JPH11148862A - ブリッジ構造を有するセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入射赤外線を効率よく吸収できる赤外線セン
サを提供することにある。 【解決手段】 センサ素子は、基板１から離隔して形成
され、入射光を検出するための光検出部２と、前記光検
出部２の周辺部に前記基板１から離隔して形成された引
き出し部１１，１２と脚部３，４とからなる。また前記
光検出部２からの検出結果を前記基板１上のパターンに
接続するための配線部と、及び前記光検出部２から離隔
して形成され、入射光を集光して前記光検出部２に出力
するためのマイクロレンズ７とを具備する。前記光検出
部２の面積は、前記光検出部２と前記配線部との合計の
面積の１／２以下であり、このようにして、光検出部を
小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を検出する
ための、ブリッジ構造を有する非冷却型のセンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】センサ装置、例えば、赤外線センサで
は、多数のセンサ素子が二次元マトリクス状に配置さ
れ、赤外線による画像を得るイメージセンサとして用い
られている。赤外線センサは、最近では、ＩＣ製造技術
であるマイクロマシニング加工を利用して、半導体基板
上に超小形に製造されている。

【０００３】図１３は、マイクロマシニング加工を利用
して製造された非冷却型の従来の赤外線センサの素子構
造を示す斜視図であり、図１４は、その平面図である。

【０００４】従来の赤外線センサでは、半導体基板１上
に基板１から離隔されて光検出部２が形成されている。
光検出部２では、その表面に、温度によって抵抗値が変
化する材料で形成されたセンサ抵抗パターン５が形成さ
れている。光検出部２には引き出し部１１，１２と脚部
３，４が接続されている。光検出部２による検出結果は
引き出し部１１，１２と脚部３、４とを介して基板１に
形成された回路（図示せず）に接続されている。

【０００５】図１３と図１４から明らかなように、非冷
却型の赤外線センサは、常温で動作が可能である。従っ
て、冷却型のものに較べて、冷却部が不要であり、小形
になっている。しかしながら、センサ感度が低いため、
センサ感度の向上が重要な技術課題になっている。光検
出部２に入射される赤外線の熱量による抵抗値の変化を
電気信号としてとり出すボロメータ型の赤外線センサで
は、センサ感度を上げるためには以下の点を考慮する必
要がある。

【０００６】即ち、（１）光検出部２において吸収され
る赤外線の量を増やすこと、（２）光検出部２で発生さ
れるノイズを低減すること、（３）光検出部２への熱絶
縁性を改善すること等の点である。また、感度に加え
て、応答性を改善するためには、光検出部２の熱容量を
小さくすることが必要である。

【０００７】センサ抵抗パターン５の材料に求められる
重要な特性としては、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が高い
ことと雑音が小さいことが要求される。抵抗の温度係数
（ＴＣＲ）と抵抗率は、トレードオフの関係にある。セ
ンサ抵抗パターン５の材料が関係するもので現実的に問
題になる雑音は、抵抗性雑音および１／ｆ雑音である。
このうち、抵抗性雑音は抵抗値できまるので、光検出部
２を大型化すると抵抗値が増え、抵抗性雑音を減少させ
ることができない。従って、センサ抵抗パターン５の材
料の抵抗率はある程度小さいことが必要になる。この場
合、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）も小さくなり、センサ感
度を向上させることができない。

【０００８】光検出部２の熱容量を小さくするために
は、光検出部２の構成材料に比熱の小さいものを使用す
ること、光検出部２の膜厚を薄くすること、光検出部２
の面積を小さくすることが考えられる。しかしながら、
製造プロセスの関係から、光検出部２には一般にシリコ
ン酸化物あるいはシリコン窒化物が用いられており、使
用可能な材料は限られている。光検出部が基板１から離
隔されている場合、光検出部２の膜厚を薄くすること
は、強度の観点から問題がある。従って、光検出部２の
熱容量を小さくするためには光検出部２の面積を小さく
することが望まれる。

【０００９】一方、光検出部２による赤外線の吸収量を
上げるためには、光検出部２の面積を大きくすることが
考えられる。しかしながら、光検出部の面積を増加させ
ると、赤外線センサそのものが大型化してしまう。ま
た、分解能も低下する。さらに、光検出部２の熱容量を
小さくすることと矛盾する。また、光検出部２を基板１
から離隔している場合、大面積の光検出部２を支持する
ことは困難である。従って、光検出部２の面積を変える
ことなく、光検出部２による赤外線の吸収量を上げるた
めに、レンズを使用することが考えられた。そのよう
な、赤外線センサが、特開平９−１１３３５２号公報に
開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この引例によれば、赤
外線はレンズにより集光され、光検出部に照射されてい
る。しかしながら、赤外線を単にレンズにより集光して
光検出部に照射しただけでは、光検出部が薄い場合、集
光された赤外線は光検出部により十分に吸収されること
なく光検出部を透過してしまう。一般に、光検出部２の
厚みは０．１〜１．０μｍ程度とかなり薄い。この程度
の厚みをもった単層膜では８〜１２μｍ程度の波長の赤
外線を充分に吸収することができない。このため、赤外
線の吸収量を向上させるために、何らかの対策が必要で
ある。

【００１１】更に、光検出部２のセンサ感度を上げるた
めには、光検出部２への熱絶縁性を向上させることが必
要である。このためには、引き出し部１１，１２と脚部
３，４を熱伝導率の低い材料で形成することが考えられ
る。また、引き出し部１１，１２と脚部３，４を薄く、
細く、長くして熱抵抗の高い構造にすることが考えられ
る。このとき、引き出し部１１，１２と脚部３，４を薄
く、細く、長くしすぎると、引き出し部１１，１２と脚
部３，４の強度の問題が発生する。

【００１２】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものである。従って、本発明の目的は、センサ感度
の優れた赤外線センサを提供することにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、入射赤外線を
効率よく吸収できる赤外線センサを提供することにあ
る。

【００１４】また、本発明のさらに他の目的は、熱絶縁
性に優れた光検出部を有する赤外線センサを提供するこ
とにある。

【００１５】また、本発明の他の目的は、高強度構造を
有する赤外線センサを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線センサ
は、基板から浮かせた光検出部を脚部によって基板上に
支持するブリッジ構造をとるようにした非冷却型の赤外
線センサにおいて、光検出部上にマイクロレンズを設け
て、そのマイクロレンズによって集光された赤外線が照
射されるセンサ部の面積が基板から浮かせた全領域の面
積の１／２以下になるようにしたことを特徴とする。赤
外線センサでは、脚部の長手方向に沿って補強段が設け
ていることが望ましい。

【００１７】また、本発明の赤外線センサは、基板から
光検出部を浮かせたブリッジ構造をとるとともに、光検
出部を通過した赤外線が反射して光検出部に再入力する
共振構造をとる赤外線センサにおいて、入射する赤外線
を集光し、かつその集光した赤外線を光検出部に対して
垂直に出射する特性をもったマイクロレンズを設けたこ
とを特徴とする。マイクロレンズは光検出部から隔離し
て設けることが望ましい。光検出部の下方に、センサ部
を通過した赤外線を反射させる赤外線反射部を設けるこ
とも望ましい。

【００１８】このように、センサ素子では、基板から離
隔して形成され、センサ素子の全体の面積の１／２以下
の面積を有し、入射光を検出するための光検出部を具備
する。前記光検出部の周辺部には前記基板から離隔して
形成された引き出し部が提供され、脚部は、前記引き出
し部に接続され、前記光検出部を支持している。前記光
検出部からの検出結果は配線部により前記基板上の処理
回路に接続されている。センサ素子は、前記光検出部か
ら離隔して形成され、入射光を集光して前記光検出部に
出力するためのマイクロレンズを更に具備してもよい。
このようにして、光検出部を小さくすることができる。

【００１９】また、センサ素子は、センサ素子では、基
板から離隔して形成され、センサ素子の全体の面積の１
／２以下の面積を有し、入射光を検出するための光検出
部を具備する。前記光検出部の周辺部には前記基板から
離隔して形成された引き出し部が提供され、脚部は、前
記引き出し部に接続され、前記光検出部を支持してい
る。前記光検出部からの検出結果は配線部により前記基
板上の処理回路に接続されている。マイクロレンズは、
前記光検出部から離隔して形成され、入射光を集光して
実質的な平行光を前記光検出部に出力する。

【００２０】光センサは、前記光検出部の下方に反射膜
を更に具備しても良い。この場合、前記光検出部と前記
反射膜との距離は実質的に１／λ（λは入射光の中心波
長）であることが望ましい。これにより、前記光検出部
が入射光を効率よく吸収することができる。

【００２１】前記マイクロレンズは、前記入射光を透過
するレンズ基板と、前記レンズ基板上に設けられ、前記
入射光を透過するレンズとから構成されてもよい。

【００２２】また、前記マイクロレンズは、平行に入射
される前記入射光を集光するための第１の曲面と、前記
集光光を実質的に平行光として出力するための第２の曲
面を有してもよい。この場合、前記第１の曲面の曲率半
径は、前記第２の曲率半径より小さいことが望ましい。

【００２３】前記マイクロレンズは、複数の層の積層構
造を有し、前記積層構造の最上層の上面は、前記第１の
曲面であり、前記積層構造の最下層の底面は、前記第２
の曲面であってもよい。

【００２４】また、前記マイクロレンズは、第１の曲面
を有する第１の層と、第２の曲面を有する第２の層の積
層構造を有しても良い。

【００２５】前記マイクロレンズの前記第２の曲面に対
応する領域の面積は、前記マイクロレンズの前記第１の
曲面に対応する領域の面積の１／４以下であることが望
ましい。これにより、光検出部を小さく構成することが
できることになる。また、前記光検出部の面積は、前記
光検出部、前記引き出し部及び脚部を含むセンサ全体の
合計面積の１／２以下であることが望ましい。

【００２６】前記配線部の前記引き出し部は、前記光検
出部の少なくとも１／２周回以上前記光検出部を囲むよ
うに配置されていることが望ましい。このように前記引
き出し部を長くすることにより、前記光検出部の熱絶縁
性を向上させることができる。

【００２７】また、前記配線部の前記引き出し部と前記
脚部には補強部が形成されていることが望ましい。これ
により、前記引き出し部と前記脚部を細く、長くしても
強度を持たせることが可能となる。

【００２８】また、前記光検出部の周辺の少なくとも一
部には補強部が形成されれば、前記光検出部を薄く形成
することができ、センサ感度の向上と応答速度の向上を
図ることができる。

【００２９】本発明の発明に係わる前記センサ素子は赤
外線センサ素子であり、前記入射光は赤外線であり、前
記光検出部には０．０５Ωｃｍ以上０．５Ωｃｍ以下の
抵抗率を有する材料、例えば、酸化バナジウムＶＯｘか
らなるパターンが形成されていてもよい。前記光検出部
を小さく形成することができるので、抵抗率は高いが温
度係数の大きい材料を赤外線センサの光検出部に使用す
ることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明のセンサについて、赤外線センサを例にとり詳細に説
明する。

【００３１】本発明の第１の実施形態による赤外線セン
サについて説明する。本発明の第１の実施形態による赤
外線センサは複数の赤外線センサ素子がマトリクス状に
配列されている。

【００３２】図１は、本発明の第１の実施形態による赤
外線センサの断面図を示している。図１を参照して、半
導体基板１の上に基板１から離隔して赤外線センサ素子
の光検出部２が設けられている。これにより、光検出部
２は、基板１から熱的に絶縁されている。

【００３３】各光検出部２に対応するマイクロレンズ７
が、レンズ基板８の上に設置されている。マイクロレン
ズ７とレンズ基板８により赤外線を集束するレンズ部が
構成される。マイクロレンズ７とレンズ基板８は、赤外
線を透過する材料、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＩｎＰ、Ｚｎ
Ｓｅ、ＣｄＳｅなどの半導体材料、あるいはプラスチッ
ク等の樹脂材料から形成されている。

【００３４】マイクロレンズ７とレンズ基板８は異なる
材料で形成されていてもよい。また、同一の材料で一体
として形成されていても良い。また、マイクロレンズ７
は、図では凸型に示されているが、フレネルレンズの形
状を持っていても良い。

【００３５】レンズ基板８のマイクロレンズ７と対向す
る側には凹部が形成されている。マイクロレンズ７が形
成された、あるいは設置されたレンズ基板８は、基板１
の上に設置される。このとき、レンズ基板８の凹部が真
空状態または真空に近い状態になるように、基板１とレ
ンズ基板８は接合され、封止される。これにより、光検
出部２は、マイクロレンズ７とレンズ基板８からなるレ
ンズ部から熱的に絶縁されている。

【００３６】図２は、本発明の第１の実施形態による赤
外線センサの１つの画素である赤外線センサ素子の構造
を示す斜視図である。赤外線センサ素子は、入射する赤
外線の熱による抵抗値の変化を電気信号として出力する
ボロメータ型のものである。図２を参照して、第１の実
施形態による赤外線センサ素子について説明する。

【００３７】図２において、第１の実施形態による赤外
線センサ素子は、半導体基板１上に基板１から離隔して
設けられた赤外線光検出部２と、光検出部２の上に、光
検出部２から離隔して設けられたマイクロレンズのマイ
クロレンズ７とからなる。こうして、ブリッジ構造の光
検出部２が形成されている。

【００３８】マイクロレンズ７は、赤外線センサ素子の
全領域を覆うように設けられている。これにより、赤外
線センサ素子領域に入射される全赤外線を集光すること
ができる。マイクロレンズ７の表面には、スパッタリン
グやＣＶＤによって、ダイアモンドライクカーボン等か
らなる反射防止膜が形成されている。

【００３９】光検出部２は、シリコン窒化物やシリコン
酸化物からなっている。光検出部２は、できるだけ熱容
量を小さくするように、薄型に形成される。こうして、
センサ感度及び応答速度を向上させることができる。

【００４０】光検出部２の表面には、温度によって抵抗
値が変化するセンサ抵抗パターン５が形成されている。
赤外線が入射されたとき、その熱量によりセンサ抵抗パ
ターン５の抵抗値が変化し、その変化が検出される。従
って、センサ抵抗パターン５の材料は高い温度係数を持
つ材料を使用することが望ましい。第１の実施形態で
は、センサ抵抗パターン５の材料には、チタン等の金属
や酸化バナジウム等の半導体が用いられる。

【００４１】光検出部２の下の基板１の表面には、光検
出部２からの信号を処理するための処理回路部（図示せ
ず）が設けられている。図３に示すように、光検出部２
の周囲には、光検出部２での検出結果を基板１の回路部
に接続するための引き出し部１１、１２と、該引き出し
部１１，１２に接続された脚部３、４が設けられてい
る。引き出し部１１、１２と、脚部３、４は、光検出部
２を囲むように設けられている。こうして、光検出部
２、引き出し部１１、１２と、脚部３、４とは、矩形の
領域を形成している。

【００４２】図３に示されるように、引き出し部１１，
１２と脚部３，４にも光検出部２のセンサ抵抗パターン
５と同じ材料からなるパターンが形成されている。これ
により、引き出し部１１，１２と脚部３、４、基板上の
パターン（配線部）を介して、光検出部２と基板１に形
成されている処理出力部とが電気的に接続される。

【００４３】尚、処理回路部は光検出部２の下では無
く、他の領域に複数の赤外線センサ素子用に処理回路部
を集中的に設けても良い。このときには、脚部３、４か
らその回路部への配線部が基板１の表面上に形成され
る。

【００４４】また、光検出部２をさらに小さくすること
ができれば、図１２に示されるように、引き出し部１
１，１２と脚部３、４からなる配線部をさらに長くとる
ことが可能となり、光検出部２の熱絶縁性をさらに改善
することができる。

【００４５】また、引き出し部１１，１２と脚部３、４
のパターンはセンサ抵抗パターン５の材料と異なる金属
材料で形成されてもよい。

【００４６】以上のように、本発明の赤外線センサは、
基板１から光検出部２が離隔されたブリッジ構造をとる
非冷却型の赤外線センサである。

【００４７】図４は、マイクロレンズ７の断面を示す。
図４に示すように、赤外線センサ素子の領域に入射する
赤外線はマイクロレンズ７によって集光され、光検出部
２に向かって照射される。これにより、光検出部２の面
積を小さくすることができる。

【００４８】マイクロレンズ７の具体的な形状として
は、例えば、各部寸法として、ａ＝１μｍ、ｂ＝２００
μｍ、ｃ＝５０μｍ、ｄ＝２５μｍ、ｅ＝２μｍの程度
になるように形成される。レンズ球面の形成には約１μ
ｍの凸加工が必要であるが、それは通常の半導体フォト
プロセスを改良したグレートーンマスク法によって可能
である。

【００４９】ここでは、レンズ口径５０μｍ×５０μｍ
のものを用いて、２５μｍ×２５μｍの面積、即ち赤外
線センサ素子の領域の１／４の領域の光検出部２に赤外
線が集光されている。

【００５０】このとき、図３に示されるように、光検出
部２の面積は、基板１から離隔されている部分、即ち光
検出部２、引き出し部１１，１２、及び脚部３，４から
なる四辺形のセンサ素子全体の面積の１／２以下になる
ようにすることが望ましい。

【００５１】このように、図３及び図４から明らかなよ
うに、本発明によれば、マイクロレンズ７で集光された
赤外線が照射される光検出部２の面積を、光検出部２と
配線部の合計面積の１／２以下の小さい面積とすること
により、光検出部２による赤外線の吸収量を良好に保つ
ことができる。

【００５２】また、図３から明らかなように、光検出部
２を囲むように、光検出部２の周囲に引き出し部１１，
１２と脚部３，４を設けることにより、全体の大きさが
不変のままで引き出し部１１、１２と脚部３，４を長く
することができる。引き出し部１１，１２の長さは、光
検出部２を１／２回以上周回すること、あるいは５０μ
ｍ以上長さであることが望ましい。図３の第１の実施形
態では、引き出し部１１，１２光検出部２の周りを１周
回しており、引き出し部１１，１２の長さは、約１００
μｍである。従って、光検出部２に対する熱絶縁性を高
めることができる。これにより、構造上、センサ感度を
向上させることができるようになる。

【００５３】また、本発明のよれば、以下に述べるよう
に、電気的特性の面からも、センサ感度を有効に高める
ことができるようになる。

【００５４】図３において、光検出部２上に配置された
センサ抵抗パターン５の材料に求められる重要な特性と
しては、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が高いことと雑音が
小さいことが要求される。センサ抵抗パターン５の材料
が関係するもので現実的に問題になる雑音は抵抗性雑音
および１／ｆ雑音である。このうち、抵抗性雑音は、抵
抗値が大きくなるに従って大きくなるので、センサ抵抗
パターン５の材料の抵抗率はある程度小さいことが必要
になる。しかしながら、図５に示すように、センサ抵抗
パターンの材料の温度係数（ＴＣＲ）と抵抗率は、トレ
ードオフの関係にある。

【００５５】本発明によれば、マイクロレンズ７により
入射赤外線が集光され、光検出部２に照射されている。
従って、光検出部２の面積を小さくできるので、センサ
抵抗パターン５の配線長を短くできる。そのため、セン
サ抵抗パターン５として温度係数の高い材料を選択して
も、センサ抵抗パターンの抵抗値を低く抑えることが可
能になる。

【００５６】センサ抵抗パターン５の材料の抵抗率は、
０．０５Ωｃｍから０．５Ωｃｍの範囲が望ましい。こ
のように、本発明の赤外線センサでは、抵抗率の高い材
料をセンサ抵抗パターン５に使用することができるの
で、センサ抵抗パターン５の材料に温度係数（ＴＣＲ）
の高いものを用いることができ、センサ感度を高めるこ
とができる。

【００５７】第１の実施形態では、センサ抵抗パターン
５の材料として酸化バナジウム（ＶＯｘ）が用いられて
いる。第１の実施形態では、抵抗率は０．１Ωｃｍであ
る。酸化バナジウム（ＶＯｘ）は、組成を変えることで
容易に抵抗率を変えることができるので、光検出部２の
センサ抵抗パターン５の形状に基づいて所望の抵抗値を
もつセンサ抵抗パターン５を形成することができる。

【００５８】上記のように、本実施形態によれば、光検
出部２の面積をセンサ素子の全面積の１／２以下にする
ことができるので、センサ素子の全面積に等しい面積を
持つ従来の光検出部と較べて、本実施形態の光検出部２
は約４倍以上の温度変化を受けることになる。これは、
従来と較べて約４倍以上の感度の向上に対応する。ま
た、実体的には従来のセンサ素子の全面積に等しい面積
を持つ光検出部２のセンサ抵抗パターン５の材料の抵抗
率が０．０１Ωｃｍとすれば、図５を参照して、温度係
数は−１．７５％／Ｋである。これに対して、本実施形
態では、０．１Ωｃｍの抵抗率を有する材料が使用可能
である。この場合の温度係数は、−２．８％／Ｋ程度で
あり、約１．６倍の感度の向上が期待できる。また、こ
のとき、光検出部２の面積を、光検出部と配線部の合計
の面積の１／２以下にすれば、光検出部の熱絶縁性を向
上させることができ、全体として６．４倍以上願度が向
上することになる。

【００５９】次に、本発明の第２の実施形態による赤外
線センサについて説明する。

【００６０】図６は、本発明の第２の実施形態による赤
外線センサの構造を示す断面図である。図６を参照し
て、第２の実施形態による赤外線センサは、図２に示さ
れる第１の実施形態による赤外線センサと同様に光検出
部２のブリッジ構造を有する。加えて、基板１の上面に
は赤外線の反射膜１３が形成されている。また、集光用
のマイクロレンズ７は、赤外線源に面して凸に形成さ
れ、赤外線源と反対側では凹に形成されている。

【００６１】従来では、図７に示されるように、マイク
ロレンズ７に第２面が形成されていないので、マイクロ
レンズ７により集光された赤外線は、光検出部２に垂直
な方向からある角度をもって斜めに光検出部２に入射
し、また、反射膜１３により斜めに反射されていた。こ
のため、反射膜１３を設けても、光検出部２による赤外
線の吸収量を十分に向上させることができなった。

【００６２】これに対して、図６の第２の実施形態によ
る赤外線センサでは、入射する赤外線が、Ｇｅからなる
マイクロレンズの第１面１４でマイクロレンズ７の中心
方向に屈折され、集光される。マイクロレンズ７の第２
面では、集光された赤外線は光検出部２に対してほぼ垂
直な方向に出射される。こうして、第１面１４の曲率半
径は、第２面１５の曲率半径より大きくなっている。

【００６３】また、第２の実施形態による赤外線センサ
素子では、基板１の表面には、反射膜１３が形成されて
いる。光検出部２は、基板１との距離が１／λ（λ：光
検出部２に入射する赤外線の中心波長）程度になるよう
に設置されている。このため、光検出部２を通過した赤
外線がほぼ垂直に反射膜１３に入射され、反射膜１３に
より反射されて再度光検出部２に入射する。いわゆる共
振構造が形成されている。

【００６４】こうして、基板１の表面に赤外線反射膜１
３が形成されているので、光検出部２を通過した赤外線
の反射が効果的に行われて、光検出部２での赤外線の吸
収量がより高められる。従って、光検出部２のセンサ感
度を向上させることができる。尚、断熱効果を上げるた
めに、光検出部２の雰囲気は真空に近い状態にある。

【００６５】図８は、マイクロレンズ７の代表的な形状
を示しており、例えば、各部寸法として、ａ＝１μｍ、
ｂ＝２００μｍ、ｃ＝５０μｍ、ｄ＝２５μｍ、ｅ＝２
μｍの程度になるように形成される。レンズ球面の形成
には約１μｍの凸加工が必要であるが、それは通常の半
導体フォトプロセスを改良したグレートーンマスク法に
よって可能である。

【００６６】ここでは、レンズ口径５０μｍ×５０μｍ
のものを用いて、２５μｍ×２５μｍの面積、即ち赤外
線センサ素子全体の面積の１／４の領域に赤外線が集光
され、光検出部２に照射されることになる。

【００６７】上述のように、マイクロレンズ７は、垂直
に入射する赤外線Ｐをマイクロレンズ７により集光され
た状態で平行に出射するように設計されているので、マ
イクロレンズ７に入射した赤外線Ｐの全てが光検出部２
に垂直に照射されることになる。そのため、光検出部２
と基板１もしくは赤外線反射膜１３との間における共振
特性が何ら損なわれることなく、光検出部２での赤外線
の吸収が向上する。

【００６８】次に、本発明の第３の実施形態による赤外
線センサについて説明する。本発明の第３の実施形態に
よる赤外線センサは、基本的な構造は、第２の実施形態
と同様である。相違点は、マイクロレンズ７の構造にあ
る。従って、マイクロレンズ７についてのみ説明する。

【００６９】図９は、本発明の第３の実施形態による赤
外線センサで使用されるマイクロレンズ７の構造を示す
図である。図９を参照して、マイクロレンズ７は、第１
膜７１、第２膜７２の積層構造を有する。

【００７０】第１膜７１は、赤外線を透過するＧｅ等か
らなり、光検出部２に対応する部分に凸部を有する。第
１膜７１は、平坦部で数百μｍの膜厚を有する。第２膜
７２は、ポリエチレンなどの樹脂材料で形成され、数μ
ｍから数十μｍの膜厚を有する。第２膜７２は、第１膜
７１の表面に沿って形成されている。

【００７１】使用されるポリエチレンの屈折率は、約
１．５であり、使用されるＧｅの屈折率は、約２であ
る。こうして、第１膜７１の屈折率は、第２膜７２の屈
折率よりも大きくなっている。

【００７２】第３の実施形態の構造では、マイクロレン
ズ７の周囲の屈折率と、マイクロレンズ７の第１膜と第
２膜の屈折率と、第１面１４の曲率半径と第２面の曲率
半径を適切に選択することにより、入射赤外線を所望の
範囲に集光し、さらに平行光として光検出部に垂直に出
力することができる。

【００７３】こうして、第３の実施形態では、第１面１
４の曲率半径を第２の実施形態の場合における第１面の
曲率半径よりも小さくすることができるので、赤外線を
より小さいスポットに絞り込むことができる。こうし
て、光検出部２のセンサ感度をさらに向上させることが
できる。

【００７４】次に第３の実施形態の変形例を図１０を参
照して説明する。この変形例では、マイクロレンズ７が
多層構造を持つように形成されている。この場合も、第
３の実施形態と同様に、マイクロレンズ７の周囲の屈折
率と、マイクロレンズ７の第１膜と第２膜の屈折率と、
第１面１４の曲率半径と第２面の曲率半径を適切に選択
することにより、入射赤外線を所望の範囲に集光し、さ
らに平行光として光検出部に垂直に出力することがき
る。

【００７５】次に、本発明の第４の実施形態による赤外
線センサについて説明する。本実施例は、第１から第３
実施例に適用可能である。

【００７６】図１１は、本発明の第４の実施形態による
赤外線センサの引き出し部１１，１２及び／或いは脚部
３，４の一端側或いは両端側の長手方向に沿って設けら
れる補強段６を示す斜視図である。

【００７７】本発明の赤外線センサでは、引き出し部１
１，１２及び脚部３，４を薄く、細く、長くして熱抵抗
の高め、光検出部２の熱絶縁性を高めることがセンサ感
度の向上の為に必要である。しかしながら、引き出し部
１１，１２及び脚部３，４を単に薄く、細く、長くする
と、機械的に弱くなり、赤外線センサ素子の破損の危険
が高まる。そこで、引き出し部１１，１２及び脚部３，
４の一端側に長手方向に沿って補強段６が形成されてい
る。

【００７８】尚、補強段６は、引き出し部１１，１２及
び脚部３，４の両端側に長手方向に沿って設けられても
よい。また、光検出部２の周囲に補強段６が設けられて
もよい。この場合、光検出部２を薄くすることができ、
熱容量を小さくできるようになる。こうして、引き出し
部１１，１２及び脚部３，４を高強度構造にすることが
できる。従来の引き出し部及び脚部が単なる平板状に形
成されていることと較べて、一桁以上高い構造上の強度
を得ることができる。

【００７９】本発明は、以上説明したボロメータ型の赤
外線センサに限らず、その他焦電型、熱電対型などの全
ての非冷却型のものに適用が可能である。

【００８０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の非冷却型の
センサによれば、光検出部上に設けられたマイクロレン
ズにより集光された入射光が照射される光検出部の面積
が、基板から離隔された領域の面積の１／２以下になる
ように設計されている。

【００８１】この結果、光検出部の面積を小さくして光
検出部のセンサ感度を向上させることができる。また、
入射光が赤外線のとき、その熱容量を有効に抑制するこ
とができ、引き出し部及び脚部を長くして光検出部の熱
絶縁性を高くすることができる。

【００８２】また、入射する赤外線を集光し、かつその
集光した赤外線を光検出部に対して垂直に出射する特性
をもったマイクロレンズが設けられているので、光検出
部の熱容量を増加させることなくフィルファクターを向
上させることができる。

【００８３】また、基板から光検出部が離隔されるブリ
ッジ構造が採用され、また、光検出部をほぼ垂直に通過
した赤外線が反射膜により反射されて光検出部に再入力
される共振構造が採用されている。従って、光検出部に
よる赤外線の吸収を向上させることができる。

【００８４】また、面積の小さい光検出部が実現できる
ので、センサ抵抗パターンに使用される材料として、抵
抗率の高い材料を使用することができる。抵抗率の高い
材料は、一般に温度係数が大きいので、光検出部のセン
サ感度を向上させることができる。

【００８５】このように、本発明によれば、光検出部で
の赤外線の吸収を効率良く行わせて、センサ感度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による赤外線センサの
構造を示す正面断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による赤外線センサの
センサ素子の構造を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施形態によるセンサ素子の構
成を示す平面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態による赤外線センサの
センサ素子に用いられるマイクロレンズの正面断面図で
ある。

【図５】本発明の第１の実施形態による光検出部のセン
サ抵抗パターンの材料の温度係数（ＴＣＲ）と抵抗率の
関係を示すグラフである。

【図６】本発明の第２の実施形態による赤外線センサの
センサ素子の構成を示す性断面図である。

【図７】従来の赤外線センサ素子での光検出部による赤
外線の吸収を説明するためのずである。

【図８】本発明の第２の実施形態による赤外線センサの
センサ素子で使用されるマイクロレンズの例を示す断面
図である。

【図９】本発明の第３の実施形態による赤外線センサの
センサ素子で使用されるマイクロレンズの例を示す断面
図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態の変形例による赤外
線センサのセンサ素子で使用されるマイクロレンズの例
を示す断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施形態による赤外線センサ
のセンサ素子における高強度構造を有する配線部の一部
を示す斜視図である。

【図１２】本発明の第１の実施形態による赤外線センサ
のセンサ素子の他の例を示す平面図である。

【図１３】従来の赤外線センサにおけるセンサ素子の構
成を示す斜視図である。

【図１４】従来の赤外線センサ素子におけるブリッジ構
造体の平面図である。

【符号の説明】

１： 半導体基板 ２： 光検出部 ３、４： 脚部 ５： センサ抵抗パターン ６： 補強段 ７： マイクロレンズ ８： レンズ基板 １１，１２： 引き出し部 １３： 反射膜 １４： 第１の面 １５： 第２の面 ７１： 第１の層 ７２： 第２の層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板から浮かせた光検出部を脚部によって
   基板上に支持するブリッジ構造をとるようにした非冷却
   型の赤外線センサにおいて、光検出部上にマイクロレン
   ズを設けて、そのマイクロレンズによって集光された赤
   外線が照射されるセンサ部の面積が基板から浮かせた全
   領域の面積の１／２以下になるようにしたことを特徴と
   する赤外線センサ。
2. 【請求項２】脚部の長手方向に沿って補強段を設けたこ
   とを特徴とする前記第１項の記載による赤外線センサ。
3. 【請求項３】基板から光検出部を浮かせたブリッジ構造
   をとるとともに、光検出部を通過した赤外線が反射して
   光検出部に再入力する共振構造をとる赤外線センサにお
   いて、入射する赤外線を集光し、かつその集光した赤外
   線を光検出部に対して垂直に出射する特性をもったマイ
   クロレンズを設けたことを特徴とする赤外線センサ。
4. 【請求項４】マイクロレンズを光検出部から隔離して設
   けたことを特徴とする前記第３項の記載による赤外線セ
   ンサ。
5. 【請求項５】光検出部の下方に、センサ部を通過した赤
   外線を反射させる赤外線反射部を設けたことを特徴とす
   る前記第３項の記載による赤外線センサ。