JPH01142418A - 赤外線検出素子 - Google Patents

赤外線検出素子

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JPH01142418A
JPH01142418A JP62301834A JP30183487A JPH01142418A JP H01142418 A JPH01142418 A JP H01142418A JP 62301834 A JP62301834 A JP 62301834A JP 30183487 A JP30183487 A JP 30183487A JP H01142418 A JPH01142418 A JP H01142418A
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JP
Japan
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infrared
wavelength
light
ray
film
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Pending
Application number
JP62301834A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Hattori
隆雄 服部
Tatsuya Tsuda
達也 津田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba AVE Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Audio Video Engineering Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Audio Video Engineering Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH01142418A publication Critical patent/JPH01142418A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/81Structural details of the junction
    • H10N10/817Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は赤外線検出素子に係り、特に熱望赤外線センサ
である赤外線検出素子に関する。
(従来の技術) 従来から、熱電特性が異なる2種の金属または半導体を
接合しこれらの接合点に温度差を与えた時に起電力を生
じる現象、いわゆるビーベック  ・効果を利用した、
赤外線検出用のサーモカップルが知られている。第3図
は、このようなサーモカップルを多数直列に接続して大
きな起電力を得るようにしたサーモパイル素子を示して
いる。
図中、符号1は基板上に形成されたパターン支持IT/
Aであり、このパターン支持薄膜1上には例えばフォト
エツチング技術により第1、第2の熱電材料膜2.3が
互いに直列に接続されるように形成されている。これら
第1、第2の熱電材料膜2.3は、サーモカップル4を
構成している。さらに、パターン支持薄IF51上の中
心部には金魚(Au black)等からなる赤外線吸
収体である受光膜5が形成されている。
このようなサーモバイル素子では、赤外線の入射に伴い
受光膜5の膜温度が上昇し、各サーモカップル4の温接
合部aと冷接合部すとの間に温度差が生じて発生した起
電力を測定することによって赤外線を検出することがで
きる。
ところで、赤外線発生源はその物体の湿度に応じた赤外
線を放射しており、その放射エネルギー強度はウィーン
(Wien)の変位則に従って、ある波長λmにおいて
極大値を示す。一般にサーモバイルのパッケージの窓に
はシリコン等のフィルタを設け、可視光線を遮断し一定
波長以上の赤外線のみを受光膜へ入射させるようにして
いる。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このようなサーモパイルでは、例えば6
ミクロンカットオンフィルターを採用すると、6μm以
上の全波長域の赤外線に対して応答を示すことになり、
ある特定渇疫の赤外線発生源に選択的に応答さぼるのは
困難である。また、波長選択性を具備させるために、検
出対象の波長領域よりも短波長側の入射光を遮断するフ
ィルターと長波長側の入rJJ光を遮断するフィルター
を設けると、検出対象の波長領域の赤外線の入射エネル
ギーも減衰し、微弱な赤外線が対象な場合、検出不能と
なる恐れがあった。
本発明はかかる点に対処してなされたもので、微弱な赤
外線でもその発生源に対して選択的に検出することがで
きるように、検出対象の波長領域の赤外線に対して選択
的に感度を高かめることができる赤外線検出素子を提供
することを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記の目的を達するために、本発明の赤外線検出素子は
、基板上に熱電特性が異なる2種の熱電材料を接合さゼ
たサーモカップルパターンと赤外線吸収体とが形成され
た赤外線検出素子において、前記赤外線吸収体の表面に
、その中心線平均粗さ(Ra )および任意の断面曲線
の山頂間の距離が検出対象の赤外線発生源より放射され
る赤外線放射エネルギーが最大強度となる波長(λm)
とほぼ一致する凹凸が形成されていることを特徴として
いる。
(作 用) 本発明の赤外線検出素子では、赤外線吸収体表面に中心
線平均粗さ(Ra )および任意の断面曲線の山頂間の
距離が検出対象の赤外線発生源よ°  り放射される赤
外線放射エネルギーが最大強度となる波長(λm)と同
程度となるような凹凸を設けることにより、ミー(Hi
e )散乱効果による波長選択吸収性が付与され、その
波長領域の赤外線に対して選択的に感度が向上する。し
たがって、従来では検出不能となるような微弱な赤外線
発生源に対しても選択的に検知させるようにすることも
可能となる。
(実施例) 以下、図面に示す一実施例について本発明の詳細な説明
する。
第1図は本発明の一実施例の赤外線検出素子の断面を示
すもので、図中、パターン支持簿膜1は例えばアルミナ
等のセセラミックスからなる絶縁基板6上に形成されて
おり、このパターン支持薄膜1の上に第1、第2の熱電
材料膜2.3が例えば第3図に示すようなパターンで形
成されている。
ナーモカップル4はこの熱電材料DI 2.3の組合せ
によって構成される。これら第1、第2の熱電材料膜2
.3としては例えば3iとsbとの組合わせが挙げられ
る。これらのサーモカップルパターンはメタルマスク法
またはフォトマスク法と組合わせた真空蒸着やスパッタ
リング法などで形成される。なお、aは熱電材料膜2.
3の温接合部を、bは冷接合部を示すもので、受光膜5
はサーモカップル4の温接合部aに近接して設けられる
。すなわち受光膜5は、入射した赤外線を吸収してサー
モカップル4の温接合部ala度を上昇させる働きする
ものである。
この受光gI5には、その表面を第2図に拡大して示す
ように、中心線平均粗さRaおよび断面曲線Aの任意の
山頂間の距離dが検出対象の赤外線の放射エネルギーが
最大強度となる波長λmとほぼ等しい凹凸が形成されて
いる。
ここで、中心線平均粗さRaは、断面面MAより求めら
れる粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さぶの部分
を抜取り、この扱取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方
向をY軸とし、粗さ曲線をy=f (x)で表したとき
、次式にしたがって求められるものである。
Ra =1/flf l f (x) l dxこのよ
うな凹凸状の表面を有する受光膜5を形成するには、ま
ず基板6の受光膜5形成面にプラズマエツチングやケミ
カルエツチングなどの手法により、前述したように検出
すべき赤外線の波長λmに規定される大ぎさの凹凸を形
成しておき、この上に例えばカーボン膜などの受光膜5
を真空蒸着法などにより被着させればよい。
次表に、熱電材料に3iS3bを用い、サーモカップル
数を16対とし、Raおよびdが9.5μmとなる凹凸
を形成した3il板上に受光膜として膜厚0.1μmの
カーボン膜を真空蒸着法により被着させて形成した本実
施例の赤外線検出素子について、2mが9.5μmの波
長領域の赤外線すなわちウィーンの変位則より温度32
℃の赤外線発生源から放射される赤外線を検出した場合
の出力並びに温度100℃の赤外線発生源から放射され
る赤外線を検出した場合の出力および受光膜と基板との
付着力を雰囲気温度20℃の下で測定した結果を示す。
また、比較例1.2として、受光膜の形成以外は実施例
と同様にして、鏡面状のSi基板上にカーボン膜を蒸着
させた場合および同じ〈従来の鏡面状の81基板上に合
焦を蒸着させた場合について実施例と同様に測定した結
果を次表に示す。
表 比較例1:鏡面基板上にカーボン蒸着 比較例2:鏡面基板上に全黒蒸着 この表からも明らかなように、本実施例の赤外線検出素
子は、温度32℃の赤外線発生源から放射される赤外線
に対する出力が比較例1.2と比較して相対的に大きく
、温度100℃の場合と比べて選択的に感度が向上して
いる。また、受光膜と基板の付着力も、鏡面状態の基板
に受光膜を形成した場合と比べて、−段と優れている。
このように本発明の赤外線検出素子は、特定の波長領域
の赤外線に対して選択的に感度を高かくすることができ
るため、その波長領域の赤外線に対してのみ応答するよ
う他の入射光を遮断するフィルターを用いても十分検出
することができる。
また、本発明では従来受光膜の材質として用いられてき
た合焦に替えてより安価な例えばカーボンなどを使用で
きるので、コストを下げることができる。さらに、本質
的に基板に対する密着力の弱い合焦に比べて、高真空中
にて蒸着さVることができるカーボンなどは基板に対す
る密着力が強く、その上基板の表面に凹凸を形成しであ
るので、基板と受光膜との密着力を従来よりも著しく向
上させることができる。したがって赤外線検出素子とし
て実際に使用される場合に予想されるヒートサイクルや
ヒートシコックによっても受光膜と基板の間で剥離が生
じにくく、安定した出力特性を長期間維持することがで
きる。
[発明の効果] 以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、受
光膜の表面に赤外線発光源の放射エネルギー最大波長と
ほぼ同じ大きさの凹凸を設けることにより、その波長領
域の赤外線発生源に対して選択的な感度を有する赤外線
検出素子を得ることができる。また、受光膜の基板に適
度な凹凸があるために受光膜と基板間の密着力に優れ、
実使用時に安定な出力を維持できる。さらに、受光膜と
して従来の合焦に替えて、カーボン等の安価な材料を使
用できるので、コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の赤外線検出素子の断面図、
第2図は第1図に示す赤外線検出素子の受光膜表面を拡
大して示す断面図、第3図は従来の赤外線検出素子を示
す斜視図である。 1・・・・・・・・・パターン支持薄膜2・・・・・・
・・・第1の熱電材料膜3・・・・・・・・・第2の熱
電材料膜4・・・・・・・・・サーモカップル 5・・・・・・・・・受光膜 6・・・・・・・・・基板 a・・・・・・・・・温接合部 b・・・・・・・・・冷接合部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に熱電特性が異なる2種の熱電材料を接合
    させたサーモカップルパターンと赤外線吸収体とが形成
    された赤外線検出素子において、前記赤外線吸収体の表
    面に、その中心線平均粗さ(Ra)および任意の断面曲
    線の山頂間の距離が検出対象の赤外線発生源より放射さ
    れる赤外線放射エネルギーが最大強度となる波長(λm
    )とほぼ一致する凹凸が形成されていることを特徴とす
    る赤外線検出素子。
JP62301834A 1987-11-30 1987-11-30 赤外線検出素子 Pending JPH01142418A (ja)

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