JP6330909B2 - 熱型赤外線センサおよびガス測定装置 - Google Patents
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Description
前記受光面電極は、試料ガスの吸収波長の赤外線を選択的に吸収する周期構造を有することを特徴とする、ガス測定用の熱型赤外線センサ。
[8] 前記焦電体層の膜厚が100〜350nmである、[6]または[7]に記載の熱型赤外線センサ。
温度変化を電気信号として出力する第2の熱型検出層と、前記第2の熱型検出層の受光面側に設けられた第2の受光面電極と、前記第2の熱型検出層の前記第2の受光面電極と反対側に設けられた第2の裏面電極とを含む第2の検出素子とを備え、
前記第1の受光面電極は、試料ガスの吸収波長の赤外線を選択的に吸収する第1の周期構造を有し、
前記第2の受光面電極は、前記試料ガスの吸収波長と異なるレファレンス波長の赤外線を選択的に吸収する第2の周期構造を有することを特徴とする、ガス測定用の熱型赤外線センサ。
以下、熱型赤外線センサおよびそれを備えるガス測定装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表す。
図1は、本実施形態の熱型赤外線センサを備えるガス測定装置の全体の概要を示す概略断面図である。まず、図1を参照して、熱型赤外線センサを備えるガス測定装置100の全体の概要について説明する。
以下、本実施形態に係る熱型赤外線センサ1の詳細について説明する。
次に、本実施形態の熱型赤外線センサ(焦電型赤外線センサ)の製造方法の一例について説明する。
次に、図2に示す熱型赤外線センサ(焦電型赤外線センサ)を解析モデルとして、FDTD(Finite−difference time−domain)法を用いたシミュレーションによって、検出素子(CO2測定用の検出素子)の赤外線吸収特性を求めた。
シミュレーション1と同様にして、焦電体層(AlN層)の厚み(図4中のAINの右に示す数値:単位μm)のみを変化させたときの吸収特性を求めた。吸収特性の結果を図4に示す。
米国の「National Institute of Standards and Technology」により公開されたCO2の吸収スペクトルを図6に示す。図6より、CO2の吸収波長は4.2〜4.4μmであることが分かる。
シミュレーション1と同様にして、受光面電極の開口のピッチを変化させたときの吸収波長を求めた。本シミュレーションで得られた受光面電極の開口のピッチと吸収波長との関係を図7示す。
シミュレーション1と同様にして、受光面電極の厚みを変化させたときの吸収率を求めた。本シミュレーションで得られた受光面電極の厚みと吸収率の関係を図8に示す。
シミュレーション1と同様にして、開口率を変化させたときの吸収率の変化を求めた。本シミュレーションで得られた開口率と吸収率との関係を図9に示す。
本実施形態の熱型赤外線センサは、第1の検出素子(測定用の検出素子)と、第2の検出素子(レファレンス用の検出素子)とを備える熱型赤外線センサ(MEMSセンサ)である。
解析モデルの各パラメータの設定値を以下の表2のように変更した以外は、上記実施形態1と同様の解析モデルについて、上記と同様のシミュレーションにより、赤外線の吸収特性を求めた。なお、この解析モデルは、3.5〜4.15μm、4.5〜5.0μmの波長を選択的に吸収する第2の検出素子(レファレンス用の検出素子)の一例として設計したモデルである。
シミュレーション6と同様にして、焦電体層(AlN層)の厚み(図11中のAINの右に示す数値:単位μm)のみを変化させたときの吸収特性を求めた。吸収特性の結果を図11に示す。
受光面電極の開口のピッチおよび孔径をレファレンス波長域に合わせるように、解析モデルの各パラメータの設定値を以下の表3のように変更した以外は、シミュレーション6と同様にして、表3のR1〜R7の各々の場合について、検出素子の赤外線の吸収特性を求めた。
Claims (11)
- 温度変化を電気信号として出力する熱型検出層と、前記熱型検出層の受光面側に設けられた受光面電極と、前記熱型検出層の前記受光面電極と反対側に設けられた裏面電極とを含む検出素子を備え、
前記受光面電極は、試料ガスの吸収波長の赤外線を選択的に吸収する周期構造を有し、
前記周期構造は、周期的に配列された複数の開口を有し、
前記試料ガスはCO 2 ガスであり、前記試料ガスの吸収波長は4.2〜4.4μmであり、
前記受光面電極の開口率は50〜90%である、ガス測定用の熱型赤外線センサ。 - 前記周期構造における前記複数の開口の配列周期が4.1〜4.3μmである、請求項1に記載の熱型赤外線センサ。
- 前記熱型検出層は焦電体層である、請求項1または2に記載の熱型赤外線センサ。
- 前記焦電体層はAlNを主成分とする、請求項3に記載の熱型赤外線センサ。
- 前記焦電体層の膜厚が100〜350nmである、請求項3または4に記載の熱型赤外線センサ。
- 前記受光面電極は、Au、Ag、Pt、Al、Mo、WおよびRuからなる群から選択される少なくとも1種を主成分とする材料からなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱型赤外線センサ。
- 前記裏面電極は、Mo、Al、RuおよびTiからなる群から選択される少なくとも1種を主成分とする材料からなる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱型赤外線センサ。
- 温度変化を電気信号として出力する第1の熱型検出層と、前記第1の熱型検出層の受光面側に設けられた第1の受光面電極と、前記第1の熱型検出層の前記第1の受光面電極と反対側に設けられた第1の裏面電極とを含む第1の検出素子と、
温度変化を電気信号として出力する第2の熱型検出層と、前記第2の熱型検出層の受光面側に設けられた第2の受光面電極と、前記第2の熱型検出層の前記第2の受光面電極と反対側に設けられた第2の裏面電極とを含む第2の検出素子とを備え、
前記第1の受光面電極は、試料ガスの吸収波長の赤外線を選択的に吸収する第1の周期構造を有し、
前記第2の受光面電極は、前記試料ガスの吸収波長と異なるレファレンス波長の赤外線を選択的に吸収する第2の周期構造を有し、
前記第1の周期構造は、周期的に配列された複数の開口を有し、
前記試料ガスはCO 2 ガスであり、前記試料ガスの吸収波長は4.2〜4.4μmであり、
前記第1の受光面電極の開口率は50〜90%である、ガス測定用の熱型赤外線センサ。 - 前記レファレンス波長は3.5〜4.15μmまたは4.5〜5.0μmの範囲内の波長である、請求項8に記載の熱型赤外線センサ。
- 前記第1の検出素子と前記第2の検出素子とが一体的に形成されてなる、請求項8または9に記載の熱型赤外線センサ。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の熱型赤外線センサと、赤外線光源と、ガスセルとを備える、ガス測定装置。
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