JP3229984B2 - Infrared detection method using capacitance, infrared sensor, and infrared imaging device - Google Patents

Infrared detection method using capacitance, infrared sensor, and infrared imaging device

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JP3229984B2
JP3229984B2 JP00392395A JP392395A JP3229984B2 JP 3229984 B2 JP3229984 B2 JP 3229984B2 JP 00392395 A JP00392395 A JP 00392395A JP 392395 A JP392395 A JP 392395A JP 3229984 B2 JP3229984 B2 JP 3229984B2
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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、静電容量による非冷却
型の赤外線検出方法、赤外線センサ、及び、赤外線撮像
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-cooling type infrared ray detecting method using capacitance, an infrared ray sensor, and an infrared ray imaging apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体は、温度により異なる波長の赤外線
を輻射する。このため、赤外線の波長を検出することに
より、物体の温度を計測することが可能であり、また、
赤外線の波長変化を検出することにより、温度変化を検
出することが可能である。温度変化を検出すれば、例え
ば、移動物体の存在を検出することが可能となる。な
お、ここでは、赤外線の波長を検出することと、赤外線
の波長の変化を検出することを合わせて「赤外線の検
出」と称する。また、ある一定温度に保持された物体
は、波長の分布を有する赤外線を輻射する。しかし、こ
こでは、簡略のため、ある一定温度に保持された物体
は、単一波長の赤外線を輻射するものとして説明する。
2. Description of the Related Art An object emits infrared rays having different wavelengths depending on the temperature. For this reason, it is possible to measure the temperature of an object by detecting the wavelength of infrared rays,
A temperature change can be detected by detecting a change in the wavelength of infrared light. If the temperature change is detected, for example, the presence of a moving object can be detected . Here, detecting the wavelength of the infrared ray and detecting the change in the wavelength of the infrared ray are collectively referred to as “infrared ray detection”. An object held at a certain temperature radiates infrared rays having a wavelength distribution. However, here, for the sake of simplicity, description will be made assuming that an object held at a certain temperature radiates infrared light of a single wavelength.

【0003】赤外線センサは、物体より輻射される赤外
線を検出するものであり、温度計測、防衛、監視などの
広い分野において使用されている。赤外線センサには、
量子型(センサにHgCdTe等を使用する)、ショッ
トキー型(センサにショットキー接合を使用する)、ボ
ロメータ型、焦電型等がある。量子型、及び、ショット
キー型は、赤外線センサを77K程度まで冷却するため
冷却型センサと称される。一方、ボロメータ型や焦電型
は、冷却しなくても赤外線を検出することができ、非冷
却型と称される(ただし、感度を向上させるため、27
0K程度に冷却することもある)。
An infrared sensor detects infrared radiation radiated from an object, and is used in a wide range of fields such as temperature measurement, defense, and monitoring. Infrared sensors include:
There are a quantum type (using HgCdTe or the like for the sensor), a Schottky type (using a Schottky junction for the sensor), a bolometer type, and a pyroelectric type. The quantum type and the Schottky type are called cooling type sensors because the infrared sensor is cooled down to about 77K. On the other hand, the bolometer type and the pyroelectric type can detect infrared rays without cooling, and are called uncooled types (however, in order to improve sensitivity, 27
It may be cooled to about 0K).

【0004】ボロメータ型センサは、赤外線を検出する
受光部にボロメータ物質を用いる。ボロメータ物質は、
温度変化に伴って電気抵抗値を変化させるものである。
このボロメータ物質を用いた受光部に赤外線が入射され
ると、ボロメータ物質は温度変化が生じる。ボロメータ
物質には予め電流が流されており、ボロメータ物質の温
度変化に伴ってこの電流が変化する。ボロメータ型セン
サは、この電流を測定することで赤外線を検出する。
A bolometer-type sensor uses a bolometer substance for a light receiving portion for detecting infrared rays. The bolometer material is
This is to change the electric resistance value according to the temperature change.
When infrared rays are incident on the light receiving section using the bolometer substance, the bolometer substance changes in temperature. A current is passed through the bolometer material in advance, and this current changes with a change in the temperature of the bolometer material. The bolometer-type sensor detects infrared rays by measuring this current.

【0005】焦電型センサは、赤外線を検出する受光部
に焦電物質を用いる。この焦電物質を用いた受光部に赤
外線が入射されると、焦電物質は、温度変を生じ、温度
変化に相当する電荷(信号電荷)を放出させる。すなわ
ち、焦電物質は、ある時点と次の時点との温度変化に相
当する信号電荷を生じさせ、これを放出させる。焦電型
センサは、この放出された信号電荷を検出することによ
り赤外線の変化を検出する。一般に、焦電型センサには
チョッパーが受光部の前に配置される。チョッパーは、
受光部に入射する赤外線を遮断させる部分(遮光板)と
透過させる部分(透光部)からなるプロペラ状の回転板
である。チョッパーを回転させると、受光部前には、遮
光板と透光部が交互に配置される。このため、受光部に
は物体から輻射される赤外線と遮光板から輻射される赤
外線が交互に入射される。そして、焦電物質からなる受
光部は、チョッパーと物体との温度差に相当する電荷を
放出する。また、チョッパーの温度を基準温度とするこ
とで、物体の温度を測定することも可能となる。
[0005] The pyroelectric sensor uses a pyroelectric substance in a light receiving portion for detecting infrared rays. When infrared rays are incident on the light-receiving unit using the pyroelectric substance, the pyroelectric substance causes a temperature change, and releases electric charges (signal charges) corresponding to the temperature change. That is, the pyroelectric substance generates and discharges a signal charge corresponding to a temperature change between a certain time point and the next time point. The pyroelectric sensor detects a change in infrared rays by detecting the emitted signal charges. Generally, in a pyroelectric sensor, a chopper is arranged in front of a light receiving unit. The chopper is
This is a propeller-shaped rotating plate including a portion (light-shielding plate) that blocks infrared light incident on the light-receiving portion and a portion (light-transmitting portion) that transmits infrared light. When the chopper is rotated, the light blocking plates and the light transmitting portions are alternately arranged in front of the light receiving portion. For this reason, infrared rays radiated from the object and infrared rays radiated from the light shielding plate are alternately incident on the light receiving unit. Then, the light receiving section made of the pyroelectric substance emits electric charges corresponding to the temperature difference between the chopper and the object. Further, by setting the temperature of the chopper as the reference temperature, the temperature of the object can be measured.

【0006】非冷却型の赤外線センサは、冷却型に比べ
て感度が劣るものの小型にでき、また保守も容易である
ため物体の移動を検出する人体検知センサ(例えば、自
動ドア用)等として広く用いられている。また、ボロメ
ータ物質や焦電物質からなる受光部を1次元や2次元状
に複数配置した赤外線撮像装置が開発されている。
An uncooled infrared sensor has a lower sensitivity than a cooled type, but can be made smaller, and can be easily maintained. Therefore, it is widely used as a human body detection sensor (for example, for an automatic door) for detecting the movement of an object. Used. In addition, an infrared imaging device in which a plurality of light receiving sections made of a bolometer substance or a pyroelectric substance are arranged one-dimensionally or two-dimensionally has been developed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
従来技術において、ボロメータ型センサは、ボロメータ
物質に測定用電流を流さなくてはならなかった。このた
め、抵抗体の自己発熱が生じ、測定値に信頼性がないと
いう問題点があった。本発明は、このような従来の問題
点を鑑みてなされたものであり、新たな赤外線の検出方
法と、これを用いた赤外線センサ及び赤外線撮像装置を
提供する。
However, in the above-mentioned prior art, the bolometer-type sensor had to supply a measuring current to the bolometer material. For this reason, self-heating of the resistor occurs, and there is a problem that the measured value is not reliable. The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a new infrared detection method, and an infrared sensor and an infrared imaging device using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、静電容量を測定することにより赤外線の変化を検
出する新規な赤外線検出方法を提案し発明するに至っ
た。この赤外線検出方法に従えば、自己発熱による誤差
を生ずることなく、赤外線の変化を検出することが出来
るのである。
As a result of intensive studies, the present inventors have proposed and invented a novel infrared detecting method for detecting a change in infrared by measuring capacitance. According to this infrared detection method, a change in infrared light can be detected without causing an error due to self-heating.

【0009】本発明は第1に「絶縁基板又は半導体基板
上に支持部を設け、該支持部に一端を支持し他端を自由
端にして、且つ、温度により異なる曲率に湾曲し温度に
より対向電極との電気容量が変化する板状電極と、前記
板状電極と対面するように空間を介して前記半導体基板
上に配置した対向電極とを準備し、前記板状電極と前記
対向電極に電圧を印加して前記板状電極に蓄積される電
荷量の変化を測定することにより物体から輻射される赤
外線の変化を検出することを特徴とする静電容量による
赤外線検出方法(請求項1)」を提供する。
The present invention firstly provides an " insulating substrate or semiconductor substrate"
Provide a support on top, support one end on the support and free the other end
At the end and at different temperatures depending on the temperature
A plate-like electrode whose electric capacitance with respect to the counter electrode changes, and the semiconductor substrate via a space facing the plate-like electrode.
Preparing a counter electrode disposed on the top, applying a voltage to the plate-shaped electrode and the counter electrode and measuring a change in the amount of electric charge accumulated in the plate-shaped electrode, the change in infrared radiation radiated from the object And a method for detecting infrared rays by means of capacitance (claim 1).

【0010】さらに本発明者は、チョッパーを使用しな
くても赤外線を検出する方法を提案し発明するに至っ
た。本発明は、第2に「半導体基板上に支持部を設け、
該支持部に一端を支持し他端を自由端にして、且つ、
度により異なる曲率に湾曲し温度により対向電極との電
気容量が変化する板状電極と、前記板状電極と対面する
ように空間を介して前記半導体基板上に配置した対向電
極とを準備し、前記板状電極と前記対向電極の間に第1
の電位差を生じさせて第1の電荷量を前記板状電極に蓄
積させる第1のステップ、及び、前記板状電極と前記対
向電極の間に第2の電位差を生じさせて第2の電荷量を
前記板状電極に蓄積させると共に前記第1の電荷量と前
記第2の電荷量の差分を測定する第2のステップからな
り、赤外線の変化を検出することを特徴とする静電容量
による赤外線検出方法(請求項2)」を提供する。
Further, the present inventor has proposed and invented a method of detecting infrared rays without using a chopper. The present invention provides, secondly, " providing a support portion on a semiconductor substrate,
And the free end and the other end is supported at one end to the support portion, and, electrodeposition of the counter electrode by temperature curved different curvatures by temperature
A plate-like electrode whose air volume changes , facing the plate-like electrode
And a counter electrode arranged on the semiconductor substrate via a space as described above, and a first electrode is provided between the plate electrode and the counter electrode.
A first step of causing a potential difference between the first and second electrodes to accumulate a first charge amount in the plate electrode, and a second step of causing a second potential difference between the plate electrode and the counter electrode to generate a second charge amount a second step of measuring the difference between the first amount of charge and the second charge amount causes accumulated in the plate electrode Tona
A method for detecting infrared rays by means of capacitance, wherein the method detects infrared rays.

【0011】更に、本発明者は、この赤外線検出方法を
使用した赤外線センサを開発し、発明するに至った。本
発明は、第3に「絶縁基板又は半導体基板を準備し、
基板上から突出して設けられ、絶縁物または導電体から
なる支持部と、温度により曲率が異なり且つ温度により
対向電極との電気容量が変化し一端を前記支持部に固定
され他端を自由端とされた板状電極と、前記板状電極
対面するように空間を介して前記半導体基板上に配置さ
れた対向電極、及び、前記板状電極または前記対向電極
のどちらか一方に接続されたスイッチからなることを特
徴とする静電容量型赤外線センサ(請求項3)」を提供
する。
Further, the present inventor has developed and invented an infrared sensor using this infrared detection method. The present invention prepares a "insulating substrate or a semiconductor substrate in the third, the
Protrudes from the substrate, and a support portion made of insulating material or conductors, by and temperature varies curvature with temperature
A plate-like electrode whose electric capacitance with the counter electrode changes and one end of which is fixed to the support portion and the other end of which is a free end; and
A counter electrode disposed on the semiconductor substrate via a space so as to face each other , and the plate-shaped electrode or the counter electrode
And a switch connected to either one of
The present invention provides a capacitance type infrared sensor (claim 3).

【0012】[0012]

【0013】本発明者は、この赤外線検出方法を使用し
た赤外線固体撮像装置を開発し、発明するに至った。本
発明は、第に「該半導体基板上から突出し絶縁物また
は導電体からなる支持部と、温度により曲率が異なり
つ温度により対向電極との電気容量が変化し一端を前記
支持部に固定され他端を自由端とされた板状電極と、前
記板状電極空間を介して対面するように前記半導体基
板上に配置された対向電極、及び、前記電極の一方と接
続されたスイッチとを有する赤外線センサが前記半導体
基板上に1次元または2次元状に複数配置されたことを
特徴とする静電容量型赤外線撮像装置(請求項9)」を
提供する。
The present inventors have developed and invented an infrared solid-state imaging device using this infrared detection method. The present invention includes a fourth to "the semiconductor projecting insulator from the substrate or support portion made of a conductor, different curvature with temperature
One plate-shaped electrode which is a free end and the other end is fixed the electric capacity change end of the counter electrode to the support portion by the temperature, the semiconductor base so as to face through the plate-shaped electrode and space
A counter electrode disposed on the plate , and a contact with one of the electrodes;
An infrared sensor having a switch connected to the semiconductor
That one or two dimensions are arranged on the substrate
Characteristic capacitive infrared imaging device (Claim 9) "is provided.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【作用】まず、静電容量によって赤外線を検出する方法
を説明する。静電容量は、2枚の電極を絶縁物を介して
対面するように配置させると電極間に生じる。これらの
電極にそれぞれ別の電圧を印加させて、2枚の電極間に
電位差を生じさせると、それぞれの電極には電荷が蓄積
される。静電容量は、電極の面積(正確には対面する部
分の面積)、電極と電極との間隔、絶縁物の種類により
定まる。電荷は、電極間の電位差と静電容量に相当する
量まで蓄積される。
First, a method for detecting infrared rays by capacitance will be described. The capacitance is generated between the electrodes when the two electrodes are arranged so as to face each other via an insulator. When different voltages are applied to these electrodes to generate a potential difference between the two electrodes, charges are accumulated in each of the electrodes. The capacitance is determined by the area of the electrode (accurately, the area of the facing part), the distance between the electrodes, and the type of insulator. Electric charges are accumulated up to an amount corresponding to the potential difference between the electrodes and the capacitance.

【0016】ここで、一方の電極は、温度により異なる
曲率に湾曲する板状(または棒状)電極にする。このよ
うな板状電極の例として、線膨張係数の異なる2枚の金
属からなるバイメタル、線膨張係数の異なる絶縁物と金
属からなる板状電極等がある。この板状電極の一端は支
持部に固定され、他端(以下自由端と言う)を可動にす
る。板状電極と他方の電極(以下、対向電極と言う)と
の間は、大気または真空にする。このようにすれば、板
状電極の曲率は、板状電極の温度(T1 とする) に相応
し、さらにこの温度は、板状電極に入射する赤外線(λ
1 とする) に相応する。板状電極がある曲率にて湾曲す
れば、2枚の電極には板状電極の曲率に応じた静電容量
が生ずる。このため、これらの電極間に電位差を生じさ
せれば、蓄積される電荷量(Q1)が蓄積される。
Here, one of the electrodes is a plate-like (or rod-like) electrode that is curved to have a different curvature depending on the temperature. Examples of such a plate-like electrode include a bimetal made of two metals having different linear expansion coefficients, and a plate-shaped electrode made of an insulator and a metal having different linear expansion coefficients. One end of the plate-like electrode is fixed to the support, and the other end (hereinafter, referred to as a free end) is movable. The space between the plate-shaped electrode and the other electrode (hereinafter, referred to as a counter electrode) is set to air or vacuum. In this way, the curvature of the plate electrode corresponds to the temperature of the plate electrode (referred to as T1), and this temperature is further reduced by the infrared ray (λ) incident on the plate electrode.
1). If the plate-like electrode bends at a certain curvature, a capacitance corresponding to the curvature of the plate-like electrode is generated in the two electrodes. Therefore, if a potential difference is generated between these electrodes, the accumulated charge amount (Q1) is accumulated.

【0017】ここで、板状電極に入射する赤外線がλ1
からλ2 に変化すれば、板状電極の温度はT1 からT2
に変化する。そして、板状電極は、支持部を支点として
その温度に対応する曲率に湾曲し、電極間の静電容量は
変化する。前述のように、各電極には一定電圧が印加さ
れており、静電容量が変化すると、その静電容量に相当
する電荷量(Q2)がそれぞれの電極に蓄積される。従っ
て、電荷量Q1 とQ2の差分の電荷量がそれぞれの電極
から(又は電極に)移動する。よって、この電荷の流れ
を電流値または電圧値として測定すれば、板状電極の温
度変化が検出できる。また、板状電極の温度変化は、入
射された赤外線の変化に相当する。このため、上記の測
定を行えば、赤外線の変化を検出することができる。
Here, the infrared ray incident on the plate electrode is λ1
From 1 to λ2, the temperature of the plate-like electrode changes from T1 to T2.
Changes to Then, the plate-like electrode is curved at a curvature corresponding to the temperature with the support portion as a fulcrum, and the capacitance between the electrodes changes. As described above, a constant voltage is applied to each electrode, and when the capacitance changes, a charge amount (Q2) corresponding to the capacitance is accumulated in each electrode. Therefore, the difference between the charge amounts Q1 and Q2 moves from (or to) the respective electrodes. Therefore, if the flow of the electric charge is measured as a current value or a voltage value, a temperature change of the plate-like electrode can be detected. Further, a change in the temperature of the plate electrode corresponds to a change in the incident infrared light. Therefore, if the above measurement is performed, a change in infrared light can be detected.

【0018】以下、式を用いてさらに詳細に説明する。
バイメタルのように温度によって曲率の異なる板状物質
(又は棒状物質)が図8(a)のようにその一端を支持
部6に固定される。板状電極の厚さはt(mm) とする。
板状電極5は、物体からの赤外線を入射して温度がT1
(℃) 、静電容量がC1 (F)となる。簡略のため、こ
の状態で板状電極5は対向電極2と平行であり、板状電
極5と対向電極の間隔はd1 (mm) 、板状電極5と対向
電極2の対面する長さはL(mm)とする。
Hereinafter, a more detailed description will be given using equations.
A plate-like substance (or rod-like substance) having a different curvature depending on the temperature, such as a bimetal, is fixed at one end to the support portion 6 as shown in FIG. The thickness of the plate electrode is t (mm).
The plate-like electrode 5 receives infrared light from an object and has a temperature of T1.
(° C.), the capacitance becomes C1 (F). For simplicity, the plate electrode 5 is parallel to the counter electrode 2 in this state, the distance between the plate electrode 5 and the counter electrode is d1 (mm), and the facing length of the plate electrode 5 and the counter electrode 2 is L. (mm).

【0019】ここで、例えば移動物体からの赤外線が板
状電極に入射したと仮定する。板状電極に入射する赤外
線の波長は変化する。このため、板状電極5は、温度が
T1( ℃) からT2(℃) に変化し、その温度に相当する
曲率に湾曲する。このとき、板状電極は対向電極側に近
づくように曲がると仮定すれば、板状電極5の自由端の
湾曲する方向に対する位置変化量D(mm) は式1にて表
される。 D = (KΔTL2 )/ t ・・・・・・式1 Kは板状電極の物質に固有の温度変化に対する曲率(/
℃)、ΔTは(T1 −T2 )の絶対値である。
Here, it is assumed that, for example, infrared rays from a moving object are incident on the plate electrode. The wavelength of the infrared light incident on the plate electrode changes. For this reason, the temperature of the plate electrode 5 changes from T1 (° C.) to T2 (° C.), and the plate-like electrode 5 curves to a curvature corresponding to the temperature. At this time, assuming that the plate-like electrode is bent so as to approach the counter electrode side, the amount of position change D (mm) in the direction in which the free end of the plate-like electrode 5 is curved is expressed by Expression 1. D = (KΔTL 2 ) / t (1) K is a curvature (/
° C) and ΔT are the absolute values of (T1-T2).

【0020】板状電極は図8(b)のように半径Rで湾
曲する。しかし、簡略のため、固定端を支持部として直
線状態のまま対向電極に近づくと近似する〔図8
(c)〕。このとき、板状電極5と対向電極との平均間
隔をd2 とし、静電容量をC2 とすれば、式2及び式3
が表される。 d2 = d1 −(D/2) ・・・・・・式2 C2 /C1 = (εA/d2 )/(εA/d1 ) = d1 /d2 = d1 /(d1 −KΔTL2 /2t)・・・・・式3 従って、静電容量C1 およびC2 を測定すれば、板状電
極に温度変化の生じたことが判明し、これにより、板状
電極に入射される赤外線が変化したことを検出できる。
静電容量は、板状電極と対向電極の間に一定電圧を印加
させ、静電容量の変化に伴う蓄積電荷量の変化を電流や
電圧の測定にて検出できる。
The plate electrode is curved with a radius R as shown in FIG. However, for the sake of simplicity, it is approximated to approach the counter electrode in a straight line with the fixed end as the support portion [FIG.
(C)]. At this time, if the average distance between the plate-like electrode 5 and the counter electrode is d2 and the capacitance is C2, Equations 2 and 3 are obtained.
Is represented. d2 = d1 - (D / 2 ) ······ type 2 C2 / C1 = (εA / d2) / (εA / d1) = d1 / d2 = d1 / (d1 -KΔTL 2 / 2t) ··· Equation 3 Therefore, if the capacitances C1 and C2 are measured, it is found that a temperature change has occurred in the plate-like electrode, whereby it is possible to detect that the infrared ray incident on the plate-like electrode has changed.
The capacitance can be detected by applying a constant voltage between the plate-shaped electrode and the counter electrode, and measuring a change in the amount of accumulated electric charge accompanying a change in the capacitance by measuring a current or a voltage.

【0021】以上においては、板状電極が対向電極側に
近づく場合を説明した。しかし、逆に、板状電極は対向
電極から離れるように作成されることもできる。このと
きの板状電極5の中央部と対向電極との間隔をd3 と
し、静電容量をC3 とすれば、式4及び式5が表され
る。 d3 = d1 +(D/2) ・・・・・式4 C3 /C1 = (εA/d3 )/(εA/d1 ) = d1 /d3 = d1 /(d1 +KΔTL2 /2t)・・・・・式5 式3と式5から式6が表される。 (C2 /C1 )−(C3 /C1 ) =d1 KΔTL2 /t[(d1 −KΔTL2 /2t)(d1 +KΔTL2 /2t)] > 0 ・・・・・・式6 式6は、常に正である。すなわち、静電容量の変化率
は、板状電極が対向電極に近づく方が大きいことが判
る。このため、板状電極は、対向電極に近づくように作
成された方が赤外線検出においては感度が大きく、好ま
しい。
In the above, the case where the plate-like electrode approaches the counter electrode side has been described. However, conversely, the plate-like electrode can be formed so as to be separated from the counter electrode. If the distance between the central portion of the plate electrode 5 and the counter electrode at this time is d3 and the capacitance is C3, Equations 4 and 5 are expressed. d3 = d1 + (D / 2 ) = ····· Formula 4 C3 / C1 (εA / d3 ) / (εA / d1) = d1 / d3 = d1 / (d1 + KΔTL 2 / 2t) ····· Expression 5 Expression 6 is expressed by Expression 3 and Expression 5. (C2 / C1) - (C3 / C1) = d1 KΔTL 2 / t [(d1 -KΔTL 2 / 2t) (d1 + KΔTL 2 / 2t)]> 0 ······ formula 6 Formula 6 is always positive It is. In other words, it can be seen that the change rate of the capacitance is larger when the plate-shaped electrode approaches the counter electrode. For this reason, it is preferable that the plate-like electrode is formed closer to the counter electrode because the sensitivity is higher in infrared detection.

【0022】静電容量の変化にて赤外線の変化を検出す
れば、ボロメーター型センサのような自己発熱を生じる
ことがない。このため、正確に温度の変化が測定でき
る。また、式1からも判るように、板状電極の自由端の
位置変化量は、板状電極の長さと厚さの関数になってお
り、板状電極の幅には依存していない。このため同一半
導体基板上に複数個のセンサを集積する撮像装置を作成
する場合には、板状電極の幅を小さく形成することで幅
方向に高密度に集積することができる。
If the change in the infrared ray is detected based on the change in the capacitance, self-heating does not occur unlike the bolometer type sensor. Therefore, a change in temperature can be accurately measured. Further, as can be seen from Equation 1, the amount of change in the position of the free end of the plate-like electrode is a function of the length and thickness of the plate-like electrode, and does not depend on the width of the plate-like electrode. For this reason, when an imaging device in which a plurality of sensors are integrated on the same semiconductor substrate is manufactured, the width of the plate-shaped electrodes can be reduced to achieve high-density integration in the width direction.

【0023】赤外線の変化を検出する場合は、赤外線の
変化の大きさに相当する温度変化量が検出される。しか
し、物体の温度は検出できない。次に、温度の測定を可
能とする赤外線検出方法に関して説明する。温度により
曲率の異なる板状(または棒状)電極は、空間を介して
対向電極と対面するように配置される。板状電極の一端
は支持部に固定され、他端は自由端にされる。板状電極
と他方の電極(以下、対向電極と言う)との間は、大気
または真空にする。板状電極は、これに入射する赤外線
(λ1)によってある温度(T1)になる。そして、板状電
極は、温度T1 に相応する曲率に湾曲する。ここで、板
状電極と対向電極には、各々別の電圧を印加される。こ
のため、板状電極と対向電極との間には第1の電位差が
生じる。例えば、対向電極は接地電圧、板状電極は1V
とすれば、1V差に相当する第1の電荷量(QL1) が板
状電極に蓄積される。これが第1 のステップである。
When detecting a change in infrared light, a temperature change amount corresponding to the magnitude of the change in infrared light is detected. However, the temperature of the object cannot be detected. Next, an infrared detection method capable of measuring a temperature will be described. A plate-like (or rod-like) electrode having a different curvature depending on the temperature is arranged so as to face the counter electrode via a space. One end of the plate-like electrode is fixed to the support, and the other end is a free end. The space between the plate-shaped electrode and the other electrode (hereinafter, referred to as a counter electrode) is set to air or vacuum. The plate-shaped electrode is brought to a certain temperature (T1) by the infrared ray (λ1) incident thereon. Then, the plate-like electrode curves to a curvature corresponding to the temperature T1. Here, different voltages are respectively applied to the plate-shaped electrode and the counter electrode. Therefore, a first potential difference occurs between the plate electrode and the counter electrode. For example, the counter electrode is ground voltage, the plate electrode is 1 V
Then, the first charge amount (QL1) corresponding to the 1V difference is accumulated in the plate-like electrode. This is the first step.

【0024】次に、板状電極の温度がT1 の状態で、板
状電極と前記対向電極には第2の電位差が印加される。
例えば、対向電極は接地電圧、板状電極は5Vとすれ
ば、5Vの電位差に相当する第2の電荷量(QT1) が板
状電極に蓄積される。しかし、板状電極にはすでにQL1
の電荷量が蓄積されている。このため、第1の電位差と
ここでの電位差との差分(5V−1V)に相当する電荷
量が板状電極に移動し新たに蓄積される。即ち、第2の
電荷量(QT1) は、QL1と新たに流入する電荷量からな
る。この新たに流入する電荷量を信号電荷量(QS1) と
言う。信号電荷量は、電流値や電圧値として測定するこ
とが可能である。これが第2のステップである。信号電
荷量を測定することにより、板状電極の温度が判明し、
さらに、入射する赤外線の波長が検出される。
Next, a second potential difference is applied between the plate electrode and the counter electrode while the temperature of the plate electrode is T1.
For example, if the opposite electrode is at ground voltage and the plate electrode is 5V, a second charge (QT1) corresponding to a potential difference of 5V is stored in the plate electrode. However, QL1 has already been
Are stored. Therefore, a charge amount corresponding to the difference (5V-1V) between the first potential difference and the potential difference here moves to the plate-shaped electrode and is newly accumulated. That is, the second charge amount (QT1) is composed of QL1 and the newly flowing charge amount. This newly flowing charge amount is called a signal charge amount (QS1). The signal charge amount can be measured as a current value or a voltage value. This is the second step. By measuring the amount of signal charge, the temperature of the plate-like electrode is determined,
Further, the wavelength of the incident infrared light is detected.

【0025】別の時刻において、板状電極に入射する赤
外線の波長がλ1 からλ2 に変化すれば、板状電極の温
度はT1 からT2 に変化する。板状電極は、支持部を支
点として温度T2 に相応する曲率に湾曲する。この状態
で、前述の第1ステップの動作を繰り返す。板状電極に
は、第1の電荷量(QL2) が蓄積される。次に、前述の
第2ステップを繰り返す。板状電極には、信号電荷量
(QS2) が流入し、蓄積される。そして、この信号電荷
量(QS2) を測定する。
At another time, if the wavelength of the infrared ray incident on the plate electrode changes from λ1 to λ2, the temperature of the plate electrode changes from T1 to T2. The plate-like electrode is curved with a curvature corresponding to the temperature T2 with the support portion as a fulcrum. In this state, the operation of the first step is repeated. The first charge amount (QL2) is stored in the plate-like electrode. Next, the above-described second step is repeated. The signal charge (QS2) flows into the plate-like electrode and is accumulated. Then, the signal charge amount (QS2) is measured.

【0026】換言すれば、この赤外線検出方法は、板状
電極が同一温度に保持されている間に(即ち、同一の赤
外線が板状電極に入射されている間に)、板状電極と対
向電極の間に異なる電位差を2回印加させて信号電荷を
検出するのである。板状電極と対向電極の電位差が小さ
い方の電荷量(上記の例では第1電荷量)は、リセット
電荷量として作用する。他方の電位差にて新たに流入す
る(信号)電荷量は、板状電極の温度に一義的に定まる
量になる。すなわち、この検出方法は、板状電極がある
温度(T1)のときに蓄積された電荷量と別の温度(T2)
のときに蓄積された電荷量の変化分を測定するのではな
い。それぞれの温度におけるリセット電荷量と総電荷量
の差分を測定するものである。このため、板状電極に入
射される赤外線が測定可能となる。この検出方法に従え
ば、自己発熱が生じることなく、正確に温度変化が測定
できるばかりでなく、チョッパーを用いることなく温度
測定が可能となる。ここでは、対向電極の電圧を一定と
したが、板状電極の電圧は一定として、対向電極の電圧
を変化させても構わない。
In other words, this method of detecting infrared rays is based on the fact that while the plate-like electrode is kept at the same temperature (ie, while the same infrared ray is incident on the plate-like electrode), The signal charge is detected by applying a different potential difference between the electrodes twice. The charge amount of the smaller potential difference between the plate electrode and the counter electrode (first charge amount in the above example) acts as the reset charge amount. The amount of (signal) charge newly flowing in at the other potential difference is an amount uniquely determined by the temperature of the plate-like electrode. That is, this detection method is based on the fact that the amount of electric charge accumulated when the plate-shaped electrode is at a certain temperature (T1) and another temperature (T2)
It does not measure the change in the amount of charge accumulated at the time. The difference between the reset charge amount and the total charge amount at each temperature is measured. For this reason, the infrared light incident on the plate-like electrode can be measured. According to this detection method, not only can the temperature change be accurately measured without self-heating, but also the temperature can be measured without using a chopper. Here, the voltage of the counter electrode is fixed, but the voltage of the plate electrode may be fixed and the voltage of the counter electrode may be changed.

【0027】ここで、本発明の赤外線検出方法を用いた
センサや撮像装置の構成を説明する。板状電極は、線膨
張率が異なる2種類以上の物質を層状に張り合わせた電
極である。このような板状電極は、温度により異なる曲
率に湾曲する。線膨張率の差は、大きい方が好ましい。
板状電極に使用する物質は、バイメタルや、AlとAl
2 3 を層状に張り合わせた電極がある。対向電極は、
板状電極に対面して平面状に配置される。これらの電極
には、電圧を印加させるための配線を接続する。支持部
は、板状電極を支持するものであり、その物質は、絶縁
物でも導電体でもよい。支持部に導電体を使用すれば、
支持部は板状電極に電圧を印加させる配線の一部として
も作用する。支持部に絶縁物を使用すれば、絶縁物の熱
伝導度は小さいので、支持部は熱遮断材としても作用す
る。これが請求項3に記載された赤外線センサに相当す
る。
Here, the configuration of a sensor or an imaging device using the infrared detection method of the present invention will be described. The plate-shaped electrode is an electrode in which two or more types of substances having different coefficients of linear expansion are laminated in a layered manner. Such a plate-like electrode bends to a different curvature depending on the temperature. It is preferable that the difference between the linear expansion coefficients is large.
The material used for the plate electrode is bimetal, Al and Al
There is an electrode in which 2 O 3 is laminated in layers. The counter electrode is
It is arranged in a planar shape facing the plate-like electrode. Wirings for applying a voltage are connected to these electrodes. The support portion supports the plate-shaped electrode, and the material thereof may be an insulator or a conductor. If you use a conductor for the support,
The supporting portion also functions as a part of a wiring for applying a voltage to the plate-like electrode. If an insulator is used for the support portion, the thermal conductivity of the insulator is small, so the support portion also acts as a heat shield. This corresponds to the infrared sensor described in claim 3.

【0028】請求項4記載の赤外線センサは、さらにス
イッチを配置させたものである。前述のように、物体の
温度を測定する場合(即ち赤外線を検出する場合)、板
状電極は異なる電圧が2回印加される。すなわち、電圧
を切り換えねばならない。スイッチは、このように電圧
を切り換えるために配置される。スイッチを配置された
赤外線センサは、第1の電圧を板状電極に印加された
後、スイッチがオフされ、第2の電圧に切り換えて再度
スイッチがオンされる。異なる電圧を2回印加される電
極は、板状電極ではなく対向電極でも構わないこの場合
には、スイッチは対向電極に接続される。
In the infrared sensor according to the fourth aspect, a switch is further arranged. As described above, when the temperature of an object is measured (that is, when infrared rays are detected), different voltages are applied to the plate-shaped electrode twice. That is, the voltage must be switched. The switch is arranged to switch the voltage in this way. After the first voltage is applied to the plate-like electrode, the switch is turned off, the infrared sensor having the switch is turned off, the switch is switched to the second voltage, and the switch is turned on again. The electrode to which different voltages are applied twice may be a counter electrode instead of a plate electrode. In this case, the switch is connected to the counter electrode.

【0029】また、温度の変化を測定する場合(即ち赤
外線の変化を検出する場合)においも、スイッチは、感
度を向上させる効果がある。板状電極は、その温度変化
に伴って別の曲率に湾曲する。しかし、瞬時には湾曲し
ない。タイムラグが生ずる。従って、蓄積電荷の移動
は、瞬時に行われるのではなく、ある時間を費やして行
われる。電荷の移動量は、電流や電圧を測定して検出さ
れる。このとき、〔移動する電荷の量/電荷の移動開始
から終了までの時間〕の値が大きいほど測定感度が高ま
る。測定感度が高まれば、赤外線変化の検出感度が高ま
るのである。ここで、上式の分子(移動する電荷の量)
が同じ値ならば、感度は、分母(電荷の移動開始から終
了までの時間)が小さいほど高まる。スイッチは、電荷
が移動する時間を短縮させるために配置される。以下、
これを説明する。
Also, when measuring a change in temperature (ie, when detecting a change in infrared rays), the switch has the effect of improving the sensitivity. The plate-like electrode bends to another curvature as the temperature changes. However, it does not bend instantaneously. A time lag occurs. Therefore, the movement of the accumulated charge is not performed instantaneously, but is performed in a certain time. The amount of charge movement is detected by measuring current or voltage. At this time, the measurement sensitivity increases as the value of [the amount of moving charge / the time from the start to the end of the transfer of the charge] increases. The higher the measurement sensitivity, the higher the detection sensitivity of the infrared change. Here, the molecule of the above formula (the amount of moving charge)
Are the same, the sensitivity increases as the denominator (the time from the start to the end of the charge transfer) decreases. The switches are arranged to reduce the time for the charge to move. Less than,
This will be described.

【0030】板状電極にはスイッチが接続される。スイ
ッチの他方には配線が接続される。ある時刻t1 でスイ
ッチはオンされ、板状電極には配線を介して一定電圧が
印加される。板状電極には赤外線λ1 が入射されてお
り、板状電極は、ある曲率に湾曲している。このため、
板状電極と対向電極には静電容量C1 が生じ、それに相
応する電荷量Q1 が板状電極(及び対向電極)に蓄積さ
れる。次に、時刻t2 において、スイッチがオフされ
る。この状態で、入射される赤外線がλ2 に変化する。
板状電極は温度が変化して異なる曲率に湾曲する。板状
電極と対向電極の静電容量は、C1 からC2 に変化す
る。しかし、スイッチはオフされており、板状電極に蓄
積される電荷量は、Q1 のままである。次に、時刻t3
において、スイッチは再度オンされ、板状電極に一定電
圧が印加される。板状電極には、静電容量C2 に相当す
る電荷量Q2 が蓄積される。このとき、Q2 −Q1 の電
荷量が瞬時に移動し、それに相当する電流が生ずる。こ
の電流を測定し、赤外線の変化が検出される(または、
この電流を電圧に変換して、電圧を測定してもよい)。
A switch is connected to the plate-like electrode. Wiring is connected to the other end of the switch. At a certain time t1, the switch is turned on, and a constant voltage is applied to the plate-like electrode via a wiring. An infrared ray λ1 is incident on the plate-like electrode, and the plate-like electrode is curved to a certain curvature. For this reason,
A capacitance C1 is generated between the plate electrode and the counter electrode, and a corresponding charge Q1 is accumulated in the plate electrode (and the counter electrode). Next, at time t2, the switch is turned off. In this state, the incident infrared light changes to λ2.
The plate-like electrode changes in temperature and bends to different curvatures. The capacitance of the plate electrode and the counter electrode changes from C1 to C2. However, the switch is turned off, and the amount of charge stored in the plate-like electrode remains at Q1. Next, at time t3
In, the switch is turned on again, and a constant voltage is applied to the plate-like electrode. A charge Q2 corresponding to the capacitance C2 is accumulated in the plate-like electrode. At this time, the charge amount of Q2-Q1 moves instantaneously, and a current corresponding thereto is generated. This current is measured and changes in infrared light are detected (or
This current may be converted to a voltage and the voltage measured.

【0031】スイッチを配置させない赤外線センサで
は、時刻t2 から時刻t3 の間に生ずるQ2 −Q1 の電
荷の移動により赤外線の変化が検出される。しかし、ス
イッチを配置することで、実質的な電荷移動は瞬時にな
される。このため、〔移動する電荷の量/移動時間〕の
値は、極めて大きくなり、電流又は電圧の測定感度が高
まる。それに伴い、赤外線の検出感度を高めることがで
きるのである。スイッチは、高速に動作させるため、ま
た、微細化が可能であるため、MOSトランジスタ等の
半導体素子が好ましい。このためには、赤外線センサと
スイッチは、同一半導体基板上に形成されるのが好まし
い。さらに、請求項5に記載のセンサのように、スイッ
チを対向電極の下に配置させれば、赤外線センサは微細
化することが可能となる。
In the infrared sensor in which no switch is provided, a change in infrared light is detected by the movement of the electric charge of Q2-Q1 which occurs between time t2 and time t3. However, by arranging the switch, substantial charge transfer is instantaneously performed. For this reason, the value of [the amount of moving charges / moving time] becomes extremely large, and the current or voltage measurement sensitivity is increased. Accordingly, the detection sensitivity of infrared rays can be increased. Since the switch operates at high speed and can be miniaturized, a semiconductor element such as a MOS transistor is preferable. For this purpose, the infrared sensor and the switch are preferably formed on the same semiconductor substrate. Further, if the switch is arranged below the counter electrode as in the sensor according to the fifth aspect, the infrared sensor can be miniaturized.

【0032】本発明の赤外線センサは、請求項8に記載
したように、板状電極に赤外線吸収層を配置させれば、
赤外線の検出感度をさらに高めることが可能である。赤
外線吸収層には、金黒などがある。板状電極に入射され
る赤外線の一部は反射される。反射された赤外線は、板
状電極の温度変化に寄与する効果がない。赤外線吸収層
は、赤外線が板状電極から反射されるのを防止する。こ
のため、板状電極はより効果的に温度変化される。
According to the infrared sensor of the present invention, if an infrared absorbing layer is arranged on the plate-like electrode,
It is possible to further increase the detection sensitivity of infrared rays. The infrared absorbing layer includes gold and black. Part of the infrared light incident on the plate electrode is reflected. The reflected infrared rays have no effect of contributing to the temperature change of the plate-like electrode. The infrared absorbing layer prevents infrared rays from being reflected from the plate electrode. For this reason, the temperature of the plate electrode is more effectively changed.

【0033】また、赤外線センサを複数配置し、順次信
号電荷を取り出せば、赤外線の画像や温度分布が得られ
る。このため、赤外線センサと同一半導体基板上には、
板状電極と対向電極の間に第1、第2の電位差を生じさ
せるスイッチトランジスタと、電荷を板状電極に移動さ
せ、且つ、信号電荷を読み出すための配線部が配置され
る。これが請求項9に記載された赤外線固体撮像装置で
ある。
Further, if a plurality of infrared sensors are arranged and signal charges are sequentially taken out, an infrared image and a temperature distribution can be obtained. For this reason, on the same semiconductor substrate as the infrared sensor,
A switch transistor for generating first and second potential differences between the plate-shaped electrode and the counter electrode, and a wiring portion for transferring charges to the plate-shaped electrode and reading out signal charges are arranged. This is the infrared solid-state imaging device according to the ninth aspect.

【0034】さらに、このスイッチトランジスタにトラ
ンスファーゲートを配置し、配線部にCCD等の転送部
を配置すれば、CCDを読み出し部とする固体撮像装置
となる。これが請求項10に記載された赤外線固体撮像
装置である。
Further, if a transfer gate is arranged in the switch transistor and a transfer section such as a CCD is arranged in the wiring section, a solid-state imaging device using the CCD as a read section is obtained. This is the infrared solid-state imaging device according to the tenth aspect.

【0035】[0035]

【実施例】以下、実施例を引用し、本発明をより具体的
に説明する。しかし、本発明は、これらの例に限られる
ものではない。 (第1実施例)図1は、第1の実施例による静電容量型
赤外線センサの断面図である。本実施例に係る赤外線セ
ンサは、ガラス基板(絶縁基板)1上に板状電極5と、
それに空間を介して対面するように配置された対向電極
2と、板状電極5を固定する支持部6と、板状電極5及
び対向電極2のそれぞれに接続された配線8、9からな
る。基板1は、ガラスでなくとも絶縁物なら良い。板状
電極5は、組成がNi(36%)Fe(64%)の金属
電極3と、Ni(20%)Mn(6%)Fe(74%)
の金属電極4を積層されたものである。金属電極3は線
膨張係数が小さく、金属電極4は線膨張係数が大きい。
この組成金属の組み合わせは、一般的なバイメタルであ
る。
The present invention will be described more specifically below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a first embodiment. The infrared sensor according to the present embodiment includes a plate electrode 5 on a glass substrate (insulating substrate) 1,
It comprises an opposing electrode 2 arranged to face it via a space, a support 6 for fixing the plate electrode 5, and wirings 8, 9 connected to the plate electrode 5 and the opposing electrode 2, respectively. The substrate 1 is not limited to glass but may be an insulator. The plate-like electrode 5 includes a metal electrode 3 having a composition of Ni (36%) Fe (64%) and a metal electrode 3 of Ni (20%) Mn (6%) Fe (74%)
Are laminated. The metal electrode 3 has a small coefficient of linear expansion, and the metal electrode 4 has a large coefficient of linear expansion.
This combination of constituent metals is a common bimetal.

【0036】板状電極5は、支持部6を介して引出し電
極7に電気的に接続される。本実施例において、金属電
極3、支持部6、引出し電極7は、同一金属で同時に形
成する。しかし、それぞれ別の導電性物質を使用し、別
々に形成してもかまわない。引出し電極7は、アルミニ
ウム配線8と接続される。一方、対向電極2はアルミニ
ウムからなり、配線9と接続される。
The plate electrode 5 is electrically connected to the extraction electrode 7 via the support 6. In the present embodiment, the metal electrode 3, the support portion 6, and the extraction electrode 7 are formed simultaneously from the same metal. However, different conductive materials may be used and may be formed separately. The extraction electrode 7 is connected to the aluminum wiring 8. On the other hand, the counter electrode 2 is made of aluminum and is connected to the wiring 9.

【0037】板状電極5と対向電極2が対面している面
積は、500μm2 ( 長さ50μm、幅10μm)、板
状電極5と対向電極2の間隔は、4500Åである。こ
れらの電極間に5Vの電位差を印加させ、板状電極5の
温度を0.01℃変化させると、板状電極5に蓄積され
た電子数(電荷量)は、2500個変化した。これによ
り、赤外線の変化が検出された。
The area where the plate electrode 5 and the counter electrode 2 face each other is 500 μm 2 (length 50 μm, width 10 μm), and the distance between the plate electrode 5 and the counter electrode 2 is 4500 °. When a potential difference of 5 V was applied between these electrodes and the temperature of the plate electrode 5 was changed by 0.01 ° C., the number of electrons (charge amount) accumulated in the plate electrode 5 changed by 2500. Thereby, a change in infrared light was detected.

【0038】次に、本実施例に係る赤外線センサの製造
方法を説明する。図2は、これを説明する赤外線センサ
の各工程における断面図である。まず、スパッタ法によ
りアルミニウム薄膜がガラス基板1上に成長され、周知
のフォトリソエッチング法よよりこれがパターニングさ
れる。これにより、対向電極2が形成される。次に、ポ
リイミド樹脂が塗布され、400℃1時間の熱処理が施
される。更に、これはパターニングされて、対向電極2
を覆うようにポリイミド膜10が形成される。この状態
を示したのが図2(a)である。ポリイミド膜10にお
ける11の部分の膜厚は、4500Åである。ここで形
成される膜は、ポリイミド膜でなくとも構わない。ただ
し、アルミニウム薄膜は、500℃以上の温度で融解す
る。ここで形成する膜は、500℃以下で形成でき、且
つ、後に除去できるものであり、例えば、SOG(スピ
ン・オン・ガラス)等である。
Next, a method of manufacturing the infrared sensor according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating each step of the infrared sensor for explaining this. First, an aluminum thin film is grown on the glass substrate 1 by a sputtering method, and is patterned by a known photolithographic etching method. Thereby, the counter electrode 2 is formed. Next, a polyimide resin is applied and heat treatment is performed at 400 ° C. for 1 hour. Further, this is patterned to form the counter electrode 2
Is formed so as to cover. FIG. 2A shows this state. The film thickness of the portion 11 in the polyimide film 10 is 4500 °. The film formed here does not have to be a polyimide film. However, the aluminum thin film melts at a temperature of 500 ° C. or higher. The film formed here can be formed at 500 ° C. or lower and can be removed later, and is, for example, SOG (spin-on-glass).

【0039】次に、組成がNi(36%)Fe(64
%)の金属膜がスパッタ法により成長され、次いで、こ
れはパターニングされて金属電極3と支持部6と引出し
電極7が同時に形成される。この状態を示したのが、図
2(b)である。次に、組成がNi(20%)Mn(6
%)Fe(74%)の金属膜がスパッタ法により成長さ
れ、次いで、パターニングされて金属電極3上に金属電
極4が形成される。これにより、金属電極3及び金属電
極4を積層してなる板状電極5が形成される。次に、ア
ルミニウム薄膜が成長され、パターニングされて配線
8、9が形成される。この状態を示したのが、図2
(c)である。最後に、ポリイミド膜10を除去し、本
実施例の赤外線センサは、完成する。 (第2実施例)図3は、第2の実施例による静電容量型
赤外線センサの断面図である。本実施例に係る赤外線セ
ンサは、ガラス基板(絶縁基板)1上に板状電極5a
と、それに空間を介して対面するように配置された対向
電極2と、板状電極5を固定する支持部6aからなる。
基板1は、ガラスでなくとも絶縁物なら良い。
Next, the composition was Ni (36%) Fe (64
%) Of a metal film is grown by sputtering, and then patterned to form a metal electrode 3, a support 6, and an extraction electrode 7 at the same time. FIG. 2B shows this state. Next, the composition is Ni (20%) Mn (6
%) A metal film of Fe (74%) is grown by a sputtering method and then patterned to form a metal electrode 4 on the metal electrode 3. Thus, a plate-like electrode 5 formed by laminating the metal electrode 3 and the metal electrode 4 is formed. Next, an aluminum thin film is grown and patterned to form wirings 8 and 9. FIG. 2 shows this state.
(C). Finally, the polyimide film 10 is removed, and the infrared sensor of this embodiment is completed. (Second Embodiment) FIG. 3 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a second embodiment. The infrared sensor according to the present embodiment includes a plate electrode 5 a on a glass substrate (insulating substrate) 1.
And the counter electrode 2 disposed so as to face through a space, and a support portion 6a for fixing the plate electrode 5.
The substrate 1 is not limited to glass but may be an insulator.

【0040】板状電極は、アルミニウム電極(Al)3
aと、酸化アルミニウム(Al2 3 )4aを積層した
ものである。酸化アルミニウムは、アルミニウムを酸化
させることで容易に形成でき、また、このように形成さ
せれば、湾曲による応力が生じても、これらの2つの膜
は、剥離しにくいのである。アルミニウムによる配線8
はアルミニウム電極3aと同時に形成される。アルミニ
ウム電極3aは、この配線8により電圧を印加され、信
号電荷を蓄積される。一方、対向電極2への配線9は、
対向電極2と同時に形成される。
The plate electrode is an aluminum electrode (Al) 3
a and aluminum oxide (AlTwoO Three) 4a was laminated
Things. Aluminum oxide oxidizes aluminum
Can be easily formed, and
If possible, even if stress due to bending occurs, these two films
Is difficult to peel off. Wiring 8 made of aluminum
Is formed simultaneously with the aluminum electrode 3a. Armini
The voltage is applied to the electrode 3a by the wiring 8, and the signal
Signal charge is accumulated. On the other hand, the wiring 9 to the counter electrode 2
It is formed simultaneously with the counter electrode 2.

【0041】支持部6aはシリコン窒化膜(絶縁物)で
形成される。このようにすれば、シリコン窒化膜は、熱
伝導度が小さいため、赤外線に対する検出感度が向上す
る。さらに、板状電極5aは、支持部に頑強に固定され
る。従って、湾曲による応力に対して強くなる。 (第3実施例)図4は、第3の実施例に係る静電容量型
赤外線センサの断面図である。本実施例に係る赤外線セ
ンサは、シリコン基板(半導体基板)21上に配置され
た板状電極25と、それに空間を介して対面するように
配置された対向電極22と、板状電極25を固定する支
持部26と、MOSトランジスタ(スイッチ)30から
なる。
The support 6a is formed of a silicon nitride film (insulator). In this case, since the silicon nitride film has low thermal conductivity, detection sensitivity to infrared rays is improved. Further, the plate-like electrode 5a is firmly fixed to the support. Therefore, it becomes strong against stress due to bending. (Third Embodiment) FIG. 4 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a third embodiment. In the infrared sensor according to the present embodiment, a plate-like electrode 25 disposed on a silicon substrate (semiconductor substrate) 21, a counter electrode 22 disposed so as to face through a space to the plate-like electrode 25, and the plate-like electrode 25 are fixed. And a MOS transistor (switch) 30.

【0042】シリコン基板21の表面は、所望の部分を
熱酸化膜(シリコン酸化膜)37で覆われる。板状電極
25は、実施例1と同じ組成の金属電極23、24から
なる一般的なバイメタルである。支持部26にはシリコ
ン窒化膜(絶縁物)が配置される。このようにすれば、
シリコン窒化膜は、熱伝導度が小さいため、赤外線に対
する検出感度が向上する。さらに、板状電極5aは、支
持部に頑強に固定される。従って、湾曲による応力に対
して強くなる。
A desired portion of the surface of the silicon substrate 21 is covered with a thermal oxide film (silicon oxide film) 37. The plate electrode 25 is a general bimetal composed of the metal electrodes 23 and 24 having the same composition as in the first embodiment. A silicon nitride film (insulator) is disposed on the support 26. If you do this,
Since the silicon nitride film has low thermal conductivity, the detection sensitivity to infrared rays is improved. Further, the plate-like electrode 5a is firmly fixed to the support. Therefore, it becomes strong against stress due to bending.

【0043】MOSスイッチ30は、ソース領域32、
ドレイン領域31と、ゲート電極33からなる。ドレイ
ン領域31は、引出し電極27を介して金属電極23と
接続される。ソース領域32にはポリシリコンによる配
線28が接続される。対向電極22、及び、ゲート電極
33は、タングステンシリサイド(WSi)にて形成さ
れる。また、対向電極22、及び、ゲート電極33には
ポリシリコンによる配線29、34が接続される。対向
電極22の周囲は、シリコン窒化膜35にて覆われる。
このようにすれば、対向電極22が板状電極25と接触
してもショートしない。また、配線28やMOSトラン
ジスタ30の上には、PSG(リン含有シリコンガラ
ス)による保護膜36が配置される。
The MOS switch 30 includes a source region 32,
It comprises a drain region 31 and a gate electrode 33. The drain region 31 is connected to the metal electrode 23 via the extraction electrode 27. A wiring 28 made of polysilicon is connected to the source region 32. The counter electrode 22 and the gate electrode 33 are formed of tungsten silicide (WSi). In addition, wirings 29 and 34 made of polysilicon are connected to the counter electrode 22 and the gate electrode 33. The periphery of the counter electrode 22 is covered with the silicon nitride film 35.
In this way, even if the opposing electrode 22 comes into contact with the plate electrode 25, no short circuit occurs. In addition, a protective film 36 made of PSG (phosphorus-containing silicon glass) is disposed on the wiring 28 and the MOS transistor 30.

【0044】ここで、本実施例に係る赤外線センサの製
造方法を説明する。図5は、これを説明する赤外線セン
サの各工程における断面図である。まず、P型シリコン
基板(半導体基板)21上に500Åの熱酸化膜(シリ
コン酸化膜)37が形成される。次に、MOSトランジ
スタのソース領域予定部とドレイン領域予定部が開口す
るようにレジストがパターニングされ、これをマスクと
してこの開口部にリンをイオン注入してソース領域32
とドレイン領域31が形成される。次に、シリコン基板
21上にスパッタ法によるWSi薄膜が0.2μmの膜
厚で成長され、これをパターニングして対向電極22、
及び、ゲート電極33が形成される。この状態を示した
のが、図5(a)である。
Here, a method of manufacturing the infrared sensor according to this embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of each step of the infrared sensor for explaining this. First, a 500 ° thermal oxide film (silicon oxide film) 37 is formed on a P-type silicon substrate (semiconductor substrate) 21. Next, a resist is patterned so as to open the planned source region and the planned drain region of the MOS transistor. Using this as a mask, phosphorus is ion-implanted into the opening to form a source region 32.
And a drain region 31 are formed. Next, a WSi thin film is grown to a thickness of 0.2 μm on the silicon substrate 21 by a sputtering method.
Then, a gate electrode 33 is formed. FIG. 5A shows this state.

【0045】次に、LP−CVDによるシリコン窒化膜
(SiN)が0.7μmの膜厚で成長される。次いで、
支持部予定部以外の領域を開口部とするレジストをパタ
ーニングして、これをマスクとして500Åの膜厚にな
るまでSiNはドライエッチングされる。このようにす
れば、SiNによる支持部26が形成され、また対向電
極22の周囲は、SiNで覆われる。なお、支持部の対
向電極からの高さは、4500Åとなる。レジストパタ
ーンを除去した後に、ドレイン領域31の一部を開口部
とする新たなレジストパターンが形成され、これをマス
クとしてSiN及び熱酸化膜(シリコン酸化膜)37が
エッチングされる。これにより、ドレイン領域31には
コンタクトホール38が形成される。
Next, a silicon nitride film (SiN) is grown to a thickness of 0.7 μm by LP-CVD. Then
A resist having an opening in a region other than the planned supporting portion is patterned, and the SiN is dry-etched using the resist as a mask to a thickness of 500 °. In this way, the support portion 26 made of SiN is formed, and the periphery of the counter electrode 22 is covered with SiN. The height of the support from the counter electrode is 4500 °. After removing the resist pattern, a new resist pattern having an opening in a part of the drain region 31 is formed, and using this as a mask, the SiN and the thermal oxide film (silicon oxide film) 37 are etched. As a result, a contact hole 38 is formed in the drain region 31.

【0046】次に、SOG(スピン・オン・ガラス)が
塗布され、1000℃にて熱処理してSOG膜39が形
成される。本実施例において、SOG膜の膜厚は、1.
5μm以上であった。しかし、1μm以上あればよい。
次いで、支持部26の表面が出るまで全面はエッチング
される。この状態を示したのが、図5(b)である。S
OG膜29は、その膜厚が0.3μm以上であればクラ
ック(微細なヒビ割れ)を生ずる。しかし、ここでは、
クラックを生じても構わない。
Next, SOG (spin-on-glass) is applied and heat-treated at 1000 ° C. to form an SOG film 39. In this embodiment, the thickness of the SOG film is 1.
It was 5 μm or more. However, it may be 1 μm or more.
Next, the entire surface is etched until the surface of the support portion 26 comes out. FIG. 5B shows this state. S
If the OG film 29 has a thickness of 0.3 μm or more, cracks (fine cracks) occur. But here,
Cracks may occur.

【0047】次に、支持部26からドレイン領域31の
間を開口部とするレジストパターンが形成され、これを
マスクとしてSOG膜39はエッチングされる。これに
より、ドレイン領域31のコンタクトホールから支持部
26までのSOG膜が除去される。次に、組成がNi
(36%)Fe(64%)の金属膜がスパッタ法により
成長される。次いで、この金属膜は、パターニングされ
て金属電極23、及び、引出し電極27が形成される。
金属電極23は、ドレイン領域31と接続される。次
に、組成がNi(20%)Mn(6%)Fe(74%)
の金属膜がスパッタ法により成長される。次いで、この
金属膜は、パターニングされて金属電極24が形成され
る。これにより、バイメタルである板状電極25が形成
される。本実施例において、金属電極23、24の膜厚
は、それぞれ500Åであった。この状態を示したの
が、図5(c)である。
Next, a resist pattern having an opening from the support portion 26 to the drain region 31 is formed, and the SOG film 39 is etched using the resist pattern as a mask. As a result, the SOG film from the contact hole in the drain region 31 to the support portion 26 is removed. Next, when the composition is Ni
A (36%) Fe (64%) metal film is grown by sputtering. Next, this metal film is patterned to form a metal electrode 23 and a lead electrode 27.
Metal electrode 23 is connected to drain region 31. Next, the composition is Ni (20%) Mn (6%) Fe (74%)
Is grown by a sputtering method. Next, the metal film is patterned to form a metal electrode 24. Thereby, the plate-shaped electrode 25 which is a bimetal is formed. In this example, the thickness of each of the metal electrodes 23 and 24 was 500 °. FIG. 5C shows this state.

【0048】次に、板状電極25と対向電極22の間に
あるSOG膜29を残し、その他のSOG膜はエッチン
グ除去される。更に、ソース領域32の一部及び対向電
極22の一部2を開口部とするレジストパターンが形成
され、これをマスクとしてSiN及び熱酸化膜がエッチ
ングされる。これにより、ソース領域32、及び、対向
電極22にはコンタクトホールが形成される。次に、図
5(d)に示すように、ポリシリコンが成長され、これ
をパターニングして配線28、29、34が形成され
る。最後に、板状電極25と対向電極22の間に存在す
るSOG膜39が除去されて、本実施例の赤外線センサ
は、完成する。
Next, the SOG film 29 remaining between the plate-like electrode 25 and the counter electrode 22 is etched away. Further, a resist pattern having openings as a part of the source region 32 and a part 2 of the counter electrode 22 is formed, and the SiN and the thermal oxide film are etched using the resist pattern as a mask. As a result, contact holes are formed in the source region 32 and the counter electrode 22. Next, as shown in FIG. 5D, polysilicon is grown and is patterned to form wirings 28, 29, and 34. Finally, the SOG film 39 existing between the plate electrode 25 and the counter electrode 22 is removed, and the infrared sensor of the present embodiment is completed.

【0049】本実施例に係る赤外線センサは、赤外線の
変化を検出することも、赤外線を検出することも可能で
ある。まず、赤外線の変化を検出するための動作を説明
する。対向電極22には配線29を介して接地電位が印
加される。MOSトランジスタ30のソース32には、
配線28を介して5Vの電圧が印加される。この状態
で、まず、MOSトランジスタ30のゲート電極33に
負の電圧を印加して、MOSトランジスタ30はオン状
態にされる。これにより、板状電極25と対向電極22
の間には5Vの電位差が生じ、静電容量に応じた電荷が
蓄積される。次に、MOSトランジスタ30はオフ状態
にされる。この状態で、入射される赤外線の波長が変化
して板状電極25に温度変化が生じると、板状電極25
は、湾曲し、静電容量が変化する。しかし、MOSトラ
ンジスタ30はオフ状態にされており、蓄積される電荷
量に変化は生じない。ここで、MOSトランジスタ30
はオン状態にされる。すると、その瞬間に、静電容量の
変化量に相当する電荷が板状電極25に移動する。この
電荷の移動量は、電流値または電圧値として測定でき
る。これを測定すれば、赤外線の変化が検出可能とな
る。また、本実施例のように、スイッチを設けることに
よって、スイッチの無い場合に比べて電流が瞬時に流
れ、検出感度は高まる。
The infrared sensor according to the present embodiment is capable of detecting a change in infrared light and detecting infrared light. First, an operation for detecting a change in infrared light will be described. A ground potential is applied to the counter electrode 22 via a wiring 29. The source 32 of the MOS transistor 30 includes:
A voltage of 5 V is applied via the wiring 28. In this state, first, a negative voltage is applied to the gate electrode 33 of the MOS transistor 30, and the MOS transistor 30 is turned on. Thereby, the plate electrode 25 and the counter electrode 22
, A potential difference of 5 V is generated, and charges corresponding to the capacitance are accumulated. Next, MOS transistor 30 is turned off. In this state, when the wavelength of the incident infrared ray changes and the plate electrode 25 changes in temperature, the plate electrode 25
Is curved, and the capacitance changes. However, the MOS transistor 30 is turned off, and the amount of stored charge does not change. Here, the MOS transistor 30
Is turned on. Then, at that moment, the charge corresponding to the amount of change in the capacitance moves to the plate-like electrode 25. The amount of charge transfer can be measured as a current value or a voltage value. If this is measured, a change in infrared light can be detected. Further, by providing a switch as in this embodiment, a current flows instantaneously as compared with a case without a switch, and the detection sensitivity is increased.

【0050】次に、赤外線を検出するための動作を説明
する。対向電極22は、配線29を介して常に接地電位
が印加される。赤外線が板状電極25に入射すると、板
状電極25はその温度に相当する曲率に湾曲する。この
ときの静電容量をCA1とする。この状態で、まず、MO
Sトランジスタ30がオン状態にされる。板状電極25
と対向電極22の間には、第1の電位差が生じる。ここ
では、板状電極25に−5V印加した。これにより、静
電容量CA1に相応するリセット電荷量QR1が板状電極2
5に蓄積される。これが第1のステップである。
Next, an operation for detecting infrared rays will be described. The ground potential is always applied to the counter electrode 22 via the wiring 29. When infrared rays are incident on the plate electrode 25, the plate electrode 25 bends to a curvature corresponding to the temperature. The capacitance at this time is defined as CA1. In this state, first, MO
S transistor 30 is turned on. Plate electrode 25
A first potential difference is generated between the first electrode and the counter electrode 22. Here, -5 V was applied to the plate electrode 25. As a result, the reset charge amount QR1 corresponding to the capacitance CA1 increases
5 is stored. This is the first step.

【0051】次に、MOSスイッチ30がオフ状態にさ
れる。しかし、板状電極25に蓄積された電荷量はQR1
に保持される。ここで、配線28には、別の電圧を印加
させる。ここでは、−15Vを印加させた。次に、MO
Sトランジスタ30がオン状態にされる。板状電極25
と対向電極22の間には、第2の電位差が生じる。これ
により、電荷量QT1が板状電極25に蓄積される。蓄積
される電荷量QT1は、QT1=CA1×(15−5)であ
る。このため、QS1=QT1−QR1で表される電荷量が配
線28からMOSスイッチを介して板状電極25に移動
する。このため、電荷量QS1に相当する電流が配線28
に生ずる。この電流を測定する。これが第2のステップ
である。この電流は、板状電極に入射した赤外線に相当
する。
Next, the MOS switch 30 is turned off. However, the amount of charge stored in the plate electrode 25 is equal to QR1
Is held. Here, another voltage is applied to the wiring 28. Here, -15 V was applied. Next, MO
S transistor 30 is turned on. Plate electrode 25
A second potential difference is generated between and the counter electrode 22. As a result, the charge amount QT1 is stored in the plate electrode 25. The accumulated charge amount QT1 is QT1 = CA1 × (15-5). Therefore, the amount of charge represented by QS1 = QT1-QR1 moves from the wiring 28 to the plate electrode 25 via the MOS switch. Therefore, a current corresponding to the charge amount QS1
Occurs. This current is measured. This is the second step. This current corresponds to the infrared light incident on the plate electrode.

【0052】なお、本実施例の赤外線センサを複数配置
し、それぞれのセンサから信号電荷を読み出すための配
線を配置すれば、赤外線撮像装置となる。 (第4実施例)図6は、第4の実施例に係る静電容量型
赤外線センサの断面図である。本実施例において、MO
Sトランジスタ30(ソース領域32、ドレイン領域3
1、ゲート電極33からなる)は対向電極22の下に配
置され、板状電極25とドレイン領域31は、引出し電
極27によって接続される。このため、赤外線を受ける
部分(即ち受光部)と、スイッチ及び配線部は、積層さ
れた構成にすることができ、赤外線センサは小型にする
ことができる。なお、各電極への配線は、図6には示さ
れていない。しかし、図面の垂直方向に各電極、または
拡散領域が延びており、これに配線が接続されている。
また、本実施例の赤外線センサを複数配置すれば、赤外
線撮像装置となる。 (実施例5)図7は、第5の実施例による静電容量型赤
外線撮像装置である。(a)は平面概念図であり、
(b)は、(a)のA−A’部における断面図である。
静電容量型赤外線センサ40は、P型のシリコン基板
(半導体基板)21上に2次元状に配置される。赤外線
センサ40は、シリコン窒化膜(絶縁物)からなる支持
部26と、一端を支持部26に固定された板状電極25
と、板状電極25に空間を介し対面してされた対向電極
22からなる。板状電極25は、線膨張係数の異なる2
種類の金属電極23、24からなるバイメタルである。
赤外線撮像装置に配置された複数の対向電極22は、全
て接続され接地電位が印加される。支持部26は、シリ
コン窒化膜(絶縁物)からなる。このようにすれば、シ
リコン窒化膜は、熱伝導度が小さいため、赤外線に対す
る検出感度が向上する。さらに、板状電極5aは、支持
部に頑強に固定される。従って、湾曲による応力に対し
て強くなる。
When a plurality of infrared sensors according to the present embodiment are arranged and wiring for reading out signal charges from each sensor is arranged, an infrared imaging apparatus is obtained. (Fourth Embodiment) FIG. 6 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a fourth embodiment. In this embodiment, the MO
S transistor 30 (source region 32, drain region 3
1, the gate electrode 33) is disposed below the counter electrode 22, and the plate electrode 25 and the drain region 31 are connected by the extraction electrode 27. Therefore, the portion that receives infrared rays (that is, the light receiving portion), the switch, and the wiring portion can be stacked, and the infrared sensor can be downsized. The wiring to each electrode is not shown in FIG. However, each electrode or diffusion region extends in the vertical direction of the drawing, and wiring is connected to this.
Further, if a plurality of infrared sensors according to the present embodiment are arranged, an infrared imaging device is obtained. (Embodiment 5) FIG. 7 shows a capacitance type infrared imaging apparatus according to a fifth embodiment. (A) is a conceptual plan view,
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
The capacitance type infrared sensor 40 is two-dimensionally arranged on a P-type silicon substrate (semiconductor substrate) 21. The infrared sensor 40 includes a support 26 made of a silicon nitride film (insulator) and a plate-like electrode 25 having one end fixed to the support 26.
And the opposing electrode 22 facing the plate electrode 25 via a space. The plate-like electrode 25 has two linear expansion coefficients different from each other.
It is a bimetal composed of various types of metal electrodes 23 and 24.
The plurality of opposing electrodes 22 arranged in the infrared imaging device are all connected and a ground potential is applied. The support 26 is made of a silicon nitride film (insulator). In this case, since the silicon nitride film has low thermal conductivity, detection sensitivity to infrared rays is improved. Further, the plate-like electrode 5a is firmly fixed to the support. Therefore, it becomes strong against stress due to bending.

【0053】対向電極22の下には、シリコン酸化膜3
7を介してトランスファーゲート44及び垂直CCD4
5が配置される。トランスファーゲート44は、トラン
スファーゲート電極47と基板とは逆導電型(N型)の
拡散領域46からなる。拡散領域46は、引出し電極2
7を介して電極23と接続される。垂直CCD45は、
基板とは逆導電型(N型)の埋め込みチャネル48と、
転送電極49からなる。
Under the counter electrode 22, the silicon oxide film 3
7, a transfer gate 44 and a vertical CCD 4
5 are arranged. The transfer gate 44 includes a transfer gate electrode 47 and a diffusion region 46 of an opposite conductivity type (N type) to the substrate. The diffusion region 46 is provided for the extraction electrode 2.
7 and connected to the electrode 23. The vertical CCD 45
A buried channel 48 of the opposite conductivity type (N type) to the substrate;
It comprises a transfer electrode 49.

【0054】垂直CCD45の一端は、水平CCD41
に接続される。垂直CCD45及び水平CCD41は、
赤外線センサ40からの信号を転送させる転送部である
とともに、赤外線センサ40に電荷を供給させるもので
ある。42は出力アンプであり、43はワイヤーボンデ
ィング用の電極である。このように赤外線センサと電荷
転送部を積層構造にすれば、小型にすることができ、或
いは、赤外線センサをより多く集積させることができ
る。
One end of the vertical CCD 45 is connected to the horizontal CCD 41.
Connected to. The vertical CCD 45 and the horizontal CCD 41 are
It is a transfer unit that transfers a signal from the infrared sensor 40 and also supplies an electric charge to the infrared sensor 40. 42 is an output amplifier, and 43 is an electrode for wire bonding. When the infrared sensor and the charge transfer portion have a stacked structure as described above, the size can be reduced, or more infrared sensors can be integrated.

【0055】次に、本実施例に係る赤外線撮像装置の動
作を説明する。対向電極22には、配線を介して常に接
地電位が印加される。赤外線が赤外線センサ40に入射
すると、板状電極25はその赤外線の波長λ1 に相当す
る温度T1 になる。板状電極は、その温度に相当する曲
率に湾曲する。このときの静電容量をCA1とする。この
状態で、まず、トランスファーゲート電極47にリセッ
ト電圧VH1が印加される。ここでは、+5V印加した。
これにより、トランスファーゲート44はオン状態にな
り、静電容量CA1に相応する初期電荷量QR1が板状電極
25(及び対向電極22)に蓄積される。板状電極25
に蓄積される電荷は電子であり、その量は、QR1=CA1
×(VH1−VT)で表される。なお、VT は、トランスフ
ァーゲートのしきい値電圧である。また、埋め込みチャ
ネル48には、板状電極25に供給されずに残留した電
荷が蓄積される。
Next, the operation of the infrared imaging apparatus according to this embodiment will be described. A ground potential is always applied to the counter electrode 22 via a wiring. When infrared rays enter the infrared sensor 40, the temperature of the plate electrode 25 becomes T1 corresponding to the wavelength λ1 of the infrared rays. The plate-like electrode curves to a curvature corresponding to the temperature. The capacitance at this time is defined as CA1. In this state, first, the reset voltage VH1 is applied to the transfer gate electrode 47. Here, +5 V was applied.
As a result, the transfer gate 44 is turned on, and the initial charge amount QR1 corresponding to the capacitance CA1 is accumulated in the plate electrode 25 (and the counter electrode 22). Plate electrode 25
The electric charge stored in the storage area is an electron, and its amount is QR1 = CA1
× (VH1 -VT). VT is the threshold voltage of the transfer gate. In addition, in the buried channel 48, charges remaining without being supplied to the plate electrode 25 are accumulated.

【0056】次に、トランスファーゲート電極47に0
Vの電圧を印加し、トランスファーゲート44はオフ状
態にされる。この状態で、垂直CCDと水平CCDを駆
動して、埋め込みチャネル48に残留した電荷は転送さ
れ、外部に廃棄される。次に、トランスファーゲート電
極47に読み出し電圧VH2が印加される。VH2は、VH1
より大きい電圧である。ここでは、+15Vを印加し
た。これにより、トランスファーゲート44はオン状態
になり、電荷量QT1が板状電極25(及び対向電極2
2)に蓄積される。蓄積される電荷の量は、QT1=CA1
×(VH2−VT)である。このため、QT1=QS1−QR1で
表される量の電子が埋め込みチャネル48より板状電極
25に移動する。このことは、QS1で表される量のホー
ルが板状電極25から埋め込みチャネル48に移動する
ことに相当し、初期電荷量と蓄積電荷量の差分の電荷量
が埋め込みチャネル48に蓄積される。
Next, 0 is applied to the transfer gate electrode 47.
A voltage of V is applied, and the transfer gate 44 is turned off. In this state, the vertical CCD and the horizontal CCD are driven, and the charge remaining in the buried channel 48 is transferred and discarded outside. Next, the read voltage VH2 is applied to the transfer gate electrode 47. VH2 is VH1
Greater voltage. Here, +15 V was applied. As a result, the transfer gate 44 is turned on, and the charge amount QT1 is reduced to the plate electrode 25 (and the counter electrode 2).
It is accumulated in 2). The amount of charge stored is: QT1 = CA1
× (VH2-VT). For this reason, the amount of electrons represented by QT1 = QS1-QR1 moves from the buried channel 48 to the plate electrode 25. This corresponds to the movement of the amount of hole represented by QS1 from the plate-like electrode 25 to the buried channel 48, and the difference between the initial charge amount and the accumulated charge amount is accumulated in the buried channel 48.

【0057】次に、トランスファーゲート電極47に0
Vの電圧を印加し、トランスファーゲート44はオフ状
態にされる。この状態で、垂直CCDと水平CCDを駆
動して、埋め込みチャネル48に蓄積した電荷(ホー
ル)は転送される。このようにすれば、それぞれの赤外
線センサに入射する赤外線を電荷の量に変換して検出
し、画像化することができる。
Next, 0 is applied to the transfer gate electrode 47.
A voltage of V is applied, and the transfer gate 44 is turned off. In this state, the vertical CCD and the horizontal CCD are driven, and the charges (holes) accumulated in the buried channel 48 are transferred. In this way, it is possible to convert the infrared light incident on each infrared sensor into an amount of electric charge, detect the electric charge, and form an image.

【0058】転送終了後、再度トランスファーゲート電
極47にリセット電圧を印加し、上記の動作を繰り返
す。なお、いずれの実施例においても、板状電極の表面
に金黒などの赤外線吸収膜を配置すれば、赤外線に対す
る感度は向上する。
After the transfer is completed, a reset voltage is applied to the transfer gate electrode 47 again, and the above operation is repeated. In any of the embodiments, if an infrared absorbing film such as gold black is disposed on the surface of the plate-like electrode, the sensitivity to infrared rays is improved.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上のように本発明の赤外線検出方法
は、静電容量によるものであり自己発熱が生ずることが
ない。このため、正確に温度の検出が可能となる。ま
た、板状電極に蓄積されるリセット電荷量と総電荷量の
差分を測定すれば、チョッパーを用いずに温度測定をす
ることが可能となる。このため、本発明による赤外線セ
ンサを使用すれば、全体のシステムが小型にすることが
可能になる。
As described above, the infrared detecting method of the present invention is based on the capacitance and does not generate self-heating. Therefore, the temperature can be accurately detected. Further, if the difference between the reset charge amount and the total charge amount stored in the plate-like electrode is measured, the temperature can be measured without using a chopper. Therefore, the use of the infrared sensor according to the present invention makes it possible to reduce the size of the entire system.

【0060】また、板状電極の表面に赤外線吸収膜を配
置されせば、赤外線検出感度が向上する。本発明の赤外
線センサを複数配置すれば、赤外線撮像装置となる。さ
らに、赤外線センサと電荷転送部とを積層させた赤外線
撮像装置は、チップサイズを小さくすることができるた
め、歩留りが向上すると言う効果もある。チップサイズ
を同一とするなら、より多くの赤外線センサを集積させ
ることができる。
Further, if an infrared absorbing film is disposed on the surface of the plate-like electrode, the sensitivity of detecting infrared rays is improved. If a plurality of infrared sensors according to the present invention are arranged, an infrared imaging device is obtained. Furthermore, an infrared imaging device in which an infrared sensor and a charge transfer unit are stacked can reduce the chip size, and thus has an effect of improving the yield. If the chip size is the same, more infrared sensors can be integrated.

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

【図1】本発明の第1の実施例による静電容量型赤外線
センサの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例に係る赤外線センサの各製造工程
における断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the infrared sensor according to the first embodiment in each manufacturing process.

【図3】本発明の第2の実施例による静電容量型赤外線
センサの断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例による静電容量型赤外線
センサの断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図5】第3の実施例に係る赤外線センサの各製造工程
における断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the infrared sensor according to the third embodiment in each manufacturing process.

【図6】本発明の第4の実施例による静電容量型赤外線
センサの断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a capacitance type infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例による静電容量型赤外線
撮像装置である。
FIG. 7 shows a capacitance type infrared imaging device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明を説明する静電容量型赤外線センサの概
念断面図である。
FIG. 8 is a conceptual sectional view of a capacitance type infrared sensor for explaining the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板(絶縁基板) 2、22 対向電極 3、4、23、24 金属電極 3a アルミニウム電極 4a 酸化アルミニウム 5、5a、25 板状電極 6、6a、26 支持部 7、27 引出し電極 8、9 アルミニウム配線 10 ポリイミド膜 21 シリコン基板(半導体基板) 28、29、34 ポリシリコン配線 30 MOSスイッチ 31 ドレイン 32 ソース 33 ゲート電極 35 シリコン窒化膜 36 保護膜 37 シリコン酸化膜 38 コンタクトホール 39 SOG膜 40 赤外線センサ 41 水平CCD 42 出力アンプ 43 ワイヤーボンディング用電極 44 トランスファーゲート 45 垂直CCD 46 拡散領域 47 トランスファーゲート電極 48 埋め込みチャネル 49 転送電極 以上 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate (insulating substrate) 2, 22 Counter electrode 3, 4, 23, 24 Metal electrode 3a Aluminum electrode 4a Aluminum oxide 5, 5a, 25 Plate electrode 6, 6a, 26 Supporting part 7, 27 Leading electrode 8, 9 Aluminum wiring 10 Polyimide film 21 Silicon substrate (semiconductor substrate) 28, 29, 34 Polysilicon wiring 30 MOS switch 31 Drain 32 Source 33 Gate electrode 35 Silicon nitride film 36 Protective film 37 Silicon oxide film 38 Contact hole 39 SOG film 40 Infrared sensor 41 horizontal CCD 42 output amplifier 43 wire bonding electrode 44 transfer gate 45 vertical CCD 46 diffusion area 47 transfer gate electrode 48 buried channel 49 transfer electrode

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/14 H01L 31/00 Z 31/00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62 H01L 27/00 JICSTファイル(JOIS) WPI/L(QUESTEL)Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 27/14 H01L 31/00 Z 31/00 (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 1/00-1 / 60 G01J 5/00-5/62 H01L 27/00 JICST file (JOIS) WPI / L (QUESTEL)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁基板又は半導体基板上に支持部を設
け、該支持部に一端を支持し他端を自由端にして、且
つ、温度により異なる曲率に湾曲し温度により対向電極
との電気容量が変化する板状電極と、前記板状電極と
面するように空間を介して前記半導体基板上に配置した
対向電極とを準備し、 前記板状電極と前記対向電極に電圧を印加して前記板状
電極に蓄積される電荷量の変化を測定することにより物
体から輻射される赤外線の変化を検出することを特徴と
する静電容量による赤外線検出方法。
A support is provided on an insulating substrate or a semiconductor substrate.
And one end is supported by the support portion and the other end is a free end.
The opposite electrode depending on the temperature
A plate-like electrode whose electric capacity changes , and a pair with the plate-like electrode .
Preparing a counter electrode disposed on the semiconductor substrate through a space so as to face each other, and applying a voltage to the plate electrode and the counter electrode to measure a change in a charge amount accumulated in the plate electrode; Detecting a change in infrared radiation radiated from an object by performing the detection.
【請求項2】 半導体基板上に支持部を設け、該支持部
に一端を支持し他端を自由端にして、且つ、温度により
異なる曲率に湾曲し温度により対向電極との電気容量が
変化する板状電極と、前記板状電極と対面するように
間を介して前記半導体基板上に配置した対向電極とを準
備し、 前記板状電極と前記対向電極の間に第1の電位差を生じ
させて第1の電荷量を前記板状電極に蓄積させる第1の
ステップ、及び、 前記板状電極と前記対向電極の間に第2の電位差を生じ
させて第2の電荷量を前記板状電極に蓄積させると共に
前記第1の電荷量と前記第2の電荷量の差分を測定する
第2のステップからなり、赤外線の変化を検出すること
を特徴とする静電容量による赤外線検出方法。
2. A method according to claim 1, further comprising: providing a support on the semiconductor substrate;
At one end and the other end as a free end, and bends at different curvatures depending on the temperature.
A plate electrode that changes, and a counter electrode disposed on the semiconductor substrate through a space so as to face the plate electrode are prepared, and between the plate electrode and the counter electrode. A first step of causing a first potential difference to accumulate a first charge amount in the plate electrode; and a second step of generating a second potential difference between the plate electrode and the counter electrode. A second step of storing a charge amount on the plate-like electrode and measuring a difference between the first charge amount and the second charge amount, and detecting a change in infrared light. Infrared detection method.
【請求項3】 絶縁基板又は半導体基板を準備し、該基板上から突出して設けられ 、絶縁物または導電体か
らなる支持部と、 温度により曲率が異なり且つ温度により対向電極との電
気容量が変化し一端を前記支持部に固定され他端を自由
端とされた板状電極と、 前記板状電極と対面するように空間を介して前記半導体
基板上に配置された対向電極、及び、 前記板状電極または前記対向電極のどちらか一方に接続
されたスイッチからなることを特徴とする静電容量型赤
外線センサ。
3. An insulating substrate or a semiconductor substrate is prepared, and a supporting portion, which is provided so as to protrude from the substrate and is made of an insulating material or a conductor, has a different curvature depending on temperature and an electric contact between the counter electrode depending on temperature.
The air volume changes and one end is fixed to the support part and the other end is free
A plate-shaped electrode that is an end, and the semiconductor via a space so as to face the plate-shaped electrode.
A counter electrode disposed on the substrate , and connected to either the plate-like electrode or the counter electrode
Capacitance type red, characterized by comprising a switch
Outside line sensor.
【請求項4】 前記板状電極は、線膨張係数の異なる2
種類の物質が積層された薄膜であり、且つ、少なくとも
一方の前記物質は金属からなることを特徴とする請求項
3に記載の静電容量型赤外線センサ。
4. The plate-like electrode has two linear expansion coefficients different from each other.
Types of materials are laminated, and at least
The one of the substances is made of a metal.
4. The capacitive infrared sensor according to 3.
【請求項5】 前記スイッチは、前記対向電極の下に配
置されたことを特徴とする請求項3又は請求項4のいず
れかに記載の静電容量型赤外線センサ。
Wherein said switch is claimed in claim 3 or claim 4 noise, characterized in that disposed below the counter electrode
An electrostatic capacitance type infrared sensor according to any one of the claims.
【請求項6】 前記板状電極は、バイメタルからなるこ
とを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載
の静電容量型赤外線センサ。
6. The capacitance type infrared sensor according to claim 3, wherein the plate-like electrode is made of a bimetal.
【請求項7】 前記板状電極は、層状のAl及び層状の
Al2 O3 からなる積層膜であることを特徴とする請求
項3から請求項5のいずれかに記載の静電容量型赤外線
センサ。
7. The capacitive infrared sensor according to claim 3, wherein the plate-like electrode is a laminated film made of layered Al and layered Al2O3.
【請求項8】 前記板状電極の表面には、赤外線吸収膜
が配置されたことを特徴とする請求項3から請求項7の
いずれかに記載の静電容量型赤外線センサ。
8. The capacitance type infrared sensor according to claim 3, wherein an infrared absorbing film is disposed on a surface of the plate-like electrode.
【請求項9】 半導体基板を準備し、該半導体基板上から突出し 絶縁物または導電体からなる
支持部と、 温度により曲率が異なり且つ温度により対向電極との電
気容量が変化し一端を前記支持部に固定され他端を自由
端とされた板状電極と、 前記板状電極空間を介して対面するように前記半導体
基板上に配置された対向電極、及び、 前記電極の一方と接続されたスイッチとを有する赤外線
センサが前記半導体基板上に1次元または2次元状に複
数配置されたことを特徴とする静電容量型赤外線撮像装
置。
9. A semiconductor substrate is prepared, and a support portion protruding from above the semiconductor substrate and made of an insulator or a conductor is electrically connected to a counter electrode having a different curvature depending on temperature and different temperature.
The air volume changes and one end is fixed to the support part and the other end is free
A plate electrode which is the end, the semiconductor so as to face through the plate-shaped electrode and space
Infrared light having a counter electrode disposed on a substrate , and a switch connected to one of the electrodes
A sensor is one-dimensionally or two-dimensionally duplicated on the semiconductor substrate.
Capacitance type infrared imaging device characterized by being arranged in a number
Place.
【請求項10】 請求項9に記載の静電容量型赤外線撮
像装置において、前記スイッチと接続された垂直CCD
と、該垂直CCDと接続される水平CCDとを更に有
し、 前記スイッチがオンされることにより前記赤外線センサ
に蓄積された電荷を前記垂直CCD及び水平CCDを介
して転送することを特徴とする静電容量型赤外線撮像装
置。
10. The capacitance type infrared imaging according to claim 9.
A vertical CCD connected to the switch in the imaging device;
And a horizontal CCD connected to the vertical CCD.
And, wherein the infrared sensor by the switch is turned on
Charge accumulated in the vertical CCD and the horizontal CCD.
Capacitive infrared imaging device characterized by transmitting
Place.
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