JPH0868700A

JPH0868700A - センサ回路及び赤外線検出素子

Info

Publication number: JPH0868700A
Application number: JP6206908A
Authority: JP
Inventors: Takuro Nakamura; 卓郎中邑
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】センサ回路及び赤外線検出素子の検出感度の
向上を図る。【構成】ホイートストンブリッジ回路１１のブリッジ
抵抗R1〜R4の、少なくとも１つをサーミスタT とすると
共に、そのホイートストンブリッジ回路１１の出力端子
ａ，ｂ間に、電荷蓄積機能を有する回路としてコンデン
サCmを接続した。【効果】ホイートストンブリッジ回路１１の出力電圧
をコンデンサCmに蓄えられた電荷量を計測することによ
って検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホイートストンブリッ
ジ回路を用いたセンサ回路及びそのセンサ回路を用いた
赤外線検出素子の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度、または赤外線を検知するセ
ンサ回路として、サーミスタを用いたホイートストンブ
リッジ回路がある。図１４にホイートストンブリッジ回
路の一例を示す。図において、Esは電圧源、Rsは電圧源
Esの内部抵抗である。R1〜R4はブリッジ抵抗で、ブリッ
ジ抵抗R1とブリッジ抵抗R2とで構成される直列回路と、
ブリッジ抵抗R3とブリッジ抵抗R4とで構成される直列回
路とが並列に電圧源Esに接続されている。ブリッジ抵抗
R1とブリッジ抵抗R2の接続点とブリッジ抵抗R3とブリッ
ジ抵抗R4の接続点間には、電圧計１が接続されている。
抵抗Rmは、その電圧計１の内部抵抗（検出抵抗）であ
る。

【０００３】以上のように構成されたホイートストンブ
リッジ回路で、抵抗Rmに流れる電流i_mは次式のように
なる。

【０００４】

【数１】

【０００５】上記の式よりR2R3=R4R1 の状態では、 i_m
=0であるが、ブリッジ抵抗の抵抗値が変化すると、電圧
計１にその変化に応じた電流 i_mが流れるので、例え
ば、ブリッジ抵抗の少なくとも１つをサーミスタに置き
換えることにより、温度を検知することができる。

【０００６】次に、センサ素子としてサーミスタを用い
て赤外線を検出する赤外線検出素子を構成した一例を図
１５及び図１６に基づき説明する。図１５はサーミスタ
２及びその周辺部の局所断面図であり、図１６は斜視図
である。但し、本発明に関する部分のみを示すことと
し、他の部分は適宜図示及び詳細な説明を省略すること
とする。

【０００７】図１５に示す赤外線検出素子では、サーミ
スタ２が、基板３上に形成された熱絶縁膜４上に設けら
れており、サーミスタ２は、サーミスタ２の上部に形成
された、入射する赤外線を吸収する赤外線吸収膜５と、
赤外線吸収膜５の下部に形成された、赤外線吸収によっ
て生じた熱を受けて抵抗値が変化する薄膜抵抗体６とを
備えると共に、薄膜抵抗体６の表面と裏面に接触する一
対の電極、下部電極７及び上部電極８を備えている。薄
膜抵抗体６は多結晶シリコン系またはアモルファスシリ
コン系の薄膜抵抗体で厚み0.1 〜5.0mμm 程度のものが
用いられる。

【０００８】サーミスタ２形成箇所の下方には、サーミ
スタ２を基板３から熱的に分離する中空部３ａが設けら
れている。シリコン等の半導体材料で構成された基板３
をエッチング等により基板３の裏面側から堀り込み、中
空部３ａを形成するのである。この中空部３ａを形成す
ることによって、サーミスタ２で発生した熱が基板３に
伝わりにくくなり、赤外線を吸収して発生した熱がサー
ミスタ２の温度上昇に効率的に利用されるので赤外線検
出感度が向上するのである。

【０００９】図１６に示すように、サーミスタ２の下部
電極７及び上部電極８は、基板３上でサーミスタ２に併
設された信号処理回路９（詳細部分は図示省略）に接続
されている。この信号処理回路９は、サーミスタ２から
出力される検出信号の増幅、雑音の除去といった信号処
理を行うためのものである。なお、下部電極７または上
部電極８も赤外線吸収機能を有するように構成してもよ
い。

【００１０】さらに、図１５に示すように、サーミスタ
２には下方に開口を有する赤外線フィルター１０が被せ
てある。赤外線検出素子は、一般に微弱な赤外線の輻射
エネルギーのみを検出する用途に用いられることが多い
が、検出する赤外線は赤外領域外の光と混在しているこ
とも多く、この場合、赤外領域外の光はノイズとなる。
そのため、サーミスタ２を赤外以外の波長帯の光を除去
する赤外線フィルター１０と組み合わせて用い、赤外線
のみが選択的にサーミスタ２に入射するようにしてい
る。

【００１１】また、従来の回路では、アモルファスシリ
コン（a-Si）系の材料を用いたときに十分な感度を得る
ことはできない。一般にa-Si系の材料では、B 定数を大
きくすると導電率が小さくなって、抵抗値が大きくな
る。従来のセンサ回路では、このような抵抗値が大きい
サーミスタを用いると、電流量が少なくなり、S/N 比が
小さくなり、温度変化を検出するのが困難になる。その
ため、a-Si系の材料を用いたとき、B 定数が大きく抵抗
値が大きい材料を用いることができず検出感度を高める
ことができなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来のセンサ回路で
は、サーミスタの温度変化による抵抗値変化を電圧また
は電流値変化として検出しているが、検出感度が低いと
いう問題があった。特に、温度センサを応用して赤外線
検出素子を構成する場合、微弱な赤外線を検出しなけれ
ばならないため、検出感度を向上させる必要があった。

【００１３】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、検出感度の向上が図れる
センサ回路または赤外線検出素子の構造を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のセンサ回路は、少なくとも１つのセ
ンサ素子を組み込んだホイートストンブリッジ回路と、
そのホイートストンブリッジ回路の出力間に接続され
た、電荷蓄積機能を有する回路とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１５】請求項２記載のセンサ回路は、請求項１記
載のセンサ回路で、前記センサ素子が温度変化に応じて
抵抗値が変化するサーミスタで構成されていることを特
徴とするものである。

【００１６】請求項３記載のセンサ回路は、請求項２記
載のセンサ回路で、前記センサ素子がアモルファスシリ
コン系の材料で構成されたサーミスタで構成されている
ことを特徴とするものである。

【００１７】請求項４記載のセンサ回路は、請求項１乃
至請求項３記載のセンサ回路がマトリクス状に配列され
ていることを特徴とするものである。

【００１８】請求項５記載のセンサ回路は、請求項４記
載のセンサ回路で、マトリクス状に配列された前記セン
サ回路の少なくとも２つが同一の電源を共用することを
特徴とするものである。

【００１９】請求項６記載の赤外線検出素子は、表面か
ら裏面に貫通する中空部が形成された基板と、前記中空
部の表面側開口を覆って周辺部が前記基板に支持された
熱絶縁膜と、前記中空部上の熱絶縁膜上に形成された赤
外線検出部とを備えた赤外線検出素子において、請求項
１乃至請求項５記載の前記センサ回路の、少なくとも前
記センサ素子が前記中空部上の熱絶縁膜上に形成されて
いることを特徴とするものである。

【００２０】請求項７記載の赤外線検出素子は、請求項
６記載の赤外線検出素子で、前記電荷蓄積機能を有する
回路が前記基板上に形成されていることを特徴とするも
のである。

【００２１】

【作用】本発明のセンサ回路は、少なくとも１つのセン
サ素子が組み込まれたホイートストンブリッジ回路にお
いて、出力間に電荷蓄積機能を有する素子を接続したこ
とを特徴とするものである。本発明のセンサ回路の一実
施例を図１に基づいて説明する。図１に示す回路は、ブ
リッジ抵抗R1〜R4でホイートストンブリッジ回路１１を
形成し、その出力間に、電荷蓄積機能を有する回路とし
てコンデンサCmを接続した回路である。温度を検出する
センサ回路の場合は、ブリッジ抵抗R1〜R4の少なくとも
１つを温度変化とともに抵抗値が変化するサーミスタで
構成する。電荷蓄積機能を有する回路としては、例え
ば、コンデンサまたは逆バイアスされたＰＮ接合部を有
する素子等が挙げられる。また、図３の回路図に示すよ
うに、電荷蓄積機能を有する回路として、コンデンサCm
と直列に抵抗Rmを接続した回路を用いてもよい。さら
に、電荷蓄積機能を有する回路を、コンデンサ等の電荷
蓄積機能を有する素子を備えたさらに複雑な回路で構成
してもよい。

【００２２】図１に示すようにセンサ回路を構成するこ
とによって、ホイートストンブリッジ回路１１のブリッ
ジ抵抗の抵抗値変化に応じて発生する電位差に比例する
電荷が電荷蓄積機能を有する回路であるコンデンサCmに
蓄えられる。蓄えられる電荷量は、出力端子間電圧Vmに
比例する。図１に示したセンサ回路の場合、定常時の出
力端子間電圧Vm、及び、コンデンサCmに流れる充電電流
imは次式のようになる。

【００２３】

【数２】

【００２４】

【数３】

【００２５】また、ホイートストンブリッジ回路１１の
ブリッジ抵抗の抵抗値が変化した場合、その変化分に比
例した電荷量がCmに蓄えられる。電荷量Qmは次式とな
る。

【００２６】

【数４】

【００２７】コンデンサCmに蓄えられた電荷量Qmを読み
だすときには、例えば、図３に示すような回路を形成す
ればよい。図２は図１に示したセンサ回路の出力端子
ａ，ｂ間にスイッチSWと抵抗Rdとの直列回路（電荷量の
読み出し回路）を接続した回路である。このように構成
して、コンデンサCmに電荷が蓄積された後に、スイッチ
SWを閉じ抵抗Rdに流れる電流を積分することによって、
電荷量Qmを測定することができる。図３に示した回路の
場合、t=0 の時点でスイッチSWを閉じた場合に抵抗Rdに
流れる電流Idは時間経過と共に次式に従って変化する。

【００２８】

【数５】

【００２９】また、図２に示したセンサ回路では、出力
端子に流れる電流Idは時間経過と共に次式のようにな
る。

【００３０】

【数６】

【００３１】但し、電流Idを表す計算式は、Rd，Rd+Rm
で表される抵抗値がブリッジ抵抗R1〜R4の抵抗値と比較
して十分小さく、ブリッジ抵抗R1〜R4にはほとんど電流
が流れないものとして計算したものである。

【００３２】このように、本発明のセンサ回路では、電
荷量読み出し時に、電荷量読み出し用の回路に設けられ
たスイッチSWを閉じ、抵抗Rdに流れる電流を積分して電
荷量を求め、その電荷量より出力端子間電圧を求めるこ
とによって、温度変化を検出することができる。

【００３３】また、図１または図３に示したセンサ回路
をマトリクス状に配置して、図４または図５に示すよう
なセンサ回路（マトリクス状のセンサ回路）を構成して
もよい。図４または図５に示すマトリクス状のセンサ回
路は、同一段のセンサ回路のグランド及び出力の一方を
１つにまとめて接続すると共に、同一列のセンサ回路の
電源入力及び出力の他方を１つにまとめて接続した回路
である。

【００３４】図４または図５に示すマトリクス状のセン
サ回路では、個々のセンサ回路の放電電流を同時に読み
だすことができないので、１つ毎もしくは数個毎しか、
電荷量の読み出しを行わない。そのため、読み出しを行
う期間以外は書き込み期間（充電期間）にあてることが
できるので、書き込み時間を長くすることができる。こ
れにより、ブリッジ抵抗の抵抗値が高く、微小な電流し
か流れない場合でも、検出が容易な電荷量をコンデンサ
に蓄えることができる。

【００３５】抵抗Rdに流れる電流を積分して電荷量を求
める場合の読み出し時間の時定数は、（３）式または
（４）式で示すように、RdCmまたは(Rd+Rm) ・Cmで表さ
れるので、読み出し時間または放電電流はコンデンサの
容量Cm、抵抗値等で調整することができる。読み出しに
はｘ軸方向の端子（横方向に配置された出力端子g 〜
l）及びｙ軸方向の端子（縦方向に配置された出力端子a
〜f ）の端子を切り換えて所定のセンサ回路を選択し
て電荷量の測定を行う。測定は、個々のセンサ回路毎に
行っても、数個のセンサ回路毎に行っても、各列毎、ま
たは、各行毎に行ってもよい。

【００３６】以上に説明したように、本発明のセンサ回
路は、出力間に電荷蓄積機能を備えた回路を接続したの
で、従来の回路と比較して、電流量を十分大きくして、
S/N比を大きくすることができるので、ノイズ等に対し
ても強いセンサ回路を構成することができる。また、ホ
イートストンブリッジ回路１１を構成するブリッジ抵抗
の抵抗値が高い場合でも十分測定することができる。

【００３７】また、本発明のセンサ回路は、ブリッジ抵
抗として抵抗値の高いものを用いることができるので、
ブリッジ抵抗の一部に、特開平4-348502（特願平3-1211
72）または特願平5-68121 に記載されているような、B
定数が大きく、抵抗値が大きいアモルファスシリコン
（a-Si）系の材料によって構成されたセンサ素子を用い
たときに効果を発揮する。一般にa-Si系の材料では、B
定数を大きくすると導電率が小さくなって抵抗値が大き
くなる。従来のセンサ回路では、このような抵抗値が大
きいサーミスタを用いると、電流量が少なくなり、S/N
比が小さくなって、温度変化等を検出するのが困難にな
っていた。しかし、本発明のセンサ回路では、a-Si系の
材料を用いたときでも、B 定数が大きく、抵抗値が大き
い材料を用いることができ、検出感度を著しく向上させ
ることができる。

【００３８】

【実施例】図１に基づいて本発明のセンサ回路の一実施
例について説明する。図１で、Eは直流電源、R1〜R4
は、ホイートストンブリッジ回路１１を構成しているブ
リッジ抵抗である。ブリッジ抵抗R1，R2で構成される直
列回路と、ブリッジ抵抗R3，R4で構成される直列回路と
が直流電源E にそれぞれ接続されている。また、ブリッ
ジ抵抗R1とブリッジ抵抗R2の接続点と、ブリッジ抵抗R3
とブリッジ抵抗R4の接続点間（ホイートストンブリッジ
回路１１の出力間）には、電荷蓄積機能を有する回路と
してコンデンサCmが接続されている。ａ，ｂはホイート
ストンブリッジ回路の出力端子である。

【００３９】温度を検出するセンサ回路の場合は、ブリ
ッジ抵抗R1〜R4の少なくとも１つを、温度変化と共に抵
抗値が変化するサーミスタで構成すればよい。例えば、
ブリッジ抵抗R1〜R3の抵抗値を1MΩとし、ブリッジ抵抗
R1を25℃で抵抗値が1MΩのサーミスタT として構成すれ
ばよい。このようにセンサ回路を構成し、図２に示すよ
うに、電荷量読み出し回路（スイッチSWと抵抗Rdとの直
列回路）を出力端子ａ，ｂ間に接続し、スイッチSWを開
状態にしておけば、サーミスタT の温度変化による抵抗
値変化により、出力端子ａ，ｂ間に電圧が発生しコンデ
ンサCmが充電されるようになる。次に、スイッチSWを閉
状態として、抵抗Rdに電流を流し、その電流を積分すれ
ばコンデンサCmに蓄えられていた電荷量を求めることが
でき、さらに、電荷量からホイートストンブリッジ回路
１１の出力端子間電圧を高感度に検出することができ
る。

【００４０】次に、図３に基づいて本発明のセンサ回路
の異なる実施例について説明する。図３に示すセンサ回
路は、電荷蓄積機能を有する回路として、ホイートスト
ンブリッジ回路１１の出力間に、抵抗RmとコンデンサCm
の直列回路を接続した回路である。抵抗Rmによって、電
荷量を読み出し時間または放電電流を調整することがで
きる。センサ回路の動作は、図１に示したセンサ回路の
場合と同様である。

【００４１】次に、図４に基づいて本発明のセンサ回路
のさらに異なる実施例について説明する。図４に示すセ
ンサ回路は、図１に示したセンサ回路を、6 ×6 のマト
リクス状に並べて同種の端子を互いに接続したセンサ回
路である。図４に示すマトリクス状のセンサ回路は、同
一段のセンサ回路のグランドまたは出力の一方を１つに
まとめて接続すると共に、同一列のセンサ回路の電源入
力または出力の他方を１つにまとめて接続した回路であ
る。

【００４２】例えば、マトリクス状のセンサ回路を構成
する、１つのセンサ回路１２は、グランドがグランド端
子GR1 に接続され、電源入力が電源供給端子E1に接続さ
れている。また、出力の一方が端子ａに接続され、出力
の他方が端子ｇに接続されている。

【００４３】センサ回路１２で温度変化を検出する場合
には、図１に示した場合と同様に、まず、出力端子であ
る端子ａと端子g 間を開放状態として、サーミスタの抵
抗変化に応じた電荷量をコンデンサCmに充電する。次
に、端子ａと端子g 間を、例えば、抵抗で接続して放電
電流を流し電荷量を求め、端子ａと端子g 間の電圧を求
める。このようにして、マトリクス状に配置された、個
々のセンサ回路の出力電圧を順に読み出していく。個々
のセンサ回路には、全て同一電源で、直流電圧を印加し
ておく。但し、供給電源に関しては、複数のセンサ回路
で電源を共用するように構成しても、個々のセンサ回路
で個別に電源を設けてもよい。マトリクス状に配置する
センサ回路として、図３に示したセンサ回路を、図４に
示した実施例と同様にして、マトリクス状に配置してセ
ンサ回路を構成した回路図を図５に示す。

【００４４】次に、図６及び図７に基づいて本発明のセ
ンサ回路を用いて赤外線検出素子を構成した一実施例に
ついて説明する。図６は赤外線検出素子の断面図で、図
７は赤外線検出素子の平面図である。図６及び図７に示
す赤外線検出素子は、図１に示したセンサ回路を、図１
５及び図１６に示したような、中空部を備えた半導体基
板上に形成したものである。この実施例の場合、ブリッ
ジ抵抗を全てサーミスタで構成している。

【００４５】図６及び図７で、赤外線検出素子は、基板
の表面から裏面に貫通する中空部１３ａを備えたシリコ
ン基板１３と、この中空部１３ａを覆って周辺がシリコ
ン基板１３に支持された、電気絶縁性も有する熱絶縁膜
１４と、ブリッジ抵抗となる、サーミスタで構成された
赤外線検出部１５とで構成されている。１６は導体パタ
ーンで、ホイートストンブリッジ回路１７を構成するよ
うに、所定の赤外線検出部１５間に設けられている。導
体パターン１６は、赤外線検出部１５の下部電極または
上部電極（図示省略）に接続されている。１８ａ〜１８
ｄは熱絶縁膜１４上に形成された電極パッドで、１８
ａ，１８ｂがホイートストンブリッジ回路１７の電源入
力端子、１８ｃ，１８ｄが出力端子である。１９はコン
デンサで、熱絶縁膜１４上に形成され、出力端子１８
ｃ，１８ｄ間に導体パターン１６を介して接続されてい
る。図６及び図７に示す実施例の場合、赤外線検出部１
５は、シリコン基板１３上に形成された４つの熱分離空
間２０（中空部１３ａ上の熱絶縁膜１４上の領域）に形
成されている。このように、個々の熱分離空間２０に赤
外線検出部１５を形成することによって、個々の赤外線
検出部１５をシリコン基板１３から熱的に分離すること
ができるので、赤外線検出素子の感度を向上させること
ができる。電荷蓄積機能を有する回路であるコンデンサ
１９は、例えば、絶縁物または抵抗率の非常に大きい材
料を電極で挟むことによって形成することができる。電
荷蓄積機能を有する回路として逆バイアスを印加したＰ
Ｎ接合部を用いてもよい。

【００４６】また、４つの赤外線検出部１５のうち、２
つの赤外線検出部１２上には、赤外線が入射しないよう
に、アルミ膜２１が形成されている。本実施例の赤外線
検出素子は、このように構成して、２つの赤外線検出部
１５のみに赤外線を入射させ、ホイートストンブリッジ
回路１７の出力に入射した赤外線に応じた電圧を発生さ
せコンデンサ１９を充電して赤外線を検出するように構
成されたものである。

【００４７】図８及び図９に基づいて本発明の赤外線検
出素子の異なる実施例について説明する。図８は赤外線
検出素子の断面図で、図９は赤外線検出素子の平面図で
ある。図８及び図９に示す赤外線検出素子が、図６及び
図７に示した赤外線検出素子と異なる点は、シリコン基
板２２の中央に中空部２２ａを１つ形成して、１つの熱
分離空間２３を形成し、その熱分離空間２３の熱絶縁膜
２４上に４つの赤外線検出部２５を形成した点と、コン
デンサ２６をシリコン基板２２のコーナー部に配置した
点である。

【００４８】さらに、図１０及び図１１に基づいて本発
明の赤外線検出素子のさらに異なる実施例について説明
する。図１０は赤外線検出素子の断面図で、図１１は赤
外線検出素子の平面図である。図１０及び図１１に示す
赤外線検出素子が、図８及び図９に示した赤外線検出素
子と異なる点は、コンデンサ２７を、熱絶縁膜上で、熱
分離空間を取り囲む四角枠状に形成したものである。

【００４９】図１０及び図１１に基づいて、赤外線検出
素子の製造方法の一実施例について説明する。まず、シ
リコン基板３０の表面に、LPCVD （低圧CVD ）法によ
り、厚み1000Åの窒化シリコン、厚み8000Åの酸化シリ
コン、厚み1000Åの窒化シリコンの３層からなる熱絶縁
膜２８を形成する。そして、この熱絶縁膜２８上に、電
子ビーム蒸着法で、厚み2000Åのクロム膜を基板150 ℃
で成膜し、フォトリソグラフィー法でパターン化し、下
部電極３１及びコンデンサ下部電極３２を形成する。

【００５０】続いて、グロー放電分解法により、厚み 3
00Åのｐ型のアモルファスシリコン（a-Si）、厚み1000
0 Åのｐ型のアモルファスシリコンカーバイド（a-SiC
）、厚み 300Åのｐ型のアモルファスシリコン（a-S
i）の３層からなる薄膜を成膜し、フォトリソグラフィ
ー法でパターン化し、サーミスタとなる薄膜体３３を形
成する。薄膜体３３のサイズは0.8mm ×0.8mm 角であ
る。アモルファスシリコンの成膜条件は、1%のジボラン
を加えたモノシランを用い、基板温度 270℃、圧力0.9T
orr 、放電電力20W 、周波数13.56MHzとした。また、ア
モルファスシリコンカーバイドの成膜条件は、0.25% の
ジボラン及び600%のメタンを加えたモノシランを用い、
基板温度 270℃、圧力0.9Torr 、放電電力20W 、周波数
13.56MHzとした。

【００５１】次に、グロー放電分解法により、厚み5000
Åの酸化シリコン（SiO₂）薄膜を成膜し、フォトリソグ
ラフィー法でパターン化し、側面保護膜３４及びコンデ
ンサ用薄膜３５を形成する。ついで、薄膜体３３の上部
に、電子ビーム蒸着法で、厚み1500Åのクロム膜を基板
150℃で成膜し、フォトリソグラフィー法でパターン化
し、上部電極３６及びコンデンサ上部電極３７を形成す
る。上部電極３６を形成した後、グロー放電分解法によ
り、厚み15000 Åの酸化シリコン（SiO₂）薄膜を成膜
し、フォトリソグラフィー法でパターン化し、赤外線検
出部３８を覆う保護膜３９を形成する。

【００５２】この後、電子ビーム蒸着法で、厚み15000
Åのアルミ膜を基板200 ℃で成膜し、フォトリソグラフ
ィー法でパターン化し、電極パッド４０，４１，４２，
４３を形成する。また、赤外線を入射させない、２つの
赤外線検出部３８の上面にアルミ膜４４を形成する。最
後に、シリコン基板３０の裏面側からシリコン基板３０
を水酸化カリウム溶液を使う異方性エッチングにより堀
り込み、中空部３０ａを形成してダイヤフラム構造と
し、熱分離空間４５を形成する。なお、エッチングされ
ずに残った熱絶縁膜２８のサイズは1.2mm ×1.2mm 角で
ある。

【００５３】最後に、図１２及び図１３に本発明の赤外
線検出素子のさらに異なる実施例を示す。図１２は平面
図、図１３は断面図である。図１２及び図１３に示す赤
外線検出素子が、図１０及び図１１に示した赤外線検出
素子と異なる点は、コンデンサ４６を、平面視略十字状
として熱絶縁膜４７上に配置した点である。但し、図１
１及び図１２に示した構成と同等構成については同符号
を付すこととする。

【００５４】なお、本発明のサーミスタを構成する薄膜
体の材料としては、例えば、アモルファスシリコン（a-
Si）またはアモルファスシリコン系（a-Si系）の材料を
用いることができる。例えば、アモルファスシリコンカ
ーバイド（a-SiC ）、アモルファスシリコンゲルマニウ
ム（a-SiGe）、アモルファスシリコンナイトライド（a-
SiN ）、アモルファス酸化シリコン（a-SiO ）、アモル
ファス酸化窒化シリコン（a-SiON）等である。アモルフ
ァスシリコン（a-Si）またはアモルファスシリコン系
（a-Si系）を用いる場合は、プラズマCVD 法、スパッタ
リング法、熱CVD法等を用いることができる。

【００５５】マトリクス状のセンサ回路の一実施例とし
て、6 ×6 のマトリクス状にセンサ回路を配置したセン
サ回路を示したが、実施例に限定されるものではない。
また、サーミスタ、コンデンサ、赤外線検出素子の形状
は実施例に限定されるものではない。

【００５６】

【発明の効果】請求項１記載のセンサ回路は、ホイート
ストンブリッジ回路の出力間に電荷蓄積機能を有する回
路を接続したので、その電荷量を読み取ることにより、
ホイートストンブリッジ回路の出力電圧検出の感度向上
を図ることができる。

【００５７】請求項２乃至請求項５記載のセンサ回路
は、請求項１記載のホイートストンブリッジ回路のブリ
ッジ抵抗の少なくとも１つをサーミスタで構成したの
で、温度変化検出の感度向上を図ることができる。

【００５８】さらに、請求項３記載のセンサ回路によれ
ば、抵抗値が高く、B 定数の大きいサーミスタを用いる
ことができるので、温度変化検出の感度が著しく向上す
る。

【００５９】請求項４及び請求項５記載のセンサ回路
は、マトリクス状のセンサ回路を構成する、個々のセン
サ回路に設けられた電荷蓄積機能を有する回路の充電時
間（書き込み時間）を長くすることができるのでS/N 比
の高い、ノイズに強いセンサ回路を構成することができ
る。

【００６０】請求項６及び請求項７記載の赤外線検出素
子は、請求項１乃至請求項５記載のセンサ回路を熱分離
空間を備えたシリコン基板上に形成したので、赤外線検
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】本発明のセンサ回路の一実施例を示す回路図で
ある。

【図２】本発明のセンサ回路の動作を説明するための回
路図である。

【図３】本発明のセンサ回路の異なる実施例を示す回路
図である。

【図４】本発明のセンサ回路のさらに異なる実施例を示
す回路図である。

【図５】本発明のセンサ回路のさらに異なる実施例を示
す回路図である。

【図６】本発明の赤外線検出素子の一実施例を示す断面
図である。

【図７】本発明の赤外線検出素子の一実施例を示す平面
図である。

【図８】本発明の赤外線検出素子の異なる実施例を示す
断面図である。

【図９】本発明の赤外線検出素子の異なる実施例を示す
平面図である。

【図１０】本発明の赤外線検出素子のさらに異なる実施
例を示す平面図である。

【図１１】本発明の赤外線検出素子のさらに異なる実施
例を示す断面図である。

【図１２】本発明の赤外線検出素子のさらに異なる実施
例を示す平面図である。

【図１３】本発明の赤外線検出素子のさらに異なる実施
例を示す断面図である。

【図１４】ホイートストンブリッジ回路の動作を説明す
るための回路図である。

【図１５】従来の赤外線検出素子の一例を示す断面図で
ある。

【図１６】従来の赤外線検出素子の一例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

T サーミスタ（センサ素
子） Cm，１９，２６，２７，４６コンデンサ（電荷蓄積
機能を有する回路）１１，１７ホイートストンブリッ
ジ回路１３ａ，２２ａ，３０ａ中空部１３，２２，３０シリコン基板（基板）１４，２４，２８，４７熱絶縁膜１５，２５，３８赤外線検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｊ 5/02 Ｂ 5/20 Ｈ０１Ｃ 7/04 Ｈ０１Ｌ 27/14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つのセンサ素子を組み込ん
だホイートストンブリッジ回路と、そのホイートストン
ブリッジ回路の出力間に接続された、電荷蓄積機能を有
する回路とを備えたことを特徴とするセンサ回路。
【請求項２】前記センサ素子が温度変化に応じて抵抗
値が変化するサーミスタで構成されていることを特徴と
する請求項１記載のセンサ回路。
【請求項３】前記センサ素子がアモルファスシリコン
系の材料で構成されたサーミスタで構成されていること
を特徴とする請求項２記載のセンサ回路。
【請求項４】請求項１乃至請求項３記載のセンサ回路
がマトリクス状に配列されていることを特徴とするセン
サ回路。
【請求項５】マトリクス状に配列された前記センサ回
路の少なくとも２つが同一の電源を共用することを特徴
とする請求項４記載のセンサ回路。
【請求項６】表面から裏面に貫通する中空部が形成さ
れた基板と、前記中空部の表面側開口を覆って周辺部が
前記基板に支持された熱絶縁膜と、前記中空部上の熱絶
縁膜上に形成された赤外線検出部とを備えた赤外線検出
素子において、請求項１乃至請求項５記載の前記センサ
回路の、少なくとも前記センサ素子が前記中空部上の熱
絶縁膜上に形成されていることを特徴とする赤外線検出
素子。
【請求項７】前記電荷蓄積機能を有する回路が前記基
板上に形成されていることを特徴とする請求項６記載の
赤外線検出素子。