JPS62119418A - 焦電形赤外検出薄膜素子 - Google Patents

焦電形赤外検出薄膜素子

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Publication number
JPS62119418A
JPS62119418A JP60260031A JP26003185A JPS62119418A JP S62119418 A JPS62119418 A JP S62119418A JP 60260031 A JP60260031 A JP 60260031A JP 26003185 A JP26003185 A JP 26003185A JP S62119418 A JPS62119418 A JP S62119418A
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JP
Japan
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pyroelectric
infrared detection
thin film
film
effective light
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Pending
Application number
JP60260031A
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English (en)
Inventor
Kunio Nakamura
中村 邦雄
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS62119418A publication Critical patent/JPS62119418A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/34Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は赤外線を利用して温度計測、地球資源観測、気
象観測、公害観測、防犯・防災監視、交通関係、熱管理
工程の監視計測を行う集光レンズ付の焦電形赤外検出薄
膜素子に関するものである。
従来の技術 集光レンズに直接赤外検出素子を密着し集光効率を高く
して赤外検出性能を改善した赤外検出器トシて、イマー
ジョンレンズ付す−ミスタ形赤外検出器がある。(電子
技術総合研究所調査報告第177号PP65〜66) 第2図にその例を示す。同図(a)は側面図、(b)は
底面図である。イマージョン形ゲルマニウムレンズ12
にサーミスタ素子11が密着している。
13.14は信号取り出しのための電極である。
15.16は各々信号取り出しのためのリード線である
このサーミスタ形赤外検出素子は、温度による抵抗変化
により赤外の熱吸収を検知するもので、一般的にはサー
ミスタ素子11の側端からリード線15.16を取り出
す構造になっている。
ゴマ−ジョン形ゲルマニウムレンズ12側に入射した赤
外光はレンズ12で集光されてサーミス夕素子11に入
射する。サーミスタ素子11は入射赤外光により温度が
上昇しその抵抗値が低下するので、リード線15.16
を介して流れる電流は大きくなる。この抵抗変化量によ
り入射赤外光を量的に検知し、各種測定を行うものであ
る。
一方、本出願人は先にサーミスタ素子以上の高感度を目
的として、第3図(a)(blに示すような集光レンズ
接着赤外検出素子を出願した。(特願昭60−8376
4号)図において、1は両面に電極3,4を形成した焦
電素子で、一方の電極側、たとえば電極4側を半球状の
ゲルマニウムレンズ2に接着させる。リード線取り出し
部は第4図(b)に示すように有効受光面から少し出張
った部分にkl蒸着膜Sを形成し、超音波ボンダーでリ
ード線6.7を接続する。
入射した赤外線は集光レンズ2で集光されて焦電素子1
に入射する。焦電素子は入射した赤外線に応じて焦電気
を発生し、信号取り出し電極3より取り出される。
発明が解決しようとする問題点 サーミスタ形赤外検出器は赤外線に対する感度が劣るの
で、焦電形赤外検出素子を使うことが望ましい。この焦
電形赤外検出素子は高感度を達成するためには小型、薄
板化が望まれ、例えば直径0.3鵡、厚さ10μm程度
の実績があるが、このように小型、薄板化されると取扱
いが非常に困難になり、製造の歩留りが大変悪い。すな
わち性能の観点からは、更に薄く、微少化することが望
ましいが、歩留りの観点からは大きく丈夫にすることが
望まれ、互いに相反する問題点を有している。
本発明は上記の相反する問題点を解決し、赤外検出感度
が大きく、かつ取扱いも容易で製造の歩上記問題点を解
決するために1本発明は有効受光面より大きな蒸着基板
に焦電形蒸着膜を蒸着し有効受光部の蒸着基板をエツチ
ング処理により除去して微小、薄膜状の焦電素子を形成
し、しかも比較的厚く、大きく機械的に強い蒸着基板番
こよって薄膜を支え、この焦電素子を赤外集光レンズに
直接接着するようにした焦電形赤外検出薄膜素子である
作    用 上記構成によれば、赤外検出素子あ有効受光面は斯く薄
く、赤外検出感度(S/N)向上に寄与している。一方
、残りの部分は十分厚いので、素子全体の機械的強度は
比較的強く、しかも集光レンズに直接接着されているの
で十分な強度を有することlこなる。機械的強度の小さ
い有効受光部は素子の中央部に位置し、周辺の厚い部分
で機械的に補強されるわけである。この厚い部分に信号
取出しのり一ド線が接続されるので素子が破損すること
なく、高い歩留りで素子の組上げが可能になる。
実施例 以下、本発明の実施例について図面とともに詳細に説明
する。第1図に本発明ζこよる焦電形赤外検出薄膜素子
を示す。同図(alは斜視図、同図(I))は同図(a
)のA−A′線断面図である。図において1は焦電形赤
外検出素子で、赤外集光レンズ2上に接着される。集電
形赤外検出素子についての詳細は後述する。3は焦電形
赤外検出素子1の一方の面に形成された信号取出電極で
、信号取出リード約5が接続されている。焦電形赤外検
出素子1の他面にはアース取出電極が設けられ、アース
取出補助電極7を介してアース取出リード約4が接続さ
れている。6は赤外集光レンズ2に形成された反射防止
膜である。
焦電形赤外検出素子1は同図(1))に示すように、M
gO基板12上にPTO膜11を形成し、P70膜11
の両面に信号取出し電極3とアース取出電極13が形成
される。これは例えば以下のようにして製作される。M
gO基板12はMgOの単結晶で形成され、これを蒸着
基板とする。このM g O基板12の被蒸着面は鏡面
研磨されている。基板寸法は1鵡四方である。この単結
晶基板12に通常のスパッタ蒸着でPTO単結晶の蒸着
膜11を形成する。蒸着条件についてはイイジマ他によ
る「プロシーデインダス・オブ・ザ・セカンド・センサ
ー・シンポジウム 1983年」 (K、 Iijima et al、、 A Pyro
clectric InfraredDetector
 Made  of  C−Axis 0riente
d  PbTi03Thin Film、  Proc
eedings  of The 2nd Senso
rSymposium、 1983 p、p、 〜)に
記述されたとおりである。PTO蒸着膜11は2μmの
厚さとし、MgO基板12のほぼ全面に蒸着した。次に
、リン酸にてMgO基板12の中央部を有効受光面(直
径0.3mグ)より若干大きめの(直径0.4smyI
)に、エツチングして、除去する。MgO基板12の厚
さは0.2 wnであり、直径0.4mmの円の縁部は
傾斜してエツチングされるので、PTO蒸着膜11に接
する面では直径約0.3wblとなる。即ち焦電形赤外
検出素子1は中央部が、直径約0.:lsO、厚さが2
μmのPTO膜11だけになる。
次に、エツチングによって現われた直径0.:lsmの
PTO膜1膜面1面号取出し電極3としてニクロムを蒸
着する。厚さはシート抵抗で、約400−一とする。第
1図に示すようにPTO蒸着膜11の直径0.:lsO
の中央部から周辺(対角方向)に向けて巾0.1mのニ
クロム蒸着膜をほどこし、更にこの蒸着膜上へAA蒸着
膜(厚さ1μm)を重ねる。
以上で、信号取出電極3が形成される。
アース取出電極13は、赤外集光レンズ2に接する面に
形成し、赤外入射側とする。アース取出電極13も信号
取出し電極3と同様にPTO蒸着膜11の反対側の中央
部(0,3sO)にニクロム電柱を蒸着する。厚さは、
シート抵抗で約350Ω−一とする。また巾0.1鵬で
、信号取出し電極3とは。
反対の対角方向へ周辺に向けてニクロム電極を蒸着する
。以上で、アース取出電極13が形成される。
両面とも電極が蒸着された焦電形赤外検出素子を、直径
、3as、厚さ2鵡の片凸ゲルマニウムレンズ2の平面
に導電性接着剤と絶縁性接着剤で接着する。ゲルマニウ
ムレンズ2の凸面は、R=2.5鵬とし、凸面及び平面
とも中心波長101Xnの反射防止膜6を蒸着しておく
。反射防止膜6は硫化亜鉛粉末を真空中で蒸発させ、厚
さは1o/4nμm(nは硫化亜鉛の屈折率で、約2.
2である。)とすればよい。
焦電形赤外検出素子1がマウントされる赤外集光レンズ
2の平面には第1図(a)に示すようにAl蒸着膜を焦
電形赤外検出素子のアース電極端部に重なる位置からレ
ンズ周辺に向けて巾0.3mで蒸着し、アース取出し補
助電極7とする。厚さは、1〜3μmとする。
このアース取出し補助電極7と焦電形赤外検出素子1の
アース取出電極13の重なる部分は導電性接着剤(エポ
キシテクノロジー社製のエポテックH−20Eなど)で
接着し、他の部分は絶縁性接着剤(同社製のエポテック
H−54など)で接着する。
次に、Au又はAlの微細線(直径30μm)を超音波
ボンディング技術により、アース取出補助電極7に付け
、アース取出しリード4とし、信号取出電極3にも同様
の方法で接続し、信号取出しリード5とする。以上で、
集光レンズ付焦電形赤外検出素子が出来上る。
PTO蒸着膜11の分極処理は、単結晶蒸着膜について
は、すてに蒸着したままの状態で分極されているので必
要ない。
本実施例による集光レンズ付焦電形赤外検出薄嘆素子は
赤外比検出能3 X 108cm H7′2/W (チ
ョッピング周波数160Hz)の高速応答高感度特性を
有し、歩留60%を達成した。この歩留は特開昭60−
83764号公報に示された従来の焦電形赤外検出素子
の歩留実績30チを大巾に上まわっている。
赤外検出感度特性については、直径0.3mm、厚さ1
0μmの従来の最薄の素子に比較してSハが約80チ向
上した。これは、素子厚さが2μmと115になり、ノ
イズが大略1/j「 に低減する効果と層えられる。
つぎに、MgO基板12にPTO膜11をスパッタ蒸着
する前に、MgO基板12とPTO膜12の間に白金(
Pt)単結晶膜を先にスパッタ蒸着する実施例について
説明する。白金単結晶膜の蒸着条件は前述した文献に記
述された通りである。
このPt膜厚は0.1μmとする。次に、PtO膜上に
p’ro単結晶膜12を蒸着する。Pt膜はMgO基板
11全面に蒸着するのでなく面内で蒸着し、端部には及
ばないようにする。PTO膜11はMgO基板12上に
ほぼ全面に蒸着しp’ro膜11がpt膜を全ておおい
かくずようにする。
MgO基板12は中央部0.1sOの大きさでエツチン
グにて除去する。本実施例ではPt膜が間に介在して、
エツチング処理の時のエツチング液からPTO膜11を
保護するので、エツチング処理が比較的容易である。
アース取出電極は、すてにPt膜が蒸着されているので
、0.1鵡巾のAl蒸着膜を中心部から素子の対角方向
へ周辺まで蒸着すればよい。
信号取出し電極3の形成および赤外集光レンズ2へのマ
ウント手順は前述の実施例と同一である。
この実施例は、歩留りが70%に向上した。すなわち、
エツチングが容易になった分だけ向上している。−万券
外検出感度特性については前述の実施例と同様の効果が
得られた。
発明の効果 以上のようtこ、本発明は有効受光面より大きな蒸着基
板に焦電材料膜を蒸着し、有効受光面に対応する部分の
蒸着基板を除去した後電極を形成した焦電形赤外検出素
子を赤外集光レンズに直接するようにした焦電形赤外検
出薄膜素子で、赤外噴出感度が大きく、製造の歩留りの
高い焦電形赤外検出素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b)は、本発明による焦電形赤外
検出薄膜素子の斜視図及び断面図、第2図(a)、 (
b)および第3図(a) 、 (blは各々従来の赤外
検出素子の断面側面図及び平面図である。 1・・・焦電形赤外検出素子、2・・・赤外集光レンズ
、°3・・・信号取出電極、11・・・PTO蒸着膜、
12・・・MgO基板。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はか1名第1
図 第2図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)蒸着基板上に焦電薄膜を蒸着し、前記蒸気基板の
    有効受光面に対応する部分を除去し、前記焦電薄膜の有
    効受光面に対応する両側の面に信号取出電極およびアー
    ス取出電極を形成し、前記アース取出電極側を赤外集光
    レンズに接着したことを特徴とする焦電形赤外検出薄膜
    素子。
  2. (2)蒸着基板上に白金単結晶膜が形成され、その上に
    焦電薄膜が形成された特許請求の範囲第1項記載の焦電
    形赤外検出薄膜素子。
  3. (3)蒸着基板が酸化マグネシウム単結晶、焦電薄膜が
    チタン酸鉛単結晶である特許請求の範囲第1項記載の焦
    電形赤外検出薄膜素子。
JP60260031A 1985-11-20 1985-11-20 焦電形赤外検出薄膜素子 Pending JPS62119418A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5558905A (en) * 1994-03-08 1996-09-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method of making a pyroelectric film sensing device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5558905A (en) * 1994-03-08 1996-09-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method of making a pyroelectric film sensing device

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