JP2564526B2 - 焦電型赤外線アレイ素子及びその製造方法 - Google Patents
焦電型赤外線アレイ素子及びその製造方法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は焦電薄膜を用いた焦電型赤外線アレイ素子に
関するものである。
関するものである。
従来の技術 焦電型赤外線検出器は熱型の赤外線検出器で、常温動
作が可能で、感度の波長依存性が小さく、熱型検出器の
なかでは高感度である。
作が可能で、感度の波長依存性が小さく、熱型検出器の
なかでは高感度である。
焦電型検出器に使用されている材料にはTGS系・LiTaO
3系等の単結晶、PbTiO3系・Pbx Zr1-x TiO3系のセラミ
ック、PVF2系等の有機膜等がある。
3系等の単結晶、PbTiO3系・Pbx Zr1-x TiO3系のセラミ
ック、PVF2系等の有機膜等がある。
PbTiO3は焦電材料の性能指数であるFv（＝γ／εCv）
及び が高い。ここでγは焦電係数、εは誘電率、Cvは体積比
熱、ｄは厚さである。また、PbTiO3は焦電係数の温度変
化が小さく、キュリー点が十分高い等の特長をもってい
る。焦電型検出器にはPbTiO3磁器が用いられる場合が多
い。磁器は多結晶であり、結晶軸の配列に方向性は無
く、したがって自発分極Psもランダムに配列している。
焦電材料は自発分極Psの変化を出力として取り出すた
め、Psが一方向に揃っているとき、最大出力が得られ
る。そこで、磁器には高電界を印加してPsの向きを揃え
る分極処理が必要である。
及び が高い。ここでγは焦電係数、εは誘電率、Cvは体積比
熱、ｄは厚さである。また、PbTiO3は焦電係数の温度変
化が小さく、キュリー点が十分高い等の特長をもってい
る。焦電型検出器にはPbTiO3磁器が用いられる場合が多
い。磁器は多結晶であり、結晶軸の配列に方向性は無
く、したがって自発分極Psもランダムに配列している。
焦電材料は自発分極Psの変化を出力として取り出すた
め、Psが一方向に揃っているとき、最大出力が得られ
る。そこで、磁器には高電界を印加してPsの向きを揃え
る分極処理が必要である。
また、Ｃ軸配向したPbTiO3薄膜の配向軸方向に発生す
る焦電気を利用した場合、Ｃ軸方向の誘電率が低下し、
焦電係数が増大するので、PbTiO3磁器の約３倍のFvを示
す高感度焦電材料を実現できることが、第30回応用物理
学関係連合講演予稿集7P−ｚ−２に報告されている。
る焦電気を利用した場合、Ｃ軸方向の誘電率が低下し、
焦電係数が増大するので、PbTiO3磁器の約３倍のFvを示
す高感度焦電材料を実現できることが、第30回応用物理
学関係連合講演予稿集7P−ｚ−２に報告されている。
発明が解決しようとする問題点 焦電材料の厚さが薄くなるほど、雑音が小さくなり、
検出器:D＊は増大する。PbTiO3磁器でアレイを構成する
場合、磁器の薄膜化には限界があり、厚さを薄くしてＤ
＊を向上することは限度がある。各エレメント間のクロ
ストークが大きくなり空間分解能が低下する。そのため
各エレメントを分離することが必要となる。面積を小さ
くすると電気容量が小さくなるため、外部からの静電容
量、浮遊容量の点から小形化も困難となる。
検出器:D＊は増大する。PbTiO3磁器でアレイを構成する
場合、磁器の薄膜化には限界があり、厚さを薄くしてＤ
＊を向上することは限度がある。各エレメント間のクロ
ストークが大きくなり空間分解能が低下する。そのため
各エレメントを分離することが必要となる。面積を小さ
くすると電気容量が小さくなるため、外部からの静電容
量、浮遊容量の点から小形化も困難となる。
さらに、焦電材料に分極処理を施すとき次のような問
題点が生じる。
題点が生じる。
（１）分極処理により絶縁破壊が生じる場合がある。
（２）高密度に配列している高分解能アレイ素子では、
それらを均一に分極することが困難である。
それらを均一に分極することが困難である。
（３）半導体デバイス上に焦電薄膜を形成した集積化デ
バイスでは、分極処理そのものが不可能な場合がある。
バイスでは、分極処理そのものが不可能な場合がある。
問題点を解決するための手段 基板上に形成された化学式がPb1-xLaxTi１−0.75xO3
で組成範囲が０＜Ｘ＜0.15であり＜001＞方向に配向し
ている焦電薄膜と、前記焦電薄膜上に形成された複数の
分離した電極薄膜と、前記焦電薄膜の基板側の面に形成
され膜方向の熱伝導が焦電薄膜による熱伝導より小さく
なるように薄膜化された受光電極薄膜とを有し、基板側
の面から赤外線を受光する構成を用いる。
で組成範囲が０＜Ｘ＜0.15であり＜001＞方向に配向し
ている焦電薄膜と、前記焦電薄膜上に形成された複数の
分離した電極薄膜と、前記焦電薄膜の基板側の面に形成
され膜方向の熱伝導が焦電薄膜による熱伝導より小さく
なるように薄膜化された受光電極薄膜とを有し、基板側
の面から赤外線を受光する構成を用いる。
作用 上記のような焦電薄膜を用いた赤外線アレイ素子にお
いては、各エレメントを分離しなくてもクロストークが
小さいため工程数を低減できる。またPsが既に揃った自
然分極を有する焦電薄膜を用いることにより、分極処理
をおこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の焦電型
赤外線アレイ素子が実現できる。
いては、各エレメントを分離しなくてもクロストークが
小さいため工程数を低減できる。またPsが既に揃った自
然分極を有する焦電薄膜を用いることにより、分極処理
をおこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の焦電型
赤外線アレイ素子が実現できる。
実施例 第１図及び第２図は本発明の焦電型赤外線アレイ素子
の構造及び製造方法を示す図である。
の構造及び製造方法を示す図である。
（100）でへき開し鏡面研摩したMgO単結晶基板１上に、
高周波マグネトロンスパッタ法で焦電薄膜２としてPb
1-xLaxTi１−0.75xO3（PLT）を４μｍ成長させた。雰囲
気ガスにはArとO2の混合ガスを用い、スパッタリングタ
ーゲットは｛（１−Ｙ）Pb1-xLaxTi１−0.75xO3十YPb
O｝の粉末である。表１にスパッタリング条件を示す。
高周波マグネトロンスパッタ法で焦電薄膜２としてPb
1-xLaxTi１−0.75xO3（PLT）を４μｍ成長させた。雰囲
気ガスにはArとO2の混合ガスを用い、スパッタリングタ
ーゲットは｛（１−Ｙ）Pb1-xLaxTi１−0.75xO3十YPb
O｝の粉末である。表１にスパッタリング条件を示す。
次に、この焦電薄膜２上に厚さ約0.2μｍの複数のAu
電極薄膜３を蒸着により作製した。前記Au電極薄膜３は
フォトグラフィの手法によりアレイのピッチに合わせて
格子状に分離、配列されている。さらに、焦電薄膜３の
下部におけるMgO基板１を熱濃燐酸によりエッチングし
開口部４を設けた。前記開口部４を通して前記焦電薄膜
２の基板側の面にNiCr受光電極薄膜５を蒸着により作製
した。
電極薄膜３を蒸着により作製した。前記Au電極薄膜３は
フォトグラフィの手法によりアレイのピッチに合わせて
格子状に分離、配列されている。さらに、焦電薄膜３の
下部におけるMgO基板１を熱濃燐酸によりエッチングし
開口部４を設けた。前記開口部４を通して前記焦電薄膜
２の基板側の面にNiCr受光電極薄膜５を蒸着により作製
した。
第３図に本焦電型赤外線アレイ素子のクロストーク、
電極薄膜３が連続のときの試料と比較して示す。本焦電
型赤外線アレイ素子のクロストークの値は約1/3に低減
した。
電極薄膜３が連続のときの試料と比較して示す。本焦電
型赤外線アレイ素子のクロストークの値は約1/3に低減
した。
PLT焦電薄膜が分極軸の75％以上が一方向に配向して
いるとき、焦電係数：γは５×10-8C/cm2Kとなり、この
値は200℃で10kV/cm印加して分極処理を行ったPbTiO3セ
ラミクス（γ＝1.8x10-8C/cm2K）とくらべかなり大き
い。配向率90％の場合焦電係数は6.8x10-8C/cm2Kであ
る。また、分極処理後の値と比べ殆ど変わらないばかり
でなく、配向率が小さい場合の分極後の値より大きい。
誘電率は、配向率90％の場合、セラミクスとほぼ同等の
値で約200である。
いるとき、焦電係数：γは５×10-8C/cm2Kとなり、この
値は200℃で10kV/cm印加して分極処理を行ったPbTiO3セ
ラミクス（γ＝1.8x10-8C/cm2K）とくらべかなり大き
い。配向率90％の場合焦電係数は6.8x10-8C/cm2Kであ
る。また、分極処理後の値と比べ殆ど変わらないばかり
でなく、配向率が小さい場合の分極後の値より大きい。
誘電率は、配向率90％の場合、セラミクスとほぼ同等の
値で約200である。
このように本実施例に用いたPLT薄膜では、薄膜作製
時に十分にｃ軸に配向しておれば分極処理を行わなくて
も自発分極が揃っており、特に配向率75％以上の薄膜で
その効果が大きいことが明らかになった。また、焦電材
料としての性能指数であるFv（＝γ／εCv）の値も大き
くなる。200℃で10分間100kV/cm印加して分極処理を行
ったPbTiO3セラミクスの値と比較して、PLT薄膜は３倍
強の値を示した。
時に十分にｃ軸に配向しておれば分極処理を行わなくて
も自発分極が揃っており、特に配向率75％以上の薄膜で
その効果が大きいことが明らかになった。また、焦電材
料としての性能指数であるFv（＝γ／εCv）の値も大き
くなる。200℃で10分間100kV/cm印加して分極処理を行
ったPbTiO3セラミクスの値と比較して、PLT薄膜は３倍
強の値を示した。
PLT焦電薄膜のｃ軸配向率は、MgO基板に作製した下地
電極上より、直接MgO基板上に作製した方が高く、性能
指数の点でも分極処理不要の点でも有利である。
電極上より、直接MgO基板上に作製した方が高く、性能
指数の点でも分極処理不要の点でも有利である。
以上述べたように、本発明による焦電薄膜を用いた焦
電型赤外線アレイ素子は、焦電薄膜を各エレメント毎に
分離することなく優れた特性を実現することができる。
電型赤外線アレイ素子は、焦電薄膜を各エレメント毎に
分離することなく優れた特性を実現することができる。
発明の効果 本発明による焦電型赤外線アレイ素子は、焦電薄膜を
各エレメント毎に分離しない構成であるので、工程数が
減り、位置合わせの問題が解消し、高密度アレイが可能
となる。また分極処理が不要であり高性能指数である焦
電薄膜を用いるので、特性も優れていて、歩留まりも大
幅に減少するので実用的にきわめて有効である。
各エレメント毎に分離しない構成であるので、工程数が
減り、位置合わせの問題が解消し、高密度アレイが可能
となる。また分極処理が不要であり高性能指数である焦
電薄膜を用いるので、特性も優れていて、歩留まりも大
幅に減少するので実用的にきわめて有効である。
第１図及び第２図は各々本発明の一実施例における焦電
型赤外線アレイ素子の構造及び製造方法を示す断面図、
第３図は本発明の一実施例に於けるクロストークを示す
グラフである。 １……MgO基板、２……PLT焦電薄膜、３……電極薄膜、
４……開口部、５……受光電極薄膜。
型赤外線アレイ素子の構造及び製造方法を示す断面図、
第３図は本発明の一実施例に於けるクロストークを示す
グラフである。 １……MgO基板、２……PLT焦電薄膜、３……電極薄膜、
４……開口部、５……受光電極薄膜。
Claims (3)
- 【請求項１】基板と、前記基板上に形成された化学式が
Pb1-xLaxTi１−0.75xO3で組成範囲が０＜Ｘ＜0.15であ
り＜001＞方向に配向している焦電薄膜と、前記焦電薄
膜上に形成された複数の分離した電極薄膜と、前記焦電
薄膜の基板側の面に形成され膜方向の熱伝導が焦電薄膜
による熱伝導より小さくなるように薄膜化された受光電
極薄膜とを有し、基板側の面から赤外線を受光すること
を特徴とする焦電型赤外線アレイ素子。 - 【請求項２】焦電薄膜と接触する基板の一部を取り除い
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦電型
赤外線アレイ素子。 - 【請求項３】基板上に化学式がPb1-xLaxTi１−0.75xO3
で組成範囲が０＜Ｘ＜0.15であり＜001＞方向に配向し
ている焦電薄膜を形成し、前記焦電薄膜上に複数の分離
した電極薄膜を形成し、前記焦電薄膜と接触する前記基
板の一部を取り除いた後、前記基板側から蒸着等により
受光電極薄膜を作成することを特徴とする焦電型赤外線
アレイ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61277212A JP2564526B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 焦電型赤外線アレイ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61277212A JP2564526B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 焦電型赤外線アレイ素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63129677A JPS63129677A (ja) | 1988-06-02 |
| JP2564526B2 true JP2564526B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=17580371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61277212A Expired - Fee Related JP2564526B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 焦電型赤外線アレイ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2564526B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0792026A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 焦電型赤外線センサ |
| GB9908170D0 (en) * | 1999-04-09 | 1999-06-02 | Central Research Lab Ltd | System and method for analysing a material |
| FR3119888B1 (fr) * | 2021-02-18 | 2023-11-17 | Elichens | Dispositif pyroelectrique comprenant un substrat a couche superficielle pyroelectrique et procede de realisation |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0749997A (ja) * | 1993-08-05 | 1995-02-21 | Hitachi Denshi Ltd | 所在位置登録方式 |
-
1986
- 1986-11-20 JP JP61277212A patent/JP2564526B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63129677A (ja) | 1988-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |