JP3269199B2 - 焦電型赤外線検出素子 - Google Patents

焦電型赤外線検出素子

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JP3269199B2 JP20766193A JP20766193A JP3269199B2 JP 3269199 B2 JP3269199 B2 JP 3269199B2 JP 20766193 A JP20766193 A JP 20766193A JP 20766193 A JP20766193 A JP 20766193A JP 3269199 B2 JP3269199 B2 JP 3269199B2
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徳巳 小谷
努 中西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焦電体を用いて赤外線を
検出する焦電型赤外線検出素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、焦電型赤外線検出素子は、非接触
で物体の検知や温度検出ができる点を生かして、電子レ
ンジの調理物の温度測定、エアコンの室内温度制御、或
いは自動ドア、警報装置での人体検知等に利用されてお
り、今後その利用範囲は拡大していくと見られる。
【0003】焦電型赤外線検出素子は、強誘電体の焦電
効果を利用したセンサーである。強誘電体は内部に一定
方向の自発分極を有しており、その表面に正及び負電荷
を発生させる。大気中における定常状態では、大気中の
分子が持つ電荷と結合して中性状態になっている。すべ
ての物体は、温度に応じた赤外線を放出しており、赤外
線検出部に入射した赤外線量に応じた温度変化を強誘電
体に生じさせる。そのため、赤外線検出部の熱応答性を
良好にする必要があり、その部分での熱容量は焦電薄膜
のみが望ましいと考えられる。
【0004】以下、従来の焦電型赤外線検出素子につい
て図面を参照しながら説明する。図3は従来の焦電型赤
外線検出素子を示す断面図である。図3に示すように、
焦電型赤外線検出素子は、赤外線検出部と、酸化マグネ
シウム単結晶基板(以下、(100)MgO単結晶基板
と略す)31とからなり、赤外線検出部は(100)M
gO単結晶基板31の底面から開口部35の内面に沿っ
て電極32aを有し、電極32aの上層に焦電薄膜33
を、焦電薄膜33の上面に赤外線の吸収膜としての機能
を備えた電極32bを、電極32bの上層にポリイミド
系樹脂の有機膜34を有した構成である。
【0005】以上のように構成された焦電型赤外線検出
素子について、以下にその製造方法について説明する。
まず、(100)MgO単結晶基板31上に、焦電薄膜
33としてランタンを含有したチタン酸鉛(以下、PL
Tと略す)をメタルマスクを用いて所定の形状に高周波
マグネトロンスパッタ法でエピタキシャル成長させる。
次に、それらの上層に電極32bとして20nm程度の
膜厚を有するニクロム(以下、NiCrと略す)薄膜を
スパッタ法で形成し、フォトリソグラフィで所定の形状
にパターニングする。さらに、それら上層に膜厚3μm
程度のポリイミド系樹脂34を形成する。その後、焦電
薄膜33の下面の(100)MgO単結晶基板をレジス
トでマスクした後、下面より燐酸でエッチングし開口部
35を形成する。次に、(100)MgO単結晶基板を
取り除いた側に電極32aとして200nm程度の膜厚
を有するNiCr薄膜をスパッタ法で形成し、フォトリ
ソグラフィで所定の形状にパターニングする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、一般的に焦電薄膜やポリイミド系樹脂が大
きな内部応力を有していることにより、基板の開口部が
大きくなる程、これらの内部応力による歪が焦電薄膜に
生じやすくなり、信頼性の低下を導くとともに、基板の
開口部として基板を下面から上面まで除去するので、エ
ッチングに要する時間がかかり、生産性を低下させ、し
かも開口部が必要以上に大きくなり、大型化するという
問題点を有していた。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、熱容量が小さく熱応答性に優れるとともに、低
コストで小型化が可能な生産性に優れた信頼性の高い焦
電型赤外線検出素子を提供することを目的とするもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の焦電型赤外線検出素子では、少なくとも単
結晶からなる基板と、前記基板上に第一の電極を有し、
前記第一の電極上に焦電薄膜を有し、前記焦電薄膜上に
赤外線吸収効果を有する第二の電極を有した赤外線検出
部とからなり、前記基板は前記赤外線検出部が接する前
記基板表層部に前記基板は前記赤外線検出部が接する前
記基板の表層部に前記赤外線検出部の内部に設けたエッ
チング穴によって形成した空洞を有した構成である。
【0009】
【作用】本発明は上記構成により、焦電薄膜の下層部分
に相当する基板の表層部に空洞を設けるので、赤外線検
出部における熱容量を焦電薄膜と第一の電極と第二の電
極とだけの熱容量の合成容量とすることができ、開口部
を大きくして、熱容量を減少させなくても、赤外線検出
部における熱容量を十分に減少させるので、開口部の拡
大にともなう焦電薄膜の歪み、断線、破壊を防止しつ
つ、赤外線検出部の熱応答性を優れたものにすることが
できるとともに、基板の上面よりエッチングを行うので
エッチング工程が短縮され、赤外線検出部の内部に設け
たエッチング穴よりエッチングを行うため空洞の面積が
最小となり、素子全体の面積も小さく保持も容易とな
り、低コストで小型化が可能な赤外線検出部の生産性を
優れたものにすることができる。
【0010】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。図1(a),(b)は本発明の第
一の実施例における焦電型赤外線検出素子を示す平面図
及び断面図である。図1に示すように、本発明の焦電型
赤外線検出素子は、(100)MgO単結晶基板11
と、前記(100)MgO単結晶基板11上に第一の電
極12aを有し、前記第一の電極12a上に焦電薄膜1
3を有し、焦電薄膜13上に第二の電極12bを有した
赤外線検出部とからなり、赤外線検出部の内部に設けた
エッチング穴14によって(100)MgO単結晶基板
11は赤外線検出部が接する(100)MgO単結晶基
板11の表層部に微小空洞15を有した構成である。
【0011】以上のように構成された焦電型赤外線検出
素子について、その製造方法を以下に説明する。まず、
基板11として(100)MgO単結晶基板を用い、前
記(100)MgO単結晶基板11上に電極12aとし
て200nm程度の膜厚を有する白金(以下、Ptと略
す)薄膜をマグネトロンスパッタ法により、エピタキシ
ャル成長させる。その上層に、焦電薄膜13としてPL
T等の焦電材料からなる薄膜を高周波マグネトロンスパ
ッタ法により、エピタキシャル成長させる。このとき
(100)MgO単結晶基板11と焦電薄膜の熱膨張係
数の差により、焦電薄膜の格子が歪、(100)MgO
単結晶基板11面に対して垂直方向に、c軸が伸びるこ
とにより、一定方向の自発分極が現れる。次に、焦薄膜
膜13をフォトリソグラフィにより所定の形状にパター
ニングし、その後、電極12aフォトリソグラフィによ
り所定の形状にパターニングする。次に焦電薄膜13の
上層の少なくとも一部に、電極12bとして20nm程
度の膜厚を有する赤外光の反射率の少ないNiCr薄膜
をスパッタ法により形成し、フォトリソグラフィにより
所定の形状にパターニングする。その後、焦電薄膜13
と同一表面上からフォトリソグラフィにより赤外線検出
部の内部中央に設けた1個のエッチング穴14を介して
微小空洞15を作製する。このときのエッチング液とし
て、濃度が10vol%、液温が80℃の燐酸を用い
る。その結果、微小空洞15の大きさは、エッチング時
間が20分のとき水平方向:300μm、垂直方向:8
0μmであることを確認している。
【0012】以上のように本実施例の素子構造によれ
ば、赤外線検出部の内部に設けた一個のエッチング穴1
4を介して微小空洞15を形成することにより赤外線検
出部が、(100)MgO単結晶基板11表層部に設け
られた微小空洞15を介して保持されていることによ
り、ポリイミド系樹脂を用いることなく赤外線検出部を
保持することができる。これにより、NiCr薄膜から
なる電極12bが受けた赤外線エネルギーを熱に変換
し、焦電薄膜13が熱エネルギーを効率よく吸収するこ
とが可能となり、応答速度が速く、高感度の赤外線検出
素子が形成される。また、エッチング穴14で微小空洞
15が開口されているため熱が微小空洞15に蓄熱され
ず熱応答性に優れ、更に、(100)MgO単結晶基板
11の一部領域に赤外線検出素子部を最小面積で覆う微
小空洞15が設けられるため、最小面積の素子が実現で
き超小型化が可能となる。また残りの(100)MgO
単結晶基板11がセンサー部の支持基板としてそのまま
使用でき、構造も安定となっている。また、本発明の構
造では、製造方法も単純化され、かつ信頼性の高い検出
素子が形成される。
【0013】(実施例2)以下、本発明の第二の実施例
について図面を参照しながら説明する。図2(a),
(b)は本発明の第二の実施例における焦電型赤外線検
出素子を示す平面図及び断面図である。図2に示すよう
に、焦電型赤外線検出素子は実施例1と略同等な構成で
あり、MgO単結晶基板21と電極22a,22bと焦
電薄膜23と微小空洞25とを有しているが、エッチン
グ穴24を赤外線検出部の内部に対称に複数有した構成
である。
【0014】以上のように、エッチング穴24を、赤外
線検出部の内部に対称に複数個設けたことにより、エッ
チング穴から赤外線検出部下部全体までのエッチング到
達時間が短縮されるとともに、エッチング液が入れかわ
りやくなるためエッチング速度も増加し、最小時間で微
小空洞の形成が可能となり、より生産性を向上させるこ
とが可能となる。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、焦電薄膜
の下層部分に相当する基板の表層部に空洞を設けるの
で、赤外線検出部における熱容量を焦電薄膜と第一の電
極と第二の電極とだけの熱容量の合成容量とすることが
でき、開口部を大きくして熱容量を減少させなくても、
赤外線検出部における熱容量を十分に減少させるので、
開口部の拡大にともなう焦電薄膜の歪み、断線、破壊を
防止しつつ、赤外線検出部の熱応答性を優れたものにす
ることができるとともに、基板の上面よりエッチングを
行うのでエッチング工程が短縮され、赤外線検出部の内
部に設けたエッチング穴よりエッチングを行うため空洞
の面積が最小となり、素子全体の面積も小さく保持も容
易となり、低コストで小型化が可能な赤外線検出部の生
産性を優れたものにすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の一実施例における焦電型赤外線
検出素子を示す平面図 (b)本発明の一実施例における焦電型赤外線検出素子
を示す断面図
【図2】(a)本発明の第二の実施例における焦電型赤
外線検出素子を示す平面図 (b)本発明の第二の実施例における焦電型赤外線検出
素子を示す断面図
【図3】従来の焦電型赤外線検出素子を示す断面図
【符号の説明】
11 基板 12a,12b 電極 13 焦電薄膜 14 エッチング穴 15 微小空洞 21 基板 22a,22b 電極 23 焦電薄膜 24 エッチング穴 25 微小空洞 31 基板 32a,32b 電極 33 焦電薄膜 34 有機膜 35 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−331452(JP,A) 特開 昭63−316489(JP,A) 特開 平3−94127(JP,A) 特開 平4−32274(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62 H01L 37/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも単結晶からなる基板と、前記
    基板上に第一の電極を有し、前記第一の電極上に焦電薄
    膜を有し、前記焦電薄膜上に赤外線吸収効果を有する第
    二の電極を有した赤外線検出部とからなり、前記基板は
    前記赤外線検出部が接する前記基板の表層部に前記赤外
    線検出部の内部に設けたエッチング穴によって形成した
    空洞を有した焦電型赤外線検出素子。
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US08/220,450 US5471060A (en) 1993-08-23 1994-03-30 Pyroelectric infrared radiation detector and method of producing the same
EP94105097A EP0640815B1 (en) 1993-08-23 1994-03-31 Pyroelectric infrared radiation detector and method of producing the same
DE69421024T DE69421024T2 (de) 1993-08-23 1994-03-31 Pyroelektrischer Infrarotstrahlungsdetektor und Verfahren zu seiner Herstellung
US08/501,932 US5662818A (en) 1993-08-23 1995-07-31 Method of producing a pyroelectric infrared radiation detector

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US6576085B2 (en) 1998-01-13 2003-06-10 Kao Corporation Paper bulking promoter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6576085B2 (en) 1998-01-13 2003-06-10 Kao Corporation Paper bulking promoter
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