TW449658B - Infrared ray receiving element and infrared ray sensor using the same - Google Patents

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TW449658B
TW449658B TW089126244A TW89126244A TW449658B TW 449658 B TW449658 B TW 449658B TW 089126244 A TW089126244 A TW 089126244A TW 89126244 A TW89126244 A TW 89126244A TW 449658 B TW449658 B TW 449658B
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infrared receiving
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TW089126244A
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Hiroyuki Yagyu
Tomoaki Matsushima
Motoo Ikari
Yuji Takada
Ryo Taniguchi
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Matsushita Electric Works Ltd
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Description

44965 8 五、發明說明(Ο 本發明是有關於一種用以接收從物體所發出之紅外線 (底下簡稱1 R)之熱電型紅外線接收元件,以及使用此IR接 收元件之I R感測器。 熱電型紅外線接收元件係傳統上使用於〗R感測器以感 測熱能’溫度’人類接近’或相似物。傳統熱電型紅外線 接收感測器係顯示於第36圖。 如第3 6圖所示,兩對電極2 A與2 B以及2 C與2 D係形成於 基底之頂與底表面1 A與1 B上而彼此相對。基底1之兩側係 藉由導電性附著劑4A與4B而固定至形成於基部構件3上之 支架3A與3B。 基底1係由如PbTi 03或Pb(T i +Zr )03之陶瓷、LiTa03或 I PVF2之離子電材質所組成。箭頭P代表在基底1之材質中具 丨有最大熱電係數之方向。在下列描敘中,由箭頭P所代表 之方向將稱為”極化方向”。 電極2 A至2 D係由IR吸收材質,如N i C r或相似物所組 成。電極2 A至2 D係由氣化沉積,漱錢或光罩印刷法所形 成。在基底1之頂表面1A上之電極2A與2C係分別當成IR感 應部份。電極2A至2D分別具有相同矩形形狀。電極2A至2D 係藉由未示於圖中之導線或導電性圖樣而連接至外部電 路。兩組電極2A與2B,及2C與2D係分別安置有電容。傳統 IR接收元件之等效電路係顯示於第37圖。 當IR到達電極2A與2C之表面時,IR之能量係轉換成熱 能,且在電極2 A與2C之表面溫度係增加。當基底1之溫度 改變時,熱電電荷發生於基底1,因為離子電材質之自發
2014-3631-?Fp:d 第7頁 五、發明說明(2) 性極化11在基底1中之熱電電荷之發生可由'經過在第37圖 中之等效電路中之電阻R與場效電晶體FET之電壓信號改變 而感測。因此=可感測到IR射入至IR接收元件。 當基底1之周圍溫度改變時,基底1將因為在基底]與 基部構件3間之熱係數差異而變曲,如第38圖所示。基底1 之彎曲造成意外之電荷’因為基底1之熱電材質也顯示離 子電效應。當因為基底1之離子電效應而局部性充電之電 荷係被放電時,放電將被觀察成意外之雜訊信號,稱為” 玉米花(popcorn)雜訊”。 為減少玉米花雜訊之發生,本發明人係揭露使U接收 部份架構成由日本專利申請案Hei 1 0-2793之公報所描敘 之fe臂方式。具體地,U型開口係形成於基底1中以環境電 極2 A至2 D之三側。藉由此架構,I r接收部份係本質上形成 於懸臂上,使得在I r接收部份沒有應力發生,即使當基底 ί係部份彎曲時。因此,玉米花雜訊之發生可減少。 然而,只藉由上述U型開口係難於完全避免玉米花雜 訊之發生。傳統基底1係由如第4圖所示之均勻極化之材質 所組成’其在任何部份之極化方向係相同。當基底1係因 在基底1與基部構件3間之熱係數差異而部份變曲時,除了 以懸臂方式所形成之IR接收部份外’因為在沒有導電圖樣 形成之彎曲部份中之離子電效應’意外電荷發生。這些不 需要之電荷一般係由耦合於環繞基底1之周圍之離子而消 失°然而’不需要之電荷有時放電係周圍導電圖樣,電路 基底’或金屬外殼,使得玉米花雜訊係異常被發.現。
20I4-36ji-PF'Ptd 第8頁 44965 8 五、發明說明(3) 發明人係小心實驗與考量玉米花雜訊之發生原因,且 發現,當基底1與附著劑4 A , 4B之基部構件3間之熱係數差 異所造成之應力施加至基底1,或當外部機械振動係施加 至基底1時,基底1之材質之離子電效應係立刻當成觸發 點而將不需要電荷給予放電。 ^成觸發 本發明之目的是提供一種ΪΚ接收元件,其中玉米花雜 訊幾乎不會發生,且提供使用其之丨R感測器。 根據本發明之一種红外線接收元件,包括:一基底, 由熱電材質所組成’且具有由開口所環繞所之至少一個懸 臂部份’其中在基底中之該懸臂部份中之至少一部份係於 相同方向均勻極化,且在基底中之其餘部份包括隨機極化 之部份;以及至少一對電極’分別位於該懸臂部份之一頂 表面與'^底表面上。 j 根據本發明之一種紅外線感測器,包括:一紅外線接 !收元件;一基部構件,以支撐該紅外線接收元件;一電路 基底,連接至該紅外線接收元件,以偵測到達該紅外線接 收元件之一紅外線接收部份之紅外線;一底架,以支撐該 紅外線接收元件,該基部構件,該電路基底;以及一覆蓋 物,具紅外線可穿透窗,其中該紅外線接收元件包括:由 —熱電材質所組成且具有由一開口所環繞之至少_個懸臂 部份之基底’其中在該基底中之該懸臂部份之至少β部份 係於相同方向均勻極化,且在基底中之其餘部份包括隨機 極化之部份;以及至少一對電極,分別位於該懸臂部份之 一頂表面與—底表面上。
2014-3631-PF'Ptd
44965 B
44965 P I五、發明說明(5) —-- 第5圖係多重極化域中之基底中之極化'向量方向想像 圖; 第6圖顯示在第一實施例中,用以極化基底方法之剖 面圖: 第7圖顯示在第一實施例中熱電型丨R接收元件之架構 i剖面圖; 第8圖顯示在第一實施例中,當基底彎曲時,熱電型 IR接收元件之效應之剖面圖; 第9圖顯示在第一實施例中IR感測器之立體圖; 第10圖顯示在第一實施例之熱電型IR接收元件之等效 電路圖; ! % | 第丨1圖顯示本發明第二實施例中之熱電型IR收收元件 之基底之頂表面之架構平面圖; 第12圖繪示第二實施例中之基底之底表面上之仰視架 構圖; ^ 第1 3圖係顯示在第二實施例中之基底中之極化域之 圍, 第1 4圖顯示在第二實施例中,用以極化基底方法之剖 面圖; 第15圖顯示在第二實施例中ir感測器之立體圓; 第16圖顯示在第二實施例之熱電型…接收元件之等效 電路圖; 第1 7圖顯示本發明第三實施例中之熱電型I R收收元件 |之基底之頂表面之架構平面圖;
第11頁 44965 0 五、發明說明(6) :第18圖繪示第三實施例中之基底之底表面上之仰視架 構圖: 第19圖係顯示在第三實施例中之基底中之極化域之 圖; 第2 0圖顯示在第三實施例中,用以極化基底方法之剖 面圖; | 第2 1圖顯示本發明第四實施例中之熱電型I R收收元件 之基底之頂表面之架構平面圖; 第2 2圖繪示第四實施例中之基底之底表面上之仰視架 構圖; 第2 3圖係顯示在第四實施例中之基底中之極化域之 | 圖; | 第2 4圖顯示在第四實施例中,用以極化基底方法之剖 面圖; 第25圖顯示在第四實施例之熱電型I R接收元件之等效 電路圖; 第26圖顯示本發明第五實施例中之熱電型IR收收元件 |之基底之頂表面之架構平面圖; J 第27圖繪示第五實施例中之基底之底表面上之仰視架 | |構圖; 1 第28圖係顯示在第五實施例中之基底中之極化域之 丨圖; i 第2 9圖顯示在第四實施例中,用以極化基底方法之剖 |面圖;
20Μ-363 !」Γί)::ΐ 第頁 44965 e 五、發明說明(7) 第30圖顯示施加至實驗中所用範例之熱周期之波形 圖,用以提供本發明之效應; 丨 第3 1圖顯示由示波器所觀察到玉米花雜訊之波形圖; 第32圖顯示實驗中所用之範例之良率表; 第3 3圖顯示在上述實施例中之U型開口之變化之平面 圖; 第3 4圖顯示在上述實施例中之U型開口之另一種變化 之平面圖; I 第3 5圖顯示在上述實施例中之U型開口之又另一種變 化之平面圖; 第36圖顯示傳統熱電型I R接收元件之架構之剖面圖; 第3 7圖顯示傳統熱電型I R接收元件之等效電路圖;以 及 第38圖顯示傳統熱電型IR接收元件中之基底彎曲問題 :之剖面圖3 符號說明: 1〜基底; 3 ~基部構件; 4A,4B~附著劑; 1 基底; 10A〜頂表面; 10B〜底表面; IOC,10E與10F〜陰影區; | 10D〜未陰影部份; 1 1 A、11B〜懸臂部份; 12A、12B〜U 型開 口; 13A與13B,13C與13D〜方型電極; 1 4 A與1 4 B〜端點;
20 14-3631-PF-ρ ΐ d 第13頁 ^49658 五 '發明說明(8) 平坦纜線; , 21〜加熱器; 30〜基部構件; 31A與31B、支架; 101~IR接收元件; 1 03 ~底架; 1 0 5 ~覆蓋物; I 0 7〜I C晶片; II 0 ~基底; 110B~底表面; 110D〜未陰影部份; 3D,113E 與1 13F 及113G 與 15A、15B、150 導電 f 20〜DC電源; 22〜平電極; 32A與32B-附著劑; 1 0 0〜11?感測器; 102〜三維電路方塊; 104A至1040接腳; 106〜IR穿透窗106 ; 1 0 8〜穩壓器; 110A〜頂表面; 110C〜陰影區; 111 A至111D〜懸臂部份 1 12A至112D〜U型開口; 113A 與113B,113C 與 11 113H〜矩形電極; 114A 與 114B,114C 與 114D〜端點; Π5Α ’ 115B ’ 115C,115D〜導電性平坦纜線; 21 0〜基底; 210A〜頂表面; 2 1 0B〜底表面; 210C,210E與210F〜陰影區; 210D〜未陰影部份;
20H-3631-PFptd 第14頁 攻49658 i五、發明說明(9) 214A,2i4B ’214C,214D〜端點; , 215A ’ 215B ’ 215C,215D〜導電性平坦規線。 較佳實施例 第一實施例 描救本發明之第一實施例。第1圖顯示根據第一實施 例之熱電型IR接收元件之基底平面圖。第2圖顯示此基底 之仰視圖3 如第1與2圖所示,兩個U型開口 12A與12B係對稱地形 成於基底10上,使得兩個方型部份11A與11B係由基底1〇以 懸臂方式支撐。之後’方型部份1 1 A與11B係稱為,,懸臂部 份”。U型開口 1 2A與1 2B係分別具有一對側開口與連接至 側開口之基底開口。一對方型電極1 3A與1 3B係本質上提供 於基底之頂表面10A與底表面10B上之懸臂部份11A之中 央。相似地,一對方型電極13C與13D係本質上提供於基底 之頂表面10A與底表面1 0B上之懸臂部份11B之中央。電極 13A至13D係本質上具有相同大小。電極13A與13C係當成IR 接收部份。電極13A面對電極13B,而電極13C面對電極 13D ’且基底係介於其中。U型開口 12A與12B環繞著電極 13A至1 3D之三側,使得IR接收部份係由基底1〇以懸臂方式 支撐。電極13A至13D係由氣相沉積,濺級或光罩印刷所形 成。 —對端點14A與14B,其連接至外部電路,係提供於頂 表面10A上且在基底10之兩尾端鄰近區域内。電極13A係藉 |由導電性平坦纜線(導電性圖樣)15A而連接至端點14A,且
第15頁 ^49658 五、發明說明(ίο) 電極1 3C係藉由導電性平坦規線1 5B而連接至端點1 4B。電 !極13B與13D係由導電性平坦纜線15C而連接。第一實施例 中之IR接收元件之等效電路係顯示於第圖中,其為兩個 電容之串連。 第3圖顯示基底13之極化圖。兩個陰影區10C,其相關 於當成IR接收部份之電極13A與13C,係均勻極化,如第4 圖所示’其稱為"單一磁疇均勻極化"。剩餘未陰影部份 ;1 0D係分別在隨機極化或未極化之微小磁疇所混合,如第5 圖所示,其稱為"多重磁疇"。 如第3囷所示之基底10之極化方法係參考第6圖而描 敘。在第6圖中,基底10係沿著第1與2圖中之A-A線而描 轉·。具有足夠將熱電材質極化之既定電壓之DC電源20係連 接於端點14A與電極13B,及端點14B與電極13D間。加熱器 21係用將基底1 〇加熱,如果必要的話c 基底10係由如PbTi03或Pb(Ti+Zr)03之陶瓷、LiTa03或 PVFa之離子電材質所組成。基底1〇之厚度,比如,從數十 Mm至數百μπι之範圍内。基底1〇係預先處理成隨機極化。 當基底10加熱至相等或高於居里點之溫度時,基底1〇之材 質從離子電相轉變成側電(paraelectric)相,使得基底1〇 中之極化變成隨機。另外,也可能使用為隨機極化之熱電 基底,當經過結晶成長或鍛燒之後。 藉由上述架構,當施加0(:電源2〇之電壓時,電場只發 生於電極13A與13B之間,及電極13C與13D之間,使得在基 底1 〇中之相關於I R接收部份之部份係均勻極化。極化之清
4 49 658 五、發明說明(1丨) ~ 況一般取決於熱電基底1Π夕以·新 , ^ 签低1U之材質。本發明者已實驗且發 現,當使用容易獲得之嚴at u ,ΓΛ — 付單日日鐘鈕當成基底〗0之材質時,在 150~250度居里下,必要插徂h杜, 乂脊知供相等或大於i07V/!P之非常大 電場。 因為基底10之厚度係非常薄,約數十⑼至數百㈣, 容司發生在基底10之介電崩潰,當於大氣下施加高電壓於 基底10之頂表面10A與底表面1〇Β間時。因此,較好在真空 下或在電絕緣氣體’如^ ’ co2 ’ SF6等下,處理基底10之 極化。 第7圖顯示使用上述基底1〇之熱電型…接收元件。由 第7圊可見’基底1〇之兩側係經由導電性附著劑32人與32B 而係固定至形成於基部構件3〇上之支架31八與31]&。端點 14A與14B係分別由導電性附著劑32A與326而連接至外部 性。熱電型IR接收元件之等效電路係本質上相同於第”圖 所示,其等效電路之解釋在此省略。 即使當基底10之周圍溫度改變’且基底因為基底丨 基部構件30間之熱係數差異而如第8圖般彎曲時,懸臂 份1 1 A與11B係分別以懸臂方式支撐,使得懸臂部份11 △ 11B不會f曲。因為基底1〇之壓電效應,不會有電荷局^ 充電於懸臂部份1U與11B令。甚至,基底1〇之磁_10D°, 除了磁疇10C外,係由如5圖所示之多重隨機極化之微小邻 份所組成’使得因為基底10彎曲時,因其壓電效應,^ 能被隨機極化所抵消。因此,玉米花雜訊幾乎不^發生= 第一實施例之熱電型I R接收元件中。 、
4 4965 8 五、發明說明(12) 第9圖顯示使用第一實施例之熱電型IR接收元件之IR 感測器之架構。! R感測器1 0 0包括I R接收元件1 0 1,有IR接 收元件101安置於其上之三維電路方塊102,有三個接腳 I 104A至104C突出之底架103,以及具有IR穿透窗106之覆蓋 物105。電路方塊102之頂端當成具有支架31A與31B之IR接 收元件之基部構件3 0。IC晶片1 〇 7係固定於IC晶片架中, 於電路方塊102之前壁上。一對穩壓器108係形成於電路方 塊102藉其單定於底架103上之前壁之底端處。 當IR經由窗1 0 6而到達IR接收元件1 〇 1時,IR之能量係 |轉換成熱能,且在電極11 3A與113C之溫度係改變。當基底 10之溫度改變時,熱電荷發生於基底1〇中,因為熱電材質 之自發生極化之改變。在基底10中之熱電荷發生可由在如 第37圖之等效電路中之電阻R與場效電晶體FET之電壓信號 改變而觀察。因此,I R射入至I R接收元件係可感測到。 第二實施例 ! 將描敘第二實施例。在上述第一實施例中,IR接收感 測器具有兩個I R接收部份,係稱為"雙倍型IR接收元件,,。 在第二實施例中之IR接收感測器係有四個IR接收部份,係 稱為”四倍型IR接收元件”。第一實施例與第二實施例間之 差異將主要描敘,其共同點將省略。
第11圖顯示第二實施例之熱電型IR接收元件之基底之 平面圖。第12圖顯示此基底之仰視圖。由第11與12圖可發 現,四個U型開口112A至112D係形成於基底1〇中,使得四 個懸臂部份111 A至11 1 D係形成於基底1 〇中。各u型開
2014-363!-?Fptd 第18頁 44965 8 五、發明說明U3) 1 12A至11 2D係本質上相同於U型開口 12A或1,2Β。四對矩形 電極 113Α 與 113Β ’113C 與 113D,113Ε 與 113F 及 113G 與 113Η 係分別本質上提供於在基底1〇之頂表面丨丨“與底表面11〇]6 上之懸臂部份11 1Α至1 11 D之中央處。電極11 3 A,11 3 C, 1 1 3 E及11 3 G係當成I R接收部份。 1 —對端點11 4 A與1 1 4 B ’其連接至外部電路,係提供於 頂表面110A上且在基底11〇之兩尾端鄰近區域内α電極 113Α與113C係藉由導電性平坦纜線ιΐ5Α而連接至端點 114Λ ’且電極113Ε與113G係藉由導電性平坦纜線ιι5Β而連 接至端點114Β。相似地,一對端點i〗4C與114D,其其連接 至外部電路’係提供於底表面】10Β上且在基底η〇之兩尾 端鄰近區域内。電極113Β與113D係藉由導電性平坦缦線 115D而連接至端點114D,且電極113F與113Η係藉由導電性 平坦獲線115C而連接至端點ii4C。兩對端點114Α與114C, 及11 4Β與11 4D係在如導電性附著之處理後將會短路。第二 實施例中之IR接收元件之等效電路係顯示於第17圖中,其 為四個電容之並聯電路。 第13圖顯示基底11〇之極化圖。四個陰影區11(jc,其 相關於當成IR接收部份之電極113A,U3C,113E與113G係 均勻極化,如第4圖所示。剩餘未陰影部份丨丨〇D係分別在 隨機極化或未極化之微小磁缚所混合,如第5圖所示α 顯示於第14圖中之第二實施例中之基底11〇之極化方 j法係本質上相同於第一實施例。然而,電極113£與113(;係 連接至端點114B,而電極1131?與113[1係連接至端點n4C,
^U-3631-?Fp:d 第19 1 449658 I五、發明說明(14) 丨丨使得DC電源20係速接於端點114B與端點丨以七間。電極n3A 至11 4D未顯示於第14圖中’其本質上應用相同方法。 第二實施例中之I R感測器係顯示於第1 5圖中》第二實 施例中之I R感測器之大部份細節係相同於第一實施例中之 IR感測器(見苐9圖)’除了 IR接收部份之數量外。IR感測 器之詳細描敘係省略。 !第三實施例 將描敘第三實施例。第三實施例係相關於雙倍型丨R接 收元件’其為第一實施例之變化。第一實施例與第三實施 例間之差異將主要描敛’其共同點將省略。 第17圖顯示第三實施例之熱電型IR接收元件之基底之 平面圖。第18圖顯示此基底之仰視圖。第17圖係相同於第 1圖。然而,第18圖,更顯示位於基底丨〇之底表面1〇β上之 兩個端點14C與14D。端點14C與14D分別具有面對著導電性 平坦纜線15A與15B之突出部份。第三實施例中之IR接收元 件之等效電路係本質上相同於顯示於第1〇圖之第一實施 例。 第19圖顯示基底1〇之極化圖。陰影區1〇(:,1〇E與 10F,其相關於當成ir接收部份之電極13A與,端點 14A(或14C)與14B(或14D),以及纜線15A與15β係均勻極 化,如第4圖所示。剩餘未陰影部份丨〇D係由隨機極化之微 小磁疇所混合,如第5圖所示。 之基底1 0之極化方法 ,基底10係沿著第17 顯示於第19圖中之第三實施例中 將參考第20圖而做描敘。在第2〇圖中
449658 I五'發明說明(15) 與18圖中之A-A線而描緣。包括加熱器21之.可移動式平電 極22係緊密地接觸電極13B與13D之表面,以及端點Me與 14D之表面。具有能足夠將熱電材質極化之既定電壓之% 電源20係連接於端點14A,14D與平電極22係接地。如果必 要,加熱器2 1係用加熱基底1 0。 藉由上述架構,當施加DC電源20之電壓時,電場只發 生於頂表面10A上之導電圖樣間(亦即,電極“A與13B之 間’端點14A與14B ’以及平瘦線15A與15B)與平電極22。 在基底10中之均勻極化部份擴得比IR接收部份更大。然 而’端點對14A與14C,及14B與14D係分別藉由,比如 ',導 電性附著劑而短路。因此,即使當為玉米花雜訊之造成原 因之電荷因為周圍變化而發生於均勻極化部份中,電荷快| 速地輕合至這些短路區上之其他離子或相似物,使得將觀 察不到由不需要電荷所造成之電子信號。 第四實施例 將描敘本發明之第四實施例。首先,第四實施例中之 IR接收元件之等效電路係顯示於第25圖。相比於第25圖盥 10圖,第四實施例中之等效電路是兩個電容之並聯電路, 而非第一實施例中之兩個電容之串聯電路。將描敘第一實 施例與第四實施例之前異,且其共同細節將省略。 第21圖顯示第四實施例之熱電型IR接收元件之基底之 平面圖。第22圖顯示此基底之仰視圖。由第21圖可發現, 位於基底210之頂表面2 l〇A上之左端點處之端點214A係藉 由導電性平坦纜線215A而連接至右側之電極213C.,而位於
“9S58 五、發明說明(16) 基底210之頂表面21 0A上之右端點處之端點,2 14B係藉由導 電性平坦纜線21 5B而連接至左側之電極2 i3A。由第22圖可 看出,位於基底2 10之底表面21 0B上之左端點處之端點 | 21 4 C係精由導電性平坦缆線2 1 5 C而連接至左側之電極 21 3B ’而位於基底210之底表面21 0B上之右端點處之端點 21 4 D係藉由導電性平坦纜線2 1 5 D而連接至右側之電極 2131)。藉由此架構’形成於兩對電極214八與2148,及214匸 與21 4D間之兩個電容係並聯連接。u型開口21 2A與21 2B係 i本質上相同於在第一實施例中之12A與12B。 [ I 第23圖顯示基底210之極化圖。陰影區210C,210E與 210F ’其相關於當成ir接收部份之電極213A與213C,端點 214A(或214C)與214B(或214D),以及纜線215C與215D係均 勻極化’如第4圖所示。剩餘未陰影部份2 1 〇d係由隨機極 化之微小磁嘴所混合’如第5圖所示。 | 顯示於第23圖中之第四實施例中之基底21〇之極化方 法將參考第24圖而做描敘。在第24圖中,基底210係沿著 第21與22圖中之A-A線而描繪。包括加熱器21之可移動式 平電極22係緊密地接觸電極213A與213C之表面,以及端點 214A與21 4B之表面。具有能足夠將熱電材質極化之既定電 壓之DC電源2 0係連接於電極21 3B與21 4D或端點21 4C與 214D ’而平電極22係接地。如果必要,加熱器21係用加熱 I基底210 = 藉由上述架構,當施MDC電源2〇之電壓時,電場只發 生於平電極22與底表面2l〇B上之導電圖樣間(亦即,電極
I
第22頁 2014-3631-PFptd ^49658 五、發明說明(17) 213B與213D ’端點214C與214D,以及平纜線215C與 21 5D ) °在基底2 1 0中之均勻極化部份擴得比丨R接收部份更 大。然而,端點對214A與214C,及214B與214D係分別藉 由,比如,導電性附著劑而短路。因此,即使當為玉米花 雜Λ之k成原因之電街因為周圍變化而發生於均句極化部 份中’電荷快速地耦合至這些短路區上之其他離子或相似 物,使得將觀察不到由不需要電荷所造成之電子信號。 第五實施例 ^ 將描敘本發明之第五實施例。第五實施例係上述第二 實施例之變化。第五實施例中之IR接收元件之等效電路係 I相同於第16圖所示之第二實施例之等效電路。將描敛第二 實施例與第五實施例之差異,且其共同細節將省略。 第26圖顯示第五實施例之熱電型α接收元件之基底之 平面圖。第27圖顯示此基底之仰視圖。由第26與27圖可發 現,基底之頂表面110Α與110Β上之導電性圖樣係本質上相 同。 位於基底110之頂表面110Α上之左端點處之端點114Α 係藉由導電性平坦纜線115Α而連接電極1 1 3Α與113G。位於 基底110之頂表面110Α上之右端點處之端點114Β係藉由導 電性平坦纜線115Β而連接電極113C與1 13Ε。位於基底110 之底表面110Β上之左端點處之端點114C係藉由導電性平坦 纜線11 5C而連接電極1 1 3D與11 3F。位於基底110之底表面 I 110Β上之右端點處之端點1 14D係藉由導電性平坦纜線11 5D 而連接電極113B與113H。
2014-3631-??.ptd 第23頁 ^ 49 65 3 I五、發明說明(18) 第28圖顯示基底110之極化圖。相關於當成接收部 份之電極Π3Α,113C,113E與113G之四個陰影區ii〇c ;相 關於端點114A(或U4C)與114B(或114D)之兩個陰影區 110E ;相關於纜線115C與115C之重疊部份之陰影區110F ; 以及相關於缓線11 5 B與1 1 5 D之重疊部份之陰影區1 1 〇 g係均 I勻極化’如第4圖所示。剩餘未陰影部份1 1 〇 D係由隨機極 化之微小磁疇所混合,如第5圖所示。 第五實施例中之基底11 0之極化方法係顯示於第2 9圖 中。在第29圖中,基底110係沿著第26與27圖中之A-A線而 描繪。DC電源20係連接於電極114A與1 14C,以及端點Π4Β 與1 1 4 D之間。如果必要,加熱器21係用加熱基底11 〇。 藉由上述架構’當施加DC電源20之電壓時,電場只發 生於電極113A與113B之間,電極114C與114D之間,電極 113E與113F之間’電極114G與114H之間,端點Π4Α與114C 之間’端點114B與114D之間,平緵線115A與115C之重叠部 份之間’以及平纜線1 1 5 B與11 5 D之重疊部份之間。在基底 21 0中之均勻極化部份擴得比IR接收部份更大。然而,端 點對114A與114C,及114B與114D係分別藉由,比如,導電 性附著劑而短路。因此,即使當為玉米花雜訊之造成原因 之電荷因為周圍變化而發生於均勻極化部份中,電荷快速 地耦合至這些短路區上之其他離子或相似物,使得將觀察 不到由不需要電荷所造成之電子信號。 本發明人已實驗以證明本發明之效果。第3〇圖顯示應 用於本實驗之樣品之加熱周期。在第3〇圖中,溫·度梯度係
2(H4-3631-?F 第24頁 44965 8 五、發明說明(19) 1.0 C/min ’時期ΤΙ ’T3與T4係分別為30分,且時期T2係0 |分。第31圖顯不由示波器所觀察到之玉米花雜訊。第32圖 顯示樣品之良率。相比於第32圖,觀察到至少有一個玉米 化雜之樣品係判斷為有瑕疫。 樣品1係相關於不具u型開口之傳統四倍型IR接收元件 之既定數量’其中整體熱電型基底係均勻極化。樣品2相 關於具U型開口之傳統四倍型ir接收元件之既定數量,其 中整艘熱電型基底係均勻極化。樣品3相關於不具U型開口 之傳統四倍型IR接收元件之既定數量,其中相關於IR接收 部份之基底部份係均勻極化,而其餘部份是隨機極化。樣 品4相關於根據第五實施例之四倍型接收元件之既定數 量’比如,如第26圖所示。在樣品4中,U型開口係形成而 環繞I R接收部份《相關於I r接收部份之基底部份,平坦纜 !線之端點與重疊部份,如第2 8圖所示,係均勻極化。平坦 纜線之端點與重疊部份係短路於頂表面與底表面之間。其 餘部份係隨機極化。樣品之其他條件,如尺寸,導電圖樣 與安置架構係相同。這些樣品係密閉式包含於室中,且在 室中之溫度係受控成如第30圖般改變。 由第32圖可目出,具有本發明之特徵之樣品4之良率 係顯著地增加。可發現,U型開口與熱電型基底之極化囷 樣之合併係有效地減少在熱電型I r接收元件中之玉米花雜 訊之發生。特別是,當基底之材質具低導電性,如LiTa03 之單晶之晶圓時,應用本發明係有效〇可發現,基密材質 之導電性愈低,不需要電荷在基底中充電愈容易·*=
2014-3631-?F-ptd 第25頁 449658 五、發明說明(20) 其他變化 , 在上述實施例中’ u型開口之尾端係未詳細描敘3有 可能形成ϋ型開口 11 2 A…(1 2 A…)之尾端1 1 2 X係圍化以減少 應力集中’如第3 3圖所示。甚至,可能將u型開口 11 2 A… (12A…)之兩尾端112Y彎曲朝向開口之内惻,如第34圖所 示。另外,可能形成具有直徑大於U型開口 112A…(i2A…) 之兩尾端處之開口寬度之圓形洞1122,如第35圖所示。藉 由此種架構,當基底110(10)係因為基底UO(IO)與基底安 置於其上之基部構件間之熱係數差異而彎曲,施加至懸臂 i部份1 Π A…(11 A…)之應力可被U型開口 1 i 2A…(1 2A…)之 圓化尾端112X,彎曲尾端112Y或圓化洞112Z所吸收。 甚至’在上述實施例中,在形成包括電極13A…或 11 3A…與端點14A…或114A…之後,基底之極化係對各基 底1 0或11 0各別處理。然而,可能處理具有導電性圖樣形 成於卓晶熱電材質之相同晶圓上之複數基底之極化。各基 底1 0或11 0係由切割法(d i c i ng)或相似法從晶圓切割出。 甚至,包括圖33至35中所示之交叉陰影區之U型開口 12A…或112A…之兩尾端之懸臂部份11A…或11 1 A…之懸臂 尾端之附近區域中至少係隨機極化。藉由此種架構,可能 減少玉米花雜訊之發生。 在上述實施例中,較好是紅外線感測器係溫度感測 |器,熱能感測器或人體感測器。 综上所述,雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然 其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本
2014-3631-?Fp‘:d 第26頁 449658
2014-3631-P?-ptd 第27頁

Claims (1)

  1. 449658 - — -- 1 — ——- - - !六、申請專利範圍 1. 一種紅外線接收元件,包括: , 一基底,由熱電材質所組成,且具有由開口所環繞所 之至少一個懸臂部份,其中在基底中之該懸臂部份中之至 少一部份係於相同方向均勻極化,且在基底中之其餘部份 包括隨機極化之部份;以及 ] 至少一對電極,分別位於該懸臂部份之一頂表面與一 底表面上a 2. 如申請專利範圍第1項所述之紅外線接收元件,其 中該基底中之該其餘部份係整體隨機極化。 3. 如申請專利範圍第1項所述之紅外線接收元件,其 中連接至該電極之導電性圖樣係更位於該基底之該頂表面 與該底表面上,在該導電性圖樣間之該基底中之部份係均 勻極化於相同方向,且經由該基底而彼此相對之各兩個導 電性圖樣係外部短路。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之紅外線接收元件,其 中包括該開口之兩尾端之該懸臂部份中之懸臂尾端之鄰近 |區域至少係隨機極化。 ! 5 ·如申請專利範圍第1項所述之紅外線接收元件,其 中在形成該電極前,該基底係整體隨機極化,且在該導電 性圖樣間之該基底中之部份係藉由施加既定電壓於該電極 間而均勻極化。 6.如申請專利範圍第3項所述之紅外線接收元件,其 中在形成該電極前’該基底係整體隨機極化,且在該導電 性圖樣間與該電極間之該基底中之部份係藉由施.加既定電
    20H-3631-?F-?id 第28頁 ^ 49 65^8 六、申請I概圍 "**" "' i墨於該導電性圖樣間而均勻極化。 , 7. 如申凊專利範圍第1項所述之紅外線接收元件,其 中該開口之兩尾端係朝向該懸臂部份之内側彎曲。 8. 如申請專利範圍第1項所述之紅外線接收元件,其 中圓化洞係形成於該開口之兩尾端。 9. 如申請專利範圍第1項所述之紅外線接收元件,其 j中該開口係一u型開口,其環繞矩形懸臂部份之三側。 1 〇·如申請專利範圍第3項所述之紅外線接收元件,其 中複數個懸臂部份係提供以形成複數個紅外線接收部份, 且導電性圖樣係形成以串聯至少兩個該紅外線接收部份。 11.如申請專利範圍第3項所述之紅外線接收元件,其| |中複數個懸臂部份係提供以形成複數個红外線接收部份, |且導電性圖樣係形成以並聯至少兩個該紅外線接收部份。 1 2.如申請專利範圍第3項所述之紅外線接收元件其 中複數個懸臂部份係對稱地提供以形成複數個紅外線接收 1 3 ‘一種紅外線感測器,包括: 一紅外線接收元件; 一基部構件,以支撐該紅外線接收元件; I 一電路基底,連接至該紅外線接收元件,以偵測糾 該紅外線接收元件之一紅外線接收部份之紅外線、 、 一底架’以支撐該紅外線接收元件,該基部 電路基底;以及 ’ 5玄 一復蓋物,具紅外線可穿透窗,
    4 49 65 8 六、申請專利範圍 其中該紅外線接收元件包括: , 由一熱電材質所組成且具有由一開口所環繞之至少— 個懸臂部份之基底,其中在該基底中之該懸臂部份之至少 一部份係於相同方向均勻極化,且在基底中之其餘部份包 括隨機極化之部份;以及 至少一對電極,分別位於該懸臂部份之一頂表面與— 底表面上。 1 4 _如申請專利範圍第1 3項所述之紅外線感測器,其 中該基底中之該其餘部份係整體隨機極化。 1 5.如申請專利範圍第1 3項所述之紅外線感測器,其 中連接至該電極之導電性圖樣係更位於該基底之該頂表面 與該底表面上,在該導電性圖樣間之該基底中之部份係均 勻極化於相同方向,且經由該基底而彼此相對之各兩個導 電性圖樣係外部短路。 1 6.如申請專利範圍第1 3項所述之紅外線感測器,其 中包括該開口之兩尾端之該懸臂部份中之懸臂尾端之鄰近 區域至少係隨機極化。 1 7.如申請專利範圍第1 3項所述之紅外線感測器,其 中在形成該電極前,該基底係整體隨機極化’且在該導電 性圖樣間之該基底中之部份係藉由施加既定電壓於該電極 間而均勻極化。 1 8.如申請專利範圍第1 7項所述之紅外線接收元件, 其中在形成該電極前,該基底係整體隨機極化’且在該導 電性圖樣間與該電極間之該基底中之部份係藉由·施加既定
    2014-363 1-PF j!d 第30頁 ¢965 8 六、申請專利範圍 電壓於該導電性圖樣間而均勻極化。 I1HI1 2(3 1 4-363 1 -?: · p id 第31頁
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