JP2016057299A - Pyroelectric sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦電効果を利用して赤外線を電気信号に変換する焦電センサ及びその製造方法に関し、特に、赤外線の吸収効率を向上し焦電体の反りを軽減することができる焦電センサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a pyroelectric sensor that converts infrared light into an electrical signal by using the pyroelectric effect and a method for manufacturing the same, and more particularly, a pyroelectric sensor that can improve infrared absorption efficiency and reduce warping of the pyroelectric body. And a manufacturing method thereof.
フーリエ変換型赤外分光装置用途の赤外線センサとして、焦電型赤外線センサ(以下、焦電センサと称する。)が知られている。この焦電センサには、赤外線を吸収するための赤外線吸収膜が成膜されている。 A pyroelectric infrared sensor (hereinafter referred to as a pyroelectric sensor) is known as an infrared sensor for Fourier transform infrared spectroscopy. This pyroelectric sensor is formed with an infrared absorption film for absorbing infrared rays.
この赤外線吸収膜の材料としては、赤外線吸収効率に非常に優れた金属黒膜、特に金黒膜が例示できる(特許文献1)。この金黒膜の場合、膜厚が3μmであり、90%程度の赤外線吸収率を得ることができる。しかし、10%程度の赤外線が金黒膜を透過してしまう。焦電体の膜厚が数μmであるため、透過した赤外線を焦電体自身で吸収することはできない。 Examples of the material of the infrared absorption film include a metal black film, particularly a gold black film, which is very excellent in infrared absorption efficiency (Patent Document 1). In the case of this gold black film, the film thickness is 3 μm, and an infrared absorption rate of about 90% can be obtained. However, about 10% of infrared rays pass through the gold black film. Since the thickness of the pyroelectric material is several μm, the transmitted infrared light cannot be absorbed by the pyroelectric material itself.
また、焦電体は、焦電体に成膜した赤外線吸収膜の内部応力の影響により、反りが発生する。このため、クラックや剥離などが生じ易くなる。 Further, the pyroelectric material is warped by the influence of the internal stress of the infrared absorption film formed on the pyroelectric material. For this reason, cracks and peeling easily occur.
特許文献2に記載された技術では、赤外線吸収膜を分割して反りを低減している。しかし、赤外線吸収膜を分割するためのスリット部には赤外線吸収膜はないため、スリット部では赤外線を吸収することはできない。 In the technique described in Patent Document 2, warpage is reduced by dividing the infrared absorption film. However, since there is no infrared absorption film in the slit portion for dividing the infrared absorption film, the slit portion cannot absorb infrared rays.
また、赤外線の吸収効率を上げるために、金黒膜の厚みをさらに大きくすると、焦電体はさらに反りが大きくなり、クラックや剥離が生じやくなる。 Further, when the thickness of the gold black film is further increased in order to increase the infrared absorption efficiency, the pyroelectric body is further warped, and cracks and peeling are likely to occur.
本発明の課題は、赤外線の吸収効率を向上し、焦電体の反りを低減することができる焦電センサ及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pyroelectric sensor that can improve infrared absorption efficiency and reduce warping of the pyroelectric body, and a method for manufacturing the same.
本発明に係る焦電センサは、上記課題を解決するために、焦電センサ素子と、前記焦電センサ素子の上面に形成され且つ信号を取り出すための上面電極と、前記上面電極の上面に形成され且つ赤外線を吸収するための第1赤外線吸収膜と、前記焦電センサ素子の下面に形成され且つ前記信号を取り出すための下面電極と、前記下面電極の下面に形成され且つ前記赤外線を吸収するための第2赤外線吸収膜と、前記焦電センサ素子を保持する保持台とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a pyroelectric sensor according to the present invention is formed on a pyroelectric sensor element, an upper electrode formed on the upper surface of the pyroelectric sensor element and for taking out a signal, and an upper surface of the upper electrode. And a first infrared absorption film for absorbing infrared rays, a lower electrode formed on the lower surface of the pyroelectric sensor element for extracting the signal, and formed on the lower surface of the lower electrode and absorbing the infrared rays. And a holding base for holding the pyroelectric sensor element.
本発明に係る焦電センサの製造方法は、焦電センサ素子の下面に信号を取り出すための下面電極を形成するステップと、前記下面電極の下面に赤外線を吸収するための第2赤外線吸収膜を形成するステップと、前記焦電センサ素子の上面に前記信号を取り出すための上面電極を形成するステップと、前記上面電極上に前記赤外線を吸収するための第1赤外線吸収膜を形成するステップと、前記焦電センサ素子を保持台に保持するステップを含むことを特徴とする。 A method for manufacturing a pyroelectric sensor according to the present invention includes a step of forming a bottom electrode for extracting a signal on the bottom surface of a pyroelectric sensor element, and a second infrared absorbing film for absorbing infrared rays on the bottom surface of the bottom electrode. Forming a top electrode for extracting the signal on the top surface of the pyroelectric sensor element, forming a first infrared absorbing film for absorbing the infrared light on the top electrode, and The method includes the step of holding the pyroelectric sensor element on a holding table.
本発明によれば、焦電体センサ素子に入射した赤外線は、第1赤外線吸収膜により吸収され、第1赤外線吸収膜を透過した赤外線は、焦電体センサ素子を透過して、第2赤外線吸収膜により吸収される。即ち、第1赤外線吸収膜で吸収しきれなかった赤外線は、第2赤外線吸収膜により吸収できるため、赤外線の吸収効率が向上する。 According to the present invention, the infrared light incident on the pyroelectric sensor element is absorbed by the first infrared absorbing film, and the infrared light transmitted through the first infrared absorbing film is transmitted through the pyroelectric sensor element and is transmitted to the second infrared light. Absorbed by the absorption film. That is, since the infrared rays that could not be absorbed by the first infrared absorbing film can be absorbed by the second infrared absorbing film, the infrared absorption efficiency is improved.
また、焦電体センサ素子を第1赤外線吸収膜と第2赤外線吸収膜とで挟み込んだ構造となっているため、焦電体センサ素子の反りを低減することができる。 In addition, since the pyroelectric sensor element is sandwiched between the first infrared absorbing film and the second infrared absorbing film, warping of the pyroelectric sensor element can be reduced.
以下、本発明の焦電センサの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the pyroelectric sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、実施例1の焦電センサの断面図である。図2は、実施例1の焦電センサの上面図である。図1に示す焦電センサの断面図は、図2に示す焦電センサの上面図におけるB−B´間の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the pyroelectric sensor of the first embodiment. FIG. 2 is a top view of the pyroelectric sensor according to the first embodiment. The cross-sectional view of the pyroelectric sensor shown in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in the top view of the pyroelectric sensor shown in FIG.
図1に示す焦電センサは、焦電体11、保持台12、上面電極13、1次赤外線吸収膜14(第1赤外線吸収膜)、下面電極15、2次赤外線吸収膜16(第2赤外線吸収膜)、上面電極信号取り出し線17、下面電極パッド18、下面電極信号取り出し線19を有して構成されている。
The pyroelectric sensor shown in FIG. 1 includes a
焦電センサは、入射する赤外線を電気信号に変換する。FTIR(フーリエ変換型赤外分光装置)において、入射赤外線は、数十から数キロHz程度で変調されている。 The pyroelectric sensor converts incident infrared light into an electrical signal. In an FTIR (Fourier transform infrared spectrometer), incident infrared light is modulated at about several tens to several kiloHz.
焦電体11(焦電センサ素子)は、DLATGS(Deuterated L-Alanine Triglycine Sulphate(重水素化L−アラニンド−プトリグリシン硫酸結晶))、LiTaO3(リチウムタンタレート)、LiNbO3(リチウムナイオベート)、のいずれかからなる。あるいは、焦電体11として、PZT、PbTiO3、PGO、前述したDLATGSが含まれるTGSなどを用いることもできる。焦電体11の外形は、四角形状であるが、熱膨張による反りを回避するために焦電体11の四隅の角を切除したり、あるいは円形状とすることも可能であり、点対称の形状であれば良い。
The pyroelectric material 11 (pyroelectric sensor element) is DLATGS (Deuterated L-Alanine Triglycine Sulphate), LiTaO 3 (lithium tantalate), LiNbO 3 (lithium niobate) , Either. Alternatively, as the
保持台12は、焦電体11を保持し、Si単結晶基板やガラス基板、セラミック基板のいずれかからなる。保持台12は、開口部12aを有し、開口部12aが2次赤外線吸収膜16の受光面積よりも大きくなるように形成され、焦電体11から保持台12への熱の逃げを回避するために、保持台12の4点(4隅部分)で焦電体11を保持している。
The holding table 12 holds the
焦電体11の上面には、上面電極13が形成されている。さらに、上面電極13の上面には1次赤外線吸収膜14が形成されている。
A
また、焦電体11の下面には、下面電極15が形成されている。さらに、下面電極15の下面には2次赤外線吸収膜16が形成されている。
A
上面電極13及び下面電極15のそれぞれは、金、銅やアルミニウムなどの導電性金属からなる。1次赤外線吸収膜14及び2次赤外線吸収膜16のそれぞれは、金黒膜などの金属黒膜からなる。あるいは、1次赤外線吸収膜14及び2次赤外線吸収膜16のそれぞれは、白金黒膜などの金属黒膜を用いてもよい。
Each of the
上面電極12には信号取り出し用の上面電極信号取り出し線17がボンディングされている。上面電極信号取り出し線17は、上面電極13を介して焦電体11で発生した電気信号を読み出す。下面電極パッド18は、保持台12に形成され、導電性ペーストやハンダにより下面電極15に接合され、電気的に導通する。
An upper surface electrode
下面電極信号取り出し線19は、下面電極パッド18にボンディングされている。このため、下面電極信号取り出し線19は、下面電極15と下面電極パッド18とを介して焦電体11で発生した電気信号を読み出す。
The lower electrode
次に、このように構成された実施例1の焦電センサの動作を説明する。焦電体11の上面に1次赤外線吸収膜14が形成され、焦電体11の下面に2次赤外線吸収膜16が形成されている。従って、焦電体11に入射した赤外線は、焦電体11の上面に形成された1次赤外線吸収膜14により吸収される。
Next, the operation of the pyroelectric sensor of Example 1 configured as described above will be described. A primary
次に、1次赤外線吸収膜14を透過した赤外線は、焦電体11を透過して、焦電体11の下面に形成された2次赤外線吸収膜16により吸収される。即ち、1次赤外線吸収膜14で吸収しきれなかった赤外線は、2次赤外線吸収膜16により吸収できるため、赤外線の吸収効率が向上する。
Next, the infrared rays that have passed through the primary infrared absorbing
また、焦電体11を1次赤外線吸収膜14と2次赤外線吸収膜16とで挟み込んだ構造となっているため、焦電体11の反りを低減することができる。
Further, since the
さらに、開口部12aの面積が2次赤外線吸収膜16の面積よりも大きくなるように形成され、保持台12の4点で焦電体11を保持しているので、焦電体11から保持台12への熱の逃げを回避することができる。
Further, the
次に、実施例1に係る焦電センサの製造方法について、図3に示す焦電センサの製造工程を参照しながら詳細に説明する。 Next, the manufacturing method of the pyroelectric sensor according to the first embodiment will be described in detail with reference to the manufacturing process of the pyroelectric sensor shown in FIG.
まず、図3(a)に示すように、例えばLiTaO3からなる焦電体11を所望の形状に加工する。次に、図3(b)に示すように、焦電体11の下面に、金からなる下面電極15を蒸着によって成膜する。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(c)に示すように、焦電体11の下面に、金黒膜パターンを形成するためのマスク21を焦電体11に取り付ける。次に、図3(d)に示すように、1000Pa程度の低真空度下で金を蒸着すことにより、多孔質の金が焦電体11の下面に成膜されて、金黒膜(2次赤外線吸収膜16)が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, a
次に、図3(e)に示すように、マスク21を取り外す。さらに、図3(f)に示すように、焦電体11の下面に、ガラス基板22を接着する。
Next, as shown in FIG. 3E, the
次に、図3(g)に示すように、焦電体11を所望の厚みまで研磨した後、図3(h)に示すように、焦電体11の上面に金からなる上面電極13を蒸着する。
Next, as shown in FIG. 3G, after the
次に、図3(i)に示すように、焦電体11の上面に、金黒膜パターンを形成するためのマスク23を焦電体11に取り付ける。次に、図3(j)に示すように、1000Pa程度の低真空度下で金を蒸着すことにより、多孔質の金が焦電体11の上面に成膜されて、金黒膜(1次赤外線吸収膜14)が形成される。
Next, as shown in FIG. 3I, a
次に、図3(k)に示すように、マスク23を取り外す。さらに、図3(l)に示すように、ガラス基板22を焦電体11から剥離する。
Next, as shown in FIG. 3 (k), the
最後に、図3(m)に示すように、焦電体11の下面電極と保持台12上の下面電極パッド18との間を導電性ペースト(導電性部材)により接着、若しくはハンダで接合する。
Finally, as shown in FIG. 3 (m), the lower surface electrode of the
図3(a)〜図3(m)の工程を実施することにより、実施例1に係る焦電センサを容易に製造することができる。 By performing the steps of FIG. 3A to FIG. 3M, the pyroelectric sensor according to the first embodiment can be easily manufactured.
図4は、実施例2の焦電センサの断面図である。実施例2の焦電センサは、1次赤外線吸収膜14及び2次赤外線吸収膜16aが金黒膜からなる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the pyroelectric sensor of the second embodiment. In the pyroelectric sensor of Example 2, the primary
1次赤外線吸収膜14は、赤外線反射率が所定値よりも小さい金黒膜からなる。例えば、金黒膜を成膜する際の真空度を図3(d)時の成膜条件(1000Pa以下)よりも高い真空度にすることで得られる。
The primary
2次赤外線吸収膜16aは、赤外線反射率が1次赤外線吸収膜14よりも大きい金黒膜からなる。例えば、金黒膜を成膜する際の真空度を一次赤外線吸収膜14の成膜時の真空度よりも低い真空度にすることで得られる。
The secondary
このような実施例2の焦電センサによれば、1次赤外線吸収膜14は、赤外線反射率が所定値よりも小さい金黒膜からなるので、赤外線を十分に吸収することができる。1次赤外線吸収膜14により、入射された赤外線の例えば、約90%を吸収することができる。
According to the pyroelectric sensor of Example 2 as described above, the primary
また、2次赤外線吸収膜16aは、赤外線反射率が前記所定値よりも大きい金黒膜からなるので、2次赤外線吸収膜16aに入射した赤外線は、2次赤外線吸収膜16aで吸収されるとともに、殆ど透過せずに反射されて、焦電体11に戻る。
In addition, since the secondary
このため、例えば残った10%の赤外線の殆どが2次赤外線吸収膜16aで吸収される。従って、2次赤外線吸収膜16aにより赤外線吸収率がさらに向上するので、実施例2の焦電センサは、実施例1の焦電センサの効果よりも大きくなる。
For this reason, for example, most of the remaining 10% infrared light is absorbed by the secondary
本発明に係る焦電センサは、フーリエ変換型赤外線分光装置に適用可能である。 The pyroelectric sensor according to the present invention can be applied to a Fourier transform infrared spectrometer.
11 焦電体
12 保持台
12a 開口部
13 上面電極
14 1次赤外線吸収膜
15 下面電極
16,16a 2次赤外線吸収膜
17 上面電極信号取り出し線
18 下面電極パッド
19 下面電極信号取り出し線
21,23 マスク
22 ガラス基板
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記焦電センサ素子の上面に形成され且つ信号を取り出すための上面電極と、
前記上面電極の上面に形成され且つ赤外線を吸収するための第1赤外線吸収膜と、
前記焦電センサ素子の下面に形成され且つ前記信号を取り出すための下面電極と、
前記下面電極の下面に形成され且つ前記赤外線を吸収するための第2赤外線吸収膜と、
前記焦電センサ素子を保持する保持台と、
を備えることを特徴とする焦電センサ。 A pyroelectric sensor element;
An upper surface electrode formed on the upper surface of the pyroelectric sensor element and for taking out a signal;
A first infrared absorbing film formed on the upper surface of the upper electrode and absorbing infrared rays;
A lower electrode formed on the lower surface of the pyroelectric sensor element and for taking out the signal;
A second infrared absorbing film formed on the lower surface of the lower electrode and for absorbing the infrared rays;
A holding base for holding the pyroelectric sensor element;
A pyroelectric sensor comprising:
前記下面電極の下面に赤外線を吸収するための第2赤外線吸収膜を形成するステップと、
前記焦電センサ素子の上面に前記信号を取り出すための上面電極を形成するステップと、
前記上面電極上に前記赤外線を吸収するための第1赤外線吸収膜を形成するステップと、
前記焦電センサ素子を保持台に保持するステップと、
を含むことを特徴とする焦電センサの製造方法。
Forming a bottom electrode for extracting a signal on the bottom surface of the pyroelectric sensor element;
Forming a second infrared absorbing film for absorbing infrared rays on the lower surface of the lower electrode;
Forming an upper surface electrode for extracting the signal on the upper surface of the pyroelectric sensor element;
Forming a first infrared absorption film for absorbing the infrared ray on the upper surface electrode;
Holding the pyroelectric sensor element on a holding table;
A method of manufacturing a pyroelectric sensor, comprising:
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WO2018012418A1 (en) * | 2016-07-11 | 2018-01-18 | 株式会社村田製作所 | Pyroelectric sensor and method for producing pyroelectric sensor |
CN112786772A (en) * | 2021-01-08 | 2021-05-11 | 有研工程技术研究院有限公司 | Infrared-enhanced absorption metal nano material and preparation method thereof |
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