JP2023033863A - 構造体及び電磁波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】アーム部の熱伝導を抑制し、且つ、アーム部における電磁波の吸収効率を高めることを可能とした構造体を提供する。【解決手段】電磁波検出部４と、電磁波検出部４を挟んだ両側に位置する一対のアーム部１２ａ，１２ｂとを備え、電磁波検出部４は、温度検知素子５と、温度検知素子５の少なくとも一部を覆う電磁波吸収体７ａ，７ｂ，７ｃとを含み、電磁波検出部４が一対のアーム部１２ａ，１２ｂを介して電磁波検出部４と対向する基板２に対して吊り下げられた構造を有し、アーム部１２ａ，１２ｂの基板２と対向する側の面の面積が基板２と対向する側とは反対側の面の面積よりも大きい。【選択図】図５

Description

本発明は、構造体及び電磁波センサに関する。

例えば、サーミスタ素子などの電磁波検出部を用いた電磁波センサがある。サーミスタ素子が有するサーミスタ膜の電気抵抗は、サーミスタ膜の温度変化に応じて変化する。電磁波センサでは、サーミスタ膜に入射した赤外線（電磁波）がサーミスタ膜又はサーミスタ膜の周辺の材料に吸収されることによって、このサーミスタ膜の温度が変化する。これにより、サーミスタ素子は、赤外線（電磁波）を検出する。

ここで、シュテファン＝ボルツマンの法則から、測定対象の温度と、この測定対象から熱輻射により放出される赤外線（輻射熱）との間には相関関係がある。したがって、測定対象から放出される赤外線をサーミスタ素子を用いて検出することで、測定対象の温度を非接触により測定することが可能である。

また、このようなサーミスタ素子は、アレイ状に複数配列されることによって、測定対象の温度分布を二次元的に検出（撮像）する赤外線撮像素子（赤外線イメージセンサ）などの電磁波センサに応用されている（例えば、下記特許文献１を参照。）。

国際公開第２０１９／１７１４８８号

ところで、上述した電磁波センサにおいて高精度のセンシングを行うためには、サーミスタ素子（電磁波検出部）が周囲からできるだけ断熱されていることが好ましい。一方、サーミスタ素子とその周囲との断熱性を高めるためには、サーミスタ素子と接続される一対のアーム部をなるべく細くすることで改善が可能である。しかしながら、アーム部を細くすると、アーム部における電磁波の吸収効率が低くなる。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、アーム部の熱伝導を抑制し、且つ、アーム部における電磁波の吸収効率を高めることを可能とした構造体、並びに、そのような構造体を備える電磁波センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 電磁波検出部と、
前記電磁波検出部を挟んだ両側に位置する一対のアーム部とを備え、
前記電磁波検出部は、温度検知素子と、前記温度検知素子の少なくとも一部を覆う電磁波吸収体とを含み、
前記電磁波検出部が前記一対のアーム部を介して前記電磁波検出部と対向する基板に対して吊り下げられた構造又は懸架された構造を有し、
前記アーム部の前記基板と対向する側の面の面積が前記基板と対向する側とは反対側の面の面積よりも大きいことを特徴とする構造体。
〔２〕 前記アーム部の前記基板と対向する側の面の面積を前記基板と対向する側とは反対側の面の面積で除した値が、前記電磁波検出部の前記基板と対向する側の面の面積を前記基板と対向する側とは反対側の面の面積で除した値よりも大きいことを特徴とする前記〔１〕に記載の構造体。
〔３〕 前記アーム部は、その形状が線状であり、
前記アーム部の前記基板と対向する側の面の短手方向おける幅が、前記基板と対向する側とは反対側の面の短手方向における幅よりも大きいことを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の構造体。
〔４〕 前記基板の前記アーム部と対向する面側に設けられた中間層と、
前記基板の前記電磁波検出部と対向する面側に設けられた反射防止層とを備え、
前記中間層の前記アーム部と対向する部分における波長１０μｍの電磁波の反射率が、前記反射防止層の前記電磁波検出部と対向する部分における波長１０μｍの電磁波の反射率よりも高いことを特徴とする前記〔１〕～〔３〕の何れか一項に記載の構造体。
〔５〕 前記中間層が設けられた層における前記電磁波検出部と対向する部分には、前記中間層を貫通する孔部が設けられていることを特徴とする前記〔４〕に記載の構造体。
〔６〕 前記〔１〕～〔５〕の何れか一項に記載の構造体を備える電磁波センサ。
〔７〕 前記構造体は、アレイ状に複数配列されていることを特徴とする前記〔６〕に記載の電磁波センサ。

以上のように、本発明によれば、アーム部の熱伝導を抑制し、且つ、アーム部における電磁波の吸収効率を高めることを可能とした構造体、並びに、そのような構造体を備える電磁波センサを提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る電磁波センサの構成を示す平面図である。 図１に示す電磁波センサの構成を示す分解斜視図である。 図１に示す電磁波センサが備える構造体の構成を示す平面図である。 図３中に示す線分Ａ－Ａによる構造体の断面図である。 図３中に示す線分Ｂ－Ｂによる構造体の断面図である。 図５に示す構造体が備えるアーム部を拡大した断面図である。 図６に示すアーム部の形成工程の例を説明するための断面図である。 図６に示すアーム部の形成工程の例を説明するための断面図である。 図６に示すアーム部の形成工程の例を説明するための断面図である。 図６に示すアーム部の形成工程の例を説明するための断面図である。 電磁波センサの別の構成例を示す断面図である。 電磁波センサの別の構成例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を電磁波センサの特定の面内における第１の方向Ｘとし、Ｙ軸方向を電磁波センサの特定の面内において第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙとし、Ｚ軸方向を電磁波センサの特定の面内に対して直交する第３の方向Ｚとして、それぞれ示すものとする。

〔電磁波センサ〕
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１～図５に示す電磁波センサ１について説明する。

なお、図１は、電磁波センサ１の構成を示す平面図である。図２は、電磁波センサ１の構成を示す分解斜視図である。図３は、電磁波センサ１が備える構造体２０の構成を示す平面図である。図４は、図３中に示す線分Ａ－Ａによる構造体２０の断面図である。図５は、図３中に示す線分Ｂ－Ｂによる構造体２０の断面図である。

本実施形態の電磁波センサ１は、測定対象から放出される赤外線（電磁波）を検出することによって、この測定対象の温度分布を二次元的に検出（撮像）する赤外線撮像素子（赤外線イメージセンサ）に本発明を適用したものである。

赤外線は、波長が０．７５μｍ以上、１０００μｍ以下である電磁波である。赤外線イメージセンサは、赤外線カメラとして屋内や屋外の暗視などに利用されるほか、非接触式の温度センサとして人や物の温度測定などに利用されている。

具体的に、この電磁波センサ１は、図１～図５に示すように、互いに対向して配置された第１の基板２及び第２の基板３と、これら第１の基板２と第２の基板３との間に配置された複数のサーミスタ素子４とを備えている。

第１の基板２及び第２の基板３は、ある特定の波長の電磁波、具体的には１０μｍの波長帯域を含む赤外線（本実施形態では波長８～１４μｍの長波長赤外線）ＩＲに対して透過性を有するシリコン基板からなる。また、赤外線ＩＲに対して透過性を有する基板としては、ゲルマニウム基板などを用いることができる。

第１の基板２及び第２の基板３は、互いに対向する面の周囲をシール材（図示せず。）により封止することによって、その間に密閉された内部空間Ｋを構成している。また、内部空間Ｋは、高真空に減圧されている。これにより、電磁波センサ１では、内部空間Ｋでの対流による熱の影響を抑制し、サーミスタ素子４に対して測定対象から放出される赤外線ＩＲ以外の熱による影響を排除している。

なお、本実施形態の電磁波センサ１は、上述した密閉された内部空間Ｋを減圧した構成に必ずしも限定されるものではなく、大気圧のまま密閉又は開放された内部空間Ｋを有する構成であってもよい。

サーミスタ素子４は、電磁波検出部として、温度検知素子としてのサーミスタ膜５と、サーミスタ膜５の一方の面に接触して設けられた一対の第１の電極６ａ，６ｂと、サーミスタ膜５の他方の面に接触して設けられた第２の電極６ｃと、サーミスタ膜５の少なくとも一部（本実施形態では全部）を覆う電磁波吸収体としての絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃとを備え、サーミスタ膜５の面直方向に電流が流れるＣＰＰ（Current-Perpendicular-to-Plane）構造を有している。絶縁膜７ｂは、一対の第１の電極６ａ，６ｂのサーミスタ膜５と接触する側とは反対側に設けられている。

すなわち、このサーミスタ素子４では、一方の第１の電極６ａから第２の電極６ｃに向けてサーミスタ膜５の面直方向に電流を流すと共に、第２の電極６ｃから他方の第１の電極６ｂに向けてサーミスタ膜５の面直方向に電流を流すことが可能となっている。

サーミスタ膜５としては、例えば、酸化バナジウム、非晶質シリコン、多結晶シリコン、マンガンを含むスピネル型結晶構造の酸化物、酸化チタン、又はイットリウム－バリウム－銅酸化物などを用いることができる。

第１の電極６ａ，６ｂ及び第２の電極６ｃとしては、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）などの導電膜を用いることができる。

絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウムマグネシウム、ホウ化ケイ素、窒化ホウ素、又はサイアロン（ケイ素とアルミニウムとの酸窒化物）などを用いることができる。

絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃは、少なくともサーミスタ膜５の少なくとも一部を覆うように設けられた構成であればよい。本実施形態では、サーミスタ膜５の両面を覆うように、絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。

複数のサーミスタ素子４は、互いに同じ大きさで形成されている。また、複数のサーミスタ素子４は、第１の基板２及び第２の基板３と平行な面内（以下、「特定の面内」という。）にアレイ状に配列されている。すなわち、これら複数のサーミスタ素子４は、特定の面内において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとにマトリックス状に並んで配置されている。

また、各サーミスタ素子４は、第１の方向Ｘを行方向とし、第２の方向Ｙを列方向として、第１の方向Ｘに一定の間隔で並んで配置されると共に、第２の方向Ｙに一定の間隔で並んで配置されている。

なお、上記サーミスタ素子４の行列数としては、例えば６４０行×４８０列、１０２４行×７６８列などが挙げられるが、これら行列数に必ずしも限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

第１の基板２側には、中間層となる第１の絶縁体層８と、後述する回路部１５と電気的に接続された配線部９と、各サーミスタ素子４と配線部９との間を電気的に接続する第１の接続部１０とが設けられている。

第１の絶縁体層８は、第１の基板２のアーム部１２ａ，１２ｂと対向する面（第２の基板３と対向する面）側に設けられている。第１の絶縁体層８の一部は、アーム部１２ａ，１２ｂの少なくとも一部と対向している。第１の絶縁体層８は、積層された絶縁膜からなる。絶縁膜としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウムマグネシウム、ホウ化ケイ素、窒化ホウ素、サイアロン（ケイ素とアルミニウムの酸窒化物）などを用いることができる。

配線部９は、複数の第１のリード配線９ａと、複数の第２のリード配線９ｂとを有している。第１のリード配線９ａ及び第２のリード配線９ｂは、例えば銅や金などの導電膜からなる。

複数の第１のリード配線９ａと複数の第２のリード配線９ｂとは、第１の絶縁体層８の第３の方向Ｚにおいて異なる層内に位置して、立体的に交差するように配置されている。このうち、複数の第１のリード配線９ａは、第１の方向Ｘに延在し、且つ、第２の方向Ｙに一定の間隔で並んで設けられている。一方、複数の第２のリード配線９ｂは、第２の方向Ｙに延在し、且つ、第１の方向Ｘに一定の間隔で並んで設けられている。

各サーミスタ素子４は、平面視において、これら複数の第１のリード配線９ａと複数の第２のリード配線９ｂとによって区画された領域Ｅ毎に設けられている。各サーミスタ膜５と第１の基板２の厚さ方向において対向する領域（平面視で重なる領域）には、第１の基板２とサーミスタ膜５との間で赤外線ＩＲを透過させる窓部Ｗが存在している。

また、サーミスタ素子４と対向する部分には、図４及び図５に示すように、第１の絶縁体層８を貫通する孔部８ａが設けられている。換言すると、第１の基板２とサーミスタ素子４との間には、第１の絶縁体層８を貫通する孔部８ａが設けられている。孔部８ａは、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおけるサーミスタ素子４と対向する部分に設けられている。

第１の接続部１０は、複数のサーミスタ素子４の各々に対応して設けられた一対の第１の接続部材１１ａ，１１ｂを有している。また、一対の第１の接続部材１１ａ，１１ｂは、一対のアーム部１２ａ，１２ｂと、一対のレッグ部１３ａ，１３ｂとを有している。

各アーム部１２ａ，１２ｂは、配線層２１を有している。配線層２１は、例えばアルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム、及び窒化ジルコニウムなどの導電体膜によって形成されている。図３～図５に示す例では、サーミスタ素子４の周囲に沿って折り曲げ線状の配線層２１が形成されている。各レッグ部１３ａ，１３ｂは、例えば銅、金、ＦｅＣｏＮｉ合金又はＮｉＦｅ合金（パーマロイ）などのめっきによって第３の方向Ｚに延在して形成された断面円形状の導体ピラーからなる。

一方の第１の接続部材１１ａは、一方の第１の電極６ａと電気的に接続された一方のアーム部１２ａに含まれる配線層２１と、この一方のアーム部１２ａに含まれる配線層２１と第１のリード配線９ａとの間を電気的に接続する一方のレッグ部１３ａとを有して、一方の第１の電極６ａと第１のリード配線９ａとの間を電気的に接続している。

他方の第１の接続部材１１ｂは、他方の第１の電極６ｂと電気的に接続された他方のアーム部１２ｂに含まれる配線層２１と、この他方のアーム部１２ｂに含まれる配線層２１と第２のリード配線９ｂとの間を電気的に接続する他方のレッグ部１３ｂとを有して、他方の第１の電極６ｂと第２のリード配線９ｂとの間を電気的に接続している。

これにより、サーミスタ素子４は、その面内の対角方向に位置する一対の第１の接続部材１１ａ，１１ｂにより第１の基板２に対して第３の方向Ｚに吊り下げられた状態で支持されている。また、サーミスタ素子４と第１の絶縁体層８との間には、空間Ｇが設けられている。

第１の基板２の一方の面（第２の基板３と対向する面）側には、図示を省略するものの、複数のサーミスタ素子４の中から１つのサーミスタ素子４を選択するための複数の選択用トランジスタ（図示せず。）が設けられている。複数の選択用トランジスタは、第１の基板２の複数のサーミスタ素子４の各々に対応した位置に設けられている。また、各選択用トランジスタは、赤外線ＩＲの乱反射や入射効率の低下を防ぐため、上述した窓部Ｗを避けた位置に設けられている。

第２の基板３側には、第２の絶縁体層１４と、サーミスタ素子４から出力される電圧の変化を検出して輝度温度に変換する回路部１５と、各サーミスタ素子４と回路部１５との間を電気的に接続する第２の接続部１６とが設けられている。

第２の絶縁体層１４は、第２の基板３の一方の面（第１の基板２と対向する面）側において積層された絶縁膜からなる。絶縁膜としては、上記第１の絶縁体層８で例示した絶縁膜と同じものを用いることができる。

回路部１５は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ：Read Out Integrated Circuit）やレギュレータ、Ａ／Ｄコンバータ（Analog-to-Digital Converter）、マルチプレクサなどからなり、第２の絶縁体層１４の層内に設けられている。

また、第２の絶縁体層１４の面上には、複数の第１のリード配線９ａ及び複数の第２のリード配線９ｂの各々に対応した複数の接続端子１７ａ，１７ｂが設けられている。接続端子１７ａ，１７ｂは、例えば銅や金などの導電膜からなる。

一方の接続端子１７ａは、回路部１５の周囲を囲む第１の方向Ｘの一方側の領域に位置して、第２の方向Ｙに一定の間隔で並んで設けられている。他方の接続端子１７ｂは、回路部１５の周囲を囲む第２の方向Ｙの一方側の領域に位置して、第１の方向Ｘに一定の間隔で並んで設けられている。

第２の接続部１６は、複数の第１のリード配線９ａ及び複数の第２のリード配線９ｂの各々に対応して設けられた複数の第２の接続部材１８ａ，１８ｂを有している。複数の第２の接続部材１８ａ，１８ｂは、例えば銅や金などのめっきによって第３の方向Ｚに延在して形成された断面円形状の導体ピラーからなる。

一方の第２の接続部材１８ａは、第１のリード配線９ａの一端側と一方の接続端子１７ａとの間を電気的に接続している。他方の第２の接続部材１８ｂは、第２のリード配線９ｂの一端側と他方の接続端子１７ｂとの間を電気的に接続している。これにより、複数の第１のリード配線９ａと回路部１５との間が一方の第２の接続部材１８ａ及び一方の接続端子１７ａを介して電気的に接続されている。また、複数の第２のリード配線９ｂと回路部１５との間が他方の第２の接続部材１８ｂ及び他方の接続端子１７ｂを介して電気的に接続されている。

第１の基板２のサーミスタ素子４と対向する面側には、反射防止層１９が設けられている。本実施形態では、第１の基板２と第１の絶縁体層８との間に反射防止層１９が設けられている。反射防止層１９の少なくとも一部は、サーミスタ素子４の少なくとも一部と対向している。反射防止層１９は、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ膜５に入射するまでの間に、第１の基板２と空間Ｇとの界面で赤外線ＩＲが反射されることを防止し、第１の基板２を透過した赤外線ＩＲをサーミスタ膜５側に効率良く入射させるためのものである。

反射防止層１９としては、例えば、硫化亜鉛、フッ化イットリウム、カルコゲナイドガラス、ゲルマニウム、シリコン、セレン化亜鉛、ガリウム砒素などを用いることができる。

また、反射防止層１９は、屈折率の異なる膜を交互に積層し、各層で反射する波の干渉を利用して赤外線ＩＲの反射率を低減する構成であってもよい。この場合、反射防止層１９として、上述した材料の他にも、例えば、酸化膜、窒化膜、硫化膜、フッ化膜、ホウ化膜、臭化膜、塩化膜、セレン化膜、Ｇｅ膜，ダイヤモンド膜、カルコゲナイド膜、Ｓｉ膜などを積層した積層膜を用いることができる。

以上のような構成を有する本実施形態の電磁波センサ１では、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ素子４に入射する。

サーミスタ素子４では、サーミスタ膜５の近傍に形成された絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃに入射した赤外線ＩＲが絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃに吸収されること、並びに、サーミスタ膜５に入射した赤外線ＩＲがサーミスタ膜５に吸収されることによって、このサーミスタ膜５の温度が変化する。また、サーミスタ素子４では、サーミスタ膜５の温度変化に対して、このサーミスタ膜５の電気抵抗が変化することで、一対の第１の電極６ａ，６ｂの間の出力電圧が変化する。本実施形態の電磁波センサ１では、サーミスタ素子４がボロメータ素子として機能する。

本実施形態の電磁波センサ１では、測定対象から放出される赤外線ＩＲを複数のサーミスタ素子４により平面的に検出した後、各サーミスタ素子４から出力される電気信号（電圧信号）を輝度温度に変換することによって、測定対象の温度分布（温度画像）を二次元的に検出（撮像）することが可能である。

なお、サーミスタ素子４では、サーミスタ膜５に定電圧を印加する場合、このサーミスタ膜５の温度変化に対して、サーミスタ膜５に流れる電流の変化を検出して輝度温度に変換することも可能である。

〔構造体〕
次に、本発明の一実施形態として、例えば図３～図６に示す構造体２０について説明する。
なお、図６は、構造体２０が備えるアーム部１２ａ，１２ｂを拡大した断面図である。

本実施形態の構造体２０は、図３～図６に示すように、電磁波検出部となるサーミスタ素子４と、サーミスタ素子４を挟んだ両側に位置する一対のアーム部１２ａ，１２ｂとを備え、サーミスタ素子４が一対のアーム部１２ａ，１２ｂを介してサーミスタ素子４と対向する第１の基板２に対して吊り下げられた構造を有している。

アーム部１２ａ，１２ｂは、それぞれの形状が線状である。アーム部１２ａ，１２ｂは、サーミスタ素子４が有するサーミスタ膜５と電気的に接続される線状の配線層２１と、配線層２１の両面にその一部が配置された保護層２２ａ，２２ｂとを有している。保護層２２ａ，２２ｂのそれぞれの形状は、配線層２１の形状に合わせた線状である。また、保護層２２ａ，２２ｂは、配線層２１よりも熱伝導率が小さい材料からなる。

保護層２２ａ，２２ｂは、上述したサーミスタ膜５を覆う絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃからなる。このうち、配線層２１の一面側に配置された保護層（以下、「第１の保護層」として区別する。）２２ａは、絶縁膜７ａにより構成され、配線層２１の他面側に配置された保護層（以下、「第２の保護層」として区別する。）２２ｂは、絶縁膜７ｂ，７ｃにより構成されている。なお、以下の説明では、図６に示すように、上述した絶縁膜７ａ，７ｂ，７ｃの図示を省略し、保護層２２ａ，２２ｂとして図示するものとする。

一対のアーム部１２ａ，１２ｂは、平面視において、サーミスタ素子４を挟んだ両側に位置している。図３に示す例では、平面視において、サーミスタ素子４の中心を基準に点対称に一対のアーム部１２ａ，１２ｂが配置されている。また、各アーム部１２ａ，１２ｂは、少なくともサーミスタ素子４の周囲に沿って延在する部分と、サーミスタ素子４と連結される部分とを有している。

具体的に、本実施形態のアーム部１２ａ，１２ｂは、第１の方向Ｘに延在する複数（本実施形態では２つ）の部分が第２の方向Ｙに並んで配置されると共に、互いに隣り合う部分の一端と他端とを第２の方向Ｙに延在する部分を介して折り返し連結した構造を有している。また、一対のアーム部１２ａ，１２ｂは、第２の方向Ｙに延在する部分を介してサーミスタ素子４を挟む位置にてサーミスタ素子４と連結されている。

ところで、本実施形態の構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第１の基板２と対向する側の面の面積が第１の基板２と対向する側とは反対側の面の面積よりも大きくなっている。

具体的に、この構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第１の基板２と対向する側の面の短手方向おける幅Ｗ１が、第１の基板２と対向する側とは反対側の面の短手方向における幅Ｗ２よりも大きくなっている。また、この構造体２０では、図６に示すように、アーム部１２ａ，１２ｂの延在方向に垂直な断面の面積が、アーム部１２ａ，１２ｂの厚さｔと幅Ｗ１との積よりも小さくなっている。さらに、この構造体２０では、図４～図６に示すように、アーム部１２ａ，１２ｂの延在方向に垂直な断面が略台形形状となっている。

さらに、本実施形態の構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第１の基板２と対向する側の面の面積を第１の基板２と対向する側とは反対側の面の面積で除した値が、サーミスタ素子４の第１の基板２と対向する側の面の面積を第１の基板２と対向する側とは反対側の面の面積で除した値よりも大きくなっている。

ここで、アーム部１２ａ，１２ｂの形成工程の例について、図７～図１０を参照しながら説明する。なお、図７～図１０は、アーム部１２ａ，１２ｂの形成工程の例を説明するための断面図である。

アーム部１２ａ，１２ｂの形成工程では、先ず、図７に示すように、アッシングにより最終的に除去される有機犠牲層３０の上に、第１の保護層２２ａとなる酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜３１と、配線層２１となるチタン（Ｔｉ）膜３２と、第２の保護層２２ｂとなる酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜３３とを順次積層する。なお、Ａｌ_２Ｏ_３膜３１の厚みは、例えば２０００Åであり、Ｔｉ膜３２の厚みは、例えば６００Åであり、Ａｌ_２Ｏ_３膜３３の厚みは、例えば２０００Åである。

次に、図８に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３膜３３の上に、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）膜からなる金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いてアーム部１２ａ，１２ｂに対応した形状にパターニングされたマスク層３４を形成する。

次に、図９に示すように、エッチングガスに塩素（Ｃｌ）及び塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、Ａｌ_２Ｏ_３膜３３、Ｔｉ膜３２及びＡｌ_２Ｏ_３膜３１をマスク層３４に対応した形状にパターニングする。

このとき、エッチングガスの流量、ＲＦパワー、圧力、ステージ温度などを制御することで、エッチング後のアーム部１２ａ，１２ｂの形状を制御することが可能である。例えば、Ｃｌの流量を１５ｓｃｃｍ、ＢＣｌ_３の流量を８５ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを７５Ｗ、圧力を０．３Ｐａ、ステージ温度を５０℃とした場合、エッチングレートの異方性が高く、Ａｌ_２Ｏ_３膜３３、Ｔｉ膜３２及びＡｌ_２Ｏ_３膜３１を膜面に対して垂直にエッチングすることが可能である。

これに対して、Ｃｌの流量を１５ｓｃｃｍ、ＢＣｌ_３の流量を８５ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを５０Ｗ、圧力を０．３Ｐａ、ステージ温度を５０℃とした場合、エッチングレートの異方性が低くなり、上層側にあるＡｌ_２Ｏ_３膜３３の面積よりも下層側にあるＡｌ_２Ｏ_３膜３１の面積を大きくすることが可能である。

次に、図１０に示すように、ドライミリングによりマスク層３４を除去する。これにより、第１の保護層２２ａ側の面積が第２の保護層２２ｂ側の面積よりも大きいアーム部１２ａ，１２ｂを形成することが可能である。

以上のように、本実施形態の構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第１の基板２と対向する側の面の面積が第１の基板２と対向する側とは反対側の面の面積よりも大きくなっている。

これにより、本実施形態の構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの断面積を小さく抑えることで、アーム部１２ａ，１２ｂの熱伝導を抑制しつつ、電磁波（赤外線ＩＲ）の吸収効率を高めることが可能である。

本実施形態の構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第１の基板２と対向する側の面と第１の基板２（第１の基板２に形成された第１の絶縁体層８（中間層））との間に形成される電磁波（赤外線ＩＲ）の干渉吸収構造によって、電磁波（赤外線ＩＲ）が吸収される。干渉吸収構造による電磁波の吸収は、干渉吸収構造に含まれる各界面による電磁波の反射量が大きいほど大きくなる。本実施形態の構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第１の基板２と対向する側の面による電磁波（赤外線ＩＲ）の反射量を大きくできるため、この干渉吸収構造による電磁波（赤外線ＩＲ）の吸収効率を高めることが可能である。

また、本実施形態の構造体２０では、中間層となる第１の絶縁体層８のアーム部１２ａ，１２ｂと対向する部分における波長１０μｍの電磁波の反射率が、反射防止層１９のサーミスタ素子４と対向する部分における波長１０μｍの電磁波の反射率よりも高くなっている。本実施形態における赤外線ＩＲは波長１０μｍの電磁波を含んでいる。中間層（又は反射防止層）の反射率とは、中間層（又は反射防止層）へ入射する光の強度に対する、中間層（又は反射防止層）から反射する光の強度の比率のことである。中間層（又は反射防止層）から反射する光とは、中間層（又は反射防止層）が有する界面からの反射波を重ね合わせたものである。

これにより、本実施形態の構造体２０では、第１の絶縁体層８のアーム部１２ａ，１２ｂと対向する部分による電磁波（赤外線ＩＲ）の反射量を大きくできるため、第１の絶縁体層８のアーム部１２ａ，１２ｂと対向する部分とアーム部１２ａ，１２ｂとにおける電磁波（赤外線ＩＲ）の干渉吸収構造による電磁波（赤外線ＩＲ）の吸収効率を更に高めることが可能である。

したがって、本実施形態の構造体２０を備える電磁波センサ１では、上述したアーム部１２ａ，１２ｂの熱伝導を抑制し、且つ、電磁波（赤外線ＩＲ）の吸収効率を高めることで、サーミスタ素子４による高精度且つ高感度のセンシングを行うことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
具体的に、上記実施形態では、第１の基板２と第１の絶縁体層８との間に反射防止層１９が設けられた構成を例示しているが、例えば図１１に示すような孔部８ａの内側に反射防止層１９が埋め込まれた状態で設けられた電磁波センサ１Ａとすることも可能である。なお、図１１に示す電磁波センサ１Ａでは、上記電磁波センサ１と同等の部位についての説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

図１１に示す電磁波センサ１Ａにおいても、反射防止層１９は、第１の基板２のサーミスタ素子４と対向する面側に設けられており、反射防止層１９の少なくとも一部は、サーミスタ素子４の少なくとも一部と対向している。

また、上記実施形態では、サーミスタ素子４が第１の基板２に対して吊り下げられた吊下式の電磁波センサ１を例示しているが、例えば図１２に示すようなサーミスタ素子４が第２の基板３に対して懸架された懸架式の電磁波センサ１Ｂとすることも可能である。図１２に示す例では、電磁波検出部となるサーミスタ素子４が、サーミスタ素子４と対向する第２の基板３に対して懸架された構造を有している。なお、図１２に示す電磁波センサ１Ｂでは、上記電磁波センサ１と同等の部位についての説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

この場合、例えば、第２の接続部材１８ａ，１８ｂや配線部９を用いずに、第１の接続部材１１ａ，１１ｂは、第２の基板３に設けられた読み出し回路（ＲＯＩＣ）に直接接続されている。図１２に示す例では、第１の基板２、シール部材２３及び第２の基板３により密閉された空間内に複数のサーミスタ素子４が配置されており、読み出し回路（ＲＯＩＣ）と電気的に接続された電極パッド２４がその空間の外側に配置されている。

電磁波センサ１Ｂでは、アーム部１２ａ，１２ｂの第２の基板３と対向する側の面の面積が第２の基板３と対向する側とは反対側の面の面積よりも大きくなっている。具体的に、電磁波センサ１Ｂでは、アーム部１２ａ，１２ｂの第２の基板３と対向する側の面の短手方向おける幅が、第２の基板３と対向する側とは反対側の面の短手方向における幅よりも大きくなっている。アーム部１２ａ，１２ｂの延在方向に垂直な断面の面積は、アーム部１２ａ，１２ｂの厚さと第２の基板３と対向する側の面の短手方向おける幅との積よりも小さくなっている。また、アーム部１２ａ，１２ｂの第２の基板３と対向する側の面の面積を第２の基板３と対向する側とは反対側の面の面積で除した値が、サーミスタ素子４の第２の基板３と対向する側の面の面積を第２の基板３と対向する側とは反対側の面の面積で除した値よりも大きくなっている。

電磁波センサ１Ｂが備える構造体２０においても、アーム部１２ａ，１２ｂの断面積を小さく抑えることでアーム部１２ａ，１２ｂの熱伝導を抑制しつつ、電磁波（赤外線ＩＲ）の吸収効率を高めることが可能である。電磁波センサ１Ｂが備える構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第２の基板３と対向する側の面と第２の基板３との間に形成される電磁波（赤外線ＩＲ）の干渉吸収構造によって、電磁波（赤外線ＩＲ）が吸収される。電磁波センサ１Ｂが備える構造体２０では、アーム部１２ａ，１２ｂの第２の基板３と対向する側の面による電磁波（赤外線ＩＲ）の反射量を大きくできるため、この干渉吸収構造による電磁波（赤外線ＩＲ）の吸収効率を高めることが可能である。

なお、本発明を適用した電磁波センサは、上述した複数のサーミスタ素子４をアレイ状に配列した赤外線イメージセンサの構成に必ずしも限定されるものではなく、サーミスタ素子４を単体で用いた電磁波センサや、複数のサーミスタ素子４を線状に並べて配列した電磁波センサなどにも本発明を適用することが可能である。また、サーミスタ素子４は、温度を測定する温度センサとして用いることも可能である。

また、本発明を適用した電磁波センサは、電磁波として、上述した赤外線を検出するものに必ずしも限定されるものではなく、例えば波長が３０μｍ以上、３ｍｍ以下のテラヘルツ波を検出するものであってもよい。

また、本発明を適用した電磁波センサは、電磁波検出部として上述したサーミスタ素子４を用いたものに必ずしも限定されるものではなく、例えば、サーミスタ膜５に代えて、サーモパイル（熱電対）型や焦電型、ダイオード型などの温度検知素子を用いたものを電磁波検出部として用いることが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ…電磁波センサ ２…第１の基板 ３…第２の基板 ４…サーミスタ素子（電磁波検出部） ５…サーミスタ膜（温度検知素子） ６ａ，６ｂ…第１の電極 ６ｃ…第２の電極 ７ａ，７ｂ，７ｃ…絶縁膜（電磁波吸収体） ８…第１の絶縁体層（中間層） ８ａ…孔部 ９…配線部 ９ａ…第１のリード配線 ９ｂ…第２のリード配線 １０…第１の接続部 １１ａ，１１ｂ…第１の接続部材 １２ａ，１２ｂ…アーム部 １３ａ，１３ｂ…レッグ部 １４…第２の絶縁体層 １５…回路部 １６…第２の接続部 １７ａ，１７ｂ…接続端子 １８ａ，１８ｂ…第２の接続部材 １９…反射防止層 ２０…構造体 ２１…配線層 ２２ａ…第１の保護層 ２２ｂ…第２の保護層

Claims (7)

1. 電磁波検出部と、
   前記電磁波検出部を挟んだ両側に位置する一対のアーム部とを備え、
   前記電磁波検出部は、温度検知素子と、前記温度検知素子の少なくとも一部を覆う電磁波吸収体とを含み、
   前記電磁波検出部が前記一対のアーム部を介して前記電磁波検出部と対向する基板に対して吊り下げられた構造又は懸架された構造を有し、
   前記アーム部の前記基板と対向する側の面の面積が前記基板と対向する側とは反対側の面の面積よりも大きいことを特徴とする構造体。
2. 前記アーム部の前記基板と対向する側の面の面積を前記基板と対向する側とは反対側の面の面積で除した値が、前記電磁波検出部の前記基板と対向する側の面の面積を前記基板と対向する側とは反対側の面の面積で除した値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
3. 前記アーム部は、その形状が線状であり、
   前記アーム部の前記基板と対向する側の面の短手方向おける幅が、前記基板と対向する側とは反対側の面の短手方向おける幅よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の構造体。
4. 前記基板の前記アーム部と対向する面側に設けられた中間層と、
   前記基板の前記電磁波検出部と対向する面側に設けられた反射防止層とを備え、
   前記中間層の前記アーム部と対向する部分における波長１０μｍの電磁波の反射率が、前記反射防止層の前記電磁波検出部と対向する部分における波長１０μｍの電磁波の反射率よりも高いことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の構造体。
5. 前記中間層が設けられた層における前記電磁波検出部と対向する部分には、前記中間層を貫通する孔部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の構造体。
6. 請求項１～５の何れか一項に記載の構造体を備える電磁波センサ。
7. 前記構造体は、アレイ状に複数配列されていることを特徴とする請求項６に記載の電磁波センサ。

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