JP5251310B2

JP5251310B2 - ２波長熱型赤外線アレイセンサ

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Publication number: JP5251310B2
Application number: JP2008178283A
Authority: JP
Inventors: 直樹小田
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Priority date: 2008-07-08
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Description

本発明は、熱型赤外線アレイセンサに関し、特に、１つのデバイスで２つの赤外波長帯を検出することのできる２波長熱型赤外線アレイセンサの構成に関する。

従来の２波長非冷却熱型赤外線アレイセンサについては、特許第３５９７０６９号「複数の赤外波長帯を検出する熱型赤外線アレイセンサ」に記載されている。その従来例を図２（ａ）〜２（ｅ）に示す。図２（ａ）は２つの赤外波長帯を検出するボロメータ型赤外線アレイセンサの模式的斜視図であり、アレイを構成する２種類の画素を模式的に表示している。

２つの赤外波長帯を検出する熱型赤外線アレイセンサの従来例では、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ読出回路基板４から伸びている梁３によって支えられて宙に浮いているダイアフラム２から成る熱分離構造を有する上層部と、読出回路や完全反射膜を有するＳｉ読出回路基板４とで構成されている。このような熱型赤外線アレイセンサにおいて、隣り合う画素のダイアフラム２の多層構造や使用する薄膜材料を変えたり、上層部とＳｉ読出回路基板４上の完全反射膜との間隔を画素毎に変えることにより、異なる波長帯の赤外線を検出することができる。

１番目の従来例を図２（ｂ）に示す。画素のダイアフラム１０２は、赤外線を透過する酸化バナジウムから成るボロメータ材料薄膜１０５と、保護膜１０６または保護膜１０７とから成る。

断面Ａ−Ａ’の画素では、保護膜１０６はＳｉＮ膜であり波長８〜１４μｍ帯の赤外線を吸収する。高い赤外吸収率は、Ｓｉ読出回路基板１０９上の完全反射膜１０８で入射赤外線１をダイアフラム１０２の方向に反射させることによって達成される。この場合、キャビティ１１０の間隔はダイアフラム２が宙に浮いていれば良い。一方、断面Ｂ−Ｂ’に示す他の画素の保護膜１０７は、赤外線にほぼ透明なＳｉＯ_２である。赤外線を吸収させるため、ダイアフラム上面には真空インピーダンス整合させた赤外吸収薄膜１１１が形成されており、同赤外吸収薄膜と完全反射膜１０８との間で起こる光学的な干渉により波長３〜５μｍ帯の赤外線を主に吸収するように、赤外吸収薄膜１１１と完全反射膜１０８との間隔を光学的に１μｍに調整している。

このようにして吸収された赤外線は熱となってダイアフラムの温度を変化させ、ダイアフラム内のボロメータの抵抗が変わり、電気信号に変換され信号処理された後に画像化される。赤外線アレイセンサに所望の配置でＡ−Ａ’断面やＢ−Ｂ’断面の画素を配置し、あるいはＢ−Ｂ’断面の画素のキャビティ長を変えることによって、２つの波長帯の赤外線を検出することができる。

２番目の従来例を図２（ｃ）に示す。画素のダイアフラム１１２は、赤外線を透過する酸化バナジウムから成るボロメータ材料薄膜１１３と、保護膜１１４または保護膜１１５とから成る。保護膜１１４と保護膜１１５は赤外線にほぼ透明なＳｉＯ_２である。

ダイアフラム上面には真空インピーダンス整合させた赤外吸収薄膜１１７が形成されており、同赤外吸収薄膜と完全反射膜１１６との間での光学的干渉により、断面Ａ−Ａ’の画素では、波長８〜１４μｍ帯の赤外線を吸収するように、赤外吸収薄膜１１７と完全反射膜１１６との間隔を光学的に約２．５μｍに調整している。実際には厚さ５００ｎｍのＳｉＯ_２保護膜でキャビティ長（キャビティ１１９の間隔）は１．８μｍである。一方、断面Ｂ−Ｂ’の画素では、波長３〜５μｍ帯の赤外線を主に吸収するように、赤外吸収薄膜１１７と完全反射膜１１６との間隔を光学的に約１μｍに調整している。実際には厚さ５００ｎｍのＳｉＯ_２保護膜でキャビティ長（キャビティ１２０の間隔）は０．３μｍである。

このように赤外線アレイセンサに所望の配置でキャビティ長の異なるセンサを配置することによって２つの波長帯の赤外線を検出することができる。

３番目の従来例を図２（ｄ）に示す。画素のダイアフラム１２１は、赤外線を反射する厚さ１００ｎｍのＴｉのような金属薄膜から成る金属ボロメータ材料薄膜１２２と、保護膜１２３または保護膜１２４および保護膜１２５とから成る。保護膜１２３、保護膜１２４は、赤外線にほぼ透明なＳｉＯ_２で形成されている。

ダイアフラム１２１上面には真空インピーダンス整合させた赤外吸収薄膜１２６が形成されており、同赤外吸収薄膜と金属ボロメータ薄膜１２２との間の光学的干渉により、断面Ａ−Ａ’の画素では波長８〜１４μｍ帯の赤外線を吸収するように金属ボロメータ薄膜１２２上の保護膜１２３の厚さを光学的に約２．５μｍに調整している。実際には、ＳｉＯ_２の保護膜の厚さは１．６μｍである。一方、断面Ｂ−Ｂ’の画素では、波長３〜５μｍ帯の赤外線を主に吸収するように保護膜１２４の厚さを光学的に１μｍに調整しており、ＳｉＯ_２の保護膜の厚さは０．６μｍである。

このように赤外線アレイセンサに所望の配置で赤外吸収薄膜と金属ボロメータ薄膜との間の保護膜の厚さが異なるセンサを配置することによって、２つの波長帯の赤外線を検出することができる。

４番目の従来例を図２（ｅ）に示す。３番目の従来例と同じように、画素のダイアフラム１３０には、赤外線を反射するＴｉのような金属薄膜から成る金属ボロメータ材料薄膜１３１が形成されているが、ダイアフラム１３０上部の保護膜の材料と赤外線吸収薄膜との組み合わせが異なっている。すなわち、画素のダイアフラム１３０は、赤外線を反射する厚さ１００ｎｍの金属ボロメータ材料薄膜１３１と、保護膜１３２または保護膜１３３と、保護膜１３５とから成る。

断面Ａ−Ａ’の画素では、保護膜１３２は波長８〜１４μｍ帯の赤外線を吸収するＳｉＮ膜である。高い赤外吸収率は、入射赤外線１を金属ボロメータ材料薄膜１３１で保護膜１３２の方向に反射させることによって達成される。一方、断面Ｂ−Ｂ’の画素では、保護膜１３３は赤外線にほぼ透明なＳｉＯ_２で、ダイアフラム１３０上面には真空インピーダンス整合させた赤外吸収薄膜１３４が形成されており、同赤外吸収薄膜と金属ボロメータ材料薄膜１３１との間で起こる光学的干渉により波長３〜５μｍ帯の赤外線を主に吸収するように、赤外吸収薄膜１３４と金属ボロメータ薄膜１３１との間隔を光学的に１μｍに調整している。ＳｉＯ_２の保護膜の厚さは０．７μｍである。尚、この従来例では、金属ボロメータ材料薄膜１３１の下の保護膜１３５はＳｉＮでもＳｉＯ_２でも構わない。またキャビティ１３６の間隔もダイアフラム１３０が宙に浮いていれば良い。

このように赤外線アレイセンサに所望の配置で赤外吸収薄膜を有せず赤外線を吸収する保護膜を用いた画素と、金属ボロメータ薄膜と赤外吸収薄膜とを組合せた画素とを配置することによって２つの波長帯の赤外線を検出することができる。

特許第３５９７０６９号公報

以上の従来例の問題点を次に述べる。

１番目の従来例の問題点は、断面Ａ−Ａ’の画素と断面Ｂ−Ｂ’の画素が異なる保護膜を有するため、製造工程が複雑であり、応力に違いが生じ易いためにダイアフラムが浮き難く、歩留まりが悪くなることである。

２番目の従来例の問題点は、断面Ａ−Ａ’の画素と断面Ｂ−Ｂ’の画素が異なるキャビティ長を有するため、Ｓｉ読出回路基板に段差を形成し且つその上に形成する犠牲層を平坦にしなければならないというように製造工程が複雑であり、歩留まりが悪くなることである。

３番目の従来例の問題点は、断面Ａ−Ａ’の画素と断面Ｂ−Ｂ’の画素が異なる保護膜厚を有するため、製造工程が複雑であり、応力に違いが生じ易いためにダイアフラムが浮き難く、歩留まりが悪くなることである。

４番目の従来例の問題点は、断面Ａ−Ａ’の画素と断面Ｂ−Ｂ’の画素が異なる保護膜且つ異なる厚みを有するため、製造工程が複雑であり、応力に違いが生じ易いためにダイアフラムが浮き難く、歩留まりが悪くなることである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、２つの波長帯の赤外線を検出でき、且つ高い歩留まりで製造できる画素構造を有する熱型赤外線アレイセンサを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、入射する赤外線を検出する複数の画素が所定の配列で配置されている、熱分離構造を有する熱型赤外線アレイセンサにおいて、前記複数の画素は、検出する赤外線の波長帯が異なる第１種類の画素及び第２種類の画素を含み、前記第１種類の画素及び前記第２種類の画素は、基板から伸長している梁によって空間に支持されるダイアフラムを備え、前記ダイアフラムは、赤外線を実質的に透過する熱電変換材料薄膜と、当該熱電変換材料薄膜の物性の変化を取り出すための電極と、前記熱電変換材料薄膜及び前記電極を取り囲む保護膜と、前記ダイアフラムの周辺から外側に向かって突き出すように形成された庇とを含み、前記ダイアフラムの直下の前記基板上に、赤外線を実質的に反射する反射膜を備え、前記ダイアフラムの前記保護膜及び前記庇は、第１の波長帯の赤外線の吸収係数が相対的に大きく、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の赤外線の吸収係数が相対的に小さい材料で構成され、前記第１種類の画素には、更に、前記ダイアフラム上面及び前記庇上面に金属薄膜が形成され、前記庇上面に形成された金属薄膜の一部は、前記ダイアフラム上面に形成された金属薄膜の一部から真上の所定の距離上方に位置し、前記第１種類の画素は、前記保護膜及び前記庇により吸収される前記第１の波長帯の赤外線と、前記金属薄膜と前記反射膜との間で起こる光学的な干渉で定められる前記第２の波長帯の赤外線と、に感度を有し、前記第２種類の画素は、前記保護膜及び前記庇により吸収される前記第１の波長帯の赤外線に感度を有するものである。

本発明の２波長熱型赤外線アレイセンサによれば、歩留まりの悪化を防止しつつ、簡単な構成で２つの波長帯の赤外線を検出できる。

その理由は、２種類の画素を、同じ種類かつ同じ膜厚の保護膜を用い、かつ、同じキャビティ長で形成し、一方の種類の画素のダイアフラム及び庇に金属薄膜を形成して、検出する赤外線の波長帯を変化させているからである。

背景技術で示したように、２つの赤外波長帯を検出する熱型赤外線アレイセンサは提案されているが、従来の２波長熱型赤外線アレイセンサは、２種類の画素を種類の異なる保護膜で形成したり、２種類の画素を保護膜の膜厚を変えて形成したり、２種類の画素をキャビティ長を変えて形成する必要があったため、製造工程が複雑になると共に、応力に違いが生じ易いためにダイアフラムが浮き難くなり、その結果、歩留まりが悪くなるという問題があった。

そこで、本発明の２波長熱型赤外線アレイセンサでは、２種類の画素を同じ種類及び同じ膜厚の保護膜を用い、かつ、キャビティ長を変えることなく、２つの波長帯の赤外線を検出できるようにする。それを実現するには次に示す画素構造を用いる。

第１の種類の画素は、Ｓｉ読出回路基板の各画素の上に複数の梁で宙に浮くように支持されたダイアフラムを有し、同ダイアフラムは赤外線を殆ど（実質的に）透過するボロメータ材料薄膜などの熱電変換材料薄膜と同薄膜の物性の変化（例えば抵抗変化）を取り出すための電極と同熱電変換材料薄膜と同電極を取り囲む保護膜から構成され、同ダイアフラム直下のＳｉ読出回路基板上には赤外線を殆ど（実質的に）反射する完全反射膜が形成されている。また、同ダイアフラムの周辺から外方向に庇を突き出すように形成して開口率を大きくし、感度を上げている。庇と保護膜の材料は同じである。保護膜の材料は例えばＳｉＮであり、波長８〜１４μｍ帯に吸収特性を有し、波長８μｍ以下の赤外線を殆ど吸収しない（US Patent, Re.36706）。また、ダイアフラムと完全反射膜、及び、庇と完全反射膜とは、その上面の間隔が所定の波長帯（例えば、波長３〜５μｍ帯）で光学的干渉が生じるように設定されている。

一方、第２の種類の画素は、第１の種類の画素と同構造のダイアフラムと庇に金属薄膜が形成されている。

上記構造では、前者の画素は、主に波長８〜１４μｍ帯に感度を有する。一方、後者の画素では、波長８〜１４μｍ帯に感度があることに加え、ＳｉＮ薄膜が波長８μｍ以下の赤外線を殆ど吸収しないことを利用して、ダイアフラムや庇に形成した金属薄膜と完全反射膜の間で起こる光学的干渉により、他の波長帯（例えば、波長３〜５μｍ帯）にも感度を有する。そして、これら２種類の画素をアレイセンサ内で行毎または列毎あるいは千鳥配列に配置し、２種類の画素からの信号を演算することにより、波長３〜５μｍ帯と波長８〜１４μｍ帯の画像を別々に取得できるようにしている。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る２波長熱型赤外線アレイセンサについて、図１（ａ）〜図１（ｆ）を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の２波長熱型赤外線アレイセンサで用いられる２種類の画素の模式的斜視図かつ分解図である。図１（ｂ）は、本発明の２波長熱型赤外線アレイセンサで用いられる２種類の画素のうち、図１（ａ）のＡ−Ａ’に沿った模式的部分断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’に沿った模式的部分断面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、１種類目の画素は、Ｓｉ読出回路基板４のコンタクト６から伸びている梁３によって支えられて宙に浮いているダイアフラム２、同ダイアフラム上に形成された金属薄膜１４、同金属薄膜が形成された同ダイアフラムの周辺から外側に向かって突き出すように形成された庇５および同庇上に形成された金属薄膜１５から成る熱分離構造を有する上層部と、読出回路や完全反射膜１１を有するＳｉ読出回路基板４とで構成されている。ダイアフラム２は、保護膜７、ボロメータ材料薄膜８、電極１３および保護膜９で構成された多層構造である。同ダイアフラムはＳｉ読出回路基板とキャビティ１０により空間的に隔てられている。梁３は、保護膜７、電気配線１２および保護膜９とで構成されている。

２種類目の画素は、Ｓｉ読出回路基板４のコンタクト６から伸びている梁３によって支えられて宙に浮いているダイアフラム２、同ダイアフラムの周辺から外側に向かって突き出すように形成された庇５から成る熱分離構造を有する上層部と、読出回路や完全反射膜１１を有するＳｉ読出回路基板４とで構成されている。ダイアフラム２は、保護膜７、ボロメータ材料薄膜８、電極１３および保護膜９で構成された多層構造である。同ダイアフラムはＳｉ読出回路基板とキャビティ１０により空間的に隔てられている。梁３は、保護膜７、電気配線１２および保護膜９とで構成されている。

そして、これら２種類の画素が千鳥または行毎や列毎に配列されて、２波長熱型赤外線アレイセンサが構成される。

これら２種類の画素の感度は異なる波長特性を示す。以下、画素数６４０ｘ４８０、画素ピッチ２３．５μｍの２波長熱型赤外線アレイセンサを例にして具体的に説明する。

まず、図１（ａ）の２種類目の画素、つまり図１（ｃ）の画素から説明する。同画素のダイアフラム２は、赤外線を殆ど透過する酸化バナジウムなどを材料とするボロメータ材料薄膜８（例えば、厚さ約１００ｎｍ）と、保護膜７と、保護膜９とから成る。同ダイアフラムには、これらの保護膜と同じ材料の庇５（厚さ約３００ｎｍ）が形成されている。保護膜７と保護膜９の材料はＳｉＮ膜（厚さ合計、約５００ｎｍ）などであり、波長８〜１４μｍ帯の赤外線を吸収する。高い赤外吸収率は、Ｓｉ読出回路基板４上の完全反射膜１１（例えば、２００ｎｍのＡｌ、Ｔｉ、ＷＳｉ等の金属膜）で入射赤外線１をダイアフラム２の方向に反射させることによって達成される。この画素の感度の波長特性を図１（ｅ）に示す。ＳｉＮは波長８μｍ以下で吸収係数が非常に小さいため、あまり感度がない。

次に、図１（ａ）の１種類目の画素、つまり図１（ｂ）の画素について説明する。１種類目の画素が上記２種類目の画素と異なる点は、ダイアフラム２および庇５の上に金属薄膜１４と金属薄膜１５とが形成されていることである。両金属薄膜の材料はＴｉＡｌＶなどであり、厚みは約２０ｎｍ、シート抵抗は１００Ω／□である。この画素の感度の波長特性は、図１（ｄ）に示すように、波長３〜５μｍ帯にも感度を有している。波長８〜１４μｍ帯の赤外線に感度を有する理由は、上記２種類目の画素と同じである。

波長３〜５μｍ帯で感度を有する理由を説明する。ＳｉＮは、前述のように、波長８μｍ以下の赤外線を殆ど吸収しない。この場合、ダイアフラムや庇に形成した金属薄膜１４、金属薄膜１５と完全反射膜１１の間で光学的干渉が生ずる。従来例から知られているように、完全反射膜１１と金属薄膜の間の光学的距離ｄと干渉により吸収される波長λの間には、ｄ＝ｍ×λ／４（次数：ｍ＝１，２…）の関係がある。

ダイアフラム２上の金属薄膜１４と完全反射膜１１の光学的距離は、ＳｉＮの屈折率１．９（US Patent, Re.36706のFig.7の反射率のデータより計算）と保護膜の厚さ５００ｎｍとキャビティ間隔１．３μｍから、２．２５μｍとなる。一方、庇５上の金属薄膜１５と完全反射膜１１の光学的距離は、ダイアフラム上面と庇下面の間隔１．７μｍと庇のＳｉＮの厚さ３００ｎｍを考慮すると、４．５μｍとなる。

従って、庇上の金属薄膜１５と完全反射膜１１の間で生じる光学的干渉によって、図１（ｆ）に示す波長が金属薄膜１５により主に吸収される。また、ダイアフラム上の金属薄膜１４と完全反射膜１１の間で生じる光学的干渉によって、図１（ｆ）に示す波長が金属薄膜１４により主に吸収される。両者を比べると分かるように、ダイアフラム２と庇５の上に金属薄膜を形成することにより、波長６μｍ以下の波長帯がこれらの金属薄膜に吸収される。尚、シート抵抗を真空インピーダンス整合した値３７７Ω／□に近づけることにより波長６μｍ以下の感度を更に向上させることが可能である。

以上述べたように、１種類目の画素において、保護膜としてＳｉＮを用い、且つダイアフラムと庇の上に金属薄膜を形成することにより、ＳｉＮが有する波長８〜１４μｍ帯の吸収帯を利用して同波長帯で感度を持たせ、且つ波長８μｍ以下ではＳｉＮがほぼ透明であるため金属薄膜と完全反射膜との間で生じる光学的干渉を利用して波長６μｍ以下の赤外線にも感度を持たせることができる。

このような構成の１種類目の画素と２種類目の画素を千鳥または行毎や列毎に６４０ｘ４８０の画素数で配列して、１種類目の画素の出力信号から２種類目の画素の出力信号にある係数ｋをかけた値を差し引くことにより、波長６μｍ以下の波長帯の画像が得られ、一方、２種類目の画素の出力信号をそのまま用いることにより波長８〜１４μｍ帯の画像が得られる。従って、２波長熱型赤外線アレイセンサとしては、３２０ｘ２４０の画素数となる。

最後に係数ｋの較正方法について述べる。６４０ｘ４８０の画素数、２３．５μｍの画素ピッチの熱型赤外線アレイセンサにおいて、１種類目の画素と２種類目の画素を千鳥または行毎や列毎に配列した場合、波長６μｍ以下の画像を得るには、波長８μｍ以上を透過するフィルターをアレイセンサの前に置いて１種類目の画素から得られる画像と２種類目の画素から得られる画像が同じになるように、２種類目の画素の出力信号に掛ける係数ｋを決める。次に１種類目の画素から得られる画像から２種類目の画素の出力信号に係数ｋを掛けた画像を差し引くことにより、波長６μｍ以下の画像を抽出することができる。このようにして、６４０ｘ４８０画素の熱型赤外線アレイセンサの画像デ−タから３２０ｘ２４０画素相当の２波長の画像を得ることができる。

なお、上記実施例では、保護膜７と保護膜９の材料としてＳｉＮを用いる場合を示したが、これらの膜は、特定の波長帯（例えば、波長８〜１４μｍ帯）の吸収係数が相対的に大きく、他の波長帯（例えば、波長３〜５μｍ帯）の吸収係数が相対的に小さい材料であればよく、他の材料を用いることができる。その場合、ダイアフラム２上の金属薄膜１４と完全反射膜１１の光学的距離、及び、庇５上の金属薄膜１５と完全反射膜１１の光学的距離が所望の値となるように、材料の種類や膜厚、キャビティ間隔を設定すればよい。

また、上記実施例では、熱型赤外線アレイセンサを１種類目の画素と２種類目の画素とで構成したが、本発明の熱型赤外線アレイセンサは、検出する赤外線の波長帯が異なる複数種類の画素で構成されていればよく、例えば、ダイアフラム上の金属薄膜１４と完全反射膜１１の間で生じる光学的干渉によって規定される波長帯と、庇上の金属薄膜１５と完全反射膜１１の間で生じる光学的干渉によって規定される波長帯とを変えて、３種類の波長帯を検出できるようにすることもできる。

また、上記実施例では、熱電変換材料としてボロメータ材料薄膜を用いたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、熱電変換材料として強誘電体材料薄膜を用いる場合に対しても同様に適用することができる。

本発明は、熱型赤外線アレイセンサに利用可能である。

本発明の一実施形態に係る２波長熱型赤外線アレイセンサで用いられる２種類の画素の模式的斜視図かつ分解図である。本発明の一実施形態に係る２波長熱型赤外線アレイセンサで用いられる２種類の画素のうち、図１（ａ）のＡ−Ａ’に沿った模式的部分断面図である。本発明の一実施形態に係る２波長熱型赤外線アレイセンサで用いられる２種類の画素のうち、図１（ａ）のＢ−Ｂ’に沿った模式的部分断面図である。本発明の一実施形態に係る２波長熱型赤外線アレイセンサで用いられる２種類の画素のうち、図１（ｂ）の画素の感度の波長特性である。本発明の一実施形態に係る２波長熱型赤外線アレイセンサで用いられる２種類の画素のうち、図１（ｃ）の画素の感度の波長特性である。本発明の一実施形態に係る２波長熱型赤外線アレイセンサおいて、庇上の金属薄膜と完全反射膜の間で生じる光学的干渉、及び、ダイアフラム上の金属薄膜と完全反射膜の間で生じる光学的干渉によって吸収される波長を示す表である。従来の２波長非冷却熱型赤外線アレイセンサの模式的斜視図である。従来の２波長非冷却熱型赤外線アレイセンサにおける１番目の例の模式的部分断面図である。従来の２波長非冷却熱型赤外線アレイセンサにおける２番目の例の模式的部分断面図である。従来の２波長非冷却熱型赤外線アレイセンサにおける３番目の例の模式的部分断面図である。従来の２波長非冷却熱型赤外線アレイセンサにおける４番目の例の模式的部分断面図である。

符号の説明

１入射赤外線
２、１０２、１１２、１２１、１３０ダイアフラム
３梁
４、１０９、１１８、１２８、１３７Ｓｉ読出回路基板
５庇
６コンタクト
７、１０６、１０７、１１４、１１５、１２５、１３５保護膜
８、１０５、１１３ボロメータ材料薄膜
１２２、１３１金属ボロメータ材料薄膜
９、１０６、１０７、１１４、１１５、１２３、１２４、１３２、１３３保護膜
１０、１１０、１１０’、１１９，１２０、１２７、１３６キャビティ
１１、１０８、１１６、完全反射膜
１２電気配線
１３電極
１４、１５金属薄膜
１１１、１１７、１２６、１３４赤外吸収薄膜

Claims

入射する赤外線を検出する複数の画素が所定の配列で配置されている、熱分離構造を有する熱型赤外線アレイセンサにおいて、
前記複数の画素は、検出する赤外線の波長帯が異なる第１種類の画素及び第２種類の画素を含み、
前記第１種類の画素及び前記第２種類の画素は、基板から伸長している梁によって空間に支持されるダイアフラムを備え、前記ダイアフラムは、赤外線を実質的に透過する熱電変換材料薄膜と、当該熱電変換材料薄膜の物性の変化を取り出すための電極と、前記熱電変換材料薄膜及び前記電極を取り囲む保護膜と、前記ダイアフラムの周辺から外側に向かって突き出すように形成された庇とを含み、前記ダイアフラムの直下の前記基板上に、赤外線を実質的に反射する反射膜を備え、前記ダイアフラムの前記保護膜及び前記庇は、第１の波長帯の赤外線の吸収係数が相対的に大きく、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の赤外線の吸収係数が相対的に小さい材料で構成され、
前記第１種類の画素には、更に、前記ダイアフラム上面及び前記庇上面に金属薄膜が形成され、前記庇上面に形成された金属薄膜の一部は、前記ダイアフラム上面に形成された金属薄膜の一部から真上の所定の距離上方に位置し、
前記第１種類の画素は、前記保護膜及び前記庇により吸収される前記第１の波長帯の赤外線と、前記金属薄膜と前記反射膜との間で起こる光学的な干渉で定められる前記第２の波長帯の赤外線と、に感度を有し、
前記第２種類の画素は、前記保護膜及び前記庇により吸収される前記第１の波長帯の赤外線に感度を有することを特徴とする２波長熱型赤外線アレイセンサ。
熱電変換材料薄膜はボロメータ材料薄膜であり、前記物性の変化は抵抗の変化であることを特徴とする請求項１に記載の２波長熱型赤外線アレイセンサ。
前記第１の波長帯は波長８〜１４μｍ帯であり、前記第２の波長帯は波長８μｍ以下の赤外線波長帯であることを特徴とする請求項１又は２に記載の２波長熱型赤外線アレイセンサ。
前記保護膜及び前記庇の材料はシリコン窒化膜であり、前記第１の波長帯は波長８〜１４μｍ帯、前記第２の波長帯は波長３〜５μｍ帯であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の２波長熱型赤外線アレイセンサ。
前記第１種類の画素と前記第２種類の画素とは、千鳥、行毎又は列毎に配列され、
前記第２種類の画素の出力信号により、前記第１の波長帯の赤外線の画像が取得され、
前記第１種類の画素の出力信号から、前記第２種類の画素の出力信号に所定の係数を掛け合わせた値を差し引くことにより、前記第２の波長帯の赤外線の画像が取得されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の２波長熱型赤外線アレイセンサ。