JPH10318830A

JPH10318830A - 赤外線センサ

Info

Publication number: JPH10318830A
Application number: JP12992097A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yoshitake; 正明吉竹; Soichi Ogawa; 倉一小川; Tetsuya Kamasaka; 哲也釜坂; Takahiko Oe; 高彦大江; Naosuke Adachi; 直祐安達
Original assignee: OSAKA SHINKU KOGYO KK; Osaka Prefecture
Current assignee: OSAKA SHINKU KOGYO KK; Osaka Prefecture
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で、耐環境性に優れる赤外線セン
サを提供する。【解決手段】基板１の上に赤外線感応膜であるＣｒＮ
_X薄膜２ａ、２ｂ（０．１≦Ｘ≦１．２）が形成され、
ＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂの両端には、電極３ａ、３ｄが
設けられ、中央部には、電極３ｂ、３ｃがそれぞれ設け
られる。また、電極３ａと電極３ｃとの間のＣｒＮ_X薄
膜２ａの上、電極３ｃと電極３ｄとの間のＣｒＮ_X薄膜
２ａの上、電極３ａと電極３ｂとの間のＣｒＮ_X薄膜２
ｂの上及び電極３ｂと電極３ｄとの間のＣｒＮ_X薄膜２
ｂの上には、絶縁層４ａ〜４ｄがそれぞれ設けられ、絶
縁層４ｃ、４ｂの上には、赤外線反射膜５ａ、５ｂがそ
れぞれ設けられ、絶縁層４ａ、４ｄの上には、赤外線吸
収膜６ａ、６ｂがそれぞれ設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線センサに関
し、特に、非接触で被計測対象物の赤外線を計測するこ
とにより被計測対象物の温度を計測する熱型赤外線セン
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の赤外線センサとしては、Ｇｅ、Ｐ
ｂＳ、ＣｄＨｇＴｅ等の半導体を用いた量子型センサ、
Ｌａ_1.88Ｓｒ_0.12ＣｕＯ₄、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇等を用いた
超伝導センサ、ＬｉＴａＯ_3、ＰｂＴｉＯ₃等の酸化物誘
電体を用いた焦電型センサ、アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）、アモルファスゲ
ルマ（ａ−Ｇｅ）、ＳｉＣ、ＶＯ_X等のサーミスタ効果
を有する材料を用いたサーミスタボロメータがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の量子型センサ及
び超伝導センサは、感度が高いが、価格が高く、また、
感度を高めるためには、液体窒素等でセンサを冷却する
必要があり、センサの構造が複雑になるという問題があ
った。また、上記の焦電型センサでは、入射する赤外線
に対し断続光となったものにのみ感応する焦電効果を利
用するため、チョッパを用いた光信号を交流に変換する
機構が必要となり、やはりセンサの構造が複雑になると
いう問題があった。さらに、上記のサーミスタボロメー
タでは、薄膜型及び焼結型があり、前者は半導体を用い
ているため、耐環境性が劣り、後者は焼結体を用いてい
るため、熱容量が大きく応答性が悪いという問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、構造が簡単で、耐環境性
に優れる赤外線センサを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、ＣｒＮ_X薄膜からなる赤外線感応膜を備
え、窒素含有率Ｘは、０．１≦Ｘ≦１．２である赤外線
センサを提供するものである。上記構成により、化学的
に安定で耐食性に優れるＣｒＮ_X薄膜を赤外線感応膜と
して使用しているので、水蒸気、ガス等により雰囲気が
変化しても、安定な特性を有し、センサの耐環境性を向
上することができる。また、ＣｒＮ_X薄膜は、膜中の窒
素含有率Ｘを制御することにより、電気抵抗が金属的な
伝導から半導体的な伝導まで変化するため、抵抗率及び
抵抗温度係数の制御が容易となる。この結果、窒素含有
率Ｘが０．１以上１．２以下の範囲で、良好な抵抗率及
び抵抗温度係数を有し、赤外線を直接測定可能な赤外線
感応膜を形成することができるので、チョッパ等の機構
が不要となり、赤外線センサの構造を簡略化することが
できる。また、上記赤外線感応膜の窒素含有率Ｘは、
０．６≦Ｘ≦１．１であることが好ましい。この場合、
抵抗温度係数が高いので、赤外線センサの感度を高くす
ることができる。

【０００６】また、上記赤外線感応膜の厚さは、０．０
１μｍ以上であることが好ましい。ＣｒＮ_X薄膜の厚さ
が０．０１μｍより薄くなりすぎると、抵抗値が高くな
りすぎる。上記赤外線感応膜の厚さは、また、１０μｍ
以下であることが好ましい。ＣｒＮ_X薄膜の厚さが１０
μｍより厚くなると、膜形成時間が長くなりすぎる。従
って、上記範囲で、抵抗値及び膜形成時間が赤外線セン
サとして実用可能な範囲となる。

【０００７】また、上記赤外線センサは、上記赤外線感
応膜が形成される基板をさらに含み、この基板の厚さ
は、１μｍ以上であることが好ましい。基板の厚さが１
μｍより薄いと、基板の上に赤外線感応膜を形成した場
合、両者の熱膨張係数の差により基板に不要な応力が発
生してセンサの歩留まりが低下する。上記基板の厚さ
は、５００μｍ以下であることが好ましい。基板の厚さ
が５００μｍより厚くなると、基板の熱容量が大きくな
りすぎ、センサの応答感度並びに応答速度が低下する。
従って、上記範囲で、センサの歩留まり、応答感度、及
び応答速度が赤外線センサとして実用可能な範囲とな
る。

【０００８】本発明の望ましい形態においては、上記赤
外線感応膜上に形成され、赤外線を吸収する赤外線吸収
膜をさらに含み、この赤外線吸収膜は、酸化クロムから
なることが好ましい。この場合、クロムターゲットを用
いて、赤外線感応膜として、ＣｒＮ_X薄膜を形成した後
に、同一ターゲットを用いて、反応ガスを変更するだけ
で、酸化クロム膜を作成することができるので、赤外線
センサの製造工程が簡略化され、赤外線センサの製造コ
ストを削減することができる。

【０００９】また、赤外線感応膜の上部に形成され、赤
外線を吸収する第一及び第二赤外線吸収膜と、赤外線感
応膜の上部に形成され、赤外線を反射する第一及び第二
赤外線反射膜と、赤外線感応膜上に形成され、赤外線感
応膜と電気的に接続される第一乃至第四電極とをさらに
含み、第一電極は、第一赤外線吸収膜の下部の赤外線感
応膜の一端と第一赤外線反射膜の下部の赤外線感応膜の
一端とを電気的に接続し、第二電極は、第二赤外線吸収
膜の下部の赤外線感応膜の一端と第二赤外線反射膜の下
部の赤外線感応膜の一端とを電気的に接続し、第三電極
は、第一赤外線吸収膜の下部の赤外線感応膜の他端と第
二赤外線反射膜の下部の赤外線感応膜の他端とを電気的
に接続し、第四電極は、第二赤外線吸収膜の下部の赤外
線感応膜の他端と第一赤外線反射膜の下部の赤外線感応
膜の他端とを電気的に接続し、第一及び第二電極間に所
定電圧又は電流が供給され、第三電極の電圧と第四電極
の電圧との差動電圧を出力するものとされる。この場
合、赤外線感応膜がブリッジ回路を構成し、差動電圧を
出力することができるので、赤外線吸収膜及び赤外線反
射膜を一つずつ用いてその差を出力する場合と比較し
て、出力の変化量が２倍となり、赤外線センサのＳ／Ｎ
比を向上させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ本発
明の実施の形態について説明する。図１の（ａ）及び
（ｂ）は、本発明の一実施の形態の赤外線センサの構成
を模式的に示す平面図及び側面図である。

【００１１】図１に示すように、赤外線センサは、基板
１、赤外線感応膜であるＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂ、電極
３ａ〜３ｄ、絶縁層４ａ〜４ｄ、赤外線反射膜５ａ、５
ｂ、赤外線吸収膜６ａ、６ｂを含む。

【００１２】基板１の形状は、縦８ｍｍ、横１４ｍｍ、
厚さ１２５μｍである。なお、基板１の形状は、上記の
例に特に限定されるものではなく、使用条件等に応じて
種々の変更が可能であり、以下に説明する各部材の形状
についても同様である。基板１の厚さは、既に述べたよ
うに、通常１μｍ以上が好ましく、また、５００μｍ以
下であることが好ましい。

【００１３】基板１としては、熱容量が小さく、かつ、
熱伝導率が小さい、高分子フィルム又は無機材質板を用
いることができる。より具体的には、高分子材料、アモ
ルファスカーボン、セラミック、金属、半導体（Ｓｉ、
Ｇｅ等）等からなる基板を用いることができる。上記し
たような熱容量が小さく、かつ、熱伝導率が小さい材料
を基板として用いることにより、ホトリソグラフィー等
のマイクロマシン技術を用いて架橋構造を作成する必要
がなくなり、赤外線センサの製造工程を簡略化すること
ができ、製造コストを削減することができる。

【００１４】さらに、基板１の厚みは、製造時の熱負荷
による変形の発生を考慮すると、５０μｍ以上であるこ
とが好ましく、熱容量及び熱伝導率を考慮すると、１２
５μｍ以下であることが好ましい。本実施の形態では、
基板１として、耐熱性があり、以下に説明する製造方法
に適するため、厚さ１２５μｍのポリイミドからなる高
分子フィルムであるカプトン（東レ・デュポン社製）を
用いている。また、同様の製品として、レグルス（三井
東圧化学社製）、ユーピレックス（宇部興業社製）等を
用いてもよい。

【００１５】基板１の上に、幅１ｍｍ、長さ１４ｍｍ、
厚さ１０００Åのストライプ状の２本のＣｒＮ_X薄膜２
ａ、２ｂが設けられている。ＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂの
窒素含有率Ｘとしては、好ましくは、０．１以上１．２
以下、さらに好ましくは、０．６以上１．１以下のもの
が用いられる。窒化クロム膜は、化学的に安定で耐食性
に優れ、水蒸気、ガス等により雰囲気が変化しても、安
定な特性を有する。また、ＣｒＮ_X薄膜は、膜中の窒素
含有率Ｘを制御することにより、電気抵抗が金属的な伝
導から半導体的な伝導まで変化するため、抵抗率及び抵
抗温度係数を容易に制御することができ、所望の抵抗値
及び抵抗温度係数を容易に達成することができる。

【００１６】図２は、窒素含有率ＸとＣｒＮ_X薄膜の抵
抗率ρ（Ω・ｃｍ）との関係を示す図であり、図３は、
窒素含有率ＸとＣｒＮ_X薄膜の抵抗温度係数ＴＣＲ（％
／Ｋ）との関係を示す図であり、図４は、窒素含有率Ｘ
とＣｒＮ_X薄膜の堆積速度（Å／ｍｉｎ）との関係を示
す図である。ここで、基板１としては、上記したカプト
ン及びコーニング７０５９ガラス（コーニング社製）の
２種類の基板を用い、コーニング７０５９ガラスでは、
基板温度として３００℃と１５０℃との温度を用いてい
る。

【００１７】図２乃至図４より、窒素含有率Ｘが０．１
以上１．２以下の範囲で、量産性を損なわずに赤外線セ
ンサとして使用可能な抵抗率及び抵抗温度係数を有する
ことがわかる。また、窒素含有率Ｘが０．６以上１．１
以下の範囲で、抵抗率がさらに良好で抵抗温度係数が高
くなり、赤外線感応膜として感度を高くすることができ
る。従って、赤外線感応膜として上記のような範囲の窒
素含有率Ｘを有するＣｒＮ_X薄膜を使用することによ
り、赤外線センサの耐環境性を向上することができると
ともに、赤外線を直接測定することができ、チョッパ等
の機構を不要として赤外線センサの構造を簡略化するこ
とができる。

【００１８】また、ＣｒＮ_X薄膜の厚さは、０．０１μ
ｍより薄くなると、膜厚に依存して膜の抵抗値が急激に
高くなり、一方、１０μｍより厚くなると、図４からわ
かるように、堆積速度に依存する膜形成時間が長くなり
すぎる。従って、ＣｒＮ_X薄膜の厚さは、０．０１μｍ
以上であることが好ましく、また、１０μｍ以下である
ことが好ましく、この範囲で、抵抗値及び膜形成時間が
実用可能な範囲となる。

【００１９】ＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂの両端には、幅
１．５ｍｍ、長さ８ｍｍ、厚さ０．５μｍの電極３ａ、
３ｄが設けられ、中央部には、幅３ｍｍ、長さ３．５ｍ
ｍ、厚さ０．５μｍの電極３ｂ、３ｃがそれぞれ設けら
れ、ＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂと電気的に接続されてい
る。電極３ａ〜３ｄとしては、本実施の形態では、例え
ば、金を用いているが、特に限定されるものではなく、
通常赤外線センサの電極として用いられるものであれ
ば、任意の材質を用いることができる。

【００２０】電極３ａと電極３ｃとの間のＣｒＮ_X薄膜
２ａの上、電極３ｃと電極３ｄとの間のＣｒＮ_X薄膜２
ａの上、電極３ａと電極３ｂとの間のＣｒＮ_X薄膜２ｂ
の上、及び電極３ｂと電極３ｄとの間のＣｒＮ_X薄膜２
ｂの上には、縦３ｍｍ、横４ｍｍの絶縁層４ａ〜４ｄが
それぞれ設けられている。絶縁層４ａ〜４ｄとしては、
金属酸化物等からなる絶縁体薄膜を用いることができる
が、ＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂと赤外線反射膜５ａ、５ｂ
及び赤外線吸収膜６ａ、６ｂとの間を絶縁できるもので
あれば、特に限定されるものではない。また、絶縁層４
ａ〜４ｄの厚さとしては、１０００Å〜１０μｍの範囲
から任意の厚さのものを用いることができる。なお、赤
外線反射膜５ａ、５ｂ及び赤外線吸収膜６ａ、６ｂが導
電性を有しない場合は、絶縁層４ａ〜４ｄは不要であ
り、ＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂの上に直接赤外線反射膜５
ａ、５ｂ及び赤外線吸収膜６ａ、６ｂを形成することが
できる。

【００２１】絶縁層４ｃ、４ｂの上には、縦３ｍｍ、横
３ｍｍの赤外線反射膜５ａ、５ｂがそれぞれ設けられ、
赤外線反射膜５ａ、５ｂによりＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂ
への赤外線の反射を確実に防止することができる。赤外
線反射膜５ａ、５ｂとしては、例えば、金属、金属化合
物等を用いることができ、赤外線を反射できるものであ
れば、特に限定されるものではなく、本実施の形態で
は、一例として、Ａｌ箔を用いている。

【００２２】絶縁層４ａ、４ｄの上には、縦３ｍｍ、横
３ｍｍ、厚さ１０μｍの赤外線吸収膜６ａ、６ｂがそれ
ぞれ設けられ、赤外線吸収膜６ａ、６ｂによりＣｒＮ_X
薄膜２ａ、２ｂへ入射する赤外線を効率よく吸収するこ
とができる。赤外線吸収膜６ａ、６ｂとしては、例え
ば、カーボン、セラミック、金属の超微粒子等を用いる
ことができ、赤外線を効率よく吸収できるものであれ
ば、特に限定されるものではない。本実施の形態では、
一例として、黒色塗料であるシリコンアクリル塗料系の
シリコートｓ−１（田辺化学工業社製）を用いており、
また、主成分が超微粒子のグラファイトからなるトピカ
トップガード（東美化学社製）等を用いてもよい。

【００２３】また、赤外線吸収膜６ａ、６ｂとして、酸
化クロムを用いた場合は、クロムターゲットを用いて、
赤外線感応膜としてＣｒＮ_X薄膜を形成した後に、同一
ターゲットを用いて、酸化クロム膜を形成することがで
きる。従って、反応ガスを変更し、金属マスクを変更す
るだけで、ＣｒＮ_X薄膜及び酸化クロム膜を製造するこ
とができる。また、酸化クロム膜は絶縁性を有するた
め、絶縁層４ａ、４ｄも不要となる。この結果、赤外線
センサの製造工程が簡略化され、赤外線センサの製造コ
ストを削減することができる。なお、赤外線センサの構
造及び形状は、上記の例に特に限定されるものではな
く、使用条件等に応じて種々の変更が可能である。

【００２４】次に、図１に示す赤外線センサの製造方法
について説明する。図５は、図１に示す赤外線センサの
製造工程を説明するための図である。

【００２５】まず、図５の（ａ）に示すように、基板１
を対向二極高周波マグネトロンスパッタリング装置にセ
ットする。次に、図５の（ｂ）に示すように、反応性高
周波マグネトロンスパッタリング法により、金属マスク
を通してＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂを形成する。ここで、
成膜条件として、ターゲットは、直径１００ｍｍ、厚さ
５ｍｍ、純度９９．９９％の金属Ｃｒ、基板−ターゲッ
ト間距離は、５０ｍｍ、到達真空度は、２×１０^-6Ｔｏ
ｒｒ以下、基板温度は、１５０℃、Ａｒ＋Ｎ₂圧は、６
×１０^-3Ｔｏｒｒ、Ｎ₂分圧は、２×１０^-3Ｔｏｒｒ、
成膜時間は、５ｍｉｎである。なお、窒素含有率Ｘが
０．１以上１．２以下のＣｒＮ_X薄膜を作成する場合
は、Ｎ₂分圧は、５×１０^-5〜６×１０^-3Ｔｏｒｒ、成
膜時間は、５〜３０ｍｉｎである。次に、図５の（ｃ）
に示すように、金属マスクを通して金を電極３ａ〜３ｄ
として形成する。次に、図５の（ｄ）に示すように、絶
縁層４ａ〜４ｄを形成する。次に、図５の（ｅ）に示す
ように、絶縁層４ｃ、４ｂの上に赤外線反射膜５ａ、５
ｂを形成する。最後に、図５の（ｆ）に示すように、絶
縁層４ａ、４ｄの上に赤外線吸収膜６ａ、６ｂを形成す
る。上記の工程により、図１に示した赤外線センサを製
造することができる。なお、ＣｒＮ_X薄膜の製造方法
は、上記方法に限られず、ＣｒＮ_X薄膜の膜厚制御が可
能であり、かつ、窒素含有量を制御できる方法であれ
ば、他の方法でもよく、例えば、他のスパッタリング、
イオンプレーティング、反応性蒸着法、ＣＶＤ（化学的
気相成長法）等の方法を用いることができる。

【００２６】次に、図１に示す赤外線センサの赤外線の
検出方法について説明する。図６は、図１に示す赤外線
センサの等価回路図である。

【００２７】図６に示すように、電極３ａは、定電圧源
である１０Ｖの電源に接続され、電極３ｄは、接地さ
れ、電極３ｂ、３ｃは、差動増幅器Ｃ１と接続され、４
つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４によりブリッジ回路を構成してい
る。ここで、抵抗Ｒ１は、ＣｒＮ_X薄膜２ｂのうち赤外
線反射膜５ａに覆われた部分の抵抗を示し、抵抗Ｒ２
は、ＣｒＮ_X薄膜２ｂのうち赤外線吸収膜６ｂに覆われ
た部分の抵抗を示し、抵抗Ｒ３は、ＣｒＮ_X薄膜２ａの
うち赤外線反射膜５ｂに覆われた部分の抵抗を示し、抵
抗Ｒ４は、ＣｒＮ_X薄膜２ａのうち赤外線吸収膜６ａに
覆われた部分の抵抗を示している。従って、赤外線が赤
外線センサに入力されると、ＣｒＮ_X薄膜２ａ、２ｂ
は、負の抵抗温度係数を有しているため、赤外線吸収膜
６ａ、６ｂに覆われた部分の抵抗Ｒ４、Ｒ２の抵抗値が
減少し、赤外線反射膜５ａ、５ｂに覆われた部分の抵抗
Ｒ１、Ｒ３の抵抗値は変化しない。この結果、電極３ｃ
の電圧が上昇し、電極３ｂの電圧が低下する。従って、
差動増幅器Ｃ１を用いて電極３ｃの電圧から電極３ｂの
電圧を減算した差動信号を出力することにより、赤外線
吸収膜及び赤外線反射膜を一つずつ用いてその差を出力
する場合と比較して、出力の変化量は、２倍となり、赤
外線センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。な
お、上記の説明では定電圧源を用いたが、定電流源を用
いても上記と同様に赤外線を検出することができる。

【００２８】次に、図１に示す赤外線センサの応答特性
について説明する。図７は、赤外線センサの応答特性を
測定するための第一の測定システムの構成を示すブロッ
ク図である。

【００２９】図７に示すように、第一の測定システム
は、黒体炉２１、試料室２２、電源２３、増幅器２４、
Ｘ−Ｙレコーダ２５、扇風機２６を含む。黒体炉２１
は、試料室２２から３００ｍｍの間隔をあけて配置さ
れ、赤外線を試料室２２の側に放射する。黒体炉２１の
温度は、約１００度である。試料室２２は、アルミニウ
ム製の筒であり、黒体炉２１から放射される赤外線を入
射させるために、黒体炉２１に対向する筒の一端の円形
状面に四角形の穴が設けられている。また、筒の内部に
はワイヤーが備えられており、そのワイヤーに両面テー
プにより赤外線センサが接着されて固定されている。試
料室２２内の赤外線センサには、電源２３より１０Ｖの
電圧が供給されている。赤外線センサの二つの電極３
ｂ、３ｃからの出力は、増幅器２４に入力される。増幅
器２４のゲインは、０ｄＢである。増幅器２４の出力
は、Ｘ−Ｙレコーダに入力され、赤外線センサの出力が
記録される。なお、本測定システムでは、熱的なエネル
ギーを除去し、黒体炉２１から放射される赤外線だけを
赤外線センサに照射するために、扇風機２６を用いて、
熱伝導のエネルギーを排除している。上記のように構成
された測定システムを用いて、黒体炉２１から放射され
る赤外線を途中で遮断又は通過させ、赤外線を断続した
場合の出力電圧及び応答時間を測定することにより、赤
外線センサの応答特性を測定することができる。

【００３０】次に、上記の測定システムを用いて測定し
た赤外線センサの応答特性について説明する。図８は、
図７に示す測定システムを用いて図１に示す赤外線セン
サの応答特性を測定した結果を示す図である。なお、赤
外線は、初め遮断され、次に約１７秒間通過させ、その
後はさらに遮断される。

【００３１】図８に示すように、センサ出力は、約５秒
後にほぼ最高出力に達し、出力電圧は、約６〜７ｍＶで
ある。この応答時間は、赤外線センサとして使用可能な
値であり、また、出力電圧は、赤外線センサとして十分
に使用可能な値である。なお、赤外線吸収膜等の熱容量
をさらに小さくすることにより、応答時間をさらに短縮
することは可能である。

【００３２】次に、チョッパを用いた場合の図１に示す
赤外線センサの出力特性について説明する。図９は、チ
ョッパを用いた場合の赤外線センサの出力特性を測定す
るための第二の測定システムの構成を示すブロック図で
ある。本発明に係る赤外線センサは、チョッパを不要と
してセンサの構造を簡略化することを目的とするため、
チョッパの使用は不要である。しかしながら、チョッパ
を用いることによりセンサ出力のＳ／Ｎ比を大きくする
ことができるので、センサの出力特性をより正確に測定
するために本測定システムでは、チョッパを用いてい
る。また、本発明が適用された赤外線センサでは、上記
のように基本的にはチョッパを使用しないが、チョッパ
の使用を特に制限するものではなく、場合によっては、
チョッパを使用してもよい。

【００３３】図９に示すように、第二の測定システム
は、黒体炉２１、試料室２２、電源２３、チョッパ３
１、ロックインアンプ３２、チョッパ制御器３３、オシ
ロスコープ３４、コンピュータ３５、扇風機２６を含
む。図９に示す形態については、図７に示す第一の測定
システムと同一部分については同一符号を付し、以下詳
細な説明を省略する。

【００３４】黒体炉２１、試料室２２、電源２３、及び
扇風機２６は、第一の測定システムと同様である。赤外
線センサの二つの電極３ｂ、３ｃからの出力は、ロック
インアンプ３２に入力される。ロックインアンプ３２の
ゲインは、５０ｄＢである。ロックインアンプ３２の出
力は、オシロスコープ３４に入力される。オシロスコー
プ３４の出力は、ＲＳ２３２Ｃケーブルを介してコンピ
ュータ３５に入力される。また、図示しない受光素子に
よりチョッパ３１のチョッピング周波数が測定され、こ
の受光素子からの出力信号が、チョッパ制御器３３に入
力される。チョッパ制御器３３は、受光素子からの出力
信号を用いてチョッパ３１のチョッピング周波数を制御
するとともにロックインアンプ３２に出力される。上記
のように構成された測定システムを用いて、黒体炉２１
から放射される赤外線を一定のチョッピング周波数で断
続させ、チョッピング周波数に同期した赤外線センサの
交流出力を測定することにより、チョッパを使用した場
合の赤外線センサの出力特性を測定することができる。

【００３５】次に、上記の測定システムを用いて測定し
た赤外線センサの出力特性について説明する。図１０
は、図９に示す測定システムを用いて図１に示す赤外線
センサの出力特性を測定した結果を示す図である。な
お、測定は、０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、２Ｈｚ、１０Ｈｚの
４種類のチョッピング周波数で行った。

【００３６】図１０に示すように、センサの出力は、
０．５Ｈｚで、約１４０ｍＶ_P-P、１Ｈｚで、約９０ｍ
Ｖ_P-P、２Ｈｚで、約６０ｍＶ_P-P、１０Ｈｚで、約２６
ｍＶ_P-Pであった。これらの出力電圧は、赤外線センサ
として十分に使用可能な値である。

【００３７】本発明による赤外線センサは、従来公知の
赤外線センサが用いられてきた分野で使用することがで
きる。より具体的には、例えば、電子レンジ内の温度を
知るために赤外線を測定する赤外線センサなどが例示さ
れる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、ＣｒＮ_X薄膜を赤外線
感応膜として使用しているので、センサの耐環境性を向
上することができる。特に、ＣｒＮ_X薄膜は、窒素含有
率Ｘが０．１以上１．２以下の範囲であるので、良好な
抵抗率及び抵抗温度係数を有し、チョッパ等の機構が不
要となり、赤外線センサの構造を簡略化することができ
る。

【００３９】また、上記赤外線感応膜の厚さが、０．０
１μｍ以上１０μｍ以下の範囲では、抵抗値及び膜形成
時間が実用可能な範囲となる。

【００４０】また、上記赤外線センサの基板の厚さが、
１μｍ以上５００μｍ以下の範囲では、センサの歩留ま
り、応答感度、及び応答速度が実用可能な範囲となる。

【００４１】また、酸化クロムからなる赤外線吸収膜を
用いた場合、同一ターゲットを用いてＣｒＮ_X薄膜及び
酸化クロム膜を作成することができ、赤外線センサの製
造工程が簡略化され、赤外線センサの製造コストを削減
することができる。

【００４２】また、赤外線感応膜のブリッジ回路を構成
した場合、差動電圧を出力することができるので、赤外
線センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の赤外線センサの構成を
模式的に示す図である。

【図２】窒素含有率ＸとＣｒＮ_X薄膜の抵抗率との関係
を示すグラフである。

【図３】窒素含有率ＸとＣｒＮ_X薄膜の抵抗温度係数と
の関係を示すグラフである。

【図４】窒素含有率ＸとＣｒＮ_X薄膜の堆積速度との関
係を示すグラフである。

【図５】図１に示す赤外線センサの製造工程を説明する
ための図である。

【図６】図１に示す赤外線センサの等価回路図である。

【図７】赤外線センサの応答特性を測定するための第一
の測定システムの構成を示すブロック図である。

【図８】図７に示す測定システムを用いて図１に示す赤
外線センサの応答特性を測定した結果を示すグラフであ
る。

【図９】チョッパを用いた場合の赤外線センサの出力特
性を測定するための第二の測定システムの構成を示すブ
ロック図である。

【図１０】図８に示す測定システムを用いて図１に示す
赤外線センサの出力特性を測定した結果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１基板２ａ、２ｂＣｒＮ_X薄膜３ａ〜３ｄ電極４ａ〜４ｄ絶縁層５ａ、５ｂ赤外線反射膜６ａ、６ｂ赤外線吸収膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大江高彦奈良県吉野郡大淀町大字北野120−５ (72)発明者安達直祐大阪府豊中市緑丘２丁目10番18号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣｒＮ_X薄膜（但し、０．１≦Ｘ≦１．
２）からなる赤外線感応膜を備えることを特徴とする赤
外線センサ。
【請求項２】前記赤外線感応膜の厚さは、０．０１μ
ｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記
載の赤外線センサ。
【請求項３】前記赤外線感応膜が形成される基板をさ
らに含み、前記基板の厚さは、１μｍ以上５００μｍ以下である請
求項１又は請求項２記載の赤外線センサ。
【請求項４】前記赤外線感応膜上に形成され、赤外線
を吸収する赤外線吸収膜をさらに含み、前記赤外線吸収膜は、酸化クロムからなる請求項１から
請求項３までのいずれか一項記載の赤外線センサ。
【請求項５】前記赤外線感応膜の上部に形成され、赤
外線を吸収する第一及び第二赤外線吸収膜と、前記赤外線感応膜の上部に形成され、赤外線を反射する
第一及び第二赤外線反射膜と、前記赤外線感応膜上に形成され、前記赤外線感応膜と電
気的に接続される第一乃至第四電極とをさらに含み、前記第一電極は、前記第一赤外線吸収膜の下部の前記赤
外線感応膜の一端と前記第一赤外線反射膜の下部の前記
赤外線感応膜の一端とを電気的に接続し、前記第二電極は、前記第二赤外線吸収膜の下部の前記赤
外線感応膜の一端と前記第二赤外線反射膜の下部の前記
赤外線感応膜の一端とを電気的に接続し、前記第三電極は、前記第一赤外線吸収膜の下部の前記赤
外線感応膜の他端と前記第二赤外線反射膜の下部の前記
赤外線感応膜の他端とを電気的に接続し、前記第四電極は、前記第二赤外線吸収膜の下部の前記赤
外線感応膜の他端と前記第一赤外線反射膜の下部の前記
赤外線感応膜の他端とを電気的に接続し、前記第一及び第二電極間に所定電圧又は電流が供給さ
れ、前記第三電極の電圧と前記第四電極の電圧との差動電圧
を出力する請求項１から請求項３までのいずれか一項記
載の赤外線センサ。