JP3637665B2 - Pyroelectric infrared detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は焦電体を用いて赤外線を検出する焦電型赤外線検出素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
焦電型赤外線検出素子は、人体または物体の有無・位置・動作・温度等の情報を非接触で検出できる利点を活かして、電子レンジでの調理材の温度測定・エアコンでの室内温度制御あるいは自動照明コントロール・自動ドア・警報装置での人体検知などに利用されており、今後さらにその利用分野は拡大していくと見られている。
【0003】
焦電型赤外線検出素子は強誘電体の焦電効果を利用したセンサで、強誘電体材料は一様に分極する性質を有し、一様に分極した状態では正および負の電荷を帯びている。大気中に放置された状態では、大気中の浮遊電荷と結合して電気的に中性状態を保っている。すべての物体は温度に応じた赤外線エネルギーを放出しており、物体から放出された赤外線エネルギーが焦電体で構成する赤外線検出素子の赤外線検出部に入射されると焦電体に温度変化が生じ、そのとき分極が変化することにより焦電体表面に電荷が誘起される。このとき誘起された電荷を電圧または電流として検出している。
【0004】
以下に、従来の焦電型赤外線検出素子について説明する。
図8(a),(b)は従来の焦電型赤外線検出素子の構成図を示すものである。図において焦電型赤外線検出素子は、81は基板、82a,82bは電極、83は焦電体薄膜、84a,84bは有機膜、85は開口部の構成からなる。
【0005】
以上のように構成された焦電型赤外線検出素子について、以下にその製造方法について説明する。まず基板81として(100)酸化マグネシウム(以下、(100)MgOと略す)を用い、その上に焦電体薄膜83としてランタンを添加したチタン酸鉛(以下、PLTと略す)をメタルマスクを用いて所定の形状に高周波マグネトロンスパッタ法によりエピタキシャル成長させる。次に層間絶縁膜として有機膜84aをフォトリソグラフィで所定の形状にパターニングし、エッチング形成する。そして、それら上部に電極82aとしてNi−Cr合金薄膜を真空蒸着法で形成し、フォトリソグラフィおよび湿式エッチングで所定の形状にパターニング形成する。さらに、それら上部に保持体として有機膜84bをフォトリソグラフィで所定の形状にパターニングし、エッチング形成する。続いて、焦電体薄膜83を形成した(100)MgO基板面をレジストで保護し、焦電体薄膜83の領域を裏面からエッチングし、開口部85を形成する。最後に(100)MgO基板81を取り除いた側に、電極82bとしてNi−Cr合金薄膜を真空蒸着法で形成し、フォトリソグラフィおよび湿式エッチングで所定の形状にパターニング形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法では、赤外線検出部での熱応答性を向上させて赤外線検出部の感度を良好にしようとした場合、赤外線検出部と全体を保持している(100)MgO基板81との間隔を十分にとり、熱伝導を小さくして熱の逃げを最小限にする必要がある。このためには、開口部85をより大きくする必要があるが、赤外線検出部を保持する有機膜84a,84bの内部応力の影響が強くなり、焦電体薄膜83および電極82a,82bの断線・歪み・破壊を生じるという問題点を有していた。
【0007】
また、有機膜84a,84bの内部応力での電極82a,82bの引き出し部の断線を避けるため、特に電極82bの引き出し部のパターン幅を焦電体薄膜のパターン形状と同程度にしてあるので、電極の引き出し部から(100)MgO基板81への熱の伝達量が大きくなっている。さらに赤外線検出部を保持する有機膜84bは、赤外線検出部上層から基板にかけて一体構造になっているので、赤外線検出部に入射する赤外線エネルギは前記有機膜で熱エネルギとして吸収されると同時に、吸収された熱エネルギはこれを介して(100)MgO基板81へ逃げてしまう。従ってこの構成では、赤外線検出部での熱吸収量が少なく、検出感度が十分に得られないといった問題点を有している。
【0008】
本発明はこのような上記問題点を解決するものであり、感度・熱応答性に優れ、低コスト・小型化・集積化が可能で生産性に富んだ信頼性の高い焦電型赤外線検出素子を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の焦電型赤外線検出素子は、基板と、この基板上に設けられた第一の電極上に薄膜焦電体を形成しその上に、第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する材料からなる第二の電極を形成した赤外線検出部と、前記赤外線検出部が接する前記基板の表層部に設けた空洞と、前記赤外線検出部が前記基板で支えられるように設けた保持体とから構成される焦電型赤外線検出素子において、基板の空洞を形成していない同一表面上の領域に第一の電極材料と同一材料を用いて外部接続端子を設け、前記赤外線検出部と外部接続端子を電気的に接続する第一の電極の引き出し部の材料が第二の電極と同じ材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する材料のいずれかである焦電型赤外線検出素子としたものである。
【0010】
この構成とすることにより、感度、熱応答性に優れた焦電型赤外線検出素子が得られる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、基板と、この基板上に設けられた第一の電極上に薄膜焦電体を形成しその上に、第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する材料からなる第二の電極を形成した赤外線検出部と、前記赤外線検出部が接する前記基板の表層部に設けた空洞と、前記赤外線検出部が前記基板で支えられるように設けた保持体とから構成される焦電型赤外線検出素子において、基板の空洞を形成していない同一表面上の領域に第一の電極材料と同一材料を用いて外部接続端子を設け、前記赤外線検出部と外部接続端子を電気的に接続する第一の電極の引き出し部の材料が第二の電極と同じ材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する材料のいずれかである焦電型赤外線検出素子を構成し、この構成によって空洞が小さくできて引き出し部への歪を緩和し断線、破壊を抑制でき、基板への熱伝達を抑え感度、熱応答性の優れたものとすることができる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、第二の電極または第一の電極の引き出し部の材料がTa,Ti,Sn,Al−Cu合金、Ni−Cr合金、Cu−Ni合金、Cu−Sn合金、Al−Ti合金、またはCu−Zn合金等のいずれかからなる請求項1記載の焦電型赤外線検出素子であり、基板への熱伝導を抑制することができる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、保持体は少なくとも50%以上の領域に穴を備えかつその厚さが2μm以下の構成とした請求項1記載の焦電型赤外線検出素子であり、基板への熱伝導を抑制することができる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、1つの基板上に少なくとも2個以上のマトリックス状に構成された赤外線検出部の厚み方向の両端で発生した電気信号は、第二の電極と同一材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する材料のいずれかを用いた引き出し部を介して外部接続端子を引き出す構成とした請求項1記載の焦電型赤外線検出素子であり、基板への熱伝導を抑制し、集積度を高めるものである。
【0015】
請求項5に記載の発明は、マトリックス状に構成された赤外線検出部どうしは第二の電極と同一材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する材料のいずれかを用いた引き出し部で電気的に接続された請求項1記載の焦電型赤外線検出素子であり、基板への熱伝導を抑制し、集積度を高めるものである。
【0018】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1および図2は、本発明の第一の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す平面図および断面図である。図1および図2において、11は基板、12aは第一の電極、12bは第一の電極の引き出し部、13は外部接続端子、14は焦電体薄膜、15aは第二の電極、15bは第二の電極の引き出し部、16は層間絶縁膜、17は赤外線検出部の保持体、18は空洞である。
【0019】
以上のように構成された焦電型赤外線検出素子について、以下にその製造方法について説明する。まず基板11として(100)酸化マグネシウム(以下、(100)MgOと略す)を用い、前記(100)MgO基板11上に第一の電極12aとして150nm程度の膜厚を有する白金(以下、Ptと略す)薄膜をマグネトロンスパッタ法により、基板温度:600℃、入射電力密度:0.16W/cm2、スパッタガス雰囲気:Ar/O2=2/1、ガス圧:1.06Paの成膜条件のもとエピタキシャル成長させる。
【0020】
次にその上層に、焦電体薄膜14としてPbTiO3あるいはPb1-xLaxTi1-x/4O3等の焦電材料からなる薄膜を高周波マグネトロンスパッタ法により、基板温度:600℃、入射電力密度:1.6W/cm2、スパッタガス雰囲気:Ar/O2=9/1、ガス圧:1Paの成膜条件のもとエピタキシャル成長させる。このとき(100)MgO基板11と焦電体薄膜14の熱膨張係数の差により、焦電体薄膜14の結晶格子がキューリ点を境に歪み、基板面に対して垂直方向にC軸が伸びることにより一方向の自発分極が現れる。
【0021】
次に焦電体薄膜14をフォトリソグラフィおよび湿式エッチングで所定の形状にパターニング形成し、続いて第一の電極12aもフォトリソグラフィおよび乾式エッチングで所定の形状にパターニング形成する。このとき同時に、第一の電極の引き出し部12bと外部接続端子13をそれぞれパターニング形成し、外部接続端子13の一方と第一の電極の引き出し部12bを介して第一の電極12aとが電気的に接続している。
【0022】
次に層間絶縁膜16として感光性を有するポリイミド系樹脂を用いて、その前駆体をフォトリソグラフィで所定の形状にパターニングし、300℃程度の温度雰囲気でイミド化を促進し、熱硬化させる。このとき、少なくとも焦電体薄膜14と第二の電極15aが、直接電気的に接続できる領域と、それを除く部分の50%以上の領域で穴を設けるパターニング形状とする。
【0023】
次にそれら上層に第二の電極15aとして20nm程度の膜厚を有するNi−Cr合金薄膜をスパッタ法により、基板温度:100℃、入射電力密度:0.55W/cm2、スパッタガス雰囲気:Ar、ガス圧:1Paの成膜条件のもとで形成する。その後、フォトリソグラフィおよび湿式エッチングにより、所定の形状にパターニング形成する。このとき同時に、第二の電極15aの引き出し部15bを第二の電極15aと電気的につながった状態にパターニング形成し、さらにもう一方の外部接続端子13と電気的に接続する。
【0024】
次に、保持体17として感光性を有するポリイミド系樹脂を用いて、その前駆体をフォトリソグラフィで所定の形状にパターニングし、300℃程度の温度雰囲気でイミド化を促進し、熱硬化させる。このとき、赤外線検出部にかかる部分を除く50%以上の領域で穴を設けるパターニング形状とする。
【0025】
最後に、赤外線検出部を同一表面上から(100)MgO基板11の特定領域にフォトリソグラフィで作製したエッチング用保護マスクを介して空洞18をエッチング形成する。このときのエッチング液として、濃度:10%、液温:80℃の燐酸を用いる。その結果、エッチング時間60分のとき、空洞の大きさは水平方向:0.3mm、垂直方向0.08mmであることを確認している。
【0026】
上記のように本実施の形態の焦電型赤外線検出素子の構成によれば、赤外線検出部が(100)MgO基板11の表層部に設けた空洞18上を50%以上の領域で穴がパターニングされている多穴構造のポリイミド系樹脂の保持体17を介して支持されているので、従来の焦電型赤外線検出素子の開口部に比べて非常に小さくなり、開口部の拡大に伴う赤外線検出部および電極の引き出し部への歪みを緩和できるので断線・破壊を抑制することができている。また入射赤外線エネルギに対して赤外線検出部の熱応答性の高速化が図れる。さらに赤外線検出部と基板11上の外部接続端子との距離に対して十分に長い、具体的には2倍以上の長さの引き出し電極と保持体の多穴構造により、基板への熱伝導を十分に抑えられるので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、検出感度を向上させることができる。加えて熱時定数が増大することにより、特に低速物体検知での大きな出力応答を得ることができる。
【0027】
また、上記素子構成では、集積化・小型化が可能な信頼性の高い赤外線検出素子を実現できる。
【0028】
本実施の形態では、第一の電極12aとして(100)面にエピタキシャル成長したPt薄膜を用いている。これは、焦電体薄膜14および基板11との格子整合性に優れているので、焦電体薄膜14のC軸方向へのエピタキシャル成長を促進する効果がある。さらに化学的に非常に安定で、高温酸化雰囲気中でも熱酸化しないという特徴を有しているためである。第二の電極15aとしてNi−Cr合金薄膜を用いているが、請求項5に挙げたいずれの材料を用いても本実施の形態と同様の効果が得られていることは確認している。さらに、本実施の形態では層間絶縁膜16および保持体17としてポリイミド系樹脂を使用したが、これに限るものではなく、1010Ωcm以上の体積抵抗率を有する膜で耐熱温度が高く信頼性に優れているものであれば、他の有機膜やガラス系無機膜でもかまわない。
【0029】
(実施の形態2)
図3および図4は、本発明の第二の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す平面図および断面図である。図3および図4において、11は基板、12aは第一の電極、12bは第一の電極の引き出し部、13は外部接続端子、14は焦電体薄膜、15aは第二の電極、15bは第二の電極の引き出し部、16は層間絶縁膜、17は赤外線検出部の保持体、18は空洞である。
【0030】
本発明の第二の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の基本構成および基本的な製造方法は、本発明の第一の実施の形態で示したものと同様である。本発明の第一の実施の形態と異なるのは、第一の電極12aと外部接続端子13との電気的接続方法である。本発明の第二の実施の形態では、第一の電極12aをフォトリソグラフィおよび乾式エッチングで所定の形状にパターニング形成するとき、第一の電極12aの引き出し部12bとの接続パッドを設けるとともに、外部接続端子13も同時形成しておく。
【0031】
次に前記接続パッドと重なり合う層間絶縁膜16の位置にスルーホールを形成する。そして第二の電極15aの形成と同時に、Ni−Cr合金薄膜を用いて第一の電極の引き出し部12bを形成し、それを介して第二の電極15aと電気的に接続されていないもう一方の外部接続端子13と第一の電極12aを電気的に接続する。
【0032】
上記のように本実施の形態の焦電型赤外線検出素子の構成によれば、第一の電極12aの引き出し電極12bを第一の電極材料の熱伝導率より小さい材料を用いることにより、基板への熱伝達を十分に抑えられるので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、検出感度・熱時定数をさらに向上させることができる。また特に、低速物体検知での大きな出力応答を得ることができる。
【0033】
本実施の形態では、上記引き出し電極12bの材料を第二の電極15aの材料と同一のものを使用したが、これに限るものではなく、第一の電極材料より熱伝導率が小さくほどほどの電気伝導率があれば、他の単体金属や合金または低抵抗半導体でもかまわない。
【0034】
(実施の形態3)
図5および図6は、本発明の第三の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す平面図および断面図である。図5および図6において、11は基板、12aは第一の電極、12bは第一の電極の引き出し部、13は外部接続端子、14は焦電体薄膜、15aは第二の電極、15bは第二の電極の引き出し部、16は層間絶縁膜、17は赤外線検出部の保持体、19は赤外線検出部と引き出し電極の保護膜、18は空洞である。
【0035】
本発明の第三の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の基本構成および基本的な製造方法は、本発明の第一および第二の実施の形態で示したものと同様である。本発明の第一および第二の実施の形態と異なるのは、赤外線検出部を層間絶縁膜16で保持し、赤外線検出部と引き出し電極の領域のみに保護膜19を具備する点である。
【0036】
上記のように本実施の形態の焦電型赤外線検出素子の構成によれば、赤外線検出部で吸収される熱エネルギが、保持体17および層間絶縁膜16を介して起こる基板11への熱の逃げを最小限度に抑えることができるので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、なお一層、検出感度を向上させることができる。加えて熱時定数が増大することにより、特に低速物体検知での大きな出力応答を得ることができる。
【0037】
本実施の形態では層間絶縁膜16および引き出し電極保護膜19としてポリイミド系樹脂を使用したが、これに限るものではなく、1010Ωcm以上の体積抵抗率を有する膜で耐熱温度が高く信頼性に優れているものであれば、他の有機膜やガラス系無機膜でもかまわない。
【0038】
(実施の形態4)
図7は、本発明の第四の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す平面図である。図7において、11は基板、12aは第一の電極、12bは第一の電極の引き出し部、13は外部接続端子、14は焦電体薄膜、15aは第二の電極、15bは第二の電極の引き出し部、16は層間絶縁膜、17は赤外線検出部の保持体、19は赤外線検出部と引き出し電極の保護膜、18は空洞である。
【0039】
本発明の第四の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の基本構成および製造方法は、本発明の第一、第二および第三の実施の形態で示したものと同様である。本発明の前記実施の形態と異なるのは、赤外線検出部をマトリックス状に形成しているところで、赤外線検出部どうしが第二の電極15aと同一材料あるいは第一の電極12aの熱伝導率より低い材料を用いた引き出し電極で接続し、本発明の第三の実施の形態と同様に、赤外線検出部と引き出し電極上のみに保護膜19を形成する点である。
【0040】
上記のように本実施の形態の焦電型赤外線検出素子の構成によれば、保持体17および引き出し電極を介して起こる赤外線検出部の間での熱クロストークを最小限抑えることができるので、各々の赤外線検出部での熱吸収量が増大し、検出感度および熱時定数を向上させることができる。これにより、近距離、中距離における物体の微弱な動きを検知できる高速・高出力マトリックス赤外線素子が実現できる。
【0041】
本実施の形態では2行2列のマトリックス素子を使用したが、これに限るものではなく、多次元化していくことにより、さらに高分解能・高感度化が実現できるものである。
【0042】
以上のように本発明によれば、基板と、この基板上に設けられた第一の電極上に薄膜焦電体を形成しその上に、第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝統率を有する材料からなる第二の電極を形成した赤外線検出部と、前記赤外線検出部が接する前記基板の表層部に設けた空洞と、前記赤外線検出部が前記基板で支えられるように設けた保持体とから構成される焦電型赤外線検出素子において、基板の空洞を形成していない同一表面上の領域に第一の電極材料と同一材料を用いて外部接続端子を設け、前記赤外線検出部と外部接続端子を電気的に接続する第一の電極の引き出し部の材料が第二の電極と同じ材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する材料のいずれかである焦電型赤外線検出素子とすることにより、引き出し部または保持体を介して起こる基板あるいは隣接する赤外線検出部への熱エネルギの伝達を最小限抑えることができるので、赤外線検出部での熱吸収量が増大し、検出感度・熱時定数を向上させることができ、これにより高感度・高分解能を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の平面図
【図2】同焦電型赤外線検出素子の断面図
【図3】本発明の第二の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の平面図
【図4】同焦電型赤外線検出素子の断面図
【図5】本発明の第三の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の平面図
【図6】同焦電型赤外線検出素子の断面図
【図7】本発明の第四の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の平面図
【図8】(a),(b)は従来の焦電型赤外線検出素子の平面図と断面図
【符号の説明】
11 基板
12a 第一の電極
12b 第一の電極の引き出し部
13 外部接続端子
14 焦電体薄膜
15a 第二の電極
15b 第二の電極の引き出し部
16 層間絶縁膜
17 保持体
18 空洞[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pyroelectric infrared detection element that detects infrared rays using a pyroelectric material.
[0002]
[Prior art]
Pyroelectric infrared detectors take advantage of the ability to detect the presence / absence / position / operation / temperature of a human body or object in a non-contact manner, measure the temperature of cooking materials with a microwave oven, control the indoor temperature with an air conditioner, or It is used to detect human bodies with automatic lighting control, automatic doors, and alarm devices, and its field of use is expected to expand in the future.
[0003]
A pyroelectric infrared detector is a sensor that uses the pyroelectric effect of a ferroelectric material. Ferroelectric materials have the property of being uniformly polarized, and in the uniformly polarized state, they have positive and negative charges. Yes. When left in the atmosphere, it is electrically neutralized by combining with floating charges in the atmosphere. All objects emit infrared energy according to temperature, and when the infrared energy emitted from the object is incident on the infrared detection part of the infrared detection element composed of the pyroelectric material, the temperature changes in the pyroelectric material. At that time, a change in polarization induces a charge on the pyroelectric surface. At this time, the induced charge is detected as voltage or current.
[0004]
A conventional pyroelectric infrared detection element will be described below.
FIGS. 8A and 8B show a configuration diagram of a conventional pyroelectric infrared detection element. In the figure, the pyroelectric infrared detecting
[0005]
About the pyroelectric infrared detection element comprised as mentioned above, the manufacturing method is demonstrated below. First, (100) magnesium oxide (hereinafter abbreviated as (100) MgO) is used as the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method described above, when the thermal response in the infrared detection unit is improved to improve the sensitivity of the infrared detection unit, the infrared detection unit and the entire (100)
[0007]
Further, in order to avoid disconnection of the lead portions of the
[0008]
The present invention solves the above-described problems, and is a highly reliable pyroelectric infrared detection element that is excellent in sensitivity and thermal response, is low in cost, downsized and integrated, and is rich in productivity. Is intended to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the pyroelectric infrared detecting element of the present invention forms a thin film pyroelectric body on a substrate and a first electrode provided on the substrate, and on the first electrode, An infrared detector formed with a second electrode made of a material having a thermal conductivity smaller than the thermal conductivity , a cavity provided in a surface layer portion of the substrate that is in contact with the infrared detector, and the infrared detector is the substrate In a pyroelectric infrared detecting element composed of a holding body provided to be supported, an external connection terminal is formed using the same material as the first electrode material in a region on the same surface where the cavity of the substrate is not formed. The material of the lead part of the first electrode for providing and electrically connecting the infrared detection part and the external connection terminal is the same material as the second electrode or a material having a thermal conductivity smaller than the thermal conductivity of the first electrode A pyroelectric infrared detector It is obtained by the.
[0010]
By adopting this configuration, a pyroelectric infrared detection element excellent in sensitivity and thermal response can be obtained.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, a thin film pyroelectric material is formed on a substrate and a first electrode provided on the substrate, and a heat smaller than the thermal conductivity of the first electrode is formed thereon. An infrared detection unit having a second electrode made of a material having conductivity, a cavity provided in a surface layer portion of the substrate in contact with the infrared detection unit, and the infrared detection unit provided to be supported by the substrate In the pyroelectric infrared detection element constituted by the holding body, an external connection terminal is provided using the same material as the first electrode material in a region on the same surface where the cavity of the substrate is not formed, and the infrared detection unit The material of the lead-out portion of the first electrode that electrically connects the external connection terminal and the external connection terminal is either the same material as the second electrode or a material having a thermal conductivity smaller than that of the first electrode. An electric infrared detection element is constructed. Relaxation broken distortion of the lead portions made small cavity Te, destruction can be suppressed, sensitivity suppress heat transfer to the substrate, it is possible to improve the thermal response.
[0012]
In the invention according to claim 2, the material of the lead portion of the second electrode or the first electrode is Ta, Ti, Sn, Al-Cu alloy, Ni-Cr alloy, Cu-Ni alloy, Cu-Sn alloy, The pyroelectric infrared detection element according to
[0013]
The invention according to claim 3 is the pyroelectric infrared detection element according to
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, the electrical signals generated at both ends in the thickness direction of at least two infrared detectors configured in a matrix on one substrate are the same material as the second electrode or the first The pyroelectric infrared detection element according to
[0015]
In the invention described in claim 5, the infrared detectors configured in a matrix form use either the same material as the second electrode or a material having a thermal conductivity smaller than that of the first electrode. The pyroelectric infrared detection element according to
[0018]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view showing the configuration of the pyroelectric infrared detection element according to the first embodiment of the present invention. 1 and 2, 11 is a substrate, 12a is a first electrode, 12b is a lead portion of the first electrode, 13 is an external connection terminal, 14 is a pyroelectric thin film, 15a is a second electrode, and 15b is a second electrode. The lead-out portion of the second electrode, 16 is an interlayer insulating film, 17 is a holding body of the infrared detecting portion, and 18 is a cavity.
[0019]
About the pyroelectric infrared detection element comprised as mentioned above, the manufacturing method is demonstrated below. First, (100) magnesium oxide (hereinafter abbreviated as (100) MgO) is used as the substrate 11, and platinum (hereinafter referred to as Pt and Pt) having a thickness of about 150 nm as the
[0020]
Next, a thin film made of a pyroelectric material such as PbTiO 3 or Pb 1-x La x Ti 1-x / 4 O 3 as a pyroelectric
[0021]
Next, the pyroelectric
[0022]
Next, using a polyimide resin having photosensitivity as the
[0023]
Next, a Ni—Cr alloy thin film having a film thickness of about 20 nm as a
[0024]
Next, using a polyimide resin having photosensitivity as the holding
[0025]
Finally, the
[0026]
As described above, according to the configuration of the pyroelectric infrared detection element of the present embodiment, holes are patterned on the
[0027]
In addition, with the above element configuration, a highly reliable infrared detection element that can be integrated and miniaturized can be realized.
[0028]
In the present embodiment, a Pt thin film epitaxially grown on the (100) plane is used as the
[0029]
(Embodiment 2)
3 and 4 are a plan view and a cross-sectional view showing the configuration of the pyroelectric infrared detection element according to the second embodiment of the present invention. 3 and 4, 11 is a substrate, 12a is a first electrode, 12b is a lead portion of the first electrode, 13 is an external connection terminal, 14 is a pyroelectric thin film, 15a is a second electrode, and 15b is a second electrode. The lead-out portion of the second electrode, 16 is an interlayer insulating film, 17 is a holding body of the infrared detecting portion, and 18 is a cavity.
[0030]
The basic configuration and the basic manufacturing method of the pyroelectric infrared detection element in the second embodiment of the present invention are the same as those shown in the first embodiment of the present invention. What is different from the first embodiment of the present invention is an electrical connection method between the
[0031]
Next, a through hole is formed at a position of the
[0032]
As described above, according to the configuration of the pyroelectric infrared detection element of the present embodiment, the
[0033]
In the present embodiment, the same material as that of the
[0034]
(Embodiment 3)
5 and 6 are a plan view and a cross-sectional view showing the configuration of the pyroelectric infrared detection element according to the third embodiment of the present invention. 5 and 6, 11 is a substrate, 12a is a first electrode, 12b is a lead portion of the first electrode, 13 is an external connection terminal, 14 is a pyroelectric thin film, 15a is a second electrode, and 15b is The lead portion of the second electrode, 16 is an interlayer insulating film, 17 is a holding body for the infrared detection portion, 19 is a protective film for the infrared detection portion and the lead electrode, and 18 is a cavity.
[0035]
The basic configuration and basic manufacturing method of the pyroelectric infrared detection element in the third embodiment of the present invention are the same as those shown in the first and second embodiments of the present invention. The difference from the first and second embodiments of the present invention is that the infrared detecting portion is held by the
[0036]
As described above, according to the configuration of the pyroelectric infrared detection element of the present embodiment, the heat energy absorbed by the infrared detection unit is generated by the heat to the substrate 11 generated through the holding
[0037]
In the present embodiment using a polyimide resin as the
[0038]
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a pyroelectric infrared detection element according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, 11 is a substrate, 12a is a first electrode, 12b is a lead portion of the first electrode, 13 is an external connection terminal, 14 is a pyroelectric thin film, 15a is a second electrode, and 15b is a second electrode. An electrode lead-out portion, 16 is an interlayer insulating film, 17 is an infrared detector holding body, 19 is an infrared detector and lead electrode protective film, and 18 is a cavity.
[0039]
The basic configuration and manufacturing method of the pyroelectric infrared detection element in the fourth embodiment of the present invention are the same as those shown in the first, second and third embodiments of the present invention. The difference from the above embodiment of the present invention is that the infrared detectors are formed in a matrix, and the infrared detectors are made of the same material as the
[0040]
As described above, according to the configuration of the pyroelectric infrared detection element of the present embodiment, it is possible to minimize the thermal crosstalk between the infrared detection unit that occurs through the holding
[0041]
In this embodiment, a matrix element of 2 rows and 2 columns is used, but the present invention is not limited to this, and higher resolution and higher sensitivity can be realized by increasing the number of dimensions.
[0042]
As described above, according to the present invention, a thin film pyroelectric body is formed on a substrate and a first electrode provided on the substrate, and a thermal tradition rate smaller than the thermal conductivity of the first electrode is formed thereon. An infrared detector formed with a second electrode made of a material having a cavity, a cavity provided in a surface layer portion of the substrate in contact with the infrared detector, and a holder provided so that the infrared detector is supported by the substrate In the pyroelectric infrared detecting element constituted by the above, an external connection terminal is provided by using the same material as the first electrode material in a region on the same surface where the cavity of the substrate is not formed, and the infrared detecting unit and the external The pyroelectric type in which the material of the lead portion of the first electrode that electrically connects the connection terminals is either the same material as the second electrode or a material having a thermal conductivity smaller than that of the first electrode with the infrared detector, drawers Or the substrate occurs via the holding member or can be suppressed minimum the transfer of heat energy to adjacent infrared detection section, the heat absorption amount of the infrared detection portion is increased, thereby improving the detection sensitivity and the thermal time constant Thus, high sensitivity and high resolution can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a pyroelectric infrared detection element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the pyroelectric infrared detection element. FIG. 3 is a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of the pyroelectric infrared detecting element in FIG. 5. FIG. 5 is a plan view of the pyroelectric infrared detecting element in the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view of a pyroelectric infrared detection element according to a fourth embodiment of the present invention. FIGS. 8A and 8B are diagrams showing conventional pyroelectrics. Plane view and sectional view of the infrared detector
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