JPH10115556A

JPH10115556A - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH10115556A
Application number: JP26967196A
Authority: JP
Inventors: Takanori Sone; 孝典曽根
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】熱型の赤外線検知アレイの受光部の真空気密
が容易に得られ、またボロメータ方式の赤外線検知アレ
イの温度安定が容易に得られる。【解決手段】シリコン基板１の上に形成した受光部２
の前面に、赤外線透過窓４を空隙３を有して配置し、透
過窓４は受光部２を囲む範囲の接着面で、基板１に気密
に接着することにより固定し、かつ空隙３の内部を真空
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出器に関
し、さらに詳しくは、受光部に真空気密を要するボロメ
ータ方式、サーモパイル方式、または焦電方式の赤外線
検知アレイの赤外線検出器、および受光部の温度安定化
が必要なボロメータ方式の赤外線検知アレイの赤外線検
出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、赤外線による光学機器の利用が盛
んになっており、夜間の監視や温度計測などに活用され
ている。この応用の拡大に伴い、ボロメータ方式、サー
モパイル方式、あるいは焦電方式の熱型検出器による安
価な赤外線検出器の開発が要望されている。例えば特開
平２−１９６９２９号公報や特開平４−５００４３７号
公報に記載されているように、検出器の各画素をブリッ
ジ構造で中空に浮かしたボロメータ方式の赤外線検知ア
レイ、ＳＰＩＥプロシーディングＶｏｌ．２２６９Ｉｎ
ｆｒａｒｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＸＸ，（１９９
４）の４５０〜４５９頁にあるサーモパイル方式の赤外
線検知アレイ、あるいは特開平７−２４３９０８号公報
に記載されている焦電方式の赤外線検知アレイは、シリ
コン基板の上に赤外線を検知する画素をアレイ状に形成
した赤外線検出素子であり、これらの素子によって赤外
線を画像として検知することが可能となる。これらの熱
型検出器は、量子型の赤外線画像の検出器と比較して素
子冷却が不要であるため、低コストの赤外線検出器とし
て提供できる利点を有している。

【０００３】しかしながら熱型検出器は、受光部が吸収
する入射赤外線を受光部の温度変化に変え、これを信号
として検出するものであるから、受光部の熱絶縁性を上
げることが高感度の検出器を得るために必要である。従
来の技術では、高い熱絶縁性を得るために受光部の各画
素をブリッジ構造により中空に浮かし、さらに検出素子
を構成する基板全体を真空の容器内に配置する方法がと
られてきた。真空の容器は真空パッケージとも呼ばれ、
例えば図１４に示したように、セラミック製のステム
（基台）１５に赤外線検出素子２０を接着し、赤外線透
過窓４を取り付けたキャップ１６を検出素子２０の前面
に置き、ステム１５に気密に接着する。キャップ１６の
内部はキャップ１６に取り付けた排気管１７をとおして
真空引きを行い、排気管１７の端面を封止して、最終的
に真空容器を得る。検出素子２０の信号は、ワイヤボン
ド１８によって、素子の配線パッドとステム１５を貫通
している信号ピン１９に接続することにより、容器の外
に取り出される。

【０００４】このような真空容器（パッケージ）によっ
て検出素子の熱絶縁性を保持する方法は、検出素子をい
かに小さくしようとも、真空容器により検出器全体の寸
法が決まるため、小型化を図ることが難しいのはいうま
でもない。また、真空容器による検出素子の実装工程
は、繁雑であるばかりでなくセラミック製のステムや大
型の透過窓など高価な部品を要し、必ずしも低コストの
検出器とはならないなどの問題点があった。

【０００５】また、熱型検出器のうちでボロメータ方式
によるものは、外部からの赤外線の照射により発生した
画素の絶対温度の変化を抵抗変化に変えて読み出すもの
であるから、検出器そのものの温度が検出器周囲の温度
変化によらず安定している必要がある。従来の技術で
は、例えば図１５にあるように、赤外線検出素子２０と
熱電サーモモジュール２２を接着し、図１４の真空容器
と同様の方法によって、赤外線透過窓４を取り付けたキ
ャップ１６とステム１５により構成される容器内に固定
し、容器は真空に封止する。さらに検出素子２０の近傍
に温度センサ２３を設けることにより検出素子２０の温
度を感知し、温度センサ２３からの信号はステム１５を
貫通する信号ピン１９によって外部に取り出され、熱電
サーモモジュール２２を制御する温度コントローラ２４
に接続される。温度コントローラ２４は温度センサ２３
からの信号により、検出素子２０の温度が所定の値を維
持するようにサーモモジュール２２への電流を調整す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここでの熱電サーモモ
ジュールは、一般にペルチェ効果を利用したもので、通
電する電流の量や向きによって吸熱や発熱を生じ、上記
の温度コントローラの電流制御により検出素子の温度を
所定の値に維持することができる。しかしながら、温度
センサや熱電サーモモジュールを制御する温度コントロ
ーラなどの付加的な回路や装置を必要とし、低コスト化
の妨げとなる問題点があった。

【０００７】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、熱型の赤外線検知アレイに関し、
受光部の熱絶縁性を図るための真空気密が容易に得られ
る方法を提供するとともに、ボロメータ方式の赤外線検
知アレイに関し、容易に温度安定の方法を提供すること
により、小型で低コストの赤外線検出器を得ることを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検出器
は、基板上に受光部を形成したボロメータ方式、サーモ
パイル方式、および焦電方式の赤外線検知アレイにおい
て、赤外線透過窓を、上記受光部の前面に空隙を有して
配置し、上記透過窓は、該受光部を完全に囲む接着面で
該基板に気密に接着することにより固定し、かつ上記空
隙を真空とすることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の赤外線検出器において、受
光部の前面に空隙を有して配置される赤外線透過窓が、
厚さ０．１ｍｍから１．５ｍｍの範囲で、両面を研磨し
たシリコンであることを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の赤外線検出器において、受
光部の前面に空隙を有して配置される赤外線透過窓が、
厚さ０．１ｍｍから１．５ｍｍの範囲で、両面を研磨
し、かつ両面に反射防止膜を施したことを特徴とするも
のである。

【００１１】また、本発明の赤外線検出器において、受
光部の前面に空隙を有して配置される赤外線透過窓が、
受光部を形成した基板に、ハンダ、蒸着等によって気密
に接着されることを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明の赤外線検出器において、赤
外線透過窓と受光部を形成した基板との間の空隙が１×
１０^-2ｔｏｒｒ以下の真空であることを特徴とするもの
である。

【００１３】また、本発明の赤外線検出器において、受
光部の前面に空隙を有して配置される赤外線透過窓は、
赤外線アレイの各画素と対となるマイクロレンズが形成
されており、検出器に入射する赤外線が該マイクロレン
ズによって各画素に集光されることを特徴とするもので
ある。

【００１４】また、本発明の赤外線検出器は、ボロメー
タ方式の赤外線検知アレイを形成した基板に、正温度係
数サーミスタを接着し、上記基板と該サーミスタとを、
赤外線透過窓を有するキャップとステムにより構成され
る容器の中に固定し、かつその容器内は真空とすること
を特徴とするものである。

【００１５】また、本発明の赤外線検出器は、ボロメー
タ方式の赤外線検知アレイを形成した基板を、赤外線透
過窓を有するキャップとステムにより構成される容器の
中に固定し、かつその容器内は真空とし、さらに該ステ
ムの底部に正温度係数サーミスタを接着することを特徴
とするものである。

【００１６】また、本発明の赤外線検出器は、２つの面
を有する基板上の、第１の面に形成された受光部がボロ
メータ方式の赤外線検知アレイにおいて、赤外線透過窓
を、上記受光部の前面に空隙を有して配置し、上記透過
窓は、上記受光部を完全に囲む接着面で、上記受光部を
形成した上記基板に気密に密着することにより固定し、
かつ上記空隙を真空とし、また第２の面には正温度係数
サーミスタを接着することを特徴とするものである。

【００１７】また、本発明の赤外線検出器において、正
温度係数サーミスタの抵抗急変温度が４０〜９０℃の範
囲にあることを特徴とするものである。

【００１８】また、本発明は基板としてシリコン基板を
用いたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１に関する赤
外線検出器の断面図である。この発明の実施の形態１の
赤外線検出器では、基板（例えばシリコン基板）１の上
に形成した熱型の赤外線受光部２の前面に、空隙３を有
して赤外線透過窓４をハンダ５によりシリコン基板１に
接着している。図２は図１を上部から見たものであり、
透過窓４は赤外線の受光部２を完全に囲む接着面６で接
着を行い、受光部２を気密にしている。透過窓４とシリ
コン基板１のハンダ５の接着面６は、ハンダの濡れ性を
良くするためにあらかじめメタライズ層７を、赤外線透
過窓４およびシリコン基板１に被覆しておいた。また、
シリコン基板１の接着面６は、信号を取り出すための配
線８をまたぐが、接着時の損傷を防ぐため、シリコン基
板側の接着面に当たる部分には、あらかじめ酸化シリコ
ン膜９を保護膜として被覆した。次に、透過窓４とシリ
コン基板１との間の空隙３は真空とする必要があるが、
それは次の手順による。まず、透過窓４とシリコン基板
１とを接着する前に、透過窓側にハンダを置き、水素雰
囲気中で熱処理を行う。これによりハンダの酸化膜除去
を行うと同時にハンダを受光面側のメタライズ層７に接
着する。つづいてハンダが固化するまで温度を下げ、透
過窓４のハンダとシリコン基板１のメタライズとの位置
を合わせ、そののち真空中で熱処理し透過窓４とシリコ
ン基板１とを気密に接着する。あらかじめ水素雰囲気で
ハンダの酸化膜を除去しているから、ハンダはハンダ用
フラックスを用いなくとも良好に接着する。また、真空
中で気密に接着を行ったので、空隙３には真空が保たれ
る。このようにして、受光部２を真空気密とする受光素
子を得た。なお、図２におけるパッド１０や配線８につ
いては、本発明の特徴を示すために描いたもので、実際
の実施の形態１とはそのサイズや数が異なることを述べ
ておく。

【００２０】また、実施の形態１の赤外線の受光部２
は、図３に示したような２本の支脚によるブリッジ構造
１１を成している。図４はブリッジ構造の断面を示した
もので、ブリッジ１１は熱絶縁ギャップ２１を形成し、
その上部に熱型の赤外線検知回路を設けたものを、図５
に示したように基板にアレイ状に複数個並べている。こ
のブリッジ１つが画素１つに対応している。検知回路に
はボロメータ抵抗体１３を含み、ブリッジ上部が赤外線
を吸収することによって変わる温度をボロメータの抵抗
変化に変え、ボロメータの両端の電極からブリッジ構造
の支持脚を伝って基板に配した配線８により信号を検出
するようになっている。この方式の赤外線検出器は検知
回路の熱絶縁性が重要であり、ギャップ２１を含めてブ
リッジ１１の周囲は真空状態となっている。なお、この
ボロメータ方式の受光部は本発明の一例であって、熱絶
縁性が重要であるサーモパイル方式、あるいは焦電方式
の受光部においても本発明は同様の効果が得られること
はいうまでもない。

【００２１】人体や常温物体からの赤外線の放射は、波
長１０μｍ近傍にピークを持つことから、赤外線の透過
窓４は、１０μｍの赤外線を透過することができるゲル
マニウム、シリコン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛等のどの
材料も使うことができる。なかでもシリコンは、赤外線
透過材料の中で比較的安価に入手できるため低コストが
実現できることと、接着を行う基板と同一の材料である
ため、熱膨張のミスマッチもなく、透過窓の接着が信頼
性の高いものとなる。

【００２２】ただしシリコンは、透過窓の厚さをあまり
薄くすると、透過窓と接着を行う基板との間の真空の空
隙によって、透過窓の変形が大きくなるため好ましくな
い。実施の形態１ではシリコン透過窓４のサイズを２０
×２０ｍｍとし、厚さを変えていくと、厚さ０．１ｍｍ
の窓の中心部の最大変形量は約０．１ｍｍであるが、こ
れより薄くすると変形量は急激に大きくなる。したがっ
て、シリコン透過窓４の厚さの下限は０．１ｍｍ以上に
することが望ましい。また、シリコンは波長９μｍ近傍
で赤外線の吸収を有するため、あまり厚くすることは好
ましくない。実施の形態１による両面を研磨したシリコ
ン透過窓４では、厚さ１．５ｍｍで波長８〜１２μｍの
平均吸収率が９．７％となった。赤外線透過率の減少に
よる感度の劣化を防止するには、８〜１２μｍの波長帯
で平均の吸収率を１０％以下にすることが望ましく、し
たがって、シリコン透過窓４の厚さの上限を１．５ｍｍ
とすることが好ましい。

【００２３】一方、シリコンを赤外線透過窓４としてそ
のまま使用すると、シリコンは高屈折率特性を有する材
料であることから反射ロスが大きく、検出器の感度に対
して好ましくない。実施の形態１では、シリコンの両面
に、厚さ１．１μｍの硫化亜鉛を真空蒸着法によってコ
ーティングを行い、反射防止膜１２とした。これによ
り、図７に示したように厚さ１ｍｍのシリコン製の透過
窓において、波長１０μｍでの透過率が８５％となっ
た。

【００２４】赤外線透過窓４のシリコン基板１への接着
には、ハンダ、ガラスフリット、または熱圧着などがあ
るが、ガラスフリットは一般に処理温度が高く、赤外線
検出素子の耐熱温度以下で気密の接着を行うことは難し
い。また熱圧着は、透過窓を接着する接着部が、配線７
をまたいだときにわずかに発生する基板表面の段差によ
り、真空気密を行うことが難かしい。一方ハンダによる
接着は、メモリーやロジックなどのシリコン素子の実装
工程において実績があり、接着温度が素子の耐熱温度以
下で接着できることはいうまでもない。実施の形態１に
ついて行ったハンダによる接着は、図１で示したように
接着箇所で厚みのあるバンク（土手）構造がとれるた
め、ハンダのみで透過窓４とシリコン基板１との間の空
隙３に対し十分な高さを取ることができるだけでなく、
基板上の配線による段差を吸収することができた。透過
窓４とシリコン基板１のハンダの接着面６には、ハンダ
の濡れよくするために、下地側からタングステン３００
０Å、ニッケル３０００Å、金１０００Åの３層をスパ
ッタ装置によってこの順にメタライズした。ハンダは鉛
−スズ系のものを用い、当初水素雰囲気中３５０℃で熱
処理してハンダの酸化を除去（還元）し、その後１×１
０^-2ｔｏｒｒ以下の真空状態で３５０℃の温度で接着を
行った。なお、シリコン基板側では、配線上をハンダの
接着部６がまたぐときの損傷を防止するため、ハンダの
接着部６にはあらかじめ４０００オングストロームの厚
みの酸化シリコンを保護膜として被覆した。

【００２５】素子受光部周囲の真空度は高い熱絶縁性を
得る上で重要である。真空度は、透過窓４とシリコン基
板１とを接着する際に用いた恒温層の、層内の真空計の
指示値によって検知した。実施の形態１での赤外線検出
器においては、図８に示したように、真空度を十分に上
げたときの相対感度を１として真空度と感度との相関を
みると、１×１０^-2ｔｏｒｒまでは感度の大きな減少は
ないが、それより真空度が悪くなると急激に劣化した。
すなわち、真空度としては少なくとも１×１０^-2ｔｏｒ
ｒ以下が望ましい。

【００２６】実施の形態２．図６は本発明における実施
の形態２を示したものである。実施の形態２は、透過窓
４の形状を除いて実施の形態１と同じであり、したがっ
て検出素子の受光部周囲の真空による熱絶縁性は同じ効
果が期待できる。透過窓４は該透過窓の周囲の基板１と
の接着部を凸にしたもので、この場合、透過窓４の加工
コストは上昇するが、透過窓４とシリコン基板１との間
隔が十分に取れるため、受光部に高さがあるものでも本
発明が使用できる。また、空隙３の高さを得るためにハ
ンダバンクの厚みを必要としないので、ハンダの密着面
積や厚みを小さくすることができるなどの利点を有す
る。

【００２７】実施の形態３．図９は本発明における実施
の形態３を示したものである。実施の形態３は、透過窓
４に受光部の各画素と対となるマイクロレンズ２５が形
成されている。図１０は実施の形態３の断面を示したも
ので、実施の形態１と同じように透過窓４がシリコン基
板に接着されるので、検出素子の受光部周囲の真空によ
る熱絶縁性は同じ効果が期待できる。

【００２８】実施の形態３のマイクロレンズ２５は、各
画素に焦点を結ぶようにドライエッチングによって加工
がなされており、したがってこれらのマイクロレンズに
より各画素の集光性が上がるため検出素子の感度が向上
するという利点を有する。

【００２９】実施の形態４．図１１は本発明における実
施の形態４を示したものである。この発明の実施の形態
４の赤外線検出器では、赤外線検出素子となるボロメー
タ方式の赤外線検知アレイを形成したシリコン基板１
に、正温度係数サーミスタ２６を接着し、シリコン基板
１とサーミスタ２６の両方を、赤外線透過窓４を取り付
けたキャップ１６とステム１５により構成される容器の
中に固定する。ここでの赤外線検出素子は図３と同等の
ものである。容器の内部はキャップ１６に取り付けた排
気管１７をとおして真空引きを行い、排気管１７の端面
を封止して、最終的に容器内の空間を真空とする。サー
ミスタ２６の駆動電流を供給するためのリード線および
検出素子の信号の読み出し線は、ステム１５を貫通する
信号ピン１９に接続することにより、容器の外に取り出
される。サーミスタ２６には安定化電源１４によって所
定の電圧が印加される。

【００３０】正温度係数サーミスタはＰＴＣ（Ｐｏｓｉ
ｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅ
ｎｔ）サーミスタと呼ばれる一種の半導体であり、この
半導体の抵抗値は温度上昇とともに徐々に下がるが、あ
る温度に達すると急激に抵抗が増加する性質をもってい
る。このサーミスタに一定電圧を印加すると、自己発熱
により抵抗値が下がるため当初は温度が上昇するが、あ
る温度（抵抗急変温度）に達すると急激に抵抗が増加し
て電流は減少し、発熱電力とサーミスタ温度とが一定と
なる。この原理により正温度係数サーミスタは、温度コ
ントローラ等を使わなくても一定電圧の印加だけで定温
発熱体となる特性を有する。

【００３１】実施の形態４では正温度係数サーミスタと
して、ＴＤＫ株式会社製ＰＴＣサーミスタの抵抗急変温
度が６０℃のものを用い、安定化電源からの１２Ｖの印
加電圧を負荷して使用した。これにより素子温度が長時
間に渡って５８±１℃に安定化された。

【００３２】実施の形態５．図１２は本発明における実
施の形態５を示したものである。この発明の実施の形態
５の赤外線検出器は、実施の形態４において正温度係数
サーミスタ２６を真空容器内に配置して、赤外線検出素
子であるシリコン基板１を直接加熱して温度の安定を図
っていたものを、実施の形態５では真空容器の外に配置
し、間接的にシリコン基板１を加熱して温度の安定化を
図るようにしたものである。

【００３３】実施の形態５の場合は実施の形態４と比較
して、シリコン基板１を間接的に加熱するので温度安定
化の効率は劣るが、真空容器を組み上げたのちに正温度
係数サーミスタ２６をステム１５の底に接着すればよい
ので、サーミスタ２６の交換が可能なことや取り外しが
容易であるなどのメリットがある。

【００３４】実施の形態６．図１３は本発明における実
施の形態６を示したものである。この発明の実施の形態
６の赤外線検出器は、ボロメータ方式の赤外線検知アレ
イを形成したシリコン基板１に、実施の形態１と同様の
方法によって赤外線透過窓４を接着することによって検
出器の受光部を真空とし、さらにボロメータアレイを形
成したシリコン基板１に正温度係数サーミスタ２６を接
着したものである。

【００３５】実施の形態６では、実施の形態１による簡
便な手法で検出器の受光部の真空気密を得ることがで
き、また正温度係数サーミスタによりボロメータアレイ
の温度制御を容易に行うことができるので、最も小型で
低コストの赤外線検出器を得ることができる。

【００３６】また、実施の形態４〜６の場合において、
正温度係数サーミスタの抵抗急変温度は４０〜９０℃の
範囲にあることが好ましい。温度の下限については、本
発明の温度制御が発熱によることから室温以上であるこ
とが必須となるためである。したがって本赤外線検出器
を寒冷地などに限定して使用する場合はこの限りでな
い。上限については、室温と大きく隔たった９０℃以上
の高温は消費電力の増大を生じるため好ましくなく、さ
らに１１０℃以上の高温に置いた場合は素子の破損を生
じることがあるためである。

【００３７】

【発明の効果】本発明による赤外線検出器によれば、基
板上に受光部を形成したボロメータ方式、サーモパイル
方式、および焦電方式の赤外線検知アレイにおいて、赤
外線透過窓を、受光部の前面に空隙を有して配置し、上
記透過窓は上記受光部を完全に囲む接着面で、上記受光
部を形成した基板に気密に接着することにより固定し、
かつ上記空隙の内部を真空としたので、真空容器を用い
ることなく受光部を真空によって断熱することができる
ので、小型で低コストの赤外線検出器を得られる効果が
ある。

【００３８】また、前記赤外線透過窓が、厚さ０．１ｍ
ｍから１．５ｍｍの範囲で、両面を研磨したシリコンと
した場合、低コストで、信頼性の高い赤外線検出器が得
られる効果がある。

【００３９】また、前記赤外線透過窓が、厚さ０．１ｍ
ｍから１．５ｍｍの範囲で両面を研磨し、かつその両面
に反射防止膜をコーティングした場合、透過窓の透過率
が向上するので、感度に優れた高性能の赤外線検出器が
得られる効果がある。

【００４０】また、前記赤外線透過窓が、受光部を形成
した前記基板に、ハンダ、蒸着等によって気密に接着さ
れる場合、信頼性の高い赤外線検出器が得られる効果が
ある。

【００４１】また、前記赤外線検出器において、前記透
過窓と受光部を形成した前記基板との間の空隙の真空度
が、１０^-2ｔｏｒｒ以下とする場合、感度に優れた赤外
線検出器が得られる効果がある。

【００４２】また、前記赤外線検出器において、前記透
過窓は検出素子の各画素と対になるマイクロレンズが形
成された場合、各画素の集光性が高くなるので、感度に
優れた高性能の赤外線検出器が得られる効果がある。

【００４３】また、本発明による赤外線検出器によれ
ば、ボロメータ方式の赤外線検知アレイを形成した基板
に、正温度係数サーミスタを接着し、上記基板とサーミ
スタとを、赤外線透過窓を有するキャップとステムによ
り構成される容器の中に固定し、かつ上記容器内は真空
としたので、温度センサや温度コントローラを用いず
に、正温度係数サーミスタに印加電圧を掛けるだけで、
赤外線素子の温度を一定とする効果がある。

【００４４】また、本発明による赤外線検出器によれ
ば、ボロメータ方式の赤外線検知アレイを形成した基板
を、赤外線透過窓を有するキャップとステムにより構成
される容器の中に固定し、かつその容器内は真空とし、
さらに上記ステムの底部に正温度係数サーミスタを接着
したので、温度センサや温度コントローラを用いずに、
正温度係数サーミスタに印加電圧をかけるだけで、赤外
線素子の温度を一定とする効果がある。

【００４５】また、本発明による赤外線検出器によれ
ば、２つの面を有する基板上の、第１の面に形成された
受光部がボロメータ方式の赤外線検知アレイにおいて、
赤外線透過窓を、受光部の前面に空隙を有して配置し、
上記透過窓は、上記受光部を完全に囲む接着面で、上記
受光部を形成した基板に気密に接着することにより固定
し、かつ上記空隙を真空とし、また上記基板の第２の面
には正温度係数サーミスタを接着したので、真空容器を
用いることなく簡便に検出素子の受光部の真空気密が図
れ、かつ正温度係数サーミスタにより簡便に検出素子の
温度を一定にできるという効果がある。

【００４６】また、前記正温度係数サーミスタの抵抗急
変温度が４０〜９０℃の範囲にあるようにし、素子温度
が室温よりも高めの設定であるため、正温度係数サーミ
スタによる温度制御が可能であり、また９０℃以下とし
たので正温度係数サーミスタの消費電力が比較的小さい
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線検出器の実施の形態１の構造
を示す断面図である。

【図２】本発明の赤外線検出器の実施の形態１を上部
（赤外線透過窓）から見た説明図である。

【図３】本発明の実施の形態１に用いた受光部の画素
の斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態１に用いた受光部の画素
の断面図である。

【図５】本発明の実施の形態１に用いた受光部の基板
上での配列状態を示す断面図である。

【図６】本発明の赤外線検出器の実施の形態２におけ
る他の形状の赤外線透過窓を用いた赤外線検出器の断面
図である。

【図７】本発明の実施の形態１に用いた反射防止膜を
施した赤外線透過窓の透過率を示す図である。

【図８】真空度と感度との相関を示す図である。

【図９】本発明の赤外線検出器の実施の形態３におけ
る赤外線透過窓にマイクロレンズを加工した赤外線検出
器の斜視図である。

【図１０】本発明の実施の形態３における赤外線透過
窓にマイクロレンズを加工した赤外線検出器の断面図で
ある。

【図１１】本発明の赤外線検出器の実施の形態４にお
ける温度安定化を行った赤外線検出器の断面図である。

【図１２】本発明の赤外線検出器の実施の形態５にお
ける温度安定化を行った赤外線検出器の断面図である。

【図１３】本発明の赤外線検出器の実施の形態６にお
ける温度安定化を行った赤外線検出器の斜視図である。

【図１４】従来例の真空容器を示す断面図である。

【図１５】従来例の温度安定化を行った赤外線検出器
の断面説明図である。

【符号の説明】

１シリコン基板、２受光部、３空隙、４赤外線
透過窓、５ハンダ、６接着面、７メタライズ層、
８配線、９酸化シリコン保護膜、１０パッド、１
１ブリッジ、１２反射防止膜、１３ボロメータ、
１４安定化電源、１５ステム、１６キャップ、１
７排気管、１８ワイヤボンド、１９信号ピン、２０
赤外線検出素子、２１ギャップ、２２熱電サーモ
モジュール、２３温度センサ、２４温度コントロー
ラ、２５マイクロレンズ、２６正温度係数サーミス
タ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に受光部を形成したボロメータ方
式、サーモパイル方式、または焦電方式の赤外線検知ア
レイにおいて、赤外線透過窓を、上記受光部の前面に空
隙を有して配置し、上記透過窓は、上記受光部を完全に
囲む接着面で、上記受光部を形成した上記基板に気密に
接着することにより固定し、かつ上記空隙を真空とする
ことを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】受光部の前面に空隙を有して配置される
赤外線透過窓が、厚さ０．１ｍｍから１．５ｍｍの範囲
で、両面を研磨したシリコンであることを特徴とする請
求項１記載の赤外線検出器。
【請求項３】受光部の前面に空隙を有して配置される
赤外線透過窓が、厚さ０．１ｍｍから１．５ｍｍの範囲
で、両面を研磨し、かつその両面に反射防止膜を施した
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。
【請求項４】受光部の前面に空隙を有して配置される
赤外線透過窓が、上記受光部を形成した基板に、ハンダ
蒸着等によって気密に接着されることを特徴とする請求
項１記載の赤外線検出器。
【請求項５】赤外線透過窓と受光部との間の空隙の真
空度が、１×１０^-2ｔｏｒｒ以下であることを特徴とす
る請求項１記載の赤外線検出器。
【請求項６】受光部の前面に空隙を有して配置される
赤外線透過窓は、赤外線検知アレイの各画素と対となる
マイクロレンズが形成されており、検出器に入射する赤
外線が上記マイクロレンズによって上記画素に集光され
ることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。
【請求項７】ボロメータ方式の赤外線検知アレイを形
成した基板と、この基板に設けられた、正温度係数サー
ミスタと赤外線透過窓を有するキャップとステムにより
構成され上記基板とサーミスタとを、その内部に固定す
る容器とを具備し、さらに上記容器内は真空であること
を特徴とする赤外線検出器。
【請求項８】ボロメータ方式の赤外線検知アレイを形
成した基板と、赤外線透過窓を有するキャップとステム
により構成され、上記基板をその内部に固定する容器
と、上記ステムの底部に設けられた正温度係数サーミス
タとを具備し、さらに上記容器内は真空であることを特
徴とする赤外線検出器。
【請求項９】２つの面を有する基板上の、第１の面に
形成された受光部がボロメータ方式の赤外線検知アレイ
において、赤外線透過窓を、上記受光部の前面に空隙を
有して配置し、上記透過窓は、上記受光部を完全に囲む
接着面で、上記受光部を形成した上記基板に気密に密着
することにより固定し、かつ上記空隙を真空とし、また
上記基板の第２の面には正温度係数サーミスタを接着す
ることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項１０】正温度係数サーミスタの抵抗急変温度
が４０〜９０℃の範囲にあることを特徴とする請求項７
〜９いずれか記載の赤外線検出器。
【請求項１１】基板がシリコン基板であることを特徴
とする請求項１〜９いずれか記載の赤外線検出器。