JPH04357888A - 焦電型赤外線検出素子 - Google Patents
焦電型赤外線検出素子Info
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- JPH04357888A JPH04357888A JP3159457A JP15945791A JPH04357888A JP H04357888 A JPH04357888 A JP H04357888A JP 3159457 A JP3159457 A JP 3159457A JP 15945791 A JP15945791 A JP 15945791A JP H04357888 A JPH04357888 A JP H04357888A
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- Japan
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- amorphous ferroelectric
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Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高感度で赤外線を検出
することのできる焦電型赤外線検出素子に関する。
することのできる焦電型赤外線検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】一般に焦電型赤外線検
出素子は測定物から離れて、その温度を測定することが
できる非接触温度センサーとして侵入者検出器や火災報
知器等に実用化されている。この焦電型赤外線検出素子
に使用されている焦電材料としては、セラミックス、単
結晶及び高分子材料の強誘電体がある。例えばセラミッ
クスとしてはＰｂＴｉＯ３やＰＺＴ 、単結晶としては
ＬｉＴａＯ３、また高分子材料としてはポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶＦ２）等の強誘電体が知られている。この
うちセラミックスでは、加工性、量産性に富むという利
点を持っている反面、性能的に劣り、また信頼性に欠け
るという問題がある。単結晶は単結晶特有の完全性、均
一性という大きな長所を持ち、焦電特性の再現性、信頼
性に優れているという利点があるが、製造コストが高い
という欠点がある。また高分子材料の場合、シートで大
面積のものが容易に量産できるなど製造コストが安いと
いう利点があるが性能的に劣るという問題がある。また
、薄膜ハンドブック（ オーム社：１９８３）ｐｐ．５
４１−５４７にも示されているように、焦電型赤外線検
出素子に用いられる焦電材料は、膜厚の薄いものほど赤
外線に対する応答速度や感度が良いため、通常、焦電材
料のセラミックスや単結晶のブロックを切断および研磨
し薄板に加工して用いているが、１００μｍ以下にする
と、薄板の加工が難しくなり、歩止まりが著しく低下し
量産上の問題がある。
出素子は測定物から離れて、その温度を測定することが
できる非接触温度センサーとして侵入者検出器や火災報
知器等に実用化されている。この焦電型赤外線検出素子
に使用されている焦電材料としては、セラミックス、単
結晶及び高分子材料の強誘電体がある。例えばセラミッ
クスとしてはＰｂＴｉＯ３やＰＺＴ 、単結晶としては
ＬｉＴａＯ３、また高分子材料としてはポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶＦ２）等の強誘電体が知られている。この
うちセラミックスでは、加工性、量産性に富むという利
点を持っている反面、性能的に劣り、また信頼性に欠け
るという問題がある。単結晶は単結晶特有の完全性、均
一性という大きな長所を持ち、焦電特性の再現性、信頼
性に優れているという利点があるが、製造コストが高い
という欠点がある。また高分子材料の場合、シートで大
面積のものが容易に量産できるなど製造コストが安いと
いう利点があるが性能的に劣るという問題がある。また
、薄膜ハンドブック（ オーム社：１９８３）ｐｐ．５
４１−５４７にも示されているように、焦電型赤外線検
出素子に用いられる焦電材料は、膜厚の薄いものほど赤
外線に対する応答速度や感度が良いため、通常、焦電材
料のセラミックスや単結晶のブロックを切断および研磨
し薄板に加工して用いているが、１００μｍ以下にする
と、薄板の加工が難しくなり、歩止まりが著しく低下し
量産上の問題がある。
【０００３】その解決策として特開昭６０−１２７７１
９ 号公報によれば導電性を有する基体上に非晶質酸化
物薄膜を形成し、該非晶質酸化物薄膜を加熱処理により
再結晶化して１００μｍ以下の膜厚で焦電性を有する多
結晶強誘電体酸化物薄膜を得る方法について述べられて
いる。しかしながら、同法によると製膜後の再結晶化の
ため７００℃での熱処理行程が必要であるため、同熱処
理温度で多結晶強誘電体薄膜材料との相互拡散のない基
体を選ぶと共に、多結晶強誘電体薄膜材料にクラックが
入るのを防ぐために基体として熱膨張係数が強誘電体酸
化物のそれと同程度であるものを選択する必要があった
。また、多結晶強誘電体薄膜は、粒界が存在するため焦
電効果によって生じる結晶歪みによって機械的疲労破壊
が起こるという強度上の問題から膜厚を５μｍ 以下に
することができず、応答速度や感度に限界があるという
問題があった。
９ 号公報によれば導電性を有する基体上に非晶質酸化
物薄膜を形成し、該非晶質酸化物薄膜を加熱処理により
再結晶化して１００μｍ以下の膜厚で焦電性を有する多
結晶強誘電体酸化物薄膜を得る方法について述べられて
いる。しかしながら、同法によると製膜後の再結晶化の
ため７００℃での熱処理行程が必要であるため、同熱処
理温度で多結晶強誘電体薄膜材料との相互拡散のない基
体を選ぶと共に、多結晶強誘電体薄膜材料にクラックが
入るのを防ぐために基体として熱膨張係数が強誘電体酸
化物のそれと同程度であるものを選択する必要があった
。また、多結晶強誘電体薄膜は、粒界が存在するため焦
電効果によって生じる結晶歪みによって機械的疲労破壊
が起こるという強度上の問題から膜厚を５μｍ 以下に
することができず、応答速度や感度に限界があるという
問題があった。
【０００４】一方この多結晶強誘電体薄膜の強度の問題
に対しては単結晶強誘電体薄膜を用いることによりさら
に薄い薄膜を形成することが考えられるが、例えばＪｏ
ｕｒｎａｌｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎ
ｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．Ａ８（３）（１９
９０）ｐｐ．１３８２−１３９０によれば、ＰｂＴｉＯ
３単結晶強誘電体膜を得るためＲＦマグネトロンスパッ
タリング法による製膜において製膜中基体温度を５５０
〜６００℃に保持し、更に、単結晶膜の成長を促すため
に（１００）ＭｇＯ単結晶基板上に（１００） 配向し
たＰｔ薄膜を基体として必要とする。このため製造コス
トが高く製法が困難であるという問題がある。
に対しては単結晶強誘電体薄膜を用いることによりさら
に薄い薄膜を形成することが考えられるが、例えばＪｏ
ｕｒｎａｌｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎ
ｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．Ａ８（３）（１９
９０）ｐｐ．１３８２−１３９０によれば、ＰｂＴｉＯ
３単結晶強誘電体膜を得るためＲＦマグネトロンスパッ
タリング法による製膜において製膜中基体温度を５５０
〜６００℃に保持し、更に、単結晶膜の成長を促すため
に（１００）ＭｇＯ単結晶基板上に（１００） 配向し
たＰｔ薄膜を基体として必要とする。このため製造コス
トが高く製法が困難であるという問題がある。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、前記問題点を解決し、赤外線
に対する応答速度や感度の優れた、かつ粒界による劣化
のない焦電型赤外線検出素子を、低温プロセスで提供す
ることを目的とする。
に対する応答速度や感度の優れた、かつ粒界による劣化
のない焦電型赤外線検出素子を、低温プロセスで提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明は、導電性を有
する基体上に焦電性を有するアモルファス強誘電体薄膜
が形成されてなることを特徴とする焦電型赤外線検出素
子に関する。本発明におけるアモルファス強誘電体薄膜
は、真空蒸着法、スパッタリング法などの製膜手段を用
いて基板上に、基板温度を５００℃以下に保持しながら
非晶質の薄膜として作製し、作製したそのままの状態か
、あるいは５００℃以下の温度で熱処理を施すことによ
って得られる。アモルファス強誘電体薄膜としては、前
記製法により得られるものであれば、特に制限はないが
、例えば、Ｆｅ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＡＢＯ３（ペロブ
スカイト型化合物）を主成分とした三元酸化物系薄膜が
挙げられる。ＡＢＯ３はＰｂＴｉＯ３， ＰｂＺｒＯ３
， ＢａＴｉＯ３などの強誘電性、反強誘電性材料であ
る。本発明の焦電型赤外線検出素子に用いる強誘電体薄
膜は、アモルファス構造を有するために結晶粒界が存在
しない。これにより、多結晶強誘電体薄膜における結晶
歪みによる機械的疲労破壊を回避できるので、１μｍ以
下の膜厚でもアモルファス強誘電体薄膜の強度と耐久性
を充分に確保でき、反応速度が速く感度の良い焦電型赤
外線検出素子を形成できる。また、アモルファス強誘電
体薄膜は強誘電性特性の発現のために５００℃以上の温
度を必要としないために、多結晶強誘電体薄膜の場合に
生じた基体の制限もない。
する基体上に焦電性を有するアモルファス強誘電体薄膜
が形成されてなることを特徴とする焦電型赤外線検出素
子に関する。本発明におけるアモルファス強誘電体薄膜
は、真空蒸着法、スパッタリング法などの製膜手段を用
いて基板上に、基板温度を５００℃以下に保持しながら
非晶質の薄膜として作製し、作製したそのままの状態か
、あるいは５００℃以下の温度で熱処理を施すことによ
って得られる。アモルファス強誘電体薄膜としては、前
記製法により得られるものであれば、特に制限はないが
、例えば、Ｆｅ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＡＢＯ３（ペロブ
スカイト型化合物）を主成分とした三元酸化物系薄膜が
挙げられる。ＡＢＯ３はＰｂＴｉＯ３， ＰｂＺｒＯ３
， ＢａＴｉＯ３などの強誘電性、反強誘電性材料であ
る。本発明の焦電型赤外線検出素子に用いる強誘電体薄
膜は、アモルファス構造を有するために結晶粒界が存在
しない。これにより、多結晶強誘電体薄膜における結晶
歪みによる機械的疲労破壊を回避できるので、１μｍ以
下の膜厚でもアモルファス強誘電体薄膜の強度と耐久性
を充分に確保でき、反応速度が速く感度の良い焦電型赤
外線検出素子を形成できる。また、アモルファス強誘電
体薄膜は強誘電性特性の発現のために５００℃以上の温
度を必要としないために、多結晶強誘電体薄膜の場合に
生じた基体の制限もない。
【０００７】
【実施例】以下、実施例により本発明を記述する。図１
は本発明の一実施例を示す焦電型赤外線検出素子の概略
図である。即ち、電極となる導電性を有する基体１と、
Ｆｅ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３系薄膜などＲＦ
スパッタリング法等により得られた焦電性を有するアモ
ルファス強誘電体膜２、及び他方電極３から成る。なお
基体は導電性を有する薄体あるいは適当な基板上に付着
させた導電性の薄膜を用い、電極３は赤外線吸収層を兼
ねた例えばＡｌや金黒が好ましい。また、アモルファス
強誘電体薄膜２はＦｅ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＰｂＴｉＯ
３系薄膜のみならず、ＰｂＴｉＯ３にかえてＰｂＺｒＯ
３、ＢａＴｉＯ３などの種々の強誘電性、反強誘電性ペ
ロブスカイト材料を用いてもよい。本例に引用したアモ
ルファス強誘電体薄膜は以下に述べる方法で作製した。 すなわち、薄膜作製にはＲＦマグネトロンスパッタリン
グ装置を用い、スパッタガスはＡｒ：Ｏ２＝７：３ の
混合ガスとした。スパッタリング中は基体を固定してい
る銅製のアノードを水冷し、製膜中の基板温度を２０〜
２５℃に維持した。このようにして得られた薄膜のＸ線
回折パターンは図２のようにハローパターンを示し、直
径２０００Åの制限視野電子線回折パターンもハローパ
ターンを示し、ＴＥＭ像の観察からも十数Åのオーダー
でアモルファス状態であることがわかった。さらにこの
薄膜は製膜後熱処理を施すことなく焦電性を有するアモ
ルファス強誘電体薄膜となった。このアモルファス強誘
電体薄膜により、製膜時には低い基体温度で、また製膜
後も高温での熱処理を施すことなしにアモルファス強誘
電体を形成できるために、多結晶強誘電体薄膜の場合に
生じた基体の制限もなく、さらに粒界の存在による強度
の問題等のない焦電型赤外線検出素子の形成が可能とな
った。つまり、このアモルファス強誘電体薄膜には粒界
が存在しないために多結晶強誘電体薄膜を用いることに
よって生じた結晶歪みによる機械的疲労破壊を回避でき
たので、１μｍ以下の膜厚でもアモルファス強誘電体薄
膜の強度と耐久性を充分に確保でき、反応速度が速く感
度の良い焦電型赤外線検出素子を形成できた。この素子
の赤外線に対する応答感度を示す電圧感度（ＲＶ）を測
定したところ１０ＨＺでＲＶ＝３０００Ｖ／Ｗと得た。 これは従来のＰｂＴｉＯ３を用いた薄膜素子がＲＶ＝４
００〜５００Ｖ／Ｗであったのに対して１０倍も大きな
値であることが解った。
は本発明の一実施例を示す焦電型赤外線検出素子の概略
図である。即ち、電極となる導電性を有する基体１と、
Ｆｅ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３系薄膜などＲＦ
スパッタリング法等により得られた焦電性を有するアモ
ルファス強誘電体膜２、及び他方電極３から成る。なお
基体は導電性を有する薄体あるいは適当な基板上に付着
させた導電性の薄膜を用い、電極３は赤外線吸収層を兼
ねた例えばＡｌや金黒が好ましい。また、アモルファス
強誘電体薄膜２はＦｅ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＰｂＴｉＯ
３系薄膜のみならず、ＰｂＴｉＯ３にかえてＰｂＺｒＯ
３、ＢａＴｉＯ３などの種々の強誘電性、反強誘電性ペ
ロブスカイト材料を用いてもよい。本例に引用したアモ
ルファス強誘電体薄膜は以下に述べる方法で作製した。 すなわち、薄膜作製にはＲＦマグネトロンスパッタリン
グ装置を用い、スパッタガスはＡｒ：Ｏ２＝７：３ の
混合ガスとした。スパッタリング中は基体を固定してい
る銅製のアノードを水冷し、製膜中の基板温度を２０〜
２５℃に維持した。このようにして得られた薄膜のＸ線
回折パターンは図２のようにハローパターンを示し、直
径２０００Åの制限視野電子線回折パターンもハローパ
ターンを示し、ＴＥＭ像の観察からも十数Åのオーダー
でアモルファス状態であることがわかった。さらにこの
薄膜は製膜後熱処理を施すことなく焦電性を有するアモ
ルファス強誘電体薄膜となった。このアモルファス強誘
電体薄膜により、製膜時には低い基体温度で、また製膜
後も高温での熱処理を施すことなしにアモルファス強誘
電体を形成できるために、多結晶強誘電体薄膜の場合に
生じた基体の制限もなく、さらに粒界の存在による強度
の問題等のない焦電型赤外線検出素子の形成が可能とな
った。つまり、このアモルファス強誘電体薄膜には粒界
が存在しないために多結晶強誘電体薄膜を用いることに
よって生じた結晶歪みによる機械的疲労破壊を回避でき
たので、１μｍ以下の膜厚でもアモルファス強誘電体薄
膜の強度と耐久性を充分に確保でき、反応速度が速く感
度の良い焦電型赤外線検出素子を形成できた。この素子
の赤外線に対する応答感度を示す電圧感度（ＲＶ）を測
定したところ１０ＨＺでＲＶ＝３０００Ｖ／Ｗと得た。 これは従来のＰｂＴｉＯ３を用いた薄膜素子がＲＶ＝４
００〜５００Ｖ／Ｗであったのに対して１０倍も大きな
値であることが解った。
【０００８】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明により粒界のない耐久性の高いアモルファス強誘電体
薄膜を低温プロセスで作製可能で、さらに反応速度が速
く感度の良い焦電型赤外線検出素子を提供することがで
きる。これにより本発明の検出素子は侵入者検出器や火
災報知器を初め、高感度を必要とする分光光度計、ガス
分析器、レーザー検出器、ミリ波検出器に使用できるほ
か、赤外線イメジャー（撮像器）、焦電ビジコン、焦電
二次元アレイなどの焦電デバイスへの応用も期待される
ものである。
明により粒界のない耐久性の高いアモルファス強誘電体
薄膜を低温プロセスで作製可能で、さらに反応速度が速
く感度の良い焦電型赤外線検出素子を提供することがで
きる。これにより本発明の検出素子は侵入者検出器や火
災報知器を初め、高感度を必要とする分光光度計、ガス
分析器、レーザー検出器、ミリ波検出器に使用できるほ
か、赤外線イメジャー（撮像器）、焦電ビジコン、焦電
二次元アレイなどの焦電デバイスへの応用も期待される
ものである。
【図１】図１は、本発明の焦電型赤外線検出素子の一実
施例を示す概略図である。
施例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の焦電型赤外線検出素子の一実
施例におけるアモルファス強誘電体薄膜のＸ線回折パタ
ーンを示す図である。
施例におけるアモルファス強誘電体薄膜のＸ線回折パタ
ーンを示す図である。
１ 基体
２ アモルファス強誘電体薄膜３
電極
電極
Claims (4)
- 【請求項１】 導電性を有する基体上に焦電性を有す
るアモルファス強誘電体薄膜が形成されてなることを特
徴とする焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項２】 アモルファス強誘電体薄膜が、製膜手
段を用いて基板上に、基板温度を５００℃以下に保持し
ながら非晶質の薄膜として作製し、作製したそのままの
状態か、あるいは５００℃以下の温度で熱処理すること
によって得られたものであることを特徴とする請求項１
の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項３】 アモルファス強誘電体薄膜の厚さが１
μｍ 以下であることを特徴とする請求項１の焦電型赤
外線検出素子。 - 【請求項４】 アモルファス強誘電体薄膜が、Ｆｅ２
Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＡＢＯ３（ペロブスカイト型化合物
）を主成分とした三元酸化物系薄膜からなることを特徴
とする請求項１の焦電型赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3159457A JPH04357888A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 焦電型赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3159457A JPH04357888A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 焦電型赤外線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04357888A true JPH04357888A (ja) | 1992-12-10 |
Family
ID=15694185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3159457A Pending JPH04357888A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 焦電型赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04357888A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014186002A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Seiko Epson Corp | 赤外線センサー、熱検知素子及びそれを用いた熱検知方法 |
| CN105953928A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-09-21 | 电子科技大学 | 一种热释电红外探测器 |
| CN113135600A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-20 | 重庆文理学院 | 一种非晶态氧化铁薄膜的制备方法 |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP3159457A patent/JPH04357888A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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