JPH0637361A - 赤外線検出器 - Google Patents

赤外線検出器

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JPH0637361A
JPH0637361A JP19062392A JP19062392A JPH0637361A JP H0637361 A JPH0637361 A JP H0637361A JP 19062392 A JP19062392 A JP 19062392A JP 19062392 A JP19062392 A JP 19062392A JP H0637361 A JPH0637361 A JP H0637361A
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JP
Japan
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infrared
infrared detector
detection unit
substrate
lower electrode
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Pending
Application number
JP19062392A
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English (en)
Inventor
Yukihiko Shirakawa
幸彦 白川
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、低コストで検出感度の良好な赤外
線検出器を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の赤外線検出器10は、基板1との間
に空隙3を持つ橋梁型構造を呈するとともに、上部電極
7、焦電効果を有する薄膜素子6及び下部電極5の積層
体からなる赤外線検出単位素子11を、前記基板1上に
複数個近接して配列し、各赤外線検出単位素子11の上
部電極7、下部電極5を並列接続したものである。この
構成により、生産性が良く低コスト化が可能であり、か
つ、赤外線の集光面積が広く検出感度の良好な赤外線検
出器10を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検出器に関し、
より詳しくは、工場,家屋,店舗等防犯の必要な箇所に
用いられ、人体検知等を目的とする焦電効果を利用した
赤外線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、焦電効果を利用した熱型赤外線検
出器は、図6に示すように、セラミックス焦電材料や、
単結晶焦電材料等のバルク材料を薄く加工した集電素子
25の表裏に分割電極28A,28B及び共通電極27
を形成した検出素子20を接着剤22により基板21か
ら浮かした状態で支持し、分割電極28A,28Bから
電気信号を取り出すデュアル型の構成としている(実開
昭57−84447号)。
【0003】このようにすれば、周囲の温度変化に対し
て集電素子25の分極方位が反対になり、移動する熱源
のみを検出することが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たバルク材料を用いた従来の赤外線検出器の場合、以下
に述べる2点の問題があった。
【0005】まず第1に、セラミック焦電材料や単結晶
焦電材料を加工する場合、これらの材料は脆性材料であ
るため極めて加工が困難であり、実用的には厚さ約10
0μm程度が限度であった。このため、検出素子20の
熱容量が大きくなり、赤外線に対する応答が遅くなり、
さらに熱的ノイズが大きくなってしまう。この結果、十
分な検出感度が得られないという問題があった。
【0006】第2に、バルク材料を加工してデュアル型
の赤外線検出器を構成する場合、検出素子20の加工精
度に限界があるため、デュアル型として機能する検出素
子20の素子特性に微妙なばらつきが生じ、周囲の温度
変化等に対して十分な補償ができないため、周辺温度等
の外乱によるノイズレベルが高くなって、結果的に検出
感度が低下してしまう問題があった。
【0007】従来においても、上述した第1の問題を解
決するために、赤外線検出素子を薄膜として絶縁性基板
上に形成し、その後、赤外線検出部に当たる基板の一部
をこの基板裏部より、若しくは基板上のスリットを通し
てエッチングで除去する構造が提案されている(特開平
1-291541号,特開昭60-30115号)。
【0008】しかしながらこれらの構造は、まず基板の
エッチング等に長時間を要し、生産コストの上昇を招く
ことが問題になる。
【0009】さらに、人体等の赤外線の波長が約10μ
m程度と大きいため、赤外線集光光学系上、現実的なデ
バイスを得るためには赤外線検出部を赤外線の波長より
十分大きく取らねばならない。この際赤外線検出部の構
造は大型になると、これを構成する部材間の熱膨脹差に
起因する応力等により機械的に脆弱になり、実際に作製
する上で非常な困難を伴う。
【0010】さらに、仮にこれらの構造を作製し得て
も、実際にデュアル型赤外線検出器を形成する場合、バ
ルク材料を加工して用いた場合と同様に素子間のばらつ
きに起因して結果的に高い検出感度が得られないという
問題がある。
【0011】そこで、本発明は、低コストで検出感度の
良好な赤外線検出器を提供することを目的とするもので
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の赤外線検
出器は、基板との間に空隙を持つ橋梁型構造を呈すると
ともに、上部電極、焦電効果を有する薄膜素子及び下部
電極の積層体からなる赤外線検出単位素子を、前記基板
上に複数個近接して配列し、各赤外線検出単位素子の上
部電極,下部電極を並列接続したものである。
【0013】請求項2記載の赤外線検出器は、前記上部
電極は赤外線吸収能を有し、前記下部電極は赤外線反射
能を有する構成としたものである。
【0014】請求項3記載の赤外線検出器は、前記上部
電極,下部電極を並列接続する配線路にトリミング領域
を設けたものである。
【0015】請求項4記載の赤外線検出器は、前記赤外
線検出器を複数個用いて構成したものである。
【0016】
【作用】本発明の赤外線検出器は、基板との間に空隙を
持つ橋梁型構造を呈するとともに、上部電極、焦電効果
を有する薄膜素子及び下部電極の積層体からなる赤外線
検出単位素子を、基板上に複数個近接して配列し、各赤
外線検出単位素子の上部電極,下部電極を並列接続した
ものである。
【0017】赤外線検出単位素子が形成する橋梁型構造
は、基板をエッチングで除去する製法と比較して、製法
上の困難性が少なく従来の半導体製造プロセスと互換性
があることから生産性の点で著しく有効である。また、
この橋梁型構造は、赤外線検出単位素子を構成する部材
間の熱膨脹係数の差等に起因する応力等を最小限に抑え
ることが可能である。この結果、本発明の赤外線検出器
は、生産性が良く、低コスト化が可能である。
【0018】また、実際の赤外線検出器を構成するため
に、前記赤外線検出単位素子を複数個、好ましくは2次
元平面状に近接して配列し、それぞれの赤外線検出単位
素子の上部電極,下部電極を並列に接続することで、一
個の赤外線検出器を形成する。
【0019】このような並列構造により、赤外線検出単
位素子の大きさを数10μm程度の寸法にとどめたま
ま、赤外線検出器としては赤外線集光光学系から要求さ
れる必要な面積を得ることができる。この結果、赤外線
検出単位素子を十分小さな面積で形成でき、赤外線検出
単位素子を構成する部材間の熱膨脹係数の差等に起因す
る応力等により橋梁型構造に生じる支障を最小限に抑え
ることが可能になる。
【0020】また、焦電効果を有する薄膜素子の上部電
極,下部電極を、赤外線吸収層と赤外線反射層として機
能する構成とすることで、赤外線検出体単位素子の赤外
線に対する実効感度を向上させることができる。
【0021】さらに、赤外線検出単位素子の上部電極、
下部電極を接続する配線路にはトリミングにより切断可
能な部分、即ち、トリミング領域を設けることにより、
赤外線検出器を構成する赤外線検出単位素子中の不良素
子を電気的に分離することが可能となり、赤外線検出器
の製造部留まりを向上させ、かつ、赤外線検出器の検出
感度の調整が可能となる。
【0022】さらに、この赤外線検出器を複数個用いた
構成とすれば、各赤外線検出器間の特性のばらつきを、
各赤外線検出器間の赤外線検出単位素子の数をこれらの
特性が同一になるようにトリミングすることで調整で
き、これにより、周辺温度等の外乱の影響を完全に補償
できるため、橋梁型構造の焦電型赤外線検出器の高い検
出感度を損うこと無く、実用価値の高い高感度の赤外線
検出器を得ることができる。
【0023】
【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0024】図1に示す赤外線検出器10は、シリコン
単結晶基板からなる基板1上に形成したSiO2 の絶縁
層2との間に空隙3を持つ橋梁型構造を呈するととも
に、赤外線吸収能を有する上部電極7、焦電効果を有す
る薄膜素子6及び赤外線反射能を有する下部電極5の積
層体からなる赤外線検出単位素子11を、前記基板1上
に縦5素子,横10素子のマトリックス状にそれぞれ縦
約5μm,横約20μmの間隔をおいて近接して配列
し、各赤外線検出単位素子11の上部電極7,下部電極
5を並列接続したものである。
【0025】前記赤外線検出単位素子11の下部電極5
は、列(縦方向)毎に形成した共通電極8に接続され、
各列毎の共通電極8はさらに赤外線検出単位素子11の
マトリックス外部にある行(横方向)に沿った共通電極
9aに接続され、赤外線検出器10の一方の出力として
いる。
【0026】また、赤外線検出単位素子11の上部電極
7は、前記共通電極9と反対側の上部電極7用の共通電
極9bに、それぞれ個別の配線でもって接続され、赤外
線検出器10の他方の出力としている。赤外線検出器1
0の特性を調整するときには、この共通電極9bへの接
続部13をレーザー光で焼き切ることにより行う。
【0027】即ち、接続部13は、トリミング領域とし
て機能するようになっている。
【0028】図2,図3は、前記赤外線検出単位素子1
1の構造を示すものである。
【0029】この赤外線検出単位素子11の製造工程を
以下に説明する。
【0030】まず、シリコン単結晶の基板1の表面に、
熱酸化によりSiO2 の絶縁層2を1000オングスト
ロームの厚さに形成した。次に、基板1の絶縁層2上
に、ZnO膜をスパッタ法により約3μmの厚さに形成
し、橋梁型構造の空隙3に当たる面積約20μm×20
μmの部分を残してエッチングにより除去した。この
後、CVD法により橋梁型構造の基体となるSi3 4
膜4を約1μmの厚さに形成した。
【0031】次に、赤外線反射層を兼ねるPt膜からな
る下部電極5を約3000オングストロームの厚さにス
パッタ法で形成し、イオンミリングにより所定の電極構
造にパターニングした。この下部電極5の上に、チタン
酸ジルコン酸鉛薄膜をスパッタ法により約1μmの厚さ
に形成し、橋梁型構造上で下部電極5を覆う部分を残し
てエッチングで除去し、これを焦電効果を有する薄膜素
子6とした。この後、上部電極7としてスパッタ法によ
りNiCr薄膜を約100オングストロームの厚さに形
成し、パターニングを行った。
【0032】最後に前記Si3 4 膜4を橋梁型構造を
形成するようにエッチングによりパターニングした。こ
の時、空隙3に相当するZnO膜も同時にエッチングに
より除去された。
【0033】以上の工程により、図2,図3に示す赤外
線検出単位素子11を得た。
【0034】このような赤外線検出単位素子11によれ
ば、基板1をエッチングで除去する従来の製法と比較し
て、製法上の困難性が少なく従来から行われている半導
体製造プロセスと互換性があることから生産性の点で著
しく有効である。
【0035】また、焦電効果を有する薄膜素子6の上部
電極7,下部電極5は、赤外線吸収層と赤外線反射層と
して機能するため、赤外線検出体単位素子11の赤外線
に対する実効感度を向上させることができる。
【0036】さらに詳述すると、赤外線検出単位素子1
1が形成する橋梁型構造は、基板1をエッチングで除去
する製法と比較して、製法上の困難性が少なく従来の半
導体製造プロセスと互換性があることから生産性の点で
著しく有効である。
【0037】また、実際の赤外線検出器10を構成する
ために、前記赤外線検出単位素子11を図1に示すよう
に、基板1上に縦5素子、横10素子のマトリックス状
にそれぞれ縦約5μm,横約20μmの間隔をおいて近
接して配列し、各赤外線検出単位素子11の上部電極
7,下部電極5を並列接続することで、赤外線検出単位
素子11の大きさを約10μm程度の寸法にとどめたま
ま、赤外線検出器10としては赤外線集光光学系から要
求される必要な面積を得ることができる。この結果、赤
外線検出単位素子11を十分小さな面積で形成でき、赤
外線検出単位素子11を構成する部材間の熱膨脹係数の
差等に起因する応力等により橋梁型構造に生じる支障を
最小限に抑えることが可能になる。
【0038】図4に、前記赤外線検出器10を用いたい
わゆる2素子型と称される移動熱源を検出する赤外線検
出器10Aを示す。
【0039】この赤外線検出器10Aは、前記赤外線検
出単位素子11を左右それぞれ10素子づつ並列に接続
して赤外線検出器10とし、さらに、左右の赤外線検出
器10における素子群の分極方位が打ち消し合うように
これらを直列に接続して、図示しないインピーダンス変
換用FETに出力するようにしたものである。このこの
赤外線検出器10Aの等価回路を図5に示す。
【0040】この移動熱源検出用の赤外線検出器10A
は、各赤外線検出単位素子11が薄膜素子6で形成され
ているため、きわめて応答性が良くかつノイズレベルが
低い上、左右の素子群の電気的特性を前記接続部13の
トリミングにより非常に高い精度で一致させることがで
きるため、周辺の温度変化等の外乱によるノイズレベル
を著しく小さ抑えることができ、実効的な検出感度を非
常に高くすることができる。
【0041】なお、本実施例においては、赤外線検出単
位素子11を形成する基板1として、熱酸化膜を施した
シリコン基板を用いた場合について説明したが、この場
合、予めシリコン基板上に赤外線検出器からの出力信号
を増幅する出力増幅回路及びその信号処理回路を搭載し
て、同一基板上に赤外線検出器と信号増幅回路,信号処
理回路を集積したセンサとすることも容易である。
【0042】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、赤外線検
出単位素子を構成する部材間の熱膨脹係数の差等に起因
する応力等により橋梁型構造に生じる支障を最小限に抑
えることができ、生産性が良く低コスト化が可能となる
とともに、赤外線の集光面積が広く検出感度の良好な赤
外線検出器を提供することができる。
【0043】また、焦電効果を有する薄膜素子の上部電
極,下部電極を、赤外線吸収層と赤外線反射層として機
能させることで、赤外線検出体単位素子の赤外線に対す
る実効感度を向上させることができる。
【0044】さらに、配線路にトリミング領域を設けた
ことで、製造歩留まりの向上、検出感度の調整も可能と
なる。
【0045】さらに、赤外線検出器を複数個の構成と
し、配線路にトリミング領域を設けることで、各赤外線
検出器間の特性調整による高精度の電気的特性を得るこ
とができ、実効的な検出感度の向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の赤外線検出器の実施例を示す回路図
【図2】本実施例における赤外線検出単位素子の構造を
示す断面図
【図3】本実施例における赤外線検出単位素子の構造を
示す平面図
【図4】本実施例における赤外線検出器を用いた移動熱
源を検出する赤外線検出器の構成図
【図5】図4に示す赤外線検出器の等価回路図
【図6】従来の赤外線検出器の断面図
【符号の説明】
1 基板 2 絶縁層 3 空隙 5 下部電極層 6 薄膜素子 7 下部電極層 10 赤外線検出器 11 赤外線検出単位素子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板との間に空隙を持つ橋梁型構造を呈
    するとともに、上部電極、焦電効果を有する薄膜素子及
    び下部電極の積層体からなる赤外線検出単位素子を、前
    記基板上に複数個近接して配列し、各赤外線検出単位素
    子の上部電極,下部電極を並列接続したことを特徴とす
    る赤外線検出器。
  2. 【請求項2】 前記上部電極は赤外線吸収能を有し、前
    記下部電極は赤外線反射能を有する請求項1記載の赤外
    線検出器。
  3. 【請求項3】 前記上部電極,下部電極を並列接続する
    配線路にトリミング領域を設けたものである請求項1又
    は2記載の赤外線検出器。
  4. 【請求項4】 前記赤外線検出器を、複数個用いて構成
    したものであるで請求項1乃至3のいずれかに記載の赤
    外線検出器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012137366A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Seiko Epson Corp 熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法
US8941063B2 (en) 2010-12-22 2015-01-27 Seiko Epson Corporation Thermal detector, thermal detection device, electronic instrument, and thermal detector manufacturing method
CN108538954A (zh) * 2018-05-24 2018-09-14 南方科技大学 一种热释电器件及其制造方法

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Effective date: 20010828