JP2856753B2 - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
- Publication number
- JP2856753B2 JP2856753B2 JP1026666A JP2666689A JP2856753B2 JP 2856753 B2 JP2856753 B2 JP 2856753B2 JP 1026666 A JP1026666 A JP 1026666A JP 2666689 A JP2666689 A JP 2666689A JP 2856753 B2 JP2856753 B2 JP 2856753B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- infrared
- infrared sensor
- thin
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定物体から放射される赤外線エネルギを
検知して、該被測定物体の存否やその温度等を検出する
などに利用する赤外線センサに関する。
検知して、該被測定物体の存否やその温度等を検出する
などに利用する赤外線センサに関する。
赤外線の入射量を検知するための熱形素子としては、
焦電形素子、サーモパイル型素子やサーミスタボロメー
タが用いられており、入射する赤外線量に応じて上昇す
る受光部の温度を電気信号に変換して出力するようにし
ている。このような赤外線センサにおいては受光部の温
度が周囲温度の上昇などで入射赤外線量とは独立に高く
なると赤外線放射源の表面温度との温度差が小さくなる
と結果、出力信号が小さくなって測定精度を高めること
ができないという問題があり、また環境温度の変化に対
する補正が容易でないという欠点もあった。
焦電形素子、サーモパイル型素子やサーミスタボロメー
タが用いられており、入射する赤外線量に応じて上昇す
る受光部の温度を電気信号に変換して出力するようにし
ている。このような赤外線センサにおいては受光部の温
度が周囲温度の上昇などで入射赤外線量とは独立に高く
なると赤外線放射源の表面温度との温度差が小さくなる
と結果、出力信号が小さくなって測定精度を高めること
ができないという問題があり、また環境温度の変化に対
する補正が容易でないという欠点もあった。
このような問題を解決するために、実開昭62−106129
号には、赤外線センサとして用いるサーモパイル型素子
において赤外線吸収膜の周縁部に位置するように配設さ
れた多数のサーモパイル素子の冷接点に近接してペルチ
ェ素子のような電子冷却素子の吸熱部を多数配置したも
のが提案されている。この構造のセンサは、電子冷却素
子に直接電流を印加することによりサーモパイル素子の
冷接点を電子冷却素子の吸熱部で冷却してサーモパイル
素子の温接点と冷接点の温度差を大きくするもので、そ
の結果、検出感度を高めると共に等価雑音入力が改善さ
れるものである。しかしながらかかるセンサでは、熱容
量の大きいヒートシンクの上に電子冷却素子を形成して
あるために熱応答性が悪く、また、電子冷却素子とサー
モパイル素子を平面的に配置するためにセンサ自体の形
状が大きくなるばかりでなく表面からの熱の放散が大き
く、冷却速度も遅くて温度制御の面でも不充分であるう
え消費電力が大きいという問題があった。
号には、赤外線センサとして用いるサーモパイル型素子
において赤外線吸収膜の周縁部に位置するように配設さ
れた多数のサーモパイル素子の冷接点に近接してペルチ
ェ素子のような電子冷却素子の吸熱部を多数配置したも
のが提案されている。この構造のセンサは、電子冷却素
子に直接電流を印加することによりサーモパイル素子の
冷接点を電子冷却素子の吸熱部で冷却してサーモパイル
素子の温接点と冷接点の温度差を大きくするもので、そ
の結果、検出感度を高めると共に等価雑音入力が改善さ
れるものである。しかしながらかかるセンサでは、熱容
量の大きいヒートシンクの上に電子冷却素子を形成して
あるために熱応答性が悪く、また、電子冷却素子とサー
モパイル素子を平面的に配置するためにセンサ自体の形
状が大きくなるばかりでなく表面からの熱の放散が大き
く、冷却速度も遅くて温度制御の面でも不充分であるう
え消費電力が大きいという問題があった。
本発明は、前述のような従来の赤外線センサの欠点を
解消して、受光部の高精度で温度制御することにより赤
外線の検出感度並びに検出精度が改良された赤外線セン
サを提供することを目的としたものである。
解消して、受光部の高精度で温度制御することにより赤
外線の検出感度並びに検出精度が改良された赤外線セン
サを提供することを目的としたものである。
このような本発明の目的は、基板の一部に形成された
空洞部と該空洞部上に橋架された赤外線検知部とを備え
た赤外線センサにおいて、前記赤外線検知部が、薄層状
のペルチェ素子と、薄層状のサーミスタ素子とを、電気
絶縁層を介して積層した薄層構造体であることを特徴と
する赤外線センサによって達成される。
空洞部と該空洞部上に橋架された赤外線検知部とを備え
た赤外線センサにおいて、前記赤外線検知部が、薄層状
のペルチェ素子と、薄層状のサーミスタ素子とを、電気
絶縁層を介して積層した薄層構造体であることを特徴と
する赤外線センサによって達成される。
本発明の赤外線センサの例を、第１〜２図によって説
明する。
明する。
第１図は赤外線センサチップの例の平面図であり、第
２図は第１図のＡ−Ａ線における断面図である。
２図は第１図のＡ−Ａ線における断面図である。
このような赤外線センサチップａは、たとえばシリコ
ン単結晶基板１などの一部に空洞部ｂが形成され、この
上に形成された橋架部ｃには赤外線の吸収膜11を備えた
サーミスタ素子と、これを冷却する素子とが相互に絶縁
するように、積層して設けられる。
ン単結晶基板１などの一部に空洞部ｂが形成され、この
上に形成された橋架部ｃには赤外線の吸収膜11を備えた
サーミスタ素子と、これを冷却する素子とが相互に絶縁
するように、積層して設けられる。
図において、基板１は（100）面に平行にスライスさ
れたシリコン単結晶ウエハなどが用いられ、その表面上
にたとえばプラズマCVD法などによってSiO2などの絶縁
層２が設けられる。
れたシリコン単結晶ウエハなどが用いられ、その表面上
にたとえばプラズマCVD法などによってSiO2などの絶縁
層２が設けられる。
この絶縁層２上に、スパッタリングなどにより厚さ２
μｍ程度のたとえばBiSbTe3組成などのｐ形半導体薄膜
層３を形成し、公知のホトリソグラフィー技術を用いて
パターン化する。次にそのｐ形半導体薄膜層３に一部重
なるたとえばアルミニウムなどの導電体層４のパターン
を、スパッタリングとリフトオフ法などを用いて形成す
る。更に、その導電体層４の他端に一部重なるように、
スパッタリングなどにより厚さ２μｍ程度のたとえばBi
2（TeSe）３組成などのｎ形半導体薄膜層５を形成し、
リフトオフ法などを用いてパターン形成する。その後、
たとえば１気圧の窒素雰囲気中で200℃１時間程度熱処
理して結晶化したのち、ｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導
体薄膜層５の一部の上にスパッタリングとリフトオフ法
などを用いて金または白金などの導電体層6,6のパター
ンを形成し、薄膜状のペルチェ素子を得る。
μｍ程度のたとえばBiSbTe3組成などのｐ形半導体薄膜
層３を形成し、公知のホトリソグラフィー技術を用いて
パターン化する。次にそのｐ形半導体薄膜層３に一部重
なるたとえばアルミニウムなどの導電体層４のパターン
を、スパッタリングとリフトオフ法などを用いて形成す
る。更に、その導電体層４の他端に一部重なるように、
スパッタリングなどにより厚さ２μｍ程度のたとえばBi
2（TeSe）３組成などのｎ形半導体薄膜層５を形成し、
リフトオフ法などを用いてパターン形成する。その後、
たとえば１気圧の窒素雰囲気中で200℃１時間程度熱処
理して結晶化したのち、ｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導
体薄膜層５の一部の上にスパッタリングとリフトオフ法
などを用いて金または白金などの導電体層6,6のパター
ンを形成し、薄膜状のペルチェ素子を得る。
更に、この上にSiO2などの絶縁層７をたとえばスパッ
タリングなどによって設け、その上に抵抗温度係数の大
きな材料、たとえばアモルファスシリコンやMn−Co系等
の金属酸化物などからなる感温抵抗体薄膜層８をスパッ
タリングやCVD技術などを利用して形成し、エッチング
によりパターン化する。このパターン化感温抵抗体薄膜
層８の両端部とそれぞれ接するように白金などの導電層
9,9のパターンをスパッタリングとリフトオフ法を用い
て形成する。こうして形成された薄膜状のサーミスタ素
子の上には、これを保護するためのSiO2などの保護膜10
をスパッタリングなどの方法を用いて設ける。
タリングなどによって設け、その上に抵抗温度係数の大
きな材料、たとえばアモルファスシリコンやMn−Co系等
の金属酸化物などからなる感温抵抗体薄膜層８をスパッ
タリングやCVD技術などを利用して形成し、エッチング
によりパターン化する。このパターン化感温抵抗体薄膜
層８の両端部とそれぞれ接するように白金などの導電層
9,9のパターンをスパッタリングとリフトオフ法を用い
て形成する。こうして形成された薄膜状のサーミスタ素
子の上には、これを保護するためのSiO2などの保護膜10
をスパッタリングなどの方法を用いて設ける。
その後、保護膜10の前記ペルチェ素子の端子部および
サーミスタ素子の端子部に当る位置に外部引出し用の窓
12,13をエッチングにより形成し、この部分に白金等の
電極14,15をスパッタ形成する。そして、KOHなどを含む
異方性エッチング液を用いてペルチェ素子の吸熱部すな
わち導電体層４の下方に当る基板１をエッチして空洞部
ｂを形成する。基板１はその表面が（100）面に平行で
あるので（111）面のエッチング速度が遅く、端子の両
側方にそれぞれ台形状の凹部が形成されたのちこれが連
通して空洞部ｂとなるので、ペルチェ素子とサーミスタ
素子とは積層した状態で橋架部ｃを形成する。
サーミスタ素子の端子部に当る位置に外部引出し用の窓
12,13をエッチングにより形成し、この部分に白金等の
電極14,15をスパッタ形成する。そして、KOHなどを含む
異方性エッチング液を用いてペルチェ素子の吸熱部すな
わち導電体層４の下方に当る基板１をエッチして空洞部
ｂを形成する。基板１はその表面が（100）面に平行で
あるので（111）面のエッチング速度が遅く、端子の両
側方にそれぞれ台形状の凹部が形成されたのちこれが連
通して空洞部ｂとなるので、ペルチェ素子とサーミスタ
素子とは積層した状態で橋架部ｃを形成する。
最後に、感温抵抗体薄膜層８の上部に当る保護層10の
表面部位にメタルマスクなどを用いて金黒などを蒸着
し、光吸収膜11とすることにより赤外線検知部が完成す
る。なお、このような赤外線センサは、基板１上に複数
個同時に形成でき、これを適宜ダイシングによって分割
して個々の赤外線センサチップａを得ることもできる。
表面部位にメタルマスクなどを用いて金黒などを蒸着
し、光吸収膜11とすることにより赤外線検知部が完成す
る。なお、このような赤外線センサは、基板１上に複数
個同時に形成でき、これを適宜ダイシングによって分割
して個々の赤外線センサチップａを得ることもできる。
この例において、ｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導体薄
膜層５とは導電体層４で短絡されているが、導電体層４
を設けずにｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導体薄膜層５と
をその一部で直接に重ね合わせ、ｐ−ｎ接合を形成させ
るようにしてペルチェ素子を構成してもよい。
膜層５とは導電体層４で短絡されているが、導電体層４
を設けずにｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導体薄膜層５と
をその一部で直接に重ね合わせ、ｐ−ｎ接合を形成させ
るようにしてペルチェ素子を構成してもよい。
本発明の赤外線センサにおける橋架構造を前述のよう
な両端支持構造とする代りに、第３図に示すような一端
支持構造としてもよい。このような一端支持構造の場合
には、それぞれの素子の引出し用電極を同一方向に引出
せるように設けるのが適切であることは勿論である。
な両端支持構造とする代りに、第３図に示すような一端
支持構造としてもよい。このような一端支持構造の場合
には、それぞれの素子の引出し用電極を同一方向に引出
せるように設けるのが適切であることは勿論である。
さらに、橋架部の下に設けられた空洞部は基板の裏面
まで貫通していてもよく、このような場合には基板の表
面側からエッチングする代りに裏面側からエッチングす
ることによって空洞部を形成してもよい。
まで貫通していてもよく、このような場合には基板の表
面側からエッチングする代りに裏面側からエッチングす
ることによって空洞部を形成してもよい。
本発明の赤外線センサは、前述のようにサーミスタ素
子と電子冷却素子とを組み合わせて構成するほか、電子
冷却素子と加熱素子とを積層してサーミスタ素子とを組
み合わせて構成することもできる。この場合、雰囲気温
度に応じて加熱または冷却を行なって一定温度を維持す
るように制御することができ、雰囲気温度に拘らず赤外
線の検出感度を一定に保つことが可能となる。
子と電子冷却素子とを組み合わせて構成するほか、電子
冷却素子と加熱素子とを積層してサーミスタ素子とを組
み合わせて構成することもできる。この場合、雰囲気温
度に応じて加熱または冷却を行なって一定温度を維持す
るように制御することができ、雰囲気温度に拘らず赤外
線の検出感度を一定に保つことが可能となる。
また、前述の例においては一組の赤外線センサ素子を
備えたチップについて説明したが、１個のチップ上に複
数の赤外線センサを備えたものであってもよく、その一
部を温度補償用、他を赤外線検知用とするように使い分
けることもできる。
備えたチップについて説明したが、１個のチップ上に複
数の赤外線センサを備えたものであってもよく、その一
部を温度補償用、他を赤外線検知用とするように使い分
けることもできる。
本発明の赤外線センサは、赤外線検知部が、薄層状の
ペルチェ素子と、薄層状のサーミスタ素子とを、電気絶
縁層を介して積層し、必要な場合には薄層状の加熱素子
も積層して、橋架構造としたものであって、検知部の熱
容量が小さくて加熱または冷却が効率よくできるので、
検出精度が向上するばかりでなく検出感度を高めること
ができる利点がある。
ペルチェ素子と、薄層状のサーミスタ素子とを、電気絶
縁層を介して積層し、必要な場合には薄層状の加熱素子
も積層して、橋架構造としたものであって、検知部の熱
容量が小さくて加熱または冷却が効率よくできるので、
検出精度が向上するばかりでなく検出感度を高めること
ができる利点がある。
第１図は本発明の赤外線センサの１例の平面図、 第２図は同じくその断面図であり、 第３図は本発明の赤外線センサのまた別の例の断面図で
ある。 ａ……赤外線センサチップ、ｂ……空洞部、ｃ……橋架
部、１……基板、２……絶縁層、３……ｐ形半導体薄膜
層、４……導電体層、５……ｎ形半導体薄膜層、６……
導電体層、７……絶縁層、８……感温抵抗体薄膜層、９
……導電層、10……保護膜、11……光吸収膜、14,15…
…電極、16……薄膜抵抗導電体層。
ある。 ａ……赤外線センサチップ、ｂ……空洞部、ｃ……橋架
部、１……基板、２……絶縁層、３……ｐ形半導体薄膜
層、４……導電体層、５……ｎ形半導体薄膜層、６……
導電体層、７……絶縁層、８……感温抵抗体薄膜層、９
……導電層、10……保護膜、11……光吸収膜、14,15…
…電極、16……薄膜抵抗導電体層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 5/02 G01J 5/20
Claims (2)
- 【請求項１】基板の一部に形成された空洞部と該空洞部
上に橋架された赤外線検知部とを備えた赤外線センサに
おいて、前記赤外線検知部が、薄層状のペルチェ素子
と、薄層状のサーミスタ素子とを、電気絶縁層を介して
積層した薄層構造体であることを特徴とする赤外線セン
サ。 - 【請求項２】前記赤外線検知部が、薄層状の加熱素子
と、薄層状のペルチェ素子と、薄層状のサーミスタ素子
とを、電気絶縁層を介して積層した薄層構造体であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026666A JP2856753B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026666A JP2856753B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 赤外線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02206733A JPH02206733A (ja) | 1990-08-16 |
| JP2856753B2 true JP2856753B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=12199728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1026666A Expired - Fee Related JP2856753B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856753B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03204981A (ja) * | 1989-07-12 | 1991-09-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 感温センサ |
| GB0424934D0 (en) * | 2004-11-12 | 2004-12-15 | Qinetiq Ltd | Infrared detector |
| JP2008058370A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 温度検出装置、定着装置および画像形成装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0733979B2 (ja) * | 1984-07-31 | 1995-04-12 | 光照 木村 | 温度センサ |
-
1989
- 1989-02-07 JP JP1026666A patent/JP2856753B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02206733A (ja) | 1990-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0354369B1 (en) | Infrared detector | |
| US5021663A (en) | Infrared detector | |
| US6316770B1 (en) | Thermal detector with bolometric effect amplification | |
| US5054936A (en) | Sensor for active thermal detection | |
| JP2856180B2 (ja) | 熱型赤外線検出素子とその製造方法 | |
| JP4511676B2 (ja) | サーモパイル型赤外線センサ及びその製造方法 | |
| JP2856753B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2526247B2 (ja) | サ−モパイル | |
| KR20090096196A (ko) | 비접촉식 적외선 온도 센서 모듈 및 이의 제조 방법 | |
| JPS637611B2 (ja) | ||
| IL45788A (en) | Thermoelectric detector | |
| JP3303786B2 (ja) | ボロメータ型赤外線センサ | |
| JP2811709B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP3217533B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| US5141330A (en) | Thin-film quadrant temperature sensor for use in a system to control the alignment of a CO2 laser beam | |
| JP3136649B2 (ja) | 複合型赤外線検出器 | |
| JP3775830B2 (ja) | 赤外線検出素子 | |
| JPH04299225A (ja) | 体温計 | |
| JP3388207B2 (ja) | 熱電式センサデバイスおよびその製造方法 | |
| JP3008210B2 (ja) | アレイ型サーモパイルを用いた速度検出装置及び大きさ測定装置 | |
| JP3435997B2 (ja) | 赤外線検知素子 | |
| JP2003254824A (ja) | 赤外線センサ装置、非接触型測温計および非接触型体温計 | |
| JP2772776B2 (ja) | サーモパイル | |
| JP3584918B2 (ja) | 熱電変換素子およびその製造方法 | |
| JP3733838B2 (ja) | 赤外線検出素子および測温計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |