JP4720341B2

JP4720341B2 - ボロメータ型赤外線検知素子及び検知器

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Publication number: JP4720341B2
Application number: JP2005215067A
Authority: JP
Inventors: 和行江頭
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: JP2007033160A

Description

本発明は、ボロメータ抵抗の抵抗値の変化により赤外線を検出するボロメータ型赤外線検知素子及び検知器に関する。

図５はボロメータ型赤外線検知器１の構造を示す断面図である。一般的に、ボロメータ型赤外線検知器１は、内部を真空に保つ真空容器２と、真空容器１の上面に設けられ赤外線の入射開口部となる窓３と、検知器外部と接続するための外部接続用端子４と、真空容器２の内底面上に設けられた温度制御素子７と、この温度制御素子７の上に設けられた半導体基板６と、この半導体基板６上に形成され赤外線を検知するボロメータ型赤外線検知素子５と、とを具備する。

図６は、特許文献１に記載されたボロメータ型赤外線検知素子５を示す平面図である。この赤外線検知素子５は、赤外線が照射される赤外線検知部１０と、赤外線検知部１０を基板６から浮いた状態で保持する１対の梁部１２とからなる。そして、赤外線検知部１０においては、赤外線を吸収する吸収膜１１上に、ボロメータ薄膜８を積層した構造を有し、梁部１２においては、吸収膜１１上に電極リード９が積層された構造を有する、そして、梁部１２の一端部１３は、基板６に接触しているが、他端部は基板６から離隔して非接触の状態にあり、この非接触の１対の他端部は赤外線検知部１０を、基板６から離隔し、空中に浮遊させた状態で、保持する。これにより、ボロメータ薄膜８及び吸収膜１１は、赤外線検知部１０で、基板６から熱的に分離されたダイアフラム構造となっている。ボロメータ薄膜８は短冊状をなす３個の分割薄膜に分割され、これらの分割薄膜が相互間に僅かの間隔をおいて配置されている。そして、中央の分割薄膜がその長手方向の一端部で外側の一方の分割薄膜の一端部に電極１５により電気的に接続されており、その他端部で外側の他方の分割薄膜の他端部に電極１５により電気的に接続されている。そして、前記一方の分割薄膜の他端部と前記他方の分割薄膜の一端部は、夫々、電極１５を介して電極リード９に接続されている。電極リード９はいずれも外部の抵抗値読み出し端子１４に接続されている。これにより、１対の電極リード９間に、ボロメータ薄膜８の３個の分割薄膜が直列接続されている。

ボロメータ薄膜８は電気的には抵抗器となっており、赤外線を吸収する吸収膜１１上に、ボロメータ薄膜８が張られている。赤外線検知部１０に赤外線が入射すると、赤外線のエネルギーが吸収膜１１により吸収され、ボロメータ薄膜８の温度が上昇する。ボロメータ薄膜８の抵抗値には温度特性があるので、ボロメータ薄膜８の温度が上昇すると抵抗値が変化する。この抵抗値の温度特性を抵抗温度計数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）とよぶ。

ボロメータ抵抗には通常、チタン、酸化バナジウム、イットリュウムバリウム銅酸化物、又はアモルファスシリコンなどの、ＴＣＲの絶対値が大きい材料が使用される。ボロメータ型の検知器は、赤外線の入射により温度変化が生じてその抵抗値が変化したときに、読み出し回路によりその抵抗値の変化を電気信号として取り出すことによって、赤外線を検知する。

前述のように、ボロメータ抵抗値には温度特性がある。このため、赤外線が入射していない状態でも、半導体基板の熱が梁を経由してボロメータ薄膜８に流入すると、ボロメータ薄膜８の温度が変化するので抵抗値が変化する。検知器を使用する環境温度範囲が狭い場合、温度制御素子７によりボロメータ抵抗値が外部の読み出し回路で読出しできる範囲の抵抗値になるように制御を行えばよい。しかし、ボロメータ型検知器が広い環境温度範囲で使われる場合、図６に示す従来のボロメータ型検知器では、その出力抵抗値の範囲を読み出しできる範囲にするためには、環境温度に拘わらずボロメータ薄膜８の温度を一定範囲内に保つ必要があり、このために、温度制御素子７を大電力で駆動する必要がある。

特開２００３−１２１２５５号公報特開平８−１４５７１５号公報特開平９−２８３３０５号公報

一般にＴＣＲの絶対値が大きいボロメータを用いた検知器は、ボロメータ抵抗が大きく変化するために、広い温度範囲で用いることはできない。ボロメータ型検知器を広い温度範囲で使用しようとする場合、検知器に搭載された温度制御素子７でボロメータ温度を強制的に変化させる必要がある。この方法を実行するためには、温度制御素子７に大容量の温度制御能力を持たせる必要がある。そのため、温度制御素子７の駆動にかける電圧及び電流の負荷が大きくなり、検知器周辺の放熱機構の設計負荷も増える。環境温度が変化することで抵抗値が変化しても、読出し回路が想定するボロメータ抵抗値の読み出し範囲に幅があれば読み出すことができる。しかし、その場合は、温度制御素子７の駆動負荷が減るかわりに、広範囲の読み出しを可能とするために、読み出し回路の面積が増加する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、大容量の温度制御能力をもつ温度制御素子を設けることなく、従って、検知器周辺の放熱機構の設計負荷も小さく、更に、読み出し回路の読み出し可能な抵抗値範囲も大きくすることなく、広い温度範囲でボロメータを駆動して、赤外線を検出することができるボロメータ型赤外線検知素子及び検知器を提供することを目的とする。

本発明に係るボロメータ型赤外線検知素子は、基板と、赤外線検知部と、前記赤外線検知部を前記基板から離隔するように支持する梁部とを有し、前記赤外線検知部は、平面視で矩形状をなし相互に間隔をおいて平行に配置された複数個のボロメータ薄膜と、このボロメータ薄膜の各端部に接触するように設けられ隣接するボロメータ薄膜を流れる電流が相異なる方向に流れるように前記ボロメータ薄膜を直列に接続する複数個の電極と、を有し、隣接する前記電極間を全て同時に接続又は切断状態に切り替えるＭＯＳトランジスタで構成された複数個のスイッチが前記赤外線検知部に設けられ、前記梁部は、前記スイッチが切断状態のときに前記ボロメータ薄膜の直列接続体の始端部及び終端部となるボロメータ薄膜に設けられた電極に接続されたリード部及び前記スイッチを切り替えるスイッチ切り替え信号を前記複数個のスイッチに送信する信号線を有することを特徴とする。

このボロメータ型赤外線検知素子において、前記赤外線検知部には、赤外線を吸収する吸収膜が設けられており、前記ボロメータ薄膜は前記吸収膜上に形成されていることが好ましい。

更に、前記梁部の基端部は前記赤外線検知部を支持しており、前記梁部の先端部は前記基板に支持されているように構成することができる。そして、前記梁部の先端部には、前記基板に設けた配線と接続されるコンタクトが形成されているように構成することもできる。

本発明に係る赤外線検知器は、赤外線が透過する窓が設けられた真空容器と、前記容器内に設けられた温度制御素子と、前記温度制御素子の上に搭載された前記請求項１乃至６のいずれか１項に記載の赤外線検知素子と、前記容器の壁に設けられ前記赤外線検知素子に対する信号の送受を行う外部接続用端子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、全てのスイッチを切断状態にすると、全ての前記ボロメータ薄膜は直列接続される。そして、前記スイッチを全て接続状態にすれば、その接続状態にしたスイッチにより接続された１対の電極に接触する１対のボロメータ薄膜は、それらの他端部は別の電極により接続されているので、全て並列接続されることになる。これにより、前記リード部に接続された１対の電極、即ち、前記スイッチが切断状態のときにボロメータ薄膜の直列接続体の始端部及び終端部となるボロメータ薄膜に設けられた１対の電極の相互間におけるボロメータ薄膜の総抵抗値が異なったものとなる。すなわち、ボロメータ薄膜がＮ個であり、１個のボロメータ薄膜の抵抗値がＲである場合は、全てのスイッチが切断状態であれば、直列接続されたボロメータ薄膜の総抵抗値は、ＮＲとなる。これに対し、全てのスイッチが接続状態になった場合には、全てのボロメータ薄膜が並列接続されたことになるので、総抵抗値は、Ｒ／Ｎとなる。赤外線の入射ではなく、半導体基板の熱がボロメータ薄膜に流入してその温度が上昇した場合には、前記スイッチを選択的に接続状態に切り替えて、ボロメータ薄膜の総抵抗値を小さくすれば、半導体基板からの熱による温度上昇に伴う抵抗値の上昇の少なくとも一部を相殺することができ、外部の信号読出し回路の読み取り可能な抵抗値範囲内で、赤外線入射に起因する抵抗値の上昇分を検知し、赤外線の検知及び／又は赤外線量の検知を行うことができる。

本発明によれば、スイッチを切り替えて、矩形状の複数個のボロメータ薄膜の接続状態を変えるだけで、総抵抗値であるボロメータ抵抗値（外部回路の検出抵抗値）を、半導体基板の熱の流入による温度上昇等の外乱に起因する抵抗値上昇分の少なくとも一部を相殺したものにすることができる。これにより、外乱による抵抗値上昇分が上乗せされて、検出抵抗値が外部回路の読み出し可能範囲から外れようとしても、スイッチを切り替えるだけで、検出抵抗値を読み出し可能範囲内に戻すことができ、この状態で赤外線が入射すると、読み出し回路は、赤外線入射による温度上昇に起因する抵抗値の上昇分を検出することができる。このため、赤外線検出素子に対し、大容量の温度制御素子で温度制御して、ボロメータ温度が一定なるように制御する必要がなく、また、読み出し回路の読み出し可能な抵抗値範囲も大きくすることなく、広い環境温度範囲で赤外線を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るボロメータ赤外線検知素子を示す平面図、図２はその等価回路図である。この赤外線検知素子３０は、半導体基板６上に、中央の赤外線検知部３１と、その両側の梁部３２ａ、３２ｂとが配置されている。梁部３２ａ及び３２ｂの基端部は、赤外線検知部３１に接続されており、梁部３２ａ及び３２ｂの先端部は、基板６の上面に固定されている。そして、この梁部３２ａ及び３２ｂは、その先端部でのみ基板６に接しており、基端部は基板６から適長間隔をおいて離隔している。この梁部３２ａ、３２ｂの基端部は赤外線検知部３１に接続されており、従って、梁部３２ａ、３２ｂは赤外線検知部３１を基板６から離隔させ、浮遊させた状態で支持している。なお、この梁部３２ａ、３２ｂの先端部は、後述するように、基板６に形成された配線と梁部３２ａ、３２ｂ上のリード３６ａ、３６ｂ及び信号線３８ｃとのコンタクト３９，４０，４１となっている。

なお、本実施形態の赤外線検知素子３０も、図５に示す従来の赤外線検知器と同様に、真空容器２内に収納され、窓３から入射した赤外線が入射されるようになっている。また、この赤外線検知素子３０も基板６の下面に温度制御素子７が設けられ、従来と同程度の温度制御はなされる。

本実施形態の赤外線検知素子３０は、赤外線検知部３１及び梁部３２ａ、３２ｂのいずれにおいても最下層に赤外線を吸収する吸収膜３３が設けられている。この吸収膜３３はシリコン窒化膜等で形成されており、赤外線のエネルギーを吸収して、発熱する。そして、赤外線検知部３１においては、この吸収膜３３の上に、３個の平面視で矩形のボロメータ薄膜３４が相互間に若干の間隙をおいて相互に平行に配置されて形成されている。そして、図示の左方のボロメータ薄膜３４の長手方向の一方の端部に接触するように電極３５ａが形成されており、この左方のボロメータ薄膜３４と中央のボロメータ薄膜３４の他方の端部はいずれも電極３５ｂが接触して、この電極３５ｂにより共通接続されている。また、この中央のボロメータ薄膜３４と右方のボロメータ薄膜３４の一方の端部には電極３５ｃが接触して、この電極３５ｃにより共通接続されており、右方のボロメータ薄膜３４の他方の端部に接触するように電極３５ｄが形成されている。これらの電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄにより、３個のボロメータ薄膜３４が直列接続されている。また、この直列接続体の両端部の電極３５ａ及び３５ｄは、夫々梁部３２ａ、３２ｂ上の形成されたリード３６ａ、３６ｂにより外部に導出されるようになっている。梁部３２ａ、３２ｂにおいては、その先端部に半導体基板６に設けた配線（図示せず）に接続された夫々コンタクト３９，４０が設けられており、リード３６ａ、３６ｂは夫々このコンタクト３９，４０を介して基板６上の配線に接続され、これらの配線を介して夫々抵抗値読み出し端子４２，４３に接続されている。この端子４２，４３は外部の読み出し回路に接続される。

一方、左方のボロメータ薄膜３４と中央のボロメータ薄膜３４の夫々一端部に接続された電極３５ａ、３５ｃは、スイッチ３７ａにより接続されていて、このスイッチ３７ａにより、電極３５ａと電極３５ｃとが導通し又は切断されるようになっている。また、中央のボロメータ薄膜３４と右方のボロメータ薄膜３４の夫々他端部に接続された電極３５ｂ、３５ｄは、スイッチ３７ｂにより接続されて、このスイッチ３７ｂにより、電極３５ｂと電極３５ｄとが導通し又は切断されるようになっている。このスイッチ３７ａ、３７ｂは、例えば、ＭＯＳトランジスタ等で構成することができ、これらのスイッチ３７ａ、３７ｂの制御端子に夫々信号線３８ａ、３８ｂが接続されており、これらの信号線３８ａ、３８ｂが梁部３２ｂ上の信号線３８ｃに共通接続されている。この信号線３８ｃはコンタクト４１を介して半導体基板６に形成された配線に接続されており、基板６の配線を介して、スイッチ信号端子４４に接続されている。このスイッチ信号端子４４にスイッチ切り替え信号が入力される。

ボロメータ薄膜３４には、通常、チタン、酸化バナジウム、イットリュウムバリウム銅酸化物、又はアモルファスシリコンのように、ＴＣＲの絶対値が大きい材料が使用される。ボロメータ型の赤外線検知器は、ボロメータ薄膜３４の抵抗値の変化ΔＲを、外部の読み出し回路により電気信号として取り出し、これにより赤外線を検知する。

次に、上述の如く構成された赤外線検知素子の動作について説明する。スイッチ３７ａ、３７ｂが切断された状態においては、図２（ａ）に示すように、３個のボロメータ薄膜３４は直列接続されており、１個のボロメータ薄膜３４の抵抗値がＲであるとすると、その総抵抗値は３Ｒとなる。そして、梁部３２ａ、３２ｂは赤外線検知部３１を中空状態に支持する梁としての機能を有しているので、赤外線検知部３１は梁部３２ａ、３２ｂにより基板６から離隔して浮遊状態で保持されているため、基板６からの熱の影響は受けにくくなっている。この状態で、赤外線検知部３１に赤外線が入射すると、吸収膜３３で赤外線のエネルギーが吸収されてその温度が上昇し、ボロメータ薄膜３４の温度も上昇する。ボロメータ薄膜３４は温度変化による抵抗値の変化が大きく、抵抗温度係数ＴＣＲが大きいという特性を有する。このため、ボロメータ薄膜３４の温度変化が抵抗値の変化ΔＲとして、外部の抵抗値読み出し回路で検出される。外部回路は３Ｒ＋ΔＲの抵抗値を検出することにより、ボロメータ薄膜３４における温度上昇を検知し、これにより赤外線の入射及び／又は入射量を検知する。

前述のように、ボロメータ抵抗値には温度特性があるので、赤外線が入射していない状態でも、半導体基板の熱が梁を経由して流入すると、ボロメータの温度が変化するので抵抗値が変化する。検知器を使用する環境温度範囲が狭い場合は、温度制御素子７により外部読み出し回路がボロメータ抵抗値を読出しできる程度の抵抗値範囲になるように、赤外線検知素子の温度を制御することが可能である。しかし、ボロメータ型検知器が広い環境温度範囲で使われる場合は、ボロメータ薄膜３４の接続状態が上述の直列接続のままでは、温度制御素子６を大電力で駆動するか、読み出し回路の規模を大きくして広い抵抗値範囲でボロメータ抵抗を検知できるように設計しない限り、環境温度の大きな変動（上昇）により、読み出し抵抗値が外部回路の測定範囲を超えてしまう。

そこで、本実施形態においては、環境温度が上昇して、ボロメータ薄膜３４の直列接続体の総抵抗値３Ｒが、外部の抵抗値読み出し回路の測定範囲を超えようとした場合に、スイッチ信号端子４４、コンタクト４１，信号線３８ｃ、３８ａ、３８ｂを介して、スイッチ３７ａ、３７ｂに切り替え信号を送信し、スイッチ３７ａ、３７ｂを接続状態に切り替える。そうすると、電極３５ａと電極３５ｃとが接続され、電極３５ｂと電極３５ｄとが接続され、結局、図２（ｂ）に示すように、３個のボロメータ薄膜３４は並列接続される。これにより、電極３５ａと電極３５ｄとの間のボロメータ薄膜の総抵抗値は、Ｒ／３となる。よって、環境温度の上昇により一つのボロメータ薄膜３４の抵抗値は上昇しているが、総抵抗値は３ＲからＲ／３に低下し、外部の抵抗値読み出し回路に検出される抵抗値は、その測定範囲内に戻る。従って、環境温度の大きな変動（上昇）にも拘わらず、温度制御素子７の大容量化及び読み出し回路の大規模化をもたらすことなく、ボロメータ抵抗値を読み出すことができる。このボロメータ薄膜３４の並列接続体の総抵抗値Ｒ／３が外部回路の読み出し可能範囲内であれば、赤外線が赤外線検知部３１に入射したときに、吸収膜３３で赤外線が吸収されて発熱し、ボロメータ薄膜３４の温度が上昇して抵抗値が上昇したことを、外部回路が検知することができ、赤外線の入射及び／又は入射量を検知することができる。

このように、本実施形態によれば、スイッチを切り替えるだけの簡単な操作で広範囲の環境温度において、赤外線を検知することができる。即ち、環境温度の変動により、ボロメータ薄膜の抵抗値が読み出し回路に対応しなくなったとしても、スイッチを切り替えるだけで、読み出し回路はボロメータ薄膜の抵抗値を読み出すことができるようになる。

次に、どの程度の抵抗値変化が生じるかについて説明する。赤外線がボロメータ薄膜３４に入射すると、吸収膜３３により赤外線が吸収され、ダイアフラム構造を持つボロメータ薄膜３４の温度は上昇し、ボロメータ薄膜３４の総抵抗値が変化し、読出し回路で検出される。例えば、ダイアフラムの温度が２５℃のときのボロメータ抵抗値が１５０ｋΩで、ボロメータ薄膜のＴＣＲが−４％／Ｋ、読出し回路が読み出せるボロメータ抵抗値の範囲が５０ｋΩから５００ｋΩであるとする。そうすると、ボロメータ薄膜の抵抗値Ｒｂ（＝３Ｒ）は、下記数式１で表される。

但し、Ｒｂ：ボロメータの抵抗値［Ω］
Ｒｂ_０：材料によって決まる物理定数（Ｒｂ_０は１とする）
α：抵抗値がＴ_ａ［Ｋ］のときの抵抗温度係数（ＴＣＲ）［％／Ｋ］
Ｔ：ボロメータ薄膜の温度［Ｋ］

このときダイアフラムの温度が−３０℃になると、ボロメータ抵抗Ｒｂは、式（１）において、α＝−４％／Ｋ、Ｔ＝２４３Ｋ（−３０℃）を代入すると、Ｒｂ＝約２．７ＭΩになる。そうすると、ボロメータ抵抗Ｒｂが読出し回路の読み出せる抵抗値範囲を超え、抵抗値が読み出せない。そこで、抵抗値切換えスイッチ３７ａ、３７ｂをＯＮし、ボロメータ抵抗の等価回路を図２（ｂ）のように変化させると、ボロメータ抵抗値Ｒｂは約３００ｋΩ（＝２．７ＭΩ÷９）となり、読み出し回路は、ボロメータ抵抗を読み出すことができるようになる。

次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。図３において、図１と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。本実施形態は切換えスイッチ５１ａ、５１ｂを、ダイアフラム上ではなく、半導体基板６上に形成したものである。赤外線検知部３１の３個のボロメータ薄膜３４の両端部に設けられた電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄのうち、電極３５ａは梁部３２ａに形成したリード３６ａを介して、梁部３２ａの先端部に設けたコンタクト３９ａまで導出されており、電極３５ｃは梁部３２ａに形成したリード３６ｃを介して、梁部３２ａの先端部に設けたコンタクト３９ｂまで導出されている。一方、電極３５ｄは梁部３２ｂに形成したリード３６ｂを介して、梁部３２ｂの先端部に設けたコンタクト４０ａまで導出されており、電極３５ｂは梁部３２ｂに形成したリード３６ｄを介して、梁部３２ｂの先端部に設けたコンタクト４０ｂまで導出されている。そして、半導体基板６には、スイッチ５１ａ及び５１ｂが形成されており、コンタクト３９ａ、３９ｂは半導体基板６に形成した配線（図示せず）を介してスイッチ５１ａの１対の端子に接続されており、コンタクト４０ａ、４０ｂは半導体基板６に形成した配線（図示せず）を介してスイッチ５１ｂの１対の端子に接続されている。そして、これらのスイッチ５１ａ、５１ｂの制御端子５２ａ、５２ｂには、スイッチ切り替え信号が入力されるようになっている。更に、コンタクト３９ａは基板６に形成した配線（図示せず）を介して抵抗値読出し端子４２に接続されており、コンタクト４０ａは基板６に形成した配線（図示せず）を介して抵抗値読出し端子４３に接続されている。

本実施形態においても、スイッチ切り替え信号がスイッチ５１ａ、５１ｂを切断状態に制御している場合は、抵抗値読み出し端子４２と端子４３との間には、３個のボロメータ薄膜３４が電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄにより直接接続されたものが接続されている。これにより、抵抗値読み出し回路は、３Ｒのボロメータ抵抗Ｒｂを検出する。これに対し、スイッチ切り替え信号がスイッチ５１ａ、５１ｂを接続状態に切り替えた場合は、電極３５ａと電極３５ｃがリード３６ａ、３６ｃを介して接続され、電極３５ｂと電極３５ｄがリード３６ｂ、３６ｄを介して接続されるので、３個のボロメータ薄膜３４は並列接続になる。このため、抵抗値読み出し端子４２と端子４３との間には、３個の並列接続されたボロメータ薄膜３４が接続され、Ｒ／３のボロメータ抵抗Ｒｂを検出する。よって、本実施形態も第１実施形態と同様の効果を奏する。

次に、図４を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図４は本実施形態の等価回路を示す図である。本実施形態においては、Ｎ個（Ｎは４個以上）のボロメータ薄膜を配置したものであり、図１及び図３に示す実施形態と同様に、ボロメータ薄膜の両端部に夫々設けた電極は、隣接するもの同士が、ボロメータ薄膜の一方の端部と他方の端部で交互になるように接続されている。これにより、電極により、全てのボロメータ薄膜が直列接続されている。また、本実施形態においても、隣接する電極のうち、接続されていないもの同士は、スイッチにより接続されている。

よって、本実施形態においては、全てのスイッチが切断状態のときは、図４（ａ）に示すように、Ｎ個のボロメータ薄膜が直列接続されるので、ボロメータ抵抗はＮＲとなる。一方、全てのスイッチが接続状態のときは、Ｎ個のボロメータ薄膜が並列接続されるので、ボロメータ抵抗はＲ／Ｎとなる。

このように、ボロメータ薄膜の数は３個に限らず、種々設定することができる。また、スイッチの制御は、全てのスイッチを接続状態にする場合に限らず、一部のスイッチを選択的に接続状態にしてもよい。例えば、図１の赤外線検知素子３０において、スイッチ３７ａのみを接続状態にすると、図示の右端のボロメータ薄膜３４のみが抵抗値読み出し端子４２，４３間に接続され、ボロメータ抵抗波、Ｒとなる。従って、図１の実施形態においては、３Ｒ，Ｒ及びＲ／３の２とおりのボロメータ抵抗値になるように、接続状態を制御することができる。

本発明の第１実施形態に係る赤外線検知素子を示す平面図である。同じくその等価回路である。本発明の第２実施形態に係る赤外線検知素子を示す平面図である。本発明の第３実施形態に係る赤外線検知素子を示す等価回路図である。赤外線検知器の構造を示す断面図である。従来の赤外線検知素子を示す平面図である。

符号の説明

１赤外線検知器
２真空容器
３窓
４外部接続用端子
５赤外線検知素子
６半導体基板
７温度制御素子
８ボロメータ薄膜
９電極リード
１０赤外線検知部
１１吸収膜
１２梁部
１４抵抗値読出し端子
１５電極
３０赤外線検知素子
３１赤外線検知部
３２ａ、３２ｂ梁部
３３吸収膜
３４ボロメータ薄膜
３５ａ〜３５ｄ電極
３６ａ〜３６ｄリード
３７ａ、３７ｂスイッチ
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ信号線
３９，４０，４１、３９ａ、３９ｂ、４０ａ，４０ｂコンタクト
４２、４３抵抗値読み出し端子
４４スイッチ信号端子
５１ａ、５１ｂスイッチ
５２ａスイッチ信号端子

Claims

基板と、赤外線検知部と、前記赤外線検知部を前記基板から離隔するように支持する梁部とを有し、前記赤外線検知部は、平面視で矩形状をなし相互に間隔をおいて平行に配置された複数個のボロメータ薄膜と、このボロメータ薄膜の各端部に接触するように設けられ隣接するボロメータ薄膜を流れる電流が相異なる方向に流れるように前記ボロメータ薄膜を直列に接続する複数個の電極と、を有し、隣接する前記電極間を全て同時に接続又は切断状態に切り替えるＭＯＳトランジスタで構成された複数個のスイッチが前記赤外線検知部に設けられ、前記梁部は、前記スイッチが切断状態のときに前記ボロメータ薄膜の直列接続体の始端部及び終端部となるボロメータ薄膜に設けられた電極に接続されたリード部及び前記スイッチを切り替えるスイッチ切り替え信号を前記複数個のスイッチに送信する信号線を有することを特徴とするボロメータ型赤外線検知素子。
前記赤外線検知部には、赤外線を吸収する吸収膜が設けられており、前記ボロメータ薄膜は前記吸収膜上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボロメータ型赤外線検知素子。
前記梁部の基端部は前記赤外線検知部を支持しており、前記梁部の先端部は前記基板に支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボロメータ型赤外線検知素子。
前記梁部の先端部には、前記基板に設けた配線と接続されるコンタクトが形成されていることを特徴とする請求項３に記載のボロメータ型赤外線検知素子。
赤外線が透過する窓が設けられた真空容器と、前記容器内に設けられた温度制御素子と、前記温度制御素子の上に搭載された前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の赤外線検知素子と、前記容器の壁に設けられ前記赤外線検知素子に対する信号の送受を行う外部接続用端子とを有することを特徴とする赤外線検知器。