JP3431764B2

JP3431764B2 - 焦電型赤外線薄膜素子

Info

Publication number: JP3431764B2
Application number: JP16529596A
Authority: JP
Inventors: 浩二富永; 一隆岡本; 秀次高田; 浩一松本
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09325075A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、焦電体薄膜と、
その上面および下面にそれぞれ設けられる上部電極およ
び下部電極とからなる赤外線検出部が表層部に凹部を有
する基板の前記凹部の上部に形成されている赤外線検出
用の焦電型赤外線薄膜素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記焦電型赤外線薄膜素子の一つに、特
開平７−５５５７７号公報に示されるものがある。この
焦電型赤外線薄膜素子は、図８（Ａ），（Ｂ）に示すよ
うに、基板５１としてＭｇＯ（１００）単結晶基板を用
い、その表層部に、下部電極５２、焦電体薄膜５３およ
び上部電極５４をこの順で設け、基板５１の表層部に形
成される微小空洞５５より下部電極５２を小さくするた
め、焦電体薄膜５３および上、下電極５４，５２の重な
り合う赤外線検出部５６を有機系支持膜５７によって支
持している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の焦電型赤外
線薄膜素子においては、下部電極５２、焦電体薄膜５３
および上部電極５４が互いに重なり合うところの赤外線
検出部５６の下部に微小空洞５５が形成されているの
で、基板５１の熱容量が小さくなり、熱応答性に優れる
といった効果があるものの、次のような欠点がある。

【０００４】すなわち、上記のように構成しても、赤外
線検出部５６に赤外線が入射してその温度が上昇して
も、赤外線検出部５６における熱が周囲に拡散し、感度
や高速応答性の点で改良の余地が残されていた。また、
前記図８（Ａ）から理解されるように、下部電極５２の
細い引出し部５２ａが赤外線検出部５５と基板５１との
間に赤外線検出部５５を中心にして対称的に設けられて
おり、基板エッチング後の赤外線検出部５５の強度を持
たせようとしているが、この引出し部５２ａはＰｔより
なる。

【０００５】しかしながら、上記Ｐｔは延性や展性が小
さく、また、その熱膨張率が有機系保持膜のそれと大き
な差があるため、機械的ストレスを受けて断線が生じや
すい。

【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、入射した赤外線による赤外線検出部における
熱をできるだけ外部に拡散させないようにすることによ
り、高感度、かつ高速応答性を有し、しかも、下部電極
と下部引出し電極との接続において可及的に機械的スト
レスの少ない構造を採用することにより、堅牢な焦電型
赤外線薄膜素子を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、焦電体薄膜と、その上面および下面
にそれぞれ設けられる上部電極および下部電極とからな
る赤外線検出部が表層部に凹部を有する基板の前記凹部
の上部に形成されてなる焦電型赤外線薄膜素子におい
て、前記凹部が前記赤外線検出部より大きく形成され、
この赤外線検出部を金属よりも小さい熱伝導率を有する
絶縁体薄膜のみによって前記基板に保持すると共に、前
記下部電極をＰｔで形成するとともに、この下部電極に
接続される下部引出し電極を金系材料より形成してい
る。

【０００８】上記構成の焦電型赤外線薄膜素子において
は、赤外線検出部が基板に対して直接接触することがな
いのは勿論のこと、赤外線検出部を、金属よりも小さい
熱伝導率を有する絶縁体薄膜のみによって基板に保持し
ているので、赤外線検出部に赤外線が入射してその温度
が上昇した場合、その熱が基板方向に伝わりにくく、前
記赤外線の入射に伴う熱が赤外線検出部によって効率的
に吸収される。したがって、焦電型赤外線薄膜素子の感
度および応答性が向上する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参
照しながら説明する。

【００１０】図１〜図３は、この発明の焦電型赤外線薄
膜素子Ｓの一例を示し、図１は、焦電型赤外線薄膜素子
Ｓの平面形状を示す図であり、図２は、図１におけるＩ
−Ｉ線断面形状を拡大図とともに示す断面図であり、図
３は、焦電型赤外線薄膜素子Ｓの分解斜視図である。

【００１１】図１〜図３において、１はＭｇＯ（酸化マ
グネシウム）よりなる単結晶基板で、２はこの基板１の
表層部にエッチングによって形成される微小な凹部であ
る。３は焦電体薄膜で、例えばＰＺＴ系強誘電体薄膜ま
たはＰＬＺＴ強誘電体薄膜からなる。この焦電体薄膜３
の上下両面には、例えばＰｔ（白金）よりなる上部電極
４と下部電極５とが互いに対応するように設けられてい
る。４ａは上部電極４に形成されるエッチング用の複数
の孔、５ａは下部電極５に形成された突起部である。な
お、矢印Ａ方向に見て、両電極４，５および焦電体薄膜
３が互いに重なり合う部分を赤外線検出部６というもの
とする。

【００１２】７は赤外線検出部６の受光電極としての上
部電極４の上面を被覆するように設けられる赤外線吸収
膜で、フォトリソグラフが可能な感光性有機薄膜にカー
ボンブラックのような赤外線吸収材料を適宜混入してな
るものである。８は赤外線検出部６の周辺に形成され、
赤外線検出部６を基板１に対して保持させる絶縁体薄膜
で、ポリイミド系樹脂薄膜のような有機絶縁体薄膜また
はＳｉＯ₂薄膜のような無機絶縁体薄膜よりなる。８ａ
は絶縁体薄膜８に開設されるエッチング用の孔で、上部
電極４の孔４ａに対応して設けられるもののほか、赤外
線検出部６を囲むようにして設けられている。９，１０
は上部電極４、下部電極５とそれぞれ接続される上部引
出し電極、下部引出し電極で、例えばＡｕよりなる。

【００１３】上記焦電型赤外線薄膜素子Ｓの形成方法に
ついて、図４〜図７を参照しながら説明する。なお、図
５〜図７においては、それぞれ断面形状を概略的に示す
図と、平面形状を概略的に示す図を並列的に示してい
る。また、最終形状前の各部材に対応する部分を表す符
号には’（ダッシュ）を付している。

【００１４】（１）適宜厚さ（例えば５００μｍ）のＭ
ｇＯ（１００）単結晶基板１を用意する（図４（Ａ）参
照）。

【００１５】（２）前記基板１の上面に、例えばスパッ
タリングによって、下部電極５’としてＰｔを０．２μ
ｍの厚みに成膜する（図４（Ｂ）参照）。

【００１６】（３）前記下部電極５’の上面に、例えば
ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）によって、焦
電体薄膜３’としてＰＺＴ系強誘電体薄膜（またはＰＬ
ＺＴ強誘電体薄膜）を約２μｍの厚みに成膜する（図４
（Ｃ）参照）。

【００１７】（４）前記焦電体薄膜３’の上面に、スパ
ッタリングによって、上部電極４’としてＰｔを０．２
μｍの厚みに成膜する（図４（Ｄ）および図５（Ａ），
（Ｂ）参照）。

【００１８】（５）前記上部電極４’にレジストを塗布
し、フォトリソグラフでレジストをパターニングする。
その後、エッチングにより上部電極４をパターニングし
た後、レジストを除去し、複数の孔４ａを有する形状に
形成する（図５（Ｃ），（Ｄ）参照）。

【００１９】（６）次いで、焦電体薄膜３’にレジスト
を塗布し、フォトリソグラフでレジストをパターニング
する。その後、エッチングにより焦電体薄膜３をパター
ニングした後、レジストを除去し、上部電極４の孔４ａ
に対応した位置に複数の孔を有する形状に形成する（図
５（Ｅ），（Ｆ）参照）。なお、この実施例では、焦電
体薄膜３は上部電極４よりもやや大径に形成されてい
る。

【００２０】（７）次いで、下部電極５’にレジストを
塗布し、フォトリソグラフでレジストをパターニングす
る。その後、エッチングにより下部電極５’をパターニ
ングした後、レジストを除去し、下部電極５およびこれ
に連なる下部電極突起部５ａを形成する（図６（Ａ），
（Ｂ）参照）。なお、この実施例では、下部電極５は焦
電体薄膜３と同径に形成されているが、これよりやや大
径にしてもよい。

【００２１】（８）赤外線検出部６周辺および基板１の
上面にわたって、金属より小さい熱伝導率を有する絶縁
体薄膜８を形成する（図６（Ｃ），（Ｄ）参照）。絶縁
体薄膜８は、有機絶縁体薄膜、無機絶縁体薄膜のいずれ
でもよく、有機絶縁体薄膜としてはポリイミド系樹脂薄
膜が、また、無機絶縁体薄膜としてはＳｉＯ₂薄膜が好
適である。そして、８ａは上部電極４の孔４ａに対応し
た位置および赤外線検出部６の外周に設けられる孔であ
る。

【００２２】（９）例えばスパッタリングによってＡｕ
よりなる上部電極引出し部９および下部引出し部１０を
形成する（図６（Ｅ），（Ｆ）参照）。

【００２３】（１０）そして、例えばネガレジスト材料
のような感光性有機薄膜に３ｗｔ％程度のカーボンブラ
ックのような赤外線吸収材料を混入したものを、赤外線
検出部６の上部電極４の上面に適宜厚さ塗布した後、パ
ターニングすることにより、上部電極４の上面を赤外線
吸収膜７によって被覆する（図７（Ａ），（Ｂ）参
照）。

【００２４】絶縁体薄膜８の孔８ａから所定濃度のリン
酸液をエッチング液として注入して、赤外線検出部６の
直下の基板１をエッチングにより除去し、凹部（微小空
洞）２を形成する（図７（Ｃ），（Ｄ）参照）。この場
合、凹部２は、赤外線検出部６よりも大きくなるように
形成されるが、赤外線検出部６の周囲および基板１の上
面にわたって絶縁体薄膜８が形成されているので、赤外
線検出部６は絶縁体薄膜８によって凹部２の上面に浮揚
した状態で保持される。つまり、図１〜図３および図７
（Ｃ），（Ｄ）に示すような焦電型赤外線薄膜素子Ｓが
得られる。

【００２５】ところで、この実施例では、図１〜図３に
示すように、赤外線検出部６の周囲の絶縁体薄膜８に
は、複数の孔８ａが形成されている。これらの孔８ａ
は、赤外線検出部６に赤外線が入射したとき赤外線検出
部６において生ずる熱が周囲に赤外線検出部６以外の部
分に伝わりにくくするとともに、前記ＭｇＯ基板１のエ
ッチングを行う際、そのエッチング液を注入するのに利
用される。

【００２６】上記構成の焦電型赤外線薄膜素子Ｓにおい
ては、赤外線検出部６は、絶縁体薄膜８によって基板１
に保持されているので、基板１やその表層部に形成され
ている凹部２表面に対して接触することがない。そし
て、赤外線検出部６を保持している絶縁体薄膜８は、金
属よりも小さい熱伝導率を有するので、赤外線検出部６
に赤外線が入射してその温度が上昇した場合、その熱が
基板１方向に伝わりにくく、赤外線の入射に伴う熱が赤
外線検出部６によって効率的に吸収される。したがっ
て、焦電型赤外線薄膜素子Ｓの感度および応答性が向上
する。

【００２７】特に、絶縁体薄膜８の赤外線検出部６の周
囲に複数の孔８ａを設けることにより、前記熱の伝搬は
より効果的に阻止される。また、この孔８ａは基板１の
エッチング時におけるエッチング液注入孔として利用で
きるが、エッチングによる凹部２を良好に行うといった
観点からも、赤外線検出部６の周囲に複数の孔８ａを均
等に設けるのがよい。また、この孔８ａを赤外線検出部
６に設けてもよい。

【００２８】ところで、下部電極５はＰｔよりなるが、
これに形成される引出し用突起部５ａはかなり短く形成
され、図１および図２に示すように、その先端部がエッ
チングによって基板１に形成される凹部２を越えない程
度に形成されている。また、引出し用突起部５ａに接続
される下部引出し電極１０は、延性および展性に富むＡ
ｕまたは金合金などの金系材料より構成される。

【００２９】そして、下部電極５と下部引出し電極１０
の位置関係は、図２および図３から理解されるように、
下部電極５の上方に絶縁体薄膜８が位置し、この絶縁体
薄膜８の上方に下部引出し電極１０が位置している。つ
まり、下部電極５に連なる引出し用突起部５ａと下部引
出し電極１０との間に絶縁体薄膜８が介在している。そ
こで、この実施例においては、図２および図３に示すよ
うに、引出し用突起部５ａに対応するようにして絶縁体
薄膜８に形成された貫通孔８ｂを介して引出し用突起部
５ａと下部引出し電極１０とが電気的接続されるように
している。つまり、下部引出し電極１０の形成時にＡｕ
の一部が絶縁体薄膜８に形成された貫通孔８ｂ上にも成
膜され、下部引出し電極１０と引出し用突起部５ａとを
電気的に接続するのである。

【００３０】このように、下部電極５の引出し用突起部
５ａが短く、この下部電極５ａに接続される下部引出し
電極１０が延性および展性に富む金系材料よりなるの
で、下部電極５の引出し構成を機械的ストレスの可及的
に小さいものとすることができる。したがって、堅牢な
焦電型赤外線薄膜素子Ｓを得ることができる。

【００３１】なお、下部引出し電極１０の構成材料は、
Ａｕでもよいが、金を主体とする金合金であってもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】この発明は、以上のような形態で実施さ
れ、以下のような効果を奏する。

【００３３】赤外線検出部に入射した赤外線に起因して
赤外線検出部において発生する熱が赤外線検出部外、特
に、基板側に伝搬するのを効果的に防止することがで
き、前記熱は赤外線検出部によって効率よく吸収され
る。したがって、焦電型赤外線薄膜素子の感度および応
答性が向上し、より優れた焦電型赤外線薄膜素子を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の焦電型赤外線薄膜素子の一例を示す
平面図である。

【図２】図１におけるＩ−Ｉ線断面形状図とその部分拡
大図である。

【図３】前記焦電型赤外線薄膜素子Ｓの分解斜視図であ
る。

【図４】図５〜図７とともに前記焦電型赤外線薄膜素子
の製造工程を示し、このうちの始めの部分を示してい
る。

【図５】図４に続く製造工程を示す図である。

【図６】図５に続く製造工程を示す図である。

【図７】図６に続く製造工程を示す図である。

【図８】従来技術を説明するための図で、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…凹部、３…焦電体薄膜、４…上部電極、
５…下部電極、５ａ…引出し用突起部、６…赤外線検出
部、７…赤外線吸収膜、８…絶縁体薄膜、８ａ…孔、１
０…下部引出し電極、Ｓ…焦電型赤外線薄膜素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松本浩一京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地株式会社堀場製作所内 (56)参考文献特開平１−136035（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】焦電体薄膜と、その上面および下面にそ
れぞれ設けられる上部電極および下部電極とからなる赤
外線検出部が表層部に凹部を有する基板の前記凹部の上
部に形成されてなる焦電型赤外線薄膜素子において、前
記凹部が前記赤外線検出部より大きく形成され、この赤
外線検出部を金属よりも小さい熱伝導率を有する絶縁体
薄膜のみによって前記基板に保持すると共に、前記下部
電極をＰｔで形成するとともに、この下部電極に接続さ
れる下部引出し電極を金系材料より形成したことを特徴
とする焦電型赤外線薄膜素子。
【請求項２】絶縁体薄膜が有機系樹脂材料よりなる請
求項１に記載の焦電型赤外線薄膜素子。
【請求項３】絶縁体薄膜の赤外線検出部の周辺に複数
の孔を形成した請求項１または２に記載の焦電型赤外線
薄膜素子。
【請求項４】上部電極が赤外線吸収膜で被覆されてい
る請求項１〜３のいずれかに記載の焦電型赤外線薄膜素
子。