に前記熱電対の温接点を覆い
ながら形成される略矩形状の赤外線吸収膜を含む赤外線
センサであって、 前記赤外線吸収膜の辺長さを前記ダイヤフラム部の辺長
さの８／１０から１０／１０にしたことを特徴とする、
赤外線センサ - 【請求項３】 基板、 前記基板に支持される略円形状のダイヤフラム部、 前記基板の上に冷接点が形成され前記ダイヤフラム部の
上に温接点が形成される少なくとも一つの熱電対、およ
び前記ダイヤフラム部の上に前記熱電対の温接点を覆い
ながら形成される略円形状の赤外線吸収膜を含む赤外線
センサであって、 前記赤外線吸収膜の内径を前記ダイヤフラム部の内径の
８／１０から１０／１０にすることを特徴とする、赤外
線センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000146655A JP2001330511A (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 赤外線センサ |
| US09/858,766 US6720559B2 (en) | 2000-05-18 | 2001-05-16 | Infrared sensor |
| DE10124155A DE10124155C2 (de) | 2000-05-18 | 2001-05-17 | Infrarotsensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000146655A JP2001330511A (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 赤外線センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001330511A true JP2001330511A (ja) | 2001-11-30 |
Family
ID=18652976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000146655A Pending JP2001330511A (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 赤外線センサ |
Country Status (3)
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