KR101331336B1 - 초전 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 초전 소자(10)는, 초전 기판(20)과, 표면 전극(41), 이면 전극(51), 수광 영역(21)으로 이루어지는 수광부(61)와, 표면 전극(42), 이면 전극(52), 수광 영역(22)으로 이루어지는 수광부(62)를 구비하고 있다. 이 중 공동(38)에 대향하는 부분인 공동 대향 영역(26)에 휨이 일어나기 때문에, 휨이 없는 경우와 비교하여 수광부(61, 62)의 수광 면적이 증대된다. 이것에 의해, 휨이 없는 경우와 비교하여 대형화시키지 않고 초전 소자(10)의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.

Description

초전 소자 및 그 제조 방법{PYROELECTRIC ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 초전 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 인체 검지 센서나 화재 검지 센서 등의 적외선 검출 장치로서 이용되는 초전 소자가 알려져 있다. 초전 소자는, 초전 기판과, 초전 기판의 표면 및 이면에 마련된 한 쌍의 전극을 구비하고 있고, 이 한 쌍의 전극과 초전 기판 중 한 쌍의 전극의 사이에 놓인 부분으로 이루어지는 수광부가 형성된 구조를 하고 있다. 이 초전 소자에서는, 수광부에 조사되는 적외선의 양이 변화하면, 초전 효과에 의해 초전 기판의 분극이 변화하여 수광부의 표면 및 이면에서 전하가 여기된다. 그리고, 이 전하를 수광부의 한 쌍의 전극으로 전압으로서 취출함으로써, 초전 소자를 적외선 검출 장치로서 기능시키고 있다. 예컨대 특허문헌 1에는, 초전 소자로서, 초전 기판에 수광부를 하나만 형성한 싱글 타입의 초전 소자와, 수광부를 2개 형성한 듀얼 타입의 초전 소자, 수광부를 4개 형성한 쿼드 타입의 초전 소자가 기재되어 있다. 또한 특허문헌 2에는, 상면에 수광 전극을 마련하고 하면에 접지 전극을 마련한 초전 결정과, 이것을 지지하는 실리콘판을 구비하고, 실리콘판 중 수광 전극에 대향하는 영역에 구멍을 뚫은 적외선 검출 장치가 기재되어 있다. 이 적외선 검출 장치에서는, 실리콘판에 구멍을 뚫음으로써, 열용량의 증대를 막고 적외선의 검출 감도의 향상을 도모하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2006-203009호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 소화56-46437호 공보
그런데, 초전 소자에서 검출 감도를 향상시키는 방법으로서, 수광부의 표면적을 늘리는 것을 들 수 있다. 표면적이 늘어남으로써 적외선에 의해 수광부에서 여기되는 전하가 늘고, 취출할 수 있는 전압이 상승하기 때문이다. 그러나, 수광부의 표면적을 늘리면 초전 소자가 대형화되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 대형화하지 않고 초전 소자의 검출 감도를 향상시키는 것을 주목적으로 한다.
본 발명은, 전술한 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 초전 소자는,
초전 기판과,
공동이 형성되고, 이 공동 이외의 부분에서 상기 초전 기판을 이면으로부터 지지하는 지지 부재와,
상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분의 표리 양면에 형성된 한 쌍의 전극과 상기 초전 기판 중 상기 한 쌍의 전극의 사이에 놓인 부분으로 이루어지는 수광부
를 구비하고,
상기 초전 기판은, 상기 공동에 대향하는 부분에 휨이 일어나는 것이다.
이 초전 소자에서는, 초전 기판 중 공동에 대향하는 부분에 휨이 일어나기 때문에, 동일한 크기이며 휨이 일어나지 않는 것과 비교하여, 수광부의 표면적이 증대된다. 이것에 의해, 대형화시키지 않고 초전 소자의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 초전 소자에서, 상기 초전 기판은, 이 초전 기판의 표면측으로 볼록해지도록 상기 휨이 일어나고, 이 휨의 정상이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있으며, 상기 수광부는, 상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분으로서 상기 정상을 제외한 부분에 이 정상을 사이에 두도록 복수 형성되어 있는 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 복수의 수광부 사이에 휨의 정상이 있고, 이 정상이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있으므로, 복수의 수광부 사이의 열전도가 일어나기 어려워진다. 이것에 의해, 복수의 수광부를 듀얼 타입이나 쿼드 타입의 초전 소자로서 이용했을 때의 검출 감도가 향상된다.
본 발명의 초전 소자에서, 상기 초전 기판은, 이 초전 기판의 표면측으로 볼록해지도록 상기 휨이 일어나고, 이 휨의 정상이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있으며, 상기 수광부는, 상기 정상 부분에 형성되어 있는 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 초전 소자의 기계적 강도의 저하를 막으면서 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 그 이유를 이하에 설명한다. 일반적으로, 초전 기판이 얇을수록 수광부의 열용량이 저하되기 때문에 검출 감도는 향상되지만, 얇은 것으로 인해 기계적 강도는 저하되어 버린다. 그러나, 초전 기판 중 다른 곳보다 얇게 형성된 정상 부분에 수광부를 형성함으로써, 초전 기판 전체를 얇게 하는 경우와 비교하여 초전 소자의 기계적 강도의 저하를 막을 수 있는 한편, 수광부는 얇기 때문에 열용량이 저하되어 검출 감도가 향상되는 것이다.
본 발명의 초전 소자에서, 상기 지지 부재는, 상기 초전 기판과 비교하여 열전도율이 낮은 재료로 형성되어 있는 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 초전 기판의 열이 지지 부재로 빠져나가기 어려워지기 때문에, 초전 소자의 검출 감도가 향상된다.
본 발명의 초전 소자에서, 상기 초전 기판은, 상기 공동에 대향하는 부분의 두께가 0.1 ㎛∼10 ㎛인 것으로 하여도 좋다.
본 발명의 초전 소자의 제조 방법은,
(a) 1 이상의 이면 전극이 형성된 평탄한 초전 기판과, 상기 이면 전극에 대향하는 부분에 공동이 형성되고 이 공동 이외의 부분에서 상기 초전 기판을 이면으로부터 지지하는 지지 부재를 구비한 복합체를 형성하는 공정과,
(b) 상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분에 휨이 일어날 때까지 상기 초전 기판의 표면을 연마하는 공정과,
(c) 상기 초전 기판의 표면에 상기 이면 전극과 쌍을 이루도록 표면 전극을 형성하는 공정
을 포함하는 것이다.
이 초전 소자의 제조 방법에 의하면, 공정 (a)에서 전극에 대향하는 부분에 공동이 형성된 복합체를 형성하고, 공정 (b)에서 초전 기판 중 공동에 대향하는 부분에 휨이 일어날 때까지 초전 기판의 표면을 연마한다. 이 휨에 의해, 동일한 크기이며 휨이 일어나지 않는 것과 비교하여, 수광부의 표면적이 증대된 초전 소자가 얻어진다. 이것에 의해, 대형화시키지 않고 검출 감도를 향상시킨 초전 소자가 얻어진다.
이 초전 소자의 제조 방법에서는, 상기 공정 (b)에서, 상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분의 두께가 0.1 ㎛∼10 ㎛의 범위가 될 때까지 상기 초전 기판의 표면을 연마하는 것으로 하여도 좋다. 0.1 ㎛∼10 ㎛의 범위의 두께가 될 때까지 표면 연마함으로써, 초전 기판에 휨이 일어나기 쉬워진다.
도 1은 초전 소자(10)의 평면도 및 단면도이다.
도 2는 도 1의 (b)의 선 B-B를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 초전 소자(10)의 수광부(61, 62)의 전기적인 접속 상태를 도시하는 회로도이다.
도 4는 초전 소자(10)의 제조 프로세스를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 초전 소자(10)의 제조 프로세스를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 변형예의 초전 소자(210)의 단면도이다.
도 7은 변형예의 초전 소자(310)의 평면도 및 단면도이다.
도 8은 변형예의 초전 소자(410)의 평면도 및 단면도이다.
도 9는 실시예 2의 초전 소자(510)의 평면도 및 단면도이다.
도 10은 도 9의 (b)의 선 F-F를 따라 취한 단면도이다.
도 11은 비교예 1의 초전 기판(610)의 평면도 및 단면도이다.
도 12는 전압 감도(Rv)와 S/N비를 측정한 실험계의 설명도이다.
다음에, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시형태인 초전 소자(10)의 평면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 선 A-A를 따라 취한 단면도이며, 도 2는 도 1의 (b)의 선 B-B를 따라 취한 단면도이다. 이 초전 소자(10)는, 2개의 수광부(61, 62)를 구비한 듀얼 타입의 초전 소자로서 구성되어 있고, 초전 기판(20)과, 초전 기판(20)을 지지하는 지지 부재(30)와, 초전 기판(20)의 표리에 형성된 표면 금속층(40) 및 이면 금속층(50)을 구비하고 있다.
초전 기판(20)은, 초전체의 기판이다. 초전 기판(20)의 재료로서는, 예컨대 티탄산지르콘산납 등의 강유전체 세라믹스나, 탄탈산리튬, 니오브산리튬 등의 단결정을 들 수 있다. 또한, 탄탈산리튬, 니오브산리튬 등의 단결정을 이용하는 경우, 커트각은 임의의 각도를 선택할 수 있지만, 90˚ Z 커트판에 가까운 쪽이 초전성이 높기 때문에 바람직하다. 이 초전 기판(20)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 세로가 0.1 ㎜∼5 ㎜, 가로가 0.1 ㎜∼5 ㎜, 두께가 0.1 ㎛∼10 ㎛이다. 이 초전 기판(20)에는, 초전 기판(20)의 표면측으로 볼록해지는 휨이 일어난다. 또한, 초전 기판(20)은 휨의 정상(27)에 가까운 부분일수록 얇아지도록 형성되어 있고, 정상(27)은 다른 곳보다 얇게 형성되어 있다. 정상(27)의 두께는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.1 ㎛∼10.0 ㎛이다. 또한 도 1의 (b)에서는, 알기 쉽게 하기 위해 초전 기판(20)의 휨을 과장하여 나타내고 있다.
지지 부재(30)는, 지지층(32)과, 접착층(34)과, 지지 기판(36)을 구비하고 있다. 지지층(32)은, 초전 기판(20)의 이면에 형성되어 초전 기판(20)을 지지하는 것이다. 지지층(32)의 재료로서는, 예컨대 이산화규소를 들 수 있다. 지지층(32)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.1 ㎛∼1 ㎛이다. 접착층(34)은, 지지층(32)과 지지 기판(36)을 접착하는 것이고, 지지 기판(36)의 표면 전체면에 형성되어 있다. 접착층(34)의 재료로서는, 예컨대 에폭시계 접착제나 아크릴계 접착제를 고화시킨 것을 들 수 있다. 접착층(34)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.1 ㎛∼1 ㎛이다. 접착 방법으로서, 접착제 이외에 양극 접합, 표면 활성화법 등의 직접 접합법을 이용하여도 좋다. 지지 기판(36)은, 접착층(34)을 통해 지지층(32)에 접착되는 평판상의 기판이다. 지지 기판(36)의 재료로서는, 예컨대 유리나 탄탈산리튬, 니오브산리튬을 들 수 있다. 지지 기판(36)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 세로가 0.1 ㎜∼5 ㎜, 가로가 0.1 ㎜∼5 ㎜, 두께가 0.15 ㎜∼0.5 ㎜이다. 지지층(32), 접착층(34), 지지 기판(36)은, 모두 초전 기판(20)보다 열전도율이 낮은 재료인 것이 바람직하다. 그 이유에 대해서는 후술한다. 또한 이 지지 부재(30)에는, 도 1의 (b) 및 도 2에 도시하는 바와 같이 공동(38)이 형성되고, 지지층(32)은 이 공동(38)의 외주를 네모나게 둘러싸도록 형성되어 있다. 즉, 지지층(32)은 공동(38) 이외의 부분에서 초전 기판(20)을 이면으로부터 지지하고 있다. 또한 초전 기판(20)에서의 전술한 휨은, 초전 기판(20) 중 공동(38)과 대향하는 부분인 공동 대향 영역(26)에 생긴다.
표면 금속층(40)은, 초전 기판(20)의 표면에 형성되어 있고, 평면도 상에서 세로로 긴 직사각형으로 형성된 2개의 표면 전극(41, 42)과, 표면 전극(41)과 도통하고 평면도 상에서 정사각형으로 형성된 리드부(46)와, 표면 전극(42)과 도통하고 평면도 상에서 정사각형으로 형성된 리드부(47)를 구비하고 있다. 이 표면 금속층(40)의 재료로서는, 예컨대 니켈이나 크롬, 금 등의 금속을 들 수 있고, 적외선 흡수율이 높을수록 바람직하다. 표면 금속층(40)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.01 ㎛∼0.2 ㎛이다. 또한 표면 금속층(40)은, 초전 기판(20)의 표면 상에 크롬으로 이루어지는 금속층을 형성하고, 그 위에 니켈로 이루어지는 금속층을 더 형성한 2층 구조여도 좋다. 또한 표면 전극(41, 42)은, 공동(38)에 대향하는 부분, 즉 공동 대향 영역(26) 위에서, 정상(27)을 제외한 부분에 형성되어 있고, 표면 전극(41, 42)이 정상(27)을 사이에 두도록 위치하고 있다.
이면 금속층(50)은, 초전 기판(20)의 이면에 형성되어 있고, 평면도 상에서 세로로 긴 직사각형으로 형성된 2개의 이면 전극(51, 52)과, 이면 전극(51) 및 이면 전극(52)을 도통하고 평면도 상에서 가로로 긴 직사각형으로 형성된 리드부(56)를 구비하고 있다. 이 이면 금속층(50)의 재료로서는, 전술한 표면 금속층(40)과 같은 것을 이용할 수 있다. 표면 금속층(40)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.01 ㎛∼0.2 ㎛이다. 이면 전극(51)은, 표면 전극(41)과 대향하도록 초전 기판(20)의 이면에 형성되어 있고, 이면 전극(52)은, 표면 전극(42)과 대향하도록 초전 기판(20)의 이면에 형성되어 있다.
수광부(61)는, 한 쌍의 전극[표면 전극(41) 및 이면 전극(51)]과, 초전 기판(20) 중 표면 전극(41)과 이면 전극(51)의 사이에 놓인 부분인 수광 영역(21)으로 형성된 것이다. 마찬가지로, 수광부(62)는, 한 쌍의 전극[표면 전극(42) 및 이면 전극(52)]과, 초전 기판(20) 중 표면 전극(42)과 이면 전극(52)의 사이에 놓인 부분인 수광 영역(22)으로 형성된 것이다. 이 수광부(61, 62)에서는, 적외선의 조사에 의한 온도 변화가 생기면, 한 쌍의 전극간의 전압이 변화한다. 예컨대 수광부(61)에 적외선이 조사되면, 표면 전극(41) 및 수광 영역(21)이 적외선을 흡수하여 온도 변화가 생긴다. 그리고, 이것에 의한 수광 영역(21)의 자발 분극의 변화가, 표면 전극(41)과 이면 전극(51) 사이의 전압의 변화로서 나타나도록 되어 있다.
계속해서, 이렇게 하여 구성된 초전 소자(10)의 동작에 대해서 설명한다. 도 3은, 초전 소자(10)의 수광부(61, 62)의 전기적인 접속 상태를 도시하는 회로도이다. 도시하는 바와 같이, 초전 소자(10)의 수광부(61, 62)는, 이면 전극(51, 52)이 리드부(56)에 의해 접속됨으로써, 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 이 직렬 접속된 회로의 양단인 표면 전극(41, 42)간의 전압이, 리드부(46, 47)간의 전압으로서 취출될 수 있도록 되어 있다. 또한 본 실시형태에서는, 수광 영역(21, 22)의 자발 분극의 방향은, 도 3에서는 서로 역방향[도 1의 (b)에서는 같은 방향]으로 되어 있다. 이 초전 소자(10)에서, 초전 기판(20)은 초전체이기 때문에, 평상시에도 수광 영역(21, 22)에는 항상 자발 분극이 일어나고 있다. 그러나, 수광부(61, 62)가 공기중의 부유 전하를 흡착하여 자발 분극과 전기적으로 균형을 이루기 때문에 수광 영역(21, 22) 모두 외관상의 전하는 제로가 된다. 이 때문에 평상시에는 표면 전극(41)과 이면 전극(51) 사이나 표면 전극(42)과 이면 전극(52) 사이에는 전압이 생기지 않고, 리드부(46, 47)간에는 전압이 생기지 않는다. 또한, 초전 소자(10)를 둘러싸는 분위기의 적외선량의 변화(예컨대 주위의 온도 변화)에 의해 수광 영역(21, 22)의 온도가 모두 동일하게 변화된 경우에는, 수광 영역(21, 22)의 자발 분극이 모두 변화하여 전하의 치우침이 생기고, 표면 전극(41)과 이면 전극(51) 사이나 표면 전극(42)과 이면 전극(52) 사이에 동일한 크기의 전압이 생긴다. 그러나, 수광 영역(21, 22)의 자발 분극의 방향은 도 3에 도시하는 바와 같이 역방향으로 되어 있기 때문에, 양자의 전압은 상쇄되어, 리드부(46, 47)간에는 역시 전압이 생기지 않는다. 이와 같이, 초전 소자(10)는 자발 분극의 방향이 역방향으로 직렬 접속되도록 수광부(61, 62)를 접속한 듀얼 타입의 소자이기 때문에, 평상시뿐만 아니라 초전 소자(10)를 둘러싸는 분위기의 적외선량의 변화시에도 리드부(46, 47)간에 전압은 생기지 않아, 노이즈로 오동작하기 어려운 구성으로 되어 있다. 한편, 예컨대 사람이 초전 소자(10) 부근을 가로지르는 경우 등, 수광부(61, 62)에 조사되는 적외선의 양이 균등하지 않게 되는 경우에는, 수광 영역(21, 22)의 온도 변화가 상이한 크기가 된다. 이 때문에 이 온도 변화에 의해 표면 전극(41)과 이면 전극(51) 사이에 생기는 전압과 표면 전극(42)과 이면 전극(52) 사이에 생기는 전압이 상이한 값이 되어 완전히는 상쇄되지 않아, 리드부(46, 47)간에는 전압이 생긴다. 수광 소자가 평탄한 경우, 사람이 가로지르는 위치, 스피드에 따라 드물게 수광부(61, 62)에 입사하는 적외선의 양이 균일해져, 센서가 반응하지 않고 오동작이 발생하는 경우가 있다. 한편, 수광 영역이 휘어져 있거나, 아치형으로 되어 있는 경우, 사람으로부터 먼 쪽의 수광부에는 적외선이 조사되기 어려워, 61, 62 사이에 언밸런스가 생기기 쉬워진다. 따라서, 사람이 근접했을 때에 센서가 반응하지 않는다는 오동작이 감소한다. 이것에 의해, 초전 소자(10)는 인체 검지나 화재 검지 등을 행하는 적외선 검출 장치로서 이용할 수 있다. 또한, 초전 소자(10)를 적외선 검출 장치로서 이용하는 경우에는, 예컨대 리드부(46, 47)와 임피던스 변환용 FET(전계 효과형 트랜지스터)를 접속하여 리드부(46, 47)간의 전압을 취출하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 표면 전극(41, 42)을 골드블랙으로 이루어지는 적외선 흡수층으로 덮어 적외선의 흡수 효율을 높이거나, 파장 필터를 설치하여 특정한 파장의 광만이 수광부(41, 42)에 도달하도록 함으로써, 노이즈에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 초전 소자(10)는, 초전 기판(20) 중 공동(38)에 대향하는 부분인 공동 대향 영역(26)에 휨이 일어난다. 이 때문에, 휨이 없는 경우와 비교하여 수광부(61, 62)의 수광 면적이 증대된다. 수광 면적이 증대되면, 조사되는 적외선의 양이 동일하여도 자발 분극에 의해 수광 영역(21, 22)에 생기는 전하의 양이 늘고, 높은 전압이 생기게 된다. 이것에 의해, 휨이 없는 경우와 비교하여 대형화시키지 않고 초전 소자(10)의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 초전 기판(20)은, 수광부(61, 62) 사이에 위치하는 휨의 정상(27)이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있다. 이 때문에, 정상(27)이 다른 곳과 동일한 두께인 경우와 비교하여 수광부(61, 62)간의 열전도가 일어나기 어려워진다. 여기서, 수광부(61, 62)간의 열전도가 일어나기 쉬우면, 수광부(61, 62)에 조사되는 적외선의 양이 균등하지 않음에도 불구하고 수광부(61, 62)의 한쪽으로부터 다른쪽으로 열전도가 일어나는 것에 의해 수광 영역(21, 22)의 온도 변화의 크기가 같은 정도가 되어 버리는 경우가 있다. 이 경우, 배경의 적외선량이 변화된 경우와 마찬가지로 표면 전극(41)과 이면 전극(51) 사이의 전압과 표면 전극(42)과 이면 전극(52) 사이에 생기는 전압이 상쇄되어 리드부(46, 47)간의 전압이 작아져 버려, 초전 소자(10)가 오부동작(誤不動作)이 되기 쉽다. 본 실시형태의 초전 소자(10)에서는, 정상(27)이 얇음으로써 수광부(61, 62)간의 열전도가 일어나기 어려워지기 때문에, 이와 같은 오부동작을 방지할 수 있고, 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
또한 지지 부재(30)를, 초전 기판(20)과 비교하여 열전도율이 낮은 재료로 형성하면, 초전 기판(20)의 열이 지지 부재(30)로 빠져나가기 어려워지며, 즉 수광 영역(21, 22)의 온도가 변화하기 쉬워진다. 이것에 의해, 약간의 적외선량의 변화라도 온도 변화에 의해 표면 전극(41)과 이면 전극(51) 사이나 표면 전극(42)과 이면 전극(52) 사이에 전압이 생기기 때문에, 초전 소자(10)의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 이러한 초전 소자(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 4 및 도 5는, 초전 기판(10)의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 우선, 초전 기판(20)이 되는 평탄한 초전 기판(120)을 준비한다[도 4의 (a)]. 이 초전 기판(120)은, 예컨대 오리엔테이션 플랫(OF)을 가지며, 초전 기판(20)을 복수 잘라낼 수 있는 크기의 웨이퍼이다. 초전 기판(120)의 재료로서는 전술한 것을 이용할 수 있다. 초전 기판(120)의 크기는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 직경이 50 ㎜∼100 ㎜, 두께가 200 ㎛∼500 ㎛로 할 수 있다.
계속해서, 초전 기판(120)의 이면에 이면 금속층(50)이 되는 이면 금속층(150)을 형성한다[도 4의 (b)]. 이면 금속층(150)은, 초전 기판(120)의 이면에 이면 금속층(50)이 되는 패턴을 복수 형성한 것이다. 이면 금속층(150)의 재료로서는 전술한 것을 이용할 수 있다. 이면 금속층(150)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.01 ㎛∼0.2 ㎛이다. 이면 금속층(150)의 형성은, 예컨대 초전 기판(120) 중 이면 금속층(150)을 형성하는 부분 이외를 메탈 마스크로 커버하고, 진공 증착에 의해 행할 수 있다. 또한, 그 외에 스퍼터링이나 포토리소그래피, 스크린 인쇄를 이용하여 이면 금속층(150)을 형성하여도 좋다.
다음에, 초전 기판(120)의 이면에, 지지층(32)이 되는 지지층(132)을 형성한다[도 4의 (c)]. 지지층(132)은, 이면 금속층(150)과의 위치 관계가 도 1, 도 2의 이면 금속층(50)과 지지층(32)의 위치 관계와 동일하게 되어 공동(38)이 형성되도록, 초전 기판(120)의 이면에 지지층(32)이 되는 패턴을 복수 형성한 것이다. 지지층(132)의 재료로서는 전술한 것을 이용할 수 있다. 지지층(132)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.1 ㎛∼1 ㎛이다. 지지층(132)의 형성은, 예컨대 다음과 같이 행한다. 우선, 스퍼터링에 의해 초전 기판(120)의 이면 전체에 지지층(132)이 되는 층을 형성한다. 그리고, 포토리소그래피에 의해 지지층(132)으로서 남기고자 하는 부분에만 레지스트막을 형성하여 에칭 마스크로 한 후, 에칭에 의해 에칭 마스크가 되어 있지 않은 부분[공동(38)이 되는 부분]을 제거한다. 이것에 의해 지지층(132)이 형성된다.
다음에, 지지 기판(36)이 되는 지지 기판(136)을 준비하고, 지지 기판(136)의 표면 및 지지층(132)의 이면 중 한쪽 또는 양쪽에 접착층(34)이 되는 접착제를 도포한다. 그리고, 지지 기판(136)의 표면과 지지층(132)의 이면을 접합시키고, 접착제를 경화시켜 접착층(134)으로 한다[도 4의 (d)]. 이것에 의해, 초전 기판(120), 이면 금속층(150), 지지층(132), 접착층(134), 지지 기판(136)을 포함하고, 공동(38)이 되는 공동(138)이 형성된 복합체(110)가 얻어진다. 접착층(134)의 재료로서는, 전술한 것을 이용할 수 있다. 또한 접착층(134)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.1 ㎛∼1 ㎛이다.
그리고, 복합체(110) 중 초전 기판(120)에 휨이 일어날 때까지 초전 기판(120)의 표면을 연마한다[도 4의 (e)]. 여기서, 도 4의 (d)의 복합체(110)에서 초전 기판(120)의 표면을 연마하면, 어느 정도 이상 초전 기판(120)이 얇아졌을 때에 초전 기판(120) 중 공동(138)에 대향하는 부분인 공동 대향 영역(126)에 휨이 일어난다. 이러한 현상이 생기는 원인은, 초전 기판(120)에 이면 금속층(150)을 형성했을 때에 이면 금속층(150)에 잔류 응력이 생기는 것에 있는 것으로 고려된다. 즉, 초전 기판(120)이 얇아짐으로써 이 잔류 응력에 의해 이면 금속층(150) 및 초전 기판(120)이 휘는 것으로 고려된다. 또한, 휨이 일어나는 것은 초전 기판(120) 중 공동(138)에 대향하고 있는 공동 대향 영역(126)뿐이며, 지지층(132)에 지지되어 있는 부분에는 휨이 일어나지 않는다. 또한, 공동(138)에 대향하는 부분에 이면 금속층(150)이 전혀 형성되어 있지 않은 경우에도, 역시 휨은 일어나지 않는다. 또한, 휨이 일어날 때까지 연마할 때는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 초전 기판(120) 중 공동(138)에 대향하고 있는 공동 대향 영역(126)의 두께가 0.1 ㎛∼10 ㎛의 범위가 될 때까지 연마를 행하는 것으로 하여도 좋다. 어떠한 두께까지 연마할지(또는 연마 시간을 어느 정도로 할지)는, 미리 복합체(110)에서 초전 기판(120)을 연마하여, 어느 정도의 두께까지 연마하면 휨이 일어나는지를 실험에 의해 조사함으로써, 정해 둘 수 있다.
또한, 공동 대향 영역(126)이 초전 기판(120)의 표면측으로 볼록해지는 휨이 일어나는 두께가 된 후 더 연마를 계속함으로써, 휨의 정상(127)에 가까운 부분일수록 초전 기판(120)의 표면이 연마되기 쉬워진다. 이것에 의해, 도 4의 (e)에 도시하는 바와 같이 초전 기판(120) 중 휨의 정상(127)에 가까운 부분일수록 얇아지도록 형성하고, 정상(127)을 다른 곳보다 얇게 형성할 수 있다.
이렇게 하여 초전 기판(120)을 연마하면, 초전 기판(120)의 표면에 표면 금속층(40)이 되는 표면 금속층(140)을 형성한다[도 5의 (a)]. 표면 금속층(140)은, 초전 기판(120)의 표면에 표면 금속층(40)이 되는 패턴을 복수 형성한 것이다. 표면 금속층(140)의 형성은, 표면 금속층(140) 중 표면 전극(41, 42)이 되는 부분이 각각 이면 전극(51, 52)이 되는 부분과 쌍을 이루도록 행한다. 표면 금속층(140)의 재료로서는 전술한 것을 이용할 수 있다. 표면 금속층(140)의 두께는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 0.01 ㎛∼0.2 ㎛이다. 표면 금속층(140)의 형성은, 이면 금속층(150)과 같은 방법으로 행할 수 있다. 이것에 의해, 복합체(110)는, 다수의 초전 소자(10)의 집합체가 된다.
그리고, 표면 금속층(140)을 형성한 복합체(110)로부터 개개의 초전 소자(10)를 잘라낸다[도 5의 (b)]. 이것에 의해, 도 1∼도 2에 도시한 초전 소자(10)가 복수 얻어진다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지의 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대 전술한 실시형태에서는, 지지 부재(30)는 지지층(32), 접착층(34), 지지 기판(36)으로 이루어지는 것으로 했지만, 지지 부재(30)는 공동(38)이 형성되고, 공동(38) 이외의 부분에서 초전 기판(120)을 이면으로부터 지지하는 것이면 좋다. 예컨대, 지지 부재(30)는 지지층(32)을 구비하지 않고, 접착층(34) 및 지지 기판(36)을 포함하는 것으로 하여도 좋다. 이 경우의 변형예의 초전 소자(210)를 도 6에 도시한다. 또한 도 6에서, 도 1∼도 2에 도시한 초전 소자(10)와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 도시하는 바와 같이, 초전 소자(210)에서의 지지 부재(230)는, 접착층(234)과, 접착층(234)에 의해 초전 기판(20)의 이면에 접합된 지지 기판(236)을 구비하고 있다. 또한, 이 지지 부재(230)와 도 1에 도시하는 지지 부재(30)는, 구성 요소는 상이하지만 형상은 동일하다. 접착층(234) 및 지지 기판(236)은, 전술한 접착층(34) 및 지지 기판(36)과 동일한 재료를 이용할 수 있다. 지지 기판(236)에는, 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부가 공동(38)으로 되어 있다. 그리고, 지지 기판(236)은, 이 공동(38) 이외의 부분에서 초전 기판(20)을 이면으로부터 지지하고 있다. 이와 같이 하여도, 본 실시형태의 초전 소자(10)와 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 초전 소자(210)는, 예컨대 다음과 같이 제조할 수 있다. 우선, 도 4의 (a), (b)와 같은 공정을 행한다. 그리고, 도 4의 (c), (d) 대신에, 지지 기판(236)이 되는 평탄한 지지 기판을 준비하고, 포토리소그래피에 의해 지지 기판(236)으로서 남기고자 하는 부분에만 레지스트막을 형성하여 에칭 마스크로 한다. 그 후, 에칭에 의해 에칭 마스크가 되어 있지 않은 부분[공동(38)이 되는 부분]을 제거한다. 그리고, 접착층(234)이 되는 접착제에 의해 지지 기판(236)과 초전 기판(120)을 접합시켜 복합체를 형성한다. 그리고, 도 4의 (e), 도 5의 (a), (b)와 같은 공정에 의해 도 6의 초전 소자(210)를 형성한다.
전술한 실시형태에서는, 공동(38)은, 지지층(32)에 의해 네모나게 둘러싸여 있는 것으로 했지만, 지지 부재(30)가 공동(38) 이외의 부분에서 초전 기판(20)을 이면으로부터 지지하고 있고, 수광부(41, 42)가 초전 기판(20) 중 공동(38)에 대향하는 부분에 형성되어 있으면, 공동(38)은 어떠한 형상으로 하여도 좋다. 예컨대 지지층(32)에 의해 둥글게 둘러싸여 있는 것으로 하여도 좋고, 공동(38)이 지지층(32)에 완전히는 둘러싸여 있지 않고, 일부가 초전 소자(10)의 외주에 면하고 있어도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 초전 소자(10)는 듀얼 타입의 초전 소자인 것으로 했지만, 수광부를 하나만 구비한 싱글 타입이나 4개 구비한 쿼드 타입의 초전 소자로 하여도 좋다. 쿼드 타입의 초전 소자로 하는 경우, 4개의 수광부 중, 2개 이상의 수광부가 휨의 정상(27)을 사이에 두도록 형성되어 있으면 좋다. 이렇게 하면, 정상(27)을 사이에 두는 2개의 수광부 사이에서는, 정상(27)이 얇은 것에 의해 양자 사이의 열전도가 일어나기 어려워지는 효과가 얻어진다. 또한, 싱글 타입이나 쿼드 타입의 초전 소자에서의 표면 전극 및 이면 전극의 형상에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 제2006-203009호 공보에 기재되어 있다.
전술한 실시형태에서는, 초전 기판의 공동 대향 영역(26)은, 표면측으로 볼록해지도록 휨이 일어나는 것으로 했지만, 이면측으로 볼록해지도록 휨이 일어나도 좋다. 이 경우라도, 수광부(61, 62)의 표면적이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 수광부(61, 62)는, 공동(38)에 대향하는 부분으로서 정상(27)을 제외한 부분에 정상(27)을 사이에 두도록 위치하고 있는 것으로 했지만, 이것에 한하지 않고 공동(38)에 대향하는 부분이면 어디에 위치하고 있는 것으로 하여도 좋다. 이 경우도, 공동 대향 영역(26)에 휨이 일어나면 수광부(61, 62)의 수광 면적은 증대되기 때문에, 검출 감도가 향상되는 효과는 얻어진다. 또한, 수광부를 정상(27)에 형성하여도 좋다. 이 경우의 변형예의 초전 소자(310)를 도 7에 도시한다. 또한, 도 7의 (a)는 초전 소자(310)의 평면도이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 선 C-C를 따라 취한 단면도이다. 도 7에서, 도 1에 도시한 초전 소자(10)와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 도시하는 바와 같이, 초전 소자(310)에서의 수광부(361)는, 한 쌍의 전극[표면 전극(341) 및 이면 전극(351)]과, 초전 기판(20) 중 표면 전극(341)과 이면 전극(351)의 사이에 놓인 부분인 수광 영역(321)으로 형성되어 있다. 표면 전극(341)은 정상(27)을 포함하는 초전 기판(20)의 표면에 형성되고, 이면 전극(351)은 표면 전극(341)에 대향하도록 초전 기판(20)의 이면에 형성되어 있다. 즉, 수광부(361)는 정상(27)에 형성되어 있다. 이 초전 소자(310)는, 수광부(361)를 하나 구비한 싱글 타입의 초전 소자로서 이용하거나, 복수의 초전 소자(310)를 조합하여 듀얼 타입이나 쿼드 타입의 초전 소자로서 이용할 수 있다. 이 초전 소자(310)에서는, 초전 기판(20)의 정상(27)에 수광부(361)가 형성되어 있고 초전 기판(20) 전체를 정상(27)과 동일한 두께까지 얇게 하는 경우와 비교하여 초전 소자(310)의 기계적 강도의 저하를 막을 수 있는 한편, 수광부(361)는 얇기 때문에 수광부(361)의 열용량이 저하되어 검출 감도가 향상된다. 또한 초전 소자(310)는, 도 1, 도 2에서의 리드부(46, 47)와 마찬가지로, 수광부(361)와 다른 회로를 접속하기 쉽게 하기 위해 초전 기판(20)의 표면이나 이면에 리드부를 형성하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 초전 기판(20)은, 휨의 정상(27)에 가까운 부분일수록 얇아지도록 형성되어 있는 것으로 했지만, 정상(27)이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있으면 좋고, 예컨대 정상(27) 및 그 주변을 포함하는 영역만이 다른 곳보다 얇게 형성되며, 그 이외의 부분은 동일한 두께로 하여도 좋다. 이 경우의 변형예의 초전 소자(410)의 평면도를 도 8의 (a)에, 도 8의 (a)의 선 D-D를 따라 취한 단면도를 도 8의 (b)에 도시한다. 또한, 도 8에서의 초전 소자(410)는, 도 1에 도시하는 초전 소자(10)와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이 초전 소자(410)에서는, 도시하는 바와 같이, 초전 기판(420) 중 공동(38)에 대향하는 공동 대향 영역(426) 중, 정상(427) 및 그 주변을 포함하는 영역(428)만이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있다. 이 경우도, 정상(427)을 사이에 두는 2개의 수광부(61, 62) 사이에서는, 정상(427)이 얇은 것에 의해 양자 사이의 열전도가 일어나기 어려워지는 효과가 얻어진다.
실시예
[실시예 1]
실시예 1로서, 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한 제조 방법에 의해 도 1∼도 2에 도시한 초전 소자(10)를 제작하였다. 우선, 초전 기판(120)으로서, OF부를 가지며, 직경 4인치, 두께가 350 ㎛인 탄탈산리튬 기판(LT 기판)을 준비하였다[도 4의 (a)]. LT 기판은 42˚ Y 오프 커트판을 이용했다. 계속해서, 이 초전 기판(120)의 이면에 니켈 및 크롬을 포함하는 이면 금속층(150)을 형성하였다[도 4의 (b)]. 이면 금속층(150)의 형성은, 초전 기판(120) 중 이면 금속층(150)을 형성하는 부분 이외를 메탈 마스크로 커버하고, 진공 증착에 의해 행하였다. 또한 진공 증착은, 우선 크롬을 5 Å/s의 성막 레이트로 두께 0.02 ㎛가 될 때까지 행하고, 계속해서 니켈을 10 Å/s의 성막 레이트로 두께 0.1 ㎛가 될 때까지 행하였다. 진공 증착에 의한 성막시의 압력은 2.7×10-4 Pa, 초전 기판(120)의 온도는 약 100℃였다. 이것에 의해, 두께 0.12 ㎛의 이면 금속층(150)을 형성하였다. 또한, 이면 금속층(150)의 패턴은, 이면 전극(51, 52)이 각각 세로 2 ㎜, 가로 0.5 ㎜, 리드부(56)가 세로 0.1 ㎜, 가로 0.5 ㎜의 크기가 되도록 형성하였다.
계속해서, 초전 기판(120)의 이면에, 이산화규소를 포함하는 지지층(132)을 형성하였다[도 4의 (c)]. 구체적으로는, 우선 스퍼터링에 의해 초전 기판(120)의 이면 전체에 두께 0.5 ㎛의 이산화규소막을 형성하고, 이 이산화규소막 중 지지층(132)으로서 남기고자 하는 부분에만 포토리소그래피에 의해 레지스트막(OFPR-800LB, 도쿄오카제, 포지티브형 감광성 레지스트)을 형성하여 에칭 마스크로 하였다. 그 후, 플루오르화수소산에 5분간 침지하여 이산화규소막 중 공동(38)이 되는 세로 2.1 ㎜, 가로 2.1 ㎜의 부분을 제거함으로써 지지층(132)을 형성하였다.
다음에, 지지 기판(136)으로서, OF부를 가지며, 직경 4인치, 두께가 500 ㎛인 유리 기판을 준비하였다. 계속해서, 지지 기판(136)의 표면 및 지지층(132)의 이면 양쪽에 에폭시 접착제를 1 ㎛ 도포하고, 지지 기판(136)의 표면과 지지층(132)의 이면을 접합시켰다. 그리고, 프레스 압착에 의해 에폭시 접착제의 두께를 0.1 ㎛로 하며, 접합시킨 초전 기판(120), 지지층(132), 지지 기판(136)을 200℃의 환경 하에서 1시간 방치하고 에폭시 접착제를 경화시켜 복합체(110)로 하였다[도 4의 (d)]. 이것에 의해, 에폭시 접착제는 접착층(134)이 되고, 세로 2.1 ㎜, 가로 2.1 ㎜, 깊이 0.5 ㎛의 공동(138)이 형성되었다.
그리고, 지지 기판(136)의 이면을 탄화규소로 작성한 연마 지그에 접착 고정하고, 초전 기판(120)의 표면을 고정 지립의 연삭기로 연삭 가공하며, 초전 기판(120)의 두께를 50 ㎛까지 얇게 하였다. 또한, 초전 기판(120)의 표면을 다이아몬드 지립으로 연마 가공하고, 두께를 10 ㎛까지 얇게 하였다. 그 후, 다이아몬드 지립에 의한 연마 가공으로 초전 기판(120)에 생긴 가공 변질층을 제거하기 위해, 유리 지립 및 부직포계 연마 패드를 이용하여 마무리 연마를 행하고, 초전 기판(120)의 두께가 5.00 ㎛가 될 때까지 연마하였다[도 4의 (e)].
이렇게 초전 기판(120)을 연마하면, 초전 기판(120)의 표면에 표면 전극(140)을 형성하였다[도 5의 (a)]. 이 공정은, 이면 전극(150)의 형성과 같은 재료 및 조건으로 행하였다. 또한 표면 금속층(140)의 패턴은, 표면 전극(41, 42)이 각각 세로 2 ㎜, 가로 0.5 ㎜, 리드부(46, 47)가 각각 세로 0.5 ㎜, 가로 0.5 ㎜의 크기가 되도록 형성하였다. 그리고, 표면 금속층(140)을 형성한 복합체(110)로부터 세로 2.5 ㎜×가로 2.5 ㎜의 초전 소자(10)를 다이싱에 의해 잘라내었다[도 5의 (b)]. 이것에 의해, 실시예 1의 초전 소자로서, 도 1∼도 3에 도시하는 초전 소자(10)를 1000개 얻었다.
[실시예 2]
실시예 2로서, 도 9, 도 10에 도시하는 초전 소자(510)를 제작하였다. 도 9의 (a)는 초전 소자(510)의 평면도이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 선 E-E를 따라 취한 단면도이며, 도 10은 도 9의 (b)의 선 F-F를 따라 취한 단면도이다. 이 초전 소자(510)는, 공동(538)이 직경 120 ㎛의 원기둥형을 하고 있고, 공동(538)에 대향하는 공동 대향 영역(526)은 원형을 하고 있는 것, 및 표면 전극(541, 542)이나 이면 전극(551, 552)이 초전 기판(520)에서 차지하는 크기가 작아져 있는 점 이외는, 도 6에 도시하는 초전 소자(210)와 동일하다. 이 때문에, 초전 소자(210)의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 대응하는 구성 요소에 대해서는 수치 500을 가한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 또한 초전 소자(510)의 크기는 세로 0.2 ㎜, 가로 0.2 ㎜, 표면 전극(541, 542)의 크기는 각각 세로 0.1 ㎜, 가로 0.03 ㎜, 두께 0.2 ㎛, 리드부(546, 547)의 크기는 각각 세로 0.02 ㎜, 가로 0.03 ㎜, 두께 0.2 ㎛, 이면 전극(551, 552)의 크기는 각각 세로 0.1 ㎜, 가로 0.03 ㎜, 두께 0.2 ㎛로 하였다.
이 실시예 2는, 전술한 도 4의 (c), (d)의 공정 대신에, 도 6에서 설명한 제조 방법에 의해 지지 기판(236)에 공동(538)을 형성하고, 접착층(234)을 통해 초전 기판(120)과 접합시켜 복합체로 한 점 이외는, 전술한 실시예 1과 마찬가지로 하여 제작하였다. 또한 지지 기판(236)에의 공동(538)의 형성은, 실시예 1과 마찬가지로, 포토리소그래피에 의해 지지 기판(236)으로서 남기고자 하는 부분에만 레지스트막(OFPR-800LB, 도쿄오카제, 포지티브형 감광성 레지스트)을 형성하여 에칭 마스크로 하고, 플루오르화수소산에 5분간 침지하여 공동(538)이 되는 직경 120 ㎛, 깊이 1 ㎛의 부분을 제거함으로써 행하였다. 또한, 지지 기판(236)과 초전 기판(120)의 접합은, 실시예 1에서의 지지층(132)과 지지 기판(136)의 접합과 같은 수순으로 행하였다.
[실시예 3]
실시예 3으로서, 실시예 1에서의 초전 기판(120)을 Z 커트판의 니오브산리튬(LN)으로 한 초전 소자(10)를 제작하였다. 그 이외의 실시예 3의 초전 소자(10)의 구조 및 제작 수순은 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
[비교예 1]
비교예 1로서, 도 11에 도시하는 초전 소자(610)를 제작하였다. 도 11의 (a)는 초전 소자(610)의 평면도이고, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 선 G-G를 따라 취한 단면도이다. 이 초전 소자(610)는, 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이 평면도 상에서 실시예 2의 초전 소자(510)와 동일한 구성이며, 이면 금속층(650)의 형상도 평면도 상에서 도 9의 이면 금속층(550)과 동일한 형상이다. 이 때문에, 초전 소자(510)에 대응하는 구성 요소에 대해서는 수치 100을 가한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 초전 소자(610)의 지지 부재(630)는, 접착층(634)과 지지 기판(636)으로 구성되어 있고, 접착층(634)은 초전 소자(310)의 접착층(234)과 달리 초전 기판(620)의 이면 전체면에 형성되어 있다. 이 때문에, 이면 금속층(650)은 초전 기판(620) 및 접착층(634)에 둘러싸여 있고 노출되어 있지 않다. 또한 지지 기판(636)은, 초전 소자(310)의 지지 기판(236)과는 달리, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이 하측으로부터 개방된 구멍을 갖고 있다. 이 구멍이 공동(638)으로 되어 있다.
이 비교예 1의 초전 소자(610)는, 이하와 같이 하여 제작하였다. 우선, 실시예 2와 마찬가지로, 도 4의 (a), (b)와 같이 초전 기판(620)에 이면 금속층(650)을 형성하였다. 계속해서, 지지 기판(636)이 되는 평탄한 지지 기판을 준비하고, 접착층(634)이 되는 접착제에 의해 지지 기판의 표면과 초전 기판(620)의 이면을 접합시켜 복합체를 형성하였다. 다음에, 실시예 1과 마찬가지로 초전 기판(620)의 두께가 5.00 ㎛가 될 때까지 연마하였다. 그리고, 지지 기판의 이면 중 포토리소그래피에 의해 지지 기판(636)으로서 남기고자 하는 부분에만 레지스트막을 형성하여 에칭 마스크로 하고, 에칭에 의해 에칭 마스크가 되어 있지 않은 부분을 제거하여 지지 기판(636)으로 하였다. 이에 의해 제거된 부분이 공동(638)으로서 형성되었다. 그 후, 이면 금속층(650)의 형성과 마찬가지로 하여 초전 기판(620)의 표면에 표면 금속층(640)을 형성하고, 다이싱에 의해 세로 2.5 ㎜×가로 2.5 ㎜의 초전 소자(610)를 1000개 잘라내어, 비교예 1의 초전 소자(610)를 얻었다.
[비교예 2]
비교예 2로서, 비교예 1에서의 초전 기판(620)을 Z 커트판의 니오브산리튬으로 한 초전 소자를 제작하였다. 그 이외의 비교예 2의 초전 소자의 구조 및 제작 수순은 비교예 1과 마찬가지로 하였다.
[평가시험 1]
실시예 1∼3 및 비교예 1, 2의 초전 소자에 대해서, 초전 기판의 두께를 측정하였다. 측정은, 두께 분포를 레이저 간섭계를 이용하여 측정함으로써 행하였다. 실시예 1의 초전 소자(10)에서는, 초전 기판(20)에 휨이 일어나고, 레이저 간섭계에 의해 두께 분포에 의한 간섭무늬를 볼 수 있었다. 구체적으로는, 초전 기판(20)의 표면 중 정상(27)과 그 이외와의 높이의 차(휨량)는 최대 약 10 ㎛였다. 또한 공동부가 형성되어 있지 않은 초전 기판(20)의 두께는 5.0 ㎛±0.02 ㎛였다. 초전 기판(20)은 휨의 정상(27)에 가까운 부분일수록 얇아지도록 형성되고, 정상(27)의 두께는 4.5 ㎛였다. 실시예 2의 초전 소자(510)에서도, 초전 기판(520)에 휨이 일어나고, 레이저 간섭계에 의해 두께 분포에 의한 간섭무늬를 볼 수 있었다. 구체적으로는, 초전 기판(520)의 표면 중 정상(527)과 그 이외와의 높이의 차(휨량)는 약 2 ㎛였다. 또한, 공동부가 형성되어 있지 않은 초전 기판(520)의 두께는 5.0 ㎛±0.02 ㎛였다. 초전 기판(520)은 휨의 정상(527)에 가까운 부분일수록 얇아지도록 형성되고, 정상(527)의 두께는 4.5 ㎛였다. 두께 분포(두께의 최대값과 최소값의 차)는 최소값을 100%로 하여 약 10%였다. 실시예 3의 초전 소자(10)에서는, 초전 기판(20)에 휨이 일어나고, 레이저 간섭계에 의해 두께 분포에 의한 간섭무늬를 볼 수 있었다. 구체적으로는, 초전 기판(20)의 표면 중 정상(27)과 그 이외와의 높이의 차(휨량)는 최대 약 10 ㎛였다. 또한 공동부가 형성되어 있지 않은 초전 기판(20)의 두께는 5.0 ㎛±0.02 ㎛였다. 초전 기판(20)은 휨의 정상(27)에 가까운 부분일수록 얇아지도록 형성되고, 정상(27)의 두께는 4.5 ㎛였다. 이에 비하여 비교예 1, 2에서는, 초전 기판(620)의 두께는 5.0 ㎛±0.02 ㎛이며, 실시예 1, 2의 정상(27, 527)과 같이 다른 곳보다 얇게 형성된 부분이나 초전 기판(620)의 휨은 존재하지 않았다.
[평가시험 2]
실시예 1∼3 및 비교예 1, 2의 초전 소자에 대해서, 도 12에 도시하는 실험계로 전압 감도(Rv)와 S/N비를 측정하였다. 이 실험계에서는, 적외선은, 흑체 방사 장치(702)를 사용하여 초전 소자까지 평면파 거울(704)과 오목 거울(706)을 이용하여 얼라인먼트하고, 초퍼(708)를 통해 초전 소자의 수광부의 창면에 집광하였다. 입력 적외광은, 초퍼(708)에 의해 주파수 10 Hz로 초핑하여 조사하였다. 초전 소자의 전압 감도(Rv)는, 로크인 앰프(710)로 측정하였다. 또한, 로크인 앰프(710) 내의 전압 변환 회로의 입력 임피던스는 1011 Ω으로 하였다. 각 초전 소자의 전압 감도(Rv)를 표 1에 나타낸다.
다음에, 입력 적외광이 없는 경우의 노이즈 전압(Vn)을 측정하였다. 주된 노이즈 성분은, 온도 노이즈, tanδ 노이즈, 입력 임피던스 노이즈였다. 이들 측정값으로부터 하기 식에 의해 S/N비를 산출하였다. 각 초전 소자(210)의 S/N비를 표 1에 나타낸다.
S/N=A0.5×Rv/Vn(A는 센서의 수광 면적)
Figure 112012074092380-pct00001
평가 시험 1의 결과로부터, 실시예 1∼3의 초전 소자는, 수광부(이면 전극)에 대향하는 부분에 공동이 형성된 복합체를 형성한 후 초전 기판의 표면을 소정의 두께가 될 때까지 연마함으로써, 초전 기판 중 공동에 대향하는 부분에 휨이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1∼3의 초전 소자는, 비교예 1, 2와 달리 초전 기판 중 수광부의 사이에 놓인 정상이 얇게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 평가시험 2의 결과로부터, 초전 소자로서의 성능을 나타내는 S/N비는, 실시예 1과 비교예 1의 비교, 실시예 3과 비교예 2의 비교로부터, 초전 기판 중 수광부(61, 62)의 사이에 놓인 정상(27)이 다른 곳보다 얇게 형성되고, 수광 영역(21, 22)이 비교예의 수광 영역(621, 622)보다 얇게 형성되며, 초전 기판(20)에 휨이 일어나 수광부(61, 62)의 수광 면적이 커져 있는 것에 의해, 초전 소자의 S/N비가 큰 값이 되고, 초전 소자로서의 성능이 높은 것을 알았다.
본 출원은, 2011년 2월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-037850호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.
산업상 이용 가능성
본 발명은, 예컨대 인체 검지 센서나 화재 검지 센서 등, 초전 소자를 이용한 적외선 검출 장치에 이용 가능하다.
10, 110, 210, 310, 410, 510, 610: 초전 소자
20, 120, 420, 520, 620: 초전 기판
21, 22, 321, 521, 522, 621, 622: 수광 영역
26, 426, 526, 626: 공동 대향 영역
27, 427, 527: 정상
30, 130, 230, 330, 630: 지지 부재
32, 132: 지지층
34, 134, 234, 334, 634: 접착층
36, 136, 236, 336, 636: 지지 기판
38, 138, 338, 538, 638: 공동
40, 140, 540, 640: 표면 금속층
41, 42, 341, 541, 542, 641, 642: 표면 전극
46, 47, 546, 547, 646, 647: 리드부
50, 150, 550, 650: 이면 금속층
51, 52, 351, 551, 552, 651, 652: 이면 전극
56, 556, 656: 리드부
61, 62, 361, 561, 562, 661, 662: 수광부
428: 영역
702: 흑체 방사 장치
704: 평면파 거울
706: 오목 거울
708: 초퍼
710: 로크인 앰프

Claims (7)

  1. 초전 기판과,
    공동이 형성되고, 이 공동 이외의 부분에서 상기 초전 기판을 이면으로부터 지지하는 지지 부재와,
    상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분의 표리 양면에 형성된 한 쌍의 전극과 상기 초전 기판 중 상기 한 쌍의 전극의 사이에 놓인 부분을 포함하는 수광부
    를 구비하고, 상기 초전 기판은, 상기 공동에 대향하는 부분에 휨이 일어나며, 이 휨의 정상(頂上)이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있는 것인 초전 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초전 기판은, 이 초전 기판의 표면측으로 볼록해지도록 상기 휨이 일어나고, 이 휨의 정상이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있으며,
    상기 수광부는, 상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분으로서 상기 정상을 제외한 부분에 이 정상을 사이에 두도록 복수 형성되어 있는 것인 초전 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초전 기판은, 이 초전 기판의 표면측으로 볼록해지도록 상기 휨이 일어나고, 이 휨의 정상이 다른 곳보다 얇게 형성되어 있으며,
    상기 수광부는, 상기 정상 부분에 형성되어 있는 것인 초전 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재는, 상기 초전 기판과 비교하여 열전도율이 낮은 재료로 형성되어 있는 것인 초전 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초전 기판은, 상기 공동에 대향하는 부분의 두께가 0.1 ㎛∼10 ㎛인 것인 초전 소자.
  6. (a) 1 이상의 이면 전극이 형성된 평탄한 초전 기판과, 상기 이면 전극에 대향하는 부분에 공동이 형성되고 이 공동 이외의 부분에서 상기 초전 기판을 이면으로부터 지지하는 지지 부재를 구비한 복합체를 형성하는 공정과,
    (b) 상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분에 휨이 일어날 때까지 상기 초전 기판의 표면을 연마하는 공정, 그리고
    (c) 상기 초전 기판의 표면에 상기 이면 전극과 쌍을 이루도록 표면 전극을 형성하는 공정
    을 포함하는 초전 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공정 (b)에서, 상기 초전 기판 중 상기 공동에 대향하는 부분의 두께가 0.1 ㎛∼10 ㎛의 범위가 될 때까지 상기 초전 기판의 표면을 연마하는 것인 초전 소자의 제조 방법.
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