KR20080091787A

KR20080091787A - 적외선 흡수체 및 열형 적외선 검출기

Info

Publication number: KR20080091787A
Application number: KR1020087018861A
Authority: KR
Inventors: 후미카즈 오지마; 준 스즈키; 류스케 기타우라
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-10-14
Also published as: CN101375140A; KR101427431B1; EP1978339A1; WO2007086424A1; EP1978339B1; EP1978339A4; TW200736587A; US8664510B2; CN101375140B; JP2007198852A; US20090301542A1; JP5283825B2; TWI429886B

Abstract

적외선 흡수막(2)은 TiN을 포함하는 제1 층(21)과, Si계 화합물을 포함하는 제2 층(22)을 구비하고, 제2 층(22)측으로부터 입사하는 적외선의 에너지를 열로 변환한다. TiN은 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선에 대한 흡수율이 높은 한편, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선에 대해서는 반사율이 높다. 따라서, 장파장역의 적외선에 대한 흡수율이 좋은 Si계 화합물층을 TiN층 위에 적층하면, TiN층에 있어서 흡수율이 낮은 파장역의 적외선을 Si계 화합물층에 있어서 바람직하게 흡수할 수 있는 동시에, Si계 화합물층을 투과하려고 하는 적외선을 TiN층의 계면에서 반사하여 Si계 화합물층으로 되돌릴 수 있다.

Description

적외선 흡수체 및 열형 적외선 검출기{INFRARED ABSORBER AND THERMAL INFRARED DETECTOR}

본 발명은 적외선 흡수체 및 열형 적외선 검출기에 관한 것이다.

종래의 열형 적외선 검출기로는 예를 들어 특허 문헌 1 또는 2에 기재된 것이 있다. 특허 문헌 1에는 초전형(焦電型) 적외선 고체 촬상 장치가 개시되어 있다. 이 장치의 적외선 흡수막은 광범위한 적외역(赤外域)에 감도를 갖는 유기물층 및 파장 10㎛ 부근의 흡수율이 높은 SiO₂층으로 이루어진 적층 구조를 갖는다.

또, 특허 문헌 2에는 열형 적외선 센서가 개시되어 있다. 이 센서는 최하층에 금속 박막을 포함하는 다층 구조의 적외선 흡수막을 갖는다. 금속 박막의 적외선 반사율은 적외선 투과율보다 크게 되어 있어, 타층을 투과하려고 하는 적외선을 금속 박막에 있어서 반사시키는 것에 의해 타층에 있어서 적외선 흡수율을 높이고자 하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 제2523895호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 제3608427호 공보

일반적으로, 적외선 흡수체는 기계적 강도를 유지하기 위해서 기판 위에 형 성된다. 그리고, 적외선 흡수체에 있어서 발생한 열을 양호한 정밀도로 검출하기 위해서, 검출 영역의 기판 부분이 웨트 에칭 등에 의해 제거된다(멤브레인 구조: 예를 들어, 특허 문헌 2 참조). 그렇지만, 특허 문헌 1에 개시된 장치와 같이 적외선 흡수막에 유기물층을 포함하는 경우, 유기물층은 웨트 에칭에 대한 내성이 낮기 때문에 기판의 가공이 곤란하게 된다.

또, 적외선을 검출할 때에는 보다 넓은 파장역에 걸쳐서 고효율로 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 특허 문헌 2에는 검출 가능한 파장역의 광대역화에 관해서는 조금도 기재되어 있지 않다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 기판의 웨트 에칭 가공이 용이하고, 넓은 파장역에 걸쳐서 효율적으로 적외선을 흡수할 수 있는 적외선 흡수체 및 열형 적외선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 적외선 흡수체는, TiN을 포함하는 제1 층과; Si계 화합물을 포함하고 제1 층 위에 마련된 제2 층을 구비하고, 제2 층측으로부터 입사하는 적외선의 에너지를 열로 변환한다.

TiN은 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선에 대한 흡수율이 다른 무기 재료보다 높은 한편, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선에 대해서는 반사율이 높다고 하는 특징을 갖는다. 따라서, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선에 대한 흡수율이 좋은 제2 층을 제1 층(TiN층) 위에 적층하면, TiN층에 있어서 흡수율이 낮은 파장역의 적외선을 제2 층에 있어서 바람직하게 흡수할 수 있는 동시에, 제2 층을 투과하려고 하는 적외선을 TiN층의 계면에서 반사하여 제2 층으로 되돌릴 수 있으므로, 8㎛보다 짧은 파장역 및 8㎛보다 긴 파장역의 쌍방을 포함하는 넓은 파장역에 걸친 적외선을 효율적으로 흡수할 수 있다. 상기한 적외선 흡수체는 TiN을 포함하는 제1 층 위에, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선에 대한 흡수율이 높은 Si계 화합물을 포함하는 제2 층을 마련하고 있다. 이에 의해, 넓은 파장역에 걸쳐서 효율적으로 적외선을 흡수할 수 있다.

또, 상기한 적외선 흡수체에 있어서는 TiN을 포함하는 제1 층이 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선을 주로 흡수하는 동시에, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선을 제2 층을 향하여 반사한다. 이와 같이 한 개의 층이 일부 파장역의 적외선을 흡수하는 기능과, 다른 파장역의 적외선을 타층으로 반사하는 기능을 겸비하는 것에 의해, 반사를 주목적으로 하는 층을 마련하는 경우에 비해, 보다 적은 층수로 광파장역의 적외선을 효율적으로 흡수할 수 있다.

또, TiN 및 Si계 화합물은 웨트 에칭에 대한 내성이 높기 때문에 기판의 웨트 에칭 가공을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 상기한 적외선 흡수체에 의하면, 검출 영역의 기판 부분이 제거된 멤브레인 구조를 용이하게 제조할 수 있다.

또, 적외선 흡수체는 제2 층이 Si계 화합물로서 SiC 및 SiN 중 적어도 한 쪽을 포함해도 된다. 이에 의해, 상술한 효과를 바람직하게 얻을 수 있다. 특히, SiC 및 SiN은 다른 Si계 화합물과 비교해서 웨트 에칭에 대한 내성이 보다 높기 때문에, 이 적외선 흡수체에 의하면 멤브레인 구조를 더욱 용이하게 제조할 수 있다.

또, 적외선 흡수체는 제2 층이 제1 층보다 두꺼워도 된다. 제1 층을 구성하는 TiN은 두께가 어느 값을 넘으면, 적외선에 대한 투과율이 매우 작아지는 동시에, 두께를 변화시켜도 흡수율이나 반사율이 거의 변화하지 않게 된다. 그러나, 제2 층을 구성하는 Si계 화합물은 두꺼울수록 흡수율이 높아지는 성질이 있다. 따라서, Si계 화합물을 포함하는 제2 층을 TiN을 포함하는 제1 층보다 두껍게 하는 것에 의해 8㎛보다 긴 파장역의 적외선을 더욱 효율적으로 흡수할 수 있다.

또, 본 발명의 열형 적외선 검출기는 상기한 어느 하나의 적외선 흡수체와, 적외선 흡수체로부터의 열을 전기적인 양으로 변환하는 열전(熱電) 변환부를 구비한다. 이에 의해, 기판의 웨트 에칭 가공이 용이하고, 넓은 파장역에 걸쳐서 효율적으로 적외선을 검출할 수 있는 열형 적외선 검출기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 적외선 흡수체를 구비하는 열형 적외선 검출기의 제1 실시 형태를 나타내는 도면이다.

도 2는 TiN 및 SiC의 적외선 흡수 특성(입사 파장에 따른 흡수율)을 나타내는 그래프이다.

도 3은 TiN의 적외선 반사 특성(입사 파장에 따른 반사율)을 나타내는 그래프이다.

도 4는 제1 실시 형태에 의한 열형 적외선 검출기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 제1 실시 형태의 적외선 흡수막 전체에서 적외선 흡수 특성(입사 파장에 따른 흡수율)을 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명에 의한 적외선 흡수체를 구비하는 열형 적외선 검출기의 제2 실시 형태를 나타내는 도면이다.

<부호의 설명>

1a, 1bㆍㆍㆍ열형 적외선 검출기,

2, 5ㆍㆍㆍ적외선 흡수막,

3, 6ㆍㆍㆍ서모파일 형성막,

4, 7ㆍㆍㆍ실리콘 기판,

21, 51ㆍㆍㆍ제1 층,

22, 52ㆍㆍㆍ제2 층.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 적외선 흡수체 및 열형 적외선 검출기의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고 중복하는 설명을 생략한다.

(제1 실시 형태)

도 1(a)은 본 발명에 의한 적외선 흡수체를 구비하는 열형 적외선 검출기의 제1 실시 형태를 나타내는 평면도이다. 또, 도 1(b)은 도 1(a)에 나타내는 I-I 선을 따른 단면을 나타내는 측면 단면도이다. 또, 도 1(c)은 도 1(b)의 일부를 확대한 확대 단면도이다.

본 실시 형태의 열형 적외선 검출기(1a)는 이른바 벌크 마이크로 머신 기술에 의해 형성되는 형태의 열형 적외선 검출기이고, 적외선 흡수막(2)과, 서모파일 형성막(3)과, 실리콘(Si) 기판(4)을 구비한다. 실리콘 기판(4)은 직사각형의 평면 형상을 갖고 있고, 그 외주(外周)를 따라서 마련된 프레임부(41)를 갖는다. 프레임부(41)로 둘러싸인 중앙 부근에는 적외선 검출 영역 A1에 대응하는 크기의 개구(4a)가 형성되어 있고, 후술하는 서모파일 형성막(3) 및 적외선 흡수막(2)을 멤브레인 구조로 하고 있다. 또한, 이 개구(4a)는 실리콘 기판(4)에 대한 선택적 웨트 에칭에 의해 바람직하게 형성된다.

서모파일 형성막(3)은 후술하는 적외선 흡수막(2)으로부터의 열을 전기적인 양(전압, 전류 등)으로 변환하기 위한 열전 변환부이다. 서모파일 형성막(3)은 개구(4a)를 막도록 실리콘 기판(4) 위에 마련되어 있고, 복수의 열전대(熱電對)가 2차원 형상으로 배치되어서 이루어진다. 복수의 열전대 각각의 온접점(서모커플(thermocouple))은 적외선 검출 영역 A1내에 배치되고 냉접점은 프레임부(41) 위에 배치된다.

적외선 흡수막(2)은 본 실시 형태에 있어서 적외선 흡수체이고, 서모파일 형성막(3) 위의 적외선 검출 영역 A1에 마련되어 있다. 적외선 흡수막(2)은 TiN을 주로 포함하는 제1 층(21)과, SiC, SiN, SiO₂, Si₃N₄, 또는 SiON 등의 Si계 화합물을 주로 포함하고 제1 층(21) 위에 마련된 제2 층(22)을 구비하고, 제2 층(22)측으로부터 입사하는 적외선의 에너지를 열로 변환한다. 제2 층(22)은 제1 층(21)보다 두껍게 형성되어 있다.

또한, 제2 층(22)은 Si계 화합물로서 SiC 및 SiN 중 적어도 한 쪽을 주로 포 함하는 것이 바람직하다. 또, 제2 층(22)이 SiO_XN_Y(0<X

2, O

Y<1)를 주로 포함하는 경우, 산소 원자의 조성비 X/(X+Y) 가 0.4 이상 0.8 이하이면, 광 투과율이 양호해고 또한 방습성이 높아지므로 바람직하다.

여기서, 도 2는 TiN 및 SiC의 적외선 흡수 특성(입사 파장에 따른 흡수율)을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 2에 있어서, 그래프 G1은 TiN의 흡수 특성을 나타내고 있고, 그래프 G2는 SiC의 흡수 특성을 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이 TiN은 비교적 짧은 파장역, 예를 들어 8㎛보다 짧은 파장역에서 흡수율이 높다. 또, SiC는 비교적 긴 파장역, 예를 들어 8㎛ ~ 14㎛의 파장역에서 흡수율이 높다. 또, 도 3은 TiN의 적외선 반사 특성(입사 파장에 따른 반사율)을 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 TiN은 비교적 긴 파장역, 예를 들어 8㎛보다 긴 파장역에서의 반사율이 높다.

도 4는 본 실시 형태에 따른 열형 적외선 검출기(1a)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4는 열형 적외선 검출기(1a) 중, 적외선 검출 영역 A1에 상당하는 부위의 측면 단면을 나타내고 있다.

열형 적외선 검출기(1a)의 적외선 검출 영역 A1에 입사하는 적외선 IR은 적외선 흡수막(2)에 제2 층(22)측으로부터 입사한다. 그리고, 적외선 IR 중 비교적 단파장의 파장 성분(예를 들어 파장 8㎛를 넘지 않는 성분) IR(

₁)은 제2 층(22)을 투과하여 제1 층(21)에 주로 흡수되어 열 H로 변환된다. 또, 적외선 IR 중 비교적 장파장의 파장 성분(예를 들어 파장 8㎛를 넘는 성분) IR(

₂)는 제2 층(22)에 흡수 되어 열 H로 변환된다. 이 때, 파장 성분 IR(

₂)의 일부는 제2 층(22)을 투과하려고 하여 제1 층(21)과 제2 층(22)의 계면에 도달하지만, 제1 층(21)의 TiN이 갖는 높은 반사율에 의해 이 계면에 있어서 반사되어, 결국 제2 층(22)에 흡수되게 된다. 이렇게 해서 발생한 열 H는 열전도성이 높은 TiN을 포함하는 제1 층(21)을 타고 서모파일 형성막(3)에 도달한다. 그리고, 서모파일 형성막(3)에 있어서 열 H의 크기에 따른 전압이 생성된다.

본 실시 형태의 열형 적외선 검출기(1a) 및 적외선 흡수막(2)에 의한 효과에 대해서 설명한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 TiN은 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선 IR(

₁)에 대한 흡수율이 다른 무기 재료보다 높은 한편, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선 IR(

₂)에 대해서는 반사율이 높다고 하는 특징을 갖는다. 따라서, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선 IR(

₂)에 대한 흡수율이 좋은 제2 층(22)을 제1 층(21) 위에 적층하면, 제1 층(21)에 흡수되기 어려운 파장역의 적외선 IR(

₂)을 제2 층(22)에 있어서 바람직하게 흡수할 수 있는 동시에, 제2 층(22)을 투과하려고 하는 적외선 IR(

₂)를 제1 층(21)의 계면에서 반사하여 제2 층(22)으로 되돌려 제2 층(22)에서 흡수시킬 수 있으므로, 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선 및 8㎛보다 긴 파장역의 적외선의 쌍방을 효율적으로 흡수할 수 있다.

본 실시 형태의 적외선 흡수막(2)은 TiN을 포함하는 제1 층(21) 위에, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선 IR(

₂)에 대한 흡수율이 높은 Si계 화합물을 포함하는 제2 층(22)을 마련하고 있다. 이에 의해, 넓은 파장역에 걸쳐서 효율적으로 적외선을 흡수할 수 있다. 특히, 파장 8㎛ ~ 14㎛는 방사 온도 계측이나 인체 검지 용도에 다용되는 파장역이므로, 이 파장역의 적외선에 대한 흡수율이 높은 Si계 화합물(특히 SiC)을 제2 층(22)이 주로 포함하는 것에 의해, 이러한 측정을 양호한 정밀도로 실시할 수 있다.

또, Si계 화합물(특히 SiC)은 TiN에 있어서 흡수율이 높은 파장 5㎛ 부근의 적외선에 대한 투과율이 높다. 따라서, 제2 층(22)이 Si계 화합물을 주로 포함하는 것에 의해, 이 파장역의 적외선 IR(

₁)을 제1 층(21)에 효율적으로 입사시켜서, 흡수 효율을 더욱 높일 수 있다. 또, TiN은 비교적 얇은 층이어도 적외선에 대한 투과율이 낮기 때문에(예를 들어, 두께 4000Å에서 투과율 10% 이하), 제1 층(21)에 TiN을 사용하는 것에 의해 제1 층(21)의 성막 시간을 짧게 할 수 있다. 또, TiN은 다른 무기 재료와 비교해서 열전도율이 높다(약 29W/m· K). 따라서, 제1 층(21)이 TiN을 주로 포함하는 것에 의해, 제1 층(21)과 제2 층(22)에서 발생한 열을 복사 등으로 잃는 일 없이 서모파일 형성막(3)에 전달할 수 있는 동시에 열형 적외선 검출기(1a)의 응답 속도를 높일 수 있다.

여기서, 도 5는 본 실시 형태의 적외선 흡수막(2) 전체에서 적외선 흡수 특성(입사 파장에 따른 흡수율)을 나타내는 그래프이다. 도 5에 나타내는 바와 같이 적외선 흡수막(2)에 의하면, 8㎛보다 긴 파장역(특히 8㎛ ~ 18㎛ 부근) 및 8㎛보다 짧은 파장역(특히 4㎛ 부근)의 쌍방에 걸쳐 적외선을 효율적으로 흡수할 수 있음을 알 수 있다. 또, 8㎛보다 긴 파장역에서의 흡수율은 도 2에 나타낸 SiC 단층에서의 흡수율보다 높아져 있다. 즉, 제1 층(21)(TiN)과 제2 층(22)(SiC)의 계면에 있어서 반사에 의해서, 이 파장역의 적외선이 제2 층(22)에 있어서 보다 효율적으로 흡수되기 때문이라고 생각된다.

또, 본 실시 형태의 적외선 흡수막(2)에 있어서는 TiN을 포함하는 제1 층(21)이 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선 IR(

₁)을 주로 흡수하는 동시에, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선 IR(

₂)을 제2 층(22)을 향하여 반사한다. 이와 같이 한 개의 층이 일부 파장역의 적외선 IR(

₁)을 흡수하는 기능과, 다른 파장역의 적외선 IR(

₂)을 타층(제2 층(22))으로 반사하는 기능을 겸비하는 것에 의해, 반사를 주목적으로 하는 층을 마련하는 경우와 비교해서, 보다 적은 층수로도 광파장역의 적외선을 효율적으로 흡수할 수 있다.

또, TiN 및 Si계 화합물은 웨트 에칭에 대한 내성이 높기 때문에, 실리콘 기판(4)의 웨트 에칭 가공을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 적외선 흡수막(2)에 의하면, 적외선 검출 영역 A1의 기판 부분(개구(4a)에 상당하는 부분)이 제거된 멤브레인 구조를 용이하게 제조할 수 있다. 특히, 제2 층(22)이 Si계 화합물로서 SiC 및 SiN을 주로 포함하는 경우, SiC 및 SiN은 다른 Si계 화합물과 비교해서 웨트 에칭에 대한 내성이 보다 높기 때문에, 멤브레인 구조를 더욱 용이하게 제조할 수 있어 더욱 바람직하다.

또, 본 실시 형태와 같이 제2 층(22)은 제1 층(21)보다 두꺼운 것이 바람직 하다. 제1 층(21)을 구성하는 TiN은 두께가 어느 값을 넘으면, 적외선에 대한 투과율이 매우 작아지는 동시에, 두께의 변화에 따른 흡수율이나 반사율의 변화가 근소해진다. 그러나, 제2 층(22)을 구성하는 Si계 화합물은 두꺼울수록 흡수율이 높아지는 성질이 있다. 따라서, 제2 층(22)을 제1 층(21)보다 두껍게 하는 것에 의해, 8㎛보다 긴 파장역의 적외선 IR(

₂)을 더욱 효율적으로 흡수할 수 있다.

또한, 제2 층(22)의 두께에 관한 상기 사실은 본 실시 형태의 제2 층(22)이 적외선 흡수막의 보호에만 사용되는 일반적인 Si계 화합물막(예를 들어 SiO₂막)과는 다른 작용을 갖는다는 것을 현저하게 나타내고 있다. 즉, 적외선 흡수막의 보호에만 사용되는 막은 적외선 흡수막보다 얇은 것이 일반적이다. 그러나, 본 실시 형태의 제2 층(22)은 상술한 바와 같이 적외선을 효율적으로 흡수하기 위한 적외선 흡수막(2)의 일부를 구성하므로, 제1 층(21)보다 두꺼운 것이 바람직한 것이다.

또한, 제1 층(21)의 두께는 2500Å 이상 10000Å 이하인 것이 바람직하다. 제1 층(21)의 두께를 2500Å 이상으로 하는 것에 의해, 적외선 IR(

₁) 및 IR(

₂)에 대한 투과율을 감소시켜 흡수율 및 반사율을 충분하게 확보할 수 있다. 따라서, 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선 IR(

₁)을 흡수하는 기능 및 8㎛보다 긴 파장역의 적외선 IR( ₂)을 반사하는 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다. 또, 제1 층(21)의 두께가 10000Å를 넘으면, 8㎛보다 짧은 파장역의 적외선 IR(

₁)에 대한 흡수율이 포화하는(두께를 증가시켜도 흡수율이 대부분 증대하지 않음) 경향이 있다. 따라서, 제1 층(21)의 두께를 1000OÅ 이하로 하는 것에 의해 제1 층(21)의 형성 시간을 단축할 수 있다.

또, 제2 층(22)의 두께는 10000Å 이상 25000Å 이하인 것이 바람직하다. 제2 층(22)의 두께를 10000Å 이상으로 하는 것에 의해, 적외선 IR(

₂)에 대한 흡수율을 충분하게 확보할 수 있다. 또, 제2 층(22)의 두께가 25000Å를 넘으면, 적외선 IR(

₂)에 대한 흡수율이 100%에 가깝게 되어 포화되어 버린다. 따라서, 제2 층(22)의 두께를 2500OÅ 이하로 하는 것에 의해 제2 층(22)의 형성 시간을 단축할 수 있다.

또, 상술한 바와 같이 제2 층(22)은 제1 층(21)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 제2 층(22)을 구성하는 Si계 화합물은 흡수율이 포화에 도달하는 두께가, 제1 층(21)을 구성하는 TiN보다 두껍다(Si계 화합물: 25000Å, TIN: 10000Å). 따라서, 제2 층(22)을 제1 층(21)보다 두껍게 하는 것에 의해, 더욱 효율적으로 적외선을 흡수할 수 있다. 또한, 제1 층(21)의 두께 t₁과 제2 층(22)의 두께 t₂의 비(t₂/t₁)는 1 ~ 10인 것이 바람직하고, 3이 최적이다.

(제2 실시 형태)

도 6(a)은 본 발명에 의한 적외선 흡수체를 구비하는 열형 적외선 검출기의 제2 실시 형태를 나타내는 평면도이다. 또, 도 6(b)은 도 6(a)에 나타내는 II-II 선을 따른 단면을 나타내는 측면 단면도이다. 또, 도 6(c)은 도 6(b)의 일부를 확대한 확대 단면도이다.

본 실시 형태의 열형 적외선 검출기(1b)는, 이른바 표면 마이크로 머신 기술에 의해 형성되는 형태의 열형 적외선 검출기이고, 적외선 흡수막(5)과, 서모파일 형성막(6)과, 실리콘(Si) 기판(7)을 구비한다. 실리콘 기판(7)은 직사각형의 평면 형상을 갖고 있고, 그 표면측의 적외선 검출 영역 A2에 대응하는 부분에 직사각형의 오목부(凹部; 7a)를 갖는다. 또한, 이 오목부(7a)는 웨트 에칭에 의해 바람직하게 형성된다.

서모파일 형성막(6)은 적외선 흡수막(5)으로부터의 열을 전기적인 양(전압, 전류 등)으로 변환하기 위한 열전 변환부이다. 서모파일 형성막(6)은 오목부(7a)를 막도록 실리콘 기판(7) 위에 마련되어 있고, 복수의 열전대가 2차원 형상으로 배치되어서 이루어진다. 복수의 열전대 각각의 온접점(서모커플)은 적외선 검출 영역 A2내에 배치되고, 냉접점은 오목부(7a)를 제외한 실리콘 기판(7)의 표면 위에 배치된다.

적외선 흡수막(5)은 본 실시 형태에 있어서 적외선 흡수체이고, 서모파일 형성막(6) 위의 적외선 검출 영역 A2에 마련되어 있다. 적외선 검출 영역 A2에 상당하는 실리콘 기판(7)의 표면에는 오목부(7a)가 형성되어 있기 때문에, 적외선 흡수막(5)은 서모파일 형성막(6)과 함께 멤브레인 구조를 이루고 있다. 적외선 흡수막(5)은 TiN을 주로 포함하는 제1 층(51)과 SiC, SiN, SiO₂, Si₃N₄, 또는 SiON 등의 Si계 화합물을 주로 포함하고 제1 층(51) 위에 마련된 제2 층(52)을 구비하여, 제2 층(52)측으로부터 입사하는 적외선의 에너지를 열로 변환한다. 또한, 상기 제1 실 시 형태와 동양으로, 제2 층(52)은 Si계 화합물로서 SiC 및 SiN 중 적어도 한 쪽을 주로 포함하는 것이 바람직하고, 또는 SiO_XN_Y(0<X

2, O

Y<1)를 주로 포함해도 된다.

또, 적외선 흡수막(5) 및 서모파일 형성막(6)에는 두께 방향으로 관통하는 구멍(5a, 6a)이 형성되어 있다. 구멍(5a, 6a)은 실리콘 기판(7)에 오목부(7a)를 형성하기 위한 에천트(etchant)를 서모파일 형성막(6)의 이측(裏側)에 침입시키기 위한 구멍이고, 적외선 흡수막(5) 및 서모파일 형성막(6)에 복수 형성되어 있다. 또, 구멍(5a, 6a)은 적외선 검출기로서의 동작시, 특히 질소로 봉해진 경우, 오목부(7a)의 압력 변화에 의해 서모파일 형성막(6)이 움직이지 않게 하는 역할도 한다.

본 실시 형태의 열형 적외선 검출기(1b)에 의하면, 상기 제1 실시 형태의 열형 적외선 검출기(1a)와 동양의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 적외선 흡수체 및 열형 적외선 검출기는 상기한 각 실시 형태에 한정되지 않고, 그 밖에도 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 각 실시 형태의 열형 적외선 검출기는 열전 변환부로서 서모파일을 구비하는 열기전력형의 구성을 갖지만, 그 밖에도 예를 들어 LiTaO₃막이나 PZT막을 구비하는 초전형, 또는 서미스터(thermistor)나 볼로미터(bolometer)를 구비하는 저항형의 구성을 가져도 된다.

본 발명에 의하면, 기판의 웨트 에칭 가공이 용이하고, 넓은 파장역에 걸쳐서 효율적으로 적외선을 흡수할 수 있는 적외선 흡수체 및 열형 적외선 검출기를 제공할 수 있다.

Claims

TiN을 포함하는 제1 층과,

Si계 화합물을 포함하고 상기 제1 층 위에 마련된 제2 층을 구비하고,

상기 제2 층측으로부터 입사하는 적외선의 에너지를 열로 변환하는 적외선 흡수체.
청구항 1에 있어서,

상기 제2 층이 상기 Si계 화합물로서 SiC 및 SiN 중 적어도 한 쪽을 포함하는 적외선 흡수체.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제2 층이 상기 제1 층보다 두꺼운 적외선 흡수체.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 적외선 흡수체와,

상기 적외선 흡수체로부터의 열을 전기적인 양으로 변환하는 열전 변환부를 구비하는 열형 적외선 검출기.