JP6079327B2 - 赤外線センサおよび赤外線センサチップ - Google Patents
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Description
n:1つのセンサ素子に含まれる熱電対の数
α:ゼーベック係数
Rth:熱抵抗
η:吸収率
AS:吸収膜面積
Pin:入射光強度
理論上は、梁の本数を少なくし、梁は細く、長く、薄くすればするほど、赤外線吸収膜に溜まった熱が逃げにくくなるので、センサとしての感度が上がる。また、理論上は、赤外線吸収膜の面積を広くすればするほど、受ける赤外線の量が増えるので、センサとしての感度が上がる。一方、応答速度を上げるには、赤外線吸収膜に溜まった熱を迅速に逃がす必要があるので、梁の幅を大きくすることが好ましい。また、サーモパイルに含まれる熱電対の数を多くすればするほどセンサとしての感度が上がる。ただし、多くの数の熱電対を配置しようとすれば、梁の幅もある程度の広さが必要となる。
(実施の形態1)
(構成)
図1〜図5を参照して、本発明に基づく実施の形態1における赤外線センサについて説明する。図1に示すように、本発明に基づく赤外線センサチップ601は、本体部501を備える。本体部501は、平板状であり、一方の主表面の中央部に受像領域10を有している。受像領域10には、複数の赤外線センサ101がマトリックス状に配置されている。本体部501の表面のうち受像領域10の外側に外部電極504がいくつか配置されている。
本実施の形態では、センサ開口部3をS字形に横切るようにセンサ部2が設けられているので、応答速度を良好に保ちつつ高感度な赤外線センサを実現することができる。
本実施の形態における赤外線センサは、センサ部2の下側に空洞を確保するために、図5に示したように半導体基板1に凹部5を形成することとしている。この凹部5を形成する際には薬液によるエッチングを用いる必要があるが、エッチング途中でセンサ部2が途中で割れてしまう場合があった。発明者らが検討した結果、この種の割れは、凹部5を形成するためのエッチング途中で、半導体基板1の材料に対するエッチング除去の進行具合に偏りが生じ、その偏った形状ゆえに応力集中が生じることが原因であることが判明した。センサ部2が途中で割れた場合、このセンサ部2のサーモパイルに含まれる熱電対は全てその割れた個所で断絶してしまうこととなるので、このセンサ部2は使用不能となり、1つの画素は画素欠陥となる。
発明者らは、検討の結果、センサ部2の割れによる画素欠陥の問題も、副生成物付着による感度低下の問題も、センサ部2の幅を一定条件下とすることによって改善されることを見出した。図7に示すように、センサ部2の第1の辺41の幅をAとし、第1の辺41と前記第3の辺43との間の間隙の幅をBと定義する。発明者らは、AとBとの比率を何通りかに変えて比較実験をした。その結果のグラフを図8に示す。A/Bが6未満である場合に良品率がほぼ100%となっており、A/Bが6より大きい場合に比べて飛躍的に優れた結果となっている。A/Bが6未満ということは、B/Aは1/6より大きいということである。
Claims (8)
- 上面に凹部を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上側に形成され、前記凹部に対応して開口するセンサ開口部を有する上部層と、
前記センサ開口部の内周の第1の部位と第2の部位との間をつなぐように、前記凹部の内面から離隔した状態で前記センサ開口部を一定幅でS字形に横切るセンサ部とを備え、
前記センサ部は真空中に封止されており、
前記センサ部の中央部は観測対象からの赤外線を受光可能なように配置されており、
前記センサ部は、前記中央部と前記第1の部位および前記第2の部位のうち少なくとも一方との間の温度差を電気信号に変換する熱電変換構造を備える、赤外線センサ。 - 前記熱電変換構造は、サーモパイルを含む、請求項1に記載の赤外線センサ。
- 前記熱電変換構造は、
前記中央部と前記第1の部位との間で温度差を検出するように構成された第1のサーモパイルと、
前記中央部と前記第2の部位との間で温度差を検出するように構成された第2のサーモパイルとを含む、請求項1に記載の赤外線センサ。 - 前記センサ部は、前記第1の部位から直線状に延びる第1の辺と、前記第1の辺の前記第1の部位とは反対側の端から前記中央部に近づく側に直角に折れ曲がった第2の辺と、前記第2の辺の前記第1の辺に接続している端とは反対側の端から前記中央部に向かって直角に折れ曲がった第3の辺とを備える、請求項1から3のいずれかに記載の赤外線センサ。
- 前記第1の辺と前記第3の辺との間の間隙の幅は、前記第1の辺の幅の1/6より大きい、請求項4に記載の赤外線センサ。
- 前記センサ部のうち、前記第2の部位から前記中央部に至る部分の形状は、前記第1の部位から前記中央部に至る部分の形状と点対称である、請求項1から5のいずれかに記載の赤外線センサ。
- 前記凹部は、断面で見たときに、上方にいくにつれて広がる台形状である、請求項1から6のいずれかに記載の赤外線センサ。
- 請求項1から7のいずれかに記載の赤外線センサがマトリックス状に配列された受像領域を有する、赤外線センサチップ。
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