JP2678625B2 - 焦電型センサー素子 - Google Patents
焦電型センサー素子Info
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- JP2678625B2 JP2678625B2 JP63212226A JP21222688A JP2678625B2 JP 2678625 B2 JP2678625 B2 JP 2678625B2 JP 63212226 A JP63212226 A JP 63212226A JP 21222688 A JP21222688 A JP 21222688A JP 2678625 B2 JP2678625 B2 JP 2678625B2
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は室温付近やその他の所望の作動温度範囲にお
いて平均して大きな焦電係数を有する焦電型センサー素
子に関する。
いて平均して大きな焦電係数を有する焦電型センサー素
子に関する。
〔従来の技術〕 近年各種のセンサーが開発され、実用に供されるよう
になってきたが、その中で赤外線検出を行う焦電素子が
知られている。
になってきたが、その中で赤外線検出を行う焦電素子が
知られている。
焦電素子は焦電体を加工、分極して電極を取り付け、
受光可能な状態で支持台に取り付けたものである。焦電
体の表面に赤外線が照射されると温度が上昇し、表面に
電荷が現われる。従って、焦電体に外部電極を接続して
おけば電流を検出することができる。
受光可能な状態で支持台に取り付けたものである。焦電
体の表面に赤外線が照射されると温度が上昇し、表面に
電荷が現われる。従って、焦電体に外部電極を接続して
おけば電流を検出することができる。
焦電素子の性能は、温度変化に応じてその焦電体表面
上に発生する電荷の量により決まり、これは一般に焦電
係数ｐと言われている。すなわち、焦電材料の焦電係数
Ｐは以下の式により表わされる。
上に発生する電荷の量により決まり、これは一般に焦電
係数ｐと言われている。すなわち、焦電材料の焦電係数
Ｐは以下の式により表わされる。
（ただし、Psは自発分極、Ｔは温度） また焦電電流密度ｉは以下の式により表わされる。
従って、温度の時間変化に比例した電流が流れること
になる。
になる。
このような焦電材料として、PbZrO3−PbTiO3系におい
て、PbZrO3に近い組成のセラミックス（PZT）が提案さ
れている。この材料は、 室温より少し上（約50℃以上）に相転移温度があるこ
とにより、自発分極の温度係数、すなわち焦電係数が大
きく、 誘電率が余り大きくなく、焦電材料としての性能指数
が大きく、電気回路への整合性も良く、 相転移点を超えても、分極処理効果が維持される 等の特徴を有する。
て、PbZrO3に近い組成のセラミックス（PZT）が提案さ
れている。この材料は、 室温より少し上（約50℃以上）に相転移温度があるこ
とにより、自発分極の温度係数、すなわち焦電係数が大
きく、 誘電率が余り大きくなく、焦電材料としての性能指数
が大きく、電気回路への整合性も良く、 相転移点を超えても、分極処理効果が維持される 等の特徴を有する。
しかしながら、PbZrO3−PbTiO3系の焦電材料は、第７
図に示すように、PbZrO3とPbTiO3とのいずれのモル比に
おいても焦電係数が温度により著しく変化し、特に室温
付近においては比較的小さい。従って、人体センサーの
ように室温付近で使用する場合や、その他の赤外線セン
サーとしてそれぞれ所望の温度範囲にわたって高感度の
焦電素子を作る必要がある場合に、必ずしも満足ではな
いという問題がある。そのため、実際には焦電素子をヒ
ータにより最適温度まで加熱しながら使用しなければな
らなかった。
図に示すように、PbZrO3とPbTiO3とのいずれのモル比に
おいても焦電係数が温度により著しく変化し、特に室温
付近においては比較的小さい。従って、人体センサーの
ように室温付近で使用する場合や、その他の赤外線セン
サーとしてそれぞれ所望の温度範囲にわたって高感度の
焦電素子を作る必要がある場合に、必ずしも満足ではな
いという問題がある。そのため、実際には焦電素子をヒ
ータにより最適温度まで加熱しながら使用しなければな
らなかった。
従って、本発明の目的は室温付近その他所望の温度範
囲において大きな焦電係数を有する焦電材料を提供する
ことを目的とする。
囲において大きな焦電係数を有する焦電材料を提供する
ことを目的とする。
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、PbZrO3
−PbTiO3にPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を異なる配合の割合で添
加した複数の焦電体を接合することにより、所望の温度
範囲において優れた焦電係数を有する焦電型センサー素
子が得られることを発見し、本発明を完成した。
−PbTiO3にPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を異なる配合の割合で添
加した複数の焦電体を接合することにより、所望の温度
範囲において優れた焦電係数を有する焦電型センサー素
子が得られることを発見し、本発明を完成した。
すなわち本発明の焦電型センサー素子はPbZrO370〜93
モル％と、PbTiO36〜10モル％と、Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O31
〜20モル％とからなる組成範囲内においてPb（Mg1/2Ｗ
1/2）O3の割合が異なる複数の焦電体を接合してなるこ
とを特徴とする。
モル％と、PbTiO36〜10モル％と、Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O31
〜20モル％とからなる組成範囲内においてPb（Mg1/2Ｗ
1/2）O3の割合が異なる複数の焦電体を接合してなるこ
とを特徴とする。
本発明を以下詳細に説明する。
まず（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系焦電材料におい
て、ｘが0.06〜0.10範囲にある場合、大きな焦電係数を
示す。
て、ｘが0.06〜0.10範囲にある場合、大きな焦電係数を
示す。
次にこの（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系にPb（Mg1/2Ｗ
1/2）O3を、全体を100モル％として、１〜20モル％の割
合で添加する。Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O3の添加量が増大する
につれて焦電材料の相転移温度が低下し、焦電係数のピ
ークも低温側に移動する。それとともに、室温付近の焦
電係数ｐは増加する傾向を示す。
1/2）O3を、全体を100モル％として、１〜20モル％の割
合で添加する。Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O3の添加量が増大する
につれて焦電材料の相転移温度が低下し、焦電係数のピ
ークも低温側に移動する。それとともに、室温付近の焦
電係数ｐは増加する傾向を示す。
本発明の焦電型センサー素子に用いる焦電材料の組成
の三角グラフを第１図に示す。好ましい組成範囲は、
（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系においてｘ＝0.06〜0.10
であり、かつPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3が８〜15モル％であ
る。
の三角グラフを第１図に示す。好ましい組成範囲は、
（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系においてｘ＝0.06〜0.10
であり、かつPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3が８〜15モル％であ
る。
本発明の焦電型センサー素子は複数の焦電体と接合し
ており、各焦電体は、異なる焦電係数の温度特性を有す
るように、異なる割合のPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を含有する
ことを特徴とする。接合する各焦電体の焦電係数及びPb
（Mg1/2Ｗ1/2）O3の含有量は、焦電型センサー素子に対
して所望する焦電係数の温度特性によって種々変更する
ことができる。一般にPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3の含有量の多
い焦電体を接合することにより、室温付近における焦電
係数を大きなものとすることができる。
ており、各焦電体は、異なる焦電係数の温度特性を有す
るように、異なる割合のPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を含有する
ことを特徴とする。接合する各焦電体の焦電係数及びPb
（Mg1/2Ｗ1/2）O3の含有量は、焦電型センサー素子に対
して所望する焦電係数の温度特性によって種々変更する
ことができる。一般にPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3の含有量の多
い焦電体を接合することにより、室温付近における焦電
係数を大きなものとすることができる。
第２図は本発明の焦電型センサー素子の一例を示す。
接合された２つの焦電体薄板1,2は一対の電極3,4に挟ま
れており、電極3,4間に生じた電圧は検出回路Ｄで検出
される。焦電体薄板1,2は異なるPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3量
を有するために、焦電係数の温度特性が異なる。これが
並列に接合されているので、焦電型センサー素子全体と
しては、焦電体薄板1,2の平均化された温度特性を示
す。また第３図は異なる焦電係数を有する３つの焦電体
薄板5,6,7が接合されてなる焦電型センサー素子の例を
示す。
接合された２つの焦電体薄板1,2は一対の電極3,4に挟ま
れており、電極3,4間に生じた電圧は検出回路Ｄで検出
される。焦電体薄板1,2は異なるPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3量
を有するために、焦電係数の温度特性が異なる。これが
並列に接合されているので、焦電型センサー素子全体と
しては、焦電体薄板1,2の平均化された温度特性を示
す。また第３図は異なる焦電係数を有する３つの焦電体
薄板5,6,7が接合されてなる焦電型センサー素子の例を
示す。
PbZrO3−PbTiO3−Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O3系焦電材料から
各焦電体を製造するには、種々の方法を使用することが
できる。例えば特開昭60−84712号に記載されているよ
うに、必要な成分の酸化物を所定の割合で配合し、焼
成、加工をすることにより一体的な焦電体とすることが
できる。得られた焦電体の薄板はボンディングガラス、
有機接着剤等により接合する。また、各添加剤の粉末を
適当量混合し、低融点ガラス等のバインダーを用いて、
粉末を接合することで同様な効果が得られる。ここで低
融点ガラスを用いるのは、混合粉700℃付近から固体拡
散が生じるため、700℃以下で溶融するガラスが必要で
あるためである。またこのバインダーは有機物であって
も問題はなく、望ましくはPVDF等の焦電性を有する有機
物を用いた方が、バインダーによる特性劣化が生じず、
好ましい。
各焦電体を製造するには、種々の方法を使用することが
できる。例えば特開昭60−84712号に記載されているよ
うに、必要な成分の酸化物を所定の割合で配合し、焼
成、加工をすることにより一体的な焦電体とすることが
できる。得られた焦電体の薄板はボンディングガラス、
有機接着剤等により接合する。また、各添加剤の粉末を
適当量混合し、低融点ガラス等のバインダーを用いて、
粉末を接合することで同様な効果が得られる。ここで低
融点ガラスを用いるのは、混合粉700℃付近から固体拡
散が生じるため、700℃以下で溶融するガラスが必要で
あるためである。またこのバインダーは有機物であって
も問題はなく、望ましくはPVDF等の焦電性を有する有機
物を用いた方が、バインダーによる特性劣化が生じず、
好ましい。
また焦電体薄膜を形成し、それを接合するようにする
こともできる。この場合、RFスパッタリング法、マグネ
トロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング
法、イオンプレーティング法、電子ビース蒸着法、CVD
法等の薄膜化技術を使用して薄膜を形成し、既に形成し
た焦電体薄膜をマスクして次の焦電体薄膜を形成するこ
とにより、複数の焦電体薄膜を接合することができる。
こともできる。この場合、RFスパッタリング法、マグネ
トロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング
法、イオンプレーティング法、電子ビース蒸着法、CVD
法等の薄膜化技術を使用して薄膜を形成し、既に形成し
た焦電体薄膜をマスクして次の焦電体薄膜を形成するこ
とにより、複数の焦電体薄膜を接合することができる。
本発明により複数の焦電体を用いて焦電型センサー素
子を作成する場合、白金、Si等の基板上に複数の焦電体
の薄板を接合するか薄膜を形成し、その上にAu、Al等で
電極を形成する。焦電体薄膜の厚さは一般に１〜10μｍ
程度とするのが好ましい。
子を作成する場合、白金、Si等の基板上に複数の焦電体
の薄板を接合するか薄膜を形成し、その上にAu、Al等で
電極を形成する。焦電体薄膜の厚さは一般に１〜10μｍ
程度とするのが好ましい。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
参考例１ Al2O3からなる基板上に下部白金電極をRFスパッタ法
により形成し、この電極上にPbZr0.92Ti0.08O3とPb（Mg
1/2Ｗ1/2）O3とを種々の割合で含有する焦電体薄膜を５
μｍの厚さに形成した。さらにこの上に上部Pt電極をRF
スパッタリング法により形成した。
により形成し、この電極上にPbZr0.92Ti0.08O3とPb（Mg
1/2Ｗ1/2）O3とを種々の割合で含有する焦電体薄膜を５
μｍの厚さに形成した。さらにこの上に上部Pt電極をRF
スパッタリング法により形成した。
このようにして得られた焦電体の相転移温度を測定し
た。結果を第４図に示す。
た。結果を第４図に示す。
第４図から明らかな通り、Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O3が８〜
15モル％の範囲において相転移温度が約50℃以下となる
ことがわかる。
15モル％の範囲において相転移温度が約50℃以下となる
ことがわかる。
参考例２ PbZr0.92Ti0.08O3とPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3とを種々の割
合で配合して焦電体を形成した。得られた各焦電体薄膜
について、温度と焦電係数との関係を求めた。結果を第
５図に示す。
合で配合して焦電体を形成した。得られた各焦電体薄膜
について、温度と焦電係数との関係を求めた。結果を第
５図に示す。
第５図から明らかな通り、Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O3が８〜
15モル％の範囲の場合、20〜80℃の範囲において十分に
高い焦電係数ｐを有する。
15モル％の範囲の場合、20〜80℃の範囲において十分に
高い焦電係数ｐを有する。
実施例１ 第２図に示すように、PbZr0.92Ti0.08O3にPb（Mg1/2
Ｗ1/2）O3を種々の割合（10モル％,14モル％）で配合し
てなる焦電体薄板１及び２を接合し、両面に白金電極3,
4を設けることにより、センサー素子を形成した。
Ｗ1/2）O3を種々の割合（10モル％,14モル％）で配合し
てなる焦電体薄板１及び２を接合し、両面に白金電極3,
4を設けることにより、センサー素子を形成した。
このようにして得られた焦電型センサー素子の焦電係
数を測定した。結果を第６図（ａ）図に示す。また焦電
体薄板1,2を単独で用いてなる焦電型センサー素子につ
いて、同様に焦電係数を測定した。結果を第６（ｂ）に
示す。
数を測定した。結果を第６図（ａ）図に示す。また焦電
体薄板1,2を単独で用いてなる焦電型センサー素子につ
いて、同様に焦電係数を測定した。結果を第６（ｂ）に
示す。
第６（ａ）図から明らかな通り、Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O3
が10モル％の焦電体と14モル％の焦電体とを接合してな
るセンサー素子は室温付近の温度範囲において、平均し
て高い焦電係数を示す。これに対して、第６（ｂ）図か
ら明らかな通り、それぞれ10モル％、14モル％のPb（Mg
1/2Ｗ1/2）O3の焦電体の焦電係数は大きなピークを有す
るが、平均して高い焦電係数を有していない。
が10モル％の焦電体と14モル％の焦電体とを接合してな
るセンサー素子は室温付近の温度範囲において、平均し
て高い焦電係数を示す。これに対して、第６（ｂ）図か
ら明らかな通り、それぞれ10モル％、14モル％のPb（Mg
1/2Ｗ1/2）O3の焦電体の焦電係数は大きなピークを有す
るが、平均して高い焦電係数を有していない。
実施例２ 第３図に示すように、PbZr0.92Ti0.08O3にPb（Mg1/2
Ｗ1/2）O3を種々の割合（８モル％,10モル％、14モル
％）で配合してなる焦電体薄板5,6及び７を接合し、両
面に白金電極3,4を設けることにより、センサー素子を
形成した。
Ｗ1/2）O3を種々の割合（８モル％,10モル％、14モル
％）で配合してなる焦電体薄板5,6及び７を接合し、両
面に白金電極3,4を設けることにより、センサー素子を
形成した。
このようにして得られた焦電型センサー素子の焦電係
数を測定した。結果を同様に第６（ａ）図に示す。また
焦電体薄板5,6,7を単独で用いてなる焦電型センサー素
子の焦電係数の測定結果を第６（ｂ）図に示す。
数を測定した。結果を同様に第６（ａ）図に示す。また
焦電体薄板5,6,7を単独で用いてなる焦電型センサー素
子の焦電係数の測定結果を第６（ｂ）図に示す。
第６（ａ）図から明らかなり、Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O3が
８モル％の焦電体と、10モル％の焦電体と、14モル％の
焦電体とを接合してなるセンサー素子は室温付近を含む
広い温度範囲において、平均して高い焦電係数を示す。
８モル％の焦電体と、10モル％の焦電体と、14モル％の
焦電体とを接合してなるセンサー素子は室温付近を含む
広い温度範囲において、平均して高い焦電係数を示す。
以上に詳述した通り、本発明の焦電型センサー素子は
PbZrO3−PbTiO3系に異なる割合のPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を
添加した複数の焦電体を接合してなるものであるので、
焦電係数の温度特性を自由に制御することができ、特に
室温付近において、十分に高い焦電係数を有する。
PbZrO3−PbTiO3系に異なる割合のPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を
添加した複数の焦電体を接合してなるものであるので、
焦電係数の温度特性を自由に制御することができ、特に
室温付近において、十分に高い焦電係数を有する。
このように焦電係数の温度特性が改善された焦電型セ
ンサー素子を用いた焦電型赤外線センサーは、室温付近
で使用される人体検出センサー、非接触型温度センサー
等に広く利用することができる。
ンサー素子を用いた焦電型赤外線センサーは、室温付近
で使用される人体検出センサー、非接触型温度センサー
等に広く利用することができる。
第１図は本発明の焦電材料の組成を表す三角グラフであ
り、 第２図は本発明の焦電型センサー素子の一例を示す断面
図であり、 第３図は本発明の焦電型センサー素子の他の例を示す断
面図であり、 第４図はPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3の添加量（モル％）と相転
移温度との関係を示すグラフであり、 第５図はPbZr0.92Ti0.08O3にPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を配合
した焦電材料の焦電係数の温度依存性を示すグラフであ
り、 第６図（ａ）は第２図及び第３図の焦電型センサー素子
の焦電係数を示し、第６図（ｂ）図は単一の焦電体から
なる焦電型センサー素子の焦電係数を示し、 第７図は（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系焦電材料の焦電
係数の温度依存性を示すグラフである。
り、 第２図は本発明の焦電型センサー素子の一例を示す断面
図であり、 第３図は本発明の焦電型センサー素子の他の例を示す断
面図であり、 第４図はPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3の添加量（モル％）と相転
移温度との関係を示すグラフであり、 第５図はPbZr0.92Ti0.08O3にPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3を配合
した焦電材料の焦電係数の温度依存性を示すグラフであ
り、 第６図（ａ）は第２図及び第３図の焦電型センサー素子
の焦電係数を示し、第６図（ｂ）図は単一の焦電体から
なる焦電型センサー素子の焦電係数を示し、 第７図は（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系焦電材料の焦電
係数の温度依存性を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】PbZrO370〜93モル％と、PbTiO36〜10モル
％と、Pb（Mg1/2Ｗ1/2）O31〜20モル％とからなる組成
範囲内においてPb（Mg1/2Ｗ1/2）O3の割合が異なる複数
の焦電体を接合してなることを特徴とする焦電型センサ
ー素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63212226A JP2678625B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 焦電型センサー素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63212226A JP2678625B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 焦電型センサー素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0261906A JPH0261906A (ja) | 1990-03-01 |
| JP2678625B2 true JP2678625B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=16619044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63212226A Expired - Lifetime JP2678625B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 焦電型センサー素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2678625B2 (ja) |
-
1988
- 1988-08-26 JP JP63212226A patent/JP2678625B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0261906A (ja) | 1990-03-01 |
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