JPH11142237A - 赤外線検出素子並びにこれを用いた赤外分光装置及び撮像素子 - Google Patents

赤外線検出素子並びにこれを用いた赤外分光装置及び撮像素子

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JPH11142237A
JPH11142237A JP9302479A JP30247997A JPH11142237A JP H11142237 A JPH11142237 A JP H11142237A JP 9302479 A JP9302479 A JP 9302479A JP 30247997 A JP30247997 A JP 30247997A JP H11142237 A JPH11142237 A JP H11142237A
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JP
Japan
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infrared
glass film
phosphate glass
detecting element
substrate
Prior art date
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Application number
JP9302479A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Hara
仁 原
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 用途限定がなく、応答速度が早い赤外線検出
素子を実現する。 【解決手段】 赤外光を赤外線吸収体で熱にしてその温
度変化を測温抵抗体により検出する赤外線検出素子にお
いて、基板と、この基板上に成膜される赤外線吸収体で
あるFe2+を含むリン酸塩ガラス膜と、このFe2+を含
むリン酸塩ガラス膜の上に形成される測温抵抗体とを備
え、基板とFe2+を含むリン酸塩ガラス膜との間に空間
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外光を熱にして
その温度変化を測温抵抗体により検出する赤外線検出素
子に関し、特に検出性能を向上させることが可能である
赤外線検出素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の赤外線検出素子としてはボロメー
タ等がある。ボロメータは赤外線を吸収することにより
赤外線を熱に変換し、この温度変化を測温抵抗体を用い
て検出して赤外線を検出するものである。
【0003】図3はこのような従来のボロメータの一例
を示す斜視図である。図3において1はSi等の基板、
2は赤外線吸収体であるSiO2 層、3はダイアフラ
ム、4はTi等の測温抵抗体、5はアルミニウム等によ
る配線、6はSiO2 層2とダイアフラム3との間に形
成される空間、7は梁である。
【0004】基板1上にはSiO2 層2が形成され、S
iO2 層2はエッチング等により空間6を有するような
ダイアフラム3を形成する。ダイアフラム3は梁7によ
り空中に支持されるような構造になっている。
【0005】ダイアフラム3上には測温抵抗体4が形成
され、SiO2 層2及び梁7の部分には配線5が形成さ
れる。そして、測温抵抗体4の両端には信号を取り出す
ための配線5がそれぞれ接続される。
【0006】ここで、図3に示す従来例の動作を説明す
る。ダイアフラム3を形成するSiO2 層2は赤外線吸
収体であり、入射された赤外線はSiO2 層2で吸収さ
れて熱になりダイアフラム3に温度変化が生じる。
【0007】ダイアフラム3上に形成された測温抵抗体
4の抵抗値はこの温度変化により変化するので配線5を
用いて測温抵抗体4の抵抗値を測定することにより、入
射された赤外線の強度を得ることができる。
【0008】また、ボロメータでは一般に熱コンダクタ
ンスや熱容量を小さくして赤外線検出能力や応答速度を
向上させている。
【0009】従って、図3に示す従来例ではダイアフラ
ム3を梁7で空中に支持すような構造にして熱コンダク
タンスや熱容量を小さくしている。
【0010】この結果、入射された赤外線の検出能力が
高く、応答速度の早い赤外線検出素子を構成することが
可能になる。
【0011】また、図4は従来の他のボロメータの一例
を示す斜視図である。図4において1aはSi等の基
板、2aは赤外線吸収体であるSiO2 層、3aはダイ
アフラム、6aは基板1aとダイアフラム3aとの間に
形成される空間、7aは梁、8はPt等の測温抵抗体で
ある。
【0012】基板1a上にはSiO2 層2aが形成さ
れ、基板1aをエッチング等により空間6a部分を形成
しSiO2 層2aをダイアフラム3aとして形成する。
この、ダイアフラム3aは梁7aにより空中に支持され
るような構造になっている。
【0013】ダイアフラム3a上には赤外線吸収効率を
高めるためブラックコーティングが施されると共に測温
抵抗体8が形成される。
【0014】また、SiO2 層2aの部分には図4中”
イ”及び”ロ”に示すような信号取り出し用のパターン
が形成され、このパターンには測温抵抗体8の両端がそ
れぞれ接続される。
【0015】ここで、図4に示す従来例の動作を説明す
る。ダイアフラム3aを形成するSiO2 層2aは赤外
線吸収体であり、入射された赤外線はSiO2 層2aで
吸収されて熱になりダイアフラム3aに温度変化が生じ
る。
【0016】ダイアフラム3a上に形成された測温抵抗
体8の抵抗値はこの温度変化により変化するので図4
中”イ”及び”ロ”に示すパターンを用いて測温抵抗体
8の抵抗値を測定することにより、入射された赤外線の
強度を得ることができる。
【0017】また、図4に示す従来例も図3の従来例と
同様にダイアフラム3aを梁7aで空中に吊るすような
構造にして熱コンダクタンスや熱容量を小さくしてい
る。
【0018】この結果、入射された赤外線の検出能力が
高く、応答速度の早い赤外線検出素子を構成することが
可能になる。
【0019】また、図5はSiO2 の赤外吸収特性を示
す特性曲線図であり、図5中”イ”の部分から分かるよ
うに”8〜12μm”の波長範囲で良好な吸収特性を有
している。
【0020】”8〜12μm”の波長範囲はWineの
変位則により被測定対象の温度に換算すると”−30℃
〜90℃”に相当し、赤外の熱画像を測定する素子とし
て適していることになる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図5中”イ”
の部分では透過率が一定ではなく入射される波長に応じ
て透過率が変化している。言い換えれば赤外吸収体であ
るSiO2 自体が分光特性を有していることになる。
【0022】このため、図3に示す従来例では赤外線吸
収体自体の分光特性により分光分析の精度に影響を与え
ると考えられるので、使用される用途が限定されてしま
うと言った問題点があった。
【0023】一方、図4に示す従来例ではダイアフラム
3aにブラックコーティングが施されているので、図5
中”イ”に示すような分光特性が生じることはないもの
のブラックコーティング部分の膜厚が厚くなりダイアフ
ラム3aの熱容量が大きくなって応答速度が遅くなると
言った問題点があった。従って本発明が解決しようとす
る課題は、用途限定がなく、応答速度が早い赤外線検出
素子を実現することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項1記載の発明は、赤外光
を赤外線吸収体で熱にしてその温度変化を測温抵抗体に
より検出する赤外線検出素子において、基板と、この基
板上に成膜される前記赤外線吸収体であるFe2+を含む
リン酸塩ガラス膜と、このFe2+を含むリン酸塩ガラス
膜の上に形成される前記測温抵抗体とを備えることによ
り、前記赤外線吸収体自体の分光特性がなくなり使用さ
れる用途限定なくなる。また、前記基板と前記Fe2+
含むリン酸塩ガラス膜との間に空間を設けることによ
り、Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜自体が赤外線吸収体
であり、尚且つ、支持体であるので熱容量が小さくなり
応答速度が早くなる。
【0025】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明である赤外線検出素子を赤外分光装置の受光素子とし
て用いることにより、応答速度が早くなる等の効果が生
じる。また、量子型素子とは異なり、波長依存性の少な
い受光素子のため測定感度が安定する。
【0026】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明である赤外線検出素子を撮像素子のアレイ化された複
数の受光素子として用いることにより、より広範囲の波
長領域の画像を撮像することが可能になる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図1は本発明に係る赤外線検出素子の一実施
例を示す構成断面図である。
【0028】図1において1bは基板、9は赤外線吸収
体であるFe2+を含むリン酸塩ガラス膜、10はTi等
の測温抵抗体、11a及び11bはリード線、12は基
板1bとFe2+を含むリン酸塩ガラス膜9との間に形成
される空間である。
【0029】基板1b上にはFe2+を含むリン酸塩ガラ
ス膜9が成膜され、基板1bの一部分にはエッチングな
どにより空間12が形成される。
【0030】また、Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜9の
上には測温抵抗体10が形成されて測温抵抗体10の両
端には信号取出用のリード線11a及び11bがそれぞ
れ接続される。
【0031】Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜9の成膜に
際してはガラス成分変化の少ないスパッタリング装置を
用いる。また、Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜9の膜厚
としてはFe2+を含むリン酸塩ガラス膜9が自立でき、
空間12を維持できる強度を有する程度の膜厚にする。
【0032】例えば、”100μm□”程度の支持構
造、すなわち、基板1bとFe2+を含むリン酸塩ガラス
膜9との間に形成される空間12が”100μm□”程
度の場合は”1μm”程度の膜厚となる。
【0033】ここで、図1に示す実施例の動作を説明す
る。図1中”イ”に示すように赤外線が入射されると、
Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜9において吸収されて光
から熱に変換される。
【0034】この発熱によりFe2+を含むリン酸塩ガラ
ス膜9及びその上に形成された測温抵抗体10の温度が
上昇して、この温度上昇に伴い測温抵抗体10の抵抗値
が変化する。
【0035】そして、リード線11a及び11bを用い
て測温抵抗体10の抵抗値を測定することにより、入射
された赤外線の強度を得ることができる。
【0036】また、赤外線吸収体であるFe2+を含むリ
ン酸塩ガラス膜9と基板1bとの間に空間12を有する
図1中”ロ”の部分を空中に吊るすような構造にして熱
コンダクタンスや熱容量を小さくしている。
【0037】ここで、図2はFe2+を含むリン酸塩ガラ
ス膜9の赤外吸収特性を示す特性曲線図であり、図2
中”イ”の部分から分かるように”8〜12μm”の波
長範囲で良好な吸収特性であり、尚且つ、透過率が前記
波長範囲で一定である。
【0038】すなわち、言い換えれば、”8〜12μ
m”の波長範囲においては赤外吸収体であるFe2+を含
むリン酸塩ガラス膜9自体には分光特性がないことにな
る。
【0039】従って、赤外線吸収体としてFe2+を含む
リン酸塩ガラス膜9を用いることにより、従来例で問題
であった赤外線吸収体自体の分光特性がなくなるので、
使用される用途限定なくなる。
【0040】また、Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜9自
体が赤外線吸収体であり、尚且つ、支持体であるので熱
容量が小さくなり応答速度が早くなる。
【0041】この結果、Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜
9を赤外線吸収体として用いることにより、用途限定が
なく、応答速度が早い赤外線検出素子を構成できる。
【0042】なお、図1に示す実施例では赤外線受光素
子自体に分光特性がないので赤外分光装置の受光素子と
して用いることが可能になる。
【0043】すなわち、図1に示す実施例を赤外分光装
置の受光素子として用いることにより、応答速度が早く
なる等の効果が生じる。また、量子型素子とは異なり、
波長依存性の少ない受光素子のため測定感度が安定して
いる。
【0044】また、図1に示す赤外線検出素子をアレイ
化して撮像素子を構成することにより、より広範囲の波
長領域の画像を撮像することが可能になる。
【0045】すなわち、図5に示す赤外吸収特性と比較
して図2に示す赤外吸収特性では”8〜12μm”の波
長範囲で分光特性がなく良好な吸収特性であるので、広
範囲の波長領域の画像を得ることが可能になる。
【0046】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項1の発明
によれば、Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜を赤外線吸収
体として用いることにより、用途限定がなく、応答速度
が早い赤外線検出素子が実現できる。
【0047】また、請求項2の発明によれば、本発明を
赤外分光装置の受光素子として用いることにより、応答
速度を早くすることができる。
【0048】また、請求項3の発明によれば、本発明の
赤外線検出素子をアレイ化して撮像素子を構成すること
により、より広範囲の波長領域の画像を撮像することが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る赤外線検出素子の一実施例を示す
構成断面図である。
【図2】Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜の赤外吸収特性
を示す特性曲線図である。
【図3】従来のボロメータの一例を示す斜視図である。
【図4】従来の他のボロメータの一例を示す斜視図であ
る。
【図5】SiO2 の赤外吸収特性を示す特性曲線図であ
る。
【符号の説明】
1,1a,1b 基板 2,2a SiO2 層 3,3a ダイアフラム 4,8,10 測温抵抗体 5 配線 6,6a,12 空間 7,7a 梁 9 Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜 11a,11b リード線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】赤外光を赤外線吸収体で熱にしてその温度
    変化を測温抵抗体により検出する赤外線検出素子におい
    て、 基板と、 この基板上に成膜される前記赤外線吸収体であるFe2+
    を含むリン酸塩ガラス膜と、 このFe2+を含むリン酸塩ガラス膜の上に形成される前
    記測温抵抗体とを備え、 前記基板と前記Fe2+を含むリン酸塩ガラス膜との間に
    空間を設けたことを特徴とする赤外線検出素子。
  2. 【請求項2】請求項1記載の赤外線検出素子を受光素子
    として用いることを特徴とする赤外分光装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の赤外線検出素子をアレイ化
    された複数の受光素子として用いることを特徴とする撮
    像素子。
JP9302479A 1997-11-05 1997-11-05 赤外線検出素子並びにこれを用いた赤外分光装置及び撮像素子 Pending JPH11142237A (ja)

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