JPH02206733A - 赤外線センサ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定物体から放射される赤外線エネルギを検
知して、該被測定物体の存否やその温度等を検出するな
どに利用する赤外線センサに関する。

〔従来の技術〕

赤外線の入射量を検知するための熱形素子としては、焦
電形素子、サーモバイル型素子やサーミスタボロメータ
が用いられており、入射する赤外線量に応じて上昇する
受光部の温度を電気信号に変換して出力するようにして
いる。このような赤外線センサにおいては受光部の温度
が周囲温度の上昇などで入射赤外線量とは独立に高くな
ると赤外線放射源の表面温度との温度差が小さくなる結
果、出力信号が小さくなって測定精度を高めることがで
きないという問題があり、また環境温度の変化に対する
補正が容易でないという欠点もあった。

このような問題を解決するために、実開昭６２−１０６
１２９号には、赤外線センサとして用いるサーモパイル
型素子において赤外線吸収膜の周縁部に位置するように
配設された多数のサーモパイル素子の冷接点に近接して
ベルチェ素子のような電子冷却素子の吸熱部を多数配置
したものが提案されている。この構造のセンサは、電子
冷却素子に直流電流を印加することによりサーモパイル
素子の冷接点を電子冷却素子の吸熱部で冷却してサーモ
パイル素子の温接点と冷接点の温度差を大きくするもの
で、その結果、検出感度を高めると共に等価雑音入力が
改善されるものである。しかしながらかかるセンサでは
、熱容量の大きいヒートシンクの上に電子冷却素子を形
成しであるために熱応答性が悪く、また、電子冷却素子
とサーモパイル素子を平面的に配置するためにセンサ自
体の形状が大きくなるばかりでなく表面からの熱の放散
が大きく、冷却速度も遅くて温度制御の面でも不充分で
あるうえ消費電力が大きいという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前述のような従来の赤外線センサの欠点を解
消して、受光部を高精度で温度制御することにより赤外
線の検出感度並びに検出精度が改良された赤外線センサ
を提供することを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

このような本発明の目的は、基板の一部に形成された空
洞部と該空洞部上に橋架された赤外線検知部とを備えた
赤外線センサにおいて、前記赤外線検知部が薄層状の加
熱または冷却素子の少な（とも一つと薄層状のサーミス
タ素子とを電気絶縁層を介して積層してなることを特徴
とする赤外線センサによって達成される。

本発明の赤外線センサの例を、第１〜２図によって説明
する。

第１図は赤外線センサチップの例の平面図であり、第２
図は第１図のＡ−Ａ線における断面図である。

このような赤外線センサチップａは、たとえばシリコン
単結晶基板工などの一部に空洞部すが形成され、この上
に形成された橋架部Ｃには赤外線の吸収膜Ｉｔを備えた
サーミスタ素子と、これを加熱または冷却する素子とが
相互に絶縁するように、積層して設けられる。

図において、基板１は（１００）面に平行にスライスさ
れたシリコン単結晶ウェハなどが用いられ、その表面上
にたとえばプラズマＣＶＤ法などによってＳｉＯ□など
の絶縁層２が設けられる。

この絶縁Ｎ２上に、スパッタリングなどにより厚さ２μ
ｍ程度のたとえばＢ１５ｂＴｅ３組成などのｐ形半導体
薄膜Ｎ３を形成し、公知のホトリソグラフィー技術を用
いてパターン化する。次にそのｐ形半導体薄膜層３に一
部重なるたとえばアルミニウムなどの導電体層４のパタ
ーンを、スパッタリングとリフトオフ法などを用いて形
成する。更に、その導電体層４の他端に一部重なるよう
に、スパッタリングなどにより厚さ２μｍ程度のたとえ
ばＢｉｔ（ＴｅＳｅ）３組成などのｎ形半導体薄膜層５
を形成し、リフトオフ法などを用いてパターン形成する
。

その後、たとえば１気圧の窒素雰囲気中で２００℃１時
間程度熱処理したのち、ｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導
体薄膜層５の一部の上にスパッタリングとリフトオフ法
などを用いて金または白金などの導電体層６．６のパタ
ーンを形成し、薄膜状のベルチェ素子を得る。

更に、この上にＳｉＯ２などの絶縁層７をたとえばスパ
ッタリングなどによって設け、その上に抵抗温度係数の
大きな材料、たとえばアモルファスシリコンやＭｎ　−
Ｃｏ系等の金属酸化物などからなる抵抗体薄膜層８をス
パッタリングやＣＶＤ技術などを利用して形成し、エツ
チングによりパターン化する。このパターン化抵抗体薄
膜層８の両端部とそれぞれ接するように白金などの導電
Ｎ９，９のパターンをスパッタリングとリフトオフ法を
用いて形成する。こうして形成された薄膜状のサーミス
タ素子の上には、これを保護するためのＳｉＯ□などの
保護膜１０をスパッタリングなどの方法を用いて設ける
。

その後、保護膜１０の前記ベルチェ素子の端子部および
サーミスタ素子の端子部に当る位置に外部引出し用の窓
１２．１３をエツチングにより形成し、この部分に白金
等の電極１４．１５をスパッタ形成する。そして、ＫＯ
Ｈなどを含む異方性エツチング液を用いてベルチェ素子
の吸熱部すなわち導電体Ｎ４の下方に当る基板１をエッ
チして空洞部すを形成する。基板１はその表面が（１０
０）面に平行であるので（１１１）面のエツチング速度
が遅く、素子の両側方にそれぞれ台形状の凹部が形成さ
れたのちこれが連通して空洞部すとなるので、ベルチェ
素子とサーミスタ素子とは積層した状態で橋架部Ｃを形
成する。

最後に、抵抗体薄膜層８の上部に当る保護層１０の表面
部位にメタルマスクなどを用いて合焦などを蒸着し、光
吸収膜１工とすることにより赤外線検知部が完成する。

なお、このような赤外線センサは、基板１上に複数個同
時に形成でき、これを適宜ダイシングによって分割して
個々の赤外線センサチップａを得ることもできる。

この例において、ｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導体薄膜
層５とは導電体層４で短絡されているが、導電体層４を
設けずにｐ形半導体薄膜層３とｎ形半導体薄膜層５とを
その一部で直接に重ね合わせ、ｐ−ｎ接合を形成させる
ようにしてペルチェ素子を構成してもよい。

第３図は本発明の赤外線センサの他の例の断面図であり
、第２図における３、４．５および６の各要素からなる
ペルチェ素子の代りに白金または白金合金などからなる
薄膜抵抗導体層１６を設けて加熱素子としたものである
。

本発明の赤外線センサにおける橋架構造を前述のような
両端支持構造とする代りに、第４図に示すような一端支
持構造としてもよい、このような一端支持構造の場合に
は、それぞれの素子の引出し用電極を同一方向に引出せ
るように設けるのが適切であることは勿論である。

さらに、橋架部の下に設けられた空洞部は基板の裏面ま
で貫通していてもよく、このような場合には基板の表面
側からエツチングする代りに裏面側からエツチングする
ことによって空洞部を形成してもよい。

本発明の赤外線センサは、前述のようにサーミスタ素・
子と電子冷却素子または加熱素子とを組み合わせて構成
するほか、電子冷却素子と加熱素子とを積層してサーミ
スタ素子と組み合わせて構成することもできる。この場
合、雰囲気温度に応じて加熱または冷却を行なって一定
温度を維持するように制御することができ、雰囲気温度
に拘らず赤外線の検出感度を一定に保つことが可能とな
る。

また、前述の例においては一組の赤外線センサ素子を備
えたチップについて説明したが、１個のチップ上に複数
の赤外線センサを備えたものであってもよく、その一部
を温度補償用、他を赤外線検知用とするように使い分け
ることもできる。

〔発明の効果〕

本発明の赤外線センサは、赤外線検知部が薄膜状の加熱
または冷却素子の少なくとも−っと薄膜状のサーミスタ
素子とを電気絶縁層を介して積層したうえに橋架構造と
したものであって、検知部の熱容量が小さくて加熱また
は冷却が効率よくできるので、検出精度が向上するばか
りでな（検出感度を高めることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の赤外線センサの１例の平面図、第２図
は同じくその断面図であり、 第３図は本発明の赤外線センサの他の例の断面図、 第４図は本発明の赤外線センサのまた別の例の断面図で
ある。 ａ・・・赤外線センサチップ、ｂ・・・空洞部、Ｃ・・
・橋架部、１・・・基板、２・・・絶縁層、３・・・ｐ
形半導体薄膜層、４・・・導電体層、５・・・ｎ形半導
体薄膜層、６・・・導電体層、７・・・絶縁層、８・・
・抵抗体薄膜層、９・・・導電層、１０・・・保護膜、
１１・・・光吸収膜、１４゜１５・・・電極、１６・・
・薄膜抵抗導電体層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板の一部に形成された空洞部と該空洞部上に橋架され
   た赤外線検知部とを備えた赤外線センサにおいて、前記
   赤外線検知部が薄層状の加熱または冷却素子の少なくと
   も一つと薄層状のサーミスタ素子とを電気絶縁層を介し
   て積層してなることを特徴とする赤外線センサ。