JPH06103218B2 - 光センサ - Google Patents

光センサ

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JPH06103218B2
JPH06103218B2 JP59153586A JP15358684A JPH06103218B2 JP H06103218 B2 JPH06103218 B2 JP H06103218B2 JP 59153586 A JP59153586 A JP 59153586A JP 15358684 A JP15358684 A JP 15358684A JP H06103218 B2 JPH06103218 B2 JP H06103218B2
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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
    • G01J5/20Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、受光部の熱容量を小さくし、高速応答、かつ
高感度を得るために、受光部を薄膜の橋架構造としたサ
ーミスタボロメータ形光センサにおいて、電気抵抗率の
大きいサーミスタ材料が使用でき、受光部の熱容量を小
さくさせると共にサーミスタ材料の電気抵抗を安定化さ
せるように工夫した光センサに関する。
サーミスタボロメータ形光センサにおいては、受光部の
熱容量が小さい程、高速で動作し、かつ感度も大きくな
る。
本出願人は、先に消費電力が少なく、かつ熱時定数の小
さい同様の橋架構造である小形の「電熱器」を提案した
(特願昭54−27559号)。
この電熱器においては、電流を通じることにより橋架部
を発熱させたが、本発明では、光を受けることにより橋
架部が発熱するように転用し、この橋架部にサーミスタ
材料を形成して、その電気抵抗の変化から光を検出する
ようにしたサーミスタボロメータ形光センサである。本
出願人は、更に、「熱線検知器」(実願昭54−66225
号)を考案し、熱線である赤外線を熱線検知物質である
サーミスタ、熱電物質、焦電体材料などで熱的に検出す
る際、やはり、熱線検知膜の直下に空洞を設けて橋架構
造にすれば、高感度、高速応答の熱線検知器が得られる
ことを提案した。本発明は、この「熱線検知器」を改良
したもので、先ず、熱線である赤外線に限定することな
く、光として一般化したこと(名称に反映)、熱線検知
物質をサーミスタに限定して、サーミスタ材料の特長を
引き出し、高感度に成り得る高抵抗のサーミスタ材料が
使用できるように、受光により最も昇温する橋架部中央
付近まで、サーミスタ材料より電気抵抗の小さい金属膜
などの導電体層を橋架支持部から延ばし、導電体層が存
在している部分のサーミスタ材料を電気的に短絡するこ
とにより、有効に昇温部となる部分のサーミスタ材料の
電気抵抗の変化を検出できるようにしたこと、更に導電
体層や光の吸収層は形成するが、主たる橋架材料がサー
ミスタ材料層となるようにしたことが特徴で、高速,高
感度化を図ったものである。
第1図は、本発明による光センサの一実施例を説明する
ための平面図,第2図は、第1図のI−I線における断
面図で、図中、1は、ポリイミド板で、2a,2b,2cは、ポ
リイミド板1上に接着剤10により張りつけられた銅はく
のうち、銅のエッチ液によりエッチされ、取り残された
分であり、このうち2a,2bは、橋架構造の橋架部Aの橋
架支持部であり、2cは橋架構造の外側周辺の取り残され
た銅はく残余部分である。サーミスタ材料層3は、たと
えばプラズマCVDにより作製された水素化されたアモル
ファスシリコン(以下a−Siという)等で形成されたサ
ーミスタ材料層で橋架構造支持部3a,3bと橋架部領域3c
とに分けて考えることができるが、これらは一体の同一
層であり、説明の都合上、a,b,cの如く添字を付したも
のである。これらの形状は、公知のリソグラフィー技術
を用い、a−Siのエッチ液または、プラズマエッチ等に
より形成される。3dは、サーミスタ材料層の外側周辺部
残部である。4a,4bは、サーミスタ材料層3にオーム性
電極となり得るクロム(Cr)、モリブデン(Mo)等の蒸
着膜を形成した導電体層であり、ホトリソグラフィー技
術により、サーミスタ材料層の橋架部領域3cの中央付近
はサーミスタ材料層を露出させるようにCrまたはMo等の
導電体層がエッチで除去されている。CrまたはMo等の導
電体層の付着形成されている領域のサーミスタ材料層は
電気的に短絡されているので、導電体層4a,4bから引き
出したリード線9a,9bからみた光センサ素子の電気抵抗
は、ほぼ橋架部領域3cの中央付近のCrまたはMo膜のない
部分のサーミスタ材料層の電気抵抗とみなすことができ
る。8a,8bは、リード線9a,9bとしてアルミニウム(Al)
線を使用した場合、超音波ボンダーにより引き出し易い
ように導電体層4a,4bの上にさらにAlの蒸着膜を少し厚
めに形成した電極である。この電極8a,8bは、導電体層4
a,4bと引き出しリード線9a,9bの材質の組合わせを適切
に選択すれば必ずしも必要なものではない。6は電気的
な絶縁層で、赤外線などの光を吸収して熱に変換する金
黒などの光吸収層7が導電性を有したときに、導電体層
4a,4b間が電気的に短絡されることを防ぐために設けら
れたもので、ホトレジスト膜やプラズマCVDによる窒化
けい素膜などで形成することができる。5はサーミスタ
材料層となるa−Si層や銅はく層が表面からエッチされ
溝となっている部分である。5aは、橋架部Aの下部の空
どう部であり、銅はくのエッチによる溝5の形成の際に
橋架部Aを残してその側面からのサイドエッチにより貫
通させ、橋架部Aの下部の銅を除去した領域である。こ
の溝5の形成の際、銅のエッチ時間を充分に長くとり、
銅はくとポリイミド板1との接着剤10が露出するように
し、残された銅はくからなる橋架支持部2a,2bと銅はく
残余部分2cが互いに電気的に絶縁されるように注意す
る。尚、この溝5および、空どう部5aは、リード線9a,9
bを引き出す直前の工程で、溝5となるべき領域以外を
ホトレジスト膜で覆い、ホトリソグラフィー技術を用
い、サーミスタ材料層のエッチおよび、銅はくのエッチ
を行うことにより形成できる。上述の実施例では、溝5
および空どう部5aの銅はくと、すべて除去し、電極8a,8
b間の電気的分離を図ったが、銅はくとサーミスタ材料
層との界面に、たとえば二酸化けい素(SiO2)膜や窒化
けい素(Si3N4)膜などの電気絶縁層を形成しておけ
ば、溝5や空どう部5aの銅をすべて除去しなくともよい
ことは明白である。またサーミスタ材料層としてa−Si
を使用した場合、導電体層4a,4bは、a−Si層の中に、
不純物添加により低抵抗層を形成させることにより形成
することもできる。
第1図では、受光部となる橋架部の中央付近にふくらみ
を持たせた構造にしてあるが、これは、光を集束したと
き有効に受光できるように受光面を広くした例を示した
ものである。
上述の実施例では導電体層4aと4bとが、互いに平行に向
かい合った形状にしてあるが、例えば互いに向かい合う
くし状電極とするなどして、向かい合う電極周辺長を大
きく形成することによりサーミスタ材料層の電気抵抗を
小さくさせることもできる。
以上のことから、空どう部5aをサーミスタ材料であるa
−Si膜を使用して橋架し、電気抵抗の極めて高いa−Si
膜の橋架部領域3cの中央付近を残し、導電体層4a,4bに
より電気的に短絡すれば、受光により昇温する橋架部中
央付近のa−Si膜の電気抵抗変化を有効に取り出すこと
ができる。更に、橋架部Aは、主にa−Si膜で形成され
ており、橋架部Aが破壊されない程度に厚くできるの
で、安定なサーミスタ抵抗が得られ、かつ、橋架補強材
が少なくて済み、受光部の熱容量も小さくできる。
第1図および第2図に示した実施例では、橋架部の熱容
量を少しでも小さくさせるために、絶縁層6の寸法を橋
架部Aの橋長より小さくさせてあるが、この絶縁層6の
長さを橋架支持部2a,2bの位置まで延ばし、サーミスタ
材料層の橋架部領域3cを補強することができることは、
もちろんである。絶縁層6をホトレジスト膜などのプラ
スチックで形成したこのような構造は、特に橋架長が大
きいときに有効となる。
第3図は、本発明の他の実施例を説明するための断面図
で、第2図に示した実施例と略同様であるので、同様の
作用をする部分には、同一の番号を付してある。この第
3図に示した実施例が第2図の実施例と異なる主な点は
導電体層4a,4bの配した方であり、このため電極8a,8bお
よびリード線9a,9bが、第3図においては、左右非対称
となっている。また、銅はくのエッチが不充分で銅はく
の橋架支持部2a,2b間が、電気的に短絡されている場合
でも適用できるように銅はくの橋架支持部2a,2bと銅は
く残余部分2cの上に、窒化けい素(Si3N4)膜などの電
気絶縁層11を配してある。尚、このSi3N4膜は、プラズ
マCVDにより、容易にアモルファス状態で形成すること
ができる。第3図の実施例では、第2図の実施例と同
様、サーミスタ材料層3のうち受光により最も昇温する
橋架部Aの中央付近のみのサーミスタ抵抗を検出するも
のであるが、第2図の例とは異なり、サーミスタ材料層
の厚み方向の電気抵抗を検出するために、橋架部Aの中
央付近で、サーミスタ材料層3を導電体層4a,4bでサン
ドイッチにした構造にしている。このとき、ほぼ導電体
層4a,4bの互いに重なり合う領域のサーミスタ材料層の
厚み方向の電気抵抗のみが検出されることになり、高感
度に光を検出することができる。
以上の実施例では、サーミスタ材料層として、a−Si膜
を用いた例を示したが、抵抗温度係数の大きいアモルフ
ァス炭化けい素(a−SixC1-x)に代えてもよい。a−S
ixC1-xは、プラズマCVD技術により容易に形成すること
も、また反応性エッチや化学的エッチによりパターン形
成することもできる。なお上記実施例において、銅はく
残余部分2cは、センサの強度を強くするために残したも
のであるが、強度的に充分であれば必ずしも必要としな
い。更に、基板材料として、上述の実施例では、銅はく
を張ったポリイミド板を使用してあるが、シリコンウエ
ハなどの半導体材料を代用し、集積回路を同一基板上に
形成して、本発明の光センサと直結することも可能であ
る。
以上の説明から明らかなように、本発明によると、高抵
抗率のサーミスタ材料を橋架部材料として用いても、受
光により橋架部の最も温度が上昇する中央部付近まで、
導電体層を橋架支持部より延ばし、中央部付近のサーミ
スタ材料層の抵抗のみを検出できるので検出感度が増大
する。また、サーミスタ材料層を橋架構造材として使用
しておりサーミスタ材料層を比較的厚く形成できるので
サーミスタ抵抗の安定化が図れると共に、橋架構造補強
材を多く必要としないので、橋架部の熱容量が小さくな
り、高速、高感度化が図れるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による光センサの一実施例を説明する
ための平面図,第2図は、第1図のI−I線における断
面図,第3図は、本発明による光センサの他の実施例を
示す説明図である。 1……ポリイミド板、2a,2b……橋架支持部、2c……銅
はく残余部分、3……サーミスタ材料層、3a,3b……橋
架構造支持部、3c……橋架部領域、4a,4b……導電体
層、5……溝、5a……空どう部、6,11……絶縁層、7…
…光吸収層、8a,8b……電極、9b,9c……リード線、10…
…接着剤、A……橋架部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】橋架部(A)に受光部を設けた橋架構造の
    サーミスタボロメータ形の光センサにおいて、空洞部を
    橋架している単層または複数層の橋架部材料層のうち、
    少なくとも一層がサーミスタ材料層(3)で形成してあ
    り、該サーミスタ材料層(3)上で、橋架支持部(2a、
    2b)から橋架部領域(3c)内に導電体層(4a、4b)を互
    いに接触させることなく延在させて、該サーミスタ材料
    層(3)を部分的に電気的な短絡を行ない、該サーミス
    タ材料層(3)の電気的な短絡が行なわれず感温部とな
    る一部を介して導通が行なわれるようにしたことを特徴
    とする光センサ。
  2. 【請求項2】サーミスタ材料層(3)をアモルファスシ
    リコンまたは、アモルファスシリコンを含む材料とした
    特許請求の範囲第1項記載の光センサ。
  3. 【請求項3】サーミスタ材料層(3)をアモルファス炭
    化けい素または、アモルファス炭化けい素を含む材料と
    した特許請求の範囲第1項記載の光センサ。
JP59153586A 1984-07-23 1984-07-23 光センサ Expired - Lifetime JPH06103218B2 (ja)

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