JP3200657B2 - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非接触で被計測対象の温
度を計測する赤外線センサに関する。
度を計測する赤外線センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、対象となる物質が放射する赤外線
により赤外線感温膜（赤外線受光部）を加熱し、その温
度上昇から物質の温度を測定することが行われており、
このような赤外線センサを小型化、高感度化するために
種々の提案がなされている。特に、被測定温度が室温近
傍あるいはそれ以下の場合には、受光できる赤外線の強
度はごく微弱であるため、センサの熱容量を低減し、ま
た受光した赤外線のエネルギーをできるだけ散逸させな
いようにする工夫が必要である。たとえば、従来の赤外
線センサでは、センサ基板上に非常に小さな架橋部を形
成し、この架橋部の上に赤外線感温膜を形成した構造と
なっている。すなわち、素子の感熱部分を支持基板から
浮かせた架橋構造とすることにより応答感度の改善を図
るものである。
により赤外線感温膜（赤外線受光部）を加熱し、その温
度上昇から物質の温度を測定することが行われており、
このような赤外線センサを小型化、高感度化するために
種々の提案がなされている。特に、被測定温度が室温近
傍あるいはそれ以下の場合には、受光できる赤外線の強
度はごく微弱であるため、センサの熱容量を低減し、ま
た受光した赤外線のエネルギーをできるだけ散逸させな
いようにする工夫が必要である。たとえば、従来の赤外
線センサでは、センサ基板上に非常に小さな架橋部を形
成し、この架橋部の上に赤外線感温膜を形成した構造と
なっている。すなわち、素子の感熱部分を支持基板から
浮かせた架橋構造とすることにより応答感度の改善を図
るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の赤
外線センサでは、赤外線感温膜を微小な架橋部上に形成
することにより、赤外線感温膜に入射した赤外線のエネ
ルギーが失われることを防止している。しかしながら、
赤外線感温膜に入射した赤外線のエネルギーは、赤外線
感温膜の周囲の空気を通じても失われるものであり、架
橋構造とするだけでは実用性に優れた高感度の赤外線セ
ンサを得ることができないという問題があった。
外線センサでは、赤外線感温膜を微小な架橋部上に形成
することにより、赤外線感温膜に入射した赤外線のエネ
ルギーが失われることを防止している。しかしながら、
赤外線感温膜に入射した赤外線のエネルギーは、赤外線
感温膜の周囲の空気を通じても失われるものであり、架
橋構造とするだけでは実用性に優れた高感度の赤外線セ
ンサを得ることができないという問題があった。
【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、赤外線感温膜の周囲から失われるエ
ネルギー量を最小限とすることができる高感度の赤外線
センサを提供することにある。
ので、その目的は、赤外線感温膜の周囲から失われるエ
ネルギー量を最小限とすることができる高感度の赤外線
センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による赤外線セン
サは、上面と下面を有するセンサ基板であって、該上下
面に開口している空洞部を有し、この空洞部に位置する
該センサ基板の下面に赤外線感温膜が配設されたセンサ
基板と、このセンサ基板の前記空洞部の上面を覆い、前
記赤外線感温膜の周囲を真空に封止する表蓋と、このセ
ンサ基板の前記空洞部の下面を覆い、前記空洞部に対向
して掘込み部が形成され、前記赤外線感温膜の周囲を真
空に封止する裏蓋とを備えている。
サは、上面と下面を有するセンサ基板であって、該上下
面に開口している空洞部を有し、この空洞部に位置する
該センサ基板の下面に赤外線感温膜が配設されたセンサ
基板と、このセンサ基板の前記空洞部の上面を覆い、前
記赤外線感温膜の周囲を真空に封止する表蓋と、このセ
ンサ基板の前記空洞部の下面を覆い、前記空洞部に対向
して掘込み部が形成され、前記赤外線感温膜の周囲を真
空に封止する裏蓋とを備えている。
【０００６】この赤外線センサでは、センサ基板の空洞
部の上面を覆う表蓋とセンサ基板の空洞部の下面を覆う
裏蓋とにより、赤外線感温膜の周囲が真空状態に封止さ
れているため、赤外線感温膜から失われる赤外線のエネ
ルギー量が最小限に抑えられ、その結果赤外線感温膜の
温度上昇が増大し、センサ感度が著しく向上する。
部の上面を覆う表蓋とセンサ基板の空洞部の下面を覆う
裏蓋とにより、赤外線感温膜の周囲が真空状態に封止さ
れているため、赤外線感温膜から失われる赤外線のエネ
ルギー量が最小限に抑えられ、その結果赤外線感温膜の
温度上昇が増大し、センサ感度が著しく向上する。
【０００７】なお、本明細書においては、「真空」と
は、圧力が１．０Torr以下の状態をいうものとする。但
し、真空度が１０-3Torr以下であれば、１０-3Torrの場
合と実質的にその効果は同じとなる。
は、圧力が１．０Torr以下の状態をいうものとする。但
し、真空度が１０-3Torr以下であれば、１０-3Torrの場
合と実質的にその効果は同じとなる。
【０００８】本発明の赤外線センサでは、より具体的に
は、センサ基板には一対の空洞部を形成し、これら空洞
部にそれぞれ同じ構成の赤外線感温膜を設け、一方の赤
外線感温膜には赤外線を選択的に入射させ、他方の赤外
線感温膜は赤外線の入射を遮蔽する構成とすることが好
ましい。これら赤外線が入射された赤外線感温膜の出力
と、赤外線が入射されない赤外線感温膜の出力との差分
を検出することで、電気的なノイズおよび熱的な外乱を
除去して正味の赤外線量を得ることができる。ここで、
２つの空洞部間を互いに連通させることにより、２つの
空洞部を同一の真空度に保持することができ、より精度
良く赤外線を検出することができる。なお、一対の空洞
部はそれぞれ同一のセンサ基板に形成してもよく、また
同一基板温度と見なせるように熱的に接触させてあれ
ば、それぞれ異なるセンサ基板に形成してもよい。
は、センサ基板には一対の空洞部を形成し、これら空洞
部にそれぞれ同じ構成の赤外線感温膜を設け、一方の赤
外線感温膜には赤外線を選択的に入射させ、他方の赤外
線感温膜は赤外線の入射を遮蔽する構成とすることが好
ましい。これら赤外線が入射された赤外線感温膜の出力
と、赤外線が入射されない赤外線感温膜の出力との差分
を検出することで、電気的なノイズおよび熱的な外乱を
除去して正味の赤外線量を得ることができる。ここで、
２つの空洞部間を互いに連通させることにより、２つの
空洞部を同一の真空度に保持することができ、より精度
良く赤外線を検出することができる。なお、一対の空洞
部はそれぞれ同一のセンサ基板に形成してもよく、また
同一基板温度と見なせるように熱的に接触させてあれ
ば、それぞれ異なるセンサ基板に形成してもよい。
【０００９】センサ基板としては、シリコン、ゲルマニ
ウム等の半導体基板が用いられるが、容易にしかも安価
に手に入れることが可能なシリコン基板を用いることが
好ましい。
ウム等の半導体基板が用いられるが、容易にしかも安価
に手に入れることが可能なシリコン基板を用いることが
好ましい。
【００１０】赤外線感温膜としては、ボロメータ型、サ
ーモパイル型、焦電型等のものを用いることができる
が、特にボロメータ型は赤外線によりセンサ温度が変化
して素子の抵抗が変化するもので、抵抗値から直接に赤
外線量（温度）を知ることができる等の理由によりセン
サの微小化を図ることができるため最も好ましい。この
場合の赤外線感温膜は、アモルファスゲルマニウム（ａ
−Ｇｅ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や、多結
晶ゲルマニウム、多結晶シリコン等の膜により形成され
る。この赤外線感温膜の成膜には、スパッタリング、イ
オンビームスパッタリング、ＣＶＤ（化学的気相成長
法）等が用いられる。この赤外線感温膜の支持構造とし
ては、両端支持の架橋（ブリッジ）構造や、カンチレバ
ー形、ダイヤフラム形等の構造とすることができるが、
熱容量を低減するとともに安定した構造とするためには
両端支持の架橋構造が好ましい。
ーモパイル型、焦電型等のものを用いることができる
が、特にボロメータ型は赤外線によりセンサ温度が変化
して素子の抵抗が変化するもので、抵抗値から直接に赤
外線量（温度）を知ることができる等の理由によりセン
サの微小化を図ることができるため最も好ましい。この
場合の赤外線感温膜は、アモルファスゲルマニウム（ａ
−Ｇｅ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や、多結
晶ゲルマニウム、多結晶シリコン等の膜により形成され
る。この赤外線感温膜の成膜には、スパッタリング、イ
オンビームスパッタリング、ＣＶＤ（化学的気相成長
法）等が用いられる。この赤外線感温膜の支持構造とし
ては、両端支持の架橋（ブリッジ）構造や、カンチレバ
ー形、ダイヤフラム形等の構造とすることができるが、
熱容量を低減するとともに安定した構造とするためには
両端支持の架橋構造が好ましい。
【００１１】架橋構造は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリ
コン窒化膜 (SiNy) 、シリコンオキシナイトライド(SiO
xNy)膜等により形成することができるが、特にシリコン
オキシナイトライド膜により形成することが好ましい。
シリコンオキシナイトライド膜は、シリコン酸化膜とシ
リコン窒化膜との両者の性質を持ち、そのため応力バラ
ンスが良く、安定した架橋構造を形成することが可能と
なる。この架橋部は、たとえばシリコン基板の両面にそ
れぞれシリコンオキシナイトライド膜を形成し、予め一
方の面は架橋構造、他方の面は任意の大きさの窓形状に
それぞれエッチングによりパターニングしておき、ヒド
ラジン水溶液や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等による異方
性エッチングにより作成することができる。
コン窒化膜 (SiNy) 、シリコンオキシナイトライド(SiO
xNy)膜等により形成することができるが、特にシリコン
オキシナイトライド膜により形成することが好ましい。
シリコンオキシナイトライド膜は、シリコン酸化膜とシ
リコン窒化膜との両者の性質を持ち、そのため応力バラ
ンスが良く、安定した架橋構造を形成することが可能と
なる。この架橋部は、たとえばシリコン基板の両面にそ
れぞれシリコンオキシナイトライド膜を形成し、予め一
方の面は架橋構造、他方の面は任意の大きさの窓形状に
それぞれエッチングによりパターニングしておき、ヒド
ラジン水溶液や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等による異方
性エッチングにより作成することができる。
【００１２】表蓋および裏蓋は、赤外線感温膜の周囲を
真空封止するためのもので、一方の蓋体をセンサ基板の
一面に接合させた後、真空中において他方の蓋体をセン
サ基板の他面に接合させることにより真空状態に封止す
ることができる。蓋体としては、シリコン基板を用いる
ことができ、この場合一対の赤外線感温膜のうち一方の
赤外線感温膜に選択的に赤外線を導くためにシリコンの
両面には、アルミニウム膜等の赤外線遮蔽膜を設け、こ
の赤外線遮蔽膜に部分的に窓（開口部）を設けた構成と
することが好ましい。
真空封止するためのもので、一方の蓋体をセンサ基板の
一面に接合させた後、真空中において他方の蓋体をセン
サ基板の他面に接合させることにより真空状態に封止す
ることができる。蓋体としては、シリコン基板を用いる
ことができ、この場合一対の赤外線感温膜のうち一方の
赤外線感温膜に選択的に赤外線を導くためにシリコンの
両面には、アルミニウム膜等の赤外線遮蔽膜を設け、こ
の赤外線遮蔽膜に部分的に窓（開口部）を設けた構成と
することが好ましい。
【００１３】蓋体の接合手段としては、たとえば半田接
合法や陽極接合法がある。陽極接合は、ガラス（たとえ
ばパイレックスガラス）とシリコンとを接合させる技術
で、シリコン基板とガラスとの界面にあるシリコンと酸
素との共有結合によりガラス／シリコン界面が接合され
ると言われている。この陽極接合法を用いる場合には、
赤外線センサの感温膜周辺を真空に保つために、この接
合を真空下で行い、真空封止する。この真空封止のため
には、シリコンによる表蓋とシリコンのセンサ基板、シ
リコンの裏蓋とシリコンのセンサ基板との間にそれぞれ
ガラス層が必要であり、表蓋かセンサ基板のどちらか一
方、裏蓋かセンサ基板のどちらか一方に、たとえばスパ
ッタリング法によりガラス薄膜を設ける必要がある。
合法や陽極接合法がある。陽極接合は、ガラス（たとえ
ばパイレックスガラス）とシリコンとを接合させる技術
で、シリコン基板とガラスとの界面にあるシリコンと酸
素との共有結合によりガラス／シリコン界面が接合され
ると言われている。この陽極接合法を用いる場合には、
赤外線センサの感温膜周辺を真空に保つために、この接
合を真空下で行い、真空封止する。この真空封止のため
には、シリコンによる表蓋とシリコンのセンサ基板、シ
リコンの裏蓋とシリコンのセンサ基板との間にそれぞれ
ガラス層が必要であり、表蓋かセンサ基板のどちらか一
方、裏蓋かセンサ基板のどちらか一方に、たとえばスパ
ッタリング法によりガラス薄膜を設ける必要がある。
【００１４】この陽極接合による蓋体の接合方法を、さ
らに具体的に説明する。まず、カソード上に裏蓋を作製
したウエハ（裏蓋用ウエハ）をのせ、その上にセンサ本
体を作製したウエハ（センサ本体用ウエハ）を置く。こ
こで、裏蓋の接触面にはあらかじめスパッタリングによ
り低融点ガラスを成膜しておく。次に、センサ本体用ウ
エハ上に針上の電極を立て、カソードとの間に３０〜１
００Ｖの直流電圧を印加する。陽極接合の進行は、電流
値をモニタすることにより行う。通常、電流値は単調減
少をして漏れ電流のレベル（試料の面積によるが、通常
１ｍＡ程度）で終了する。そして、この状態で、ヘリウ
ムリークディテクタを用い接合部のリークテストを行
う。次に、同様の方法で、この接合済みのウエハと表蓋
を作製した（表蓋用ウエハ）との接合を行う。この接合
以降の作業は、センサ本体を真空封止するために、真空
チャンバ内で行う。真空中での両者の位置合わせは、大
気中と同様の作業が不可能であるので、真空用のぞき窓
（石英製）を通して赤外線スコープで行う。また、真空
排気の際には、密封空間の部分の排気のために、排気の
コンダクタンスを十分取るように両者の間隔を開け、真
空度が１０-5Torr以下であることを確認した後に接触さ
せ接合させる。なお、表蓋や裏蓋をガラスで形成した場
合には、ガラス薄膜の必要がなく、そのまま両者を接合
できる。また、上記のようにシリコン基板とシリコンの
蓋とを用いた場合、どちらも単結晶で構成すると、単結
晶性のため含有ガスが極めて少なく、かつ外部からのガ
スの透過も極めて少ないので、空洞部の真空保持には好
適である。
らに具体的に説明する。まず、カソード上に裏蓋を作製
したウエハ（裏蓋用ウエハ）をのせ、その上にセンサ本
体を作製したウエハ（センサ本体用ウエハ）を置く。こ
こで、裏蓋の接触面にはあらかじめスパッタリングによ
り低融点ガラスを成膜しておく。次に、センサ本体用ウ
エハ上に針上の電極を立て、カソードとの間に３０〜１
００Ｖの直流電圧を印加する。陽極接合の進行は、電流
値をモニタすることにより行う。通常、電流値は単調減
少をして漏れ電流のレベル（試料の面積によるが、通常
１ｍＡ程度）で終了する。そして、この状態で、ヘリウ
ムリークディテクタを用い接合部のリークテストを行
う。次に、同様の方法で、この接合済みのウエハと表蓋
を作製した（表蓋用ウエハ）との接合を行う。この接合
以降の作業は、センサ本体を真空封止するために、真空
チャンバ内で行う。真空中での両者の位置合わせは、大
気中と同様の作業が不可能であるので、真空用のぞき窓
（石英製）を通して赤外線スコープで行う。また、真空
排気の際には、密封空間の部分の排気のために、排気の
コンダクタンスを十分取るように両者の間隔を開け、真
空度が１０-5Torr以下であることを確認した後に接触さ
せ接合させる。なお、表蓋や裏蓋をガラスで形成した場
合には、ガラス薄膜の必要がなく、そのまま両者を接合
できる。また、上記のようにシリコン基板とシリコンの
蓋とを用いた場合、どちらも単結晶で構成すると、単結
晶性のため含有ガスが極めて少なく、かつ外部からのガ
スの透過も極めて少ないので、空洞部の真空保持には好
適である。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。
的に説明する。
【００１６】図１は本発明の一実施例に係る赤外線セン
サ１０の構成を表すものである。本実施例の赤外線セン
サ１０は、センサ基板としてシリコン基板（単結晶シリ
コン）１１を有し、このシリコン基板１１には２つの空
洞部１４ａ、１４ｂが形成されている。これら空洞部１
４ａ、１４ｂはそれぞれシリコン基板１１の上下面に開
口している。シリコン基板１１の下面には、２本の架橋
部１２ａ、１２ｂを有するシリコンオキシナイトライド
(SiOxNy)膜１２が形成されている。架橋部１２ａ、１２
ｂの各中央部の下面には赤外線感温膜１３ａ、１３ｂが
設けられている。これら赤外線感温膜１３ａ、１３ｂ
は、たとえばアモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）に
より形成されている。赤外線感温膜１３ａ、１３ｂに
は、図示しないがアルミニウム（Ａl ）膜により形成さ
れた電極配線層の一端部が電気的に接続され、この電極
配線層の他端部はシリコン基板１１の下面の周縁部に形
成された電極パッド１５ａ、１５ｂに接続されている。
サ１０の構成を表すものである。本実施例の赤外線セン
サ１０は、センサ基板としてシリコン基板（単結晶シリ
コン）１１を有し、このシリコン基板１１には２つの空
洞部１４ａ、１４ｂが形成されている。これら空洞部１
４ａ、１４ｂはそれぞれシリコン基板１１の上下面に開
口している。シリコン基板１１の下面には、２本の架橋
部１２ａ、１２ｂを有するシリコンオキシナイトライド
(SiOxNy)膜１２が形成されている。架橋部１２ａ、１２
ｂの各中央部の下面には赤外線感温膜１３ａ、１３ｂが
設けられている。これら赤外線感温膜１３ａ、１３ｂ
は、たとえばアモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）に
より形成されている。赤外線感温膜１３ａ、１３ｂに
は、図示しないがアルミニウム（Ａl ）膜により形成さ
れた電極配線層の一端部が電気的に接続され、この電極
配線層の他端部はシリコン基板１１の下面の周縁部に形
成された電極パッド１５ａ、１５ｂに接続されている。
【００１７】シリコン基板１１の上面にはシリコンオキ
シナイトライド膜１６が形成され、このシリコンオキシ
ナイトライド膜１６の上面に表蓋１７が接合されてい
る。表蓋１７はシリコン基板１８により形成されてお
り、その表裏の両面にはそれぞれ赤外線反射防止膜１９
ａ、１９ｂが設けられている。これら赤外線反射防止膜
１９ａ、１９ｂの各表面には、たとえばアルミニウム
（Ａｌ）により形成された赤外線遮蔽膜２０ａ、２０ｂ
が形成され、これら赤外線遮蔽膜２０ａ、２０ｂの図に
おいて右側の赤外線感温膜１３ａに対向する位置には赤
外線案内用の開口部２１が設けられている。この表蓋１
７はたとえば高融点半田接合法によりシリコンオキシナ
イトライド膜１６に接合される。
シナイトライド膜１６が形成され、このシリコンオキシ
ナイトライド膜１６の上面に表蓋１７が接合されてい
る。表蓋１７はシリコン基板１８により形成されてお
り、その表裏の両面にはそれぞれ赤外線反射防止膜１９
ａ、１９ｂが設けられている。これら赤外線反射防止膜
１９ａ、１９ｂの各表面には、たとえばアルミニウム
（Ａｌ）により形成された赤外線遮蔽膜２０ａ、２０ｂ
が形成され、これら赤外線遮蔽膜２０ａ、２０ｂの図に
おいて右側の赤外線感温膜１３ａに対向する位置には赤
外線案内用の開口部２１が設けられている。この表蓋１
７はたとえば高融点半田接合法によりシリコンオキシナ
イトライド膜１６に接合される。
【００１８】一方、シリコン基板１１の下面には裏蓋２
２が接合されている。この裏蓋２２は表蓋１７と同様に
シリコンにより形成されており、その上面にはシリコン
基板１１の空洞部１４ａ、１４ｂ各々に対向して堀込み
部２３ａ、２３ｂが形成されている。これら堀込み部２
３ａ、２３ｂ間は連通部２４を介して連通している。裏
蓋２２はシリコンオキシナイトライド膜１２に真空雰囲
気中において高融点半田接合または陽極接合法により接
合されており、その結果シリコン基板１１の空洞部１４
ａ、１４ｂと裏蓋２２の堀込み部２３ａ、２３ｂ内の赤
外線感温膜１３ａ、１３ｂはそれぞれ同一真空度の状態
に封止されている。
２が接合されている。この裏蓋２２は表蓋１７と同様に
シリコンにより形成されており、その上面にはシリコン
基板１１の空洞部１４ａ、１４ｂ各々に対向して堀込み
部２３ａ、２３ｂが形成されている。これら堀込み部２
３ａ、２３ｂ間は連通部２４を介して連通している。裏
蓋２２はシリコンオキシナイトライド膜１２に真空雰囲
気中において高融点半田接合または陽極接合法により接
合されており、その結果シリコン基板１１の空洞部１４
ａ、１４ｂと裏蓋２２の堀込み部２３ａ、２３ｂ内の赤
外線感温膜１３ａ、１３ｂはそれぞれ同一真空度の状態
に封止されている。
【００１９】空洞部１４ａ、１４ｂおよび堀込み部２３
ａ、２３ｂの各壁面にはそれぞれたとえばニッケル（Ｎ
ｉ）により形成された赤外線反射膜２５が設けられてお
り、一方の赤外線感温膜１３ａ側へ入射した赤外線の他
方の赤外線感温膜１３ｂへの入射を防止している。裏蓋
２２の周縁部の電極パッド１５ａ、１５ｂにはＦＰＣ
（フレキシブル・プリント・サーキット）基板２６が電
気的に接続されている。赤外線センサ１０全体は銅（Ｃ
ｕ）により形成された台座２７により支持されている。
台座２７の中央部には凹部２８が形成され、この凹部２
８に裏蓋２２が低融点半田接合法により接合されてい
る。
ａ、２３ｂの各壁面にはそれぞれたとえばニッケル（Ｎ
ｉ）により形成された赤外線反射膜２５が設けられてお
り、一方の赤外線感温膜１３ａ側へ入射した赤外線の他
方の赤外線感温膜１３ｂへの入射を防止している。裏蓋
２２の周縁部の電極パッド１５ａ、１５ｂにはＦＰＣ
（フレキシブル・プリント・サーキット）基板２６が電
気的に接続されている。赤外線センサ１０全体は銅（Ｃ
ｕ）により形成された台座２７により支持されている。
台座２７の中央部には凹部２８が形成され、この凹部２
８に裏蓋２２が低融点半田接合法により接合されてい
る。
【００２０】この赤外線センサでは、赤外線は図の上方
から表蓋１７の開口部２１および空洞部１４ａを通して
一方の赤外線感温膜１３ａに選択的に入射される。他方
の赤外線感温膜１４ｂでは赤外線遮蔽膜２０ａ、２０ｂ
により赤外線の入射が遮蔽される。この赤外線が入射さ
れる赤外線感温膜１３ａと赤外線が遮蔽される赤外線感
温膜１３ｂとの差動出力がＦＰＣ基板２６を介して検出
される。ここで、空洞部１４ａおよび堀込み部２３ａ内
の赤外線感温膜１３ａの周囲は真空状態に保持されてい
るため、入射した赤外線のエネルギー量が大気を通じて
失われることがなく、微量な被検体からの赤外線を効率
よく吸収でき、応答感度が向上する。一方、他方の空洞
部１４ｂおよび堀込み部２３ｂ内の赤外線感温膜１３ｂ
も同じ程度の真空状態に保持されているため、２つの赤
外線感温膜１３ａ、１３ｂ間の作動出力により真の赤外
線量を検出することができる。
から表蓋１７の開口部２１および空洞部１４ａを通して
一方の赤外線感温膜１３ａに選択的に入射される。他方
の赤外線感温膜１４ｂでは赤外線遮蔽膜２０ａ、２０ｂ
により赤外線の入射が遮蔽される。この赤外線が入射さ
れる赤外線感温膜１３ａと赤外線が遮蔽される赤外線感
温膜１３ｂとの差動出力がＦＰＣ基板２６を介して検出
される。ここで、空洞部１４ａおよび堀込み部２３ａ内
の赤外線感温膜１３ａの周囲は真空状態に保持されてい
るため、入射した赤外線のエネルギー量が大気を通じて
失われることがなく、微量な被検体からの赤外線を効率
よく吸収でき、応答感度が向上する。一方、他方の空洞
部１４ｂおよび堀込み部２３ｂ内の赤外線感温膜１３ｂ
も同じ程度の真空状態に保持されているため、２つの赤
外線感温膜１３ａ、１３ｂ間の作動出力により真の赤外
線量を検出することができる。
【００２１】（第１の実験例）
【００２２】図２は本発明の赤外線センサによる効果を
確認するために行った実験システムの概略構成を表すも
のである。ここでは、光源３１として出力波長６７３ｎ
ｍの半導体レーザを用いた。この半導体レーザの出力光
をレンズ３２により赤外線センサ１０の一方の赤外線感
温膜１３ａに集光させ、この赤外線感温膜１３ａと赤外
線感温膜１３ｂとの差動出力を得た。なお、半導体レー
ザの出力は赤外線感温膜１３ａの応答感度を見るために
パルス状とした。
確認するために行った実験システムの概略構成を表すも
のである。ここでは、光源３１として出力波長６７３ｎ
ｍの半導体レーザを用いた。この半導体レーザの出力光
をレンズ３２により赤外線センサ１０の一方の赤外線感
温膜１３ａに集光させ、この赤外線感温膜１３ａと赤外
線感温膜１３ｂとの差動出力を得た。なお、半導体レー
ザの出力は赤外線感温膜１３ａの応答感度を見るために
パルス状とした。
【００２３】図４は比較例として、赤外線センサ１０を
大気中にセットして実験を行った結果（時間Ｔと温度上
昇値ｄＴとの関係）を示すもので、この場合には半導体
レーザの出力に応答した差動出力を明確に検出できなか
った。これに対して、図３は赤外線センサ１０を真空中
（３．２×１０-5Torr）にセットして同じ条件で実験を
行った結果を示すもので、大気中の場合に比べて差動出
力が明確に検出され、応答感度が向上していることがわ
かった。また、図５は上記実験を真空度Ｐを変化させて
行い、大気中の測定結果と比較して示すものである。こ
こで、データ中の括弧内が大気中の場合に対する比較値
を表している。真空度Ｐが１．０Torrのときから効果が
明確に現れ（１．５倍）、約１０-3Torrになると約２０
倍となった。真空度がそれ以下では、１０-3Torrの場合
とほぼ同等の応答が得られた。
大気中にセットして実験を行った結果（時間Ｔと温度上
昇値ｄＴとの関係）を示すもので、この場合には半導体
レーザの出力に応答した差動出力を明確に検出できなか
った。これに対して、図３は赤外線センサ１０を真空中
（３．２×１０-5Torr）にセットして同じ条件で実験を
行った結果を示すもので、大気中の場合に比べて差動出
力が明確に検出され、応答感度が向上していることがわ
かった。また、図５は上記実験を真空度Ｐを変化させて
行い、大気中の測定結果と比較して示すものである。こ
こで、データ中の括弧内が大気中の場合に対する比較値
を表している。真空度Ｐが１．０Torrのときから効果が
明確に現れ（１．５倍）、約１０-3Torrになると約２０
倍となった。真空度がそれ以下では、１０-3Torrの場合
とほぼ同等の応答が得られた。
【００２４】（第２の実験例）
【００２５】図６は第２の実験例としての赤外線センサ
を表すものである。この実験例では、赤外線センサ１０
をキャンパッケージ４０内に真空封止したもので、赤外
線センサ１０は、ステム４１上に耐熱性エボキシ樹脂を
用いてダイボンディングされている。赤外線遮蔽板４２
はキャンパッケージ４０のリード端子４３上に配設され
ている。ステム４１上にはキャップ４４が半田接合さ
れ、このキャップ４４の上面開口部４５はシリコンによ
り形成された反射防止膜４６で覆われている。反射防止
膜４６はキャップ４４に対して低融点ガラス４７により
固定されている。キャップ４４内の天井面および赤外線
遮蔽板４２上にはそれぞれ、内部ガスを吸着させるため
のゲッター材４８が付着されている。ゲッター材４８と
しては、Ｚｒ（ジルコニウム）とＣ（炭素）との混合粉
末を水で溶いたもの（活性化温度２２５°Ｃ、技研科学
社製）を用いた。
を表すものである。この実験例では、赤外線センサ１０
をキャンパッケージ４０内に真空封止したもので、赤外
線センサ１０は、ステム４１上に耐熱性エボキシ樹脂を
用いてダイボンディングされている。赤外線遮蔽板４２
はキャンパッケージ４０のリード端子４３上に配設され
ている。ステム４１上にはキャップ４４が半田接合さ
れ、このキャップ４４の上面開口部４５はシリコンによ
り形成された反射防止膜４６で覆われている。反射防止
膜４６はキャップ４４に対して低融点ガラス４７により
固定されている。キャップ４４内の天井面および赤外線
遮蔽板４２上にはそれぞれ、内部ガスを吸着させるため
のゲッター材４８が付着されている。ゲッター材４８と
しては、Ｚｒ（ジルコニウム）とＣ（炭素）との混合粉
末を水で溶いたもの（活性化温度２２５°Ｃ、技研科学
社製）を用いた。
【００２６】キャンパッケージ４０の真空封止は、ステ
ム４１およびキャップ４４の双方を真空容器内に入れ、
内部を真空引き（３×１０-6Torr）した後、ステム４１
およびキャップ４４をそれぞれヒータにより２３０°Ｃ
まで加熱するとともに、脱ガスを３時間行い、その後、
ステム４１とキャップ４４とをゆっくり合わせて両者を
接合することにより行った。半田は融点２２１°Ｃでフ
ラックス入りのものを用い、大気下でステム４１および
キャップ４４それぞれにあらかじめ半田を溶かしてのせ
ておき、その後、トリクレンを用いて半田表面のフラッ
クスを除去した。
ム４１およびキャップ４４の双方を真空容器内に入れ、
内部を真空引き（３×１０-6Torr）した後、ステム４１
およびキャップ４４をそれぞれヒータにより２３０°Ｃ
まで加熱するとともに、脱ガスを３時間行い、その後、
ステム４１とキャップ４４とをゆっくり合わせて両者を
接合することにより行った。半田は融点２２１°Ｃでフ
ラックス入りのものを用い、大気下でステム４１および
キャップ４４それぞれにあらかじめ半田を溶かしてのせ
ておき、その後、トリクレンを用いて半田表面のフラッ
クスを除去した。
【００２７】図７は、図６のキャンパッケージ４０を用
いた赤外線センサにより赤外線を測定した結果を示すも
ので、内部を大気とした従来のものものに比較して約１
４倍の感度上昇が得られることが確認できた。
いた赤外線センサにより赤外線を測定した結果を示すも
ので、内部を大気とした従来のものものに比較して約１
４倍の感度上昇が得られることが確認できた。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明の赤外線セン
サによれば、上下面に開口した空洞部を有するセンサ基
板の両面に表蓋および裏蓋を配設し、赤外線感温膜の周
囲を真空状態に封止するようにしたので、赤外線感温膜
から失われる赤外線のエネルギー量を最小限に抑えるこ
とができ、センサ感度が著しく向上するという効果があ
る。
サによれば、上下面に開口した空洞部を有するセンサ基
板の両面に表蓋および裏蓋を配設し、赤外線感温膜の周
囲を真空状態に封止するようにしたので、赤外線感温膜
から失われる赤外線のエネルギー量を最小限に抑えるこ
とができ、センサ感度が著しく向上するという効果があ
る。
【図１】本発明の一実施例に係る赤外線センサの縦断面
図である。
図である。
【図２】本発明の第１の実験例に係るシステムの概略構
成を表す図である。
成を表す図である。
【図３】図２の実験システムによる本発明の測定結果を
表す図である。
表す図である。
【図４】本発明に対する大気中での比較例を表す図であ
る。
る。
【図５】真空度と温度上昇値との関係を大気中の測定結
果と比較して示す図である。
果と比較して示す図である。
【図６】本発明の第２の実験例を説明するためのキャン
パッケージの断面構成図である。
パッケージの断面構成図である。
【図７】第２の実験例の測定結果を示す図である。
１０ 赤外線センサ １１ シリコン基板 １２ａ、１２ｂ 架橋部 １３ａ、１３ｂ 赤外線感温膜 １４ａ、１４ｂ 空洞部 １７ 表蓋 ２２ 裏蓋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 武寿 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 (72)発明者 木村 光照 宮城県宮城郡七ケ浜町汐見台３丁目２番 地56号 (56)参考文献 特開 平４−1535（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−199933（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−96548（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 5/02 H01L 31/02
Claims (4)
- 【請求項１】 上面と下面を有するセンサ基板であっ
て、該上下面に開口している空洞部を有し、この空洞部
に位置する該センサ基板の下面に赤外線感温膜が配設さ
れたセンサ基板と、このセンサ基板の前記空洞部の上面を覆い、前記赤外線
感温膜の周囲を真空に封止する表蓋と、 このセンサ基板の前記空洞部の下面を覆い、前記空洞部
に対向して掘込み部が形成され、前記赤外線感温膜の周
囲を真空に封止する裏蓋 とを備えたことを特徴とする赤
外線センサ。 - 【請求項２】 前記赤外線感温膜が、前記センサ基板の
下面に形成された架橋部に設けられてなることを特徴と
する請求項１に記載の赤外線センサ。 - 【請求項３】 前記表蓋が赤外線反射防止膜を有するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線セン
サ。 - 【請求項４】 前記センサ基板の下面の周縁部に複数の
電極パッドが形成され、該電極パッドは前記赤外線感温
膜と電気的に接続されており、前記電極パッドは前記裏
蓋の周辺部からＦＰＣ基板と電気的に接続されているこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の赤
外線センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31170992A JP3200657B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-11-20 | 赤外線センサ |
| US08/047,472 US5397897A (en) | 1992-04-17 | 1993-04-19 | Infrared sensor and method for production thereof |
| EP93106318A EP0566156B1 (en) | 1992-04-17 | 1993-04-19 | Infrared sensor and method for production thereof |
| DE69313337T DE69313337T2 (de) | 1992-04-17 | 1993-04-19 | Infrarotsensor und Verfahren für dessen Herstellung |
| US08/365,036 US5521123A (en) | 1992-04-17 | 1994-12-28 | Infrared sensor and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-111914 | 1992-04-30 | ||
| JP11191492 | 1992-04-30 | ||
| JP31170992A JP3200657B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-11-20 | 赤外線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674820A JPH0674820A (ja) | 1994-03-18 |
| JP3200657B2 true JP3200657B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=26451202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31170992A Expired - Fee Related JP3200657B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-11-20 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3200657B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9799700B2 (en) | 2014-09-12 | 2017-10-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Infrared sensor |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5962854A (en) * | 1996-06-12 | 1999-10-05 | Ishizuka Electronics Corporation | Infrared sensor and infrared detector |
| US7435964B2 (en) * | 2005-01-26 | 2008-10-14 | Analog Devices, Inc. | Thermal sensor with increased sensitivity |
| JP4837328B2 (ja) * | 2005-08-01 | 2011-12-14 | 新光電気工業株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| DE102007024902B8 (de) * | 2007-05-29 | 2010-12-30 | Pyreos Ltd. | Vorrichtung mit Membranstruktur zur Detektion von Wärmestrahlung, Verfahren zum Herstellen und Verwendung der Vorrichtung |
| JP6773089B2 (ja) * | 2013-02-21 | 2020-10-21 | 株式会社リコー | デバイス |
| GB2532733A (en) | 2014-11-25 | 2016-06-01 | Melexis Technologies Nv | Radiation detector comprising a compensating sensor |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP31170992A patent/JP3200657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9799700B2 (en) | 2014-09-12 | 2017-10-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Infrared sensor |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0674820A (ja) | 1994-03-18 |
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