JP2002328086A - Light source for acoustooptical gas sensor and manufacturing method therefor - Google Patents

Light source for acoustooptical gas sensor and manufacturing method therefor

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JP2002328086A
JP2002328086A JP2001132482A JP2001132482A JP2002328086A JP 2002328086 A JP2002328086 A JP 2002328086A JP 2001132482 A JP2001132482 A JP 2001132482A JP 2001132482 A JP2001132482 A JP 2001132482A JP 2002328086 A JP2002328086 A JP 2002328086A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
infrared light
thin film
light source
gas sensor
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Application number
JP2001132482A
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Japanese (ja)
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Nobuaki Honda
宣昭 本田
Hisatoshi Fujiwara
久利 藤原
Takashi Kihara
隆 木原
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source for an acoustooptical gas sensor of a simple structure, capable of efficiently guiding (irradiating) an infrared light outputted from a thin-film heater formed on an insulating thin-film bridge into a cavity of the acostooptiacal gas sensor. SOLUTION: There are provided a semiconductor substrate 11 where a recessed part 12 is formed on its surface, an insulating thin-film bridge 13 which is so provided as to stride the recessed part of the semiconductor substrate, and a thin-film heater 14 which is formed on the insulating thin-film bridge to output an infrared light. An infrared light reflecting film 15 of Au, Al, or the like is coated to enclose the thin-film heater, especially on the inside wall surface of the recessed part and/or on the rear surface of the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシンニ
ング技術を用いて実現される小型の光音響ガスセンサに
組み込むに好適な光音響ガスセンサ用光源およびその製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source for a photoacoustic gas sensor suitable for being incorporated in a small-sized photoacoustic gas sensor realized by using micromachining technology, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【関連する背景技術】光音響ガスセンサは、特定種類の
ガスが特定波長の赤外線を吸収して熱膨張すると言う現
象を利用して、空気等の混合ガス中の特定種類のガス、
例えばCO2の濃度を検出するものである。即ち、特定
波長を有し、経時的に強さが変化する赤外線を空気に照
射すると、空気中に存在するCO2濃度が高い程、大き
な熱膨張・熱収縮が発生する。従ってこの現象を気圧
(音圧)の変化として検出すれば、これによって空気中
のCO2濃度を検出することが可能となる。ちなみにこ
の種の光音響ガスセンサは、基本的には図4に示すよう
にガスが導入されるキャビティ1と、このキャビティ1
内に赤外線を変調してパルス照射する光源2と、前記キ
ャビティ1の壁面の一部(天井面)をなしてキャビティ
1内の音圧に感応するマイクロホン3とを備えて構成さ
れる。
[Related Background Art] A photoacoustic gas sensor utilizes a phenomenon in which a specific type of gas absorbs infrared rays of a specific wavelength and thermally expands, thereby using a specific type of gas in a mixed gas such as air.
For example, it detects the concentration of CO 2 . That is, when air is irradiated with infrared light having a specific wavelength and the intensity of which changes with time, the greater the CO 2 concentration in the air, the greater the thermal expansion and contraction. Therefore, if this phenomenon is detected as a change in atmospheric pressure (sound pressure), it becomes possible to detect the CO 2 concentration in the air. Incidentally, this type of photoacoustic gas sensor basically has a cavity 1 into which gas is introduced as shown in FIG.
The light source 2 includes a light source 2 that modulates infrared rays and emits a pulse, and a microphone 3 that forms part of the wall surface (ceiling surface) of the cavity 1 and that is sensitive to the sound pressure in the cavity 1.

【0003】ところで最近、この種の光音響ガスセンサ
を、半導体デバイス製造技術を応用して小型化すること
が試みられている。例えばマイクロマシンニング技術を
用いて実現される小型の光音響ガスセンサにおいては、
上記キャビティ1は赤外光に対して透明なSi基板をエ
ッチング加工して所定の空間部を形成して構成され、更
にキャビティ1内にガスを導入するガス通流路4を設け
た構造を有する。このガス通流路4には、通常、ガスの
通流を制限してキャビティ1内とその外部との間でのガ
ス(空気)の通流(置換)を維持しながら、前述した赤
外光の吸収によるガスの熱膨張に応じて前記キャビティ
1内の音圧を変化させる為のガス拡散フィルタ5が設け
られる。このガス拡散フィルタ5は、微細な通気孔を多
数有するもので、ガスの通流を制限することでキャビテ
ィ1内とその外部との間でのガス(空気)の通流(置
換)を維持しながら、前述した赤外光の吸収によるガス
の熱膨張に応じて、前記キャビティ1内の音圧を変化さ
せる役割を担う。
Recently, attempts have been made to reduce the size of this type of photoacoustic gas sensor by applying semiconductor device manufacturing technology. For example, in a small photoacoustic gas sensor realized using micromachining technology,
The cavity 1 is formed by etching a Si substrate transparent to infrared light to form a predetermined space, and has a structure in which a gas passage 4 for introducing gas into the cavity 1 is provided. . Normally, the gas flow passage 4 restricts the flow of gas to maintain the flow (replacement) of gas (air) between the inside and the outside of the cavity 1 while maintaining the above-described infrared light. A gas diffusion filter 5 for changing the sound pressure in the cavity 1 according to the thermal expansion of the gas due to the absorption of the gas is provided. The gas diffusion filter 5 has a large number of fine ventilation holes, and maintains the flow (replacement) of gas (air) between the inside and the outside of the cavity 1 by restricting the flow of gas. However, it plays a role of changing the sound pressure in the cavity 1 according to the thermal expansion of the gas due to the absorption of the infrared light described above.

【0004】即ち、このガス拡散フィルタ5は、次の2
つの役割を担う。その1つは、赤外線のパルス照射によ
りキャビティ1内に発生する急激な圧力変化(音圧)に
対して大きな気流抵抗体として作用し、キャビティ1内
を実質的に密閉状態に保ってその音圧がキャビティ1の
外部に伝わらないようにする機能である。他の1つは、
温度や気圧等の外部環境変化に起因するキャビティ1内
における緩慢な圧力変化(音圧)に対しては気流抵抗体
として作用することなく、逆にキャビティ1内を外気に
開放した状態に保つ機能である。
That is, the gas diffusion filter 5 has the following 2
Plays one role. One of them is to act as a large airflow resistor against a sudden pressure change (sound pressure) generated in the cavity 1 due to the irradiation of the infrared pulse, and to maintain the inside of the cavity 1 in a substantially sealed state, thereby maintaining the sound pressure. Is a function of preventing the light from transmitting to the outside of the cavity 1. The other one is
A function to keep the cavity 1 open to the outside air without acting as an airflow resistor against a slow pressure change (sound pressure) in the cavity 1 due to an external environment change such as temperature and atmospheric pressure. It is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した小型
の光音響ガスセンサにおいて、その検出感度を十分に高
くするには、容積の小さいキャビティ1内におけるガス
の赤外光の吸収による熱膨張を確実に生起することが重
要である。この為には光源2が発する赤外光を無駄なく
効率的にキャビティ1内に導入することが必要である。
しかしながらこの種の光源2は、専ら、キャビティ1と
同様にSi基板を加工して実現され、例えばエッチング
により形成された空間部を跨いで設けた絶縁性薄膜ブリ
ッジ上に薄膜ヒータを形成した小型の構造を有する。こ
の為、その熱慣性が小さく、薄膜ヒータから出力される
赤外光の強度(赤外線密度)が必ずしも大きくない。
By the way, in the small photoacoustic gas sensor described above, in order to sufficiently increase the detection sensitivity, the thermal expansion of the gas in the small volume cavity 1 due to the absorption of infrared light must be ensured. It is important that they occur. For this purpose, it is necessary to efficiently introduce the infrared light emitted from the light source 2 into the cavity 1 without waste.
However, this type of light source 2 is realized only by processing a Si substrate in the same manner as the cavity 1, and for example, a small-sized light source in which a thin film heater is formed on an insulating thin film bridge provided across a space formed by etching. Having a structure. Therefore, its thermal inertia is small, and the intensity (infrared density) of the infrared light output from the thin film heater is not always large.

【0006】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、絶縁性薄膜ブリッジ上に形成さ
れた薄膜ヒータが出力する赤外光を、光音響ガスセンサ
のキャビティに効率的に導入(照射)してその赤外線照
射密度を高めることのできる簡易な構造の、小型の光音
響ガスセンサに組み込むに好適な光音響ガスセンサ用光
源およびその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and a purpose of the present invention is to efficiently transmit infrared light output by a thin film heater formed on an insulating thin film bridge to a cavity of a photoacoustic gas sensor. It is an object of the present invention to provide a light source for a photoacoustic gas sensor having a simple structure capable of being introduced (irradiated) into a small size photoacoustic gas sensor and capable of increasing its infrared irradiation density, and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る光音響ガスセンサ用光源は、表面に凹
部を形成した半導体基板と、この半導体基板の上記凹部
を跨いで設けられたブリッジ上に形成されて赤外光を出
力する薄膜ヒータとを具備したものであって、特に前記
凹部の内壁面および/または前記基板の裏面に、Auま
たはAl等からなる赤外光反射膜をコーティングしたこ
とを特徴としている。
In order to achieve the above object, a light source for a photoacoustic gas sensor according to the present invention comprises a semiconductor substrate having a concave portion formed on a surface thereof, and a bridge provided over the concave portion of the semiconductor substrate. A thin film heater formed thereon and outputting infrared light, wherein an infrared light reflecting film made of Au or Al is coated on the inner wall surface of the concave portion and / or the back surface of the substrate. It is characterized by doing.

【0008】また本発明に係る光音響ガスセンサ用光源
の製造方法は、半導体基板上に所定幅の絶縁層を介して
薄膜ヒータを形成した後(第1の工程)、上記上記薄膜
ヒータの形成部位を残して前記半導体基板の表面を選択
的にエッチングして前記薄膜ヒータの下部に該薄膜ヒー
タをブリッジとして残した凹部を形成し(第2の工
程)、しかる後、前記半導体基板を選択的に電解メッキ
して前記凹部の内壁面に赤外光反射膜を形成する(3の
工程)ことを特徴としている。
Further, according to the method of manufacturing a light source for a photoacoustic gas sensor according to the present invention, after forming a thin film heater on a semiconductor substrate via an insulating layer having a predetermined width (first step), Is selectively etched on the surface of the semiconductor substrate to form a recess below the thin film heater, leaving the thin film heater as a bridge (second step). Thereafter, the semiconductor substrate is selectively etched. An infrared light reflecting film is formed on the inner wall surface of the concave portion by electrolytic plating (step 3).

【0009】或いは前記半導体基板の裏面に蒸着等によ
って赤外光反射膜をコーティングする(第3の工程)こ
とを特徴としている。この際、例えば前記半導体基板の
側面を異方性エッチングして該半導体基板の裏面側を台
形状に、または等方性エッチングにより鍋底状に加工し
た後、その台形面または鍋底面の全域に亘って赤外光反
射膜をコーティングすることが好ましい。
Alternatively, an infrared light reflecting film is coated on the back surface of the semiconductor substrate by vapor deposition or the like (third step). At this time, for example, after the side surface of the semiconductor substrate is anisotropically etched and the back surface side of the semiconductor substrate is processed into a trapezoidal shape, or isotropically etched into a pot bottom shape, the entire trapezoidal surface or the pot bottom surface is covered. It is preferable to coat the infrared light reflection film.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る光音響ガスセンサ用光源と、その製造方
法について説明する。図1はこの光音響ガスセンサ用光
源の概略構成を示す斜視図であり、11は光源の筐体を
なす半導体基板である。この半導体基板11は、例えば
大きさが4mm角程度で、厚みが400μm程度の単結
晶Si基板からなり、その表面に大きさが1mm角程度
で深さが200μm程度の凹部12をエッチング形成し
た構造を有する。またこの半導体基板11の表面には上
記凹部12を対角線状に跨いでSiO2等からなる絶縁性
薄膜ブリッジ13が設けられており、更にこの絶縁性薄
膜ブリッジ13に上に赤外光を出力する薄膜ヒータ14
を形成した構造を有する。この薄膜ヒータ14は単結晶
Siからなり、例えば厚みが1μm程度であって、65
0×200μm2程度の大きさのものとして形成され
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A light source for a photoacoustic gas sensor according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the light source for a photoacoustic gas sensor. Reference numeral 11 denotes a semiconductor substrate forming a housing of the light source. The semiconductor substrate 11 is, for example, a single crystal Si substrate having a size of about 4 mm square and a thickness of about 400 μm, and a structure in which a concave portion 12 having a size of about 1 mm square and a depth of about 200 μm is formed by etching. Having. An insulating thin-film bridge 13 made of SiO 2 or the like is provided on the surface of the semiconductor substrate 11 so as to extend diagonally across the concave portion 12, and further outputs infrared light to the insulating thin-film bridge 13. Thin film heater 14
Is formed. The thin-film heater 14 is made of single crystal Si and has a thickness of, for example,
It is formed to have a size of about 0 × 200 μm 2 .

【0011】さてこの実施形態に係る光音響ガスセンサ
用光源が特徴とするところは、図2(a)(b)にその断面
構造を模式的に示すように、上記薄膜ヒータ14の下方
に位置する凹部12の表面全域に、AuやAl等からなる
赤外光反射膜15を設けた点にある。そして前記薄膜ヒ
ータ14が発した赤外光を赤外光反射膜15にて反射す
ることにより、その全て(殆ど)を薄膜ヒータ14の上
方に向けて照射するように構成した点にある。
The feature of the light source for a photoacoustic gas sensor according to this embodiment is that it is located below the thin-film heater 14 as schematically shown in FIG. 2 (a) and (b). The point is that an infrared light reflection film 15 made of Au, Al, or the like is provided on the entire surface of the concave portion 12. The infrared light emitted from the thin film heater 14 is reflected by the infrared light reflecting film 15 so that all (almost) of the infrared light is irradiated upward to the thin film heater 14.

【0012】尚、図2(c)に示すように赤外光反射膜1
5を、前記半導体基板11の裏面側に形成するようにし
ても良い。この場合、図2(d)に示すように半導体基板
11の裏面側形状を前記凹部12を囲むように台形状ま
たは半球状に加工し、その台形面または半球面の全域に
亘って形成するようにしても良い。このようにして半導
体基板11の裏面側に赤外光反射膜15を形成しても、
Si基板からなる半導体基板11自体が赤外光に対して
透明なので、前記薄膜ヒータ14が発した赤外光は該赤
外光反射膜15により上方に向けて反射される。
Incidentally, as shown in FIG.
5 may be formed on the back side of the semiconductor substrate 11. In this case, as shown in FIG. 2D, the back side shape of the semiconductor substrate 11 is processed into a trapezoidal or hemispherical shape so as to surround the concave portion 12, and is formed over the entire area of the trapezoidal surface or hemispherical surface. You may do it. Even if the infrared light reflection film 15 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 11 in this manner,
Since the semiconductor substrate 11 made of the Si substrate is transparent to infrared light, the infrared light emitted from the thin film heater 14 is reflected upward by the infrared light reflection film 15.

【0013】ここでこのような赤外光反射膜15を備え
た光音響ガスセンサ用光源の製造方法について説明する
と、基本的には先ず赤外光に対して透明な半導体基板1
1としてSi基板(Siウェハ)を準備し、例えばこの半
導体基板上にSiO2等からなる絶縁性薄膜を堆積形成す
る。次いでこの絶縁性薄膜をパターニングして、絶縁性
薄膜ブリッジ13を形成する領域にだけ該絶縁性薄膜を
残す。そしてこの絶縁性薄膜上に薄膜ヒータをなすSi
層を成長させる(第1の工程)。
Here, a method of manufacturing a light source for a photoacoustic gas sensor having such an infrared light reflecting film 15 will be described.
First, a Si substrate (Si wafer) is prepared, and an insulating thin film made of, for example, SiO 2 is deposited and formed on the semiconductor substrate. Next, the insulating thin film is patterned to leave the insulating thin film only in a region where the insulating thin film bridge 13 is formed. Then, a thin film heater Si is formed on the insulating thin film.
Grow a layer (first step).

【0014】しかる後、その全面をマスク材を介してレ
ジストで覆い、フォトリソグラフィ等によりマスク材を
パターニングして前記絶縁性薄膜ブリッジ13の周囲を
開口する。そして上記マスクを用いて前記半導体基板1
1の表面を選択的に異方性エッチングして前記絶縁性薄
膜の下部に凹部12を形成する(第2の工程)。具体的
には、例えば(100)面を主面とするSi基板の異方
性エッチングにより(111)面をエッチング面として
残した断面台形状をなす凹部12を、図2(a)に示すよ
うに形成する。この際、マスク材にてマスクされた絶縁
性薄膜の下部にもエッチングが進むので、該絶縁性薄膜
は凹部12を対角線上に跨ぐブリッジ(絶縁性薄膜ブリ
ッジ13)をなして残ることになる。
Thereafter, the entire surface is covered with a resist through a mask material, and the mask material is patterned by photolithography or the like to open the periphery of the insulating thin film bridge 13. Then, using the mask, the semiconductor substrate 1
The surface of 1 is selectively anisotropically etched to form a concave portion 12 below the insulating thin film (second step). More specifically, for example, a concave portion 12 having a trapezoidal cross section leaving an (111) plane as an etching plane by anisotropic etching of a Si substrate having a (100) plane as a main plane is shown in FIG. Formed. At this time, since the etching proceeds below the insulating thin film masked by the mask material, the insulating thin film remains as a bridge (insulating thin film bridge 13) straddling the recess 12 diagonally.

【0015】以上のようにして光音響ガスセンサ用光源
の基本的構造が完成されたならば、次に電解メッキによ
って前記凹部12の内面全域にAuやAl等からなる赤外
光反射膜15を数μm程度の厚さに付着形成する。ちな
みにこの赤外光反射膜15を、半導体基板11の上方か
らの蒸着やスパッタ等により形成しようとすると、絶縁
性薄膜ブリッジ13が邪魔して凹部12における絶縁性
薄膜ブリッジ13の直下に位置する部位に赤外光反射膜
15が形成されなくなる虞がある。従ってこの凹部12
の内面への赤外光反射膜15の形成については、上述し
たように電解メッキを採用することが望ましい。
After the basic structure of the photoacoustic gas sensor light source is completed as described above, the infrared light reflecting film 15 made of Au, Al, or the like is formed on the entire inner surface of the recess 12 by electrolytic plating. It is formed to a thickness of about μm. If the infrared light reflecting film 15 is to be formed by vapor deposition or sputtering from above the semiconductor substrate 11, the insulating thin film bridge 13 hinders the portion of the concave portion 12 located immediately below the insulating thin film bridge 13. There is a possibility that the infrared light reflection film 15 will not be formed on the substrate. Therefore, this recess 12
As for the formation of the infrared light reflection film 15 on the inner surface of the substrate, it is desirable to employ electrolytic plating as described above.

【0016】しかしながらこのような凹部12内への赤
外光反射膜15の形成に代えて、上述したように半導体
基板11の裏面側に赤外光反射膜15を形成する場合に
は、AuやAl等の蒸着やスパッタ等の手法を用いても良
いことは言うまでもない。また半導体基板11の裏面側
への赤外光反射膜15の形成に先立ってその裏面側形状
を加工する場合には、該半導体基板11の裏面側を化学
的にエッチングすれば良い。特に台形状に加工する場合
には、半導体基板11の裏面側を異方性エッチングし、
その側部が(111)面により囲まれるようにすれば良
い。
However, when the infrared light reflecting film 15 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 11 as described above instead of forming the infrared light reflecting film 15 in the concave portion 12, Au or It goes without saying that a technique such as evaporation or sputtering of Al or the like may be used. Further, in the case where the shape of the back surface of the semiconductor substrate 11 is processed prior to the formation of the infrared light reflection film 15 on the back surface of the semiconductor substrate 11, the back surface of the semiconductor substrate 11 may be chemically etched. In particular, when processing into a trapezoidal shape, the back surface side of the semiconductor substrate 11 is anisotropically etched,
What is necessary is just to make the side part be surrounded by the (111) plane.

【0017】しかる後、凹部12の内面全域に、または
半導体基板11の裏面側に薄膜ヒータ14を囲んで赤外
光反射膜15を形成したならば、前述したSi基板(Si
ウェハ)から個々のチップを切り出し(ダイシング)、
前記薄膜ヒータ14の上方にスペーサを介して所定の光
学フィルタを設ける等して光音響ガスセンサ用光源が完
成される。
Thereafter, if the infrared light reflecting film 15 is formed on the entire inner surface of the concave portion 12 or on the back surface of the semiconductor substrate 11 so as to surround the thin film heater 14, the above-mentioned Si substrate (Si
Individual chips from the wafer) (dicing)
A light source for a photoacoustic gas sensor is completed by providing a predetermined optical filter above the thin film heater 14 via a spacer.

【0018】かくして上述した如くして製造され、凹部
12の内面または半導体基板11の裏面側に赤外光反射
膜15を設けた構造の光音響ガスセンサ用光源によれ
ば、図3にその作用を模式的に示すように、薄膜ヒータ
14から発せられてその下方側に照射される赤外光は、
赤外光反射膜15により上方に向けて反射されることに
なる。従って薄膜ヒータ14が小型であるが故に該薄膜
ヒータ14から発せられる赤外光の強度を十分に高くす
ることができない場合であっても、その赤外光の殆どを
集約し、薄膜ヒータ14の上方に設けられた光学フィル
タ16を介してその上方に無駄なく照射することが可能
となる。この結果、光音響ガスセンサにおけるキャビテ
ィ(図示せず)に照射する赤外線密度を十分に高めるこ
とが可能となり、光音響ガスセンサ用の赤外光パルス照
射光源として実用的に多大な効果を奏し得る。
According to the photoacoustic gas sensor light source manufactured as described above and having a structure in which the infrared light reflecting film 15 is provided on the inner surface of the concave portion 12 or on the back surface side of the semiconductor substrate 11, FIG. As schematically shown, the infrared light emitted from the thin film heater 14 and applied to the lower side thereof is:
The light is reflected upward by the infrared light reflection film 15. Therefore, even if the intensity of the infrared light emitted from the thin film heater 14 cannot be sufficiently increased due to the small size of the thin film heater 14, most of the infrared light is collected and the thin film heater 14 Through the optical filter 16 provided above, it is possible to irradiate the upper part without waste. As a result, it is possible to sufficiently increase the density of infrared light applied to a cavity (not shown) in the photoacoustic gas sensor, and a great effect can be obtained practically as an infrared light pulse irradiation light source for the photoacoustic gas sensor.

【0019】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば光音響ガスセンサ用光源の大き
さや、薄膜ヒータ14からの赤外光の発光強度(照射強
度)は、光音響ガスセンサにおけるキャビティの大きさ
やそのガス検出感度等に応じて定めれば良いものであ
る。また薄膜ヒータ14としては、例えば150mWで
約800℃に発熱し、100Hzの駆動により700℃
以上の温度差を呈して変調された赤外光を照射し得るよ
うなものであれば十分である。またこの光源について
は、光音響ガスセンサにおけるチャンバを備えた光音響
セルと一体に設けられるものであっても良く、また光音
響セルと対をなして設けられる別体構成のものであって
も良い。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the size of the light source for the photoacoustic gas sensor and the emission intensity (irradiation intensity) of infrared light from the thin film heater 14 may be determined according to the size of the cavity in the photoacoustic gas sensor, its gas detection sensitivity, and the like. . For example, the thin-film heater 14 generates heat at about 800 ° C. at 150 mW, and operates at 700 ° C. by driving at 100 Hz.
It suffices to be able to irradiate the modulated infrared light with the above temperature difference. The light source may be provided integrally with the photoacoustic cell including the chamber in the photoacoustic gas sensor, or may be provided as a separate component provided as a pair with the photoacoustic cell. .

【0020】また薄膜ヒータ14の下部空間をなす凹部
12の内壁面に赤外光反射膜15を形成する場合には、
必ずしも半導体基板11として赤外光に透明なものを用
いる必要はない。また半導体基板11上にSiNx膜等の
絶縁層を形成し、この絶縁層上に薄膜ヒータ14を形成
することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
In the case where the infrared light reflecting film 15 is formed on the inner wall surface of the concave portion 12 forming the lower space of the thin film heater 14,
It is not necessary to use a semiconductor substrate 11 that is transparent to infrared light. The insulating layer such as the SiN x film is formed on the semiconductor substrate 11, it is also possible to form a thin film heater 14 on the insulating layer. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上にブリッジをなして形成された薄膜ヒータの
裏面側に、該薄膜ヒータが発した赤外光を上方に向けて
反射する赤外光反射膜を備えるので、光源自体が小型で
薄膜ヒータが発する赤外光強度が限られる場合であって
も、その赤外光を無駄なく集光して効率的に光音響セン
サのキャビティに照射することができる。しかも簡単な
構成であり、マイクロマシンニング技術を用いて小型の
光音響センサを実現する場合に好適である等の実用上多
大なる効果を奏し得る。
As described above, according to the present invention, the infrared light emitted by the thin film heater is reflected upward on the back side of the thin film heater formed in a bridge on the semiconductor substrate. Even if the light source itself is small and the intensity of the infrared light emitted by the thin film heater is limited, the infrared light reflecting film is provided. Can be irradiated. Moreover, it has a simple configuration, and can provide a great effect in practical use, such as being suitable for realizing a small-sized photoacoustic sensor using micromachining technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る光音響センサ用光源
の基本構造を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic structure of a photoacoustic sensor light source according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に係る光音響センサ用光源に
おける赤外光反射膜の形成例を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of forming an infrared light reflection film in the photoacoustic sensor light source according to the embodiment of the present invention.

【図3】赤外光反射膜による赤外光の集光作用を模式的
に示す図。
FIG. 3 is a view schematically showing a light collecting action of infrared light by an infrared light reflecting film.

【図4】光音響センサの概略的な構造を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a schematic structure of a photoacoustic sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基板(Si基板) 12 凹部 13 絶縁性薄膜ブリッジ 14 薄膜ヒータ 15 赤外光反射膜 16 光学フィルタ Reference Signs List 11 semiconductor substrate (Si substrate) 12 concave portion 13 insulating thin film bridge 14 thin film heater 15 infrared light reflecting film 16 optical filter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木原 隆 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 株式会 社山武内 Fターム(参考) 2G047 AA01 CA04 EA05 EA14 EA15 GD02 2G059 AA01 BB01 CC04 EE16 GG00 GG06 HH01 JJ02 JJ13  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Kihara 2-12-19 Shibuya, Shibuya-ku, Tokyo F-term (reference) 2G047 AA01 CA04 EA05 EA14 EA15 GD02 2G059 AA01 BB01 CC04 EE16 GG00 GG06 HH01 JJ02 JJ13

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガスが導入されるキャビティ内に赤外光
を変調して照射する光音響ガスセンサ用光源であって、 表面に凹部を形成した半導体基板と、 この半導体基板の上記凹部を跨いで設けられるブリッジ
をなして形成されて赤外光を出力する薄膜ヒータと、 前記凹部の内壁面および/または前記基板の裏面にコー
ティングされた赤外光反射膜とを具備したことを特徴と
する光音響ガスセンサ用光源。
1. A photoacoustic gas sensor light source for modulating and irradiating infrared light into a cavity into which a gas is introduced, comprising: a semiconductor substrate having a concave portion formed on a surface thereof; A light, comprising: a thin-film heater which is provided to form a bridge and outputs infrared light; and an infrared light reflecting film coated on an inner wall surface of the concave portion and / or a back surface of the substrate. Light source for acoustic gas sensors.
【請求項2】 前記半導体基板は、赤外光に対して透明
なSi基板であって、 前記赤外光反射膜は、AuまたはAlの薄膜からなる請求
項1に記載の光音響ガスセンサ用光源。
2. The light source for a photoacoustic gas sensor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a Si substrate transparent to infrared light, and the infrared light reflecting film is made of a thin film of Au or Al. .
【請求項3】 半導体基板上に所定幅の絶縁層を介して
薄膜ヒータを形成する第1の工程と、 上記薄膜ヒータの形成部位を残して前記半導体基板の表
面を選択的にエッチングして前記薄膜ヒータの下部に該
薄膜ヒータをブリッジとして残した凹部を形成する第2
の工程と、 前記半導体基板を電解メッキして前記凹部の内壁面に赤
外光反射膜を形成する第3の工程とを具備したことを特
徴とする光音響ガスセンサ用光源の製造方法。
3. A first step of forming a thin film heater on a semiconductor substrate via an insulating layer having a predetermined width, and selectively etching a surface of the semiconductor substrate while leaving a portion where the thin film heater is formed. Forming a concave portion under the thin film heater leaving the thin film heater as a bridge;
And a third step of electroplating the semiconductor substrate to form an infrared light reflecting film on the inner wall surface of the concave portion. A method of manufacturing a light source for a photoacoustic gas sensor, the method comprising:
【請求項4】 赤外光に対して透明な半導体基板上に所
定幅の絶縁層を介して薄膜ヒータを形成する第1の工程
と、 上記薄膜ヒータの形成部位を残して前記半導体基板の表
面を選択的にエッチングして前記薄膜ヒータの下部に該
薄膜ヒータをブリッジとして残した凹部を形成する第2
の工程と、 前記半導体基板の裏面に赤外光反射膜をコーティングす
る第3の工程とを具備したことを特徴とする光音響ガス
センサ用光源の製造方法。
4. A first step of forming a thin film heater on a semiconductor substrate transparent to infrared light via an insulating layer having a predetermined width, and a surface of the semiconductor substrate except for a portion where the thin film heater is formed. Is selectively etched to form a recess below the thin film heater, leaving the thin film heater as a bridge.
And a third step of coating an infrared light reflecting film on the back surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a light source for a photoacoustic gas sensor, comprising:
【請求項5】 前記半導体基板の裏面への赤外光反射膜
のコーティングは、前記半導体基板の側面をエッチング
して該半導体基板の裏面側を台形状または鍋底状に加工
した後、その台形面または鍋底面の全域に亘って行われ
るものである請求項4に記載の光音響ガスセンサ用光源
の製造方法。
5. The coating of the infrared light reflecting film on the back surface of the semiconductor substrate, the side surface of the semiconductor substrate is etched to process the back surface side of the semiconductor substrate into a trapezoidal shape or a pot bottom shape, and then the trapezoidal surface is formed. 5. The method of manufacturing a light source for a photoacoustic gas sensor according to claim 4, wherein the method is performed over the entire area of the bottom surface of the pan.
【請求項6】 前記第2の工程は、前記薄膜ヒータが形
成される絶縁層をマスクの一部として前記半導体基板の
表面を異方性エッチングまたは等方性エッチングするも
のである請求項3または4に記載の光音響ガスセンサ用
光源の製造方法。
6. The method according to claim 3, wherein in the second step, the surface of the semiconductor substrate is anisotropically or isotropically etched using the insulating layer on which the thin film heater is formed as a part of a mask. 5. The method for producing a light source for a photoacoustic gas sensor according to item 4.
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