JP5589605B2 - 焦電型検出器、焦電型検出装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
面の一部分上のみに強誘電体薄膜(10)を積層し、強誘電体薄膜(8)の上面の一部分上のみに上部金属薄膜である上部プラチナ膜(12)を積層している(図2,3及び請求項1)。下部金属薄膜(8)及び上部金属薄膜(12)の上面には、絶縁膜(14)に覆われない露出部に、金属薄膜にて形成される配線(16)が接続されている(段落0033)。
焦電型検出素子と、
第1面と、前記第1面に対向する第2面とを含み、前記第2面が空洞部に臨んで配置され、前記第1面に前記焦電型検出素子を搭載した支持部材と、
前記支持部材の一部を支持する支持部と、
を有し、
前記焦電型検出素子は、
前記支持部材に搭載される第1電極と、第2電極と、前記第1,第2電極間に配置された焦電材料とを含み、前記第1電極が、前記焦電材料が積層形成される第1領域と、前記第1領域より延在形成された第2領域とを含み、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターと、
前記キャパシターの表面を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第1電極の前記第2領域に通ずる第1コンタクトホールと、
前記第1コンタクトホールに埋め込まれた第1プラグと、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第2電極に通ずる第2コンタクトホールと、
前記第2コンタクトホールに埋め込まれた第2プラグと、
前記層間絶縁層及び前記支持部材の上に形成され、前記第1プラグに接続される第1電極配線層と、
前記層間絶縁層及び前記支持部材の上に形成され、前記第2プラグに接続される第2電極配線層と、
を含み、
前記第2電極配線層を形成する材料の熱伝導率は、前記第2プラグと接続される部分の前記第2電極を形成する材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。
図1に示す支持部材210及びそれに搭載される焦電型検出素子220を各セルがそれぞれ備えた複数セルの焦電型赤外線検出器200が、二軸方向例えば直交二軸方向に配列された焦電型赤外線検出装置(広義には焦電型検出装置)を、図2に示す。なお、1セル分のみの焦電型赤外線検出器にて焦電型赤外線検出装置が構成されても良い。図2において、基部(固定部ともいう)100から複数のポスト104が立設され、例えば2本のポスト(支持部)104に支持された1セル分の焦電型赤外線検出器200が、直交二軸方向に配列されている。1セル分の焦電型赤外線検出器200が占める領域は、例えば30×30μmである。
2.1.プレーナー型
図1は、本実施形態の焦電型赤外線検出器に採用されたプレーナー型のキャパシター2340を示している。比較例として、図10及び図11にスタック型のキャパシターを示す。
本実施形態のプレーナー型と対比されるスタック型キャパシターを図10及び図11に示す。図10及び図11に示すスタック型キャパシターは、第1電極(下部電極)234に対する配線構造が、図1に示すプレーナー型キャパシターと異なる。
以上の通り、熱分離された赤外線検出素子のセンサー特性上の観点から言えば、プレーナー型キャパシターはスタック型キャパシターよりも優れている。ただし、プレーナー型キャパシター及びスタック型キャパシターの共通の課題として、第1,第2電極配線層が熱伝導路として機能してしまう課題がある。
図3は、図12に示す焦電型赤外線検出器200の全体を示す断面図である。また、図4は、製造工程途中の焦電型赤外線検出器200の部分断面図である。図4では、図3の空洞部102が犠牲層150により埋め込まれている。この犠牲層150は、支持部材210及び焦電型赤外線検出素子220の形成工程前から形成工程後まで存在しており、焦電型赤外線検出素子220の形成工程後に等方性エッチングにより除去されるものである。
図3に示すように、下層から上層に向う第1方向D1に沿って、基部100上に、支持部104、支持部材210及び焦電型赤外線検出素子220が積層されている。支持部材210は、第1面211A側に密着層234Dを介して焦電型赤外線検出素子220を搭載し、第2面211B側は空洞部102に面している。なお、密着層234Dは、焦電型赤外線検出素子220の一部(最下層)である。
5.1.熱コンダクタンス
図6は、本実施形態の要部を説明するための概略断面図である。上述した通り、キャパシター230は、第1電極(下部電極)234と第2電極(上部電極)236との間に焦電体232を含む。このキャパシター230は、入射された赤外線の光量(温度)によって焦電体232の自発分極量が変化すること(焦電効果またはパイロ電子効果)を利用して赤外線を検出できる。本実施形態では、入射された赤外線が赤外線吸収体270にて吸収されて赤外線吸収体270が発熱し、赤外線吸収体270と焦電体232との間にある固体熱伝導路を介して、赤外線吸収体270の発熱が伝達される。
次に、図6に示す本実施形態のキャパシター230の構造について説明する。図6に示すキャパシター230は、焦電体232、第1電極234及び第2電極236の結晶配向は、その優先配向方位が例えば(111)面方位で揃えられている。(111)面方位に優先配向されることで、他の面方位に(111)配向の配向率が例えば90%以上に制御される。焦電係数を大きくするには(111)配向よりもむしろ(100)配向などが好ましいが、印加電界方向に対して分極を制御しやくするために(111)配向としている。ただし、優先配向方位はこれに限定されない。
G1=(G11×G12×G13)/(G11+G12+G13)…(1)
同様に、第2電極236のトータル熱コンダクタンスG2は、1/G2=(1/G21)+(1/G22)+(1/G23)で表わされるので、
G2=(G21×G22×G23)/(G21+G22+G23)…(2)
となる。
IrOx層234B,236B T12:T22=0.3:1
Pt層234C,236A T13:T23=3:1
このような膜厚関係とした理由は以下の通りである。まず、Ir層234A,236Cについて言えば、第1電極234中のIr層234Aは配向制御層として機能するから、配向性を有するには所定の膜厚が必要であるのに対して、第2電極236CのIr層の目的は低抵抗化にあり、薄くするほど低抵抗化を実現できる。
以上の通り、キャパシター230の第1,第2電極234,236の各々について、単層構造及び多層構造を説明したが、キャパシター230の機能を維持しながら、熱コンダクタンスの関係をG1<G2とする他の種々の組み合わせが考えられる。
図7は、図3の赤外線吸収膜270の配置領域を拡大した変形例の断面図である。図7を用いて、図3及び図7の各実施形態において、電極面での反射による赤外線吸収効率の向上について説明する。
電極配線層222の幅W12を狭くすることで、赤外線吸収効率の低下を抑制することができる。
図8に本実施形態の焦電型検出器または焦電型検出装置を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、光学系400、センサーデバイス(焦電型検出装置)410、画像処理部420、処理部430、記憶部440、操作部450、表示部460を含む。なお本実施形態の電子機器は図8の構成に限定されず、その構成要素の一部(例えば光学系、操作部、表示部等)を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
Claims (6)
- 焦電型検出素子と、
第1面と、前記第1面に対向する第2面とを含み、前記第2面が空洞部に臨んで配置され、前記第1面に前記焦電型検出素子を搭載した支持部材と、
を有し、
前記焦電型検出素子は、
前記支持部材に搭載される第1電極と、第2電極と、前記第1,第2電極間に配置された焦電材料とを含み、前記第1電極が、前記焦電材料が積層形成される第1領域と、前記第1領域より延在形成された第2領域とを含み、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターと、
前記キャパシターの表面を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第1電極の前記第2領域に通ずる第1コンタクトホールと、
前記第1コンタクトホールに埋め込まれた第1プラグと、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第2電極に通ずる第2コンタクトホールと、
前記第2コンタクトホールに埋め込まれた第2プラグと、
前記層間絶縁膜及び前記支持部材の上に形成され、前記第1プラグに接続される第1電極配線層と、
前記層間絶縁膜及び前記支持部材の上に形成され、前記第2プラグに接続される第2電極配線層と、
前記第1電極配線層および前記第2電極配線層を覆って形成されるパッシベーション膜と、
平面視で、前記第1電極の前記第1領域と、前記第1電極の前記第2領域の少なくとも一部と、それぞれ重なる位置にて、前記パッシベーション膜上に前記パッシベーション膜よりも厚く形成された光吸収部材と、
を含み、
前記光吸収部材は、前記パッシベーション膜とは異種材料のSiO 2 またはSiNを前記パッシベーション膜上にてパターニングして最表面が平坦に加工され、
前記第2電極配線層を形成する材料の熱伝導率は、前記第2プラグと接続される部分の前記第2電極を形成する材料の熱伝導率よりも低く、
前記第1電極は、前記支持部材の前記第1面と接する密着層を含み、前記密着層の熱伝導率は、前記焦電材料と接する部分の前記第1電極を形成する材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とする焦電型検出器。 - 請求項1において、
前記第1電極配線層を形成する材料の熱伝導率は、前記第1プラグと接続される部分の前記第1電極を形成する材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とする焦電型検出器。 - 請求項1または2において、
前記第2電極の熱コンダクタンスが前記第1電極の熱コンダクタンスよりも大きいことを特徴とする焦電型検出器。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の焦電型検出器を二軸方向に沿って二次元配置したことを特徴とする焦電型検出装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の焦電型検出器を有することを特徴とする電子機器。
- 請求項4に記載の焦電型検出装置を有することを特徴とする電子機器。
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