JP2772776B2 - サーモパイル - Google Patents
サーモパイルInfo
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Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱型赤外線センサの一
つとして用いられているサーモパイルに関するものであ
り、さらに詳しくは入射した赤外線を赤外線吸収膜にお
いて熱に変換し、この熱により生じる直列に接続された
熱電対の熱起電力から赤外線を検知する赤外線検知用の
サーモパイルに関するものである。
つとして用いられているサーモパイルに関するものであ
り、さらに詳しくは入射した赤外線を赤外線吸収膜にお
いて熱に変換し、この熱により生じる直列に接続された
熱電対の熱起電力から赤外線を検知する赤外線検知用の
サーモパイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サーモパイルは、熱電対を直列に多数接
続することにより、その感度の向上を図ったものであ
り、熱型赤外線センサとして用いられている。このサー
モパイルの一般的な構成は、例えば米国特許第５０５６
９２９号明細書に示されているものがある。この従来例
は図４、図５に示すようにシリコンのマイクロ加工技術
を用いて作製したブリッジ型の基板１上に、熱電対をな
す２種類の材料２、３が基板１の薄膜部４に温接点部
６、ヒートシンク部５に冷接点部７が配置されるように
直列に交互に形成され、更に薄膜部４の一部を覆って赤
外線の吸収効率を上げるための赤外線吸収膜８が形成さ
れたものとなっている。
続することにより、その感度の向上を図ったものであ
り、熱型赤外線センサとして用いられている。このサー
モパイルの一般的な構成は、例えば米国特許第５０５６
９２９号明細書に示されているものがある。この従来例
は図４、図５に示すようにシリコンのマイクロ加工技術
を用いて作製したブリッジ型の基板１上に、熱電対をな
す２種類の材料２、３が基板１の薄膜部４に温接点部
６、ヒートシンク部５に冷接点部７が配置されるように
直列に交互に形成され、更に薄膜部４の一部を覆って赤
外線の吸収効率を上げるための赤外線吸収膜８が形成さ
れたものとなっている。
【０００３】このようなサーモパイルの赤外線検知のメ
カニズムは、以下のようになっている。まず、初期状態
はサーモパイルに赤外線が入ってこない状態にあり、温
接点部６と冷接点部７が同じ温度であったとする。この
状態から、サーモパイルに赤外線が入射すると、赤外線
吸収膜８上で赤外線が熱に変換され、温接点部６と冷接
点部７との間に温度差ができ、温接点部６の熱が冷接点
部７へと流れ出す。更に、この冷接点部７に流れてきた
熱はヒートシンク部５に吸収されていく。このような熱
の流れは、温接点部６と冷接点部７の温度差がある値に
なると、平衡状態に達する。このときサーモパイルは、
この温接点部６と冷接点部７の温度差に応じた熱起電力
を発揮し、この熱起電力から入射した赤外線を検知する
のである。
カニズムは、以下のようになっている。まず、初期状態
はサーモパイルに赤外線が入ってこない状態にあり、温
接点部６と冷接点部７が同じ温度であったとする。この
状態から、サーモパイルに赤外線が入射すると、赤外線
吸収膜８上で赤外線が熱に変換され、温接点部６と冷接
点部７との間に温度差ができ、温接点部６の熱が冷接点
部７へと流れ出す。更に、この冷接点部７に流れてきた
熱はヒートシンク部５に吸収されていく。このような熱
の流れは、温接点部６と冷接点部７の温度差がある値に
なると、平衡状態に達する。このときサーモパイルは、
この温接点部６と冷接点部７の温度差に応じた熱起電力
を発揮し、この熱起電力から入射した赤外線を検知する
のである。
【０００４】前記のことから分かるように、サーモパイ
ルの感度は、入射した赤外線量に対応して生じる温接点
部と冷接点部の温度差によって決定されるが、半導体製
造技術を駆使して製造されるため、コスト低下のために
阻止の小型化が重要である。
ルの感度は、入射した赤外線量に対応して生じる温接点
部と冷接点部の温度差によって決定されるが、半導体製
造技術を駆使して製造されるため、コスト低下のために
阻止の小型化が重要である。
【０００５】そのため、小型素子の実装に有利なワイヤ
ボンディングが用いられる。
ボンディングが用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら素子製造
において、熱電対材料とパット電極材料の密着性が悪
く、それらの接合部が高抵抗になり実用が困難という問
題が生じた。
において、熱電対材料とパット電極材料の密着性が悪
く、それらの接合部が高抵抗になり実用が困難という問
題が生じた。
【０００７】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
で、その目的とするところは、熱電対をなす材料とパッ
ト電極の間の中間層により密着性を改善して高抵抗化を
防止し、更にバリヤ層により中間層材料のパット電極へ
の拡散を防止して経時的に素子抵抗を安定化させたサー
モパイルを提供するにある。
で、その目的とするところは、熱電対をなす材料とパッ
ト電極の間の中間層により密着性を改善して高抵抗化を
防止し、更にバリヤ層により中間層材料のパット電極へ
の拡散を防止して経時的に素子抵抗を安定化させたサー
モパイルを提供するにある。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、シリコンのマイクロ加工技術を
用いて作製したブリッジ型基板上に、熱電対をなす２種
類の材料が、基板の薄膜部に温接点、ヒートシンク部に
冷接点が配置されるように直列に交互に接合され、前記
熱電対と異なる材料からなるワイヤボンディング用のパ
ット電極が前記熱電対材料と重なるように接続され、且
つ基板の一部或いは全部を覆う赤外線吸収膜が形成され
ているサーモパイルにおいて、前記接合部の前記熱電対
材料とワイヤボンディング用のパット電極との間に、前
記熱電対材料とワイヤボンディング用のパット電極の材
料とは異なる導電材料からなる中間層を介在させたもの
である。
に請求項１の発明では、シリコンのマイクロ加工技術を
用いて作製したブリッジ型基板上に、熱電対をなす２種
類の材料が、基板の薄膜部に温接点、ヒートシンク部に
冷接点が配置されるように直列に交互に接合され、前記
熱電対と異なる材料からなるワイヤボンディング用のパ
ット電極が前記熱電対材料と重なるように接続され、且
つ基板の一部或いは全部を覆う赤外線吸収膜が形成され
ているサーモパイルにおいて、前記接合部の前記熱電対
材料とワイヤボンディング用のパット電極との間に、前
記熱電対材料とワイヤボンディング用のパット電極の材
料とは異なる導電材料からなる中間層を介在させたもの
である。
【００１０】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、前記熱電対がＢｉ、Ｓｂからなり、前記パット電
極材料がＡｌからなり、前記中間層がＡｇから成るもの
である。
いて、前記熱電対がＢｉ、Ｓｂからなり、前記パット電
極材料がＡｌからなり、前記中間層がＡｇから成るもの
である。
【００１１】
【００１２】請求項３の発明では、前記バリヤ層がＴｉ
から成るものである。
から成るものである。
【００１３】
【作用】請求項１の発明によれば、接合部の熱電対材料
とワイヤボンディング用のパット電極との間に、熱電対
材料とワイヤボンディング用のパット電極の材料とは異
なる導電材料からなる中間層を介在させたので、該中間
層により密着性が改善されて高抵抗化を防止することが
できる。また前記中間層と前記パット電極の間に前記中
間層材料の拡散防止のためのバリヤ層を設けてあるの
で、該バリヤ層により中間層材料のパット電極への拡散
を防止することができ、経時的に素子抵抗を安定化させ
ることができる。
とワイヤボンディング用のパット電極との間に、熱電対
材料とワイヤボンディング用のパット電極の材料とは異
なる導電材料からなる中間層を介在させたので、該中間
層により密着性が改善されて高抵抗化を防止することが
できる。また前記中間層と前記パット電極の間に前記中
間層材料の拡散防止のためのバリヤ層を設けてあるの
で、該バリヤ層により中間層材料のパット電極への拡散
を防止することができ、経時的に素子抵抗を安定化させ
ることができる。
【００１４】請求項２，３の発明は、請求項１の発明の
実施態様である。
実施態様である。
【００１５】
【００１６】
【実施例】まず実施例を説明する前に本発明の参照例を
説明する。
説明する。
【００１７】（参照例）図１は本参照例のサーモパイル
の上面図を示し、図２は本参照例のパット電極と熱電対
材料の接合部の図１におけるＸ−Ｙ断面を示している。
の上面図を示し、図２は本参照例のパット電極と熱電対
材料の接合部の図１におけるＸ−Ｙ断面を示している。
【００１８】基板１０は、異方性エッチングを利用し
て、薄膜部２０とヒートシンク部３０とからなるブリッ
ジ型に加工されたシリコン基板により構成される。薄膜
部２０は周囲への熱伝導を抑えるため、熱伝導率が小さ
いシリコンの窒化膜や窒化膜の複合膜から成るように構
成されている。この薄膜部２０の膜厚をできるだけ薄く
することによって、薄膜部２０の熱容量を小さくし、サ
ーモパイルの応答速度を向上させることもできる。
て、薄膜部２０とヒートシンク部３０とからなるブリッ
ジ型に加工されたシリコン基板により構成される。薄膜
部２０は周囲への熱伝導を抑えるため、熱伝導率が小さ
いシリコンの窒化膜や窒化膜の複合膜から成るように構
成されている。この薄膜部２０の膜厚をできるだけ薄く
することによって、薄膜部２０の熱容量を小さくし、サ
ーモパイルの応答速度を向上させることもできる。
【００１９】このような基板１０上に、スパッタリング
や真空蒸着の薄膜形成法により例えばＢｉ薄膜７０及び
Ｓｂ薄膜８０とを交互になるようにして直列接合する形
で成膜することにより、熱電対パターンを形成してい
る。この熱電対パターンはフォトリソグラフィック技術
を利用したパターニングにより温接点部９０が薄膜部２
０上に、冷接点部１００がヒートシンク部３０上に配置
されるように形成している。熱電対材料としてはＢｉと
Ｓｂとの組み合わせに特に限定されるものではなく、テ
ルルとインジウムアンチモン等の熱起電力を発揮する組
み合わせの材料であれば、その他のものでも良い。
や真空蒸着の薄膜形成法により例えばＢｉ薄膜７０及び
Ｓｂ薄膜８０とを交互になるようにして直列接合する形
で成膜することにより、熱電対パターンを形成してい
る。この熱電対パターンはフォトリソグラフィック技術
を利用したパターニングにより温接点部９０が薄膜部２
０上に、冷接点部１００がヒートシンク部３０上に配置
されるように形成している。熱電対材料としてはＢｉと
Ｓｂとの組み合わせに特に限定されるものではなく、テ
ルルとインジウムアンチモン等の熱起電力を発揮する組
み合わせの材料であれば、その他のものでも良い。
【００２０】そして熱電対パターン形成部の両端に位置
する基板１０上には、サーモパイルの出力を外部に取り
出すためのワイヤボンディング用のＡｌ膜からなるパッ
ト電極１１０をスパッタリングや真空蒸着等の薄膜形成
法とフォトリソグラフィック技術とを利用したパターニ
ングにより形成して、該パット電極１１０を熱電対パタ
ーンの両端の薄膜７０又は８０に中間層４０を図２に示
すように介在させて接合している。この中間層４０はパ
ット電極１１０と熱電対材料との接合部における密着性
を高め熱電対材料の剥離を防止するためのもので、パッ
ト電極１１０及び熱電対材料とは異なる導電材料、例え
ばＡｇ薄膜からなる。
する基板１０上には、サーモパイルの出力を外部に取り
出すためのワイヤボンディング用のＡｌ膜からなるパッ
ト電極１１０をスパッタリングや真空蒸着等の薄膜形成
法とフォトリソグラフィック技術とを利用したパターニ
ングにより形成して、該パット電極１１０を熱電対パタ
ーンの両端の薄膜７０又は８０に中間層４０を図２に示
すように介在させて接合している。この中間層４０はパ
ット電極１１０と熱電対材料との接合部における密着性
を高め熱電対材料の剥離を防止するためのもので、パッ
ト電極１１０及び熱電対材料とは異なる導電材料、例え
ばＡｇ薄膜からなる。
【００２１】そしてこれらパット電極１１０、熱電対パ
ターンの形成後、基板１０を異方性エッチングしてブリ
ッジ型の構造とし、赤外線吸収膜１２０を、基板１０の
熱電対パターンを形成した面に形成している。
ターンの形成後、基板１０を異方性エッチングしてブリ
ッジ型の構造とし、赤外線吸収膜１２０を、基板１０の
熱電対パターンを形成した面に形成している。
【００２２】（実施例）本実施例は、参照例の構成にお
いて、サーモパイルの出力を外部に取り出すためのワイ
ヤボンディング用のＡ１膜からなるパット電極１１０
を、熱電対パターン形成部の両端に形成した後、図３に
示すようにパット電極１１０と中間層４０との間に中間
層４０の材料が拡散するのを防止するためにＴｉ膜から
なるバリヤ層５０をフォトリソグラフィック技術により
パターン形成している。その他の構成は参照例と同じで
あるため説明は省略する。
いて、サーモパイルの出力を外部に取り出すためのワイ
ヤボンディング用のＡ１膜からなるパット電極１１０
を、熱電対パターン形成部の両端に形成した後、図３に
示すようにパット電極１１０と中間層４０との間に中間
層４０の材料が拡散するのを防止するためにＴｉ膜から
なるバリヤ層５０をフォトリソグラフィック技術により
パターン形成している。その他の構成は参照例と同じで
あるため説明は省略する。
【００２３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、接合部の熱電
対材料とワイヤボンディング用のパット電極との間に、
熱電対材料とワイヤボンディング用のパット電極の材料
とは異なる導電材料からなる中間層を介在させたので、
該中間層により密着性が改善されて高抵抗化を防止する
ことができるという効果がある。
対材料とワイヤボンディング用のパット電極との間に、
熱電対材料とワイヤボンディング用のパット電極の材料
とは異なる導電材料からなる中間層を介在させたので、
該中間層により密着性が改善されて高抵抗化を防止する
ことができるという効果がある。
【００２４】また前記中間層と前記パット電極の間に前
記中間層材料の拡散防止のためのバリヤ層を設けて成る
ので、該バリヤ層により中間層材料のパット電極への拡
散を防止することができ、経時的に素子抵抗を安定化さ
せることができ、その結果ワイヤボンディングによる素
子実装が可能となり、また素子の小型化や低コスト化が
実現される他に、素子の抵抗値の安定化により感度特性
を向上させることができるという効果がある。
記中間層材料の拡散防止のためのバリヤ層を設けて成る
ので、該バリヤ層により中間層材料のパット電極への拡
散を防止することができ、経時的に素子抵抗を安定化さ
せることができ、その結果ワイヤボンディングによる素
子実装が可能となり、また素子の小型化や低コスト化が
実現される他に、素子の抵抗値の安定化により感度特性
を向上させることができるという効果がある。
【図１】本発明の参照例の平面図である。
【図２】同上の図１のＸ−Ｙ断面図である。
【図３】本発明の実施例の断面図である。
【図４】従来例の一部省略せる平面図である。
【図５】同上の図４のＸ−Ｙ断面図である。
１０ 基板 ２０ 薄膜部 ３０ ヒートシンク部 ４０ 中間部 ５０ バリヤ層 ７０ Ｂｉ薄膜 ７０ Ｓｂ薄膜 ９０ 温接点部 １００ 冷接点部 １１０ パット電極 １２０ 赤外線吸収膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 35/32 G01J 1/02 G01J 5/12
Claims (3)
- 【請求項１】シリコンのマイクロ加工技術を用いて作製
したブリッジ型基板上に、熱電対をなす２種類の材料
が、基板の薄膜部に温接点、ヒートシンク部に冷接点が
配置されるように直列に交互に接合され、前記熱電対と
異なる材料からなるワイヤボンディング用のパット電極
が前記熱電対材料と重なるように接続され、且つ基板の
一部或いは全部を覆う赤外線吸収膜が形成されているサ
ーモパイルにおいて、前記接合部の前記熱電対材料とワ
イヤボンディング用のパット電極との間に、前記熱電対
材料とワイヤボンディング用のパット電極の材料とは異
なる導電材料からなる中間層を介在させ、前記中間層と
前記パット電極の間に前記中間層材料の拡散防止のため
のバリヤ層を設けたことを特徴とするサーモパイル。 - 【請求項２】前記熱電対がＢｉ、Ｓｂからなり、前記パ
ット電極材料がＡ１からなり、前記中間層がＡｇから成
ることを特徴とする請求項１記載のサーモパイル。 - 【請求項３】前記バリヤ層がＴｉから成ることを特徴と
する請求項１記載のサーモパイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7268034A JP2772776B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | サーモパイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7268034A JP2772776B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | サーモパイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992892A JPH0992892A (ja) | 1997-04-04 |
| JP2772776B2 true JP2772776B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=17452962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7268034A Expired - Lifetime JP2772776B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | サーモパイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2772776B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5669103B2 (ja) * | 2011-03-23 | 2015-02-12 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 熱電薄膜デバイス |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6342194A (ja) * | 1986-08-08 | 1988-02-23 | 日本電気株式会社 | 混成集積回路 |
| JP3160940B2 (ja) * | 1991-05-17 | 2001-04-25 | 株式会社村田製作所 | サーモパイル |
-
1995
- 1995-09-22 JP JP7268034A patent/JP2772776B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0992892A (ja) | 1997-04-04 |
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