JP5771900B2 - 熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
熱型検出素子と、
第1面と、前記第1面と対向する第2面とを含み、前記第1面が空洞部と面し、前記2面に前記熱型検出素子を搭載して支持する支持部材と、
前記支持部材を支持する固定部と、
を有し、
前記支持部材は、
前記第2面側に配置され、第1方向に向う残留応力を有する第1層部材と、
前記第1面側にて前記第1層部材に積層され、前記第1方向とは逆向きの第2方向に向う残留応力を有する第2層部材と、
を有し、
前記第1層部材は前記第2層部材よりも熱コンダクタンスが小さいことを特徴とする。
後述するように図1(A)〜図1(C)に示すように発生する反りを図1(D)に示すようにした解消した支持部材及びそれに搭載される焦電型光検出素子(広義には熱型光検出素子)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(広義には熱型光検出器)が、直交二軸方向に配列された焦電型赤外線検出装置(広義には熱型光検出装置)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。
図3は、図2に示す焦電型赤外線検出器200の断面図である。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1(A)〜図1(D)は本発明の実施形態に係る熱型検出素子を搭載する支持部材の反りの発生とその解消のメカニズムを説明するための概略説明図である。図1(A)に示すように、基部100の空洞部102に犠牲層150が埋め込まれた状態で、支持部材210はその両端が基部100に接合されるように形成され、その後焦電型赤外線検出素子220が形成される。この状態では、犠牲層150は空洞部102に埋め込み形成された後に、CMP等により上面が平坦化される。よって、犠牲層150の上面が平坦化されている限り、支持部材210も平坦性を有する。
4.1.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、支持部材210が空洞部102と面する第1面(図6の下面)と対向する第2面(図6の上面)に搭載して支持される。そして、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に本実施形態の熱型光検出器または熱型光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(熱型光検出装置)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7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)
- 第1電極と第2電極との間に焦電材料を含み、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターを有する焦電型検出素子と、
第1面と、前記第1面と対向する第2面とを含み、前記第1面が空洞部と面し、前記第2面に前記焦電型検出素子を搭載して支持する支持部材と、
前記支持部材を支持する固定部と、
を有し、
前記支持部材は、
前記第2面側に配置され、第1方向に向う残留応力を有する第1層部材と、
前記第1面側にて前記第1層部材に積層され、前記第1方向とは逆向きの第2方向に向う残留応力を有する第2層部材と、
を有し、
前記第1層部材は前記第2層部材よりも熱コンダクタンスが小さく、
前記焦電型検出素子では、前記第1電極及び前記第2電極の各々が複数層から成り、
前記第2面上に配置される前記第1電極が前記焦電材料と接する層は、前記焦電材料を特定の結晶面に優先配向させるシード層であり、
前記第2電極が前記焦電材料と接する層は、前記焦電材料と結晶配向が整合する配向整合層であり、
前記第1電極のトータル膜厚T1は前記第2電極のトータル膜厚T2よりも厚く、かつ、前記第1電極中の前記シード層の厚さをt1とし、前記第2電極中の前記配向整合層の厚さをt2としたとき、t1≧3×t2として、前記第1電極の熱コンダクタンスを、前記第2電極の熱コンダクタンスよりも小さくしたことを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1において、
前記支持部材は、前記第2層部材が前記第1層部材に積層される面とは逆の面にて前記第2層部材に積層される第3層部材をさらに有し、前記第3層部材は前記第1方向に向う残留応力を有することを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1または2において、
前記空洞部を規定する壁部は第1エッチングストップ膜にて覆われ、
前記支持部材は、前記第1エッチングストップ膜に覆われた前記空洞部内に配置される犠牲層上に形成された第2エッチングストップ膜の上に形成され、前記第1エッチングストップ膜と前記第2エッチングストップ膜とは同一材料にて形成され、前記空洞部内より前記犠牲層が除去されることで、前記第2面側の最外層に前記第2エッチングストップ膜が露出していることを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の熱型光検出器を直交二軸方向に沿って二次元配置したことを特徴とする熱型光検出装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の熱型光検出器を有することを特徴とする電子機器。
- 請求項4に記載の熱型光検出装置を有することを特徴とする電子機器。
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