JP2727327B2 - 焦電材料 - Google Patents
焦電材料Info
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- JP2727327B2 JP2727327B2 JP63201634A JP20163488A JP2727327B2 JP 2727327 B2 JP2727327 B2 JP 2727327B2 JP 63201634 A JP63201634 A JP 63201634A JP 20163488 A JP20163488 A JP 20163488A JP 2727327 B2 JP2727327 B2 JP 2727327B2
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- pyroelectric
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- coefficient
- pbzro
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は大きな焦電係数を有するとともに、焦電係数
の温度特性が平坦な焦電材料に関する。
の温度特性が平坦な焦電材料に関する。
近年各種のセンサが開発され、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。
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は以下の次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は以下の次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、 相転移温度を超えても、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、 相転移温度を超えても、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系において、PbZrO3に
近い組成の焦電材料は、第５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、高感度の焦電素子を作ることができないという問
題がある。そのため、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ばならなかった。
近い組成の焦電材料は、第５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、高感度の焦電素子を作ることができないという問
題がある。そのため、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ばならなかった。
従って、本発明の目的は大きな焦電係数を有するとと
もに、焦電係数の温度特性が平坦な焦電材料を提供する
ことを目的とする。
もに、焦電係数の温度特性が平坦な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（Mg1/3Nb2/3）O3を添加することにより優
れた焦電材料が得られることを発見し、本発明を完成し
た。
−PbTiO3にPb（Mg1/3Nb2/3）O3を添加することにより優
れた焦電材料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材料はPbZrO340〜86モル％と、
PbTiO3モル４〜10％とPb（Mg1/3Nb2/3）O310〜50モル％
とからなることを特徴とする。
PbTiO3モル４〜10％とPb（Mg1/3Nb2/3）O310〜50モル％
とからなることを特徴とする。
まず（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系焦電材料におい
て、ｘが0.06〜0.10の範囲にある場合、50℃〜＋150℃
の温度範囲において、大きな焦電係数を示す。
て、ｘが0.06〜0.10の範囲にある場合、50℃〜＋150℃
の温度範囲において、大きな焦電係数を示す。
次にこの（１−ｘ）PbZrO3−xPbTiO3系にPb（Mg1/3Nb
2/3）O3を、全体を100モル％として、10〜50モル％の割
合で添加する。Pb（Mg1/3Nb2/3）O3の添加量が増大する
につれて焦電材料のキューリー温度Tcが低下するととも
に、焦電係数ｐも低下する傾向を示す。しかし、焦電係
数ｐの温度変化の程度が小さくなり、特に室温付近の温
度範囲において全体的に焦電係数ｐを示すようになる。
これにより、温度変化が比較的大きな環境において赤外
線センサーとして使用するのに有効である。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（Mg1/3Nb2/3）O3が35〜40モ
ル％である。なお本発明の焦電材料の組成範囲の三角グ
ラフを第１図に示す。
2/3）O3を、全体を100モル％として、10〜50モル％の割
合で添加する。Pb（Mg1/3Nb2/3）O3の添加量が増大する
につれて焦電材料のキューリー温度Tcが低下するととも
に、焦電係数ｐも低下する傾向を示す。しかし、焦電係
数ｐの温度変化の程度が小さくなり、特に室温付近の温
度範囲において全体的に焦電係数ｐを示すようになる。
これにより、温度変化が比較的大きな環境において赤外
線センサーとして使用するのに有効である。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（Mg1/3Nb2/3）O3が35〜40モ
ル％である。なお本発明の焦電材料の組成範囲の三角グ
ラフを第１図に示す。
本発明のPbZrO3−PbTiO3−Pb（Mg1/3Nb2/3）O3系焦電
材料から所望の形状の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、溶融、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。しかし、最近の焦電セ
ンサーの高性能化に伴ない、焦電体が薄膜化され、それ
に応じて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
を使用するのが好ましい。
材料から所望の形状の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、溶融、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。しかし、最近の焦電セ
ンサーの高性能化に伴ない、焦電体が薄膜化され、それ
に応じて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
を使用するのが好ましい。
本発明の焦電材料を用いて焦電センサーを作成する場
合、白金、Si等の基板上に焦電体薄膜を形成し、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。
合、白金、Si等の基板上に焦電体薄膜を形成し、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。
実施例１ 第２図の焦電センサーにおいて、AlO3基板１上に下部
Pt電極２をRFスパッタ法により形成し、下部電極２上
に、PbZr0.92Ti0.08O3とPb（Mg1/3Nb2/3）O3とを種々の
割合で含有する焦電体薄膜３を５μｍの厚さに形成し
た。ついで上部Pt電極４をRFスパッタ法より形成した。
Pt電極２をRFスパッタ法により形成し、下部電極２上
に、PbZr0.92Ti0.08O3とPb（Mg1/3Nb2/3）O3とを種々の
割合で含有する焦電体薄膜３を５μｍの厚さに形成し
た。ついで上部Pt電極４をRFスパッタ法より形成した。
このようにして得られた焦電センサーを用いて、30℃
において焦電係数ｐを測定した。結果を第３図に示す。
なお第３図に焦電材料のキューリー温度Tcもあわせて示
す。
において焦電係数ｐを測定した。結果を第３図に示す。
なお第３図に焦電材料のキューリー温度Tcもあわせて示
す。
第３図から明らかな通り、Pb（Mg 1/3Nb 2/3）O3が35
〜40モル％の範囲において約50（×10-9C/cm2・℃）以
上の焦電係数ｐを有する。
〜40モル％の範囲において約50（×10-9C/cm2・℃）以
上の焦電係数ｐを有する。
実施例２ 実施例１と同じ焦電センサにおいて、本発明の代表的
組成である（１−ｘ）PbZr0.92Ti0.08O3・xPb（Mg1/3Nb
2/3）O3の焦電体について、温度と焦電係数との関係を
求めた。結果を第４図に示す。
組成である（１−ｘ）PbZr0.92Ti0.08O3・xPb（Mg1/3Nb
2/3）O3の焦電体について、温度と焦電係数との関係を
求めた。結果を第４図に示す。
第４図から明らかな通り、Pb（Mg1/3Nb2/3）O3が35〜
40モル％の範囲の場合、25〜80℃の広い範囲において、
特に室温付近において十分に高い焦電係数ｐを有する。
40モル％の範囲の場合、25〜80℃の広い範囲において、
特に室温付近において十分に高い焦電係数ｐを有する。
以上に詳述した通り、本発明の焦電材料はPbZrO3−Pb
TiO3系にPb（Mg1/3Nb2/3）O3を添加したものであるの
で、広い温度範囲にわたって、特に室温付近において、
十分に高い焦電係数を有する。
TiO3系にPb（Mg1/3Nb2/3）O3を添加したものであるの
で、広い温度範囲にわたって、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材料
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、非接触温度センサー等に広く利用
することができる。
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示す三角グラフであ
り、 第２図は焦電センサーの一例を示す断面図であり、 第３図はPb（Mg1/3Nb2/3）O3の添加量（モル％）と焦電
係数ｐとの関係を示すグラフであり、 第４図は本発明の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５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図は焦電センサーの一例を示す断面図であり、 第３図はPb（Mg1/3Nb2/3）O3の添加量（モル％）と焦電
係数ｐとの関係を示すグラフであり、 第４図は本発明の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５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】PbZrO340〜86モル％と、PbTiO34〜10モル
％と、Pb（Mg1/3Nb2/3）O310〜50モル％とからなる焦電
材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63201634A JP2727327B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 焦電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63201634A JP2727327B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 焦電材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0251426A JPH0251426A (ja) | 1990-02-21 |
| JP2727327B2 true JP2727327B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=16444328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63201634A Expired - Lifetime JP2727327B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 焦電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2727327B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2347416B (en) * | 1999-02-22 | 2001-02-14 | Infrared Integrated Syst Ltd | Ferroelectric ceramics |
-
1988
- 1988-08-12 JP JP63201634A patent/JP2727327B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0251426A (ja) | 1990-02-21 |
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