KR20120112873A - 초전 소자 - Google Patents

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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

본 발명의 초전 소자(10)는, 결정축으로서 X축, Y축 및 Z축을 갖는 탄탈산리튬의 단결정 기판인 초전 기판(20)과, 이 초전 기판(20) 표면에 마련된 표면 전극(41, 42)과, 각 표면 전극(41, 42)과 쌍을 이루는 이면 전극(51, 52)을 구비하고 있다. 초전 기판(20)은, 탄탈산리튬의 단결정을, 전극의 면을 따른 방향과 일치하는 X축 둘레로 Y축으로부터 Z축 방향으로 커트각(θ)만큼 회전시킨 각도로 잘라낸 Y 오프 커트판이며, 커트각(θ)은 30˚?60˚, 120˚?150˚이다. 초전 기판(20)의 두께는, 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 5 ㎛?10 ㎛인 것이 보다 바람직하다.

Description

초전 소자{PYROELECTRIC ELEMENT}
본 발명은, 초전 소자에 관한 것이다.
시큐리티용이나 가스 검지용 적외선 검출기로서, 초전 소자가 이용되고 있다. 초전 소자는, 초전 기판과, 이 초전 기판의 표리에 마련된 한 쌍의 전극을 구비하고 있다. 초전 소자의 표면에 적외선이 조사되면, 초전 기판의 온도가 상승한다. 그러면, 그 온도 변화에 따라 자발 분극이 변화되어 초전 기판의 표면에서는 전하의 평형 상태가 무너지고, 전하가 발생한다. 발생한 전하를 한 쌍의 전극에 접속된 도선을 통해 취출함으로써, 적외선을 검출한다.
그런데, 초전 소자는, 초전 기판으로서, 초전 계수가 크고 성능 지수가 높은 탄탈산리튬(LiTaO3, 이하 「LT」로 약기하는 경우가 있음)을 이용한 것이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1). 이와 같이 LT를 이용한 초전 소자에서는, 팝콘 노이즈로 불리는 돌발적인 노이즈의 발생이 문제가 된다. 팝콘 노이즈는 초전 기판의 표면에 축적된 전하가 고전압이 되어 방전되는 것이 원인으로 고려된다. 이러한 팝콘 노이즈의 발생을 억제하는 기술이 몇몇 개발되어 있다(예컨대 특허문헌 2, 3). 특허문헌 2에는, 수광부의 주위 3방향을 절취하고, 열변화를 가했을 때에 생기는 응력 집중을 억제하며, 그 결과 팝콘 노이즈의 발생을 현저히 경감할 수 있는 것으로 기재되어 있다. 특허문헌 3에는, 초전 기판의 체적 저항율을 1×1010 Ω㎝?1×1013 Ω㎝로 하면, 온도 변화에 의해 전하가 발생하여도, 발생한 전하는 초전 기판 내를 지나 신속히 소멸하기 때문에, 초전 기판의 표면은, 고전압이 되지 않고, 방전성이 억제되어, 팝콘 노이즈를 저감할 수 있는 것으로 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성06-160194호 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성10-2793호 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2006-203009호
그러나, 특허문헌 2에서는, 초전 기판을 샌드블라스트에 의해 절취하기 때문에 공정수가 증가하고, 가공 불균일에 의한 감도의 불균일이 발생한다고 하는 문제가 있었다. 또한 특허문헌 3에서는, 체적 저항율을 작게 하는 것에 의해, 초전성이 열화되고 감도가 저하된다는 문제가 있었다. 이 때문에, 팝콘 노이즈의 발생을 용이하게 억제하는 것이 요구되고 있다. 또한, 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있었다고 해도, S/N비가 크게 저하된 것으로는 실용상 문제가 있기 때문에, S/N비의 저하도 함께 억제하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, S/N비를 크게 저하시키지 않고, 팝콘 노이즈의 발생을 용이하게 억제하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명자 등이 예의 연구한 바, 초전 기판으로서 LT 기판을 이용하는 경우, 종래에는 초전 계수가 큰 Z판(전극면의 법선 방향이 단결정의 Z축과 일치하는 LT 기판)이 이용되고 있었지만, 그 초전 계수가 큰 것이 해를 끼쳐 팝콘 노이즈가 발생하고 있는 것을 구명하였다. 그리고, 초전 기판으로서, LT 단결정으로서 Z판이 아니라 소정의 커트각을 갖는 Y 오프 커트판을 이용하고 있으면, 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있고 S/N비의 저하도 아울러 억제할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 초전 소자는,
결정축으로서 X축, Y축 및 Z축을 갖는 탄탈산리튬의 단결정 기판인 초전 기판과, 이 초전 기판의 표리에 마련된 한 쌍의 전극을 구비한 초전 소자로서,
상기 초전 기판은, 상기 탄탈산리튬의 단결정을, 상기 전극의 면을 따른 방향과 일치하는 상기 X축 둘레로, 상기 Y축으로부터 상기 Z축 방향으로 커트각(θ)만큼 회전시킨 각도로 잘라낸 Y 오프 커트판이며, 상기 커트각(θ)은 30˚?60˚, 120˚?150˚이다.
커트각(θ)은, 통상 0˚?180˚의 범위로 설정된다. 커트각(θ)이 90˚인 기판은, 기판 표면의 법선 방향과 Z축이 일치하는 것이며, 이것을 Z판으로 칭한다. 커트각(θ)이 0˚ 또는 180˚인 기판은, 기판 표면의 법선 방향과 Y축이 일치하는 것이며, 이것을 Y판으로 칭한다. 그리고 커트각(θ)이 0˚<θ<90˚, 90˚<θ<180˚인 기판을 Y 오프 커트판으로 칭한다. LT 단결정으로 이루어지는 초전 기판은, Z축 방향으로 초전 전하가 발생하기 때문에, 전극면의 법선 방향과 Z축이 일치하는 Z판의 경우에 가장 초전 계수가 커지고, Y 오프 커트판의 경우에는 Z판보다 초전 계수가 작아진다. 또한, Y 오프 커트판에서, 커트각(θ)이 0˚<θ<90˚의 범위 내에 있을 때에는, 커트각(θ)이 작을수록, 전극면의 법선 방향과 Z축이 이루는 각도가 커지기 때문에, 초전 계수는 작아진다. 또한, 커트각이 90˚<θ<180˚의 범위 내에 있을 때에는, 커트각(θ)이 클수록, 전극면의 법선 방향과 Z축이 이루는 각도가 커지기 때문에, 초전 계수는 작아진다.
이번에는, 커트각(θ)이 0˚<θ<90˚의 범위 내에 있을 때, 60˚ 이하이면 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있는 것을 알았다. 즉, 커트각(θ)이 60˚일 때의 초전 계수와 동일하거나 그것보다 작으면, 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있는 것을 알았다. 이 결과로부터, 커트각(θ)이 90˚<θ<180˚의 범위 내에 있을 때에는, 120˚ 이상이면 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있다고 할 수 있다. 전극면의 법선 방향과 Z축이 이루는 각도는, 커트각(θ)이 60˚일 때와 120˚일 때에서 동일하므로, 초전 계수가 동일한 값이 되기 때문이다. 한편, 커트각(θ)이 0˚<θ<90˚의 범위 내에 있을 때, 30˚ 이상이면 S/N비를 기판 두께 40 ㎛ 이상의 Z판을 사용한 경우의 50% 이상으로 유지할 수 있는 것을 알았다. 이 결과로부터, 커트각(θ)이 90˚<θ<180˚의 범위 내에 있을 때에는 150˚ 이하이면, S/N비를 기판 두께 40 ㎛ 이상의 Z판을 사용한 경우의 50% 이상으로 유지할 수 있다고 할 수 있다. 요컨대, 커트각(θ)이 30˚?60˚, 120˚?150˚이면, 팝콘 노이즈의 발생을 억제하면서, S/N비의 저하도 억제할 수 있다.
본 발명의 초전 소자에서, Y 오프 커트판의 두께는 10 ㎛ 이하(예컨대 1 ㎛?10 ㎛)로 하는 것이 바람직하다. Y 오프 커트판의 두께는 1 ㎛?10 ㎛에서는 S/N비는 Z판과 대략 동등한 일정한 값이 되지만, 10 ㎛를 초과하여 두꺼워짐에 따라 S/N비가 저하되는 경향을 나타낸다. 덧붙이면, Y 오프 커트판의 두께가 5 ㎛?100 ㎛의 범위에서는, 전압 감도는 Z판과 비교하여 약간 작은, 대략 일정한 값이 되고, 5 ㎛ 미만의 범위에서는, 두께가 작아짐에 따라 전압 감도는 작아지는 경향을 나타낸다.
도 1은 제1 실시형태의 초전 소자(10)의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 초전 기판(20)에 사용되는 Y 오프 커트판의 커트각의 설명도이다.
도 4는 초전 소자(10)의 수광부(61, 62)의 전기적인 접속 상태를 도시하는 회로도이다.
도 5는 초전 소자(10)의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 제2 실시형태의 초전 소자(210)의 개략 사시도이다.
도 7은 도 6의 선 B-B를 따라 취한 단면도이다.
도 8은 제2 실시형태의 초전 소자(210)의 제작 수순을 도시하는 설명도이다.
도 9는 팝콘 노이즈의 측정시에 행한 히트 사이클의 설명도이다.
도 10은 전압 감도와 S/N비를 측정한 실험계의 설명도이다.
[제1 실시형태]
도 1은 제1 실시형태의 초전 소자(10)의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 취한 단면도이며, 도 3은 초전 기판(20)에 사용되는 Y 오프 커트판의 커트각의 설명도이다.
초전 소자(10)는, 2개의 수광부(61, 62)(도 2 참조)를 구비한 듀얼 타입의 초전 소자로서 구성되어 있다. 이 초전 소자(10)는, 초전 기판(20)과, 이 초전 기판(20)을 지지하는 지지 부재(30)와, 초전 기판(20)의 표면에 마련된 표면 금속층(40)과, 초전 기판(20)의 이면에 마련된 이면 금속층(50)을 구비하고 있다.
초전 기판(20)은, 결정축으로서 X축, Y축 및 Z축을 갖는 LT 단결정의 기판이다. 이 초전 기판(20)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, LT 단결정을, 기판 표면(전극면)을 따른 방향과 일치하는 X축 둘레로, Y축으로부터 Z축 방향으로 커트각(θ)만큼 회전시킨 각도로 잘라낸 Y 오프 커트판이다. 이 Y 오프 커트판은, 전극면을 따르는 방향을 X1, 전극면의 법선 방향을 X2, X1과 X2의 양방에 직교하는 축을 X3으로 했을 때, X1은 X축과 일치하고, X2는 X축 둘레로 Y축으로부터 Z축 방향으로 커트각(θ)만큼 회전시킨 축이며, X3은 그 회전에 따라 Z축으로부터 커트각(θ)만큼 회전시킨 축이다. 커트각(θ)은, 30˚?60˚의 범위 내 또는 120˚?150˚의 범위 내로 설정되어 있다. X2와 Z축이 이루는 각도 (90˚-θ)가 제로에 가까울수록, 즉 커트각(θ)이 90˚에 가까울수록, 초전 계수는 커지는 것이 알려져 있다. 또한 커트각(θ)의 Y 오프 커트판과 커트각 (180˚-θ)의 Y 오프 커트판은, X2와 Z축이 이루는 각도가 모두 (90˚-θ)이기 때문에, 초전 계수의 절대값이 동일하게 된다. 또한, 초전 기판(20)의 두께는, 10 ㎛ 이하(예컨대 0.1 ㎛?10 ㎛)이며, 바람직하게는 1 ㎛?10 ㎛, 보다 바람직하게는 5 ㎛?10 ㎛이다. 초전 기판(20)의 크기는, 예컨대 세로가 0.1 ㎛?5 ㎜, 가로가 0.1 ㎜?5 ㎜이다.
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 것이며, 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, 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 LT, LN(니오브산리튬)을 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. 또한, 이 지지 부재(30)에는, 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.
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 도통하며 평면도 상에서 정사각형으로 형성된 리드부(46)와, 표면 전극(42)과 도통하며 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.
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 도통하며 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 있는 부분인 수광 영역(21)에서 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 있는 부분인 수광 영역(22)으로 형성된 것이다. 이 수광부(61, 62)에서는, 적외선의 조사에 의한 온도 변화가 생기면, 한 쌍의 전극 사이의 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. 또한, 표면 전극(41, 42)은 적외선 흡수율이 높은 골드블랙 막이어도 좋다. 골드블랙 막은 미립자 위에 퇴적된 골드 막을 말한다.
계속해서, 이렇게 하여 구성된 초전 소자(10)의 동작에 대해서 설명한다. 도 4는, 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) 사이의 전압이, 리드부(46, 47) 사이의 전압으로서 취출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 수광 영역(21, 22)의 자발 분극의 방향은, 도 4에서는 서로 역방향(도 2에서는 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) 사이에는 전압은 생기지 않는다. 또한, 초전 소자(10)를 둘러싸는 분위기의 적외선량의 변화(예컨대 주위의 온도 변화)에 의해 수광 영역(21, 22)의 온도가 함께 동일하게 변화된 경우에는, 수광 영역(21, 22)의 자발 분극이 모두 변화되어 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 4에 도시하는 바와 같이 역방향으로 되어 있기 때문에, 양자의 전압은 상쇄되고, 리드부(46, 47) 사이에는 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) 사이에 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 않고, 리드부(46, 47) 사이에는 전압이 생긴다. 이것에 의해, 초전 소자(10)는 인체 검지나 화재 검지 등을 하는 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) 사이의 전압을 증폭시킬 수 있다. 또한, 표면 전극(41, 42)을 골드블랙으로 이루어지는 적외선 흡수층으로 덮어 적외선의 흡수 효율을 높이거나, 파장 필터를 설치하여 특정한 파장의 광만이 수광부(21, 22)에 도달하도록 함으로써 노이즈에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
다음에, 이러한 초전 소자(10)의 제조방법에 대해서 설명한다. 도 5는, 초전 소자(10)의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 우선, 초전 기판(20)이 되는 평탄한 초전 기판(120)을 준비한다[도 5의 (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 ㎛?1 ㎜로 할 수 있다.
계속해서, 초전 기판(120)의 이면에 이면 금속층(50)이 되는 이면 금속층(150)을 형성한다[도 5의 (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 5의 (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 0.01 ㎛?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 5의 (d)]. 이것에 의해, 초전 기판(120), 이면 금속층(150), 지지층(132), 접착층(134), 지지 기판(136)으로 이루어지며, 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)이 소정의 두께가 될 때까지 초전 기판(120)의 표면을 연마하고, 그 후에 초전 기판(120)의 표면에 표면 금속층(40)이 되는 표면 금속층(140)을 형성한다[도 5의 (e)]. 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)에서 개개의 초전 소자(10)를 잘라낸다. 이로써, 도 1, 도 2에 도시한 초전 소자(10)가 복수 얻어진다.
여기서, LT 기판의 초전 계수에 대해서 설명한다. LT 기판은, Z축 방향으로 초전 전하가 발생하기 때문에, 전극면의 법선 방향과 Z축이 일치하는 Z판의 경우에 가장 초전 계수가 커지고, Y 오프 커트판의 경우에는 Z판보다 초전 계수가 작아진다. 또한, Y 오프 커트판에서, 커트각(θ)이 0˚<θ<90˚의 범위 내에 있을 때에는, 커트각(θ)이 작을수록, 전극면의 법선 방향과 Z축이 이루는 각도가 커지기 때문에, 초전 계수는 작아진다. 또한 커트각이 90˚<θ<180˚의 범위 내에 있을 때에는, 커트각(θ)이 클수록, 전극면의 법선 방향과 Z축이 이루는 각도가 커지기 때문에, 초전 계수는 작아진다. 또한 초전 계수(p)는, 하기 식 (1)로 나타내어진다.
p=(ΔQ/ΔT)×(1/S)…(1)
(ΔQ: 전하 변동량, ΔT: 온도 변화량, S: 면적)
이번에는, 초전 기판(120)에 사용하는 Y 오프 커트판의 커트각(θ)이 0˚<θ<90˚의 범위 내에 있을 때, 60˚ 이하이면 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있는 것을 알았다. 즉, 커트각(θ)이 60˚일 때의 초전 계수와 동일하거나 그것보다 작으면, 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있는 것을 알았다. 이 결과로부터, 커트각(θ)이 90˚<θ<180˚의 범위 내에 있을 때에는 120˚ 이상이면 팝콘 노이즈의 발생을 억제할 수 있다고 할 수 있다. 전극면의 법선 방향과 Z축이 이루는 각도는, 커트각(θ)이 60˚일 때와 120˚일 때에서 동일하므로, 초전 계수가 동일한 값이 되기 때문이다. 한편, 커트각(θ)이 0˚<θ<90˚의 범위 내에 있을 때, 30˚ 이상이면, S/N비를 동일한 판 두께의 Z판의 50% 이상으로 유지할 수 있는 것을 알았다. 이 결과로부터, 커트각(θ)이 90˚<θ<180˚의 범위 내에 있을 때에는, 150˚ 이하이면, S/N비를 동일한 판 두께의 Z판의 50% 이상으로 유지할 수 있다고 할 수 있다. 요컨대, 커트각(θ)이 30˚?60˚, 120˚?150˚이면, 팝콘 노이즈의 발생을 억제하면서, S/N비의 저하도 억제할 수 있다.
그런데, 본원의 기초가 되는 US 가출원 61/469885를 출원한 시점에서는, 주지의 식 Q=CV(C는 커패시턴스, V는 전압)에서 커패시턴스(C)를 상수로 고려하고, 전하 변동량(ΔQ)은 표면 전위의 변동량(ΔV)에 비례하는 것을 전제로 하며, 상기 식 (1)에 의해 초전 계수(p)를 산출하였다. 그리고, 커트각(θ)이 30˚?60˚, 120˚?150˚의 범위이면, 초전 계수(p)가 Z판의 80% 정도로 유지될 수 있는 것으로 판단하였다. 그러나, 그 후의 연구에 의해, 커패시턴스(C)는 상수가 아니라, 커트각(θ)에 따라(예컨대 sinθ나 sin2θ 등에 따라) 변동하는 것이며, 초전 계수(p)는 Z판의 80%보다 저하되어 있을 가능성이 있는 것을 알았다. 커패시턴스(C)가 커트각(θ)에 따라 어떻게 변동하는지에 대해서는, 아직 확정되어 있지 않지만, sinθ의 함수일 가능성이 높은 것으로 추측하고 있다.
이상 상세히 기술한 초전 소자(10)에 의하면, 초전 기판(20)으로서, 커트각(θ)이 30˚?60˚, 120˚?150˚인 LT 단결정의 Y 오프 커트판이며, 커트각(θ)이 30˚?60˚, 120˚?150˚인 것을 이용하고 있기 때문에, 팝콘 노이즈의 발생을 억제하고 S/N비의 저하도 억제할 수 있다. 또한, Y 오프 커트판의 두께는 10 ㎛ 이하(예컨대 1 ㎛?10 ㎛)이기 때문에, S/N비가 더 향상된다.
이러한 초전 소자(10)는, 직경 4인치의 대형 LT 기판을 이용하여 제조할 수 있기 때문에, 대량 생산에 적합하다. LT 단결정은 초크랄스키법에 의해 인상(引上)하여 성장시키지만, 커트각(θ)이 30˚?48˚이면 4인치에서 인상할 수 있다. 이 때문에, 초전 기판(120)으로서 커트각(θ)이 30˚?48˚인 LT 기판을 채용하는 경우에는, 직경 4인치의 단결정을 인상 방향에 대하여 직각으로 슬라이스하여 얻어지는 직경 4인치의 LT 기판을 이용하여 제조할 수 있다. 한편, Z판(θ=90˚)은, 직경 4인치의 단결정을 인상 방향에 대하여 비스듬히 슬라이스하여 얻어지는 LT 기판을 이용하여 제조하게 되지만, 그 경우, LT 기판의 직경은 3인치 정도로 되어 버린다.
[제2 실시형태]
도 6은 제2 실시형태의 초전 소자(210)의 개략 사시도이고, 도 7은 도 6의 선 B-B를 따라 취한 단면도이다.
초전 소자(210)는, 하나의 수광부(261)(도 7 참조)를 구비한 싱글 타입의 초전 소자로서 구성되어 있다. 이 초전 소자(210)는, 초전 기판(220)과, 이 초전 기판(220)을 지지하는 지지 부재(230)와, 초전 기판(220)의 표면에 마련된 표면 금속층(240)과, 초전 기판(220)의 이면에 마련된 이면 금속층(250)을 구비하고 있다.
초전 기판(220)은, LT 단결정의 Y 오프 커트판이며, 커트각(θ)은, 30˚?60˚, 120˚?150˚이다. 또한, 초전 기판(220)의 두께는 10 ㎛ 이하(예컨대 1 ㎛?10 ㎛)이며, 바람직하게는 5 ㎛?10 ㎛이다. 이 초전 기판(220)은, 제1 실시형태의 초전 기판(20)과 동일하기 때문에, 자세한 설명은 생략한다.
지지 부재(230)는, 지지 기판(236)과, 접착층(237)을 구비하고 있다. 지지 기판(236)은, 내부에 공동(238)을 갖는 사각형 프레임으로 형성되어 있고, 초전 기판(220)의 표면에 형성되어 초전 기판(220)을 지지하는 것이다. 지지 기판(236)의 재료로서는, 예컨대 유리나 LT, LN을 들 수 있다. 지지 기판(236)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 세로가 0.1 ㎜?5 ㎜, 가로가 0.1 ㎜?5 ㎜, 두께가 0.15 ㎜?5 ㎜이다. 접착층(237)은, 지지 기판(236)과 초전 기판(220)을 접착하는 것이다. 접착층(237)의 재료로서는, 예컨대 에폭시계 접착제나 아크릴계 접착제를 고화시킨 것을 들 수 있다. 접착층(237)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(236), 접착층(237)은, 모두 초전 기판(220)보다 열전도율이 낮은 재료인 것이 바람직하다.
표면 금속층(240)은, 초전 기판(220)의 표면에 형성되어 있고, 평면도 상에서 세로로 긴 직사각형으로 형성된 표면 전극(241)과, 표면 전극(241)과 도통하는 리드부(246)를 구비하고 있다. 이면 금속층(250)은, 초전 기판(220)의 이면에 표면 금속층(240)과 대향하도록 형성되어 있고, 평면도 상에서 세로로 긴 직사각형으로 형성된 이면 전극(251)과, 이면 전극(251)과 도통하는 리드부(256)를 구비하고 있다. 표면 금속층(240) 및 이면 금속층(250)의 재료나 두께는, 제1 실시형태의 표면 금속층(40) 및 이면 금속층(50)과 동일하기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.
수광부(261)는, 한 쌍의 전극[표면 전극(241) 및 이면 전극(251)]과, 초전 기판(220) 중 표면 전극(241)과 이면 전극(251)의 사이에 있는 부분인 수광 영역(221)으로 형성된 것이다. 이 수광부(261)에서는, 적외선의 조사에 의한 온도 변화가 생기면, 한 쌍의 전극 사이의 전압이 변화한다. 예컨대, 수광부(261)의 표면측에 적외선이 조사되면, 표면 전극(241) 및 수광 영역(221)이 적외선을 흡수하여 온도 변화가 생긴다. 그리고, 이것에 의한 수광 영역(221)의 자발 분극의 변화가, 표면 전극(241)과 이면 전극(251) 사이의 전압의 변화로서 나타나도록 되어 있다.
계속해서, 이렇게 하여 구성된 초전 소자(210)의 동작은, 2개의 초전 소자(210)의 이면 전극(251)끼리를 전기적으로 접속하고, 각 표면 전극(241)에 리드선을 부착하면, 실질적으로 제1 실시형태의 초전 소자(10)와 같은 구성이 되어 마찬가지로 동작하기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.
이상 상세히 기술한 초전 소자(210)에 의하면, 초전 기판(120)으로서 LT 단결정의 Y 오프 커트판이며, 커트각(θ)이 30˚?60˚, 120˚?150˚인 것을 이용하고 있기 때문에, 팝콘 노이즈의 발생을 억제하고 S/N비의 저하도 억제할 수 있다. 또한, Y 오프 커트판의 두께는 10 ㎛ 이하(예컨대 1 ㎛?10 ㎛)이기 때문에, S/N비가 더 향상된다. 이러한 Y 오프 커트판은 직경 4인치의 대형의 것을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지의 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대 전술한 제1 및 제2 실시형태에서는, 공동(38, 238)은, 지지층(32, 232)에 의해 네모나게 둘러싸여 있는 것으로 했지만, 공동(38, 238)은 어떠한 형상으로 하여도 좋다. 예컨대 지지층(32, 236)에 의해 둥글게 둘러싸여 있는 것으로 하여도 좋고, 공동(38, 238)이 지지층(32, 236)에 완전히는 둘러싸여 있지 않고, 일부가 초전 소자(10, 210)의 외주에 면하고 있어도 좋다.
전술한 제1 실시형태의 초전 소자(10)는 듀얼 타입, 제2 실시형태의 초전 소자(210)는 싱글 타입으로 했지만, 초전 소자(10)를 싱글 타입이나 쿼드 타입으로 하여도 좋고, 초전 소자(210)를 듀얼 타입이나 쿼드 타입으로 하여도 좋다. 또한 쿼드 타입의 초전 소자에서의 표면 전극 및 이면 전극의 형상에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 제2006-203009호 공보에 기재되어 있다.
실시예
[실시예 1]
실시예 1에서는, 제2 실시형태의 초전 소자(210)를 제작하였다. 도 8은 그 제작 수순을 도시하는 설명도이다.
우선, OF부를 가지며, 직경 4인치, 두께가 350 ㎛인 LT 기판(320)을 준비했다. LT 기판(320)은 48˚ Y 오프 커트판[커트각(θ)=48˚]을 이용하였다. 이 LT 기판(320)은, 다이싱 후에 초전 기판(220)이 되는 것이다. 계속해서, 이 LT 기판(320)의 표면에 니켈 및 크롬으로 이루어지는 표면 금속층(240)을 다수 형성하였다[도 8의 (a)]. 표면 금속층(240)의 형성은, LT 기판(320) 중 표면 금속층(240)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, LT 기판(320)의 온도는 약 100℃였다. 이것에 의해, 두께 0.12 ㎛의 표면 금속층(240)을 형성하였다. 또한, 표면 금속층(240)의 패턴은, 표면 전극(241)이 세로 2 ㎜, 가로 2 ㎜, 리드부(246)가 세로 0.1 ㎜, 가로 2 ㎜의 크기가 되도록 형성하였다.
계속해서, OF부를 가지며, 직경 4인치, 두께가 500 ㎛인 유리 기판(336)을 준비하고, 세로 3 ㎜, 가로 3 ㎜의 직사각형 구멍(338)을 워터제트법에 의해 다수 형성하였다[도 8의 (a) 참조]. 또한, 유리 기판(336)은, 다이싱 후에 지지 기판(236)이 되는 것이며, 직사각형 구멍(338)은, 다이싱 후에 공동(238)이 되는 것이다.
다음에, LT 기판(320)의 표면에 에폭시 접착제를 1 ㎛ 도포하고, 유리 기판(336)의 각 직사각형 구멍(338) 안에 각 표면 금속층(240)이 들어가도록 얼라인먼트하여 접합시켰다. 그리고, 프레스 압착에 의해 에폭시 접착제의 두께를 0.1 ㎛로 하고, 유리 기판(336)과 접합시킨 LT 기판(320)을 200℃에서 1시간 방치하여 에폭시 접착제를 경화시켜 접착층(334)을 형성하며, 복합체(260)로 하였다[도 8의 (b)]. 접착층(334)은, 다이싱 후에 접착층(237)이 되는 것이다. 그 후, Ar 이온을 사용한 스퍼터링에 의해 표면 금속층(240)에 부착된 접착제를 제거하였다.
그리고, 복합체(260)를 상하 역전시켜, 유리 기판(336)을 탄화규소로 작성한 연마 지그에 접착 고정하고, LT 기판(320) 중 유리 기판(336)을 접합시키지 않은 면을 고정 지립의 연삭기로 연삭 가공하여, LT 기판(320)의 두께를 50 ㎛까지 얇게 하였다. 또한, 그 면을 다이아몬드 지립으로 연마 가공하여, 두께를 12 ㎛까지 얇게 하였다. 그 후, 그 면을 유리 지립 및 부직포계 연마 패드를 이용하여 마무리 연마를 행하고, LT 기판(320)의 두께가 10 ㎛가 될 때까지 연마하였다. 또한, 마무리 연마는, 다이아몬드 지립에 의한 연마 가공으로 LT 기판(320)에 생긴 가공 변질층을 제거하기 위해 행하였다.
이와 같이 하여 LT 기판(320)을 연마한 후, LT 기판(320)의 이면[표면 금속층(240)이 형성되어 있지 않은 면]에 이면 금속층(250)(도 6 및 도 7 참조)을 다수 형성하였다. 이 공정은, 표면 금속층(240)의 형성과 같은 재료 및 조건으로 행하였다. 또한, 이면 금속층(250)의 패턴은, 이면 전극(251)이 세로 2 ㎜, 가로 2 ㎜, 리드부(256)가 세로 0.5 ㎜, 가로 2 ㎜의 크기가 되도록 형성하였다. 그리고, 이면 금속층(250)을 형성한 복합체로부터 세로 3.5 ㎜×가로3.5 ㎜의 초전 소자(210)를 다이싱에 의해 잘라내었다[도 8의 (c)]. 도 8의 (c)의 일점쇄선은, 다이싱시의 커트선을 도시한다. 얻어진 초전 소자(210)는, 초전 기판(220)이 LT 단결정으로 이루어지며 커트각(θ)=48˚인 Y 오프 커트판으로 그 기판 두께가 10 ㎛인 것이다.
[실시예 2?6, 비교예 1?4]
실시예 1의 제작 수순에 준하여, 실시예 2?6, 비교예 1?4의 초전 소자(210)를 제작하였다. 각 초전 소자(210)의 초전 기판(120)의 커트각(θ), 기판 두께는 표 1에 나타내는 바와 같다.
[평가시험]
각 실시예 및 각 비교예의 초전 소자(210)에 대해서, 팝콘 노이즈, 전압 감도, S/N비, 열시상수를 측정하였다.
(1) 팝콘 노이즈의 측정
각 초전 소자(210)에 대하여, 히트 사이클 시험을 행하여, 팝콘 노이즈의 발생을 조사하였다. 히트 사이클 시험은, 다음과 같은 수순으로 행하였다. 각 초전 소자(210)를 환경 시험기에 수용하고, 환경 시험기 내의 온도를 -10℃?50℃까지 주기적으로 변화시켰다. 구체적으로는, 도 9에 도시하는 바와 같이 온도를 변화시켰다. 그리고, 히트 사이클 시험을 15시간 행하여, 그 동안에 돌발적인 큰 출력(팝콘 노이즈)이 발생했는지의 여부를 조사하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(2) 전압 감도(Rv)와 S/N비의 측정
도 10에 도시하는 실험계로 전압 감도(Rv)와 S/N비를 측정하였다. 이 실험계에서는, 적외선은 흑체 방사 장치(402)를 사용하여 초전 소자(210)까지 평면파 거울(404)과 오목 거울(406)을 이용하여 얼라인먼트하고, 초퍼(408)를 통해 초전 소자(210)의 수광부(261)의 창면에 집광하였다. 센서의 수광부 면적은 2 ㎜×2 ㎜로 하였다. 입력 적외광은, 초퍼(408)에 의해 주파수 10 Hz로 초핑하여 조사하였다. 초전 소자(210)의 전압 감도(Rv)는, 로크인 앰프(410)로 측정하였다. 또한, 로크인 앰프(410) 내의 전압 변환 회로의 입력 임피던스는 1011 Ω으로 하였다. 각 초전 소자(210)의 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)
(3) 열시상수의 측정
각 초전 소자(210)의 열시상수, 즉 상승 시간을 측정하였다. 구체적으로는, 우선 600 K의 흑체로에서 50 ㎝ 떨어진 장소에 초전 소자(210)를 배치하였다. 다음에, 적외선을 초전 소자(210)에 조사하여, 출력을 디지털 오실로스코프로 기록하였다. 출력 피크값의 10%부터 90%까지의 시간을 산출하고, 그 시간을 열시상수로 하였다. 각 초전 소자(210)의 열시상수를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
(4) 평가 결과
표 1로부터 명백한 바와 같이, 커트각(θ)이 30˚?60˚인 Y 오프 커트판을 이용한 실시예 1?6에서는, 팝콘 노이즈는 발생하지 않았다. 한편, 커트각(θ)이 65˚인 Y 오프 커트판이나 Z판을 이용한 비교예 2?4에서는, 팝콘 노이즈가 발생하였다.
또한, 실시예 1, 3, 4에서는, 두께 10 ㎛의 Y 오프 커트판을 이용했지만, S/N비는 동일한 두께의 Z판을 이용한 비교예 3의 40% 이상이며, Y 오프 커트판을 이용한 것에 의한 S/N비의 저하는 적었다. 실시예 6에서는, 두께 40 ㎛의 Y 오프 커트판을 이용했지만, S/N비는 동일한 두께의 Z판을 이용한 비교예 4의 75% 이상이며, 역시 Y 오프 커트판을 이용한 것에 의한 S/N비의 저하는 적었다. 실시예 1, 2, 6에서는, 모두 커트각(θ)이 48˚인 Y 오프 커트판을 이용했지만, 기판 두께가 얇을수록 S/N비가 향상되었다. 한편, 커트각(θ)이 20˚인 Y 오프 커트판을 이용한 비교예 1에서는, 팝콘 노이즈는 발생하지 않았지만, S/N비는 동일한 판 두께의 Z판을 이용한 비교예 3의 40% 이하로 저하되어 버렸다. 또한, 열시상수(응답성)는, 커트각(θ)에 의존하지 않고, LT 기판의 두께에 의존하였다.
요컨대, 초전 기판(120)으로서 커트각(θ)이 30˚?60˚인 Y 오프 커트판을 이용한 경우에는, 팝콘 노이즈의 발생을 억제하고 S/N비의 저하도 억제할 수 있는 것을 알았다. 또한, Y 오프 커트판의 두께는 10 ㎛ 이하(예컨대 1 ㎛?10 ㎛)이면, S/N비가 더 향상되는 것을 알았다.
본 출원은, 2011년 3월 31일에 출원된 미국 특허 가출원 제61/469885호 및 2011년 2월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-37850호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 초전 소자는, 예컨대 시큐리티용이나 가스 검지용 적외선 검출 센서에 이용 가능하다.

Claims (3)

  1. 결정축으로서 X축, Y축 및 Z축을 갖는 탄탈산리튬의 단결정 기판인 초전 기판과, 이 초전 기판의 표리에 마련된 한 쌍의 전극을 구비한 초전 소자로서,
    상기 초전 기판은, 상기 탄탈산리튬의 단결정을, 상기 전극의 면을 따른 방향과 일치하는 상기 X축 둘레로 상기 Y축으로부터 상기 Z축 방향으로 커트각(θ)만큼 회전시킨 각도로 잘라낸 Y 오프 커트판이며, 상기 커트각(θ)은 30˚?60˚, 120˚?150˚인 것인 초전 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Y 오프 커트판의 두께는 10 ㎛이하인 것인 초전 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 Y 오프 커트판의 두께는 5 ㎛?10 ㎛인 것인 초전 소자.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6186281B2 (ja) 2011-12-05 2017-08-23 日本碍子株式会社 赤外線検出素子，赤外線検出モジュール及びその製造方法
JP2016191610A (ja) * 2015-03-31 2016-11-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 人体検知装置
JP1630703S (ko) * 2018-06-13 2019-05-07
JP1630430S (ko) * 2018-06-13 2019-05-07
JP1630432S (ko) * 2018-06-13 2019-05-07
JP1630705S (ko) * 2018-06-13 2019-05-07
JP1630431S (ko) * 2018-06-13 2019-05-07
JP1630429S (ko) * 2018-06-13 2019-05-07
JP1659230S (ko) * 2018-06-13 2020-05-11
JP1659174S (ko) * 2018-06-13 2020-05-11
JP1630704S (ko) * 2018-06-13 2019-05-07
FR3084208B1 (fr) * 2018-07-18 2020-10-23 Commissariat Energie Atomique Dispositif de detection pyroelectrique a membrane suspendue contrainte
US11329625B2 (en) 2019-07-18 2022-05-10 Resonant Inc. Film bulk acoustic sensors using thin LN-LT layer
US10862454B1 (en) 2019-07-18 2020-12-08 Resonant Inc. Film bulk acoustic resonators in thin LN-LT layers
US11405017B2 (en) 2020-10-05 2022-08-02 Resonant Inc. Acoustic matrix filters and radios using acoustic matrix filters
EP4375630A1 (en) 2022-11-24 2024-05-29 Photona GmbH Pyroelectric infrared detector device
CN115781946B (zh) * 2022-11-29 2024-06-04 山东大学 一种铌酸锂晶体的压缩式高温压电敏感切型及制备与应用

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6015003B2 (ja) * 1978-02-14 1985-04-17 株式会社村田製作所 焦電型赤外線検出素子の製造方法
JPS54151295U (ko) * 1978-04-12 1979-10-20
JPS5646427A (en) 1979-09-21 1981-04-27 Mitsubishi Electric Corp Float-type level meter
US4383174A (en) 1979-09-25 1983-05-10 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Pyroelectric detector and method for manufacturing the same
JPS6037413B2 (ja) 1979-09-25 1985-08-26 株式会社東芝 赤外線検出装置
GB2197753B (en) 1986-11-12 1990-01-24 Philips Electronic Associated Infrared radiation detection device
CH676523A5 (ko) * 1988-06-01 1991-01-31 Cerberus Ag
US5739626A (en) * 1991-04-27 1998-04-14 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Piezoelectric sensor
JPH0518816A (ja) * 1991-07-09 1993-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 焦電アレイセンサ
JPH05187918A (ja) * 1992-01-09 1993-07-27 Murata Mfg Co Ltd 焦電素子
JPH05231933A (ja) * 1992-02-19 1993-09-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 焦電素子
JPH06160194A (ja) 1992-04-25 1994-06-07 Nippon Ceramic Co Ltd 焦電型赤外線センサ
JPH0634435A (ja) * 1992-07-13 1994-02-08 Murata Mfg Co Ltd 焦電形赤外線検出器
JPH0894436A (ja) * 1994-09-22 1996-04-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 焦電型赤外線検出器およびその製造方法
KR0144651B1 (ko) * 1994-09-30 1998-08-17 이형도 초전형 적외선 센서
JPH08172225A (ja) * 1994-12-20 1996-07-02 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
CN2264390Y (zh) * 1995-09-27 1997-10-08 云辰电子开发股份有限公司 热释电型红外线探测器
TW346688B (en) 1996-04-15 1998-12-01 Matsushita Electric Works Ltd Pyroelectric-type IR receiving element and IR sensor using the same
JP3372180B2 (ja) 1996-04-15 2003-01-27 松下電工株式会社 焦電型赤外線検知素子及び焦電型赤外線センサ
JP3391236B2 (ja) * 1997-10-07 2003-03-31 株式会社村田製作所 赤外線センサ
JPH11230826A (ja) * 1998-02-13 1999-08-27 Matsushita Electric Works Ltd 焦電素子
US6403959B1 (en) * 1998-02-13 2002-06-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Infrared detector element, and infrared sensor unit and infrared detecting device using it
JP2000164946A (ja) * 1998-11-25 2000-06-16 Matsushita Electric Works Ltd 焦電形素子
JP2000298061A (ja) * 1999-04-14 2000-10-24 Murata Mfg Co Ltd 赤外線センサ
US6222304B1 (en) 1999-07-28 2001-04-24 The Charles Stark Draper Laboratory Micro-shell transducer
JP2006203009A (ja) * 2005-01-21 2006-08-03 Yamajiyu Ceramics:Kk 焦電型赤外線検出素子および焦電型赤外線検出器
JP2007255929A (ja) * 2006-03-20 2007-10-04 Kyoto Univ 焦電型赤外線センサ
CN101437777B (zh) * 2006-04-28 2013-09-11 株式会社村田制作所 热电性陶瓷组合物、热电元件以及红外线检测器
TW201015099A (en) * 2008-09-10 2010-04-16 Koninkl Philips Electronics Nv System, device and method for emergency presence detection
CN101612363B (zh) 2009-08-07 2014-08-06 张喜田 升高白蛋白的天然药物制剂

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