JPH06147969A - Infrared sensor - Google Patents

Infrared sensor

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Publication number
JPH06147969A
JPH06147969A JP3243244A JP24324491A JPH06147969A JP H06147969 A JPH06147969 A JP H06147969A JP 3243244 A JP3243244 A JP 3243244A JP 24324491 A JP24324491 A JP 24324491A JP H06147969 A JPH06147969 A JP H06147969A
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JP
Japan
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infrared
temperature
output
detecting means
difference
Prior art date
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Pending
Application number
JP3243244A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Komatsu
清 小松
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Filing date
Publication date
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the response sensitivity and measurement accuracy of an infrared sensor by preventing the influence of the Joule's heat of two temperature-sensitive sections on the output of the sensor which is the difference between the self-generating quantities of heat of the two sections. CONSTITUTION:A first infrared-ray detecting means 11 detects the quantity of infrared rays radiated from an object 13 to be measured for temperature and second infrared-ray detecting means 12 detects the infrared rays radiated from an infrared-ray radiating source 14. The output signals of the means 11 and 12 are sent to a difference detecting means 15 and the means 15 detects the difference between the two output signals. The output signal of the means 15 is fed back to an infrared-ray radiating source control means 16. The means 16 controls the output of the source 14 so that the output of the means 15 can become zero, namely, the outputs of the first and second infrared-ray detecting means 11 and 12 can become equal to each other. The current value of the source 14, namely, the value converted into the temperature of the object 13 when the output of the means 15 becomes zero is displayed by means of a displaying means 17.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は非接触で被温度測定物の
温度を測定する赤外線センサに係わり、特に同一構造を
有する一対の感温部を設け、一方の感温部のみに非温度
測定物からの赤外線を入射させ、両者の出力の差(差動
出力)により真の赤外線量を計測する赤外線センサに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared sensor for measuring the temperature of an object to be temperature measured in a non-contact manner. The present invention relates to an infrared sensor in which infrared rays from an object are incident and the true amount of infrared rays is measured by the difference between the outputs of the two (differential output).

【0002】[0002]

【従来の技術】赤外線センサ(サーモボロメータ)は、
アモルファスゲルマニウム等のサーミスタ効果を持つ物
質で感温部を形成し、この感温部に赤外線を入射させ、
この赤外線による上昇温度を電流値または電圧値の変化
で測定し、赤外線量すなわち非温度測定物の温度を検出
するものである。
2. Description of the Related Art Infrared sensors (thermobolometers) are
A temperature sensitive part is formed of a substance having a thermistor effect such as amorphous germanium, and infrared rays are incident on this temperature sensitive part.
The temperature rise due to the infrared rays is measured by the change of the current value or the voltage value, and the infrared ray amount, that is, the temperature of the non-temperature measurement object is detected.

【0003】したがって、微量な赤外線に対して、感温
部は熱容量が小さく、しかもこの感温部から外部に伝達
される熱量が小さければ、それだけ温度上昇が大きくな
り、センサの応答感度がよくなる。このようなことか
ら、最近、半導体の微細加工技術を利用して、シリコン
基板上に微細な架橋部(ブリッジ)を形成し、この架橋
部上に感温部を形成した構造が採用されている。
Therefore, when the temperature sensing portion has a small heat capacity and a small amount of heat is transferred from the temperature sensing portion to the outside with respect to a small amount of infrared rays, the temperature rise becomes large and the response sensitivity of the sensor becomes good. For this reason, recently, a structure in which a fine cross-linking portion (bridge) is formed on a silicon substrate by using a semiconductor fine processing technique and a temperature sensitive portion is formed on the cross-linking portion is adopted. .

【0004】一方、非温度測定物から放射される赤外線
は極めて微小であるため、赤外線センサが使用される環
境、センサのパッケージや本体からの熱伝導や輻射等の
外乱の影響を受けやすい。したがって、計測にあたって
は、従来、種々の工夫がなされている。
On the other hand, since the infrared rays emitted from the non-temperature measurement object are extremely small, they are easily affected by the environment in which the infrared sensor is used, and external disturbances such as heat conduction and radiation from the sensor package and body. Therefore, various measures have been conventionally performed in the measurement.

【0005】たとえば、一対の架橋部上にそれぞれ同一
構造の感温部を設け、これらの感温部のうちの一方の感
応部のみに被温度測定物から放射された赤外線を入射さ
せ、他方の感温部は赤外線から完全に遮蔽させた構造と
している。その両者の出力差(差動出力)を算出するこ
とにより、真の入射赤外線量を検出して外乱の影響を取
り除き、応答感度の向上を図るものである。
For example, temperature-sensitive parts having the same structure are provided on a pair of bridge parts, and infrared rays radiated from an object to be measured are made incident on only one of the temperature-sensitive parts and the other part is made sensitive. The temperature sensing part has a structure that is completely shielded from infrared rays. By calculating the output difference (differential output) between the two, the true incident infrared ray amount is detected, the influence of disturbance is removed, and the response sensitivity is improved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の従来の赤外線センサでは、次のような問題が
あった。
However, the conventional infrared sensor having such a structure has the following problems.

【0007】すなわち、この赤外線センサは、前述のよ
うに、非温度測定物の温度を感温部の電気抵抗値の変化
に変換して検出するものであるが、この抵抗値を検出す
るためにはテスタ(測定器)を用いて電圧を印加し、感
温部に電流を流す必要がある。このときその電気抵抗値
に応じてジュール熱が発生し、各感温部はそれぞれ自己
発熱してその温度が上昇することになる。
That is, as described above, the infrared sensor converts the temperature of the non-temperature measurement object into a change in the electric resistance value of the temperature sensing portion, and detects the resistance value. It is necessary to apply a voltage using a tester (measuring instrument) and to supply a current to the temperature sensing part. At this time, Joule heat is generated according to the electric resistance value, and each of the temperature sensitive parts self-heats and its temperature rises.

【0008】ところが、2つの感温部は、一方には赤外
線が入射され、他方では赤外線が完全に遮蔽されている
ため、両者の温度は異なる。このため、赤外線が入射さ
れる側の感温部では電気抵抗値は小さく、一方赤外線が
遮蔽された感温部のそれは大きくなり、両者の電気抵抗
値は異なる。したがって、上記ジュール熱による自己発
熱量も2つの感温部では異なることになる。このように
感温部間の自己発熱量が異なると、その分2つの感温部
の差分出力に誤差が生じ、そのため被温度測定物から放
射される真の赤外線量を精度良く検出することができ
ず、応答感度が低下するという問題があった。
However, since the infrared rays are incident on one of the two temperature-sensitive portions and the infrared rays are completely shielded on the other, the temperatures of the two are different. Therefore, the temperature-sensitive portion on the side where the infrared rays are incident has a small electric resistance value, while the temperature-sensitive portion shielded from the infrared rays has a large electric resistance value, and the electric resistance values of the both are different. Therefore, the amount of self-heating due to the Joule heat also differs between the two temperature sensing parts. When the amount of self-heat generation between the temperature sensing parts is different as described above, an error occurs in the difference output between the two temperature sensing parts, so that the true amount of infrared rays emitted from the temperature measured object can be accurately detected. However, there was a problem that the response sensitivity was lowered.

【0009】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、2つの感温部のジュール熱による自
己発熱量の影響を防止して応答感度の向上した赤外線セ
ンサを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an infrared sensor having improved response sensitivity by preventing the influence of self-heating amount due to Joule heat of two temperature sensing parts. It is in.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明による赤外線セン
サは、図3に基本原理を表すように、被温度測定物13
から放射される赤外線を電気信号に変換する第1の赤外
線検出手段11と、前記被温度測定物13とは別に赤外
線を放射する赤外線放射源14と、この赤外線放射源1
4から放射された赤外線を電気信号に変換する第2の赤
外線検出手段12と、前記第1の赤外線検出手段11と
第2の赤外線検出手段12の出力信号の差分を検出する
差分検出手段15と、この差分検出手段15の出力信号
を受けて前記差分検出手段15の出力が零になるように
前記赤外線放射源14から放射される赤外線量を制御す
る赤外線放射源制御手段16とを備えている。
The infrared sensor according to the present invention has a temperature measured object 13 as shown in FIG.
First infrared detecting means 11 for converting infrared rays radiated from the device into an electric signal, an infrared radiation source 14 for emitting infrared rays separately from the temperature-measuring object 13, and the infrared radiation source 1
Second infrared detecting means 12 for converting infrared rays radiated from 4 into an electric signal, and difference detecting means 15 for detecting a difference between output signals of the first infrared detecting means 11 and the second infrared detecting means 12. An infrared radiation source control means 16 for controlling the amount of infrared radiation emitted from the infrared radiation source 14 so that the output of the difference detection means 15 becomes zero upon receiving the output signal of the difference detection means 15. .

【0011】また、本発明の赤外線センサでは、前記差
分検出手段15の出力が零になるときの前記赤外線放射
源14の温度、すなわち前記被温度測定物13の温度が
表示手段17で表示される。
Further, in the infrared sensor of the present invention, the temperature of the infrared radiation source 14 when the output of the difference detecting means 15 becomes zero, that is, the temperature of the temperature measured object 13 is displayed on the display means 17. .

【0012】本発明の赤外線センサでは、第1の赤外線
検出手段11が被温度測定物13から放射される赤外線
量を検出し、一方、第2の赤外線検出手段12が赤外線
放射源14から放射される赤外線を検出し、それぞれ電
気信号に変換して出力する。これら第1の赤外線検出手
段11および第2の赤外線検出手段12の出力信号は差
分検出手段15に送られ、その差分が検出される。差分
検出手段15の出力信号は赤外線放射源制御手段16に
フィードバックされる。赤外線放射源制御手段16は差
分検出手段15の出力が零、すなわち第1の赤外線検出
手段11と第2の赤外線検出手段12との出力が同じに
なるように赤外線放射源14の出力を制御する。この差
分検出手段15の出力が零になるとき、つまり第1の赤
外線検出手段11と第2の赤外線検出手段12との出力
が同じになるときの前記赤外線放射源14の温度換算
値、すなわち被温度測定物13の温度が表示手段17に
おいて表示される。
In the infrared sensor of the present invention, the first infrared detecting means 11 detects the amount of infrared rays emitted from the temperature-measuring object 13, while the second infrared detecting means 12 emits the infrared rays from the infrared radiation source 14. Infrared rays are detected and converted into electrical signals and output. The output signals of the first infrared detecting means 11 and the second infrared detecting means 12 are sent to the difference detecting means 15 to detect the difference. The output signal of the difference detection means 15 is fed back to the infrared radiation source control means 16. The infrared radiation source control means 16 controls the output of the infrared radiation source 14 so that the output of the difference detection means 15 is zero, that is, the outputs of the first infrared detection means 11 and the second infrared detection means 12 are the same. . When the output of the difference detecting means 15 becomes zero, that is, when the outputs of the first infrared detecting means 11 and the second infrared detecting means 12 become the same, the temperature conversion value of the infrared radiation source 14, that is, The temperature of the temperature measurement object 13 is displayed on the display means 17.

【0013】このように本発明の赤外線センサでは、赤
外線量を計測するに際し、高感度および高精度の計測を
可能とする「零位法」を適用するもので、測定量と既知
の基準量とを比較して、その差が零になるように基準量
を調整することとしたものである。本発明の赤外線セン
サでは、第1の赤外線検出手段11および第2の赤外線
検出手段12それぞれに入射される赤外線量(温度)が
同じとなるように調整される。
As described above, in the infrared sensor of the present invention, when measuring the amount of infrared rays, the "zero-point method" that enables highly sensitive and highly accurate measurement is applied. And the reference amount is adjusted so that the difference becomes zero. In the infrared sensor of the present invention, the amount of infrared rays (temperature) incident on each of the first infrared detecting means 11 and the second infrared detecting means 12 is adjusted to be the same.

【0014】したがって、第1の赤外検出手段11およ
び第2の赤外線検出手段12をサーミスタ効果を持つ感
温部により構成した場合には、2つの感温部の電気抵抗
値は同じとなり、ジュール熱による自己発熱量も同じと
なる。このため差分検出手段15の出力に影響を与える
ことはなく、よって高感度および高精度の測定が可能と
なる。
Therefore, when the first infrared detecting means 11 and the second infrared detecting means 12 are constituted by the temperature sensitive parts having the thermistor effect, the electric resistance values of the two temperature sensitive parts become the same, and the joules are the same. The self-heating value due to heat is also the same. Therefore, the output of the difference detecting means 15 is not affected, and therefore high-sensitivity and high-accuracy measurement can be performed.

【0015】本発明の赤外線センサは、具体的には、半
導体材料により形成されるとともに、一対の架橋部を有
するセンサ基板と、前記一方の架橋部上に設けられ、被
温度測定物から放射される赤外線を電気信号に変換する
第1の感温部と、この第1の感温部と同一構造を有し、
前記他方の架橋部上に設けられた第2の感温部と、この
第2の感温部に対応させて前記センサ基板に設けられた
マイクロヒータと、前記第1の感温部と第2の感温部の
出力信号の差分を検出する比較器と、この比較器の出力
信号を受けて前記比較器の出力が零になるように前記マ
イクロヒータの温度制御を行うマイクロヒータ制御部と
を備えた構成となる。
Specifically, the infrared sensor of the present invention is formed of a semiconductor material and is provided on a sensor substrate having a pair of cross-linking portions and the one cross-linking portion, and radiated from an object to be temperature-measured. A first temperature-sensing part for converting infrared rays into an electric signal, and the same structure as the first temperature-sensing part,
A second temperature sensitive portion provided on the other bridge portion, a micro heater provided on the sensor substrate corresponding to the second temperature sensitive portion, the first temperature sensitive portion and the second temperature sensitive portion. And a micro-heater control unit that receives the output signal of the comparator and controls the temperature of the micro-heater so that the output of the comparator becomes zero. It will be equipped.

【0016】センサ基板としては、シリコン、ゲルマニ
ウム等の半導体基板が用いられるが、容易にしかも安価
に手に入れることが可能なシリコン基板を用いることが
好ましい。また、感温部はアモルファスゲルマニウム
(a−Ge)、アモルファスシリコン(a−Si)や多
結晶シリコン等の膜により形成される。この感温部の成
膜には、スパッタリング、イオンビームスパッタリン
グ、CVD(化学的気相成長法)等が用いられる。
As the sensor substrate, a semiconductor substrate made of silicon, germanium or the like is used, but it is preferable to use a silicon substrate which can be easily and inexpensively obtained. The temperature sensitive portion is formed of a film of amorphous germanium (a-Ge), amorphous silicon (a-Si), polycrystalline silicon, or the like. Sputtering, ion beam sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like is used for forming the film in the temperature sensitive portion.

【0017】前記架橋部は、シリコン酸化膜 (SiOx)、
シリコン窒化膜 (SiNy) 、シリコンオキシナイトライド
(SiOxNy)膜等により形成することができるが、特にシリ
コンオキシナイトライド膜により形成することが好まし
い。シリコンオキシナイトライド膜は、シリコン酸化膜
とシリコン窒化膜との両者の性質を持ち、そのため応力
バランスが良く、安定した架橋構造を形成することが可
能となる。このシリコンオキシナイトライド膜の成膜の
最適条件は、基板材料の結晶面方位の違いにより熱膨張
率が異なるため、使用するセンサ基板の種類によって異
なる。
The bridging portion is formed of a silicon oxide film (SiOx),
Silicon nitride film (SiNy), silicon oxynitride
Although it can be formed of a (SiOxNy) film or the like, it is particularly preferably formed of a silicon oxynitride film. The silicon oxynitride film has the properties of both a silicon oxide film and a silicon nitride film, and therefore has a good stress balance and can form a stable crosslinked structure. The optimum conditions for forming this silicon oxynitride film differ depending on the type of sensor substrate used because the coefficient of thermal expansion differs depending on the crystal plane orientation of the substrate material.

【0018】マイクロヒータとしては、多結晶シリコン
膜等の電気抵抗を示すものが用いられる。この多結晶シ
リコン膜の作製には、CVD(化学的気相成長法)、ス
パッタリング、イオンビームスパッタリング等が用いら
れる。
As the microheater, one having an electric resistance such as a polycrystalline silicon film is used. CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, ion beam sputtering, or the like is used for producing this polycrystalline silicon film.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0020】図2は本発明の一実施例に係わる熱型赤外
線センサの測定系を含む全体構成を表すものである。同
一構造の感温部21、22はそれぞれセンサ基板23に
形成されている。感温部21、22の間には仕切部24
が設けられており、両者の間は遮蔽され、赤外線が透過
しないようになっている。一方の感温部21に対向する
部分には赤外線入射窓25が設けられ、被温度測定物2
6から放射された赤外線Aが入射されるようになってい
る。センサ基板23には他方の感温部22に対向させて
ヒータ(マイクロヒータ)27が設けられている。感温
部22は外部の赤外線からは完全に遮蔽されており、ヒ
ータ27からの赤外線Bのみが入射されるようになって
いる。ヒータ27の温度はヒータ制御部28により制御
されるようになっており、このときの温度が表示器32
に表示されるようになっている。
FIG. 2 shows an overall configuration including a measurement system of a thermal infrared sensor according to an embodiment of the present invention. The temperature-sensitive parts 21 and 22 having the same structure are formed on the sensor substrate 23, respectively. A partition section 24 is provided between the temperature sensitive sections 21 and 22.
Is provided, and the space between them is shielded so that infrared rays cannot pass through. An infrared incident window 25 is provided in a portion facing one of the temperature sensing parts 21, and the temperature measured object 2
The infrared ray A radiated from 6 is incident. A heater (micro heater) 27 is provided on the sensor substrate 23 so as to face the other temperature sensitive portion 22. The temperature sensing portion 22 is completely shielded from infrared rays from the outside, and only the infrared rays B from the heater 27 are incident. The temperature of the heater 27 is controlled by the heater controller 28, and the temperature at this time is displayed by the display 32.
Is displayed.

【0021】感温部21、22は、それぞれサーミスタ
効果を有し、温度変化に応じてその電気抵抗値が変化す
るもので、受光した赤外線量を電気信号(電流値または
電圧値)に変換することができる。これら感温部21、
22の出力信号はそれぞれ増幅器29、30により所定
のレベルに増幅された後、比較器31に入力される。比
較器31は入力した2つの信号の差分を検出し、これを
ヒータ制御部28へフィードバックさせる。ヒータ制御
部28はこのフィードバック信号を受けて、その差分が
零になるようにヒータ27に流す電流値を制御し、放射
される赤外線量を調整する。このようなフィードバック
動作を繰り返すことにより、比較器31の出力が零、す
なわち感温部21、22にそれぞれ入射される赤外線量
が同じになる。このときのヒータ27の電流値が予め換
算してある温度の値に変換され、この温度が表示器32
に表示される。
Each of the temperature sensing parts 21 and 22 has a thermistor effect, and its electric resistance value changes according to a temperature change, and converts the received infrared ray amount into an electric signal (current value or voltage value). be able to. These temperature sensing parts 21,
The output signal of 22 is amplified to a predetermined level by amplifiers 29 and 30, respectively, and then input to a comparator 31. The comparator 31 detects the difference between the two input signals and feeds it back to the heater controller 28. The heater control unit 28 receives this feedback signal, controls the current value flowing through the heater 27 so that the difference becomes zero, and adjusts the amount of infrared rays emitted. By repeating such a feedback operation, the output of the comparator 31 becomes zero, that is, the infrared ray amounts incident on the temperature sensing portions 21 and 22 become the same. The current value of the heater 27 at this time is converted into a temperature value which is converted in advance, and this temperature is displayed.
Is displayed in.

【0022】次に、本発明をセンサ基板としてシリコン
基板を用い、半導体製造技術を用いた赤外線センサに適
用した例について説明する。
Next, an example in which the present invention is applied to an infrared sensor using a semiconductor manufacturing technique using a silicon substrate as a sensor substrate will be described.

【0023】本実施例の赤外線センサでは、センサ基板
としてのシリコン基板(厚さ300〜400μm)41
に2つの空洞部42、43が形成されている。これら空
洞部42、43の表面側には架橋部(ブリッジ)44、
45が設けられている。架橋部44、45の各中央部に
はそれぞれ円形状の赤外線受光部46、47が形成され
ており、赤外線を効率よく受光するようになっている。
これら赤外線受光部46、47の上面にはそれぞれ感温
部48、49が形成されている。感温部48、49はそ
れぞれサーミスタ効果を持つ物質、たとえばアモルファ
スゲルマニウム(a−Ge)により形成されている。
In the infrared sensor of this embodiment, a silicon substrate (thickness 300 to 400 μm) 41 as a sensor substrate is used.
Two cavities 42 and 43 are formed in the. A bridge portion (bridge) 44, on the surface side of these hollow portions 42, 43,
45 are provided. Circular infrared ray receiving portions 46 and 47 are formed in the central portions of the bridge portions 44 and 45, respectively, so that infrared rays can be received efficiently.
Temperature sensitive portions 48 and 49 are formed on the upper surfaces of the infrared ray receiving portions 46 and 47, respectively. The temperature sensitive portions 48 and 49 are each formed of a substance having a thermistor effect, for example, amorphous germanium (a-Ge).

【0024】一方の感温部48に対応してシリコン基板
41の裏面側には赤外線入射窓50が形成され、この赤
外線入射窓50を通して被温度測定物から放射された赤
外線を感温部48に導くようになっている。他方の感温
部49に対応してシリコン基板41の裏面側には架橋部
51が形成され、この架橋部51にはマイクロヒータ5
3が設けられている。マイクロヒータ53は、たとえば
電気抵抗を示す多結晶シリコン膜により形成されてい
る。このマイクロヒータ53は図2のヒータ制御部28
の制御によりその発熱温度、すなわち放射する赤外線量
が調整されるようになっている。なお、図示しないが感
温部48、49はそれぞれ配線を介して図2の増幅器2
9、30に接続されている。
An infrared incident window 50 is formed on the back surface side of the silicon substrate 41 so as to correspond to one of the temperature sensing parts 48, and the infrared radiation emitted from the object to be measured through the infrared incident window 50 is transmitted to the temperature sensing part 48. It is designed to guide you. A bridge portion 51 is formed on the back surface side of the silicon substrate 41 corresponding to the other temperature sensitive portion 49, and the micro heater 5 is formed in the bridge portion 51.
3 is provided. The microheater 53 is formed of, for example, a polycrystalline silicon film that exhibits electric resistance. The micro heater 53 is the heater control unit 28 of FIG.
The heat generation temperature, that is, the amount of infrared rays to be radiated is controlled by the control. Although not shown, the temperature sensing parts 48 and 49 are respectively connected to the amplifier 2 of FIG.
9 and 30 are connected.

【0025】この赤外線センサでは、被温度測定物から
赤外線入射窓50を通して入射される赤外線量(温度)
に応じて一方の感温部48の電気抵抗値が変化する。ま
た、他方の感温部49にはマイクロヒータ53から放射
される赤外線が入射され、その赤外線量に応じて感温部
48の電気抵抗値も変化する。この2つの感温部48、
49の出力が等しくなるように、すなわち被温度測定物
とマイクロヒータ53から放射された赤外線が入射する
ことで感温部48、49の出力が等しくなるようにマイ
クロヒータ53の温度が調整される。したがって、2つ
の感温部48、49の温度は同じとなり、その電気抵抗
値も同じ大きさとなる。このためジュール熱による自己
発熱量も同じとなり、比較器31の差分出力に影響を与
えることはなく、よって高感度および高精度の測定が可
能となる。
In this infrared sensor, the amount of infrared rays (temperature) incident from the object to be measured through the infrared incident window 50.
The electric resistance value of one of the temperature sensing parts 48 changes in accordance with. Further, the infrared rays radiated from the micro-heater 53 are incident on the other temperature sensing section 49, and the electric resistance value of the temperature sensing section 48 also changes according to the amount of the infrared rays. These two temperature sensing parts 48,
The temperature of the micro-heater 53 is adjusted so that the outputs of the temperature sensing parts 48 and 49 become equal so that the outputs of the temperature measurement parts and the infrared rays emitted from the micro-heater 53 become equal. . Therefore, the temperatures of the two temperature sensing parts 48 and 49 are the same, and the electric resistance values thereof are also the same. Therefore, the amount of self-heating due to Joule heat becomes the same, and the differential output of the comparator 31 is not affected, and therefore high-sensitivity and high-accuracy measurement becomes possible.

【0026】図4(A)〜(D)ないし図6(A)〜
(C)はこの赤外線センサの製造工程を表すものであ
る。まず、図4(A)に示すような結晶面方位(11
0)のシリコン基板41を用意した。次に、このシリコ
ン基板41の両面にそれぞれ、プラズマCVD法により
同図(B)に示すような膜厚2μmのシリコンオキシナ
イトライド膜 (SiOxNy) 61を形成した。すなわち、シ
リコン基板41を450℃に加熱し、成膜条件として、
圧力を0.45Toor、高周波出力を400W とし、反応
ガスとして、モノシラン(Si H4 )を15SCCM、窒素
(N2 )を203SCCM、笑気ガス(N2 O)を32SCCM
流し、シリコン基板12上にシリコンオキシナイトライ
ドを気相成長させた。
FIGS. 4A to 4D to 6A to
(C) shows the manufacturing process of this infrared sensor. First, as shown in FIG.
A silicon substrate 41 of 0) was prepared. Next, a silicon oxynitride film (SiOxNy) 61 having a film thickness of 2 μm as shown in FIG. 7B was formed on both surfaces of the silicon substrate 41 by the plasma CVD method. That is, the silicon substrate 41 is heated to 450 ° C.
The pressure is 0.45Toor, the high frequency output is 400W, and the reaction gas is monosilane (Si H 4 ) 15SCCM, nitrogen (N 2 ) 203SCCM, laughing gas (N 2 O) 32SCCM.
Then, silicon oxynitride was vapor-phase grown on the silicon substrate 12.

【0027】次に、ゲルマニウム(Ge)をターゲット
としてスパッタリングを行い、図4(C)に示すように
シリコン基板41の表面のシリコンオキシナイトライド
膜61上にアモルファスゲルマニウム(aーGe)膜6
2を形成した。このスパッタリングは、ガス流量をアル
ゴン(Ar)=2SCCM、水素(H2 )=1SCCM、成膜圧
力を3×10-3Torr、高周波圧力を200Wとして10
分間行った。次に500°Cでアニール処理を行い、ア
モルファスゲルマニウムの多結晶化を促進した。続い
て、図4(D)に示すように、シリコン基板41の裏面
のシリコンオキシナイトライド膜61上に、たとえばC
VD法により多結晶シリコン膜63を形成した。このC
VDは、シリコン基板41を750℃に加熱し、成膜条
件として、圧力を0.7Toor、時間を20分、反応ガス
をモノシラン(Si H4 )=30SCCMとした。
Next, sputtering is performed using germanium (Ge) as a target, and as shown in FIG. 4C, the amorphous germanium (a-Ge) film 6 is formed on the silicon oxynitride film 61 on the surface of the silicon substrate 41.
Formed 2. In this sputtering, the gas flow rate was argon (Ar) = 2 SCCM, hydrogen (H 2 ) = 1 SCCM, the film forming pressure was 3 × 10 −3 Torr, and the high frequency pressure was 200 W.
I went for a minute. Next, annealing treatment was performed at 500 ° C. to promote polycrystallization of amorphous germanium. Then, as shown in FIG. 4D, for example, C is formed on the silicon oxynitride film 61 on the back surface of the silicon substrate 41.
A polycrystalline silicon film 63 was formed by the VD method. This C
For VD, the silicon substrate 41 was heated to 750 ° C., the pressure was 0.7 Toor, the time was 20 minutes, and the reaction gas was monosilane (Si H 4 ) = 30 SCCM as film forming conditions.

【0028】続いて、反応性イオンエッチング(RI
E)を行って多結晶化されたアモルファスゲルマニウム
膜62のパターニングを行い、図5(A)に示すように
感温膜48、49を形成した。この反応性イオンエッチ
ングは、エッチングガスとして四ふっ化炭素(CF4
と酸素(O2 )を用い、その流量をCF4 =38SCCM、
2 =2SCCMとし、エッチング時の圧力を0.2Torr、
高周波出力を150Wとし、エッチング時間を10分と
した。
Then, reactive ion etching (RI
By performing step E), the polycrystallized amorphous germanium film 62 was patterned to form temperature-sensitive films 48 and 49 as shown in FIG. This reactive ion etching uses carbon tetrafluoride (CF 4 ) as an etching gas.
And oxygen (O 2 ) are used, and the flow rate is CF 4 = 38 SCCM,
O 2 = 2 SCCM, etching pressure 0.2 Torr,
The high frequency output was 150 W and the etching time was 10 minutes.

【0029】また、エッチング時間を15分とした以外
は上記と同じ条件の反応性イオンエッチングにより多結
晶シリコン膜63のパターニングを行い、マイクロヒー
タ53を形成した。なお、このマイクロヒータ53の位
置は感温部49に対向する位置になるようにした。
Further, the polycrystalline silicon film 63 was patterned by the reactive ion etching under the same conditions as described above except that the etching time was 15 minutes to form the micro heater 53. It should be noted that the position of the micro-heater 53 is set so as to face the temperature sensing section 49.

【0030】次に、シリコン基板41の両面それぞれ
に、図5(B)に示すように、金属膜たとえばチタン膜
64を蒸着法により形成した。
Next, as shown in FIG. 5B, a metal film, for example, a titanium film 64 was formed on each surface of the silicon substrate 41 by a vapor deposition method.

【0031】続いて、図5(C)に表すようにこのチタ
ン膜64を反応性イオンエッチングによりパターニング
し、感温部48、49およびマイクロヒータ53それぞ
れにチタン膜64の配線を形成した。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the titanium film 64 was patterned by reactive ion etching to form wiring of the titanium film 64 on each of the temperature sensitive parts 48, 49 and the micro heater 53.

【0032】次に、シリコン基板41の両面にそれぞ
れ、図4(B)の工程と同じ条件で、プラズマCVD法
により図6(A)に示すような膜厚2μmのシリコンオ
キシナイトライド膜 (SiOxNy) 65を形成した。次に、
このシリコンオキシナイトライド膜65およびその下層
のシリコンオキシナイトライド膜61を選択的にエッチ
ングし、図6(B)に示すように、前述の架橋部44、
45、51および空洞部42、43形成用の窓部66を
形成した。
Next, a silicon oxynitride film (SiOxNy) having a film thickness of 2 μm as shown in FIG. 6A is formed on both surfaces of the silicon substrate 41 by the plasma CVD method under the same conditions as in the step of FIG. 4B. ) 65 was formed. next,
This silicon oxynitride film 65 and the underlying silicon oxynitride film 61 are selectively etched, and as shown in FIG.
The window portions 66 for forming 45 and 51 and the cavity portions 42 and 43 were formed.

【0033】最後に、この窓部66を通してシリコン基
板12の両面から選択的にウェットエッチングし、図6
(C)に示すように架橋部44、45、51および空洞
部42、43を形成した。このウェットエッチングはヒ
ドラジン水溶液を用いた異方性エッチングにより行っ
た。
Finally, wet etching is selectively performed on both surfaces of the silicon substrate 12 through the window portion 66, as shown in FIG.
As shown in (C), bridge portions 44, 45, 51 and cavity portions 42, 43 were formed. This wet etching was performed by anisotropic etching using a hydrazine aqueous solution.

【0034】以上実施例を挙げて本発明を説明したが、
本発明は上記実施例に限定するものではなく、その要旨
を変更しない範囲で種々変形可能である。たとえば、架
橋部44、45、51下の空洞部42、43を異方性エ
ッチングによるくり抜き法を用いて形成したが、その他
の方法、たとえば予めエッチング層を架橋部44、4
5、51の下部に形成しておく、いわゆる犠牲層法を用
いてもよい。
The present invention has been described with reference to the examples.
The present invention is not limited to the above embodiments, but can be variously modified without changing the gist thereof. For example, the cavities 42 and 43 below the bridges 44, 45 and 51 are formed by using a hollowing method by anisotropic etching.
You may use what is called a sacrificial layer method formed in the lower part of 5,51.

【0035】また、上記実施例においては、感温部4
8、49それぞれに対して同じ方向から赤外線が入射す
る構成としたが、被温度測定物およびマイクロヒータ5
3からの赤外線が感温部48、49に対して互いに異な
る方向から入射されるように構成してもよい。また、上
記実施例では、マイクロヒータ53をセンサ本体と同一
工程で作成するようにしたが、マイクロヒータは別工程
で作製し、これをセンサ本体に外付けするようにしても
よい。
Further, in the above embodiment, the temperature sensing unit 4
Infrared rays are incident on each of 8 and 49 from the same direction.
The infrared rays from 3 may enter the temperature-sensitive parts 48 and 49 from different directions. Further, in the above-described embodiment, the micro heater 53 is formed in the same process as the sensor main body, but the micro heater may be formed in a separate process and externally attached to the sensor main body.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように請求項1および2記
載の赤外線センサによれば、被温度測定物から放射され
る赤外線を第1の赤外線検出手段により検出するととも
に、被温度測定物とは別に赤外線を放射する赤外線放射
源を設け、この赤外線発生源から放射された赤外線を第
2の赤外線検出手段に導き、前記第1の赤外線検出手段
と第2の赤外線検出手段の出力信号の差分を差分検出手
段により検出し、前記差分検出手段の出力が零になるよ
うに前記赤外線放射源から放射される赤外線量を制御す
るようにしたので、応答感度が向上するとともに高精度
の測定値を得ることができる。
As described above, according to the infrared sensor of the first and second aspects, the infrared rays radiated from the temperature measured object are detected by the first infrared detecting means, and the temperature measured object is Separately, an infrared radiation source for radiating infrared rays is provided, and the infrared radiation emitted from the infrared radiation source is guided to the second infrared detection means, and the difference between the output signals of the first infrared detection means and the second infrared detection means is calculated. Since the amount of infrared radiation emitted from the infrared radiation source is controlled so that the output of the differential detection means is zero, the response sensitivity is improved and a highly accurate measurement value is obtained. be able to.

【0037】特に、請求項3記載の赤外線センサによれ
ば、半導体基板上に一対の架橋部を設け、これら架橋部
上にそれぞれ感温部を形成するようにしたので、応答感
度が向上するとともに、2つの感温部に入射される赤外
線量が同じとなるため、ジュール熱による自己発熱量も
同じとなり、この自己発熱により比較器の差分出力に誤
差が生じることがなく、よって小型で、高感度および高
精度の測定が可能な赤外線センサを提供できるという効
果がある。
Particularly, according to the infrared sensor of the third aspect, since the pair of bridge portions are provided on the semiconductor substrate and the temperature sensitive portions are formed on the bridge portions, respectively, the response sensitivity is improved. Since the amount of infrared rays incident on the two temperature-sensing parts is the same, the self-heating amount due to Joule heat is also the same, and there is no error in the differential output of the comparator due to this self-heating. There is an effect that it is possible to provide an infrared sensor capable of measuring sensitivity and high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る赤外線センサの要部構
成を表す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a main part of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の赤外線センサの全体構成を表すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the infrared sensor of FIG.

【図3】本発明の基本原理を説明するためのブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the basic principle of the present invention.

【図4】図1の赤外線センサの製造工程を表す断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the infrared sensor of FIG.

【図5】図1の赤外線センサの製造工程を表す断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the infrared sensor of FIG.

【図6】図1の赤外線センサの製造工程を表す断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the infrared sensor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 第1の赤外線検出手段 12 第2の赤外線検出手段 13、26 被温度測定物 14 赤外線放射源 15 差分検出手段 16 赤外線放射源制御手段 17 表示手段 21、22、48、49 感温部 23、41 センサ基板 42、43 空洞部 44、45、51 架橋部 46、47 赤外線受光部 53 マイクロヒータ 11 First Infrared Detection Means 12 Second Infrared Detection Means 13, 26 Temperature Measured Object 14 Infrared Radiation Source 15 Difference Detection Means 16 Infrared Radiation Source Control Means 17 Display Means 21, 22, 48, 49 Temperature Sensing Section 23, 41 Sensor Substrate 42, 43 Cavity 44, 45, 51 Bridge 46, 47 Infrared Receiver 53 Micro Heater

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被温度測定物から放射される赤外線を電
気信号に変換する第1の赤外線検出手段と、 前記被温度測定物とは別に赤外線を放射する赤外線放射
源と、 この赤外線放射源から放射された赤外線を電気信号に変
換する第2の赤外線検出手段と、 前記第1の赤外線検出手段と第2の赤外線検出手段の出
力信号の差分を検出する差分検出手段と、 この差分検出手段の出力信号を受けて前記差分検出手段
の出力が零になるように前記赤外線放射源から放射され
る赤外線量を制御する赤外線放射源制御手段とを備えた
ことを特徴とする赤外線センサ。
1. A first infrared detecting means for converting infrared rays radiated from an object to be measured into an electric signal, an infrared radiation source which emits infrared rays separately from the object to be measured, and the infrared radiation source A second infrared detecting means for converting the emitted infrared rays into an electric signal; a difference detecting means for detecting a difference between output signals of the first infrared detecting means and the second infrared detecting means; An infrared sensor comprising: an infrared radiation source control means for controlling the amount of infrared radiation emitted from the infrared radiation source so that the output of the difference detection means becomes zero upon receiving an output signal.
【請求項2】 前記差分検出手段の出力が零になるとき
の前記赤外線放射源の温度を表示する表示手段をさらに
備えたことを特徴とする請求項1記載の赤外線センサ。
2. The infrared sensor according to claim 1, further comprising display means for displaying the temperature of the infrared radiation source when the output of the difference detection means becomes zero.
【請求項3】 半導体材料により形成されるとともに、
一対の架橋部を有するセンサ基板と、 前記一方の架橋部上に設けられ、被温度測定物から放射
される赤外線を電気信号に変換する第1の感温部と、 この第1の感温部と同一構造を有し、前記他方の架橋部
上に設けられた第2の感温部と、 この第2の感温部に対応させて前記センサ基板に設けら
れたマイクロヒータと、 前記第1の感温部と第2の感温部の出力信号の差分を検
出する比較器と、 この比較器の出力信号を受けて前記比較器の出力が零に
なるように前記マイクロヒータの温度制御を行うマイク
ロヒータ制御部とを備えたことを特徴とする赤外線セン
サ。
3. Formed from a semiconductor material,
A sensor substrate having a pair of cross-linking portions, a first temperature-sensing portion which is provided on the one cross-linking portion and converts infrared rays radiated from an object to be measured into an electric signal, and the first temperature-sensing portion. A second temperature sensitive part having the same structure as that of the first temperature sensitive part provided on the other bridge part, and a micro heater provided on the sensor substrate corresponding to the second temperature sensitive part; And a comparator for detecting the difference between the output signals of the temperature sensing unit and the second temperature sensing unit, and for controlling the temperature of the micro heater so that the output of the comparator becomes zero upon receiving the output signal of the comparator. An infrared sensor, comprising: a micro-heater control unit for performing.
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