JPS63280452A - 焦電型赤外線撮像素子 - Google Patents
焦電型赤外線撮像素子Info
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- JPS63280452A JPS63280452A JP62115017A JP11501787A JPS63280452A JP S63280452 A JPS63280452 A JP S63280452A JP 62115017 A JP62115017 A JP 62115017A JP 11501787 A JP11501787 A JP 11501787A JP S63280452 A JPS63280452 A JP S63280452A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
- H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
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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。
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、焦電効果を利用し、物体からその温度に応じ
て放射される赤外線を検知し、物体の赤外像を得るため
の焦電型赤外線撮像素子に関するものである。
て放射される赤外線を検知し、物体の赤外像を得るため
の焦電型赤外線撮像素子に関するものである。
従来の技術
従来、物体からその温度に応じて放射される赤外線を利
用し、物体の赤外像を得るものとして、赤外線の検出方
法により量子型と熱型のものとが知られている。このう
ち熱型であって、赤外線の検出に焦電効果を利用し、発
生した信号電荷を、半導体上に形成した信号読み出し機
能を用いて読み出す赤外線撮像素子として、例えばイン
フラレッド−７４ジツクス 第１９巻 ５０７頁（Ｉｎ
ｆｒａｒｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ、 １９． Ｐ
５０７． １９７９）等に記載された構成が知られてい
る。
用し、物体の赤外像を得るものとして、赤外線の検出方
法により量子型と熱型のものとが知られている。このう
ち熱型であって、赤外線の検出に焦電効果を利用し、発
生した信号電荷を、半導体上に形成した信号読み出し機
能を用いて読み出す赤外線撮像素子として、例えばイン
フラレッド−７４ジツクス 第１９巻 ５０７頁（Ｉｎ
ｆｒａｒｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ、 １９． Ｐ
５０７． １９７９）等に記載された構成が知られてい
る。
以下、第３図を参照して従来の焦電型赤外線撮像素子に
ついて説明する。第３図において、３１はＳｉよりなる
半導体基板、３２は半導体基板３１上に形成され、ＣＯ
Ｄ、あるいはシフトレジスターよりなる信号読み出し部
、３３は赤外線検出部である焦電体でＰＺＴ、ＤＴＧＳ
等よりなり、厚さ３０μｍの薄板により形成されている
。３４は焦電体３３の一方の面に形成され、各エレメン
トに対応した分離電極、３５は焦電体３３の他方の面に
形成された共通電強、３６は上記各エレメントに対応し
た分離電極３４と信号読み出し部３２をハンダバンプ等
を用いて相互に電気的に接続した電気的接続部である。
ついて説明する。第３図において、３１はＳｉよりなる
半導体基板、３２は半導体基板３１上に形成され、ＣＯ
Ｄ、あるいはシフトレジスターよりなる信号読み出し部
、３３は赤外線検出部である焦電体でＰＺＴ、ＤＴＧＳ
等よりなり、厚さ３０μｍの薄板により形成されている
。３４は焦電体３３の一方の面に形成され、各エレメン
トに対応した分離電極、３５は焦電体３３の他方の面に
形成された共通電強、３６は上記各エレメントに対応し
た分離電極３４と信号読み出し部３２をハンダバンプ等
を用いて相互に電気的に接続した電気的接続部である。
次に上記従来例の動作について説明する。焦電体３３の
上に被写体（図示せず）から放射される赤外線が結像す
ると、その赤外線密度に応じて焦電体３３の各エレメン
ト内に信号電荷が発生する。この信号電荷を各エレメン
トの分離電極３４、電気的接続部３６を通して順次信号
読み出し部３２から読み出すことによシ被写体の赤外画
像信号を得ることができる。
上に被写体（図示せず）から放射される赤外線が結像す
ると、その赤外線密度に応じて焦電体３３の各エレメン
ト内に信号電荷が発生する。この信号電荷を各エレメン
トの分離電極３４、電気的接続部３６を通して順次信号
読み出し部３２から読み出すことによシ被写体の赤外画
像信号を得ることができる。
発明が解決しようとする問題点
しかし、以上のような従来例の構成では、ハンダバンプ
等の電気的接続部３６を介し、焦電体３３を半導体基板
３１に圧着するため、機械的強度の点から、焦電体３３
の厚さを薄くすることに限界があシ、そのため赤外線検
出素子として膜厚を薄くすることによる熱容量の低減に
限界を持ち、その感度向上にも限界を持つという問題が
あった。そこで、焦電体３３を薄膜化することによる熱
容量の低減方法として、例えば第４図に示すようなもの
が考えられる。即ち、信号読み出し部４１が形成された
半導体基板４２の上に分離電極４３を形成し、その上に
焦電体薄膜材を形成し、さらにその上に共通電極４５を
形成した構成のものである。しかし、このような構成で
は焦電体薄膜４４は、下地の半導体基板４２への熱の拡
散により、効率良く入射赤外線を利用することができな
いという問題があった。又、焦電体膜４４としては、そ
の焦電性を十分発揮するために、焦電性を十分発揮すべ
き方向に焦電体薄膜材が配向していることが望ましい。
等の電気的接続部３６を介し、焦電体３３を半導体基板
３１に圧着するため、機械的強度の点から、焦電体３３
の厚さを薄くすることに限界があシ、そのため赤外線検
出素子として膜厚を薄くすることによる熱容量の低減に
限界を持ち、その感度向上にも限界を持つという問題が
あった。そこで、焦電体３３を薄膜化することによる熱
容量の低減方法として、例えば第４図に示すようなもの
が考えられる。即ち、信号読み出し部４１が形成された
半導体基板４２の上に分離電極４３を形成し、その上に
焦電体薄膜材を形成し、さらにその上に共通電極４５を
形成した構成のものである。しかし、このような構成で
は焦電体薄膜４４は、下地の半導体基板４２への熱の拡
散により、効率良く入射赤外線を利用することができな
いという問題があった。又、焦電体膜４４としては、そ
の焦電性を十分発揮するために、焦電性を十分発揮すべ
き方向に焦電体薄膜材が配向していることが望ましい。
そのためには焦電体薄膜４４を形成する時の作製条件が
重要であり、通常、その作製条件は４００℃以上と温度
が高い。しかし、そのような高温条件下に、焦電体薄膜
４４の作製基板として半導体基板４２を置くと、半導体
基板４２上、に形成した信号読み出し部４１が熱によっ
てダメージを受け、その機能が著しく低下し、十分な性
能を発揮できないという問題があった。
重要であり、通常、その作製条件は４００℃以上と温度
が高い。しかし、そのような高温条件下に、焦電体薄膜
４４の作製基板として半導体基板４２を置くと、半導体
基板４２上、に形成した信号読み出し部４１が熱によっ
てダメージを受け、その機能が著しく低下し、十分な性
能を発揮できないという問題があった。
そこで、本発明は焦電体をより薄膜化し、熱容量を低減
し、かつ信号読み出し部の性能を低下することなく、焦
電性を十分発揮すべき方向に高配向させた焦電体薄膜を
持つ焦電型赤外線撮像素子を提供しようとするものであ
る。
し、かつ信号読み出し部の性能を低下することなく、焦
電性を十分発揮すべき方向に高配向させた焦電体薄膜を
持つ焦電型赤外線撮像素子を提供しようとするものであ
る。
問題点を解天するための手段
上記問題点を解決するための本発明の技術的な手段は、
半導体基板と、その一方の面に設けられた信号読み出し
部と、その上に基体によって支持された焦電体薄膜と、
その焦電体薄膜の一方の面に形成され、前記信号読み出
し部と電気的に接続された各エレメントに対応した複数
の分離電極と、前記焦電体薄膜の他方の面に形成された
共通電極とを備えたものである。
半導体基板と、その一方の面に設けられた信号読み出し
部と、その上に基体によって支持された焦電体薄膜と、
その焦電体薄膜の一方の面に形成され、前記信号読み出
し部と電気的に接続された各エレメントに対応した複数
の分離電極と、前記焦電体薄膜の他方の面に形成された
共通電極とを備えたものである。
作用
本発明は、上記構成により、焦電体薄膜の上に被写体か
ら放射される赤外線が結像すると、その赤外線密度に応
じて焦電体薄膜の各エレメント内に信号電荷が発生する
。この信号電荷を各エレメントの分離電極及び信号電荷
読み出し部から順次読み出すことにより被写体の赤外画
像信号を得ることができる。そして、信号電荷読み出し
部と電気的に接続した複数の分離型、轟の上の焦電体薄
膜が基体の上に支持された構造で形成できるため、信号
読み出し部を備えた半導体基板とは別に焦電体薄膜を形
成することを可能とし、信号読み出し部の性能を低下す
ることなく、焦電体を薄膜化し、熱容量を低減させ、高
感度焦電型赤外線撮像素子を提供することを可能とする
ものである。
ら放射される赤外線が結像すると、その赤外線密度に応
じて焦電体薄膜の各エレメント内に信号電荷が発生する
。この信号電荷を各エレメントの分離電極及び信号電荷
読み出し部から順次読み出すことにより被写体の赤外画
像信号を得ることができる。そして、信号電荷読み出し
部と電気的に接続した複数の分離型、轟の上の焦電体薄
膜が基体の上に支持された構造で形成できるため、信号
読み出し部を備えた半導体基板とは別に焦電体薄膜を形
成することを可能とし、信号読み出し部の性能を低下す
ることなく、焦電体を薄膜化し、熱容量を低減させ、高
感度焦電型赤外線撮像素子を提供することを可能とする
ものである。
実施例
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の基体忙支持された焦電体薄膜をき体側から見た平面
図で、同一部位は同一番号で示す。
明の基体忙支持された焦電体薄膜をき体側から見た平面
図で、同一部位は同一番号で示す。
１は半導体基板、２は信号読み出し部、３は熱拡散を防
止するための中９部、４は電気的接続部、５は基体、６
は引き出し電極、７は分離電極、８は焦電体薄膜、９は
共通電極を示す。即ち、半導体基板１の一方の面に一般
に知られた微細加工技術を用いて信号読み出し部２が形
成され、その信号読み出し部２と電気的接続部４及び引
き出し電極６を経て、電気的に接続して各エレメントに
対応した複数の分極電極７が形成されている。そして、
その上に基体５に支持された焦電体薄膜８が形成され、
さらにその焦電体薄膜８の上に共通電極９が形成された
構造である。
止するための中９部、４は電気的接続部、５は基体、６
は引き出し電極、７は分離電極、８は焦電体薄膜、９は
共通電極を示す。即ち、半導体基板１の一方の面に一般
に知られた微細加工技術を用いて信号読み出し部２が形
成され、その信号読み出し部２と電気的接続部４及び引
き出し電極６を経て、電気的に接続して各エレメントに
対応した複数の分極電極７が形成されている。そして、
その上に基体５に支持された焦電体薄膜８が形成され、
さらにその焦電体薄膜８の上に共通電極９が形成された
構造である。
次に、この実施例の動作について説明する。被写体（図
示せず）からその温度に応じて放射される赤外線が焦電
体薄膜８の上に結像すると、その赤外線密度に応じて焦
電体薄膜８の各エレメント内に信号電荷が発生する。こ
の信号電荷は各エレメントに対応した分離電極７の上の
部分の領域のみ有効な信号電荷として利用される。そし
て各分離電極７及び引き出し電極６、電気的接続部４を
介してこれと電気的に接続された信号読み出し部２を経
て順次信号電荷が読み出される。これを再構成すること
により赤外画像信号を得ることができる。
示せず）からその温度に応じて放射される赤外線が焦電
体薄膜８の上に結像すると、その赤外線密度に応じて焦
電体薄膜８の各エレメント内に信号電荷が発生する。こ
の信号電荷は各エレメントに対応した分離電極７の上の
部分の領域のみ有効な信号電荷として利用される。そし
て各分離電極７及び引き出し電極６、電気的接続部４を
介してこれと電気的に接続された信号読み出し部２を経
て順次信号電荷が読み出される。これを再構成すること
により赤外画像信号を得ることができる。
次に上記実施例の試験例について説明する。半導体基板
１として、厚さ４００μｍのＳｉウェハーを用い、微細
加工技術によシ信号読み出し部２として各エレメントに
対応した縦、横４００μｍ間隔で、６４×６４個のシフ
トレジスターを形成した。一方、基体５として厚さ２０
０μｍの（１００）配向ＭｇＯ結晶を用い、この上に各
エレメントに対応した分離電極７として、４００ｔｕｎ
間隔で、大きさ３６０Ｘ ３６０μｍ、厚さ０．１μｍ
の（１００）配向ｐｔ薄膜を基板温度７４０℃、Ａｒ雰
囲気中でスパッタリングによって形成した。さらに、上
記各エレメントに対応した（ １００）配向ｐｔ薄膜が
形成されたＭｇＯ結晶上に、基板温度。
１として、厚さ４００μｍのＳｉウェハーを用い、微細
加工技術によシ信号読み出し部２として各エレメントに
対応した縦、横４００μｍ間隔で、６４×６４個のシフ
トレジスターを形成した。一方、基体５として厚さ２０
０μｍの（１００）配向ＭｇＯ結晶を用い、この上に各
エレメントに対応した分離電極７として、４００ｔｕｎ
間隔で、大きさ３６０Ｘ ３６０μｍ、厚さ０．１μｍ
の（１００）配向ｐｔ薄膜を基板温度７４０℃、Ａｒ雰
囲気中でスパッタリングによって形成した。さらに、上
記各エレメントに対応した（ １００）配向ｐｔ薄膜が
形成されたＭｇＯ結晶上に、基板温度。
６００〜６５０℃で、Ａｒガス＋０！ガス雰囲気中で、
ＰｂＴｉＯ３系焦電材料をスパッタリング蒸着し、厚さ
３〜５μｍ高Ｃ軸配向焦電体薄膜８を形成した。そして
、この上にＮｉＣｒを蒸着し、共通電極９を形成した。
ＰｂＴｉＯ３系焦電材料をスパッタリング蒸着し、厚さ
３〜５μｍ高Ｃ軸配向焦電体薄膜８を形成した。そして
、この上にＮｉＣｒを蒸着し、共通電極９を形成した。
次に、基体５のＭｇＯをリン酸によってまず厚さ５０〜
６０μｍｌＩＣ：Ｊでエツチングを行い、その後、分離
電極７のＰｔ薄膜下方のＭｇＯで、分離電極７０面積の
７０チ以上の部分を、微細加工技術を用いて、同様にリ
ン酸によってエツチング除去し、中空部３を形成した。
６０μｍｌＩＣ：Ｊでエツチングを行い、その後、分離
電極７のＰｔ薄膜下方のＭｇＯで、分離電極７０面積の
７０チ以上の部分を、微細加工技術を用いて、同様にリ
ン酸によってエツチング除去し、中空部３を形成した。
さらに、引き出し電極６として膜厚０．１μｍのＵ薄膜
を蒸着によって形成した後、電気的接続部４としてＩｎ
バンプあるいは導電性接着剤に−よって、Ｓｉ上に形成
された信号読み出し部２と電気的に接続を行った。
を蒸着によって形成した後、電気的接続部４としてＩｎ
バンプあるいは導電性接着剤に−よって、Ｓｉ上に形成
された信号読み出し部２と電気的に接続を行った。
その結果、高Ｃ軸配向焦電体薄膜を有し、固体走査信号
読み出しを可能とする焦電型赤外線撮像素子を実現し、
温度分解能的１℃の性能のものを実現した。
読み出しを可能とする焦電型赤外線撮像素子を実現し、
温度分解能的１℃の性能のものを実現した。
発明の効果
以上述べたように本発明によれば、半導体基板の一方の
面に信号読み出し部を形成し、一方この信号読み出し部
と電気的に接続され、各エレメントに対応した分離電極
及び共通電極を有する焦電体薄膜を、信号読み出し部の
形成と独立に基体上に形成することができ、かつ高Ｃ軸
配向焦電体薄膜を形成することができるため、従来に比
べより薄く、より熱容量を低減でき、赤外線撮像素子と
してよシ感度向上が図れるという効果がある。
面に信号読み出し部を形成し、一方この信号読み出し部
と電気的に接続され、各エレメントに対応した分離電極
及び共通電極を有する焦電体薄膜を、信号読み出し部の
形成と独立に基体上に形成することができ、かつ高Ｃ軸
配向焦電体薄膜を形成することができるため、従来に比
べより薄く、より熱容量を低減でき、赤外線撮像素子と
してよシ感度向上が図れるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例における焦電型赤外線撮像素
子を示す断面図、第２図は本発明の一実施例における基
体に支持された焦電体薄膜を基体側から見た平面図、第
３図は従来の焦電型赤外線撮像素子の一例を示す断面図
、第４図は従来の焦電型赤外線撮像素子の他の一例を示
す断面図である。 １、３１．４１・・・半導体基板、２．３２．４２・・
・信号読み出し部、３・・・中空部、４．３６・・・電
気的接続部、７、３４．４５・・・分離電極、８，４４
・・・焦電体薄膜、９゜３５、４５・・・共通電極。
子を示す断面図、第２図は本発明の一実施例における基
体に支持された焦電体薄膜を基体側から見た平面図、第
３図は従来の焦電型赤外線撮像素子の一例を示す断面図
、第４図は従来の焦電型赤外線撮像素子の他の一例を示
す断面図である。 １、３１．４１・・・半導体基板、２．３２．４２・・
・信号読み出し部、３・・・中空部、４．３６・・・電
気的接続部、７、３４．４５・・・分離電極、８，４４
・・・焦電体薄膜、９゜３５、４５・・・共通電極。
Claims (3)
- （１）半導体基板と、この半導体基板の一方の面に設け
られた信号読み出し部と、その上に基体によって支持さ
れた焦電体薄膜と、その焦電体薄膜の一方の面に形成さ
れ、前記信号読み出し部と電気的に接続された各エレメ
ントに対応した複数の分離電極と、前記焦電体薄膜の他
方の面に形成された共通電極とを備えたことを特徴とす
る焦電型赤外線撮像素子。 - （２）各分離電極の下方に、各分離電極面積の７０％以
上の部分を中空部とした特許請求の範囲第１項記載の焦
電型赤外線撮像素子。 - （３）焦電体薄膜が焦電体薄膜表面に対し、垂直方向に
高Ｃ軸配向している特許請求の範囲第１項記載の焦電型
赤外線撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115017A JPS63280452A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 焦電型赤外線撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115017A JPS63280452A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 焦電型赤外線撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63280452A true JPS63280452A (ja) | 1988-11-17 |
Family
ID=14652188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62115017A Pending JPS63280452A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 焦電型赤外線撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63280452A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5567052A (en) * | 1992-08-03 | 1996-10-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Temperature distribution measurement apparatus |
| JP2008519972A (ja) * | 2004-11-12 | 2008-06-12 | キネテイツク・リミテツド | 赤外線検出器 |
-
1987
- 1987-05-12 JP JP62115017A patent/JPS63280452A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5567052A (en) * | 1992-08-03 | 1996-10-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Temperature distribution measurement apparatus |
| JP2008519972A (ja) * | 2004-11-12 | 2008-06-12 | キネテイツク・リミテツド | 赤外線検出器 |
| US8373561B2 (en) | 2004-11-12 | 2013-02-12 | Qinetiq Limited | Infrared detector |
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