JP2017216380A - Ferroelectric element, thermoelectric converter, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電体素子、熱電気変換装置および電子機器に関するものである。 The present invention relates to a ferroelectric element, a thermoelectric conversion device, and an electronic apparatus.
温度変化によって分極し表面電荷が変化する焦電効果を示す焦電体が知られている。焦電体は熱型光検出器の熱検出素子等に活用されている。熱型光検出器は光吸収層及び熱検出素子を備えている。光吸収層は物体から放射された光を吸収し、光を熱に変換する。そして、熱検出素子が温度の変化を測定する。焦電体は強誘電体により構成されている。そして、強誘電体を電極で挟んだ形態の素子を強誘電体素子ともいう。 A pyroelectric material is known that exhibits a pyroelectric effect that changes its surface charge by polarization due to temperature change. The pyroelectric material is used as a heat detection element of a thermal photodetector. The thermal detector includes a light absorption layer and a heat detection element. The light absorbing layer absorbs light emitted from the object and converts the light into heat. Then, the heat detection element measures a change in temperature. The pyroelectric material is composed of a ferroelectric material. An element in which a ferroelectric is sandwiched between electrodes is also referred to as a ferroelectric element.
焦電体を構成する材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛が用いられてきた。この材料は構成元素に鉛を含むため、環境問題等の観点から好ましくない。そして、鉛を用いない焦電体が特許文献1に開示されている。それによると、焦電体は鉄、マンガン、ビスマス及びガドリニウムを含む酸化物を含んでいる。
As a material constituting the pyroelectric material, lead zirconate titanate has been used. Since this material contains lead as a constituent element, it is not preferable from the viewpoint of environmental problems. A pyroelectric material that does not use lead is disclosed in
鉛を含まない焦電体はリーク電流が大きい。そして、リーク電流が大きい強誘電体素子はノイズが大きくなる。そこで、含まれる鉛の量が少なくてノイズの小さい強誘電体素子が望まれていた。 A pyroelectric material containing no lead has a large leakage current. Further, noise is increased in the ferroelectric element having a large leakage current. Therefore, a ferroelectric element with a small amount of lead and low noise has been desired.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.
[適用例1]
本適用例にかかる強誘電体素子であって、第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設置されペロブスカイト構造を有する第1強誘電体層と、前記第1強誘電体層と前記第2電極との間に設置されペロブスカイト構造を有する第2強誘電体層と、を備え、前記第1強誘電体層は前記第2強誘電体層より電気抵抗が高く、前記第2強誘電体層は鉛を含まないことを特徴とする。
[Application Example 1]
A ferroelectric element according to this application example, wherein the first electrode and the second electrode, the first ferroelectric layer having a perovskite structure disposed between the first electrode and the second electrode, A second ferroelectric layer disposed between the first ferroelectric layer and the second electrode and having a perovskite structure, wherein the first ferroelectric layer has an electrical resistance higher than that of the second ferroelectric layer. And the second ferroelectric layer does not contain lead.
本適用例によれば、強誘電体素子は第1電極、第1強誘電体層、第2強誘電体層、第2電極の順に配置される。第1強誘電体層、第2強誘電体層はペロブスカイト構造を有する強誘電体層である。従って、強誘電体素子の温度が変化するとき、強誘電体素子は分極が変化して表面電荷が変化する焦電体として機能する。 According to this application example, the ferroelectric element is arranged in the order of the first electrode, the first ferroelectric layer, the second ferroelectric layer, and the second electrode. The first ferroelectric layer and the second ferroelectric layer are ferroelectric layers having a perovskite structure. Therefore, when the temperature of the ferroelectric element changes, the ferroelectric element functions as a pyroelectric body whose polarization changes and the surface charge changes.
第2強誘電体層は鉛を含まない。従って、第1強誘電体層が鉛を含んでいても第2強誘電体層が鉛を含まないので、第1強誘電体層及び第2強誘電体層が共に鉛を含むときに比べて鉛の含有量を減らすことができる。 The second ferroelectric layer does not contain lead. Therefore, even if the first ferroelectric layer contains lead, the second ferroelectric layer does not contain lead, so that both the first ferroelectric layer and the second ferroelectric layer contain lead. Lead content can be reduced.
第1強誘電体層は第2強誘電体層より電気抵抗が高くなっている。そして、第1強誘電体層と第2強誘電体層とは直列接続になっている。従って、第2強誘電体層のみにより構成されているときに比べて電気抵抗を高くすることができる。そして、電気抵抗を高くすることにより第1電極と第2電極との間に流れるリーク電流を小さくできる。リーク電流を小さくすることにより強誘電体素子のジョンソンノイズが小さくなる為、強誘電体素子のノイズを小さくすることができる。 The first ferroelectric layer has a higher electrical resistance than the second ferroelectric layer. The first ferroelectric layer and the second ferroelectric layer are connected in series. Therefore, the electrical resistance can be increased as compared with the case where the second ferroelectric layer is used alone. And the leak current flowing between the first electrode and the second electrode can be reduced by increasing the electric resistance. Since the Johnson noise of the ferroelectric element is reduced by reducing the leakage current, the noise of the ferroelectric element can be reduced.
[適用例2]
上記適用例にかかる強誘電体素子において、前記第1強誘電体層は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含み、前記第2強誘電体層はビスマス、ランタン、鉄を含むことを特徴とする。
[Application Example 2]
In the ferroelectric element according to the application example, the first ferroelectric layer includes lead, zirconium, and titanium, and the second ferroelectric layer includes bismuth, lanthanum, and iron.
本適用例によれば、第1強誘電体層は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含んでおり、第2強誘電体層はビスマス、ランタン、鉄を含んでいる。このとき、第1強誘電体層及び第2強誘電体層をペロブスカイト構造にすることができる。従って、強誘電体素子は焦電体としての機能を有する。第2強誘電体層は鉛を含まない誘電体層である。第1強誘電体層は第2強誘電体層より電気抵抗を高くすることができる。従って、適用例1に記載の強誘電体素子を実現することができる。 According to this application example, the first ferroelectric layer includes lead, zirconium, and titanium, and the second ferroelectric layer includes bismuth, lanthanum, and iron. At this time, the first ferroelectric layer and the second ferroelectric layer can have a perovskite structure. Therefore, the ferroelectric element has a function as a pyroelectric material. The second ferroelectric layer is a dielectric layer not containing lead. The first ferroelectric layer can have a higher electrical resistance than the second ferroelectric layer. Therefore, the ferroelectric element described in Application Example 1 can be realized.
[適用例3]
上記適用例にかかる強誘電体素子において、前記第1強誘電体層は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含み、前記第2強誘電体層はビスマス、ガドリニウム、鉄を含むことを特徴とする。
[Application Example 3]
In the ferroelectric element according to the application example, the first ferroelectric layer includes lead, zirconium, and titanium, and the second ferroelectric layer includes bismuth, gadolinium, and iron.
本適用例によれば、第1強誘電体層は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含んでおり、第2強誘電体層はビスマス、ガドリニウム、鉄を含んでいる。このとき、第1強誘電体層及び第2強誘電体層をペロブスカイト構造にすることができる。従って、強誘電体素子は焦電体としての機能を有する。第2強誘電体層は鉛を含まない誘電体層である。第1強誘電体層は第2強誘電体層より電気抵抗を高くすることができる。従って、適用例1に記載の強誘電体素子を実現することができる。さらに、常温付近における感度が良いので常温で用いることができる。 According to this application example, the first ferroelectric layer includes lead, zirconium, and titanium, and the second ferroelectric layer includes bismuth, gadolinium, and iron. At this time, the first ferroelectric layer and the second ferroelectric layer can have a perovskite structure. Therefore, the ferroelectric element has a function as a pyroelectric material. The second ferroelectric layer is a dielectric layer not containing lead. The first ferroelectric layer can have a higher electrical resistance than the second ferroelectric layer. Therefore, the ferroelectric element described in Application Example 1 can be realized. Furthermore, since the sensitivity near normal temperature is good, it can be used at normal temperature.
[適用例4]
上記適用例にかかる強誘電体素子において、前記第2強誘電体層はマンガンを含むことを特徴とする。
[Application Example 4]
In the ferroelectric element according to the application example described above, the second ferroelectric layer includes manganese.
本適用例によれば、第2強誘電体層はビスマス、ランタン、鉄、マンガンを含んでいる。このとき、第2強誘電体層はマンガンを含まないときに比べてリーク抵抗を小さくすることができる。従って、強誘電体素子のノイズを小さくすることができる。 According to this application example, the second ferroelectric layer contains bismuth, lanthanum, iron, and manganese. At this time, the second ferroelectric layer can reduce the leakage resistance as compared with the case where manganese is not included. Therefore, the noise of the ferroelectric element can be reduced.
[適用例5]
上記適用例にかかる強誘電体素子において、前記第2強誘電体層は(111)に配向していることを特徴とする。
[Application Example 5]
In the ferroelectric element according to the application example described above, the second ferroelectric layer is oriented in (111).
本適用例によれば、第2強誘電体層は(111)に配向している。このとき、第2強誘電体層は分極量が大きくなるので強誘電体素子を感度の良い素子にすることができる。 According to this application example, the second ferroelectric layer is oriented in (111). At this time, since the amount of polarization of the second ferroelectric layer increases, the ferroelectric element can be made a sensitive element.
[適用例6]
上記適用例にかかる強誘電体素子において、前記第1強誘電体層は前記第2強誘電体層より薄いことを特徴とする。
[Application Example 6]
In the ferroelectric element according to the application example described above, the first ferroelectric layer is thinner than the second ferroelectric layer.
本適用例によれば、第1強誘電体層は第2強誘電体層より薄い。第2強誘電体層は鉛を含んでいないので、鉛を含んでいない層を厚くすることにより、鉛の含有量を抑制することができる。 According to this application example, the first ferroelectric layer is thinner than the second ferroelectric layer. Since the second ferroelectric layer does not contain lead, the lead content can be suppressed by increasing the thickness of the layer not containing lead.
[適用例7]
本適用例にかかる熱電気変換装置であって、上記に記載の強誘電体素子が2次元配置されていることを特徴とする。
[Application Example 7]
A thermoelectric conversion device according to this application example is characterized in that the ferroelectric elements described above are two-dimensionally arranged.
本適用例によれば、熱電気変換装置は強誘電体素子が2次元配置されている。強誘電体素子は熱を電気信号に変換する。そして、強誘電体素子が2次元配置されている為、熱電気変換装置は熱の分布を検出することができる。熱電気変換装置は上記に記載の強誘電体素子を備えている。上記に記載の強誘電体素子は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、本適用例の熱電気変換装置は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子を備えた熱電気変換装置とすることができる。 According to this application example, the thermoelectric conversion device has ferroelectric elements arranged two-dimensionally. Ferroelectric elements convert heat into electrical signals. Since the ferroelectric elements are two-dimensionally arranged, the thermoelectric converter can detect the heat distribution. The thermoelectric conversion device includes the ferroelectric element described above. The ferroelectric element described above is an element with low lead content and low noise. Therefore, the thermoelectric conversion device of this application example can be a thermoelectric conversion device including a ferroelectric element with low lead content and low noise.
[適用例8]
本適用例にかかる電子機器は、赤外線を検出する光検出部を備える電子機器であって、前記光検出部に上記に記載の熱電気変換装置を備えることを特徴とする。
[Application Example 8]
An electronic device according to this application example is an electronic device including a light detection unit that detects infrared rays, and includes the thermoelectric conversion device described above in the light detection unit.
本適用例によれば、電子機器は赤外線を検出する光検出部を備えている。そして、光検出部は強誘電体素子が2次元配置されている熱電気変換装置を備えている。赤外線が照射される場所は加熱されるので温度が上昇する。そして、熱電気変換装置は温度の分布を検出する。従って、電子機器は赤外線を介して赤外線の発光源の分布を検出することができる。熱電気変換装置は上記に記載の強誘電体素子を備えている。上記に記載の強誘電体素子は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、本適用例の電子機器は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子を備えた電子機器とすることができる。 According to this application example, the electronic device includes the light detection unit that detects infrared rays. The light detection unit includes a thermoelectric conversion device in which ferroelectric elements are two-dimensionally arranged. Since the place irradiated with infrared rays is heated, the temperature rises. The thermoelectric conversion device detects the temperature distribution. Therefore, the electronic device can detect the distribution of the infrared light source via the infrared light. The thermoelectric conversion device includes the ferroelectric element described above. The ferroelectric element described above is an element with low lead content and low noise. Therefore, the electronic device of this application example can be an electronic device including a ferroelectric element with a low lead content and low noise.
[適用例9]
本適用例にかかる電子機器は、上記に記載の強誘電体素子を備えていることを特徴とする。
[Application Example 9]
An electronic apparatus according to this application example includes the ferroelectric element described above.
本適用例によれば、電子機器は上記に記載の強誘電体素子を備えている。上記に記載の強誘電体素子は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、本適用例の電子機器は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子を備えた電子機器とすることができる。 According to this application example, the electronic device includes the ferroelectric element described above. The ferroelectric element described above is an element with low lead content and low noise. Therefore, the electronic device of this application example can be an electronic device including a ferroelectric element with a low lead content and low noise.
以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, each member in each drawing is illustrated with a different scale for each member in order to make the size recognizable on each drawing.
(第1の実施形態)
本実施形態では、強誘電体素子の特徴的な例について、図に従って説明する。第1の実施形態にかかわる強誘電体素子について図1〜図3に従って説明する。図1は、強誘電体素子の構造を示す模式側断面図である。図1に示すように、強誘電体素子1は基板2上に設置されている。強誘電体素子1は第1電極3、第1強誘電体層4、第2強誘電体層5及び第2電極6を備えている。
(First embodiment)
In this embodiment, a characteristic example of a ferroelectric element will be described with reference to the drawings. The ferroelectric element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic sectional side view showing the structure of a ferroelectric element. As shown in FIG. 1, the
第1電極3、第1強誘電体層4、第2強誘電体層5及び第2電極6がこの順に重ねて設置されている。第1強誘電体層4は第1電極3と第2電極6との間に設置されペロブスカイト構造を有している。第2強誘電体層5は第1強誘電体層4と第2電極6との間に設置されペロブスカイト構造を有している。そして、第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より薄い層になっている。
The
ペロブスカイト構造は立方晶系の単位格子を有している。立方晶の各頂点と金属と体心と金属が設置されている。体心の金属を中心にして酸素が立方晶の各面心に配置されている。酸素と体心の金属から八面体の形態になっている。八面体の向きは、各頂点の金属との相互作用により歪み易く。歪んだとき立方晶から対称性の低い斜方晶や正方晶に相転移する。このとき、ペロブスカイト構造体の価電子の分布状態や価電子のスピン間の相互作用が変化する。そして、ペロブスカイト構造体は強誘電体と反強誘電体との間で変化する。このとき、ペロブスカイト構造体の分極量が変化し焦電体として機能する。 The perovskite structure has a cubic unit cell. Each vertex of the cubic crystal, metal, body center and metal are installed. Oxygen is arranged in each face center of the cubic crystal centering on the metal of the body center. It is in the form of an octahedron made of oxygen and body metal. The orientation of the octahedron is easily distorted due to the interaction with the metal at each vertex. When strained, the phase transitions from cubic to orthorhombic or tetragonal with low symmetry. At this time, the valence electron distribution state of the perovskite structure and the interaction between the valence electron spins change. The perovskite structure changes between a ferroelectric material and an antiferroelectric material. At this time, the amount of polarization of the perovskite structure changes and functions as a pyroelectric body.
第1強誘電体層4の材質は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含んでおり、PZTと言われている。そして、第2強誘電体層5の材質はビスマス、ランタン、鉄を含んでおり、鉛を含まない構成になっている。第1強誘電体層4は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含んでいるので、ペロブスカイト構造になることができる。同様に、第2強誘電体層5はビスマス、ランタン、鉄を含んでいるので、ペロブスカイト構造になることができる。そして、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5は室温付近で相転移し分極量が急激に変化する焦電効果を示す焦電体として機能する。従って、強誘電体素子1の温度が変化するとき、強誘電体素子1は分極が変化して表面電荷が変化する焦電体として機能する。
The material of the first
第2強誘電体層5は(111)に配向している。このとき、第2強誘電体層5は分極量が大きくなるので強誘電体素子1を感度の良い素子にすることができる。
The second
第1電極3、第1強誘電体層4、第2強誘電体層5及び第2電極6を覆って絶縁膜7が設置されている。絶縁膜7は第1電極3を覆う部分の一部が開口し第1配線8が設置されている。そして、第1配線8は第1電極3と接続されている。同様に、絶縁膜7は第2電極6を覆う部分の一部が開口し第2配線9が設置されている。そして、第2配線9は第2電極6と接続されている。第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5の分極量が増えるとき第1配線8には第2配線9より高い電圧が検出される。
An insulating
強誘電体素子1を赤外光のセンサーに用いるときには第1配線8及び第2配線9の材質は赤外光を透過させる材質にするのが好ましい。また、第1配線8及び第2配線9の材質は導電性を有し耐熱性のある材質が好ましく特に限定されない。第1配線8及び第2配線9の材質にはITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium−zinc oxide)、ZnO(Zinc oxide)、IGZO(Indium−gallium−zinc oxide)、SnOx(酸化錫)、IGO(Indium−gallium oxide)、ICO(Indium−cerium oxide)等を用いることができる。本実施形態では、例えば、第1配線8及び第2配線9にITO膜が用いられている。ITO膜は耐熱性があるので第1配線8及び第2配線9が熱による損傷を受けることを抑制できる。
When the
図2は第1強誘電体層と第2強誘電体層とのリーク抵抗を説明するための図である。図2において縦軸はリーク抵抗を示し、上側が下側より高い抵抗を示す。縦軸の目盛は対数目盛になっている。横軸は第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5を示している。第2強誘電体層5はビスマス、ランタン、鉄に加えてマンガン及びチタニウムを含んでいる。第2強誘電体層5は含有する材質からBLFMTと言われている。
FIG. 2 is a diagram for explaining the leakage resistance between the first ferroelectric layer and the second ferroelectric layer. In FIG. 2, the vertical axis indicates leakage resistance, and the upper side indicates higher resistance than the lower side. The scale on the vertical axis is a logarithmic scale. The horizontal axis shows the first
第1強誘電体層4のリーク抵抗は約6E11Ωであり、第2強誘電体層5のリーク抵抗は約7E8Ωである。従って、第1強誘電体層4のリーク抵抗は第2強誘電体層5のリーク抵抗より約1E3倍程度大きい。
The leak resistance of the first
リーク電流によるノイズは強誘電体素子1のジョンソンノイズInが大きく寄与している。ジョンソンノイズInは抵抗体内の自由電子の不規則な熱振動またはブラウン運動によって生じる雑音のことをいう。ジョンソンノイズは熱雑音とも言われる。リーク抵抗R、素子容量C、ボルツマン係数KB、温度Tを用いて、ジョンソンノイズInは次式にて表される。
In={(2KB×T/C)1/2}/R ・・・(式1)
(式1)に示されるように、ジョンソンノイズInはリーク抵抗Rと反比例する。第1強誘電体層4は第2強誘電体層5よりリーク抵抗Rが大きいのでジョンソンノイズInを小さくできる。尚、強誘電体層のリーク抵抗Rは電気抵抗とも言う。
The noise due to the leak current is greatly contributed by the Johnson noise In of the
In = {(2K B × T / C) 1/2 } / R (Formula 1)
As shown in (Expression 1), the Johnson noise In is inversely proportional to the leak resistance R. Since the first
第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より電気抵抗が高くなっている。そして、第1強誘電体層4と第2強誘電体層5とは直列接続になっている。従って、第2強誘電体層5のみにより構成されているときに比べて電気抵抗を高くすることができる。そして、電気抵抗を高くすることにより第1電極3と第2電極6との間に流れるリーク電流を小さくできる。リーク電流を小さくすることにより強誘電体素子1のジョンソンノイズが小さくなる為、強誘電体素子1のノイズを小さくすることができる。
The first
第2強誘電体層5と電極とはオーミック接触であり、電圧がかかるとそれに比例して電流が流れる。第1強誘電体層4と電極とはショットキー接触であり、ある電圧までは電流が流れ難い特徴がある。強誘電体素子1に第1強誘電体層4が含まれないときには第2強誘電体層5と第1電極3とがオーミック接触となる。第2強誘電体層5と第1電極3との間に第1強誘電体層4を挟むことで第1強誘電体層4と第1電極3とはショットキー接触になる。オーミック接触をショットキー接触にすることによりリーク電流を低減することができる。
The second
図3は強誘電体素子のリーク電流を説明するための図である。図3の横軸は第1電極3と第2電極6との間に印加する電圧を示し、図中右側が左側より高い電圧になっている。そして、縦軸は第1電極3と第2電極6との間に流れるリーク電流を示し、図中上側が下側より大きな電流になっている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the leakage current of the ferroelectric element. The horizontal axis of FIG. 3 shows the voltage applied between the
第1特性線10は第1電極3と第2電極6との間に第2強誘電体層5のみを設置したときの電流電圧特性を示す線である。第2特性線11は第1電極3と第2電極6との間に第1強誘電体層4のみを設置したときの電流電圧特性を示す線である。第3特性線12は第1電極3と第2電極6との間に第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5を設置した強誘電体素子1の電流電圧特性を示す線である。
The first
第3特性線12は第1特性線10と第2特性線11との間の特性になっている。そして、第3特性線12は第1特性線10より広い電圧域で1桁程度リーク電流が小さくすることができている。従って、第1強誘電体層4に重ねて第2強誘電体層5を設置することにより、第2強誘電体層5だけのときに比べてジョンソンノイズを減らして強誘電体素子1のノイズを小さくすることができる。
The third
第2強誘電体層5はビスマス、ランタン、鉄に加えてマンガンを含んでいる。このとき、第2強誘電体層5はマンガンを含まないときに比べてリーク抵抗を小さくすることができる。従って、強誘電体素子1のジョンソンノイズを小さくすることができる。
The second
第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より薄く、第2強誘電体層5は鉛を含まない。従って、第1強誘電体層4が鉛を含んでいても第2強誘電体層5が鉛を含まないので、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5が共に鉛を含むときに比べて鉛の含有量を減らすことができる。
The first
次に、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5を形成する方法について説明する。まず、基板2上に第1電極3を設置する。第1電極3はイリジウム、酸化イリジウム、白金をこの順に成膜する。成膜方法にはCVD法やスパッタ法等を用いることができる。次に、第1電極3をパターニングする。パターニング方法には公知のフォトリソグラフィー法とエッチング法を組み合わせて用いることができる。詳細の説明は省略する。第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5を形成するにはスパッタ法及びゾルゲル法のいずれかを用いることができる。
Next, a method for forming the first
スパッタ法では特定成分のPZT焼結体をスパッタリングのターゲットとして用い、第1電極3上にスパッタリングによりアモルファス状の第1圧電体膜前駆体膜を形成する。次に、特定成分のBLFMT焼結体をスパッタリングのターゲットとして用い、第1圧電体膜前駆体膜上にスパッタリングによりアモルファス状の第2圧電体膜前駆体膜を形成する。
In the sputtering method, a PZT sintered body having a specific component is used as a sputtering target, and an amorphous first piezoelectric film precursor film is formed on the
次に、このアモルファス状の第1圧電体膜前駆体膜及び第2圧電体膜前駆体膜を加熱し結晶化し、焼結させる。この加熱は例えば、酸素または酸素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス等の酸素雰囲気中において行われる。加熱工程では酸素雰囲気中で第1圧電体膜前駆体膜及び第2圧電体膜前駆体膜を500〜700℃の温度で加熱する。加熱によって第1圧電体膜前駆体膜及び第2圧電体膜前駆体膜を結晶化する。 Next, the amorphous first piezoelectric film precursor film and the second piezoelectric film precursor film are heated, crystallized and sintered. This heating is performed in an oxygen atmosphere such as oxygen or a mixed gas of oxygen and an inert gas such as argon. In the heating step, the first piezoelectric film precursor film and the second piezoelectric film precursor film are heated at a temperature of 500 to 700 ° C. in an oxygen atmosphere. The first piezoelectric film precursor film and the second piezoelectric film precursor film are crystallized by heating.
ゾルゲル法では第1強誘電体層4の材料となるチタニウム、ジルコニウム、鉛等の水酸化物の水和錯体であるゾルを作成する。このゾルを脱水処理してゲルとする。このゲルを加熱焼成して無機酸化物である第1焦電体材料層を調製する。チタニウム、ジルコニウム、鉛、さらには他の金属成分のそれぞれのアルコキシドまたはアセテートを出発原料とする。この出発原料が第1ゾルになっている。この第1ゾルは有機高分子化合物と混合された組成物として用いられる。この有機高分子化合物は、乾燥及び焼成時に第1焦電体材料層の残留応力を吸収し、第1焦電体材料層にクラックが生ずる虞を低減する。
In the sol-gel method, a sol that is a hydrated complex of a hydroxide of titanium, zirconium, lead, or the like, which is a material of the first
次に、第1電極3上に第1ゾル組成物を塗布する。塗布方法には各種のコート法や印刷法が用いられる。塗布後ゾル組成物の膜を乾燥する。乾燥は自然乾燥、または80℃以上200℃以下の温度に加熱して乾燥する。次に、第1ゾル組成物の膜を焼成する。焼成温度は300〜450℃の範囲で10〜120分程度焼成する。焼成により第1ゾル組成物の膜がゲル化する。
Next, the first sol composition is applied onto the
次に温度を変えて再焼成する。焼成温度としては400〜800℃の範囲で、0.1〜5時間程度焼成する。再焼成では400〜600℃の範囲の温度の第一段階を行い。次に、600〜800℃以下の範囲の温度で第二段階を行う。これにより、多孔質ゲル薄膜が結晶質の金属酸化物からなる膜に変換される。この膜を積層膜にするときには出発原料の塗布から焼成までの工程を繰り返す。反復回数は特に限定されないが例えば本実施形態では出発原料の塗布から焼成までの工程を2回繰り返した。その後でプレアニールする。このようにして第1強誘電体層4が形成される。
Next, re-firing is performed at different temperatures. The firing temperature is in the range of 400 to 800 ° C. for about 0.1 to 5 hours. In the refiring, the first stage of the temperature in the range of 400 to 600 ° C. is performed. Next, a 2nd step is performed at the temperature of the range of 600-800 degrees C or less. Thereby, the porous gel thin film is converted into a film made of a crystalline metal oxide. When this film is formed into a laminated film, the steps from application of the starting material to baking are repeated. Although the number of repetitions is not particularly limited, for example, in this embodiment, the process from the starting material coating to baking is repeated twice. Then pre-anneal. In this way, the first
次に、第1強誘電体層4上に第2強誘電体層5を設置する。鉄、マンガン、ビスマス、ランタン及びチタニウムのそれぞれについて、脂肪酸金属塩を用いる。脂肪酸金属塩を構成する脂肪酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸等が挙げられるが、特に酢酸であるのが好ましい。
Next, the second
これにより、脂肪酸金属塩の有機溶媒に対する溶解性、前記酸化物への化学反応のし易さ等を好適なものとすることができる。尚、複数種の金属元素について、脂肪酸金属塩を用いる場合、各金属元素について、同一の脂肪酸を用いてもよいし、異なる脂肪酸を用いてもよい。また、任意の金属元素の脂肪酸金属塩について、単一の脂肪酸を用いてもよいし、複数種の脂肪酸を組み合わせて用いてもよい。 Thereby, the solubility with respect to the organic solvent of a fatty-acid metal salt, the ease of the chemical reaction to the said oxide, etc. can be made suitable. In addition, when using a fatty acid metal salt about multiple types of metal elements, the same fatty acid may be used about each metal element, and a different fatty acid may be used. Moreover, about the fatty-acid metal salt of arbitrary metal elements, a single fatty acid may be used and you may use in combination of multiple types of fatty acid.
脂肪酸金属塩を溶解する有機溶媒としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸等の脂肪酸;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n− プロピル、酢酸iso− プロピル、酢酸n− ブチル、酢酸iso− ブチル等の脂肪酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル− n− ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセリン等のアルコール類等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、脂肪酸を用いるのが好ましい。 Examples of the organic solvent for dissolving the fatty acid metal salt include fatty acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol (Poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as monomethyl ether and propylene glycol monoethyl ether; fatty acid esters such as ethyl acetate, n-propyl acetate, iso-propyl acetate, n-butyl acetate and iso-butyl acetate; benzene, Aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; ketones such as methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, ethyl n-butyl ketone, diisopropyl ketone, and acetyl acetone; ethanol, propanol, Nord, ethylene glycol, alcohols such as glycerin and the like, may be used in combination of one or more kinds selected from these, it is preferable to use a fatty acid.
脂肪酸は、一般に、脂肪酸金属塩の溶解性が特に優れるとともに適度な粘度を有するものである。このため、脂肪酸は溶媒や溶液の取扱いが容易となるだけでなく、製造される焦電体の各部位での不本意な組成のばらつきの発生をより効果的に防止することができる。また、脂肪酸は、一般に、適度に高い沸点を有しているため、加熱による前記酸化物への化学反応を好適に進行させることができる。 In general, the fatty acid is particularly excellent in solubility of the fatty acid metal salt and has an appropriate viscosity. For this reason, fatty acids not only facilitate the handling of solvents and solutions, but can also more effectively prevent the occurrence of unintentional compositional variations at each site of the pyroelectric material produced. Moreover, since a fatty acid generally has a moderately high boiling point, a chemical reaction to the oxide by heating can be suitably advanced.
中でも、脂肪酸金属塩を溶解する有機溶媒としての脂肪酸としては、プロピオン酸が好ましい。これにより、脂肪酸金属塩の有機溶媒に対する溶解性、前記酸化物への化学反応のし易さ等を好適なものとすることができる。また、簡易な器具、装置を用いて比較的高い温度で化学反応を行うことができるとともに、化学反応後の溶媒の除去が容易である。以上のようなことから、焦電体の生産性を特に優れたものとすることができるとともに、得られる焦電体中に溶媒が不本意に残存することをより確実に防止することができる。 Especially, as a fatty acid as an organic solvent which melt | dissolves a fatty acid metal salt, propionic acid is preferable. Thereby, the solubility with respect to the organic solvent of a fatty-acid metal salt, the ease of the chemical reaction to the said oxide, etc. can be made suitable. In addition, a chemical reaction can be performed at a relatively high temperature using a simple instrument or apparatus, and removal of the solvent after the chemical reaction is easy. As described above, the productivity of the pyroelectric material can be made particularly excellent, and it is possible to more reliably prevent the solvent from remaining unintentionally in the obtained pyroelectric material.
脂肪酸金属塩を有機溶媒に溶解した溶液の加熱温度(反応温度)は、特に限定されないが、90℃以上250℃以下であるのが好ましく、100℃以上200℃以下であるのがより好ましい。これにより、得られる第2強誘電体層5における不本意な組成のばらつき等を防止しつつ、目的とする組成の第2強誘電体層5をより高い生産性で製造することができる。第1強誘電体層4を製造する工程と同様に第2強誘電体層5の膜を積層膜にするときには出発原料の塗布から焼成までの工程を繰り返す。反復回数は特に限定されないが例えば本実施形態では出発原料の塗布から焼成までの工程を8回繰り返した。その後でプレアニールする。このようにして第2強誘電体層5が形成される。
Although the heating temperature (reaction temperature) of the solution which melt | dissolved the fatty acid metal salt in the organic solvent is not specifically limited, It is preferable that it is 90 to 250 degreeC, and it is more preferable that it is 100 to 200 degreeC. As a result, the second
続いて、第2強誘電体層5上に第2電極6を設置する。第2電極6は酸化イリジウム、白金、酸化イリジウム、イリジウムをこの順に成膜する。成膜方法は第1電極3と同様の方法を用いることができる。次に、第1強誘電体層4、第2強誘電体層5及び第2電極6を所定の形状に形成する。第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5の形成方法は公知のフォトリソグラフィー法とエッチング法を組み合わせて用いることができる。詳細の説明は省略する。
Subsequently, the
続いて、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5上に絶縁膜7を設置する。絶縁膜7は酸化アルミニウム膜と二酸化シリコンとを積層した膜である。酸化アルミニウム膜及び二酸化シリコンはCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。二酸化シリコンの膜は、例えば、TEOS(オルトケイ酸テトラエチル)を用いて形成する。そして、公知のフォトリソグラフィー法とエッチング法を組み合わせてパターニングする。絶縁膜7のパターニングでは第1電極3と対向する場所と第2電極6と対向する場所に開口を設ける。
Subsequently, an insulating
次に、第1配線8及び第2配線9を設置する。第1配線8及び第2配線9はITO膜の層をパターニングして形成する。ITO膜はスパッタ法を用いて設置され、例えば、ITOのターゲットにアルゴンイオンを衝突させて形成される。ITO膜をパターニングする。このとき、公知のフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法をもちいて第1配線8及び第2配線9をパターニングすることができる。以上の工程により強誘電体素子1が製造される。
Next, the
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、強誘電体素子1は第1電極3、第1強誘電体層4、第2強誘電体層5、第2電極6の順に配置される。第1強誘電体層4、第2強誘電体層5はペロブスカイト構造を有する強誘電体層である。従って、強誘電体素子1の温度が変化するとき、強誘電体素子1は分極が変化して表面電荷が変化する焦電体として機能する。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to this embodiment, the
第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より薄く、第2強誘電体層5は鉛を含まない。従って、第1強誘電体層4が鉛を含んでいても第2強誘電体層5が鉛を含まないので、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5が共に鉛を含むときに比べて鉛の含有量を減らすことができる。
The first
第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より電気抵抗が高くなっている。そして、第1強誘電体層4と第2強誘電体層5とは直列接続になっている。従って、第2強誘電体層5のみにより構成されているときに比べて電気抵抗を高くすることができる。そして、電気抵抗を高くすることにより第1電極3と第2電極6との間に流れるリーク電流を小さくできる。リーク電流を小さくすることにより強誘電体素子1のジョンソンノイズが小さくなる為、強誘電体素子1のノイズを小さくすることができる。
The first
(2)本実施形態によれば、第1強誘電体層4は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含んでおり、第2強誘電体層5はビスマス、ランタン、鉄を含んでいる。このとき、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5をペロブスカイト構造にすることができる。従って、強誘電体素子1は焦電体としての機能を有する。第2強誘電体層5は鉛を含まない誘電体層である。第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より電気抵抗を高くすることができる。
(2) According to this embodiment, the first
(3)本実施形態によれば、第2強誘電体層5はビスマス、ランタン、鉄、マンガンを含んでいる。このとき、第2強誘電体層5はマンガンを含まないときに比べてリーク抵抗を小さくすることができる。従って、強誘電体素子1のノイズを小さくすることができる。
(3) According to this embodiment, the second
(4)本実施形態によれば、第2強誘電体層5は(111)に配向している。このとき、第2強誘電体層5は分極量が大きくなるので強誘電体素子1を感度の良い素子にすることができる。
(4) According to this embodiment, the second
(5)本実施形態によれば、第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より薄い。第2強誘電体層5は鉛を含んでいないので、鉛を含んでいない層を厚くすることにより、鉛の含有量を抑制することができる。
(5) According to this embodiment, the first
(第2の実施形態)
次に、強誘電体素子の一実施形態について図4の強誘電体素子の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5の組成が異なる点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an embodiment of the ferroelectric element will be described with reference to the schematic side sectional view showing the structure of the ferroelectric element shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the compositions of the first
図4に示すように、強誘電体素子15が基板2上に設置されている。強誘電体素子15は第1電極3、第1強誘電体層16、第2強誘電体層17及び第2電極6を備えている。そして、第1電極3上に、第1強誘電体層16、第2強誘電体層17及び第2電極6がこの順に積層されている。第1強誘電体層16は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含んでいる。そして、第2強誘電体層17はビスマス、ガドリニウム、鉄を含んでいる。
As shown in FIG. 4, the
第1強誘電体層16は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含んでおり、第2強誘電体層17はビスマス、ガドリニウム、鉄を含んでいる。このとき、第1強誘電体層16及び第2強誘電体層17をペロブスカイト構造にすることができる。従って、強誘電体素子15は焦電体としての機能を有する。第2強誘電体層17は鉛を含まない誘電体層である。第1強誘電体層16は第2強誘電体層17より電気抵抗を高くすることができる。従って、強誘電体素子15は鉛の含有量を減らすことができる。さらに、強誘電体素子15はノイズの少ない素子を実現できる。さらに、強誘電体素子15は常温付近における感度が良いので常温で用いることができる。
The first
第1強誘電体層16は第2強誘電体層17より薄く、第2強誘電体層17は鉛を含まない。従って、第1強誘電体層16が鉛を含んでいても第2強誘電体層17が鉛を含まないので、第1強誘電体層16及び第2強誘電体層17が共に鉛を含むときに比べて鉛の含有量を減らすことができる。第2強誘電体層17は鉛を含んでいないので、鉛を含んでいない層を厚くすることにより、鉛の含有量を抑制することができる。
The first
(第3の実施形態)
次に、強誘電体素子の一実施形態について図5の強誘電体素子の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5の位置が異なる点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, an embodiment of the ferroelectric element will be described with reference to the schematic side sectional view showing the structure of the ferroelectric element shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the positions of the first
図5に示すように、強誘電体素子20が基板2上に設置されている。強誘電体素子20は第1電極3上に第2強誘電体層5、第1強誘電体層4及び第2電極6がこの順に積層されている。この形態においても、強誘電体素子20の温度が変化するとき、強誘電体素子20は分極が変化して表面電荷が変化する焦電体として機能する。そして、強誘電体素子20は分極が増加するとき、第2配線9の電圧が第1配線8より高い電圧になる。
As shown in FIG. 5, the
強誘電体素子20においても第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より薄く、第2強誘電体層5は鉛を含まない。従って、第1強誘電体層4が鉛を含んでいても第2強誘電体層5が鉛を含まないので、第1強誘電体層4及び第2強誘電体層5が共に鉛を含むときに比べて鉛の含有量を減らすことができる。第2強誘電体層5は鉛を含んでいないので、鉛を含んでいない層を厚くすることにより、鉛の含有量を抑制することができる。
Also in the
第1強誘電体層4は第2強誘電体層5より電気抵抗が高くなっている。そして、第1強誘電体層4と第2強誘電体層5とは直列接続になっている。従って、第2強誘電体層5のみにより構成されているときに比べて電気抵抗を高くすることができる。そして、電気抵抗を高くすることにより第1電極3と第2電極6との間に流れるリーク電流を小さくできる。リーク電流を小さくすることにより強誘電体素子20のジョンソンノイズが小さくなる為、強誘電体素子20のノイズを小さくすることができる。
The first
(第4の実施形態)
次に、センサーアレイの一実施形態について図6及び図7を用いて説明する。図6はセンサーアレイの構造を示す模式平面図である。図7はセンサーアレイの構造を示す模式側断面図である。図6に示すように、熱電気変換装置としてのセンサーアレイ24には強誘電体素子25がマトリックス状に2次元配置されている。強誘電体素子25には上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20のいずれかが用いられている。
(Fourth embodiment)
Next, an embodiment of the sensor array will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic plan view showing the structure of the sensor array. FIG. 7 is a schematic side sectional view showing the structure of the sensor array. As shown in FIG. 6, ferroelectric elements 25 are two-dimensionally arranged in a matrix in a
センサーアレイ24は平面形状が長方形の基板26を備えている。基板26の平面方向において長手方向をY方向とし、Y方向と直交する方向をX方向とする。基板26の厚み方向をZ方向とする。基板26の中央には基板26の外形形状と相似形の凹部26aが設置されている。
The
凹部26aには熱を電気信号に変換するセンサー素子27が設置されている。センサー素子27は赤外線等の光を吸収して熱に変換する光吸収膜を備えている。センサーアレイ24に赤外光が照射されるとき、赤外光が照射された場所のセンサー素子27では光吸収膜が発熱する。そして、センサー素子27は赤外光の光強度に応じた電気信号を出力する。
A
センサー素子27の個数は特に限定されないが本実施形態では、例えば、X方向に20個、Y方向に240個配置されている。センサー素子27は凹部26aの底面に設置された第1支柱28及び第2支柱29を備えている。
The number of
第1支柱28及び第2支柱29の間に支持基板30が設置されている。支持基板30と第1支柱28との間には第1アーム31が配置され、支持基板30と第2支柱29との間には第2アーム32が配置されている。そして、支持基板30は第1支柱28、第2支柱29、第1アーム31及び第2アーム32に支持されている。支持基板30と凹部26aの底面との間は空間になっている。
A
支持基板30上には強誘電体素子25が設置されている。そして、強誘電体素子25を覆って光吸収膜が設置されている。光吸収膜は赤外光を吸収しやすい色素等の添加物を含む樹脂等からなる膜である。光吸収膜に赤外光が照射されるとき、光吸収膜が発熱する。そして、光吸収膜の熱が強誘電体素子25に伝わる。
A ferroelectric element 25 is installed on the
強誘電体素子25の熱は第1アーム31及び第1支柱28を伝わって基板26に至る。さらに、強誘電体素子25の熱は第2アーム32及び第2支柱29を伝わって基板26に至る。第1アーム31及び第2アーム32は細くなっているので伝熱し難くなっている。強誘電体素子25に赤外線が照射されて強誘電体素子25の温度が上昇するとき、強誘電体素子25の熱量は強誘電体素子25に停滞する。そして、強誘電体素子25が熱に反応して熱量に応じた電気信号を出力する。
The heat of the ferroelectric element 25 travels through the
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、センサーアレイ24は強誘電体素子25が2次元配置されている。強誘電体素子25は熱を電気信号に変換する。そして、強誘電体素子25が2次元配置されている為、強誘電体素子25は熱の分布を検出することができる。強誘電体素子25は上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20のいずれかを備えている。上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15及び強誘電体素子20は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、本実施形態のセンサーアレイ24は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25を備えたセンサーアレイ24とすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to the present embodiment, the ferroelectric elements 25 are two-dimensionally arranged in the
(第5の実施形態)
次に、センサーアレイを備えた電子機器としてのセンサーデバイスの一実施形態について図8及び図9を用いて説明する。本実施形態では強誘電体素子に赤外線を吸収して熱に変換する膜が設置され、強誘電体素子が赤外線検出素子として機能する。図8は、センサーデバイスの構成を示すブロック図であり、図9は、強誘電体素子の配列を説明するための模式図である。本実施形態ではセンサーアレイ24を搭載したセンサーデバイスの例を説明する。尚、第4の実施形態と同じ点については説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, an embodiment of a sensor device as an electronic apparatus including the sensor array will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the ferroelectric element is provided with a film that absorbs infrared rays and converts the infrared rays into heat, and the ferroelectric elements function as infrared detection elements. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the sensor device, and FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the arrangement of the ferroelectric elements. In this embodiment, an example of a sensor device equipped with a
すなわち、本実施形態では、図8に示したように電子機器としてのセンサーデバイス35は、赤外線を検出する光検出部としてのセンサーアレイ36と、行選択回路37と、読み出し回路38を備える。さらに、センサーデバイス35はA/D変換部39、制御回路40を備えている。行選択回路37と読み出し回路38とを合わせて駆動回路という。行選択回路37を行ドライバーともいう。このセンサーデバイスを用いることで、例えばナイトビジョン機器等に用いられる赤外線カメラ等を実現できる。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
センサーアレイ36にはセンサーアレイ24が用いられ、強誘電体素子25がマトリックス状に2次元配置されている。強誘電体素子25には強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20のいずれかが用いられている。また複数の行線と複数の列線との配線が設けられている。行線はワード線や走査線とも称し、列線はデータ線とも称す。尚、行線及び列線の一方の本数が1本であってもよい。例えば行線が1本である場合には行線に沿った方向(図中横方向)に複数の強誘電体素子25が配列される。一方、列線が1本である場合には列線に沿った方向(図中縦方向)に複数の強誘電体素子25が配列される。
The
図9に示すように、センサーアレイ36の各強誘電体素子25は、各行線と各列線の交差位置に対応する場所に配置される。例えば、行線WL1と列線DL1の交差位置に対応する場所に強誘電体素子25の1つが配置されている。他の強誘電体素子25も同様に配置されている。
As shown in FIG. 9, each ferroelectric element 25 of the
図8に戻って、行選択回路37は、1つまたは複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う。例えば図9のような320×240画素のQVGA(Quarter Video Graphics Array )のセンサーアレイ36を例にとれば、行線WL0、WL1、WL2・・・・WL239を順次選択して走査する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号であるワード選択信号をセンサーアレイ36に出力する。
Returning to FIG. 8, the
読み出し回路38は、1つまたは複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作を行う。QVGAのセンサーアレイ36を例にとれば、列線DL0、DL1、DL2・・・・DL319からの検出信号(検出電流、検出電荷)を読み出す動作を行う。
The
A/D変換部39は、読み出し回路38において取得された検出電圧(測定電圧)をデジタルデータにA/D変換する処理を行う。そしてA/D変換後のデジタルデータDOUTを出力する。具体的には、A/D変換部39には、複数の列線の各列線に対応して各A/D変換器が設けられる。そして、各A/D変換器は、対応する列線において読み出し回路38により取得された検出電圧のA/D変換処理を行う。
The A /
制御回路40は、各種の制御信号を生成して、行選択回路37、読み出し回路38、A/D変換部39に出力する。例えば、充電や放電(リセット)の制御信号を生成して出力する。或いは、各回路のタイミングを制御する信号を生成して出力する。
The
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、センサーデバイス35は赤外線を検出するセンサーアレイ36を備えている。そして、センサーアレイ36は強誘電体素子25が2次元配置されているセンサーアレイ24を備えている。赤外線が照射される場所は加熱されるので温度が上昇する。そして、センサーアレイ24は温度の分布を検出する。従って、センサーデバイス35は赤外線を介して赤外線の発光源の分布を検出することができる。センサーアレイ36は上記に記載の強誘電体素子25を備えている。上記に記載の強誘電体素子25は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、本実施形態のセンサーデバイス35は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25を備えた電子機器とすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to this embodiment, the
(第6の実施形態)
次に、赤外線を検出する光検出部に強誘電体素子を備える電子機器の1つである赤外線カメラの一実施形態について図10の赤外線カメラの構成を示すブロック図を用いて説明する。図10に示すように、電子機器としての赤外線カメラ41は、光学系42、光検出部43、画像処理部44、処理部45、記憶部46、操作部47、表示部48を含んで構成されている。
(Sixth embodiment)
Next, an embodiment of an infrared camera, which is one of electronic devices including a ferroelectric element in a light detection unit that detects infrared light, will be described with reference to a block diagram showing the configuration of the infrared camera in FIG. As shown in FIG. 10, an
光学系42は、例えば1枚または複数枚のレンズやレンズを駆動する駆動部等を含む。そして光検出部43への物体像の結像を行う。また必要であればフォーカス調整等も行う。
The
光検出部43には、上記実施形態のセンサーデバイス35が用いられている。従って、光検出部43は強誘電体素子25を備えている。光検出部43は、二次元配列された強誘電体素子25に加えて行選択回路(行ドライバー)、列線を介して強誘電体素子25からのデータを読み出す読み出し回路及びA/D変換部等を備えている。そして、二次元配列された各強誘電体素子25からのデータを順次読み出して、被写体の画像データを形成する。
The light detection unit 43 uses the
画像処理部44は、光検出部43からのデジタルの画像データに基づいて、画像補正処理等の各種の画像処理を行う。
The
処理部45は、赤外線カメラ41の全体の制御を行い、赤外線カメラ41内の各ブロックの制御を行う。この処理部45は例えばCPU等により実現される。記憶部46は各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部45や画像処理部44のワーク領域として機能する。操作部47は、操作者が赤外線カメラ41を操作するためのインターフェイスとなるものであり、例えば、各種ボタンやGUI(Graphical User Interface)画面等により実現される。表示部48は、例えば光検出部43により取得された画像やGUI画面等を表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等の各種のディスプレイにより実現される。
The
このように、直交する二方向に強誘電体素子25が二次元配置された光検出部43を用いて熱(光)分布画像を提供することができる。この光検出部43を用いて、サーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラ等の電子機器を構成することができる。 In this way, a heat (light) distribution image can be provided using the light detection unit 43 in which the ferroelectric elements 25 are two-dimensionally arranged in two orthogonal directions. By using the light detection unit 43, an electronic device such as a thermography, an in-vehicle night vision, or a surveillance camera can be configured.
もちろん、1セル分または複数セルの強誘電体素子25をセンサーとして用いることで物体の物理情報の解析を行う解析機器や測定を行う測定機器、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場等に設けられるFA(Factory Automation)機器等の各種の電子機器を構成することもできる。 Of course, it is provided in an analysis device that analyzes physical information of an object, a measurement device that performs measurement, a security device that detects fire and heat generation, a factory, etc. by using the ferroelectric element 25 for one cell or multiple cells as a sensor. Various electronic devices such as FA (Factory Automation) devices can also be configured.
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、赤外線カメラ41は光検出部43を備え、光検出部43には強誘電体素子25が用いられている。強誘電体素子25には上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20が用いられている。光検出部43の強誘電体素子25は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、赤外線カメラ41は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25を備えた電子機器とすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to this embodiment, the
(第7の実施形態)
次に、光検出部に赤外線を検出する強誘電体素子を備えた赤外線カメラを用いた電子機器の1つである運転支援装置の一実施形態について図11及び図12を用いて説明する。図11は、運転支援装置の構成を示すブロック図であり、図12は、運転支援装置を搭載した自動車を示す概略斜視図である。
(Seventh embodiment)
Next, an embodiment of a driving support device that is one of electronic devices using an infrared camera provided with a ferroelectric element that detects infrared rays in a light detection unit will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the driving support device, and FIG. 12 is a schematic perspective view showing an automobile equipped with the driving support device.
図11に示すように、電子機器としての運転支援装置51は、運転支援装置51を制御するCPUを備えた処理ユニット52と、車両外部の所定の撮像領域における赤外線を検出可能な赤外線カメラ41と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサー54とを備えている。さらに、運転支援装置51は、車両の走行速度を検出する車速センサー55と、運転者のブレーキ操作の有無を検出するブレーキセンサー56と、スピーカー57と、表示装置58とを備えて構成されている。そして、本実施形態の赤外線カメラ41は上記実施形態における赤外線カメラ41と同じカメラが用いられている。従って、赤外線カメラ41は強誘電体素子25を備えている。
As shown in FIG. 11, the driving
この運転支援装置51の処理ユニット52は、例えば、赤外線カメラ41の撮像により得られる自車両周辺の赤外線画像と、ヨーレートセンサー54、車速センサー55、ブレーキセンサー56により検出される自車両の走行状態にかかる検出信号を用いる。そして、処理ユニット52は赤外線画像及び検出信号を用いて自車両の進行方向前方に存在する物体及び歩行者等の対象物を検出する。検出した対象物と自車両との接触が発生する可能性があると判断したときには、スピーカー57または表示装置58により警報を出力する。
For example, the
図12に示すように、赤外線カメラ41は、自動車の前部において車幅方向の中心付近に配置されている。表示装置58は、フロントウィンドーにおいて運転者の前方視界を妨げない位置に各種情報を表示するHUD59(Head Up Display)等を備えて構成されている。
As shown in FIG. 12, the
(1)本実施形態によれば、運転支援装置51は赤外線カメラ41を備えている。赤外線カメラ41は光検出部43を備え、光検出部43には2次元配置された強誘電体素子25が用いられている。強誘電体素子25には上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20が用いられている。光検出部43の強誘電体素子25は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、運転支援装置51は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25を備えた電子機器とすることができる。
(1) According to the present embodiment, the driving
(第8の実施形態)
次に、強誘電体素子を備えた赤外線カメラを用いた電子機器の1つであるセキュリティー機器の一実施形態について図13及び図14を用いて説明する。図13は、セキュリティー機器の構成を示すブロック図であり、図14はセキュリティー機器が設置された家を示す模式図である。
(Eighth embodiment)
Next, an embodiment of a security device which is one of electronic devices using an infrared camera equipped with a ferroelectric element will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a security device, and FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a house in which the security device is installed.
図13に示すように、電子機器としてのセキュリティー機器62は監視エリアを撮影する赤外線カメラ41及び監視エリアへの侵入者を検知する人感センサー63を備える。さらに、セキュリティー機器62は、赤外線カメラ41から出力された画像データを処理して監視エリアに侵入した移動体を検知する動き検知処理部64と、人感センサー63の検知処理を行う人感センサー検知処理部65を備える。さらに、セキュリティー機器62は、赤外線カメラ41から出力された画像データを所定の方式で圧縮する画像圧縮部66と、圧縮された画像データや侵入者検知情報の送信や外部装置からセキュリティー機器62への各種設定情報等を受信する通信処理部67を備える。さらに、セキュリティー機器62は、セキュリティー機器62の各処理部に対して条件設定、処理コマンド送信、レスポンス処理をCPUで行う制御部68等を備えて構成されている。そして、本実施形態の赤外線カメラ41は上記実施形態における赤外線カメラ41と同じカメラが用いられている。従って、赤外線カメラ41は強誘電体素子25を備えている。
As shown in FIG. 13, a
動き検知処理部64は、図示しないバッファメモリーと、バッファメモリーの出力が入力されるブロックデータ平滑部と、ブロックデータ平滑部の出力が入力される状態変化検出部とを備える。そして、動き検知処理部64の状態変化検出部は、監視エリアが静止状態であれば動画で撮影した異なるフレームでも同一画像データとなるが、状態変化(移動体の侵入)があるとフレーム間の画像データで差が生じることを利用して状態変化を検知している。
The motion
図14に示すように、セキュリティー機器62は軒下に赤外線カメラ41及び人感センサー63が設置されている。そして、赤外線カメラ41は撮像エリア69を検出し、人感センサー63は検知エリア70を検出する。
As shown in FIG. 14, the
(1)本実施形態によれば、セキュリティー機器62は赤外線カメラ41を備えている。赤外線カメラ41は光検出部43を備え、光検出部43には強誘電体素子25が用いられている。強誘電体素子25には上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20が用いられている。光検出部43の強誘電体素子25は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、セキュリティー機器62は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25を備えた電子機器とすることができる。
(1) According to the present embodiment, the
(第9の実施形態)
次に、赤外線を検出する光検出部に赤外線を検出する強誘電体素子を赤外線検出素子として備えた電子機器の1つであるゲーム機器の一実施形態について図15及び図16を用いて説明する。図15は、ゲーム機器のコントローラーの構成を示すブロック図であり、図16はコントローラーの使用方法を説明するための模式図である。
(Ninth embodiment)
Next, an embodiment of a game machine which is one of electronic devices provided with a ferroelectric element that detects infrared rays as an infrared detection element in a light detection unit that detects infrared rays will be described with reference to FIGS. 15 and 16. . FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the controller of the game machine, and FIG. 16 is a schematic diagram for explaining how to use the controller.
図15に示すように、ゲーム機器に用いられる電子機器としてのコントローラー73は、撮像情報演算ユニット74と、操作スイッチ75と、加速度センサー76と、コネクター77と、プロセッサー78と、無線モジュール79と、を備えて構成される。
As shown in FIG. 15, a
撮像情報演算ユニット74は、撮像ユニット80と、この撮像ユニット80で撮像した画像データを処理するための画像処理回路81を有する。撮像ユニット80は光検出部82を含み、光検出部82と接続して赤外線だけを通すフィルターである赤外線フィルター83及びレンズ等の光学系84を配置している。そして、画像処理回路81は、撮像ユニット80から得られた赤外線画像データを処理して、高輝度部分を検知し、それの重心位置や面積を検出してこれらのデータを出力する。本実施形態の光検出部82には上記実施形態の強誘電体素子25が用いられており、強誘電体素子25には上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20が用いられている。
The imaging
プロセッサー78は、操作スイッチ75からの操作データと、加速度センサー76からの加速度データ及び高輝度部分データを一連のコントロールデータとして出力する。無線モジュール79は所定周波数の搬送波をこのコントロールデータで変調し、アンテナ85から電波信号として出力する。
The
尚、コントローラー73に設けられているコネクター77を通して入力されたデータもプロセッサー78によって上述のデータと同様に処理されてコントロールデータとして無線モジュール79とアンテナ85を介して出力される。
Data input through the
図16に示すように、ゲーム機器86はコントローラー73、ゲーム機本体87、ディスプレイ88、LEDモジュール89及びLEDモジュール90を備えている。プレイヤー91は一方の手でコントローラー73を把持してゲームをプレイする。そして、コントローラー73の撮像ユニット80をディスプレイ88の画面92に向けると、ディスプレイ88の近傍に設置された二つのLEDモジュール89及びLEDモジュール90から出力される赤外線を撮像ユニット80が検知する。
As shown in FIG. 16, the
そして、コントローラー73は、二つのLEDモジュール89、LEDモジュール90の位置や面積情報を高輝度点の情報として取得する。輝点の位置や大きさのデータがコントローラー73から無線でゲーム機本体87に送信され、ゲーム機本体87がデータを受信する。プレイヤー91がコントローラー73を動かすと、輝点の位置や大きさのデータが変化する。それを利用して、ゲーム機本体87はコントローラー73の動きに対応した操作信号を取得できる。そして、操作信号にしたがってゲーム機器86はゲームを進行させることができる。
Then, the
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、ゲーム機器86のコントローラー73は光検出部82を備え、光検出部82には強誘電体素子25が用いられている。光検出部82の強誘電体素子25は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、ゲーム機器86は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25が備えられたコントローラー73を有する電子機器とすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to this embodiment, the
(第10の実施形態)
次に、光検出部に赤外線を検出する強誘電体素子を赤外線検出素子として備える赤外線カメラを用いた電子機器の1つである体温測定装置の一実施形態について図17を用いて説明する。図17は、体温測定装置の構成を示すブロック図である。
(Tenth embodiment)
Next, an embodiment of a body temperature measuring apparatus which is one of electronic devices using an infrared camera provided with a ferroelectric element for detecting infrared rays as an infrared detection element in a light detection unit will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the body temperature measuring device.
図17に示すように、電子機器としての体温測定装置95は、赤外線カメラ41と、体温分析装置96と、情報通信装置97と、ケーブル98とを備えて構成されている。本実施形態の赤外線カメラ41は第6の実施形態の赤外線カメラ41と同じカメラが用いられている。従って、赤外線カメラ41は強誘電体素子25を備えている。
As shown in FIG. 17, a body
赤外線カメラ41は所定の対象領域を撮影し、撮影された対象者99の画像情報をケーブル98を経由して体温分析装置96に送信する。体温分析装置96は、画像読取処理ユニット及び体温分析処理ユニットを含む。画像読取処理ユニットは赤外線カメラ41からの熱分布画像を読み取る。体温分析処理ユニットは画像読取処理ユニットからのデータと画像分析設定テーブルに基づいて体温分析テーブルを作成する。そして、体温分析処理ユニットは体温分析テーブルに基づいて体温情報送信用データを情報通信装置97へ送信する。この体温情報送信用データは体温異常であることに対応する所定のデータを含んでもよい。また、撮影領域内に複数の対象者99を含んでいると判断した場合には、対象者99の人数と体温異常者の人数の情報を体温情報送信用データに含んでもよい。
The
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、体温測定装置95は赤外線カメラ41を備えている。赤外線カメラ41は光検出部43を備え、光検出部43には強誘電体素子25が用いられている。強誘電体素子25には上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20が用いられている。光検出部43の強誘電体素子25は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、体温測定装置95は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25を有する赤外線カメラ41を備えた電子機器とすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to this embodiment, the body
(第11の実施形態)
次に、光検出部に赤外線を検出する強誘電体素子を赤外線検出素子として備える電子機器の1つである特定物質探知装置の一実施形態について図18の特定物質探知装置の構成を示すブロック図を用いて説明する。
(Eleventh embodiment)
Next, a block diagram showing a configuration of the specific substance detection apparatus of FIG. 18 for one embodiment of a specific substance detection apparatus which is one of electronic devices including a ferroelectric element for detecting infrared rays as an infrared detection element in a light detection unit. Will be described.
図18に示すように電子機器としての特定物質探知装置102は、制御ユニット103と、照射光ユニット104と、光学フィルター105と、撮像ユニット106と、表示部107とを備えて構成されている。撮像ユニット106は、図示しないレンズ等の光学系と光検出部を備え、当該光検出部はテラヘルツ域の波長を吸収する赤外線吸収膜を備える強誘電体素子25を含んで構成されている。
As shown in FIG. 18, the specific
制御ユニット103は、本装置全体を制御するシステムコントローラーを含み、該システムコントローラーは制御ユニットに含まれる光源駆動部及び画像処理ユニットを制御する。照射光ユニット104は、波長が100μm〜1000μmの範囲にある電磁波であるテラヘルツ光を射出するレーザー装置と光学系を含み、テラヘルツ光を検査対象の人物108に照射する。人物108からの反射テラヘルツ光は、探知対象である特定物質109の分光スペクトルのみを通過させる光学フィルター105を介して撮像ユニット106に受光される。撮像ユニット106で生成された画像信号は、制御ユニット103の画像処理ユニットで所定の画像処理が施され、その画像信号が表示部107へ出力される。そして人物108の衣服内等に特定物質109が存在するか否かにより受光信号の強度が異なるので特定物質109の存在が判別できる。
The
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、特定物質探知装置102は撮像ユニット106に光検出部を備え、光検出部には強誘電体素子25が用いられている。強誘電体素子25には上記に記載の強誘電体素子1、強誘電体素子15または強誘電体素子20が用いられている。光検出部の強誘電体素子25は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、特定物質探知装置102は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子25を備えた電子機器とすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to the present embodiment, the specific
(第12の実施形態)
次に、強誘電体素子を備える電子機器の1つである超音波画像診断装置の特徴的な例について、図に従って説明する。超音波画像診断装置について図19〜図21に従って説明する。図19は超音波画像診断装置の構成を示す概略斜視図である。図19に示すように、電子機器としての超音波画像診断装置112は超音波装置としての超音波プローブ113を備えている。超音波プローブ113は一方向に長い略直方体の形状をしている。超音波プローブ113の長手方向をZ方向とする。超音波プローブ113の+Z方向の面は略平坦な面であり、平面形状が長方形になっている。平面形状の直交する2辺が延びる方向をX方向及びY方向とする。
(Twelfth embodiment)
Next, a characteristic example of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus that is one of electronic devices including a ferroelectric element will be described with reference to the drawings. An ultrasonic diagnostic imaging apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a schematic perspective view showing the configuration of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus. As shown in FIG. 19, the ultrasonic
超音波プローブ113の+Z方向側には超音波センサー114が設置されている。超音波プローブ113の+Z方向側の面では筐体から超音波センサー114が露出している。超音波プローブ113の内部には超音波センサー114を制御する制御部115が設置され、超音波センサー114と制御部115とがケーブル116により接続されている。制御部115にはCPU(中央演算装置)及び記憶装置を備えている。記憶装置には超音波センサー114を駆動する駆動波形のデータや超音波センサー114を駆動する手順を示すプログラムが記憶されている。そして、CPUはプログラムに沿って超音波センサー114に駆動波形を出力して超音波センサー114を駆動する。
An
超音波プローブ113はケーブル117を介して制御装置118と接続されている。制御装置118は超音波プローブ113が出力するデータ信号を入力し、データ信号を解析して表示する装置である。
The
超音波プローブ113は生体119の表面に押圧して用いられる。超音波プローブ113は超音波センサー114から生体119に向けて超音波を射出する。そして、超音波センサー114は生体119の内部で反射した反射波を受信する。反射波は反射して戻る時間が反射した面により異なるので、反射波が戻る時間を解析することにより生体119の内部の構造を非破壊検査することができる。超音波センサー114が受信した反射波の信号は制御部115に出力される。制御部115はA/D変換部(Analog−to−digital)を備え、反射波の信号をデジタルデータに変換する。そして、デジタルデータに変換されたデータ信号はケーブル116、制御部115、ケーブル117を介して制御装置118に送信される。制御装置118は反射波のデータ信号を受信して解析する。そして、制御装置118は生体119の内部構造を画像に変換して表示する。
The
図20は超音波センサーの構造を示す概略斜視図である。図20に示すように、超音波センサー114は基板120を備えている。基板120の+Z方向側の面には超音波素子121がマトリックス状に設置されている。図中Y方向を第1方向122とし、X方向を第2方向123とする。超音波素子121は第1方向122及び第2方向123に整列している。第1方向122に並ぶ超音波素子121を第1超音波素子列124とし、第2方向123に並ぶ超音波素子121を第2超音波素子列125とする。超音波素子121は超音波を射出する機能と反射波を受信して電気信号に変換する機能を備えている。尚、超音波センサー114は超音波を射出する素子と反射波を受信して電気信号に変換する素子とを別々に備えても良い。
FIG. 20 is a schematic perspective view showing the structure of the ultrasonic sensor. As shown in FIG. 20, the
本実施形態では、例えば、説明を分かり易くするために、図中第1超音波素子列124の列数は20列とし、第2超音波素子列125は6列とした。従って、超音波センサー114では基板120上に120個の超音波素子121を有する超音波素子群126が設置されている。尚、第1超音波素子列124の列数は32列以上、第2超音波素子列125は256列以上あると解像度が高くなるので検出した超音波画像を見易くできる。
In the present embodiment, for the sake of easy understanding, for example, the number of first
第1超音波素子列124の各超音波素子121は第1方向122に延びる第2電極配線127に接続されている。同様に、第2超音波素子列125の各超音波素子121は第2方向123に延びる第3電極配線128に接続されている。基板120の−Y方向側の端にはフレキシブルケーブル129が設置され、第2電極配線127はフレキシブルケーブル129と接続している。基板120の+X方向側の端にはフレキシブルケーブル130が設置され、第3電極配線128はフレキシブルケーブル130と接続している。
Each
さらに、各超音波素子121は第1電極配線131と接続され、第1電極配線131もフレキシブルケーブル129と接続している。第2電極配線127及び第3電極配線128はケーブル116を介して制御部115と接続されている。そして、制御部115は第2電極配線127、第3電極配線128及び第1電極配線131を通じて各超音波素子121に電圧信号を出力する。超音波素子121は電圧信号を入力し、電圧信号に応じて超音波を射出する。
Further, each
図21は超音波素子の構造を示す模式側断面図である。図21に示すように、基板120には超音波素子121と対向する場所に凹部133が設置されている。凹部133により基板120は一部の厚みが薄くなっており、厚みが薄い場所が振動する振動部134になっている。基板120はシリコン基板であり、凹部133はエッチングにより形成される。振動部134では酸化シリコン膜と酸化ジルコウム膜とが積層されている。
FIG. 21 is a schematic side sectional view showing the structure of the ultrasonic element. As shown in FIG. 21, the
振動部134の+Z方向側には第1電極135が設置されている。第1電極135は第1電極配線131と接続されている。第1電極135上には第1強誘電体層4と第2強誘電体層5が重ねて設置されている。第2強誘電体層5上には第2電極136が設置されている。第1電極135、第1強誘電体層4、第2強誘電体層5及び第2電極136により強誘電体素子137が構成されている。第2電極136上には絶縁膜138が設置されている。絶縁膜138には第2電極136上に貫通孔が形成されている。さらに、絶縁膜138は強誘電体素子137及び第1電極135を覆って設置されている。
A
絶縁膜138上には第2電極136と対向する場所に第3電極139が設置されている。第3電極139は第2方向123に延在する第3電極配線128と接続されている。第2電極136及び第3電極139は絶縁膜138を挟んでコンデンサーとして機能する。
A
さらに、絶縁膜138上には強誘電体素子137の−Y方向側に抵抗体140が設置されている。抵抗体140は電気抵抗を有する膜である。抵抗体140の一端と第2電極136との間には双方を接続する接続配線143が設置されている。接続配線143は貫通孔に設置され、貫通孔を通して第2電極136と接続される。さらに、抵抗体140の他端は第2電極配線127と接続されている。
Further, a
絶縁膜138上では強誘電体素子137の+X方向側を通って第2電極配線127が設置されている。第2電極配線127は第1方向122に延びる配線である。そして、第2電極配線127、強誘電体素子137、第3電極139等を覆って絶縁膜144が設置されている。
On the insulating
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、超音波画像診断装置112は超音波素子121を備え、超音波素子121には強誘電体素子137が用いられている。強誘電体素子137は第1強誘電体層4と第2強誘電体層5とが積層された素子である。従って、強誘電体素子137は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい素子である。従って、超音波画像診断装置112は鉛の含有量が少なく、ノイズが小さい強誘電体素子137を備えた電子機器とすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to this embodiment, the ultrasonic
以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例は総て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。 Although several embodiments have been described above, those skilled in the art can easily understand that many modifications are possible without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term anywhere in the specification or the drawings.
本発明は、種々の強誘電体素子を用いた電子機器に広く適用することができる。検出する光の波長は問わない。また、強誘電体素子を有する電子機器は、例えば、供給する熱量と流体が奪う熱量とが均衡する条件下にて流体の流量を検出するフローセンサー等にも適用できる。このフローセンサーに設けられる熱伝対等に代えて本発明の強誘電体素子を備えた電子機器を設けることができ、光以外を検出対象とすることができる。 The present invention can be widely applied to electronic devices using various ferroelectric elements. The wavelength of the light to detect is not ask | required. In addition, an electronic device having a ferroelectric element can be applied to, for example, a flow sensor that detects the flow rate of a fluid under a condition in which the amount of heat supplied and the amount of heat taken by the fluid are balanced. An electronic device including the ferroelectric element of the present invention can be provided in place of the thermocouple provided in the flow sensor, and other than light can be detected.
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
(変形例1)
前記第1の実施形態では、第1強誘電体層4に重ねて第2強誘電体層5が設置された。第1強誘電体層4と第2強誘電体層5との間に導電性の層があっても良い。このときにも、第1強誘電体層4および第2強誘電体層5は圧電体として作用する。そして、同様の効果を得ることができる。前記第2の実施形態においても、第1強誘電体層16と第2強誘電体層17との間に導電性の層があっても良い。このときにも、第1強誘電体層16および第2強誘電体層17は圧電体として作用する。そして、同様の効果を得ることができる。さらに、前記第3の実施形態においても同様であり、同様の効果を得ることができる。
Note that the present embodiment is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be added by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. A modification will be described below.
(Modification 1)
In the first embodiment, the second
(変形例2)
前記第2の実施形態では、第1電極3上に第1強誘電体層16、第2強誘電体層17、第2電極6の順に積層した。第1電極3上に第2強誘電体層17、第1強誘電体層16、第2電極6の順に積層しても良い。このときにも、強誘電体素子15と同様の効果を得ることができる。
(Modification 2)
In the second embodiment, the first
1,15,20,25…強誘電体素子、3…第1電極、4,16…第1強誘電体層、5,17…第2強誘電体層、6…第2電極、24…熱電気変換装置としてのセンサーアレイ、35…電子機器としてのセンサーデバイス、36…光検出部としてのセンサーアレイ、41…電子機器としての赤外線カメラ、51…電子機器としての運転支援装置、62…電子機器としてのセキュリティー機器、73…電子機器としてのコントローラー、95…電子機器としての体温測定装置、102…電子機器としての特定物質探知装置、112…電子機器としての超音波画像診断装置。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1電極と前記第2電極との間に設置されペロブスカイト構造を有する第1強誘電体層と、
前記第1強誘電体層と前記第2電極との間に設置されペロブスカイト構造を有する第2強誘電体層と、を備え、
前記第1強誘電体層は前記第2強誘電体層より電気抵抗が高く、
前記第2強誘電体層は鉛を含まないことを特徴とする強誘電体素子。 A first electrode and a second electrode;
A first ferroelectric layer disposed between the first electrode and the second electrode and having a perovskite structure;
A second ferroelectric layer disposed between the first ferroelectric layer and the second electrode and having a perovskite structure;
The first ferroelectric layer has a higher electrical resistance than the second ferroelectric layer,
The ferroelectric element, wherein the second ferroelectric layer does not contain lead.
前記第1強誘電体層は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含み、
前記第2強誘電体層はビスマス、ランタン、鉄を含むことを特徴とする強誘電体素子。 The ferroelectric element according to claim 1, wherein
The first ferroelectric layer includes lead, zirconium, and titanium;
The ferroelectric element, wherein the second ferroelectric layer contains bismuth, lanthanum, and iron.
前記第1強誘電体層は鉛、ジルコニウム、チタニウムを含み、
前記第2強誘電体層はビスマス、ガドリニウム、鉄を含むことを特徴とする強誘電体素子。 The ferroelectric element according to claim 1, wherein
The first ferroelectric layer includes lead, zirconium, and titanium;
The ferroelectric element, wherein the second ferroelectric layer contains bismuth, gadolinium, and iron.
前記第2強誘電体層はマンガンを含むことを特徴とする強誘電体素子。 The ferroelectric element according to claim 2, wherein
The ferroelectric element, wherein the second ferroelectric layer contains manganese.
前記第2強誘電体層は(111)に配向していることを特徴とする強誘電体素子。 A ferroelectric element according to any one of claims 1 to 4, wherein
The ferroelectric element, wherein the second ferroelectric layer is oriented in (111).
前記第1強誘電体層は前記第2強誘電体層より薄いことを特徴とする強誘電体素子。 A ferroelectric element according to any one of claims 1 to 5, wherein
The ferroelectric element, wherein the first ferroelectric layer is thinner than the second ferroelectric layer.
前記光検出部に請求項7に記載の熱電気変換装置を備えることを特徴とする電子機器。 An electronic device including a light detection unit that detects infrared rays,
An electronic apparatus comprising the thermoelectric conversion device according to claim 7 in the light detection unit.
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