JP3003853B2 - ブリッジ構造を有するセンサ - Google Patents
ブリッジ構造を有するセンサInfo
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02325—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements not being integrated nor being directly associated with the device
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を検出する
ための、ブリッジ構造を有する非冷却型のセンサに関す
る。
ための、ブリッジ構造を有する非冷却型のセンサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】センサ装置、例えば、赤外線センサで
は、多数のセンサ素子が二次元マトリクス状に配置さ
れ、赤外線による画像を得るイメージセンサとして用い
られている。赤外線センサは、最近では、IC製造技術
であるマイクロマシニング加工を利用して、半導体基板
上に超小形に製造されている。
は、多数のセンサ素子が二次元マトリクス状に配置さ
れ、赤外線による画像を得るイメージセンサとして用い
られている。赤外線センサは、最近では、IC製造技術
であるマイクロマシニング加工を利用して、半導体基板
上に超小形に製造されている。
【0003】図13は、マイクロマシニング加工を利用
して製造された非冷却型の従来の赤外線センサの素子構
造を示す斜視図であり、図14は、その平面図である。
して製造された非冷却型の従来の赤外線センサの素子構
造を示す斜視図であり、図14は、その平面図である。
【0004】従来の赤外線センサでは、半導体基板1上
に基板1から離隔されて光検出部2が形成されている。
光検出部2では、その表面に、温度によって抵抗値が変
化する材料で形成されたセンサ抵抗パターン5が形成さ
れている。光検出部2には引き出し部11,12と脚部
3,4が接続されている。光検出部2による検出結果は
引き出し部11,12と脚部3、4とを介して基板1に
形成された回路(図示せず)に接続されている。
に基板1から離隔されて光検出部2が形成されている。
光検出部2では、その表面に、温度によって抵抗値が変
化する材料で形成されたセンサ抵抗パターン5が形成さ
れている。光検出部2には引き出し部11,12と脚部
3,4が接続されている。光検出部2による検出結果は
引き出し部11,12と脚部3、4とを介して基板1に
形成された回路(図示せず)に接続されている。
【0005】図13と図14から明らかなように、非冷
却型の赤外線センサは、常温で動作が可能である。従っ
て、冷却型のものに較べて、冷却部が不要であり、小形
になっている。しかしながら、センサ感度が低いため、
センサ感度の向上が重要な技術課題になっている。光検
出部2に入射される赤外線の熱量による抵抗値の変化を
電気信号としてとり出すボロメータ型の赤外線センサで
は、センサ感度を上げるためには以下の点を考慮する必
要がある。
却型の赤外線センサは、常温で動作が可能である。従っ
て、冷却型のものに較べて、冷却部が不要であり、小形
になっている。しかしながら、センサ感度が低いため、
センサ感度の向上が重要な技術課題になっている。光検
出部2に入射される赤外線の熱量による抵抗値の変化を
電気信号としてとり出すボロメータ型の赤外線センサで
は、センサ感度を上げるためには以下の点を考慮する必
要がある。
【0006】即ち、(1)光検出部2において吸収され
る赤外線の量を増やすこと、(2)光検出部2で発生さ
れるノイズを低減すること、(3)光検出部2への熱絶
縁性を改善すること等の点である。また、感度に加え
て、応答性を改善するためには、光検出部2の熱容量を
小さくすることが必要である。
る赤外線の量を増やすこと、(2)光検出部2で発生さ
れるノイズを低減すること、(3)光検出部2への熱絶
縁性を改善すること等の点である。また、感度に加え
て、応答性を改善するためには、光検出部2の熱容量を
小さくすることが必要である。
【0007】センサ抵抗パターン5の材料に求められる
重要な特性としては、抵抗の温度係数(TCR)が高い
ことと雑音が小さいことが要求される。抵抗の温度係数
(TCR)と抵抗率は、トレードオフの関係にある。セ
ンサ抵抗パターン5の材料が関係するもので現実的に問
題になる雑音は、抵抗性雑音および1/f雑音である。
このうち、抵抗性雑音は抵抗値できまるので、光検出部
2を大型化すると抵抗値が増え、抵抗性雑音を減少させ
ることができない。従って、センサ抵抗パターン5の材
料の抵抗率はある程度小さいことが必要になる。この場
合、抵抗の温度係数(TCR)も小さくなり、センサ感
度を向上させることができない。
重要な特性としては、抵抗の温度係数(TCR)が高い
ことと雑音が小さいことが要求される。抵抗の温度係数
(TCR)と抵抗率は、トレードオフの関係にある。セ
ンサ抵抗パターン5の材料が関係するもので現実的に問
題になる雑音は、抵抗性雑音および1/f雑音である。
このうち、抵抗性雑音は抵抗値できまるので、光検出部
2を大型化すると抵抗値が増え、抵抗性雑音を減少させ
ることができない。従って、センサ抵抗パターン5の材
料の抵抗率はある程度小さいことが必要になる。この場
合、抵抗の温度係数(TCR)も小さくなり、センサ感
度を向上させることができない。
【0008】光検出部2の熱容量を小さくするために
は、光検出部2の構成材料に比熱の小さいものを使用す
ること、光検出部2の膜厚を薄くすること、光検出部2
の面積を小さくすることが考えられる。しかしながら、
製造プロセスの関係から、光検出部2には一般にシリコ
ン酸化物あるいはシリコン窒化物が用いられており、使
用可能な材料は限られている。光検出部が基板1から離
隔されている場合、光検出部2の膜厚を薄くすること
は、強度の観点から問題がある。従って、光検出部2の
熱容量を小さくするためには光検出部2の面積を小さく
することが望まれる。
は、光検出部2の構成材料に比熱の小さいものを使用す
ること、光検出部2の膜厚を薄くすること、光検出部2
の面積を小さくすることが考えられる。しかしながら、
製造プロセスの関係から、光検出部2には一般にシリコ
ン酸化物あるいはシリコン窒化物が用いられており、使
用可能な材料は限られている。光検出部が基板1から離
隔されている場合、光検出部2の膜厚を薄くすること
は、強度の観点から問題がある。従って、光検出部2の
熱容量を小さくするためには光検出部2の面積を小さく
することが望まれる。
【0009】一方、光検出部2による赤外線の吸収量を
上げるためには、光検出部2の面積を大きくすることが
考えられる。しかしながら、光検出部の面積を増加させ
ると、赤外線センサそのものが大型化してしまう。ま
た、分解能も低下する。さらに、光検出部2の熱容量を
小さくすることと矛盾する。また、光検出部2を基板1
から離隔している場合、大面積の光検出部2を支持する
ことは困難である。従って、光検出部2の面積を変える
ことなく、光検出部2による赤外線の吸収量を上げるた
めに、レンズを使用することが考えられた。そのよう
な、赤外線センサが、特開平9−113352号公報に
開示されている。
上げるためには、光検出部2の面積を大きくすることが
考えられる。しかしながら、光検出部の面積を増加させ
ると、赤外線センサそのものが大型化してしまう。ま
た、分解能も低下する。さらに、光検出部2の熱容量を
小さくすることと矛盾する。また、光検出部2を基板1
から離隔している場合、大面積の光検出部2を支持する
ことは困難である。従って、光検出部2の面積を変える
ことなく、光検出部2による赤外線の吸収量を上げるた
めに、レンズを使用することが考えられた。そのよう
な、赤外線センサが、特開平9−113352号公報に
開示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この引例によれば、赤
外線はレンズにより集光され、光検出部に照射されてい
る。しかしながら、赤外線を単にレンズにより集光して
光検出部に照射しただけでは、光検出部が薄い場合、集
光された赤外線は光検出部により十分に吸収されること
なく光検出部を透過してしまう。一般に、光検出部2の
厚みは0.1〜1.0μm程度とかなり薄い。この程度
の厚みをもった単層膜では8〜12μm程度の波長の赤
外線を充分に吸収することができない。このため、赤外
線の吸収量を向上させるために、何らかの対策が必要で
ある。
外線はレンズにより集光され、光検出部に照射されてい
る。しかしながら、赤外線を単にレンズにより集光して
光検出部に照射しただけでは、光検出部が薄い場合、集
光された赤外線は光検出部により十分に吸収されること
なく光検出部を透過してしまう。一般に、光検出部2の
厚みは0.1〜1.0μm程度とかなり薄い。この程度
の厚みをもった単層膜では8〜12μm程度の波長の赤
外線を充分に吸収することができない。このため、赤外
線の吸収量を向上させるために、何らかの対策が必要で
ある。
【0011】更に、光検出部2のセンサ感度を上げるた
めには、光検出部2への熱絶縁性を向上させることが必
要である。このためには、引き出し部11,12と脚部
3,4を熱伝導率の低い材料で形成することが考えられ
る。また、引き出し部11,12と脚部3,4を薄く、
細く、長くして熱抵抗の高い構造にすることが考えられ
る。このとき、引き出し部11,12と脚部3,4を薄
く、細く、長くしすぎると、引き出し部11,12と脚
部3,4の強度の問題が発生する。
めには、光検出部2への熱絶縁性を向上させることが必
要である。このためには、引き出し部11,12と脚部
3,4を熱伝導率の低い材料で形成することが考えられ
る。また、引き出し部11,12と脚部3,4を薄く、
細く、長くして熱抵抗の高い構造にすることが考えられ
る。このとき、引き出し部11,12と脚部3,4を薄
く、細く、長くしすぎると、引き出し部11,12と脚
部3,4の強度の問題が発生する。
【0012】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものである。従って、本発明の目的は、センサ感度
の優れた赤外線センサを提供することにある。
れたものである。従って、本発明の目的は、センサ感度
の優れた赤外線センサを提供することにある。
【0013】また、本発明の他の目的は、入射赤外線を
効率よく吸収できる赤外線センサを提供することにあ
る。
効率よく吸収できる赤外線センサを提供することにあ
る。
【0014】また、本発明のさらに他の目的は、熱絶縁
性に優れた光検出部を有する赤外線センサを提供するこ
とにある。
性に優れた光検出部を有する赤外線センサを提供するこ
とにある。
【0015】また、本発明の他の目的は、高強度構造を
有する赤外線センサを提供することにある。
有する赤外線センサを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線センサ
は、基板から浮かせた光検出部を脚部によって基板上に
支持するブリッジ構造をとるようにした非冷却型の赤外
線センサにおいて、光検出部上にマイクロレンズを設け
て、そのマイクロレンズによって集光された赤外線が照
射されるセンサ部の面積が基板から浮かせた全領域の面
積の1/2以下になるようにしたことを特徴とする。赤
外線センサでは、脚部の長手方向に沿って補強段が設け
ていることが望ましい。
は、基板から浮かせた光検出部を脚部によって基板上に
支持するブリッジ構造をとるようにした非冷却型の赤外
線センサにおいて、光検出部上にマイクロレンズを設け
て、そのマイクロレンズによって集光された赤外線が照
射されるセンサ部の面積が基板から浮かせた全領域の面
積の1/2以下になるようにしたことを特徴とする。赤
外線センサでは、脚部の長手方向に沿って補強段が設け
ていることが望ましい。
【0017】また、本発明の赤外線センサは、基板から
光検出部を浮かせたブリッジ構造をとるとともに、光検
出部を通過した赤外線が反射して光検出部に再入力する
共振構造をとる赤外線センサにおいて、入射する赤外線
を集光し、かつその集光した赤外線を光検出部に対して
垂直に出射する特性をもったマイクロレンズを設けたこ
とを特徴とする。マイクロレンズは光検出部から隔離し
て設けることが望ましい。光検出部の下方に、センサ部
を通過した赤外線を反射させる赤外線反射部を設けるこ
とも望ましい。
光検出部を浮かせたブリッジ構造をとるとともに、光検
出部を通過した赤外線が反射して光検出部に再入力する
共振構造をとる赤外線センサにおいて、入射する赤外線
を集光し、かつその集光した赤外線を光検出部に対して
垂直に出射する特性をもったマイクロレンズを設けたこ
とを特徴とする。マイクロレンズは光検出部から隔離し
て設けることが望ましい。光検出部の下方に、センサ部
を通過した赤外線を反射させる赤外線反射部を設けるこ
とも望ましい。
【0018】このように、センサ素子では、基板から離
隔して形成され、センサ素子の全体の面積の1/2以下
の面積を有し、入射光を検出するための光検出部を具備
する。前記光検出部の周辺部には前記基板から離隔して
形成された引き出し部が提供され、脚部は、前記引き出
し部に接続され、前記光検出部を支持している。前記光
検出部からの検出結果は配線部により前記基板上の処理
回路に接続されている。センサ素子は、前記光検出部か
ら離隔して形成され、入射光を集光して前記光検出部に
出力するためのマイクロレンズを更に具備してもよい。
このようにして、光検出部を小さくすることができる。
隔して形成され、センサ素子の全体の面積の1/2以下
の面積を有し、入射光を検出するための光検出部を具備
する。前記光検出部の周辺部には前記基板から離隔して
形成された引き出し部が提供され、脚部は、前記引き出
し部に接続され、前記光検出部を支持している。前記光
検出部からの検出結果は配線部により前記基板上の処理
回路に接続されている。センサ素子は、前記光検出部か
ら離隔して形成され、入射光を集光して前記光検出部に
出力するためのマイクロレンズを更に具備してもよい。
このようにして、光検出部を小さくすることができる。
【0019】また、センサ素子は、センサ素子では、基
板から離隔して形成され、センサ素子の全体の面積の1
/2以下の面積を有し、入射光を検出するための光検出
部を具備する。前記光検出部の周辺部には前記基板から
離隔して形成された引き出し部が提供され、脚部は、前
記引き出し部に接続され、前記光検出部を支持してい
る。前記光検出部からの検出結果は配線部により前記基
板上の処理回路に接続されている。マイクロレンズは、
前記光検出部から離隔して形成され、入射光を集光して
実質的な平行光を前記光検出部に出力する。
板から離隔して形成され、センサ素子の全体の面積の1
/2以下の面積を有し、入射光を検出するための光検出
部を具備する。前記光検出部の周辺部には前記基板から
離隔して形成された引き出し部が提供され、脚部は、前
記引き出し部に接続され、前記光検出部を支持してい
る。前記光検出部からの検出結果は配線部により前記基
板上の処理回路に接続されている。マイクロレンズは、
前記光検出部から離隔して形成され、入射光を集光して
実質的な平行光を前記光検出部に出力する。
【0020】光センサは、前記光検出部の下方に反射膜
を更に具備しても良い。この場合、前記光検出部と前記
反射膜との距離は実質的に1/λ(λは入射光の中心波
長)であることが望ましい。これにより、前記光検出部
が入射光を効率よく吸収することができる。
を更に具備しても良い。この場合、前記光検出部と前記
反射膜との距離は実質的に1/λ(λは入射光の中心波
長)であることが望ましい。これにより、前記光検出部
が入射光を効率よく吸収することができる。
【0021】前記マイクロレンズは、前記入射光を透過
するレンズ基板と、前記レンズ基板上に設けられ、前記
入射光を透過するレンズとから構成されてもよい。
するレンズ基板と、前記レンズ基板上に設けられ、前記
入射光を透過するレンズとから構成されてもよい。
【0022】また、前記マイクロレンズは、平行に入射
される前記入射光を集光するための第1の曲面と、前記
集光光を実質的に平行光として出力するための第2の曲
面を有してもよい。この場合、前記第1の曲面の曲率半
径は、前記第2の曲率半径より小さいことが望ましい。
される前記入射光を集光するための第1の曲面と、前記
集光光を実質的に平行光として出力するための第2の曲
面を有してもよい。この場合、前記第1の曲面の曲率半
径は、前記第2の曲率半径より小さいことが望ましい。
【0023】前記マイクロレンズは、複数の層の積層構
造を有し、前記積層構造の最上層の上面は、前記第1の
曲面であり、前記積層構造の最下層の底面は、前記第2
の曲面であってもよい。
造を有し、前記積層構造の最上層の上面は、前記第1の
曲面であり、前記積層構造の最下層の底面は、前記第2
の曲面であってもよい。
【0024】また、前記マイクロレンズは、第1の曲面
を有する第1の層と、第2の曲面を有する第2の層の積
層構造を有しても良い。
を有する第1の層と、第2の曲面を有する第2の層の積
層構造を有しても良い。
【0025】前記マイクロレンズの前記第2の曲面に対
応する領域の面積は、前記マイクロレンズの前記第1の
曲面に対応する領域の面積の1/4以下であることが望
ましい。これにより、光検出部を小さく構成することが
できることになる。また、前記光検出部の面積は、前記
光検出部、前記引き出し部及び脚部を含むセンサ全体の
合計面積の1/2以下であることが望ましい。
応する領域の面積は、前記マイクロレンズの前記第1の
曲面に対応する領域の面積の1/4以下であることが望
ましい。これにより、光検出部を小さく構成することが
できることになる。また、前記光検出部の面積は、前記
光検出部、前記引き出し部及び脚部を含むセンサ全体の
合計面積の1/2以下であることが望ましい。
【0026】前記配線部の前記引き出し部は、前記光検
出部の少なくとも1/2周回以上前記光検出部を囲むよ
うに配置されていることが望ましい。このように前記引
き出し部を長くすることにより、前記光検出部の熱絶縁
性を向上させることができる。
出部の少なくとも1/2周回以上前記光検出部を囲むよ
うに配置されていることが望ましい。このように前記引
き出し部を長くすることにより、前記光検出部の熱絶縁
性を向上させることができる。
【0027】また、前記配線部の前記引き出し部と前記
脚部には補強部が形成されていることが望ましい。これ
により、前記引き出し部と前記脚部を細く、長くしても
強度を持たせることが可能となる。
脚部には補強部が形成されていることが望ましい。これ
により、前記引き出し部と前記脚部を細く、長くしても
強度を持たせることが可能となる。
【0028】また、前記光検出部の周辺の少なくとも一
部には補強部が形成されれば、前記光検出部を薄く形成
することができ、センサ感度の向上と応答速度の向上を
図ることができる。
部には補強部が形成されれば、前記光検出部を薄く形成
することができ、センサ感度の向上と応答速度の向上を
図ることができる。
【0029】本発明の発明に係わる前記センサ素子は赤
外線センサ素子であり、前記入射光は赤外線であり、前
記光検出部には0.05Ωcm以上0.5Ωcm以下の
抵抗率を有する材料、例えば、酸化バナジウムVOxか
らなるパターンが形成されていてもよい。前記光検出部
を小さく形成することができるので、抵抗率は高いが温
度係数の大きい材料を赤外線センサの光検出部に使用す
ることができる。
外線センサ素子であり、前記入射光は赤外線であり、前
記光検出部には0.05Ωcm以上0.5Ωcm以下の
抵抗率を有する材料、例えば、酸化バナジウムVOxか
らなるパターンが形成されていてもよい。前記光検出部
を小さく形成することができるので、抵抗率は高いが温
度係数の大きい材料を赤外線センサの光検出部に使用す
ることができる。
【0030】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明のセンサについて、赤外線センサを例にとり詳細に説
明する。
明のセンサについて、赤外線センサを例にとり詳細に説
明する。
【0031】本発明の第1の実施形態による赤外線セン
サについて説明する。本発明の第1の実施形態による赤
外線センサは複数の赤外線センサ素子がマトリクス状に
配列されている。
サについて説明する。本発明の第1の実施形態による赤
外線センサは複数の赤外線センサ素子がマトリクス状に
配列されている。
【0032】図1は、本発明の第1の実施形態による赤
外線センサの断面図を示している。図1を参照して、半
導体基板1の上に基板1から離隔して赤外線センサ素子
の光検出部2が設けられている。これにより、光検出部
2は、基板1から熱的に絶縁されている。
外線センサの断面図を示している。図1を参照して、半
導体基板1の上に基板1から離隔して赤外線センサ素子
の光検出部2が設けられている。これにより、光検出部
2は、基板1から熱的に絶縁されている。
【0033】各光検出部2に対応するマイクロレンズ7
が、レンズ基板8の上に設置されている。マイクロレン
ズ7とレンズ基板8により赤外線を集束するレンズ部が
構成される。マイクロレンズ7とレンズ基板8は、赤外
線を透過する材料、例えば、Ge、Si、InP、Zn
Se、CdSeなどの半導体材料、あるいはプラスチッ
ク等の樹脂材料から形成されている。
が、レンズ基板8の上に設置されている。マイクロレン
ズ7とレンズ基板8により赤外線を集束するレンズ部が
構成される。マイクロレンズ7とレンズ基板8は、赤外
線を透過する材料、例えば、Ge、Si、InP、Zn
Se、CdSeなどの半導体材料、あるいはプラスチッ
ク等の樹脂材料から形成されている。
【0034】マイクロレンズ7とレンズ基板8は異なる
材料で形成されていてもよい。また、同一の材料で一体
として形成されていても良い。また、マイクロレンズ7
は、図では凸型に示されているが、フレネルレンズの形
状を持っていても良い。
材料で形成されていてもよい。また、同一の材料で一体
として形成されていても良い。また、マイクロレンズ7
は、図では凸型に示されているが、フレネルレンズの形
状を持っていても良い。
【0035】レンズ基板8のマイクロレンズ7と対向す
る側には凹部が形成されている。マイクロレンズ7が形
成された、あるいは設置されたレンズ基板8は、基板1
の上に設置される。このとき、レンズ基板8の凹部が真
空状態または真空に近い状態になるように、基板1とレ
ンズ基板8は接合され、封止される。これにより、光検
出部2は、マイクロレンズ7とレンズ基板8からなるレ
ンズ部から熱的に絶縁されている。
る側には凹部が形成されている。マイクロレンズ7が形
成された、あるいは設置されたレンズ基板8は、基板1
の上に設置される。このとき、レンズ基板8の凹部が真
空状態または真空に近い状態になるように、基板1とレ
ンズ基板8は接合され、封止される。これにより、光検
出部2は、マイクロレンズ7とレンズ基板8からなるレ
ンズ部から熱的に絶縁されている。
【0036】図2は、本発明の第1の実施形態による赤
外線センサの1つの画素である赤外線センサ素子の構造
を示す斜視図である。赤外線センサ素子は、入射する赤
外線の熱による抵抗値の変化を電気信号として出力する
ボロメータ型のものである。図2を参照して、第1の実
施形態による赤外線センサ素子について説明する。
外線センサの1つの画素である赤外線センサ素子の構造
を示す斜視図である。赤外線センサ素子は、入射する赤
外線の熱による抵抗値の変化を電気信号として出力する
ボロメータ型のものである。図2を参照して、第1の実
施形態による赤外線センサ素子について説明する。
【0037】図2において、第1の実施形態による赤外
線センサ素子は、半導体基板1上に基板1から離隔して
設けられた赤外線光検出部2と、光検出部2の上に、光
検出部2から離隔して設けられたマイクロレンズのマイ
クロレンズ7とからなる。こうして、ブリッジ構造の光
検出部2が形成されている。
線センサ素子は、半導体基板1上に基板1から離隔して
設けられた赤外線光検出部2と、光検出部2の上に、光
検出部2から離隔して設けられたマイクロレンズのマイ
クロレンズ7とからなる。こうして、ブリッジ構造の光
検出部2が形成されている。
【0038】マイクロレンズ7は、赤外線センサ素子の
全領域を覆うように設けられている。これにより、赤外
線センサ素子領域に入射される全赤外線を集光すること
ができる。マイクロレンズ7の表面には、スパッタリン
グやCVDによって、ダイアモンドライクカーボン等か
らなる反射防止膜が形成されている。
全領域を覆うように設けられている。これにより、赤外
線センサ素子領域に入射される全赤外線を集光すること
ができる。マイクロレンズ7の表面には、スパッタリン
グやCVDによって、ダイアモンドライクカーボン等か
らなる反射防止膜が形成されている。
【0039】光検出部2は、シリコン窒化物やシリコン
酸化物からなっている。光検出部2は、できるだけ熱容
量を小さくするように、薄型に形成される。こうして、
センサ感度及び応答速度を向上させることができる。
酸化物からなっている。光検出部2は、できるだけ熱容
量を小さくするように、薄型に形成される。こうして、
センサ感度及び応答速度を向上させることができる。
【0040】光検出部2の表面には、温度によって抵抗
値が変化するセンサ抵抗パターン5が形成されている。
赤外線が入射されたとき、その熱量によりセンサ抵抗パ
ターン5の抵抗値が変化し、その変化が検出される。従
って、センサ抵抗パターン5の材料は高い温度係数を持
つ材料を使用することが望ましい。第1の実施形態で
は、センサ抵抗パターン5の材料には、チタン等の金属
や酸化バナジウム等の半導体が用いられる。
値が変化するセンサ抵抗パターン5が形成されている。
赤外線が入射されたとき、その熱量によりセンサ抵抗パ
ターン5の抵抗値が変化し、その変化が検出される。従
って、センサ抵抗パターン5の材料は高い温度係数を持
つ材料を使用することが望ましい。第1の実施形態で
は、センサ抵抗パターン5の材料には、チタン等の金属
や酸化バナジウム等の半導体が用いられる。
【0041】光検出部2の下の基板1の表面には、光検
出部2からの信号を処理するための処理回路部(図示せ
ず)が設けられている。図3に示すように、光検出部2
の周囲には、光検出部2での検出結果を基板1の回路部
に接続するための引き出し部11、12と、該引き出し
部11,12に接続された脚部3、4が設けられてい
る。引き出し部11、12と、脚部3、4は、光検出部
2を囲むように設けられている。こうして、光検出部
2、引き出し部11、12と、脚部3、4とは、矩形の
領域を形成している。
出部2からの信号を処理するための処理回路部(図示せ
ず)が設けられている。図3に示すように、光検出部2
の周囲には、光検出部2での検出結果を基板1の回路部
に接続するための引き出し部11、12と、該引き出し
部11,12に接続された脚部3、4が設けられてい
る。引き出し部11、12と、脚部3、4は、光検出部
2を囲むように設けられている。こうして、光検出部
2、引き出し部11、12と、脚部3、4とは、矩形の
領域を形成している。
【0042】図3に示されるように、引き出し部11,
12と脚部3,4にも光検出部2のセンサ抵抗パターン
5と同じ材料からなるパターンが形成されている。これ
により、引き出し部11,12と脚部3、4、基板上の
パターン(配線部)を介して、光検出部2と基板1に形
成されている処理出力部とが電気的に接続される。
12と脚部3,4にも光検出部2のセンサ抵抗パターン
5と同じ材料からなるパターンが形成されている。これ
により、引き出し部11,12と脚部3、4、基板上の
パターン(配線部)を介して、光検出部2と基板1に形
成されている処理出力部とが電気的に接続される。
【0043】尚、処理回路部は光検出部2の下では無
く、他の領域に複数の赤外線センサ素子用に処理回路部
を集中的に設けても良い。このときには、脚部3、4か
らその回路部への配線部が基板1の表面上に形成され
る。
く、他の領域に複数の赤外線センサ素子用に処理回路部
を集中的に設けても良い。このときには、脚部3、4か
らその回路部への配線部が基板1の表面上に形成され
る。
【0044】また、光検出部2をさらに小さくすること
ができれば、図12に示されるように、引き出し部1
1,12と脚部3、4からなる配線部をさらに長くとる
ことが可能となり、光検出部2の熱絶縁性をさらに改善
することができる。
ができれば、図12に示されるように、引き出し部1
1,12と脚部3、4からなる配線部をさらに長くとる
ことが可能となり、光検出部2の熱絶縁性をさらに改善
することができる。
【0045】また、引き出し部11,12と脚部3、4
のパターンはセンサ抵抗パターン5の材料と異なる金属
材料で形成されてもよい。
のパターンはセンサ抵抗パターン5の材料と異なる金属
材料で形成されてもよい。
【0046】以上のように、本発明の赤外線センサは、
基板1から光検出部2が離隔されたブリッジ構造をとる
非冷却型の赤外線センサである。
基板1から光検出部2が離隔されたブリッジ構造をとる
非冷却型の赤外線センサである。
【0047】図4は、マイクロレンズ7の断面を示す。
図4に示すように、赤外線センサ素子の領域に入射する
赤外線はマイクロレンズ7によって集光され、光検出部
2に向かって照射される。これにより、光検出部2の面
積を小さくすることができる。
図4に示すように、赤外線センサ素子の領域に入射する
赤外線はマイクロレンズ7によって集光され、光検出部
2に向かって照射される。これにより、光検出部2の面
積を小さくすることができる。
【0048】マイクロレンズ7の具体的な形状として
は、例えば、各部寸法として、a=1μm、b=200
μm、c=50μm、d=25μm、e=2μmの程度
になるように形成される。レンズ球面の形成には約1μ
mの凸加工が必要であるが、それは通常の半導体フォト
プロセスを改良したグレートーンマスク法によって可能
である。
は、例えば、各部寸法として、a=1μm、b=200
μm、c=50μm、d=25μm、e=2μmの程度
になるように形成される。レンズ球面の形成には約1μ
mの凸加工が必要であるが、それは通常の半導体フォト
プロセスを改良したグレートーンマスク法によって可能
である。
【0049】ここでは、レンズ口径50μm×50μm
のものを用いて、25μm×25μmの面積、即ち赤外
線センサ素子の領域の1/4の領域の光検出部2に赤外
線が集光されている。
のものを用いて、25μm×25μmの面積、即ち赤外
線センサ素子の領域の1/4の領域の光検出部2に赤外
線が集光されている。
【0050】このとき、図3に示されるように、光検出
部2の面積は、基板1から離隔されている部分、即ち光
検出部2、引き出し部11,12、及び脚部3,4から
なる四辺形のセンサ素子全体の面積の1/2以下になる
ようにすることが望ましい。
部2の面積は、基板1から離隔されている部分、即ち光
検出部2、引き出し部11,12、及び脚部3,4から
なる四辺形のセンサ素子全体の面積の1/2以下になる
ようにすることが望ましい。
【0051】このように、図3及び図4から明らかなよ
うに、本発明によれば、マイクロレンズ7で集光された
赤外線が照射される光検出部2の面積を、光検出部2と
配線部の合計面積の1/2以下の小さい面積とすること
により、光検出部2による赤外線の吸収量を良好に保つ
ことができる。
うに、本発明によれば、マイクロレンズ7で集光された
赤外線が照射される光検出部2の面積を、光検出部2と
配線部の合計面積の1/2以下の小さい面積とすること
により、光検出部2による赤外線の吸収量を良好に保つ
ことができる。
【0052】また、図3から明らかなように、光検出部
2を囲むように、光検出部2の周囲に引き出し部11,
12と脚部3,4を設けることにより、全体の大きさが
不変のままで引き出し部11、12と脚部3,4を長く
することができる。引き出し部11,12の長さは、光
検出部2を1/2回以上周回すること、あるいは50μ
m以上長さであることが望ましい。図3の第1の実施形
態では、引き出し部11,12光検出部2の周りを1周
回しており、引き出し部11,12の長さは、約100
μmである。従って、光検出部2に対する熱絶縁性を高
めることができる。これにより、構造上、センサ感度を
向上させることができるようになる。
2を囲むように、光検出部2の周囲に引き出し部11,
12と脚部3,4を設けることにより、全体の大きさが
不変のままで引き出し部11、12と脚部3,4を長く
することができる。引き出し部11,12の長さは、光
検出部2を1/2回以上周回すること、あるいは50μ
m以上長さであることが望ましい。図3の第1の実施形
態では、引き出し部11,12光検出部2の周りを1周
回しており、引き出し部11,12の長さは、約100
μmである。従って、光検出部2に対する熱絶縁性を高
めることができる。これにより、構造上、センサ感度を
向上させることができるようになる。
【0053】また、本発明のよれば、以下に述べるよう
に、電気的特性の面からも、センサ感度を有効に高める
ことができるようになる。
に、電気的特性の面からも、センサ感度を有効に高める
ことができるようになる。
【0054】図3において、光検出部2上に配置された
センサ抵抗パターン5の材料に求められる重要な特性と
しては、抵抗の温度係数(TCR)が高いことと雑音が
小さいことが要求される。センサ抵抗パターン5の材料
が関係するもので現実的に問題になる雑音は抵抗性雑音
および1/f雑音である。このうち、抵抗性雑音は、抵
抗値が大きくなるに従って大きくなるので、センサ抵抗
パターン5の材料の抵抗率はある程度小さいことが必要
になる。しかしながら、図5に示すように、センサ抵抗
パターンの材料の温度係数(TCR)と抵抗率は、トレ
ードオフの関係にある。
センサ抵抗パターン5の材料に求められる重要な特性と
しては、抵抗の温度係数(TCR)が高いことと雑音が
小さいことが要求される。センサ抵抗パターン5の材料
が関係するもので現実的に問題になる雑音は抵抗性雑音
および1/f雑音である。このうち、抵抗性雑音は、抵
抗値が大きくなるに従って大きくなるので、センサ抵抗
パターン5の材料の抵抗率はある程度小さいことが必要
になる。しかしながら、図5に示すように、センサ抵抗
パターンの材料の温度係数(TCR)と抵抗率は、トレ
ードオフの関係にある。
【0055】本発明によれば、マイクロレンズ7により
入射赤外線が集光され、光検出部2に照射されている。
従って、光検出部2の面積を小さくできるので、センサ
抵抗パターン5の配線長を短くできる。そのため、セン
サ抵抗パターン5として温度係数の高い材料を選択して
も、センサ抵抗パターンの抵抗値を低く抑えることが可
能になる。
入射赤外線が集光され、光検出部2に照射されている。
従って、光検出部2の面積を小さくできるので、センサ
抵抗パターン5の配線長を短くできる。そのため、セン
サ抵抗パターン5として温度係数の高い材料を選択して
も、センサ抵抗パターンの抵抗値を低く抑えることが可
能になる。
【0056】センサ抵抗パターン5の材料の抵抗率は、
0.05Ωcmから0.5Ωcmの範囲が望ましい。こ
のように、本発明の赤外線センサでは、抵抗率の高い材
料をセンサ抵抗パターン5に使用することができるの
で、センサ抵抗パターン5の材料に温度係数(TCR)
の高いものを用いることができ、センサ感度を高めるこ
とができる。
0.05Ωcmから0.5Ωcmの範囲が望ましい。こ
のように、本発明の赤外線センサでは、抵抗率の高い材
料をセンサ抵抗パターン5に使用することができるの
で、センサ抵抗パターン5の材料に温度係数(TCR)
の高いものを用いることができ、センサ感度を高めるこ
とができる。
【0057】第1の実施形態では、センサ抵抗パターン
5の材料として酸化バナジウム(VOx)が用いられて
いる。第1の実施形態では、抵抗率は0.1Ωcmであ
る。酸化バナジウム(VOx)は、組成を変えることで
容易に抵抗率を変えることができるので、光検出部2の
センサ抵抗パターン5の形状に基づいて所望の抵抗値を
もつセンサ抵抗パターン5を形成することができる。
5の材料として酸化バナジウム(VOx)が用いられて
いる。第1の実施形態では、抵抗率は0.1Ωcmであ
る。酸化バナジウム(VOx)は、組成を変えることで
容易に抵抗率を変えることができるので、光検出部2の
センサ抵抗パターン5の形状に基づいて所望の抵抗値を
もつセンサ抵抗パターン5を形成することができる。
【0058】上記のように、本実施形態によれば、光検
出部2の面積をセンサ素子の全面積の1/2以下にする
ことができるので、センサ素子の全面積に等しい面積を
持つ従来の光検出部と較べて、本実施形態の光検出部2
は約4倍以上の温度変化を受けることになる。これは、
従来と較べて約4倍以上の感度の向上に対応する。ま
た、実体的には従来のセンサ素子の全面積に等しい面積
を持つ光検出部2のセンサ抵抗パターン5の材料の抵抗
率が0.01Ωcmとすれば、図5を参照して、温度係
数は−1.75%/Kである。これに対して、本実施形
態では、0.1Ωcmの抵抗率を有する材料が使用可能
である。この場合の温度係数は、−2.8%/K程度で
あり、約1.6倍の感度の向上が期待できる。また、こ
のとき、光検出部2の面積を、光検出部と配線部の合計
の面積の1/2以下にすれば、光検出部の熱絶縁性を向
上させることができ、全体として6.4倍以上願度が向
上することになる。
出部2の面積をセンサ素子の全面積の1/2以下にする
ことができるので、センサ素子の全面積に等しい面積を
持つ従来の光検出部と較べて、本実施形態の光検出部2
は約4倍以上の温度変化を受けることになる。これは、
従来と較べて約4倍以上の感度の向上に対応する。ま
た、実体的には従来のセンサ素子の全面積に等しい面積
を持つ光検出部2のセンサ抵抗パターン5の材料の抵抗
率が0.01Ωcmとすれば、図5を参照して、温度係
数は−1.75%/Kである。これに対して、本実施形
態では、0.1Ωcmの抵抗率を有する材料が使用可能
である。この場合の温度係数は、−2.8%/K程度で
あり、約1.6倍の感度の向上が期待できる。また、こ
のとき、光検出部2の面積を、光検出部と配線部の合計
の面積の1/2以下にすれば、光検出部の熱絶縁性を向
上させることができ、全体として6.4倍以上願度が向
上することになる。
【0059】次に、本発明の第2の実施形態による赤外
線センサについて説明する。
線センサについて説明する。
【0060】図6は、本発明の第2の実施形態による赤
外線センサの構造を示す断面図である。図6を参照し
て、第2の実施形態による赤外線センサは、図2に示さ
れる第1の実施形態による赤外線センサと同様に光検出
部2のブリッジ構造を有する。加えて、基板1の上面に
は赤外線の反射膜13が形成されている。また、集光用
のマイクロレンズ7は、赤外線源に面して凸に形成さ
れ、赤外線源と反対側では凹に形成されている。
外線センサの構造を示す断面図である。図6を参照し
て、第2の実施形態による赤外線センサは、図2に示さ
れる第1の実施形態による赤外線センサと同様に光検出
部2のブリッジ構造を有する。加えて、基板1の上面に
は赤外線の反射膜13が形成されている。また、集光用
のマイクロレンズ7は、赤外線源に面して凸に形成さ
れ、赤外線源と反対側では凹に形成されている。
【0061】従来では、図7に示されるように、マイク
ロレンズ7に第2面が形成されていないので、マイクロ
レンズ7により集光された赤外線は、光検出部2に垂直
な方向からある角度をもって斜めに光検出部2に入射
し、また、反射膜13により斜めに反射されていた。こ
のため、反射膜13を設けても、光検出部2による赤外
線の吸収量を十分に向上させることができなった。
ロレンズ7に第2面が形成されていないので、マイクロ
レンズ7により集光された赤外線は、光検出部2に垂直
な方向からある角度をもって斜めに光検出部2に入射
し、また、反射膜13により斜めに反射されていた。こ
のため、反射膜13を設けても、光検出部2による赤外
線の吸収量を十分に向上させることができなった。
【0062】これに対して、図6の第2の実施形態によ
る赤外線センサでは、入射する赤外線が、Geからなる
マイクロレンズの第1面14でマイクロレンズ7の中心
方向に屈折され、集光される。マイクロレンズ7の第2
面では、集光された赤外線は光検出部2に対してほぼ垂
直な方向に出射される。こうして、第1面14の曲率半
径は、第2面15の曲率半径より大きくなっている。
る赤外線センサでは、入射する赤外線が、Geからなる
マイクロレンズの第1面14でマイクロレンズ7の中心
方向に屈折され、集光される。マイクロレンズ7の第2
面では、集光された赤外線は光検出部2に対してほぼ垂
直な方向に出射される。こうして、第1面14の曲率半
径は、第2面15の曲率半径より大きくなっている。
【0063】また、第2の実施形態による赤外線センサ
素子では、基板1の表面には、反射膜13が形成されて
いる。光検出部2は、基板1との距離が1/λ(λ:光
検出部2に入射する赤外線の中心波長)程度になるよう
に設置されている。このため、光検出部2を通過した赤
外線がほぼ垂直に反射膜13に入射され、反射膜13に
より反射されて再度光検出部2に入射する。いわゆる共
振構造が形成されている。
素子では、基板1の表面には、反射膜13が形成されて
いる。光検出部2は、基板1との距離が1/λ(λ:光
検出部2に入射する赤外線の中心波長)程度になるよう
に設置されている。このため、光検出部2を通過した赤
外線がほぼ垂直に反射膜13に入射され、反射膜13に
より反射されて再度光検出部2に入射する。いわゆる共
振構造が形成されている。
【0064】こうして、基板1の表面に赤外線反射膜1
3が形成されているので、光検出部2を通過した赤外線
の反射が効果的に行われて、光検出部2での赤外線の吸
収量がより高められる。従って、光検出部2のセンサ感
度を向上させることができる。尚、断熱効果を上げるた
めに、光検出部2の雰囲気は真空に近い状態にある。
3が形成されているので、光検出部2を通過した赤外線
の反射が効果的に行われて、光検出部2での赤外線の吸
収量がより高められる。従って、光検出部2のセンサ感
度を向上させることができる。尚、断熱効果を上げるた
めに、光検出部2の雰囲気は真空に近い状態にある。
【0065】図8は、マイクロレンズ7の代表的な形状
を示しており、例えば、各部寸法として、a=1μm、
b=200μm、c=50μm、d=25μm、e=2
μmの程度になるように形成される。レンズ球面の形成
には約1μmの凸加工が必要であるが、それは通常の半
導体フォトプロセスを改良したグレートーンマスク法に
よって可能である。
を示しており、例えば、各部寸法として、a=1μm、
b=200μm、c=50μm、d=25μm、e=2
μmの程度になるように形成される。レンズ球面の形成
には約1μmの凸加工が必要であるが、それは通常の半
導体フォトプロセスを改良したグレートーンマスク法に
よって可能である。
【0066】ここでは、レンズ口径50μm×50μm
のものを用いて、25μm×25μmの面積、即ち赤外
線センサ素子全体の面積の1/4の領域に赤外線が集光
され、光検出部2に照射されることになる。
のものを用いて、25μm×25μmの面積、即ち赤外
線センサ素子全体の面積の1/4の領域に赤外線が集光
され、光検出部2に照射されることになる。
【0067】上述のように、マイクロレンズ7は、垂直
に入射する赤外線Pをマイクロレンズ7により集光され
た状態で平行に出射するように設計されているので、マ
イクロレンズ7に入射した赤外線Pの全てが光検出部2
に垂直に照射されることになる。そのため、光検出部2
と基板1もしくは赤外線反射膜13との間における共振
特性が何ら損なわれることなく、光検出部2での赤外線
の吸収が向上する。
に入射する赤外線Pをマイクロレンズ7により集光され
た状態で平行に出射するように設計されているので、マ
イクロレンズ7に入射した赤外線Pの全てが光検出部2
に垂直に照射されることになる。そのため、光検出部2
と基板1もしくは赤外線反射膜13との間における共振
特性が何ら損なわれることなく、光検出部2での赤外線
の吸収が向上する。
【0068】次に、本発明の第3の実施形態による赤外
線センサについて説明する。本発明の第3の実施形態に
よる赤外線センサは、基本的な構造は、第2の実施形態
と同様である。相違点は、マイクロレンズ7の構造にあ
る。従って、マイクロレンズ7についてのみ説明する。
線センサについて説明する。本発明の第3の実施形態に
よる赤外線センサは、基本的な構造は、第2の実施形態
と同様である。相違点は、マイクロレンズ7の構造にあ
る。従って、マイクロレンズ7についてのみ説明する。
【0069】図9は、本発明の第3の実施形態による赤
外線センサで使用されるマイクロレンズ7の構造を示す
図である。図9を参照して、マイクロレンズ7は、第1
膜71、第2膜72の積層構造を有する。
外線センサで使用されるマイクロレンズ7の構造を示す
図である。図9を参照して、マイクロレンズ7は、第1
膜71、第2膜72の積層構造を有する。
【0070】第1膜71は、赤外線を透過するGe等か
らなり、光検出部2に対応する部分に凸部を有する。第
1膜71は、平坦部で数百μmの膜厚を有する。第2膜
72は、ポリエチレンなどの樹脂材料で形成され、数μ
mから数十μmの膜厚を有する。第2膜72は、第1膜
71の表面に沿って形成されている。
らなり、光検出部2に対応する部分に凸部を有する。第
1膜71は、平坦部で数百μmの膜厚を有する。第2膜
72は、ポリエチレンなどの樹脂材料で形成され、数μ
mから数十μmの膜厚を有する。第2膜72は、第1膜
71の表面に沿って形成されている。
【0071】使用されるポリエチレンの屈折率は、約
1.5であり、使用されるGeの屈折率は、約2であ
る。こうして、第1膜71の屈折率は、第2膜72の屈
折率よりも大きくなっている。
1.5であり、使用されるGeの屈折率は、約2であ
る。こうして、第1膜71の屈折率は、第2膜72の屈
折率よりも大きくなっている。
【0072】第3の実施形態の構造では、マイクロレン
ズ7の周囲の屈折率と、マイクロレンズ7の第1膜と第
2膜の屈折率と、第1面14の曲率半径と第2面の曲率
半径を適切に選択することにより、入射赤外線を所望の
範囲に集光し、さらに平行光として光検出部に垂直に出
力することができる。
ズ7の周囲の屈折率と、マイクロレンズ7の第1膜と第
2膜の屈折率と、第1面14の曲率半径と第2面の曲率
半径を適切に選択することにより、入射赤外線を所望の
範囲に集光し、さらに平行光として光検出部に垂直に出
力することができる。
【0073】こうして、第3の実施形態では、第1面1
4の曲率半径を第2の実施形態の場合における第1面の
曲率半径よりも小さくすることができるので、赤外線を
より小さいスポットに絞り込むことができる。こうし
て、光検出部2のセンサ感度をさらに向上させることが
できる。
4の曲率半径を第2の実施形態の場合における第1面の
曲率半径よりも小さくすることができるので、赤外線を
より小さいスポットに絞り込むことができる。こうし
て、光検出部2のセンサ感度をさらに向上させることが
できる。
【0074】次に第3の実施形態の変形例を図10を参
照して説明する。この変形例では、マイクロレンズ7が
多層構造を持つように形成されている。この場合も、第
3の実施形態と同様に、マイクロレンズ7の周囲の屈折
率と、マイクロレンズ7の第1膜と第2膜の屈折率と、
第1面14の曲率半径と第2面の曲率半径を適切に選択
することにより、入射赤外線を所望の範囲に集光し、さ
らに平行光として光検出部に垂直に出力することがき
る。
照して説明する。この変形例では、マイクロレンズ7が
多層構造を持つように形成されている。この場合も、第
3の実施形態と同様に、マイクロレンズ7の周囲の屈折
率と、マイクロレンズ7の第1膜と第2膜の屈折率と、
第1面14の曲率半径と第2面の曲率半径を適切に選択
することにより、入射赤外線を所望の範囲に集光し、さ
らに平行光として光検出部に垂直に出力することがき
る。
【0075】次に、本発明の第4の実施形態による赤外
線センサについて説明する。本実施例は、第1から第3
実施例に適用可能である。
線センサについて説明する。本実施例は、第1から第3
実施例に適用可能である。
【0076】図11は、本発明の第4の実施形態による
赤外線センサの引き出し部11,12及び/或いは脚部
3,4の一端側或いは両端側の長手方向に沿って設けら
れる補強段6を示す斜視図である。
赤外線センサの引き出し部11,12及び/或いは脚部
3,4の一端側或いは両端側の長手方向に沿って設けら
れる補強段6を示す斜視図である。
【0077】本発明の赤外線センサでは、引き出し部1
1,12及び脚部3,4を薄く、細く、長くして熱抵抗
の高め、光検出部2の熱絶縁性を高めることがセンサ感
度の向上の為に必要である。しかしながら、引き出し部
11,12及び脚部3,4を単に薄く、細く、長くする
と、機械的に弱くなり、赤外線センサ素子の破損の危険
が高まる。そこで、引き出し部11,12及び脚部3,
4の一端側に長手方向に沿って補強段6が形成されてい
る。
1,12及び脚部3,4を薄く、細く、長くして熱抵抗
の高め、光検出部2の熱絶縁性を高めることがセンサ感
度の向上の為に必要である。しかしながら、引き出し部
11,12及び脚部3,4を単に薄く、細く、長くする
と、機械的に弱くなり、赤外線センサ素子の破損の危険
が高まる。そこで、引き出し部11,12及び脚部3,
4の一端側に長手方向に沿って補強段6が形成されてい
る。
【0078】尚、補強段6は、引き出し部11,12及
び脚部3,4の両端側に長手方向に沿って設けられても
よい。また、光検出部2の周囲に補強段6が設けられて
もよい。この場合、光検出部2を薄くすることができ、
熱容量を小さくできるようになる。こうして、引き出し
部11,12及び脚部3,4を高強度構造にすることが
できる。従来の引き出し部及び脚部が単なる平板状に形
成されていることと較べて、一桁以上高い構造上の強度
を得ることができる。
び脚部3,4の両端側に長手方向に沿って設けられても
よい。また、光検出部2の周囲に補強段6が設けられて
もよい。この場合、光検出部2を薄くすることができ、
熱容量を小さくできるようになる。こうして、引き出し
部11,12及び脚部3,4を高強度構造にすることが
できる。従来の引き出し部及び脚部が単なる平板状に形
成されていることと較べて、一桁以上高い構造上の強度
を得ることができる。
【0079】本発明は、以上説明したボロメータ型の赤
外線センサに限らず、その他焦電型、熱電対型などの全
ての非冷却型のものに適用が可能である。
外線センサに限らず、その他焦電型、熱電対型などの全
ての非冷却型のものに適用が可能である。
【0080】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の非冷却型の
センサによれば、光検出部上に設けられたマイクロレン
ズにより集光された入射光が照射される光検出部の面積
が、基板から離隔された領域の面積の1/2以下になる
ように設計されている。
センサによれば、光検出部上に設けられたマイクロレン
ズにより集光された入射光が照射される光検出部の面積
が、基板から離隔された領域の面積の1/2以下になる
ように設計されている。
【0081】この結果、光検出部の面積を小さくして光
検出部のセンサ感度を向上させることができる。また、
入射光が赤外線のとき、その熱容量を有効に抑制するこ
とができ、引き出し部及び脚部を長くして光検出部の熱
絶縁性を高くすることができる。
検出部のセンサ感度を向上させることができる。また、
入射光が赤外線のとき、その熱容量を有効に抑制するこ
とができ、引き出し部及び脚部を長くして光検出部の熱
絶縁性を高くすることができる。
【0082】また、入射する赤外線を集光し、かつその
集光した赤外線を光検出部に対して垂直に出射する特性
をもったマイクロレンズが設けられているので、光検出
部の熱容量を増加させることなくフィルファクターを向
上させることができる。
集光した赤外線を光検出部に対して垂直に出射する特性
をもったマイクロレンズが設けられているので、光検出
部の熱容量を増加させることなくフィルファクターを向
上させることができる。
【0083】また、基板から光検出部が離隔されるブリ
ッジ構造が採用され、また、光検出部をほぼ垂直に通過
した赤外線が反射膜により反射されて光検出部に再入力
される共振構造が採用されている。従って、光検出部に
よる赤外線の吸収を向上させることができる。
ッジ構造が採用され、また、光検出部をほぼ垂直に通過
した赤外線が反射膜により反射されて光検出部に再入力
される共振構造が採用されている。従って、光検出部に
よる赤外線の吸収を向上させることができる。
【0084】また、面積の小さい光検出部が実現できる
ので、センサ抵抗パターンに使用される材料として、抵
抗率の高い材料を使用することができる。抵抗率の高い
材料は、一般に温度係数が大きいので、光検出部のセン
サ感度を向上させることができる。
ので、センサ抵抗パターンに使用される材料として、抵
抗率の高い材料を使用することができる。抵抗率の高い
材料は、一般に温度係数が大きいので、光検出部のセン
サ感度を向上させることができる。
【0085】このように、本発明によれば、光検出部で
の赤外線の吸収を効率良く行わせて、センサ感度を向上
させることができる。
の赤外線の吸収を効率良く行わせて、センサ感度を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による赤外線センサの
構造を示す正面断面図である。
構造を示す正面断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態による赤外線センサの
センサ素子の構造を示す斜視図である。
センサ素子の構造を示す斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施形態によるセンサ素子の構
成を示す平面図である。
成を示す平面図である。
【図4】本発明の第1の実施形態による赤外線センサの
センサ素子に用いられるマイクロレンズの正面断面図で
ある。
センサ素子に用いられるマイクロレンズの正面断面図で
ある。
【図5】本発明の第1の実施形態による光検出部のセン
サ抵抗パターンの材料の温度係数(TCR)と抵抗率の
関係を示すグラフである。
サ抵抗パターンの材料の温度係数(TCR)と抵抗率の
関係を示すグラフである。
【図6】本発明の第2の実施形態による赤外線センサの
センサ素子の構成を示す性断面図である。
センサ素子の構成を示す性断面図である。
【図7】従来の赤外線センサ素子での光検出部による赤
外線の吸収を説明するためのずである。
外線の吸収を説明するためのずである。
【図8】本発明の第2の実施形態による赤外線センサの
センサ素子で使用されるマイクロレンズの例を示す断面
図である。
センサ素子で使用されるマイクロレンズの例を示す断面
図である。
【図9】本発明の第3の実施形態による赤外線センサの
センサ素子で使用されるマイクロレンズの例を示す断面
図である。
センサ素子で使用されるマイクロレンズの例を示す断面
図である。
【図10】本発明の第3の実施形態の変形例による赤外
線センサのセンサ素子で使用されるマイクロレンズの例
を示す断面図である。
線センサのセンサ素子で使用されるマイクロレンズの例
を示す断面図である。
【図11】本発明の第4の実施形態による赤外線センサ
のセンサ素子における高強度構造を有する配線部の一部
を示す斜視図である。
のセンサ素子における高強度構造を有する配線部の一部
を示す斜視図である。
【図12】本発明の第1の実施形態による赤外線センサ
のセンサ素子の他の例を示す平面図である。
のセンサ素子の他の例を示す平面図である。
【図13】従来の赤外線センサにおけるセンサ素子の構
成を示す斜視図である。
成を示す斜視図である。
【図14】従来の赤外線センサ素子におけるブリッジ構
造体の平面図である。
造体の平面図である。
1: 半導体基板 2: 光検出部 3、4: 脚部 5: センサ抵抗パターン 6: 補強段 7: マイクロレンズ 8: レンズ基板 11,12: 引き出し部 13: 反射膜 14: 第1の面 15: 第2の面 71: 第1の層 72: 第2の層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−163864(JP,A) 特開 平9−218088(JP,A) 特開 平7−147433(JP,A) 特開 平9−113352(JP,A) 特開 昭62−113035(JP,A) 特開 平1−316618(JP,A) 特表 平7−509057(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/46 G01J 5/00 - 5/62 H01L 27/14
Claims (5)
- 【請求項1】基板から離隔された実質的に矩形の光検出
部と、 前記光検出部の矩形の一辺の一部にそれぞれ接続された
2つの引き出し部と、 前記光検出部から実質的に離隔され、前記2つの引き出
し部を前記基板に接続するための2つの脚部と、 前記2つの引き出し部の表面上に長手方向に設けられた
段差部と、 前記光検出部上に離隔して設けられ、入射される赤外線
を前記光検出部に集光させるためのマイクロレンズとを
具備し、 前記光検出部の面積は、前記基板から浮かせた全領域の
面積の1/2以下である赤外線センサ。 - 【請求項2】請求項1において、 前記光検出部の周辺部に設けられた段差部を更に具備す
る赤外線センサ。 - 【請求項3】基板から離隔された実質的に矩形の光検出
部と、 前記光検出部の矩形の一辺の一部にそれぞれ接続された
2つの引き出し部と、 前記光検出部から実質的に離隔され、前記2つの引き出
し部を前記基板に接続するための2つの脚部と、 前記光検出部に実質的に垂直に入射される赤外線を、そ
の口径の約1/4以下の面積に集光して前記光検出部に
実質的に平行光として照射させるために前記光検出部上
に設けられたマイクロレンズと、 前記光検出部の下部に設けられ、前記光検出部を透過し
た赤外光を反射して前記平行光を共振させるための反射
膜とを具備する赤外線センサ。 - 【請求項4】基板から離隔された実質的に矩形の光検出
部と、 前記光検出部の矩形の一辺の一部に接続され、残りの部
分において前記光検出部から熱的に実質的に絶縁された
2つの引き出し部と、 前記光検出部から実質的に離隔され、前記2つの引き出
し部を前記基板に接続するための2つの脚部とを具備
し、 前記2つの引き出し部の各々は、前記光検出部の周辺を
1/2周回以上取り囲んでいる赤外線センサ。 - 【請求項5】請求項4において、 前記2つの引き出し部の少なくとも一方の長手方向の端
部に設けられた段差部を具備する赤外線センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10244311A JP3003853B2 (ja) | 1997-09-09 | 1998-08-31 | ブリッジ構造を有するセンサ |
EP98116959A EP0902484A3 (en) | 1997-09-09 | 1998-09-08 | Sensor element with small area light detecting section of bridge structure |
US09/150,330 US6218667B1 (en) | 1997-09-09 | 1998-09-09 | Sensor element with small area light detecting section of bridge structure |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9-284209 | 1997-09-09 | ||
JP28420997 | 1997-09-09 | ||
JP9-284207 | 1997-09-09 | ||
JP28420797 | 1997-09-09 | ||
JP10244311A JP3003853B2 (ja) | 1997-09-09 | 1998-08-31 | ブリッジ構造を有するセンサ |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11148862A JPH11148862A (ja) | 1999-06-02 |
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Family
ID=27333223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10244311A Expired - Fee Related JP3003853B2 (ja) | 1997-09-09 | 1998-08-31 | ブリッジ構造を有するセンサ |
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Country | Link |
---|---|
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EP (1) | EP0902484A3 (ja) |
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KR100930590B1 (ko) * | 2007-12-14 | 2009-12-09 | 한국전자통신연구원 | 뒤틀림 현상이 개선된 멤스형 적외선 센서 및 그 제조 방법 |
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WO2022246024A1 (en) * | 2021-05-19 | 2022-11-24 | nEYE Systems, Inc. | Lidar with microlens array and integrated photonic switch array |
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