JP2011216706A - Infrared sensor - Google Patents

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Hidetoshi Endo
秀俊 遠藤
Sosuke Nishida
聡佑 西田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared sensor obtaining a larger output voltage while suppressing an increase in the number of connection stages of a photodiode.SOLUTION: The infrared sensor 1 extracts infrared energy by converting it into an electric signal, and includes a light receiving unit 2 converting the infrared energy to the electric signal, and a magnet 7, a magnetic body 6, and a lead frame 3 generating a magnetic field acting to exert Lorentz force to charges excited by receiving the infrared energy by the light receiving unit 2. The Lorentz force is exerted in a direction orthogonal to a charge moving direction by the magnet 7, the magnetic body 6, and the lead frame 3.

Description

本発明は、フォトダイオード等の赤外線検出素子を用いて赤外線を検出する赤外線センサに係り、特に、赤外線検出素子から高い出力電圧を得ることができる赤外線センサに関する。   The present invention relates to an infrared sensor that detects infrared rays using an infrared detection element such as a photodiode, and more particularly to an infrared sensor that can obtain a high output voltage from the infrared detection element.

現在、赤外線検出素子を使って赤外線を検出する赤外線センサがある。このような赤外線センサには、量子型の赤外線検出素子として、半導体フォトダイオードが知られている。量子型の赤外線検出素子は、光エネルギーによって起こる電気現象を検知する構成の素子であって、検出感度が高く、応答速度に優れることで知られている。また、半導体フォトダイオードは、半導体のバンドギャップエネルギーに相当する波長以下の赤外線に感度を有している。   Currently, there are infrared sensors that detect infrared rays using infrared detection elements. For such an infrared sensor, a semiconductor photodiode is known as a quantum infrared detection element. A quantum infrared detection element is an element configured to detect an electrical phenomenon caused by light energy, and is known to have high detection sensitivity and excellent response speed. Moreover, the semiconductor photodiode has sensitivity to infrared rays having a wavelength equal to or less than the wavelength corresponding to the band gap energy of the semiconductor.

半導体フォトダイオードは、PN接合もしくはPIN接合を有するダイオード構造をもち、赤外線の光子によってPN接合またはPIN接合に存在する空乏層内で電子、正孔対が発生する。発生した電子、正孔対は、価電子帯と導電帯の傾斜にしたがって分布蓄積され、この結果、P型半導体はプラス側に、N型半導体はマイナス側に帯電し、P型半導体とN型半導体との間に起電圧が発生する。   The semiconductor photodiode has a diode structure having a PN junction or a PIN junction, and electron and hole pairs are generated in a depletion layer existing in the PN junction or the PIN junction by infrared photons. The generated electron and hole pairs are distributed and accumulated according to the inclination of the valence band and the conduction band. As a result, the P-type semiconductor is charged on the positive side and the N-type semiconductor is charged on the negative side. An electromotive voltage is generated between the semiconductor and the semiconductor.

波長領域が可視光に近い赤外線は、エネルギー量が大きく、単一の検出素子でも大きな出力電圧を得ることができる。一方、近年では、より長波長の赤外線を検知できる赤外線センサの需要が高まってきている。このような需要がある赤外線センサには、例えば、人体の接近を判別するセンサ(以下、人感センサと記す)が挙げられる。人感センサには、人体が発する波長10μm付近を中心とした赤外線を検知することが要求される。   Infrared rays having a wavelength region close to visible light have a large amount of energy, and a large output voltage can be obtained even with a single detection element. On the other hand, in recent years, there has been an increasing demand for infrared sensors capable of detecting longer wavelength infrared rays. Examples of such infrared sensors that are in demand include sensors that determine the approach of a human body (hereinafter referred to as human sensors). The human sensor is required to detect infrared rays centered around a wavelength of 10 μm emitted by the human body.

人感センサに必要とされる波長領域の赤外線のエネルギーはきわめて微弱であるため、単一のフォトダイオードでは十分な出力電圧を得ることができない。このような場合、複数のフォトダイオードを多段に直列接続し、その段数倍の出力電圧を得ることが考えられる。複数のフォトダイオードを接続することにより、フォトダイオード1つの起電圧が小さくても全体として大きな電圧を得ることができる。   Since the infrared energy in the wavelength region required for the human sensor is very weak, a single photodiode cannot obtain a sufficient output voltage. In such a case, it is conceivable to connect a plurality of photodiodes in series and obtain an output voltage that is multiple times that number. By connecting a plurality of photodiodes, a large voltage can be obtained as a whole even if the electromotive voltage of one photodiode is small.

ところで、PN接合またはPIN接合以外の構造をもつ赤外線検出素子として、PEM(Photo electromagnetic)センサが公知である。PEMセンサは、例えば、非特許文献1に記載されている。図10に示すように、PEMセンサは、赤外線受光部2とマイナス側電極40とプラス側電極41と、図示しない磁場発生手段とを有している。なお、図10中において、電子に符号25、正孔に符号26を付して示している。   By the way, a PEM (Photo electromagnetic) sensor is known as an infrared detecting element having a structure other than a PN junction or a PIN junction. The PEM sensor is described in Non-Patent Document 1, for example. As shown in FIG. 10, the PEM sensor includes the infrared light receiving unit 2, the minus side electrode 40, the plus side electrode 41, and a magnetic field generation unit (not shown). In FIG. 10, the reference numeral 25 denotes electrons and the reference numeral 26 denotes holes.

PEMセンサが赤外線を受光すると、素子内部に電子25、正孔26が励起される。このとき、受光面表面に近いほど赤外線の受光量が多いため、より多くの電子25、正孔26が励起される。したがって、赤外線センサ内部の電子25及び正孔26の濃度は図11に示すように受光面表面が最も高く、深くなるにつれて濃度は低くなって電子25、正孔26に濃度勾配が生じる。赤外線を受光することで励起された電子25、正孔26は、この濃度勾配のために深さ方向(図11のz方向)へ拡散しようとするが、磁場発生手段により生じたy方向の磁束が印加されていることにより、電子25には−x方向、正孔26には+x方向と互いに逆向きにローレンツ力が働く。その結果、電子25は−側電極40側へ、正孔26は+側電極41側へと分離され、電極40及び41の間には起電圧が生じる。
フォトダイオードが価電子帯や伝導帯の傾斜を利用して励起された電子や正孔を外部に取り出す。一方、PEMセンサは、磁場によるローレンツ力を利用して電子や正孔を外部に取り出している。
When the PEM sensor receives infrared rays, electrons 25 and holes 26 are excited inside the element. At this time, the closer to the surface of the light receiving surface, the larger the amount of received infrared light, so that more electrons 25 and holes 26 are excited. Therefore, the concentration of electrons 25 and holes 26 in the infrared sensor is highest on the light receiving surface as shown in FIG. 11, and the concentration decreases as the depth increases, causing concentration gradients in electrons 25 and holes 26. The electrons 25 and holes 26 excited by receiving infrared rays try to diffuse in the depth direction (z direction in FIG. 11) due to this concentration gradient, but the magnetic flux in the y direction generated by the magnetic field generating means. Is applied, Lorentz force acts on the electron 25 in the -x direction and the hole 26 in the opposite direction to the + x direction. As a result, the electrons 25 are separated to the − side electrode 40 side and the holes 26 are separated to the + side electrode 41 side, and an electromotive voltage is generated between the electrodes 40 and 41.
The photodiode takes out excited electrons and holes to the outside by using the slope of the valence band and the conduction band. On the other hand, the PEM sensor takes out electrons and holes using the Lorentz force by a magnetic field.

国際公開第2005−27228号パンフレットInternational Publication No. 2005-27228 Pamphlet

High−Operating−Temperature Infrared Photodetectors、p.180High-Operating-Temperature Infrared Photodetectors, p. 180

上記したように、PN接合またはPIN接合を有するフォトダイオードの接続段数を増やして大きな起電圧を取り出そうとした場合、当然のことながら、赤外線センサに設けられるフォトダイオードの数やダイオード間を接続する配線の数が増加する。このような構造では、全フォトダイオードが直列接続されているため、例えば製造工程において異物が付着して、一部でも配線が断線したり、フォトダイオードが適切に形成されなかったりした場合、起電圧を取り出すことはできなくなってしまうおそれがある。すなわち、フォトダイオードの接続段数を増やすことは簡便に大きな電圧を取り出せるという利点をもつ反面、赤外線センサの信頼性を低下させるという欠点をも有する。
本発明は、このような点に鑑みて行われたものであり、フォトダイオードの接続段数の増加を抑えながら、より大きな出力電圧を得ることができる赤外線センサを提供することを目的とする。
As described above, when an attempt is made to extract a large electromotive voltage by increasing the number of connection stages of photodiodes having PN junctions or PIN junctions, naturally, the number of photodiodes provided in the infrared sensor and the wiring connecting the diodes The number of increases. In such a structure, since all photodiodes are connected in series, for example, when foreign matter adheres in the manufacturing process, even if a part of the wiring is disconnected or the photodiode is not properly formed, an electromotive voltage is generated. May not be able to be taken out. That is, increasing the number of connection stages of photodiodes has the advantage that a large voltage can be easily extracted, but has the disadvantage of reducing the reliability of the infrared sensor.
The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide an infrared sensor capable of obtaining a larger output voltage while suppressing an increase in the number of photodiodes connected.

以上の課題を解決するため、本発明の赤外線センサは、赤外線エネルギーを電気信号に変換して取り出す赤外線センサであって、赤外線エネルギーを前記電気信号に変換する受光部(例えば図1に示した受光部2)と、前記受光部が赤外線エネルギーを受光したことによって励起された電荷に対してローレンツ力を加えるように作用する磁場を発生させる磁場発生手段(例えば図1に示した磁石7、磁性体6、リードフレーム3)と、を備え、前記磁場発生手段は、前記電荷の移動する方向と直交する方向にローレンツ力を加える磁場を発生させることを特徴とする。
また、本発明の赤外線センサは、上記した発明において、前記磁場発生手段により発生した磁場を、前記赤外線受光部の受光面上で収束させる収束手段(例えば図1に示したリードフレーム3)をさらに備えることが望ましい。
In order to solve the above-described problems, an infrared sensor of the present invention is an infrared sensor that converts infrared energy into an electrical signal and extracts it, and a light receiving unit that converts infrared energy into the electrical signal (for example, the light receiving shown in FIG. 1). Part 2) and magnetic field generating means for generating a magnetic field that acts to apply a Lorentz force to the charges excited by receiving the infrared energy by the light receiving part (for example, the magnet 7 and the magnetic material shown in FIG. 1) 6 and a lead frame 3), wherein the magnetic field generating means generates a magnetic field that applies a Lorentz force in a direction orthogonal to a direction in which the electric charge moves.
The infrared sensor according to the present invention further includes a converging unit (for example, the lead frame 3 shown in FIG. 1) for converging the magnetic field generated by the magnetic field generating unit on the light receiving surface of the infrared light receiving unit. It is desirable to provide.

本発明によれば、電荷の移動する方向と直交する方向にローレンツ力が加わるので、センサ内の電気的な抵抗が高まり、抵抗値と光電流の積で与えられる出力信号の起電圧を高めることができる。このため、本発明は、より大きな出力電圧を得ることができる赤外線センサを提供することができる。
また、本発明によれば、上記した発明において、磁場を赤外線受光部の受光面上で収束させることができるから、センサ内の電気的な抵抗をより高め、より大きな出力電圧を得ることができる。
According to the present invention, Lorentz force is applied in a direction orthogonal to the direction of charge movement, so that the electrical resistance in the sensor is increased and the electromotive voltage of the output signal given by the product of the resistance value and the photocurrent is increased. Can do. For this reason, this invention can provide the infrared sensor which can obtain a bigger output voltage.
Further, according to the present invention, in the above-described invention, the magnetic field can be converged on the light receiving surface of the infrared light receiving unit, so that the electrical resistance in the sensor can be further increased and a larger output voltage can be obtained. .

実施形態1の赤外線センサの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the infrared sensor of Embodiment 1. FIG. 図1に示した赤外線受光部2を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the infrared rays light-receiving part 2 shown in FIG. 赤外線センサを説明するための図である。It is a figure for demonstrating an infrared sensor. 図1に示した磁石で生じる磁束の様子を示したものである。FIG. 2 shows a state of magnetic flux generated by the magnet shown in FIG. 本発明の一実施形態の赤外線エネルギーを受光した赤外線センサ内部の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode inside the infrared sensor which received the infrared energy of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の赤外線エネルギーを受光した赤外線センサ内部の様子を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the mode inside the infrared sensor which received the infrared energy of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の赤外線エネルギーを受光した赤外線センサ内部の様子を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the mode inside the infrared sensor which received the infrared energy of one Embodiment of this invention. 本発明の実施形態2の赤外線センサを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the infrared sensor of Embodiment 2 of this invention. 実施形態2の赤外線受光部近傍の磁束の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the magnetic flux of the infrared rays light reception part vicinity of Embodiment 2. FIG. 公知のPEMセンサを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a well-known PEM sensor. 図10に示したPEMセンサにおける電子及び正孔の濃度分布を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the density distribution of the electron and the hole in the PEM sensor shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態1、実施形態2を、図面を参照して説明する。
(実施形態1)
図1(a)、(b)は、実施形態1の赤外線センサの構成を説明するための図である。図1(a)は赤外線センサの上面図、(b)は図1中に示した破線A−A’に沿う断面図である。実施形態1に係る赤外線センサ1は、図1に示すように、赤外線受光部2と、磁性体のリードフレーム3と、起電圧を外部に取り出すワイヤ4と、受光部をパッケージングする樹脂5よりなる。さらに磁場発生手段として磁石7及び、リードフレーム3と磁石7を接続する磁性体6とを備えている。図中のS及びNの表記は磁石の極性を表す。リードフレーム3は、その片方を磁石のN極側に、もう一方を磁石のS極側に一致するように配置しなければならない。
Hereinafter, Embodiment 1 and Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of the infrared sensor of the first embodiment. 1A is a top view of the infrared sensor, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ shown in FIG. As shown in FIG. 1, the infrared sensor 1 according to the first embodiment includes an infrared light receiving unit 2, a magnetic lead frame 3, a wire 4 for taking out an electromotive voltage, and a resin 5 that packages the light receiving unit. Become. Further, a magnet 7 as a magnetic field generating means and a magnetic body 6 for connecting the lead frame 3 and the magnet 7 are provided. The notations S and N in the figure represent the polarity of the magnet. The lead frame 3 must be arranged so that one side thereof coincides with the N pole side of the magnet and the other side thereof coincides with the S pole side of the magnet.

図2は、図1に示した赤外線受光部2を説明するための図である。赤外線受光部2は、図2に示したように、半絶縁性のガリウム砒素(GaAs)基板31上に構成された量子型PINフォトダイオード30によって構成されている。図中に34で示した部材は配線である。図2に示した赤外線受光部2は、図3のようにパッケージされて赤外線センサを構成する。赤外線センサに対し、赤外線は図中矢印でしめすようにGaAs基板31側から入射する。   FIG. 2 is a diagram for explaining the infrared light receiving unit 2 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the infrared light receiver 2 includes a quantum PIN photodiode 30 formed on a semi-insulating gallium arsenide (GaAs) substrate 31. The member indicated by 34 in the figure is a wiring. The infrared light receiver 2 shown in FIG. 2 is packaged as shown in FIG. 3 to constitute an infrared sensor. Infrared rays are incident on the infrared sensor from the GaAs substrate 31 side as indicated by arrows in the figure.

磁石7としては、例えばサマリウム・コバルト(SmCo)磁石やネオジム磁石といった希土類磁石が好ましい。希土類磁石は、より強力な磁場を発生させることができるものとして知られている。
図4(a)、(b)は、図1に示した磁石7で生じる磁束10の様子を示したものであって、図4(a)は上面図、(b)は(a)の断面図である。磁石7によって発せられる磁束10は、磁性体6及び磁性体のリードフレーム3により赤外線受光部2の近傍に収束され、赤外線受光部2の近傍において高い磁束密度を得ることができる。
The magnet 7 is preferably a rare earth magnet such as a samarium-cobalt (SmCo) magnet or a neodymium magnet. Rare earth magnets are known as capable of generating a stronger magnetic field.
4A and 4B show the state of the magnetic flux 10 generated by the magnet 7 shown in FIG. 1, where FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a cross-section of FIG. FIG. The magnetic flux 10 generated by the magnet 7 is converged in the vicinity of the infrared light receiving unit 2 by the magnetic body 6 and the lead frame 3 of the magnetic body, and a high magnetic flux density can be obtained in the vicinity of the infrared light receiving unit 2.

次に、赤外線エネルギーを受光した赤外線センサ内部の様子について図5、6を用いて説明する。図5は、赤外線センサ内部に磁場がない状態を示す。また、図6は、赤外線内部に磁場が存在する場合の状態を示している。
図5、図6は、いずれも赤外線受光部2の断面斜視図である。赤外線受光部2は、GaAs基板31上にN層22、光吸収層21、P層20を順次設け、N層22には−側電極24を、P層20には+電極23を設けて構成されている。また、符号25は電子を、符号26は正孔を示し、矢線x、y、zは、いずれも方向を示す座標軸である。
Next, the inside of the infrared sensor that receives infrared energy will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a state where there is no magnetic field inside the infrared sensor. FIG. 6 shows a state where a magnetic field is present inside the infrared rays.
5 and 6 are cross-sectional perspective views of the infrared light receiving unit 2. The infrared light receiving unit 2 is configured by sequentially providing an N layer 22, a light absorption layer 21, and a P layer 20 on a GaAs substrate 31, a negative electrode 24 on the N layer 22, and a positive electrode 23 on the P layer 20. Has been. Reference numeral 25 denotes electrons, reference numeral 26 denotes holes, and arrows x, y, and z are coordinate axes that indicate directions.

図5に示すように、磁場が発生していない場合、赤外線は、z方向、すなわちGaAs基板31側から入射する。赤外線によって電子25及び正孔26が励起される。励起された電子25及び正孔26は、半導体のエネルギー帯の傾斜にそって図5中の矢印A1、矢線A2で示す方向、つまり電子はN層側(+z方向)へ流れ、正孔はP層側(−z方向)へ流れる。   As shown in FIG. 5, when a magnetic field is not generated, infrared rays are incident from the z direction, that is, from the GaAs substrate 31 side. Electrons 25 and holes 26 are excited by infrared rays. The excited electrons 25 and holes 26 flow in the directions indicated by arrows A1 and A2 in FIG. 5 along the inclination of the energy band of the semiconductor, that is, electrons flow to the N layer side (+ z direction). It flows to the P layer side (-z direction).

一方、図6に示すように磁場が発生している場合、受光された赤外線エネルギーによって励起された電荷(電子25及び正孔26)のうち、電子25は伝導帯の傾斜によって+z方向、つまり矢線A1に沿って移動しようとするが、x方向の磁束が存在するために矢線A1に直交する矢線A1’方向(+y方向)のローレンツ力を受ける。その結果、矢線A1と矢線A1’を合成した矢線A3に沿って移動する。以上のように、x方向の磁場が存在する場合、電子25は、実線矢印A3で示すようにyz平面上を斜めに移動する。   On the other hand, when a magnetic field is generated as shown in FIG. 6, among the charges (electrons 25 and holes 26) excited by the received infrared energy, the electrons 25 are in the + z direction, i. An attempt is made to move along the line A1, but since a magnetic flux in the x direction exists, a Lorentz force in the direction of the arrow A1 '(+ y direction) orthogonal to the arrow A1 is received. As a result, it moves along the arrow line A3 obtained by combining the arrow line A1 and the arrow line A1 '. As described above, when a magnetic field in the x direction exists, the electrons 25 move obliquely on the yz plane as indicated by a solid arrow A3.

また、正孔26は、磁場発生手段が存在しない場合には矢印A2で示すように−z方向へ移動する。しかし、図6に示すようにz方向の磁場を加えた場合、正孔26は伝導帯の傾斜によって−z方向、つまり矢線A2に沿って移動しようとするが、x方向の磁束が存在するために矢線A2に直交する矢線A2’方向(+y方向)のローレンツ力を受ける。その結果、矢線A2と矢線A2’を合成した矢線A4に沿って移動する。以上のように、x方向の磁場が存在する場合、正孔26も、実線矢印A4で示すようにyz平面上を斜めに移動する。   Further, the hole 26 moves in the -z direction as indicated by an arrow A2 when there is no magnetic field generating means. However, when a magnetic field in the z direction is applied as shown in FIG. 6, the hole 26 tries to move along the −z direction, that is, along the arrow A2 due to the inclination of the conduction band, but there is a magnetic flux in the x direction. Therefore, it receives the Lorentz force in the direction of the arrow A2 ′ (+ y direction) orthogonal to the arrow A2. As a result, it moves along the arrow line A4 obtained by combining the arrow line A2 and the arrow line A2 '. As described above, when there is a magnetic field in the x direction, the holes 26 also move obliquely on the yz plane as indicated by the solid arrow A4.

以上のことから、磁場を印加することによって電荷の移動経路が曲げられるから、赤外線センサの抵抗値は大きくなる。赤外線センサの起電圧は抵抗と光電流(赤外線によって励起された電荷によって生じる電流)の積である。したがって、このような実施形態1によれば、抵抗値が増加した分だけ赤外線センサの起電圧を大きくすることができる。
なお、実施形態1は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、以上説明した構成では、向きがx方向の磁束でなる磁場を発生した場合について説明したが、実施形態1は磁束がx方向の磁場を発生する構成に限定されるものではない。例えば、図7のように、磁束の向きがy方向の磁場を発生させた場合にも、ローレンツ力の影響で電荷の移動経路が曲げられるので赤外線センサの抵抗値は増加し、赤外線センサの起電圧を高めることができる。
From the above, since the electric charge movement path is bent by applying the magnetic field, the resistance value of the infrared sensor increases. The electromotive voltage of the infrared sensor is the product of resistance and photocurrent (current generated by charges excited by infrared rays). Therefore, according to the first embodiment, the electromotive voltage of the infrared sensor can be increased by the amount of increase in the resistance value.
The first embodiment is not limited to the configuration described above. For example, in the configuration described above, a case where a magnetic field having a magnetic flux in the x direction has been described, but the first embodiment is not limited to a configuration in which the magnetic flux generates a magnetic field in the x direction. For example, as shown in FIG. 7, even when a magnetic field whose magnetic flux is in the y direction is generated, the resistance movement of the infrared sensor increases because the charge movement path is bent by the influence of the Lorentz force. The voltage can be increased.

(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。実施形態2は、実施形態1の赤外線センサに加えて赤外線センサの検知エリアを決めるための「視野制限」を設定するものである。このような実施形態2は、例えば赤外線センサ利用して所定の検知エリア内に検知対象物(例えば人体)が存在するかどうか検知したいような場合に適用されるものである。
図8(a)、(b)、(c)は実施形態2の赤外線センサを説明するための図であって、図8(a)は赤外線センサの上面図、(b)は図8(a)の矢線B−B’に沿う断面図、(c)は実施形態2の視野制限を説明するための図である。なお、実施形態2中で示した図面のうち、実施形態1で説明した構成については実施形態1中に示した図面と同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described. In the second embodiment, in addition to the infrared sensor of the first embodiment, “field-of-view restriction” for determining the detection area of the infrared sensor is set. Such Embodiment 2 is applied when, for example, it is desired to detect whether a detection target (for example, a human body) exists within a predetermined detection area using an infrared sensor.
FIGS. 8A, 8B, and 8C are diagrams for explaining the infrared sensor according to the second embodiment. FIG. 8A is a top view of the infrared sensor, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the arrow line BB ′ in FIG. Note that, in the drawings shown in the second embodiment, the configurations described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the drawings shown in the first embodiment, and the description thereof is partially omitted.

実施形態2では、図8(a)、(b)に示したように、赤外線センサ1上に、視野制限体8及び9が配置されている。視野制限体8は、赤外線センサ1の互いに向き合う2辺に磁性体材料より構成されている。他の2辺には、非磁性体よりなる視野制限体9が配置される。磁石7は磁性体の視野制限体8の外側に、N極とS極が向き合うように配置される。このよう構成することによって、図8(c)に示したFOVで示されるエリア内からの赤外線輻射のみを検出することが可能となり、このエリアに赤外線検出の対象物が存在するかどうか検出することが可能となる。   In the second embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, the field limiters 8 and 9 are arranged on the infrared sensor 1. The field limiting body 8 is made of a magnetic material on two sides of the infrared sensor 1 facing each other. On the other two sides, a field limiting body 9 made of a nonmagnetic material is disposed. The magnet 7 is arranged outside the field-of-view restricting body 8 made of a magnetic material so that the N pole and the S pole face each other. With this configuration, it is possible to detect only infrared radiation from the area indicated by the FOV shown in FIG. 8C, and to detect whether there is an infrared detection target in this area. Is possible.

図9(a)、(b)は、赤外線センサ1の赤外線受光部2近傍の磁束の状態を説明するための図であって、図9(a)は上面図、図9(b)は図(a)の断面図である。磁石7から発生した磁束10は、磁性体よりなる視野制限体8及び赤外線センサ1内のリードフレーム3によって赤外線受光部2の近傍に収束される。このため、赤外線受光部2の近傍の磁束密度がより高められる。
磁束密度が高まったことにより、赤外線を受光したときに励起された電子及び正孔にはより大きなローレンツ力が作用する。ローレンツ力によって電子及び正孔の移動経路が曲げられて、前記したように、赤外線センサの抵抗値が増加する。抵抗値が増加したことにより、赤外線センサ内に磁場が存在しない場合と比較して赤外線センサの起電圧が増加する。
FIGS. 9A and 9B are views for explaining the state of magnetic flux in the vicinity of the infrared light receiving portion 2 of the infrared sensor 1, wherein FIG. 9A is a top view and FIG. 9B is a diagram. It is sectional drawing of (a). The magnetic flux 10 generated from the magnet 7 is converged in the vicinity of the infrared light receiving unit 2 by the field limiter 8 made of a magnetic material and the lead frame 3 in the infrared sensor 1. For this reason, the magnetic flux density in the vicinity of the infrared light receiving unit 2 is further increased.
Due to the increase in magnetic flux density, a larger Lorentz force acts on electrons and holes excited when receiving infrared light. The movement path of electrons and holes is bent by the Lorentz force, and the resistance value of the infrared sensor increases as described above. As the resistance value increases, the electromotive voltage of the infrared sensor increases as compared to the case where no magnetic field is present in the infrared sensor.

本発明は、量子型の赤外線検出素子を備えた赤外線センサ全般に適用することができる。   The present invention can be applied to all infrared sensors provided with quantum infrared detection elements.

1 赤外線センサ
2 赤外線受光部
3 リードフレーム
4 ワイヤ
5 樹脂
6 磁性体
7 磁石
20 P層
21 光吸収層
22 N層
23、41 +側電極
24、40 −側電極
25 電子
26 正孔
31 GaAs基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared sensor 2 Infrared light-receiving part 3 Lead frame 4 Wire 5 Resin 6 Magnetic body 7 Magnet 20 P layer 21 Light absorption layer 22 N layer 23, 41 + side electrode 24, 40-side electrode 25 Electron 26 Hole 31 GaAs substrate

Claims (2)

赤外線エネルギーを電気信号に変換して取り出す赤外線センサであって、
赤外線エネルギーを前記電気信号に変換する受光部と、
前記受光部が赤外線エネルギーを受光したことによって励起された電荷に対してローレンツ力を加えるように作用する磁場を発生させる磁場発生手段と、
を備え、
前記磁場発生手段は、前記電荷の移動する方向と直交する方向にローレンツ力を加える磁場を発生させることを特徴とする赤外線センサ。
An infrared sensor that converts infrared energy into an electrical signal and extracts it,
A light receiving unit for converting infrared energy into the electrical signal;
Magnetic field generating means for generating a magnetic field that acts to apply a Lorentz force to the electric charge excited by the light receiving unit receiving infrared energy;
With
The infrared sensor according to claim 1, wherein the magnetic field generating means generates a magnetic field that applies a Lorentz force in a direction orthogonal to a direction in which the electric charge moves.
前記磁場発生手段により発生した磁場を、前記赤外線受光部の受光面上で収束させる収束手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。   The infrared sensor according to claim 1, further comprising a converging unit that converges the magnetic field generated by the magnetic field generating unit on a light receiving surface of the infrared light receiving unit.
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