JP3217533B2 - Infrared sensor - Google Patents

Infrared sensor

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JP3217533B2
JP3217533B2 JP09384193A JP9384193A JP3217533B2 JP 3217533 B2 JP3217533 B2 JP 3217533B2 JP 09384193 A JP09384193 A JP 09384193A JP 9384193 A JP9384193 A JP 9384193A JP 3217533 B2 JP3217533 B2 JP 3217533B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体から放出される赤
外線を検出する赤外線センサ、特に、単一の素子で物体
が停止している場合も移動している場合も精度よく検出
できる赤外線センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared sensor for detecting infrared rays emitted from an object, and more particularly to an infrared sensor capable of accurately detecting whether an object is stopped or moving with a single element. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体から放出される赤外線を受けて熱を
発生し、この熱を電気信号に変換して赤外線を検出する
素子として、代表的なものに、熱電対を使ったサーモパ
イルや焦電体を使った焦電素子がある。これらは、その
特性を生かして熱源を検出する家庭電化製品、医療機
器、各種炉の制御部、防犯設備、火災警報器、自動員数
計測関係等多岐にわたり使用されている。
2. Description of the Related Art A thermopile or pyroelectric element using a thermocouple is typically used as an element for generating heat by receiving infrared rays emitted from an object and converting the heat into an electric signal to detect the infrared rays. There is a pyroelectric element using the body. These are used in a wide variety of applications, such as home appliances, medical equipment, control units of various furnaces, security equipment, fire alarms, and automatic number measurement, which take advantage of their characteristics to detect heat sources.

【0003】図6はサーモパイルの基本構造を示す。半
導体基板1表面に絶縁薄膜2を形成し、絶縁薄膜2上に
異種の金属あるいは半導体3、4を接合させて配設して
熱電対を形成し、接合部が存在する絶縁薄膜2の中央部
領域下の半導体基板層を除去したものである。サーモパ
イルでは、赤外線が入射して接合部が加熱されるとゼー
ベック効果により異種金属あるいは半導体3、4間に起
電力が生じ、この起電力によって赤外線が検出される。
通常、使用されているサーモパイルは、上記構造の熱電
対が複数個直列に接続されて充分な電圧が得られるよう
になっている。サーモパイルの長所は、別途処理回路を
設けることにより、温度を非接触の状態で測定すること
ができ、入射赤外線が時間的に変化しない定常的な状態
の場合、高感度で検出可能なことである。しかし、欠点
として時間的に変化する赤外線に対して比較的感度が低
いことが挙げられる。
FIG . 6 shows a basic structure of a thermopile. An insulating thin film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1, and a different type of metal or semiconductors 3 and 4 are bonded and arranged on the insulating thin film 2 to form a thermocouple. The semiconductor substrate layer below the region is removed. In the thermopile, when infrared rays are incident and the joint is heated, an electromotive force is generated between the dissimilar metals or semiconductors 3 and 4 by the Seebeck effect, and the infrared rays are detected by the electromotive force.
Usually, the thermopile used is such that a plurality of thermocouples having the above structure are connected in series to obtain a sufficient voltage. The advantage of the thermopile is that the temperature can be measured in a non-contact state by providing a separate processing circuit, and it can be detected with high sensitivity in a steady state where the incident infrared ray does not change with time. . However, a disadvantage is that it is relatively insensitive to infrared light that changes over time.

【0004】図7は焦電素子の基本構造を示す。半導体
基板5表面に絶縁薄膜6を形成し、絶縁薄膜6上に下部
電極7と焦電体薄膜8と上部電極9を積層構造に配設
し、焦電体薄膜8が存在する絶縁薄膜6の中央部領域下
の半導体基板層を除去したものである。焦電素子では、
赤外線が入射して焦電体薄膜8が加熱されると、焦電効
果により、上部電極9と下部電極7に電荷が誘起され、
起電力が生ずる。この起電力によって赤外線が検出され
る。焦電素子の長所は、入射赤外線が時間的に変化する
場合に高感度で検出する能力があり、その上に複数の焦
電素子を配列することにより、物体の移動方向を検知で
きる点にある。一方、欠点は、焦電効果の特性上、入射
する赤外線が時間的に変化する場合高感度の出力が得ら
れるが、入射赤外線が定常状態の場合出力が零になるこ
とである。したがって、停止している物体からの定常的
な赤外線を焦電素子で検出する場合には、赤外線をチョ
ッピングする等特別な操作が必要である。サーモパイル
と焦電素子はそれぞれ上記のような欠点を持っているた
め、移動している物体からの赤外線と停止している物体
からの赤外線をもれなく検出する際、従来は、サーモパ
イルと焦電素子の両方の素子を併用する方法が採られて
きた。
FIG . 7 shows a basic structure of a pyroelectric element. An insulating thin film 6 is formed on the surface of a semiconductor substrate 5, and a lower electrode 7, a pyroelectric thin film 8, and an upper electrode 9 are disposed on the insulating thin film 6 in a laminated structure. The semiconductor substrate layer below the central region is removed. In the pyroelectric element,
When infrared light is incident and the pyroelectric thin film 8 is heated, charges are induced in the upper electrode 9 and the lower electrode 7 by the pyroelectric effect,
An electromotive force is generated. Infrared rays are detected by this electromotive force. The advantage of the pyroelectric element is that it has the ability to detect with high sensitivity when the incident infrared ray changes over time, and that by arranging a plurality of pyroelectric elements thereon, it is possible to detect the moving direction of the object. . On the other hand, a disadvantage is that due to the characteristics of the pyroelectric effect, a high-sensitivity output can be obtained when the incident infrared ray changes with time, but the output becomes zero when the incident infrared ray is in a steady state. Therefore, when a stationary infrared ray from a stationary object is detected by the pyroelectric element, a special operation such as chopping the infrared ray is required. Since the thermopile and pyroelectric element each have the above-mentioned disadvantages, conventionally, when detecting infrared light from a moving object and infrared light from a stationary object without fail, conventionally, the thermopile and the pyroelectric element are used. A method in which both elements are used in combination has been adopted.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来は、サーモパイル
と焦電素子は別の素子であり、サーモパイルと焦電素子
を併用する場合は、当然これらを個別に取り扱い装置等
に組み込む必要があり、光学的、電気回路的にそれぞれ
別に空間を専有することになり、大きな空間が必要にな
るとともに、コストも割高になる等の問題があった。本
発明は、上記の問題を解消するためになされたもので、
単一の素子にサーモパイルと焦電素子の両機能を持たせ
た赤外線センサを提供することを目的とする。
Conventionally, a thermopile and a pyroelectric element are separate elements, and when a thermopile and a pyroelectric element are used together, it is, of course, necessary to individually incorporate them into a handling device or the like. There is a problem in that the space is individually occupied in terms of the target and the electric circuit, which requires a large space and increases the cost. The present invention has been made to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide an infrared sensor in which a single element has both functions of a thermopile and a pyroelectric element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線センサ
は、半導体基板の表面に形成した同一の上面絶縁薄膜上
に焦電素子部とサーモパイル部とを積層構造に一体に形
成し、サーモパイルと焦電素子の両方の機能を持たせた
ものである。
According to the infrared sensor of the present invention, a pyroelectric element portion and a thermopile portion are integrally formed in a laminated structure on the same upper insulating thin film formed on the surface of a semiconductor substrate, and the thermopile and the thermopile are integrated. It has both functions of the electric element.

【0007】[0007]

【作用】上記のような構成にすると、停止している物体
から放出される赤外線はサーモパイル部によって検出さ
れ、移動している物体から放出される赤外線は焦電素子
部によって検出され、単一素子で移動している物体も停
止している物体も精度よく検出することができる。
With the above arrangement, infrared rays emitted from a stationary object are detected by the thermopile unit, and infrared rays emitted from a moving object are detected by the pyroelectric element unit. , It is possible to accurately detect both moving and stationary objects.

【0008】[0008]

【実施例】図1(a)(b)は本発明の一実施例を示
す。図1(a)は平面図で、図1(b)は図1(a)の
AA断面における断面図で、10はn型Si結晶片の半
導体基板、11はSiO2からなる上面絶縁薄膜、12
は半導体基板10と上面絶縁薄膜11との密着域、13
は空胴域、14はPtで形成した下部電極、15はPb
TiO3、Pb(Zr,Ti)O3、(Pb,La)(Z
r,Ti)O3等からなる焦電体薄膜、16はAuで形
成した上部電極であり、下部電極14と焦電体薄膜15
と上部電極16で焦電素子部を構成している。29は上
部電極16を覆うようにCVD法で形成したSiO 2
からなる上部絶縁薄膜であり、19は(BiSb)2
3 、PbTe、ZnSb等からなる正の熱電能をもつ
熱電材料甲、20はBi2(TeSe)3、InSb、I
nAsP等からなる負の熱電能を持つ熱電材料乙であ
り、これら異種の熱電材料甲19および乙20が交互に
直列に接続されて配列され、複数の熱電対が形成されて
おり、この複数の熱電対がサーモパイル部を構成してい
る。また、図1(a)では吸収体27に隠れているが熱
電材料甲、乙19、20の温接点は上部絶縁薄膜29を
介して焦電素子部上に非接触構造に配設されており、
接点18は上面絶縁薄膜11の密着域12上に形成され
ている。22、23はそれぞれサーモパイル部の熱電材
料甲、乙19、20端に導通した電極パッド、24、2
5はそれぞれ焦電素子部の電極14、16に導通した電
極パッド、26は半導体基板10を保持する金属フレー
ム、27は赤外線を吸収するための吸収体であり、Si
2膜をAu黒又はBi黒で被覆したものである。28
は下面絶縁薄膜である。
1A and 1B show an embodiment of the present invention. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A, 10 is a semiconductor substrate of an n-type Si crystal piece, 11 is a top insulating thin film made of SiO 2 , 12
Denotes a contact area between the semiconductor substrate 10 and the upper insulating thin film 11;
Is a cavity region, 14 is a lower electrode formed of Pt, and 15 is Pb.
TiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 , (Pb, La) (Z
a pyroelectric thin film 16 made of (r, Ti) O 3 or the like; 16 is an upper electrode formed of Au; the lower electrode 14 and the pyroelectric thin film 15
And the upper electrode 16 constitute a pyroelectric element portion. 29 is above
SiO 2 film formed by a CVD method so as to cover the unit electrodes 16
And 19 is (BiSb) 2 T
thermoelectric material A having a positive thermoelectric power such as e 3 , PbTe, ZnSb, etc., 20 is Bi 2 (TeSe) 3 , InSb, I
A thermoelectric material B having a negative thermoelectric power such as nAsP, and these different thermoelectric materials A and B are alternately connected in series and arranged to form a plurality of thermocouples. The thermocouple forms the thermopile. In FIG. 1A, the heat is hidden by the absorber 27,
For the hot junction of the electronic materials A, Otsu 19 and 20, the upper insulating thin film 29
The cold junction 18 is formed on the contact area 12 of the upper surface insulating thin film 11 in a non-contact structure on the pyroelectric element portion via the intermediary . Reference numerals 22 and 23 denote thermoelectric material shells of the thermopile portion, electrode pads electrically connected to ends 19 and 20, respectively.
5 is an electrode pad electrically connected to the electrodes 14 and 16 of the pyroelectric element portion, 26 is a metal frame holding the semiconductor substrate 10, 27 is an absorber for absorbing infrared rays,
The O 2 film is coated with Au black or Bi black. 28
Is a lower surface insulating thin film.

【0009】図1の実施例の製造方法は、まずn型Si
結晶片よりなる単一の半導体基板10の上下両面に熱酸
化によりSiO2膜を形成し上下両面にそれぞれ上面絶
縁薄膜11、下面絶縁薄膜28を設ける。そして、下面
絶縁薄膜28の中央部領域の部分をエッチング除去す
る。次に、上面絶縁薄膜11上にスパッタ法によりPt
を堆積して下部電極14を形成し、その上にスパッタ法
かスピンコート法によりPbTiO3、Pb(Zr,T
i)O3(Pb,La)(Zr,Ti)O3等を堆積して
焦電体薄膜15を形成し、その上に蒸着法によりAuを
堆積して上部電極16を形成する。上記のように、積層
構造に形成した下部電極14、焦電体薄膜15、上部電
極16で焦電素子部を構成するが、その各々の形状は
に正方形に限定する必要はなく、円形、矩形あるいは多
角形でもよく、また、各々が同じ形状である必要もな
い。なお、Ptを堆積した下部電極14の選択エッチン
グには逆スパッタ法を、PbTiO3、Pb(Zr,T
i)O3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3等を堆積し
た焦電体薄膜15の選択エッチングにはHFとHClの
混合希釈液を、又、Auを堆積した上部電極16の選択
エッチングには王水かオキシトロンを用いるとよい。
The manufacturing method of the embodiment shown in FIG .
An SiO 2 film is formed on both upper and lower surfaces of a single semiconductor substrate 10 made of crystal pieces by thermal oxidation, and an upper insulating thin film 11 and a lower insulating thin film 28 are provided on both upper and lower surfaces, respectively . Then , the central portion of the lower insulating film 28 is removed by etching .
You. Next , Pt is formed on the upper insulating thin film 11 by sputtering.
Is deposited to form a lower electrode 14, on which PbTiO 3 , Pb (Zr, T
i) O 3 (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 or the like is deposited to form a pyroelectric thin film 15, and Au is deposited thereon by vapor deposition to form an upper electrode 16. As described above, the lower electrode 14 formed on the laminated structure, the pyroelectric thin film 15, and constitute the pyroelectric element portion in the upper electrode 16, the shape of each of Patent
The shape need not be limited to a square, but may be a circle, a rectangle, or a polygon. The selective etching of the lower electrode 14 on which Pt is deposited is performed by a reverse sputtering method using PbTiO 3 , Pb (Zr, T
i) For selective etching of the pyroelectric thin film 15 on which O 3 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 or the like is deposited, a mixed diluent of HF and HCl is used. Aqua regia or oxytron may be used for the selective etching.

【0010】次に、少なくとも焦電素子部を覆うように
CVD法でSiO 2 膜からなる上部絶縁薄膜29を形成
する。そして上面絶縁薄膜11、上部絶縁薄膜29上に
熱電材料甲19と熱電材料乙20を配設してサーモパイ
ル部を構成する複数の熱電対を形成するのであるが、熱
電材料甲乙19、20を所定の形状に配設するには、フ
ォトレジストをあらかじめ該熱電材料を配設する箇所以
外にダミーとして堆積しておき、当該材料を一方向より
蒸着した後、フォトレジストとともに必要な箇所以外の
材料を除去するリフトオフ法を繰り返して行なえばよ
い。吸収体27は、上部電極16上の上部絶縁薄膜29
または熱電材料甲、乙19、20上にCVD法でSiO
2膜を堆積し、その上にN2雰囲気でAu、Bi等を蒸着
し、リフトオフ法で不必要な部分を除去することで形成
する。次に半導体基板10の下面に熱酸化により形成し
中央部領域をエッチング除去した下面絶縁薄膜28をマ
スクとして、NaOH又はKOHのアルカリ系エッチャ
ントあるいはヒドラジンの水溶液等のn型Siエッチャ
ントで半導体基板層10をエッチングする。エッチング
停止時間を適宜に制御して上面絶縁薄膜11の下面に達
するまでエッチングし、空胴域13を形成する。なお
半導体基板10のn型Si結晶片の面方位を(100)
面や(110)面に取り、かつ、下面絶縁薄膜28の中
央部をエッチングしたものをマスクにして選択エッチン
グする際、その矩形の辺の方向を〈110〉や〈21
1〉に合致させることにより、より精密な加工が行なえ
る。
Next, at least cover the pyroelectric element portion.
Form upper insulating thin film 29 made of SiO 2 film by CVD method
I do. Then, a thermoelectric material layer 19 and a thermoelectric material layer 20 are arranged on the upper insulating thin film 11 and the upper insulating thin film 29 to form a plurality of thermocouples constituting a thermopile portion. , 20 in a predetermined shape, a photoresist is previously deposited as a dummy at a place other than the place where the thermoelectric material is placed, and after the material is deposited from one direction, a necessary place together with the photoresist is deposited. The lift-off method for removing other materials may be repeated. Absorber 27 includes upper insulating thin film 29 on upper electrode 16.
Alternatively, the thermoelectric material can be used to form SiO on CVD
2 film is deposited, and Au, Bi, etc. are deposited thereon in an N 2 atmosphere, and unnecessary portions are removed by a lift-off method.
I do. Next, using the lower surface insulating thin film 28 formed on the lower surface of the semiconductor substrate 10 by thermal oxidation and removing the central region by etching as a mask, the semiconductor substrate layer 10 is etched with an n-type Si etchant such as an alkaline etchant of NaOH or KOH or an aqueous solution of hydrazine. Is etched. The etching stop time is appropriately controlled, and etching is performed until the etching reaches the lower surface of the upper insulating thin film 11 to form a cavity region 13 . In addition ,
The plane orientation of the n-type Si crystal piece of the semiconductor substrate 10 is (100)
When selective etching is performed using a mask obtained by etching the central part of the lower insulating thin film 28 on the surface or the (110) surface, the direction of the rectangular side is changed to <110> or <21>.
By conforming to <1>, more precise processing can be performed.

【0011】このような構成の素子の前方に物体が移
動、停止している場合、物体から放出される赤外線は光
学系を介して空胴域13の上部に入射する。そして赤外
線は当該部分で熱に変わる。この時、空胴域13の上部
は熱が逃げる伝導体がないため熱抵抗が大きく高温にな
る。そして、密着域12の上部は熱抵抗が小さいため
に、例えば空胴域13の上部から熱が伝導してきても低
温すなわち室温と同程度に保たれる。従って、空胴域1
3の上部に形成されている焦電素子部の上部電極16近
傍と、その直下の焦電体薄膜15及び焦電素子部上のサ
ーモパイル部の温接点17近傍の温度は高くなる。更
に、適宜に設けられた吸収体27の効果により、より高
い温度が得られる。ここで、入射赤外線が停止物体から
の定常的なものであれば、サーモパイル部の温接点と冷
接点18の間に定常的な温度差が生じ、これに対応した
熱起電力が得られる。なお、本実施例のように複数の熱
電対を直列接続したものでは、電極パッド22、23か
ら複数倍に増大した検出信号が得られる。更に物体の輻
射率距離を考慮に入れて外部回路で処理する方法を採れ
ば、非接触で物体の温度を計測することができる。物体
が移動していて、放出される赤外線が時間的に変化する
場合には、焦電素子部の上部電極16と下部電極14の
間に焦電体薄膜15の焦電効果により電荷が誘起され、
電極パッド24、25から検出信号が得られる。
An object moves in front of the element having such a configuration.
When moving or stopped, the infrared light emitted from the object is light
The light enters the upper part of the cavity 13 through the academic system. And infrared
The wire turns into heat at that point. At this time, the upper part of the cavity area 13
Has high thermal resistance and high temperature
You. And since the thermal resistance is small at the upper part of the contact area 12,
For example, even if heat is conducted from the upper part of the cavity region 13,
The temperature is kept at the same level as the room temperature. Therefore, cavity area 1
3 near the upper electrode 16 of the pyroelectric element portion formed above
Next to and directly below the pyroelectric thin film 15 and the pyroelectric element section
The temperature in the vicinity of the hot junction 17 of the mopile portion increases. Change
In addition, due to the effect of the absorber 27 appropriately provided,
Temperature is obtained. Here, the incident infrared rays
If it is a steady one, the hot junction and the cold
A steady temperature difference occurs between the contacts 18 and the
A thermoelectromotive force is obtained. Note that a plurality of heat
If the thermocouple is connected in series, the electrode pads 22, 23
Thus, a detection signal increased several times is obtained. Furthermore, the radiation of the object
Take a method of processing in an external circuit taking into account the firing distance
For example, the temperature of an object can be measured without contact. object
Is moving and the emitted infrared light changes over time
In this case, the upper electrode 16 and the lower electrode
Electric charges are induced by the pyroelectric effect of the pyroelectric thin film 15 in between,
Detection signals are obtained from the electrode pads 24 and 25.

【0012】上記のように物体が停止していて、放出さ
れる赤外線が定常的な場合には、サーモパイル部から感
度の高い検出信号が得られ、物体が移動していて、放出
される赤外線が時間的に変化する場合には、焦電素子部
から感度の高い検出信号が得られる。すなわち、単一の
素子により、物体が停止してる場合も、高い感度で検出
することができる。
When the object is stationary as described above,
If the infrared radiation is steady,
High detection signal is obtained, the object is moving,
If the infrared light changes with time, the pyroelectric element
, A highly sensitive detection signal is obtained. That is, a single
Element detects with high sensitivity even when the object is stopped
can do.

【0013】焦電素子部、サーモパイル部の形状は限定
されるものではなく、図2に示すように、下部電極14
が上面絶縁薄膜11の全面を覆い、焦電体薄膜15が下
部電極14の全面を覆う形状でもよく、又、上部絶縁薄
膜29は、上部電極16と焦電体薄膜15の全面を覆う
形状でもよい。これらの形状は、要求される赤外線検出
特性と製造コストの兼ね合いで柔軟に選定できる。すな
わち、前述の如く物体から放出された赤外線は空胴域1
3の上部で受光され熱に変わるが、該領域と密着域12
との間は焦電体薄膜15や上部絶縁薄膜29等が薄い程
熱容量が小さく且つ熱抵抗が大きく、検出感度が大きく
なる。それは、フォトエッチ工程を何度も行ない上記の
薄膜を選択的に加工することで可能となるが、当然コス
ト高になる。これらの薄膜は選択的に加工することによ
り全面を覆う形状とする方がコスト安となる。上記のよ
うな理由から下部電極14、焦電体薄膜15、上部電極
16の形状は限定する必要がなく、使用状況に応じて最
適な形状にすればよい。また、空胴域13の構造につい
ても同様である。
The shapes of the pyroelectric element and thermopile are limited
However, as shown in FIG.
Covers the entire surface of the upper insulating thin film 11 and the pyroelectric thin film 15
The electrode 14 may have a shape that covers the entire surface of the unit electrode 14.
The film 29 covers the entire surface of the upper electrode 16 and the pyroelectric thin film 15
Shape may be sufficient. These shapes are required for infrared detection
It can be selected flexibly according to the balance between characteristics and manufacturing cost. sand
That is, as described above, the infrared ray emitted from the object is in the cavity area 1
3 and is converted into heat at the upper part of the contact area 3 and the contact area 12
The thinner the pyroelectric thin film 15, the upper insulating thin film 29, and the like are,
Low heat capacity, high heat resistance, high detection sensitivity
Become. It is a photo-etching process that is performed many times.
This can be achieved by selectively processing the thin film.
High. These thin films are selectively processed.
It is cheaper to cover the entire surface. Above
For this reason, the lower electrode 14, the pyroelectric thin film 15, the upper electrode
The shape of 16 does not need to be limited,
What is necessary is just to make it a suitable shape. The structure of the cavity 13 is
It is the same as above.

【0014】図3(a)、(b)は1つの素子に2つの
焦電素子部を設けた実施例を示す。図3(a)は平面図
で、図3(b)は図3(a)のBB断面における断面図
である。上面絶縁薄膜11の空胴域13の上方の領域に
矩形型の下部電極14a、焦電体薄膜15a、上部電極
16aからなる第1の焦電素子部と同じ形状の14b、
15b、16bからなる第2の焦電素子部を備え第1と
第2の焦電素子部からそれぞれ検出信号が電極パッド2
4a、25aと、24b、25bから得られるようにな
っている。この実施例では、移動している物体からの放
射赤外線が右から左に移動する場合には、電極パッド2
4a、25aに先に検出信号が現われ、し かる後に電極
パッド24b、25bに検出信号が現われる。入射赤外
線が左から右に移動する場合には、電極パッド24b、
25bに先に検出信号が現われ、しかる後に電極パッド
24a、25aに検出信号が現われる。従って、第1の
焦電素子部からの検出信号が時間的に先か、第2の焦電
素子部からの検出信号が先かを識別することにより、物
体の移動方向を検知できる。
FIGS. 3A and 3B show two elements in one element.
An example in which a pyroelectric element portion is provided will be described. FIG. 3A is a plan view.
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 3A.
It is. In the region above the cavity region 13 of the upper surface insulating thin film 11
Rectangular lower electrode 14a, pyroelectric thin film 15a, upper electrode
14b having the same shape as the first pyroelectric element portion made of 16a,
A second pyroelectric element portion composed of 15b and 16b;
The detection signals from the second pyroelectric elements are respectively applied to the electrode pads 2.
4a, 25a and 24b, 25b.
ing. In this embodiment, the radiation from a moving object is
When the infrared ray moves from right to left, the electrode pad 2
4a, 25a previously appears detection signal, and the electrode after mow
A detection signal appears on the pads 24b and 25b. Incident infrared
When the line moves from left to right, the electrode pad 24b,
25b, a detection signal appears first, and then an electrode pad
Detection signals appear at 24a and 25a. Therefore, the first
Whether the detection signal from the pyroelectric element section is earlier in time or the second pyroelectric element
By identifying whether the detection signal from the element section is first,
The direction of movement of the body can be detected.

【0015】次に、各実施例の検出信号の例を示す。移
動している物体の速度が10m/sの場合である。図4
(a)(b)は本発明と比較のために複数の熱電対の温
接点17は焦電素子部の上部電極16と密着域12との
間に形成したものである。図4に示す構造では、物体が
左右に移動した場合、焦電素子部から1.2×10 4
/Wの検出信号が、物体が停止している場合サーモパイ
ル部から5.5×10 2 V/Wの検出信号であったのに
対し、図1に示す実施例では、物体が移動した場合焦電
素子部から5.0×10 3 V/Wの検出信号が物体が停
止している場合サーモパイル部から9.6×10 2 V/
Wの検出信号が得られた。図3に示す実施例では、物体
が右から左へ移動した場合図5(a)に示すように第2
の焦電素子部からの検出信号が第1の焦電素子部からの
検出信号に先行して得られ、物体が逆方向に移動した場
合図5(b)に示すように第1の焦電素子部からの検出
信号が第2の焦電素子部からの検出信号に先行して得ら
れ、物体の移動方向の検知が可能であった。又、物体が
停止している場合、サーモパイル部から9×10 3 V/
Wの検知信号が得られた。
Next, examples of the detection signal of each embodiment will be described. Transfer
This is a case where the speed of the moving object is 10 m / s. FIG.
(A) and (b) show the temperatures of a plurality of thermocouples for comparison with the present invention.
The contact 17 is between the upper electrode 16 of the pyroelectric element portion and the contact area 12.
It is formed between them. In the structure shown in FIG.
1.2 × 10 4 V from the pyroelectric element when moving left and right
/ W detection signal indicates that the object is stationary
The detection signal was 5.5 × 10 2 V / W from the
On the other hand, in the embodiment shown in FIG.
The detection signal of 5.0 × 10 3 V / W from the element stops the object.
9.6 × 10 2 V /
A detection signal of W was obtained. In the embodiment shown in FIG.
Moves from right to left, as shown in FIG.
The detection signal from the first pyroelectric element section is
If the object moves in the opposite direction, obtained before the detection signal
Detection from the first pyroelectric element as shown in FIG.
Signal is obtained prior to the detection signal from the second pyroelectric element section.
Thus, it was possible to detect the moving direction of the object. Also, if the object
When stopped, 9 × 10 3 V /
A detection signal of W was obtained.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によると、単
一の素子で停止している物体及び移動している物体から
の赤外線を感度よく検出できるようになり、従来より設
置空間が小さくてよく、そのうえにコストが安くなると
いう効果がある。また、上部絶縁薄膜を介して熱電材料
を焦電素子部と非接触構造に配設し、温接点を空胴域の
上のなるべく中心部側に形成したことにより、サーモパ
イル部からより高感度の検出信号が得られる。
As described above, according to the present invention, simply
From an object stopped at one element and a moving object
Can be detected with high sensitivity.
The storage space can be small, and if the cost is low
This has the effect. In addition, the thermoelectric material
Is arranged in a non-contact structure with the pyroelectric element, and the hot junction is
By forming it on the center part as much as possible,
The detection signal with higher sensitivity can be obtained from the file part.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】焦電素子部の形状の異なる実施例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a view showing an embodiment in which the shape of a pyroelectric element portion is different.
You.

【図3】2つの焦電素子部を持つ他の実施例を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment having two pyroelectric elements.
is there.

【図4】検出信号を比較した赤外線センサの構造を示す
図である。
FIG. 4 shows a structure of an infrared sensor comparing detection signals .
FIG.

【図5】図3に示す他の実施例の移動物体からの赤外線
の検出信号の例を示す図である。
5 is an infrared ray from a moving object according to another embodiment shown in FIG . 3;
FIG. 7 is a diagram showing an example of the detection signal of FIG.

【図6】サーモパイルの基本構造を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a basic structure of a thermopile.

【図7】焦電素子の基本構造を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a basic structure of a pyroelectric element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体基板 11 上面絶縁薄膜 12 密着域 13 空胴域 14 下部電極 15 焦電体薄膜 16 上部電極 17 温接点 18 冷接点 19 熱電材料甲 20 熱電材料乙 22、23 電極パッド 24、25 電極パッド 26 金属フレーム 27 吸収体 28 下面絶縁薄膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 11 Upper surface insulating thin film 12 Adhesion area 13 Cavity area 14 Lower electrode 15 Pyroelectric thin film 16 Upper electrode 17 Hot junction 18 Cold junction 19 Thermoelectric material A 20 Thermoelectric material O 22, 23 Electrode pad 24, 25 Electrode pad 26 Metal frame 27 Absorber 28 Bottom insulating thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 37/02 G01J 5/02 H01L 35/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 37/02 G01J 5/02 H01L 35/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面に形成しその周辺部に
囲われた中央部領域下の半導体基板層を除去して空胴域
を設けた上面絶縁薄膜上に、積層構造に配設した下部電
極と焦電体薄膜と上部電極とからなる焦電素子部と、
数の熱電対からなるサーモパイル部とを上部絶縁薄膜を
介して積層構造に配設し、前記サーモパイル部の温接点
は前記空胴域に当たる領域に、前記サーモパイル部の冷
接点は周辺部の半導体基板層に当たる領域にそれぞれ配
置したことを特徴とする赤外線センサ。
1. A lower portion disposed in a laminated structure on an upper surface insulating thin film having a cavity region formed by removing a semiconductor substrate layer below a central portion region formed on a surface of a semiconductor substrate and surrounded by a peripheral portion thereof. consisting of electrodes and the pyroelectric thin film and the upper electrode and the pyroelectric element portion, double
The thermopile section consisting of a number of thermocouples and the upper insulating thin film
Disposed in a laminated structure through the hot junction of the thermopile section
Is the area corresponding to the cavity area,
The contacts are located in the area corresponding to the peripheral semiconductor substrate layer.
An infrared sensor characterized by being placed .
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