JP2014153188A

JP2014153188A - 焦電センサ

Info

Publication number: JP2014153188A
Application number: JP2013022944A
Authority: JP
Inventors: Fumihito Kato; 史仁加藤; Kaoru Tone; 薫戸根; Akimitsu Fujii; 章光藤井; Masaki Hayashi; 林　　正樹; Kazushi Yoshida; 和司吉田; Yuji Yasuoka; 祐二安岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】センサ特性をより向上させることのできる焦電センサを得る。
【解決手段】焦電センサ１０は、キャビティ２１を有する半導体基材２０と、誘電体薄板部６１を有する誘電体６０と、誘電体薄板部６１上に配置される焦電素子４０と、焦電素子４０の一側に配置される第１電極３１と、焦電素子４０の他側に配置される第２電極５１と、を備えている。そして、薄板部撓ませ手段１１０によって誘電体薄板部６１を焦電素子４０が配置されていない側に凸となるように撓ませた。
【選択図】図２

Description

本発明は、焦電センサに関する。

従来、焦電センサとして、赤外線を検知する焦電体に赤外線を入射させることで、物体の存在や温度を検知できるようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１では、焦電材料からなる基板に複数の凹部を形成し、当該凹部の内壁に電極を設けることで複数の素子を形成している。このように、複数の素子を形成することで各素子の熱容量を小さくし、以て、焦電センサの応答性を高めることができるようにしている。

特開平０８−０２１７６６号公報

上記従来の技術のように、複数の素子を形成して各素子の熱容量を小さくすることでも焦電センサの応答性を高めることができるが、焦電センサの応答性をより高められるようにした方が好ましい。

そこで、本発明は、応答性をより向上させることのできる焦電センサを得ることを目的とする。

本発明の第１の特徴は、焦電センサであって、キャビティを有する半導体基材と、前記キャビティ上に誘電体薄板部が位置するように前記半導体基材の一側に固定された誘電体と、前記誘電体薄板部上に配置される焦電素子と、前記焦電素子の一側に配置される第１電極と、前記焦電素子の他側に配置される第２電極と、前記誘電体薄板部を前記焦電素子が配置されていない側に凸となるように撓ませる薄板部撓ませ手段と、を備えることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、前記キャビティが密閉空間となっており、密閉された前記キャビティ内の圧力を外圧と異ならせることで前記薄板部撓ませ手段を構成したことを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、密閉された前記キャビティ内を減圧雰囲気としたことを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、前記誘電体の前記キャビティとは反対側に、前記誘電体薄板部を覆った状態で密閉された第２のキャビティが形成されており、密閉された前記キャビティ内の圧力と密閉された前記第２のキャビティ内の圧力とが異なっており、密閉された前記キャビティおよび密閉された前記第２のキャビティのうち内圧が高い方のキャビティ側の誘電体薄板部上に前記焦電素子が配置されていることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、前記誘電体の前記キャビティとは反対側に前記第２のキャビティが形成された蓋体を固定することで、前記第２のキャビティが前記誘電体薄板部を覆った状態で密閉されており、前記蓋体の前記誘電体とは反対側に所定の波長の光を選択的に透過させるフィルタが設けられていることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、前記キャビティの内面に反射膜が形成されていることを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、前記誘電体の少なくとも一部分を応力膜とすることで前記薄板部撓ませ手段を構成したことを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、前記応力膜は、複数の膜を積層することで形成されていることを要旨とする。

本発明によれば、薄板部撓ませ手段によって誘電体薄板部を焦電素子が配置されていない側に凸となるように撓ませている。このように、誘電体薄板部を焦電素子が配置されていない側に凸となるように撓ませることで、焦電素子に圧縮力を与えることができ、焦電素子の誘電率を減少させることができる。その結果、焦電素子の出力電圧感度が向上して焦電センサの応答性をより向上させることができるようになる。

本発明の第１実施形態にかかる焦電センサを示す平面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の第１実施形態にかかる誘電体を拡大して示す断面図である。本発明の第２実施形態にかかる焦電センサを示す平面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。本発明の第３実施形態にかかる焦電センサを示す平面図である。図６のＣ−Ｃ断面図である。本発明の第３実施形態にかかる応力膜を模式的に示す断面図であって、（ａ）は撓む前の状態を示す断面図、（ｂ）は撓んだ後の状態を示す断面図である。本発明の第４実施形態にかかる焦電センサを示す平面図である。図９のＤ−Ｄ断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、焦電センサを赤外線センサに適用したものを例示する。

また、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（焦電センサ）１０は、図１および図２に示すように、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０は、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａ側（一側）に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体（焦電素子）４０が配置されている。

さらに、本実施形態では、半導体基板（半導体基材）２０の裏面２０ｂ側（他側）に接合基板（基材）８０が陽極接合等により接合されており、接合基板（基材）８０を接合することでキャビティ２１が密閉空間となるようにしている。

半導体基板２０は、単結晶シリコンを用いて形成されており、平面視で輪郭形状が矩形状となるように形成されている。なお、単結晶シリコンで形成された半導体基板２０の任意の部位に、半導体基板２０の電位を取り出す電位取り出し部を設けるようにしてもよい。このとき、半導体基板２０の電位を取り出し易くするために、電位取り出し部が設けられている部位に高濃度不純物拡散部を形成するようにするのが好適である。

キャビティ２１は、本実施形態では略直方体状をしており、半導体基板２０を厚さ方向に貫通するように形成されている。

このキャビティ２１は、公知の半導体プロセス、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などにより垂直エッチング加工をすることで形成することができる。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を備えたエッチング装置によるＩＣＰ加工を利用することができる。

本実施形態では、矩形状の半導体基板２０の中央部に略直方体状のキャビティ２１を厚さ方向に貫通するように形成している。このようにキャビティ２１を形成することで、キャビティ２１の周囲に矩形枠状のフレーム部２２が形成されることとなる。本実施形態では、キャビティ２１は、平面視で一辺（幅）が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの矩形状となるように形成されている。

また、本実施形態では、キャビティ２１の内面である接合基板（基材）８０の表面（一側の面）８０ａに反射膜９０を形成している。このような反射膜９０としては、例えば、Ａｕ，Ａｌなどの金属コーティングを施すことで接合基板８０の表面８０ａに形成した金属薄膜や、複数層の誘電体をコーティングすることで接合基板８０の表面８０ａに形成した誘電体多層膜を用いることができる。

誘電体６０は、ガラス（ＳｉＯ_２）や窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などの絶縁性材料によって薄板状（略矩形板状）に形成されており、この誘電体６０の中央部には、略矩形板状の誘電体薄板部６１が形成されている。

本実施形態では、誘電体６０は、ＳｉＯ_２膜およびＳｉ_３Ｎ_４膜を用いて多層構造となるように形成されている。具体的には、誘電体６０は、ＳｉＯ_２膜６０ａの上方にＳｉ_３Ｎ_４膜６０ｃを積層するとともにＳｉ_３Ｎ_４膜６０ｃの上方にＳｉＯ_２膜６０ｂを積層することで３層構造となるように形成されている。このとき、例えば、図３に示すように、圧縮応力が生じるように上下のＳｉＯ_２膜６０ａ，６０ｂを成膜するとともに、引っ張り応力が生じるようにＳｉ_３Ｎ_４膜６０ｃを成膜することで、誘電体６０の上下で応力差が生じてしまうのを抑制し、誘電体６０自体の内部応力によって誘電体６０が歪んでしまうのを抑制している。なお、誘電体６０は、本実施形態では、全体の厚さが１μｍ〜１．５μｍとなるように形成されている。

そして、この誘電体６０の周辺部をフレーム部２２の表面２２ａ側（一側）に固定することで、誘電体６０の中央部に、キャビティ２１上に位置する誘電体薄板部６１が形成されることとなる。すなわち、半導体基板２０の表面２０ａ側（一側）に固定した誘電体６１のうちキャビティ２１上に位置する部分が誘電体薄板部６１となっている。したがって、本実施形態では、誘電体薄板部６１は、平面視で一辺（幅）が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの矩形状となるように形成されることとなる。このように、本実施形態では、誘電体薄板部６１が絶縁性薄膜で形成されている。

焦電体４０は、外力を受けない場合においても結晶部内部において自発分極を有する材料であり、結晶の温度が変化した場合に、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる材料である。この焦電体４０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高誘電率材料が一般的に利用されるが、これ以外にも、例えば、ＡＩＮ、ＺｎＯおよびＦ−ＢＡＲなどの材料を用いることができる。なお、本実施形態では、焦電体４０は、厚さが１μｍ〜２．５μｍとなるように形成されている。

そして、第１電極部３０の第１電極３１が焦電体４０の裏面４０ａ側（一側：誘電体薄板部６１側）に配置されている。また、第２電極部５０の第２電極５１が焦電体４０の表面４０ｂ側（他側：誘電体薄板部６１とは反対側）に配置されている。すなわち、第１電極部３０の第１電極３１および第２電極部５０の第２電極５１が焦電体４０の表裏面４０ｂ，４０ａを挟むように設けられている。

本実施形態では、第１電極部３０は、誘電体薄板部６１上に配置されるとともに上方に焦電体４０が配置される第１電極３１と、第１電極３１に電気的に接続される金属配線３３と、当該金属配線３３に電気的に接続される電位取り出し部３２とを備えている。

具体的には、第１電極３１は、例えば、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料を用いて厚さが１００ｎｍ〜５００ｎｍとなる矩形板状に形成されている。そして、図１に示すように、第１電極３１の１つの頂点部分（図１の左下の頂点部分）に線状の金属配線３３が連結されており、この金属配線３３が、誘電体６０を介してフレーム部２２の表面２２ａ（図１の左下部分）に配置された電位取り出し部３２に連結されている。

このように、本実施形態では、電位取り出し部３２が金属配線３３を介して第１電極３１に電気的に接続されるようにしている。なお、金属配線３３は、誘電体６０上（誘電体薄板部６１上およびフレーム部２２の表面２２ａに固定された誘電体６０上）に設けられている。

そして、この電位取り出し部３２は、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＩＣチップ（図示せず）に電気的に接続されている。こうして、第１電極３１の電位がＩＣチップ（図示せず）に出力されるようにしている。

一方、第２電極部５０も、焦電体４０上に配置される第２電極５１と、第２電極５１に電気的に接続される金属配線５３と、当該金属配線５３に電気的に接続される電位取り出し部５２とを備えている。

具体的には、第２電極５１は、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料を用いて厚さが１００ｎｍ〜５００ｎｍとなる矩形板状に形成されている。そして、図１に示すように、第２電極５１の１つの頂点部分（図１の右上の頂点部分）に線状の金属配線５３が連結されており、この金属配線５３が、誘電体６０を介してフレーム部２２の表面２２ａ（図１の右上部分）に配置された電位取り出し部５２に連結されている。

このように、本実施形態では、電位取り出し部５２が金属配線５３を介して第２電極５１に電気的に接続されるようにしている。なお、金属配線５３も、誘電体６０上（誘電体薄板部６１上およびフレーム部２２の表面２２ａに固定された誘電体６０上）に設けられている。

また、本実施形態では、図１および図２に示すように、誘電体６０側から第１電極３１、焦電体４０、第２電極５１の順に積層されており、この順に１辺の長さが短くなるように形成されている。そのため、第２電極５１から誘電体６０にかけて絶縁層７０を形成し、この絶縁層７０上に金属配線５３を配置することで、第２電極５１と第１電極３１との短絡を防止している。

そして、電位取り出し部５２も、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＩＣチップ（図示せず）に電気的に接続されている。こうして、第２電極５１の電位がＩＣチップ（図示せず）に出力されるようにしている。

上述したように、本実施形態では、半導体基板２０が当接していない誘電体薄板部６１上に第１電極３１と第２電極５１とで挟持された焦電体４０を配置している。こうすることで、入射する赤外線等によって焦電体４０が加熱される際に、誘電体材料に比べて熱コンダクタンスが高い半導体基板２０による影響を低減することができるようになる。すなわち、焦電体４０が受ける熱が半導体基板２０を介して逃げてしまうのを抑制することができるようになる。そのため、より効率良く焦電体４０を加熱することができるようになって赤外線センサ１０の応答速度と感度を高めることができるようになる。

かかる構成の赤外線センサ１０を用いることで、図示せぬ被検知物体（例えば、人の手など）が赤外線センサ１０の近傍に存在しているか否かを検知することができる。

例えば、赤外線センサ１０の上側（半導体基板２０の表面２０ａ側）に被検知物体が存在する場合、当該被検知物体から赤外線が照射され、被検知物体から照射された赤外線は、焦電体４０に直接入射したり、焦電体４０の周囲を通過し、反射膜９０によって反射して間接的に焦電体４０に入射したりする。

そして、図示せぬ被検知物体（例えば、人の手など）からの赤外線が焦電体４０に入射、吸収されると、焦電体４０内の結晶の温度が変化する。このように、焦電体４０内の結晶の温度が変化すると、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる。そして、結晶表面に電荷があらわれることで、第２電極５１と第１電極３１との電位差が変化し、この電位差の変化がＩＣチップ（図示せず）に出力されることで、図示せぬ被検知物体（例えば、人の手など）が赤外線センサ１０の近傍に存在していることが、赤外線センサ１０によって検知される。なお、赤外線センサ１０は、通常、ＩＣチップとともに図示せぬ回路基板に実装された状態で使用される。

ここで、本実施形態では、誘電体薄板部６１を薄板部撓ませ手段１１０によって焦電体４０が配置されていない側に凸となるように撓ませている。

具体的には、密閉されたキャビティ２１内の圧力を外圧と異ならせることで薄板部撓ませ手段１１０を構成した。

本実施形態では、密閉されたキャビティ２１内を減圧雰囲気とすることで、密閉されたキャビティ２１内の圧力を外圧と異ならせるようにしている。

このように、密閉されたキャビティ２１内を減圧雰囲気とすることで、誘電体薄板部６１が、内外の圧力差によってキャビティ２１側に押圧される。このとき、絶縁性薄膜で形成されている誘電体薄板部６１は、他の部分よりも撓みやすくなっているため、図２に示すように、内外の圧力差によってキャビティ２１側（焦電体４０が配置されていない側）に凸となるように撓むこととなる。

以上、説明したように、本実施形態では、薄板部撓ませ手段１１０によって誘電体薄板部６１を焦電体（焦電素子）４０が配置されていない側に凸となるように撓ませている。このように、誘電体薄板部６１を焦電体（焦電素子）４０が配置されていない側に凸となるように積極的に撓ませることで、焦電体（焦電素子）４０に圧縮力を与えることができ、焦電体（焦電素子）４０の誘電率を減少させることができる。その結果、焦電体（焦電素子）４０の出力電圧感度が向上して焦電センサの応答性をより向上させることができるようになる。また、焦電体（焦電素子）４０の誘電率を減少させることで、センサ特性における信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）の改善がなされる。このように、センサ特性における信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）の改善がなされることで、赤外線センサ（焦電センサ）１０のセンサ特性をより向上させることができるようになる。

さらに、焦電体（焦電素子）４０に圧縮力を与えて誘電率を減少させるようにすれば、同一の熱容量で圧縮力が与えられていない焦電体（焦電素子）よりも応答性を向上させることができるようになる。

また、誘電体薄板部６１を絶縁性薄膜で形成して撓みやすくすることで、焦電体（焦電素子）４０に圧縮力を与えた際に誘電体薄板部６１が破損等してしまうのを抑制することができるため、比較的強い圧縮力を焦電体（焦電素子）４０に与えることができ、焦電センサの応答性をより一層向上させることができる。

また、密閉されたキャビティ２１内の圧力を外圧と異ならせることで薄板部撓ませ手段１１０を構成することで、より簡素な構成で、応答性をより向上させることのできる赤外線センサ（焦電センサ）１０を得ることができるようになる。

また、本実施形態によれば、密閉されたキャビティ２１内を減圧雰囲気とすることで、密閉されたキャビティ２１内の圧力を外圧と異ならせるようにしている。このように、密閉されたキャビティ２１内を減圧雰囲気とすることで、焦電体（焦電素子）４０が受けた熱が大気へと逃げてしまうのを抑制することができるようになり、赤外線センサ（焦電センサ）１０の検出精度を向上させることができるようになる。

また、本実施形態によれば、キャビティ２１の内面である接合基板（基材）８０の表面（一側の面）８０ａに反射膜９０を形成している。したがって、半導体基板２０の表面２０ａ側から入射する光（赤外線）で、焦電体４０に当たらずに通り過ぎた光（赤外線）を、反射膜９０によって反射させることができるようになる。その結果、反射膜９０によって反射した反射光を焦電体４０に入射させることが可能となり、焦電体４０による光（赤外線）の受光効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（焦電センサ）１０Ａは、基本的に上記第１実施形態の赤外線センサ（焦電センサ）１０と同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサ（焦電センサ）１０Ａは、図４および図５に示すように、単結晶シリコンで形成され、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０Ａは、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａ側（一側）に固定されている。

また、本実施形態においても、キャビティ２１、誘電体薄板部６１が平面視で略矩形状をしている。

そして、半導体基板（半導体基材）２０の裏面２０ｂ側（他側）に接合基板（基材）８０が陽極接合等により接合されており、接合基板（基材）８０を接合することでキャビティ２１が密閉空間となるようにしている。

また、キャビティ２１の内面である接合基板（基材）８０の表面（一側の面）８０ａに反射膜９０を形成している。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ（焦電センサ）１０Ａが上記第１実施形態の赤外線センサ（焦電センサ）１０と主に異なる点は、密閉されたキャビティ２１内を加圧雰囲気とすることで、密閉されたキャビティ２１内の圧力を外圧と異ならせるようにした点にある。

具体的には、図４および図５に示すように、誘電体６０の誘電体薄板部６１の下側（裏面側）に焦電体４０を配置している。そして、第１電極部３０の第１電極３１を焦電体４０の表面４０ｂ側（一側：誘電体薄板部６１側）に配置するとともに、第２電極部５０の第２電極５１を焦電体４０の裏面４０ａ側（他側：誘電体薄板部６１とは反対側）に配置している。

本実施形態においても、第１電極３１、焦電体４０および第２電極５１は平面視で略矩形状をしている。

なお、図４に示すように、誘電体６０の電位取り出し部３２，５２と対応する部位には貫通穴６０ｄが形成されており、この貫通穴６０ｄから電位取り出し部３２，５２が露出している。こうすることで、第１電極３１および第２電極５１の電位をＩＣチップ（図示せず）に出力できるようにしている。

このように、密閉されたキャビティ２１内を加圧雰囲気とすることで、誘電体薄板部６１は、図５に示すように、上に凸となるように撓むこととなる。すなわち、誘電体薄板部６１は、薄板部撓ませ手段１１０によって焦電体４０が配置されていない側に凸となるように撓むこととなる。

以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

（第３実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｂは、基本的に上記第１実施形態の赤外線センサ（焦電センサ）１０と同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｂは、図６および図７に示すように、単結晶シリコンで形成され、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０Ｂは、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａ側（一側）に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体４０が配置されている。

そして、第１電極部３０の第１電極３１を焦電体４０の裏面４０ａ側（一側：誘電体薄板部６１側）に配置するとともに、第２電極部５０の第２電極５１を焦電体４０の表面４０ｂ側（他側：誘電体薄板部６１とは反対側）に配置している。

また、本実施形態においても、キャビティ２１、誘電体薄板部６１、下部電極３１、焦電体４０および上部電極５１が平面視で略矩形状をしている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｂが上記第１実施形態の赤外線センサ（焦電センサ）１０と主に異なる点は、誘電体６０の少なくとも一部分を応力膜とすることで薄板部撓ませ手段１１０を構成した点にある。

本実施形態では、複数（３つ）の膜を積層することで応力膜としての誘電体６０を形成している。

具体的には、図８に示すように、ＳｉＯ_２膜６０ａの上方にＳｉＯ_２膜６０ｂを積層するとともにＳｉＯ_２膜６０ｂの上方にＳｉ_３Ｎ_４膜６０ｃを積層することで３層構造となるように誘電体６０を形成している。そして、圧縮応力が生じるようにＳｉＯ_２膜６０ａ，６０ｂを成膜するとともに、引っ張り応力が生じるようにＳｉ_３Ｎ_４膜６０ｃを成膜する。こうすることで、誘電体６０の上下に応力差を生じさせ（誘電体６０の表側に生じる応力と裏側に生じる応力との間に差を生じさせ）、誘電体６０自体の内部応力によって誘電体６０（誘電体薄板部６１）を下に凸となるように撓ませている。本実施形態では、応力の大きさが異なる場合だけでなく、同じ大きさでも応力の方向が相違する場合には、応力差が生じているものとしている。

このように、応力膜を用いて誘電体薄板部６１を焦電体（焦電素子）４０が配置されていない側に凸となるように撓ませることによっても、焦電体（焦電素子）４０に圧縮力を与えることができ、焦電体（焦電素子）４０の誘電率を減少させることができるようになる。

なお、本実施形態では、複数（３つ）の膜を積層することで応力膜を形成しているが、１つの膜で応力膜を形成することも可能である。また、異なる材料で成膜された膜を積層することで応力膜を形成しているが、同一の材料を用い、成膜条件を異ならせた状態で成膜した複数の膜を積層することで応力膜を形成することも可能である。

また、本実施形態では、誘電体６０の全体を応力膜としたものを例示したが、誘電体６０の一部（誘電体薄板部６１のみや誘電体６０の周縁部等）を応力膜とすることも可能である。

また、本実施形態によれば、誘電体６０の少なくとも一部分を応力膜とすることで薄板部撓ませ手段１１０を構成している。したがって、キャビティ２１を密閉空間としなくても、誘電体薄板部６１を焦電体（焦電素子）４０が配置されていない側に凸となるように撓ませることができるようになるため、より容易に赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｂを製造することができる。

（第４実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｃは、基本的に上記第１実施形態の赤外線センサ（焦電センサ）１０と同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｃは、図９および図１０に示すように、単結晶シリコンで形成され、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０Ｃは、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａ側（一側）に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体４０が配置されている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｃが上記第１実施形態の赤外線センサ（焦電センサ）１０と主に異なる点は、誘電体６０のキャビティ２１とは反対側に、誘電体薄板部６１を覆った状態で密閉された第２のキャビティ２１Ｃを形成した点にある。

具体的には、図１０に示すように、誘電体６０のキャビティ２１とは反対側に第２のキャビティ２１Ｃが形成された蓋体１２０を固定することで、第２のキャビティ２１Ｃが誘電体薄板部６１を覆った状態で密閉されるようにしている。

そして、密閉されたキャビティ２１内の圧力と密閉された第２のキャビティ２１Ｃ内の圧力とを異ならせている。本実施形態では、第２のキャビティ２１Ｃ内を減圧雰囲気Ａとし、キャビティ２１内を減圧雰囲気Ｂとし、第２のキャビティ２１Ｃの内圧をキャビティ２１の内圧よりも高くしている。このように、第２のキャビティ２１Ｃの内圧をキャビティ２１の内圧よりも高くすることで、誘電体薄板部６１が下に凸となるように撓むこととなる。

そして、密閉されたキャビティ２１および密閉された第２のキャビティ２１Ｃのうち内圧が高い方の第２のキャビティ２１側の誘電体薄板部６１上に焦電体４０を配置している。

したがって、誘電体薄板部６１は、焦電体（焦電素子）４０が配置されていない側に凸となるように撓むこととなり、焦電体４０には圧縮力が与えられる。

このように、本実施形態では、密閉されたキャビティ２１内の圧力と密閉された第２のキャビティ２１Ｃ内の圧力とを異ならせ、密閉されたキャビティ２１および密閉された第２のキャビティ２１Ｃのうち内圧が高い方の第２のキャビティ２１側の誘電体薄板部６１上に焦電体４０を配置することで薄板部撓ませ手段１１０を構成している。

また、蓋体１２０には、光（赤外線等）を第２のキャビティ２１Ｃ内に透過させる光透過部が形成されており、図示せぬ被検知物体（例えば、人の手など）が赤外線センサ１０Ｃの近傍に存在しているか否かを検知できるようになっている。

具体的には、蓋体１２０は、第２のキャビティ２１Ｃが形成された半導体基板（半導体基材）２０Ｃと、半導体基板（半導体基材）２０Ｃのフレーム部２２Ｃに接合されて第２のキャビティ２１Ｃの上部を塞ぐフィルタ１００と、を備えている。

半導体基板（半導体基材）２０Ｃは、単結晶シリコンを用いて平面視で輪郭形状が矩形状となるように形成されている。なお、本実施形態では、半導体基板（半導体基材）２０Ｃは半導体基板（半導体基材）２０よりも一回り小さくなっている。そして、半導体基板（半導体基材）２０Ｃの中央部に上下に貫通する第２のキャビティ２１Ｃを形成することで矩形枠状のフレーム部２２Ｃが形成されている。

また、フィルタ１００は、光（赤外線等）を第２のキャビティ２１Ｃ内に透過させる光透過部に相当するものであり、蓋体１２０の誘電体６０とは反対側に設けられている。

さらに、本実施形態では、検知に必要な波長領域（赤外線）のみ透過させ、それ以外の波長領域の光を透過させないようにしている。

すなわち、フィルタ１００は、所定の波長の光を選択的に透過させる機能を有している。

このようなフィルタとしては、例えば、Ａｕ，Ａｌなどの金属コーティングを施すことで半導体基板（半導体基材）２０Ｃの表面２０ａＣに形成した金属薄膜や、複数層の誘電体をコーティングすることで半導体基板（半導体基材）２０Ｃの表面２０ａＣに形成した誘電体多層膜を用いることができる。

本実施形態では、２層（複数層）の誘電体１０１，１０２をコーティングすることで半導体基板（半導体基材）２０Ｃの表面２０ａＣに形成した誘電体多層膜をフィルタ１００としたものを例示している。

また、本実施形態によれば、キャビティ２１内および第２のキャビティ２１Ｃ内を減圧雰囲気としている。その結果、焦電体４０が受けた熱が大気へと逃げてしまうのをより一層抑制することができるようになり、赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｃの検出精度を向上させることができるようになる。

また、蓋体１２０の誘電体６０とは反対側に所定の波長の光を選択的に透過させるフィルタ１００を設けている。そのため、検知に必要な波長域のみを焦電体４０に入射させることができ、他の波長域による雑音の影響を低減することができる。その結果、赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｃの検出精度を向上させることができるようになる。

また、第２のキャビティを密閉するための蓋体１２０にフィルタ機能を設けるようにしたため、赤外線センサ（焦電センサ）１０Ｃの小型化を図ることも可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記各実施形態では、略直方体状のキャビティが形成されたものを例示したが、キャビティの形状を略円錐台状とすることもできる。この場合、半導体基材の一面側から異方性エッチングを施すことでキャビティを形成するのが好ましい。

また、キャビティや誘電体薄板部その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ赤外線センサ（焦電センサ）
２０半導体基板（半導体基材）
２０ａ表面
２１キャビティ
２１Ｃ第２のキャビティ
３１下部電極（第１電極）
４０焦電体（受光素子）
５１上部電極（第２電極）
６０誘電体
６１誘電体薄板部
９０反射膜
１１０薄板部撓ませ手段
１２０蓋体

Claims

キャビティを有する半導体基材と、
前記キャビティ上に誘電体薄板部が位置するように前記半導体基材の一側に固定された誘電体と、
前記誘電体薄板部上に配置される焦電素子と、
前記焦電素子の一側に配置される第１電極と、
前記焦電素子の他側に配置される第２電極と、
前記誘電体薄板部を前記焦電素子が配置されていない側に凸となるように撓ませる薄板部撓ませ手段と、
を備えることを特徴とする焦電センサ。
前記キャビティが密閉空間となっており、
密閉された前記キャビティ内の圧力を外圧と異ならせることで前記薄板部撓ませ手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載の焦電センサ。
密閉された前記キャビティ内を減圧雰囲気としたことを特徴とする請求項２に記載の焦電センサ。
前記誘電体の前記キャビティとは反対側に、前記誘電体薄板部を覆った状態で密閉された第２のキャビティが形成されており、
密閉された前記キャビティ内の圧力と密閉された前記第２のキャビティ内の圧力とが異なっており、
密閉された前記キャビティおよび密閉された前記第２のキャビティのうち内圧が高い方のキャビティ側の誘電体薄板部上に前記焦電素子が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の焦電センサ。
前記誘電体の前記キャビティとは反対側に前記第２のキャビティが形成された蓋体を固定することで、前記第２のキャビティが前記誘電体薄板部を覆った状態で密閉されており、
前記蓋体の前記誘電体とは反対側に所定の波長の光を選択的に透過させるフィルタが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の焦電センサ。
前記キャビティの内面に反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の焦電センサ。
前記誘電体の少なくとも一部分を応力膜とすることで前記薄板部撓ませ手段を構成したことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の焦電センサ。
前記応力膜は、複数の膜を積層することで形成されていることを特徴とする請求項７に記載の焦電センサ。