JP5884053B2 - 赤外線放射素子 - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線放射素子に関するものである。
従来から、ＭＥＭＳ（micro electro mechanicalsystems）の製造技術などを利用して製造される赤外線放射素子が研究開発されている。この種の赤外線放射素子は、ガスセンサや光学分析装置などの赤外光源（赤外線源）として使用することができる。
この種の赤外線放射素子としては、例えば、図４および図５に示す構成の赤外線放射素子７０が提案されている（文献１［日本国公開特許公報第平１１−２７４５５３号］）。
赤外線放射素子７０は、ｎ−型シリコンからなる素子基板２１を備えている。この素子基板２１は、一面２１ａ側から反対面２１ｂ側に台形状に貫通する穴２２が設けられている。赤外線放射素子７０は、素子基板２１の一面２１ａ側にｐ型半導体からなる帯状の隔膜部２３が穴２２の一方の開口面を塞ぐように形成されている。赤外線放射素子７０は、隔膜部２３の表面に、ｎ型半導体からなる発熱部７４が形成され、発熱部７４の表面の両端に、金属材からなる第１、第２の電極５５、５６が設けられている。
上述の赤外線放射素子７０は、第１の電極５５と第２の電極５６との間に電圧が印加されると、発熱部７４に電流が流れて発熱部７４が発熱し、赤外線を放射する。
赤外線放射素子７０は、素子基板２１の一面２１ａ側および隔膜部２３の表面が、表面保護の目的だけでなく、赤外線の放射を促進するためのシリコン酸化膜２７によって覆われている。
上述の赤外線放射素子７０では、発熱部７４の中央部７４ａの幅を広くし、両端部７４ｂ、７４ｃの幅を狭くしてある。これにより、赤外線放射素子７０は、発熱部７４において温度が相対的に高温となる高温部の領域が広くなり、赤外線の放射密度が増大する。
ところで、赤外線放射素子を例えば分光式ガスセンサ用の赤外光源として用いる場合には、赤外線放射素子を間欠的に駆動することで赤外線を間欠的に放射させ、赤外線を検出する受光素子の出力をロックインアンプにより増幅することで、ガスセンサの出力のＳ／Ｎ比を向上できることが知られている。
また、上述の赤外線放射素子７０では、動作中に発生する熱応力に起因して、隔膜部２３において穴２２の上記一方の開口面に重なる矩形領域の角部に応力が集中しやすい。このため、赤外線放射素子７０では、高出力化や、赤外線を間欠的に放射させるチョッピング速度の高速化を図った場合に、隔膜部２３の上述の矩形領域の角部を起点として隔膜部２３が破損してしまう懸念がある。
また、上述の赤外線放射素子７０では、隔膜部２３が、素子基板２１の一面２１ａ側にボロンをイオン注入してアニーリングを施すことにより形成されている。このため、赤外線放射素子７０では、隔膜部２３の熱伝導率が素子基板２１の熱伝導率と同等であると推考され、隔膜部２３の熱抵抗が小さく、より一層の高出力化が難しいものと推考される。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、高出力化を図ることが可能であり、且つ、信頼性の向上を図ることが可能な赤外線放射素子を提供することにある。
本発明に係る第１の形態の赤外線放射素子は、基板と、開口部と、第１絶縁層と、発熱体層と、第２絶縁層と、通電部と、を備える。前記基板は、厚み方向に直交する一表面を有する。前記開口部は、前記基板を前記厚み方向に貫通する。前記第１絶縁層は、前記基板の前記一表面に前記開口部を覆うように配置される。前記発熱体層は、前記一表面に平行な基準面で前記開口部の内側に位置するように前記第１絶縁層における前記基板とは反対側に配置される。前記第２絶縁層は、前記第１絶縁層における前記基板とは反対側に前記発熱体層を覆うように配置される。前記通電部は、前記第２絶縁層における前記基板とは反対側に配置され前記発熱体層に電気的に接続される。前記開口部は、前記一表面に平行な基準面内において角を有する形状である。前記通電部は、前記厚み方向で前記開口部の前記角と重なる補強部を有する。
本発明に係る第２の形態の赤外線放射素子では、第１の形態において、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層と前記発熱体層とは、全体として引張応力を有する。
本発明に係る第３の形態の赤外線放射素子では、第１または第２の形態において、前記通電部は、電極と、配線と、を備える。前記電極は、前記基準面において前記開口部の外側に位置するように前記基板上に配置される。前記配線は、前記電極を前記発熱体層に電気的に接続する。
本発明に係る第４の形態の赤外線放射素子では、第３の形態において、前記開口部は、４つの前記角を有する矩形状または正方形状である。前記通電部は、前記４つの角にそれぞれ対応する４つの前記補強部を有する。
本発明に係る第５の形態の赤外線放射素子では、第４の形態において、前記通電部は、４つの前記配線を有する。前記４つの配線は、それぞれ対応する４つの前記補強部を含む。
本発明に係る第６の形態の赤外線放射素子では、第５の形態において、前記電極は、第１電極と第２電極とを含む。前記第１電極および前記第２電極は、前記基準面内で前記開口部の一辺に沿った所定方向において前記開口部の両側に配置される。前記第１電極は、前記４つの角のうち前記第１電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記配線に接続される。前記第２電極は、前記４つの角のうち前記第２電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記配線に接続される。
本発明に係る第７の形態の赤外線放射素子では、第６の形態において、前記配線は、前記電極に接続される端部を有する。前記端部は、前記電極に近づくほど幅が大きくなる。前記端部が、前記補強部である。
本発明に係る第８の形態の赤外線放射素子では、第７の形態において、前記端部は、その側面が凹面である。
本発明に係る第９の形態の赤外線放射素子では、第５〜第８の形態のいずれか１つにおいて、前記発熱体層は、前記基準面において４つの第２角を有する矩形状または正方形状である。前記発熱体層は、前記基準面において前記開口部の四辺とそれぞれ平行な四辺を有する。前記４つの配線の各々は、前記基準面において、前記発熱体層の前記第２角とこの第２角に最も近い前記開口部の前記角とを通る直線状に形成される。
本発明に係る第１０の形態の赤外線放射素子では、第４の形態において、前記開口部は、４つの前記角を有する矩形状または正方形状である。前記電極は、第１電極と第２電極とを含む。前記第１電極および前記第２電極は、前記基準面において前記開口部の一辺に沿った所定方向における前記開口部の両側に配置される。前記第１電極は、前記４つの角のうち前記第１電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記補強部を含む。前記第２電極は、前記４つの角のうち前記第２電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記補強部を含む。
本発明に係る第１１の形態の赤外線放射素子では、第３〜第１０の形態のいずれか１つにおいて、前記配線は、高融点材料により形成される。
本発明に係る第１２の形態の赤外線放射素子では、第１１の形態において、前記発熱体層は、前記高融点材料以上の融点を有する材料により形成される。
本発明に係る第１３の形態の赤外線放射素子では、第１２の形態において、前記配線は、タンタルにより形成される。前記発熱体層は、窒化タンタルにより形成される。
本発明に係る第１４の形態の赤外線放射素子では、第１〜第１３の形態のいずれか１つにおいて、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、熱絶縁性および電気絶縁性を有する。前記発熱体層は、通電により赤外線を放射するように構成される。前記第１絶縁層と前記発熱体層と前記第２絶縁層とは、薄膜構造部を構成する。前記薄膜構造部は、前記開口部上に配置されるダイヤフラム部と、前記基板上に配置され前記ダイヤフラム部に連結される支持部と、を有する。
（実施形態１）
以下では、本実施形態の赤外線放射素子１について図１に基づいて説明する。
以下では、本実施形態の赤外線放射素子１について図１に基づいて説明する。
赤外線放射素子１は、基板２と、この基板２の一表面（図１（ｂ）における上面）２ｂ側に形成され第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５との積層構造を有する薄膜構造部６とを備えている。
薄膜構造部６は、基板２に近い側から、第１絶縁層３、発熱体層４、第２絶縁層５の順で積層されている。
また、赤外線放射素子１は、基板２の厚み方向に貫通し開口形状が矩形状の開孔部（開口部）２ａと、発熱体層４に電気的に接続される一対の電極９（９Ａ），９（９Ｂ）と、各電極９の各々と発熱体層４を電気的に接続した配線８（８１〜８４）とを備えている。
また、赤外線放射素子１は、薄膜構造部６が、開口部２ａに臨む矩形状のダイヤフラム部６Ｄと、ダイヤフラム部６Ｄを囲む枠状の支持部６Ｓとを備える。
ダイヤフラム部６Ｄが、中央部において第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５との積層構造を有する。ダイヤフラム部６Ｄの周部と支持部６Ｓとが、第１絶縁層３と第２絶縁層５との積層構造を有している。
すなわち、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５とは、薄膜構造部６を構成する。薄膜構造部６は、開口部２ａ上に配置されるダイヤフラム部６Ｄと、基板２上に配置されダイヤフラム部６Ｄに連結される支持部６Ｓと、を有する。
また、赤外線放射素子１は、各電極９が、支持部６Ｓに配置され、各配線８と各電極９とからなる通電部１１が、ダイヤフラム部６Ｄの各角部６０（６１〜６４）上を通っている。
赤外線放射素子１は、発熱体層４への通電により発熱体層４から赤外線が放射される。
以下、赤外線放射素子１の各構成要素について詳細に説明する。
基板２は、厚み方向（図１（ｂ）における上下方向）に直交する両面である一表面（図１（ｂ）における上面）２ｂおよび他表面（図１（ｂ）における下面）２ｃを有する。例えば、一表面２ｂおよび他表面２ｃは平面である。基板２は、その一表面２ｂが（１００）面の単結晶のシリコン基板により形成されているが、これに限らず、（１１０）面の単結晶のシリコン基板により形成してもよい。また、基板２は、単結晶のシリコン基板に限らず、多結晶のシリコン基板でもよいし、シリコン基板以外でもよい。基板２の材料は、第１絶縁層３の材料よりも熱伝導率が大きく且つ熱容量が大きな材料が好ましい。
基板２の外周形状は、矩形状である。基板２の外形サイズは、特に限定するものではないが、例えば、１０ｍｍ□以下（１０ｍｍ×１０ｍｍ以下）に設定するのが好ましい。
開口部２ａは、基板２を厚み方向に貫通するように形成される。開口部２ａは、基板２の一表面２ｂに平行な基準面内において角２０を有する形状である。例えば、開口部２ａは、４つの角２０（２１〜２４）を有する矩形状または正方形状である。特に、本実施形態では、基板２は、開口部２ａの開口形状を矩形状としてある。
薄膜構造部６は、開口部２ａを覆うように基板２の一表面２ｂに形成されている。そのため、ダイヤフラム部６Ｄの４つの角部６０（６１〜６４）は、それぞれ、ダイヤフラム部６Ｄにおいて開口部２ａの角２０（２１〜２４）と厚み方向（図１（ｂ）における上下方向）で重なる部位である。
基板２の開口部２ａは、一表面２ｂ側に比べて他表面２ｃ側（図１（ｂ）における下側）での開口面積が大きくなる形状に形成されている。ここで、基板２の開口部２ａは、薄膜構造部６の第１絶縁層３から離れるほど開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。基板２の開口部２ａは、基板２をエッチングすることにより形成されている。
基板２として一表面２ｂが（１００）面の単結晶のシリコン基板を採用している場合、基板２の開口部２ａは、アルカリ系溶液をエッチング液として用いた異方性エッチングにより形成することができる。
また、赤外線放射素子１は、製造時において開口部２ａを形成する際のマスク層が無機材料からなる場合、基板２の他表面２ｃ側に、マスク層が残っていてもよい。なお、マスク層としては、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜などを採用することができる。
第１絶縁層３は、熱絶縁性および電気絶縁性を有する。第１絶縁層３は、基板２の一表面２ｂに開口部２ａを覆うように配置される。第１絶縁層３は、例えば、基板２側のシリコン酸化膜と、このシリコン酸化膜における基板２側とは反対側に積層されたシリコン窒化膜とからなる。
また、第１絶縁層３は引張応力（残留引張応力）を有することが好ましい。換言すれば、第１絶縁層３は圧縮応力（残留圧縮応力）を有さないことが好ましい。したがって、第１絶縁層３は、引張応力を有するように形成される。なお、引張応力を有する絶縁層を形成する方法は周知であるから説明を省略する。
特に、第１絶縁層３と第２絶縁層５と発熱体層４とは、全体として引張応力（残留引張応力）を有することが好ましい。すなわち、第１絶縁層３と第２絶縁層５と発熱体層４で構成される部位は、引張応力を有することが好ましい。
例えば、第１絶縁層３と第２絶縁層５と発熱体層４とはそれぞれ引張応力を有していてもよい。なお、第１絶縁層３と第２絶縁層５と発熱体層４との全てが引張応力を有している必要はない。すなわち、第１絶縁層３と第２絶縁層５と発熱体層４とが全体として引張応力を有していれば、第１絶縁層３と第２絶縁層５と発熱体層４とのいずれかが圧縮応力を有していてもよいし、圧縮応力や引張応力を有していなくてもよい。
例えば、第１絶縁層３が引張応力を有し、第２絶縁層５が応力を有しておらず、発熱体層４が圧縮応力を有していても、第１絶縁層３と第２絶縁層５と発熱体層４とが全体として引張応力を有していればよい。
第１絶縁層３は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の単層構造でもよいし、その他の材料からなる単層構造や、２層以上の積層構造でもよい。
第１絶縁層３は、赤外線放射素子１の製造時において基板２の他表面２ｃ側から基板２をエッチングして開口部２ａを形成する際のエッチングストッパ層としての機能も有している。
発熱体層４は、通電により赤外線を放射するように構成される。発熱体層４は、基板２の一表面２ｂに平行な基準面で開口部２ａの内側に位置するように第１絶縁層３における基板２とは反対側（図１（ｂ）における上側）に配置される。例えば、発熱体層４は、基準面において、開口部２ａの中央部分に配置される。
例えば、発熱体層４は、基準面において４つの角（第２角）４０（４１〜４４）を有する矩形状または正方形状である。発熱体層４は、基準面において開口部２ａの四辺とそれぞれ平行な四辺を有する。本実施形態では、発熱体層４は、平面形状を矩形状としてある。
発熱体層４の平面サイズは、第１絶縁層３において開口部２ａに臨む表面の平面サイズよりも小さく設定してある。つまり、発熱体層４の平面サイズは、ダイヤフラム部６Ｄの平面サイズよりも小さく設定してある。ここで、ダイヤフラム部６Ｄの平面サイズは、特に限定するものではないが、例えば、５ｍｍ□以下に設定するのが好ましい。
発熱体層４の平面サイズは、配線８の端部（一端部）８ａと発熱体層４との間に介在し両者を電気的に接続するコンタクト部７が重なるコンタクト領域４ｂを除いた放射領域４ａの平面サイズが３ｍｍ□以下となるように設定するのが好ましい。
発熱体層４の材料は、窒化タンタルを採用している。つまり、発熱体層４は、窒化タンタル層からなる。発熱体層４の材料は、窒化タンタルに限らず、例えば、窒化チタン、ニッケルクロム、タングステン、チタン、トリウム、白金、ジルコニウム、クロム、バナジウム、ロジウム、ハフニウム、ルテニウム、ボロン、イリジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、オスミウム、レニウム、ニッケル、ホルミウム、コバルト、エルビウム、イットリウム、鉄、スカンジウム、ツリウム、パラジウム、ルテチウムなどを採用してもよい。
また、発熱体層４の材料としては、導電性ポリシリコンを採用してもよい。つまり、発熱体層４は、導電性ポリシリコン層により構成してもよい。発熱体層４について、高温で化学的に安定であり、且つ、シート抵抗の設計容易性という観点からは、窒化タンタル層もしくは導電性ポリシリコン層を採用することが好ましい。
窒化タンタル層は、その組成を変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。
導電性ポリシリコン層は、不純物濃度などを変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層は、ｎ形不純物もしくはｐ形不純物が高濃度にドーピングされたｎ形ポリシリコン層もしくはｐ形ポリシリコン層により構成することができる。
導電性ポリシリコン層をｎ形ポリシリコン層とし、ｎ形不純物として例えばリンを採用する場合には、不純物濃度を例えば、１×１０18ｃｍ-3〜５×１０20ｃｍ-3程度の範囲で適宜設定すればよい。
また、導電性ポリシリコン層をｐ形ポリシリコン層とし、ｐ形不純物として例えばボロンを採用する場合には、不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3程度の範囲で適宜設定すればよい。
なお、発熱体層４の材料について、基板２と発熱体層４との線膨張係数差に伴う熱応力に起因して発熱体層４が破壊されるのを防止するという観点からは、基板２の材料との線膨張係数差が小さい材料が好ましい。
赤外線放射素子１において発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λは、発熱体層４の温度に依存する。ここで、発熱体層４の絶対温度をＴ〔Ｋ〕、ピーク波長をλ〔μｍ〕とすれば、ピーク波長λは、λ＝２８９８／Ｔとなり、発熱体層４の絶対温度Ｔと発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λとの関係がウィーンの変位則を満足している。要するに、赤外線放射素子１では、発熱体層４が黒体を構成している。これにより、赤外線放射素子１は、発熱体層４の単位面積が単位時間に放射する全エネルギＥがＴ４に略比例するものと推測される（つまり、シュテファン−ボルツマンの法則を満足するものと推測される）。
赤外線放射素子１は、例えば、図示しない外部電源から一対の電極９，９間に与える入力電力を調整することにより、発熱体層４に発生するジュール熱を変化させることができ、発熱体層４の温度を変化させることができる。したがって、赤外線放射素子１は、発熱体層４への入力電力に応じて発熱体層４の温度を変化させることができ、また、発熱体層４の温度を変化させることで発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λを変化させることができる。
また、本実施形態の赤外線放射素子１では、発熱体層４の温度を高くするほど赤外線の放射量を増大させることが可能となる。このため、赤外線放射素子１は、広範囲の赤外線波長域において高出力の赤外線光源として用いることが可能となる。例えば、赤外線放射素子１をガスセンサの赤外光源として使用する場合には、赤外線を受光するディテクタの光学フィルタを波長が異なる複数の赤外線を透過させるように設計することにより、ガスセンサで複数種類のガスを検知できる。
第２絶縁層５は、熱絶縁性および電気絶縁性を有する。第２絶縁層５は、第１絶縁層３における基板２とは反対側（図１（ｂ）における上側）に発熱体層４を覆うように配置される。第２絶縁層５は、例えば、シリコン窒化膜により構成してある。第２絶縁層５は、これに限らず、例えば、シリコン酸化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造を有していてもよい。第２絶縁層５は、発熱体層４への通電時に発熱体層４から放射される所望の波長ないし波長域の赤外線に対する透過率が高いほうが好ましいが、透過率が１００％であることを必須とするものではない。
ところで、発熱体層４は、第２絶縁層５が接する気体（例えば、空気、窒素ガスなど）とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗を設定してあることが好ましい。
例えば、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用する場合、発熱体層４のシート抵抗は、発熱体層４の基礎となる窒化タンタル層を反応性スパッタ法により成膜する際の窒素ガスの分圧によって制御することが可能である。要するに、赤外線放射素子１は、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用する場合、窒化タンタル層の組成を変えることにより、発熱体層４のシート抵抗を変えることが可能である。
また、赤外線放射素子１は、発熱体層４の材料として導電性ポリシリコンを採用する場合、発熱体層４の基礎となる導電性ポリシリコン層の不純物濃度などを変えることにより、発熱体層４のシート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層の不純物濃度を制御する方法としては、ノンドープのポリシリコン層を形成した後で不純物をドーピングする方法、成膜時に不純物をドーピングする方法などがある。
赤外線放射素子１は、第２絶縁層５が気体である空気と接する環境下では、シート抵抗を１８９Ω／□（１８９Ω／sq.）とすれば、空気とのインピーダンスマッチングにより、赤外線の放射率を最大（５０％）とすることが可能となる。
したがって、放射率の低下を抑制して例えば４０％以上の放射率を確保するためには、発熱体層４のシート抵抗を７３〜４９３Ω／□の範囲で設定すればよい。なお、所望の使用温度において放射率が最大となるシート抵抗を規定シート抵抗と呼ぶことにすれば、所望の使用温度での発熱体層４のシート抵抗は、規定シート抵抗±１０％の範囲で設定するのが、より好ましい。
また、赤外線放射素子１は、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５とで構成されるサンドイッチ構造の応力バランスを考慮して、第１絶縁層３および第２絶縁層５それぞれの材料や厚さなどを設定することが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、上述のサンドイッチ構造の応力バランスを向上させることが可能となり、このサンドイッチ構造の反りや破損を、より抑制することが可能となって機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となる。
上述の発熱体層４の厚さは、発熱体層４の低熱容量化を図るという観点から０．２μｍ以下とするのが好ましい。
第１絶縁層３の厚さと発熱体層４の厚さと第２絶縁層５の厚さとの合計厚さは、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５との積層構造の低熱容量化を図るという観点から、例えば、０．１μｍ〜１μｍ程度の範囲で設定することが好ましく、０．７μｍ以下とするのがより好ましい。
赤外線放射素子１は、発熱体層４における第１絶縁層３と反対側（図１（ｂ）における上側）に形成されるコンタクト部７をさらに備える。特に、本実施形態では、一対のコンタクト部７が形成されている。一対のコンタクト部７（７Ａ），７（７Ｂ）は、基板２の上記一表面２ｂ側において、発熱体層４の周部（図１（ａ）における左右両端部）と接する形で形成されている。各コンタクト部７は、第２絶縁層５に形成されたコンタクトホール５ａを通して発熱体層４上に形成され、発熱体層４と電気的に接続されている。ここで、各コンタクト部７は、発熱体層４とオーミック接触をなしている。つまり、コンタクト部７は、発熱体層４とオーミック接触するように形成される。
赤外線放射素子１は、発熱体層４の平面形状が矩形状であり、一対のコンタクト部７，７の平面形状を、発熱体層４の平行する２つの辺の各々に沿った帯状の形状としてある。更に説明すれば、赤外線放射素子１は、一対のコンタクト部７，７の平面形状を、一対の電極９，９の並設方向に直交する各辺に沿った帯状の形状としてある。
各コンタクト部７の材料としては、後述するように、高融点材料を用いることが好ましい。たとえば、コンタクト部７は、タンタルにより形成される。なお、コンタクト部７の材料は、必ずしも高融点材料である必要はなく、アルミニウムや、アルミニウム合金（たとえば、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ）であってもよい。各コンタクト部７の材料は、特に限定するものではなく、例えば、金、銅などを採用してもよい。また、各コンタクト部７は、少なくとも、発熱体層４と接する部分が発熱体層４とオーミック接触が可能な材料であればよく、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、各コンタクト部７は、その厚さ方向において、発熱体層４側から順に、第１層、第２層、第３層が積層された３層構造として、発熱体層４に接する第１層の材料を高融点金属（例えば、クロムなど）とし、第２層の材料をニッケルとし、第３層の材料を金としてもよい。
電極９は、第１電極９（９Ａ）と第２電極９（９Ｂ）とを含む。各電極９（９Ａ，９Ｂ）は、上述のように、支持部６Ｓに配置されている。すなわち、電極９は、基準面において開口部２ａの外側に位置するように基板２上に配置される。すなわち、電極９は、基板２上において厚み方向で開口部２ａと重ならない領域（支持部６Ｓと重なり、ダイヤフラム部６Ｄとは重ならない領域）に配置される。
第１電極９Ａおよび第２電極９Ｂは、基準面内で開口部２ａの一辺に沿った所定方向（図１（ａ）における左右方向）において開口部２ａの両側に配置される。また、各電極９は、平面視において両電極９の並設方向に直交する方向を長手方向とする短冊状（長方形状）の形状に形成してある。また、各電極９は、ダイヤフラム部６Ｄの２つの対角線の延長線を横切るように長さ寸法を設定してある。
配線８は、電極９を発熱体層４に電気的に接続するように形成される。配線８は、発熱体層４と各電極９との間に２つずつ設けられている。すなわち、通電部１１は、４つの配線８（８１〜８４）を備える。４つの配線８の各々は、基準面において、発熱体層４の第２角４０とこの第２角４０に最も近い開口部２ａの角（第１角）２０とを通る直線状に形成される。つまり、配線８１，８２，８３，８４は、それぞれ、発熱体層４の第２角４１,４２，４３，４４とこの第２角４１,４１，４２，４３に最も近い開口部２ａの角２１，２２，２３，２４とを通る。本実施形態では、開口部２ａおよび発熱体層４は相似形であり、中心の位置が互いに等しい。そのため、配線８は、ダイヤフラム部６Ｄの対角線に沿って配置されている。
各配線８は、長手方向の一端部（第１端部）８ａがコンタクト部７と接続され、他端部（第２端部）８ｂが電極９と接続されている。つまり、配線８は、コンタクト部７を介して発熱体層４に電気的に接続される。
配線８の線幅（幅寸法）は、一定としてある。例えば、配線８１の第１端部８ａはコンタクト部７Ａの一端（図１（ａ）における上端）に、配線８２の第１端部８ａはコンタクト部７Ａの他端（図１（ａ）における下端）に、それぞれ接続される。配線８３の第１端部８ａはコンタクト部７Ｂの一端（図１（ａ）における上端）に、配線８４の第１端部８ａはコンタクト部７Ｂの他端（図１（ａ）における下端）に、それぞれ接続される。
図１（ａ）に示すように、第１電極９Ａは、４つの角２０のうち第１電極９Ａに近い２つの角２１，２２にそれぞれ対応する配線８１，８２に接続される。第２電極９Ｂは、４つの角２０のうち第２電極９Ｂに近い２つの角２３，２４にそれぞれ対応する配線８３，８４に接続される。なお、角２０に対応する配線８とは、角２０上を通る配線８（厚み方向において角２０と重なる配線８）と定義される。
本実施形態の赤外線放射素子１は、配線８と電極９とからなる通電部１１が、ダイヤフラム部６Ｄの各角部上を通っている。ここで、本実施形態の赤外線放射素子１では、４つの配線８（８１〜８４）の他端部（第２端部）８ｂがダイヤフラム部６Ｄの４つの角部６０（６１〜６４）上を通っている。
このように、本実施形態の赤外線放射素子１は、第２絶縁層５における基板２とは反対側（図１（ｂ）における上側）に配置され発熱体層４に電気的に接続される通電部１１を備える。本実施形態では、配線８の第２端部８ｂが、厚み方向で開口部２ａの角２０（すなわち、ダイヤフラム部６Ｄの角部６０）と重なる補強部となる。つまり、４つの配線８は、それぞれ対応する４つの補強部（第２端部８ｂ）を含む。したがって、通電部１１は、４つの角２０（２１，２２，２３，２４）にそれぞれ対応する４つの補強部（第２端部８ｂ）を有する。
各配線８および各電極９は、各コンタクト部７と同じ材料により形成され、同じ層構造、同じ厚さに設定するのが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、各配線８および各電極９を各コンタクト部７と同時に形成することが可能となる。
各電極９は、パッドを構成するものである。このため、電極９の厚さは、０．５〜２μｍ程度の範囲で設定することが好ましい。
赤外線放射素子１の製造にあたっては、例えば、基板２の上記一表面２ｂ側に、第１絶縁層３、発熱体層４、第２絶縁層５を順次形成してから、第２絶縁層５にコンタクトホール５ａを形成し、その後、各コンタクト部７、各配線８および各電極９を形成し、続いて、基板２に開口部２ａを形成すればよい。
第１絶縁層３のシリコン酸化膜の形成方法は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（ChemicalVapor Deposition）法などの薄膜形成技術を採用することができ、熱酸化法が好ましい。また、第１絶縁層３のシリコン窒化膜の形成方法は、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術を利用することができ、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法が好ましい。
発熱体層４の形成方法は、例えば、スパッタ法や蒸着法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。
第２絶縁層５の形成方法は、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。第２絶縁層５を形成する際のＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。
コンタクトホール５ａの形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用すればよい。
また、各コンタクト部７、各配線８および各電極９の形成にあたっては、例えば、スパッタ法、蒸着法およびＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。
また、開口部２ａの形成にあたっては、基板２の他表面２ｃ側のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜（図示せず）をマスク層として、基板２を他表面２ｃ側からエッチングすることにより形成すればよい。
マスク層を形成するにあたっては、例えば、まず、第１絶縁層３のシリコン酸化膜の形成と同時に基板２の他表面２ｃ側にマスク層の基礎となるシリコン酸化膜を形成し、第１絶縁層３のシリコン窒化膜の形成と同時に基板２の他表面２ｃ側にシリコン窒化膜を形成する。マスク層の基礎となるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用すればよい。
本実施形態の赤外線放射素子１の製造方法では、開口部２ａの形成時に、第１絶縁層３をエッチングストッパ層として利用することにより、第１絶縁層３の厚さの精度を高めることが可能となるとともに、第１絶縁層３における開口部２ａ側に基板２の一部や残渣が残るのを防止することが可能となる。この製造方法では、赤外線放射素子１ごとの、第１絶縁層３の機械的強度のばらつきや、第１絶縁層３のダイヤフラム部６Ｄ全体の熱容量のばらつきを抑制することが可能となる。
上述の赤外線放射素子１の製造にあたっては、開口部２ａの形成が終了するまでのプロセスを、ウェハレベルで行い、開口部２ａを形成した後、個々の赤外線放射素子１に分離すればよい。つまり、赤外線放射素子１の製造にあたっては、例えば、基板２の基礎となるシリコンウェハを準備して、このシリコンウェハに複数の赤外線検出素子１を上述の製造方法に従って形成し、その後、個々の赤外線検出素子１に分離すればよい。
上述の赤外線放射素子１の製造方法から分かるように、赤外線放射素子１は、ＭＥＭＳの製造技術を利用して製造することができる。
以上説明したように、本実施形態の赤外線放射素子１は、基板２と、発熱体層４を有する薄膜構造部６と、基板２の厚み方向に貫通し開口形状が矩形状の開口部２ａと、発熱体層４に電気的に接続される一対の電極９，９と、各電極９の各々と発熱体層４を電気的に接続した配線８とを備える。そして、薄膜構造部６は、開口部２ａに臨む矩形状のダイヤフラム部６Ｄと、ダイヤフラム部６Ｄを囲む枠状の支持部６Ｓとを備える。また、赤外線放射素子１は、ダイヤフラム部６Ｄが、中央部において第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５との積層構造を有し、ダイヤフラム部６Ｄの周部と支持部６Ｓとが、第１絶縁層３と第２絶縁層５との積層構造を有し、各電極９が、支持部６Ｓに配置され、各配線８と各電極９とからなる通電部が、ダイヤフラム部６Ｄの各角部上を通っている。
換言すれば、本実施形態の赤外線放射素子１は、以下の第１の特徴を有する。第１の特徴では、赤外線放射素子１は、基板２と、開口部２ａと、第１絶縁層３と、発熱体層４と、第２絶縁層５と、通電部１１と、を備える。基板２は、厚み方向（図１（ｂ）における上下方向）に直交する一表面２ｂを有する。開口部２ａは、基板２を厚み方向（図１（ｂ）における上下方向）に貫通する。第１絶縁層３は、基板２の一表面２ｂに開口部２ａを覆うように配置される。発熱体層４は、基板２の一表面２ｂに平行な基準面で開口部２ａの内側に位置するように第１絶縁層３における基板２とは反対側（図１（ｂ）における上側）に配置される。第２絶縁層５は、第１絶縁層３における基板２とは反対側に発熱体層４を覆うように配置される。通電部１１は、第２絶縁層５における基板２とは反対側に配置され発熱体層４に電気的に接続される。開口部２ａは、一表面２ｂに平行な基準面内において角（第１角）２０を有する形状である。通電部１１は、厚み方向で開口部２ａの角２０と重なる補強部（本実施形態では、配線８の第２端部８ｂ）を有する。
また、本実施形態の赤外線放射素子１は、第１の特徴に加えて、以下の第２〜１０の特徴を有する。なお、以下の第２〜１０の特徴は任意の特徴である。
第２の特徴では、第１の特徴において、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５とは、全体として引張応力を有する。
第３の特徴では、第１または第２の特徴において、通電部１１は、電極９と、配線８と、を備える。電極９は、基準面において開口部２ａの外側に位置するように基板２上に配置される。配線８は、電極９を発熱体層４に電気的に接続する。
第４の特徴では、第３の特徴において、開口部２ａは、４つの角２０（２１〜２４）を有する矩形状または正方形状である。通電部１１は、４つの角２１〜２４にそれぞれ対応する４つの補強部（本実施形態では、配線８１〜８４の第２端部８ｂ）を有する。
第５の特徴では、第４の特徴において、通電部１１は、４つの配線８（８１〜８４）を有する。４つの配線８１〜８４は、それぞれ対応する４つの補強部（本実施形態では、第２端部８ｂ）を含む。
第６の特徴では、第５の特徴において、電極９は、第１電極９（９Ａ）と第２電極９（９Ｂ）とを含む。第１電極９Ａおよび第２電極９Ｂは、基準面内で開口部２ａの一辺に沿った所定方向（図１（ａ）における左右方向）において開口部２ａの両側に配置される。第１電極９Ａは、４つの角２０のうち第１電極９Ａに近い２つの角２１，２２にそれぞれ対応する配線８１，８２に接続される。第２電極９Ｂは、４つの角２０のうち第２電極９Ｂに近い２つの角２３，２４にそれぞれ対応する配線８３，８４に接続される。
第７の特徴では、第５または第６の特徴において、発熱体層４は、基準面において４つの角（第２角）４０（４１〜４４）を有する矩形状または正方形状である。発熱体層４は、基準面において開口部２ａの四辺とそれぞれ平行な四辺を有する。４つの配線８（８１〜８４）の各々は、基準面において、発熱体層４の第２角４０とこの第２角４０に最も近い開口部２ａの角２０とを通る直線状に形成される。
第８の特徴では、第１〜第７の特徴のいずれか１つにおいて、配線８は、高融点材料により形成される。
第９の特徴では、第８の特徴において、発熱体層４は、高融点材料以上の融点を有する材料により形成される。
第１０の特徴では、第９の特徴において、配線８は、タンタルにより形成される。発熱体層４は、窒化タンタルにより形成される。
第１１の特徴では、第１〜第１０の特徴のいずれか１つにおいて、第１絶縁層３および第２絶縁層５は、熱絶縁性および電気絶縁性を有する。発熱体層４は、通電により赤外線を放射するように構成される。第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５とは、薄膜構造部６を構成する。薄膜構造部６は、開口部２ａ上に配置されるダイヤフラム部６Ｄと、基板２上に配置されダイヤフラム部６Ｄに連結される支持部６Ｓと、を有する。
しかして、本実施形態の赤外線放射素子１は、第１絶縁層３上に発熱体層４が形成されていることにより、熱絶縁性を高めることができて高出力化を図ることが可能であり、且つ、通電部がダイヤフラム部６Ｄの各角部上を通っていることにより、ダイヤフラム部６Ｄが通電部で補強され、信頼性の向上を図ることが可能となる。すなわち、本実施形態の赤外線放射素子１においては、高出力化を図ることが可能であり、且つ、信頼性の向上を図ることが可能となる。
また、赤外線放射素子１は、ダイヤフラム部６Ｄを通電部１１により補強することができるので、ダイヤフラム部６Ｄを補強するために別途に補強膜を形成する必要がなく、低コスト化を図ることが可能となる。
また、電極７とパッド９とを接続する２つの配線８は、平面視において一対のパッド９，９の並設方向に直交する方向における発熱体層４の両端部それぞれに接続してある。これにより、本実施形態の赤外線放射素子１は、各電極９と発熱体層４と各電極９との間に配線８を２つずつ備えているので、配線８が１つずつの場合に比べて、発熱体層４に流れる電流の電流密度の均一化を図ることが可能となる。
また、赤外線放射素子１は、発熱体層４の膨張、収縮に伴ってダイヤフラム部６Ｄが変形し、各配線８などに機械的なストレスがかかる。しかし、本実施形態の赤外線放射素子１では、発熱体層４と電極９とを接続する配線８を２つずつ備えているので、２つの配線８のうちの一方が断線しても、使用することが可能であり、信頼性の向上および長寿命化を図ることが可能となる。
また、赤外線放射素子１は、ダイヤフラム部６Ｄが第１絶縁層３、発熱体層４および第２絶縁層５の積層構造なので、ダイヤフラム部６Ｄの熱容量を低減することが可能となり、且つ、発熱体層４のシート抵抗を上述のように設定することにより発熱体層４の放射率の低下を抑制することが可能となる。
よって、本実施形態の赤外線放射素子１では、低消費電力化および応答速度の高速化が可能となる。なお、赤外線放射素子１は、基板２の上記一表面側の積層構造の熱容量を低減することにより、一対の電極９，９間へ与える電圧波形に対する発熱体層４の温度変化の応答を速くすることが可能となって発熱体層４の温度が上昇しやすくなり、高出力化および応答速度の高速化を図ることが可能となる。
また、赤外線放射素子１は、基板２を単結晶のシリコン基板から形成し、第１絶縁層３をシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とで構成してある。これにより、赤外線放射素子１は、第１絶縁層３に比べて基板２の熱容量および熱伝導率それぞれが大きく、基板２がヒートシンクとしての機能を有するので、小型化、入力電力に対する応答速度の高速化、赤外線の放射特性の安定性の向上を図ることが可能となる。
また、赤外線放射素子１では、発熱体層４の材料として、シリコンよりも高融点の窒化タンタルを採用し、ダイヤフラム体を構成する発熱体層４ではない部材（実施形態１では、第１絶縁層３、第２絶縁層５、コンタクト部７、配線８）が、発熱体層４よりも高融点であれば、発熱体層４の温度を、基板２を構成するシリコンの最高使用温度（シリコンの融点よりもやや低い温度）まで上昇させることが可能となり、赤外線発光ダイオードに比べて赤外線の放射量を大幅に増大させることが可能となる。
また、赤外線放射素子１は、各コンタクト部７において少なくとも発熱体層４に接する部位がシリコンよりも高融点の金属により形成されていれば、発熱体層４の温度を各コンタクト部７の材料に制約されることなく上昇させることが可能となる。
つまり、ダイヤフラム体（ダイヤフラム部６Ｄ、発熱体層４、第２絶縁層５、コンタクト部７、および配線８）を構成する発熱体層４ではない部材（ダイヤフラム部６Ｄ、第２絶縁層５、コンタクト部７、および配線８）の材料として、発熱体層４よりも融点の高い材料を用いれば、発熱体層４の温度を発熱体層４の融点よりやや低い温度にまで上昇させることができる。なお、ここでの発熱体層４の温度とは、発熱体層４の中心付近（重心付近）の温度をいう。
発熱体層４が高融点材料（たとえば窒化タンタル）で形成されている場合、ダイヤフラム体を構成する他の部材の材料（第１絶縁層３、第２絶縁層５、コンタクト部７、配線８）も同様に高融点材料で形成されることが好ましい。
第１絶縁層３および第２絶縁層５に用いられる高融点材料は、たとえば、高融点を有する絶縁物（二酸化ケイ素、窒化ケイ素）である。
コンタクト部７および配線８に用いられる高融点材料は、たとえば、高融点を有する金属（タンタル、タングステン、モリブデンなど）、高融点を有する貴金属（白金、ルテニウム、イリジウムなど）、及び、高融点を有する導電性材料（単結晶シリコン、ポリシリコン、単結晶ゲルマニウム、導電性カーボン）から選択される。特に、配線８は、タンタルで形成されることが好ましい。また、コンタクト部７は、タンタルで形成されることが好ましい。なお、配線８が高融点を有する貴金属で形成されている場合、配線８の一部が露出している場合でも、発熱体層４の温度上昇時に配線８が酸化されて電気抵抗が変化することを抑制できる。
なお、高融点材料は、基板２の材料より高い融点を有していればよい。たとえば、基板２の材料がシリコンである場合、高融点材料にはシリコンより融点が高い材料が採用される。
また、ダイヤフラム体を構成する部材のうち発熱体層４ではない部材が、発熱体層４よりも低融点である場合には、発熱体層４の温度（発熱体層４の中心付近の温度）を、ダイヤフラム体を構成する部材のうち最も融点の小さい材料の融点より少し低い温度まで上昇させることができる。
ここで、発熱体層４では、発熱体層４の周部に近い部位ほど、放熱が大きくなる。また、発熱体層４は、基板２の開口部２ａの縁部に近い部位ほど大きく放熱しやすい。そのため、発熱体層４の周部の温度は、発熱体層４の中心の温度に比べて低くなる。そして、発熱体層４の周部に接触するコンタクト部７および配線８は、発熱体層４に接触する部位やその近傍では、発熱体層４の周部と略同じ温度になる。
しかしながら、上述したように、発熱体層４の周部の温度は、発熱体層４の中心付近の温度よりやや低くなるため、発熱体層４の中心付近の温度を、ダイヤフラム体を構成する材料のうち、最も融点の小さい材料の融点より少し低い温度に設定すれば、赤外線放射素子１を安定して使用することができる。
赤外線放射素子１は、発熱体層４、コンタクト部７、配線８および電極９が、平面視において一対の電極９，９の並ぶ方向に直交する赤外線放射素子１の中心線を対称軸として線対称に配置されていることが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となるとともに、発熱体層４の温度の面内ばらつきを抑制することが可能なる。
（実施形態２）
以下では、本実施形態の赤外線放射素子１について図２に基づいて説明する。本実施形態の赤外線放射素子１は、配線８および電極９の形状が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。
以下では、本実施形態の赤外線放射素子１について図２に基づいて説明する。本実施形態の赤外線放射素子１は、配線８および電極９の形状が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。
配線８は、他端部８ｂが、発熱体層４から離れて電極９に近づくほど幅寸法が大きくなり且つ両側面１０が凹曲面状となる形状に形成されている。すなわち、配線８の端部（第２端部）８ｂは、電極９に近づくほど幅が大きくなる。また、配線８の第２端部８ｂは、その側面１０が凹面である。本実施形態では、第２端部８ｂの両側面１０が凹面である。
そして、配線８は、他端部８ｂが、ダイヤフラム部６の角部６０上を通っている。すなわち、配線８は、厚み方向において他端部８ｂがダイヤフラム部６の角部６０（開口部２ａの角２０）と重なるように、配置されている。配線８の端部（第２端部）８ｂは、補強部を構成する。
また、各電極９は、平面視において両電極９の並設方向に直交する方向を長手方向とする短冊状のパッド部９ａと、パッド部９ａの長手方向の両端部の各々から上記並設方向へ延設された２つの延設部９ｂとを備えている。ここで、上述の配線８は、上記他端部の一方の側面がパッド部９ａに連続し、他方の側面が延設部９ｂに連続している。
以上述べた本実施形態の赤外線放射素子１では、配線８は、発熱体層４と各電極９との間に２つずつ設けられ、発熱体層４側の一端部８ａとは反対側である電極９側の他端部８ｂが、発熱体層４から離れて電極９に近づくほど幅寸法が大きくなり且つ両側面１０が凹曲面状となる形状に形成されてなり、他端部８ｂが、角部６０上を通っている。
すなわち、本実施形態の赤外線放射素子１は、第４の特徴に加えて、以下の第１２および第１３の特徴を有する。第１２の特徴では、配線８は、電極９に接続される端部（第２端部）８ｂを有する。端部（第２端部）８ｂは、電極９に近づくほど幅が大きくなる。端部（第２端部）８ｂが、補強部である。第１３の特徴では、第８の特徴において、端部（第２端部）８ｂは、その側面１０が凹面である。なお、第１３の特徴は任意の特徴である。また、本実施形態の赤外線放射素子１は、第５〜第１１の特徴を少なくとも１つ有していてもよい。
このように本実施形態の赤外線放射素子１では、配線８の他端部８ｂが、発熱体層４から離れて電極９に近づくほど幅寸法が大きくなり且つ両側面１０が凹曲面状となる形状に形成されており、上記他端部が、ダイヤフラム部６Ｄの角部６０上を通っている。
そのため、配線８およびダイヤフラム部６Ｄの角部６０それぞれにおける応力を分散させることが可能となり、配線８およびダイヤフラム部６Ｄそれぞれの機械的強度を向上させることが可能となる。よって、赤外線放射素子１は、信頼性のより一層の向上を図ることが可能となる。
（実施形態３）
以下では、本実施形態の赤外線放射素子１について図３に基づいて説明する。
以下では、本実施形態の赤外線放射素子１について図３に基づいて説明する。
本実施形態の赤外線放射素子１は、配線８の配置および電極９の形状が実施形態１の赤外線放射素子１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の赤外線放射素子１は、発熱体層４と各電極９とを１つずつの配線８（８５，８６）により接続してある。すなわち、電極９Ａは、配線８５により発熱体層４に電気的に接続される。また、電極９Ａは、配線８５により発熱体層４に電気的に接続される。
ここで、各配線８（８５，８６）は、一対の電極９Ａ，９Ｂの並設方向（図３（ａ）における左右方向）に沿って配置されている。また、赤外線放射素子１は、２つの配線８５，８６を結ぶ直線が平面視における発熱体層４の中心を通るように、各配線８（８５，８６）を配置してある。
第１電極９Ａおよび第２電極９Ｂは、基準面において開口部２ａの一辺に沿った所定方向（図３（ａ）における左右方向）における開口部２ａの両側に配置される。また、各電極９は、平面視において両電極９の並設方向（上記の所定方向）に直交する方向を長手方向（図３（ａ）における上下方向）とする短冊状のパッド部９ａと、パッド部９ａの長手方向の両端部の各々から上記並設方向へ延設された２つの延設部９ｂとを備えている。
ここで、各電極９は、パッド部９ａおよび延設部９ｂに連続しダイヤフラム部６Ｄの角部を通る三角形状の補強部９ｃを備えている。
つまり、第１電極９Ａは、パッド部９ａおよび２つの延設部９ｂに加えて、４つの角２０のうち第１電極９Ａに近い２つの角２１，２２にそれぞれ対応する補強部９ｃ（９ｃ１，９ｃ２）を含む。同様に、第２電極９Ｂは、パッド部９ａおよび２つの延設部９ｂに加えて、４つの角２０のうち第２電極９Ｂに近い２つの角２３，２４にそれぞれ対応する補強部９ｃ（９ｃ３，９ｃ４）を含む。
以上述べた本実施形態の赤外線放射素子１は、第３の特徴に加えて、以下の第１４の特徴を有する。第１４の特徴では、開口部２ａは、４つの角２０（２１〜２４）を有する矩形状または正方形状である。電極９は、第１電極９Ａと第２電極９Ｂとを含む。第１電極９Ａおよび第２電極９Ｂは、基準面（基板２の一表面２ｂに平行な面）において開口部２ａの一辺に沿った所定方向（図３（ａ）における左右方向）における開口部２ａの両側に配置される。第１電極９Ａは、４つの角２０（２１〜２４）のうち第１電極９Ａに近い２つの角２１，２２にそれぞれ対応する補強部９ｃ１，９ｃ２を含む。第２電極９Ｂは、４つの角２１〜２４のうち第２電極９Ｂに近い２つの角２３，２４にそれぞれ対応する補強部９ｃ３，９ｃ４を含む。なお、本実施形態の赤外線放射素子１は、第４〜１１の特徴を少なくとも１つ有していてもよい。
しかして、本実施形態の赤外線放射素子１は、第１絶縁層３上に発熱体層４が形成されていることにより、熱絶縁性を高めることができて高出力化を図ることが可能であり、且つ、通電部１１がダイヤフラム部６Ｄの各角部６０上を通っていることにより、ダイヤフラム部６Ｄが通電部１１で補強され、信頼性の向上を図ることが可能となる。
また、赤外線放射素子１は、ダイヤフラム部６Ｄを通電部１１により補強することができるので、ダイヤフラム部６Ｄを補強するために別途に補強膜を形成する必要がなく、低コスト化を図ることが可能となる。
各実施形態の赤外線放射素子１は、ガスセンサ用の赤外光源に限らず、例えば、赤外光通信用の赤外光源、分光分析用の赤外光源などに使用することが可能である。
Claims (14)
- 厚み方向に直交する一表面を有する基板と、
前記基板を前記厚み方向に貫通する開口部と、
前記基板の前記一表面に前記開口部を覆うように配置される第１絶縁層と、
前記一表面に平行な基準面において前記開口部の内側に位置するように前記第１絶縁層における前記基板とは反対側に配置される発熱体層と、
前記第１絶縁層における前記基板とは反対側に前記発熱体層を覆うように配置される第２絶縁層と、
前記第２絶縁層における前記基板とは反対側に配置され前記発熱体層に電気的に接続される通電部と、
を備え、
前記開口部は、前記基準面内において角を有する形状であり、
前記通電部は、前記厚み方向で前記開口部の前記角と重なる補強部を有する
ことを特徴とする赤外線放射素子。 - 前記第１絶縁層と前記第２絶縁層と前記発熱体層とは、全体として引張応力を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線放射素子。 - 前記通電部は、
前記基準面において前記開口部の外側に位置するように前記基板上に配置される電極と、
前記電極を前記発熱体層に電気的に接続する配線と、
を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線放射素子。 - 前記開口部は、４つの前記角を有する矩形状または正方形状であり、
前記通電部は、前記４つの角にそれぞれ対応する４つの前記補強部を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の赤外線放射素子。 - 前記通電部は、４つの前記配線を有し、
前記４つの配線は、それぞれ対応する４つの前記補強部を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の赤外線放射素子。 - 前記電極は、第１電極と第２電極とを含み、
前記第１電極および前記第２電極は、前記基準面内で前記開口部の一辺に沿った所定方向において前記開口部の両側に配置され、
前記第１電極は、前記４つの角のうち前記第１電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記配線に接続され、
前記第２電極は、前記４つの角のうち前記第２電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記配線に接続される
ことを特徴とする請求項５に記載の赤外線放射素子。 - 前記配線は、前記電極に接続される端部を有し、
前記端部は、前記電極に近づくほど幅が大きくなり、
前記端部が、前記補強部である
ことを特徴とする請求項６に記載の赤外線放射素子。 - 前記端部は、その側面が凹面である
ことを特徴とする請求項７に記載の赤外線放射素子。 - 前記発熱体層は、前記基準面において４つの第２角を有する矩形状または正方形状であり、
前記発熱体層は、前記基準面において前記開口部の四辺とそれぞれ平行な四辺を有し、
前記４つの配線の各々は、前記基準面において、前記発熱体層の前記第２角とこの第２角に最も近い前記開口部の前記角とを通る直線状に形成される
ことを特徴とする請求項５に記載の赤外線放射素子。 - 前記開口部は、４つの前記角を有する矩形状または正方形状であり、
前記電極は、第１電極と第２電極とを含み、
前記第１電極および前記第２電極は、前記基準面において前記開口部の一辺に沿った所定方向における前記開口部の両側に配置され、
前記第１電極は、前記４つの角のうち前記第１電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記補強部を含み、
前記第２電極は、前記４つの角のうち前記第２電極に近い２つの角にそれぞれ対応する前記補強部を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の赤外線放射素子。 - 前記配線は、高融点材料により形成される。
ことを特徴とする請求項３に記載の赤外線放射素子。 - 前記発熱体層は、前記高融点材料以上の融点を有する材料により形成される
ことを特徴とする請求項１１に記載の赤外線放射素子。 - 前記配線は、タンタルにより形成され、
前記発熱体層は、窒化タンタルにより形成される
ことを特徴とする請求項１２に記載の赤外線放射素子。 - 前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、熱絶縁性および電気絶縁性を有し、
前記発熱体層は、通電により赤外線を放射するように構成され、
前記第１絶縁層と前記発熱体層と前記第２絶縁層とは、薄膜構造部を構成し、
前記薄膜構造部は、
前記開口部上に配置されるダイヤフラム部と、
前記基板上に配置され前記ダイヤフラム部に連結される支持部と、
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線放射素子。
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