(57)【要約】【課題】より高効率で赤外線を放射させることが可能な赤外線放射素子を提供する。【解決手段】赤外線放射素子１は、基板２と、この基板２の一表面側に設けられた薄膜部３と、基板２の厚み方向に貫通した貫通孔２ａと、薄膜部３における基板２側とは反対側に設けられた格子状の第１赤外線放射層４ａとを備えている。また、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａに電気的に接続された複数のパッド９と、第１赤外線放射層４ａの開口部４ａａにおいて第１赤外線放射層４ａから離れて配置され且つ薄膜部３よりも赤外線放射率の高い第２赤外線放射層４ｂとを備えている。【選択図】図１
2014032078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の一表面側に設けられた薄膜部と、前記基板の厚み方向に貫通した貫通孔と、前記薄膜部における前記基板側とは反対側に設けられた格子状の第１赤外線放射層と、前記第１赤外線放射層に電気的に接続された複数のパッドと、前記第１赤外線放射層の開口部において前記第１赤外線放射層から離れて配置され且つ前記薄膜部よりも赤外線放射率の高い第２赤外線放射層とを備えることを特徴とする赤外線放射素子。
【請求項２】
前記第１赤外線放射層と前記第２赤外線放射層とは、同一の材料で形成され且つ同じ厚さであることを特徴とする請求項１記載の赤外線放射素子。
【請求項３】
前記第１赤外線放射層は、周部から中心部に近づくにつれて前記開口部のサイズが小さくなっていることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線放射素子。
【請求項４】
前記第１赤外線放射層の外側で前記第１赤外線放射層から離れて配置され前記薄膜部よりも赤外線放射率の高い第３赤外線放射層を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線放射素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線放射素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＭＥＭＳ（micro electro mechanicalsystems）の製造技術などを利用して製造される赤外線放射素子が研究開発されている。この種の赤外線放射素子は、ガスセンサや光学分析装置などの赤外線源（赤外光源）として使用することができる。
【０００３】
この種の赤外線放射素子としては、例えば、図３及び図４に示す構成の放射源が知られている（特許文献１）。
【０００４】
この放射源は、基板１３と、基板１３上に形成された第１絶縁層２２と、第１絶縁層２２上に形成された放射表面層１１と、放射表面層１１上に形成された第２絶縁層２４と、第２絶縁層２４上に形成された極めて細い複数の白熱フィラメント１０とを備えている。また、この放射源は、各白熱フィラメント１０を覆うように形成され各白熱フィラメント１０を保護する第３絶縁層２６と、第３絶縁層２６に形成された開口を通して各白熱フィラメント１０の両端部に接続された一対の金属パッド１５，１５とを備えている。第２絶縁層２４は、放射表面層１１と白熱フィラメント１０とを電気的に絶縁するために設けてある。また、特許文献１には、白熱フィラメント１０が、均一平面板としての多層構造をなす他の要素（第１絶縁層２２、放射表面層１１、第２絶縁層２４、第３絶縁層２６）により囲まれている旨が記載されている。また、特許文献１には、第１絶縁層２２及び第３絶縁層２６を設ける目的は、白熱フィラメント１０及び放射表面層１１が酸化しないように保護することである旨が記載されている。
【０００５】
また、基板１３には、放射表面層１１に対応して開口部１４が形成されている。特許文献１には、開口部１４を形成するために使用できるエッチング液として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、少量のピロカテコールを添加したエチレンジアミン水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）が記載されている。
【０００６】
基板１３は、（１００）配向のシリコンチップにより形成されている。また、第１絶縁層２２は、厚さが２００ｎｍの窒化シリコン層からなる。また、放射表面層１１は、厚さが約１μｍで、ホウ素、リンまたは砒素がドープされたポリシリコン膜からなる。また、第２絶縁層２４は、厚さが約５０ｎｍの窒化シリコン層からなる。また、白熱フィラメント１０は、厚さが約４００ｎｍのタングステン層からなる。また、第３絶縁層２６は、厚さが約２００ｎｍの窒化シリコン層からなる。金属パッド１５は、例えば、アルミニウムから形成されており、第３絶縁層２６に形成された開口を通して白熱フィラメント１０とオーム性接触を形成している。
【０００７】
また、放射源は、放射表面層１１が１ｍｍ２の面積を有している。白熱フィラメント１０の寸法については、例えば厚さを０．１−１μｍ、幅を２−１０μｍとし、その間隔を２０−５０μｍとしてある。
【０００８】
放射源は、白熱フィラメント１０が当該白熱フィラメント１０に流れる電流により加熱されるが、白熱フィラメント１０を、専ら放射表面層１１の加熱のために用いるものであり、放射表面層１１が主熱放射源として振る舞う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１８４７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、赤外線放射素子としては、低消費電力化などの観点から、より高効率で赤外線を放射可能なものが望まれることが多い。
【００１１】
しかし、上述の放射源は、白熱フィラメント１０を、専ら放射表面層１１の加熱のために用い、放射表面層１１が主熱放射源として振る舞うものであり、第２絶縁層２４及び放射表面層１１それぞれの熱容量に起因して、高効率で赤外線を放射させることが難しい。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、より高効率で赤外線を放射させることが可能な赤外線放射素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の赤外線放射素子は、基板と、前記基板の一表面側に設けられた薄膜部と、前記基板の厚み方向に貫通した貫通孔と、前記薄膜部における前記基板側とは反対側に設けられた格子状の第１赤外線放射層と、前記第１赤外線放射層に電気的に接続された複数のパッドと、前記第１赤外線放射層の開口部において前記第１赤外線放射層から離れて配置され且つ前記薄膜部よりも赤外線放射率の高い第２赤外線放射層とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この赤外線放射素子において、前記第１赤外線放射層と前記第２赤外線放射層とは、同一の材料で形成され且つ同じ厚さであることが好ましい。
【００１５】
この赤外線放射素子において、前記第１赤外線放射層は、周部から中心部に近づくにつれて前記開口部のサイズが小さくなっていることが好ましい。
【００１６】
この赤外線放射素子において、前記第１赤外線放射層の外側で前記第１赤外線放射層から離れて配置され前記薄膜部よりも赤外線放射率の高い第３赤外線放射層を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の赤外線放射素子においては、より高効率で赤外線を放射させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は実施形態の赤外線放射素子の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。
【図２】実施形態の赤外線放射素子の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】従来例の放射源の平面図である。
【図４】図３の放射源のＡ−Ａ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本実施形態の赤外線放射素子１について図１に基づいて説明する。
【００２０】
赤外線放射素子１は、基板２と、この基板２の一表面側に設けられた薄膜部３と、基板２の厚み方向に貫通した貫通孔２ａと、薄膜部３における基板２側とは反対側に設けられた格子状の第１赤外線放射層４ａとを備えている。要するに、赤外線放射素子１は、基板２に、薄膜部３における第１赤外線放射層４ａ側とは反対側の表面を露出させる貫通孔２ａが形成されている。この赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａへの通電により第１赤外線放射層４ａから赤外線が放射される。
【００２１】
また、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａに電気的に接続された２つのパッド９と、第１赤外線放射層４ａの開口部４ａａにおいて第１赤外線放射層４ａから離れて配置され且つ薄膜部３よりも赤外線放射率の高い第２赤外線放射層４ｂとを備えている。また、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａの外側で第１赤外線放射層４ａから離れて配置され薄膜部３よりも赤外線放射率の高い第３赤外線放射層４ｃを備えている。
【００２２】
また、赤外線放射素子１は、基板２の上記一表面側で第１赤外線放射層４ａの周部に接するように形成された一対の電極７，７を備えており、各電極７の各々に配線８を介して上述のパッド９が電気的に接続されている。
【００２３】
また、赤外線放射素子１は、薄膜部３における基板２側とは反対側で第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃを覆う保護層５を備えている。保護層５は、第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃから放射される赤外線に対して透明な材料により形成されている。なお、図１（ａ）は、保護層５の図示を省略してある。
【００２４】
赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａへの通電により第１赤外線放射層４ａが発熱する。これにより、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａの温度が上昇し、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃも温度が上昇する。よって、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａから赤外線が放射されるだけなく、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃからも赤外線が放射される。
【００２５】
以下、赤外線放射素子１の各構成要素について詳細に説明する。
【００２６】
基板２は、上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板により形成されているが、これに限らず、例えば、（１１０）面の単結晶のシリコン基板により形成してもよい。また、基板２は、単結晶のシリコン基板に限らず、多結晶のシリコン基板でもよいし、シリコン基板以外でもよい。基板２の材料は、薄膜部３の材料よりも熱伝導率が大きく且つ熱容量が大きな材料が好ましい。
【００２７】
基板２の外周形状は、矩形状である。基板２の外形サイズは、特に限定するものではないが、例えば、１０ｍｍ□以下（１０ｍｍ×１０ｍｍ以下）に設定するのが好ましい。また、基板２は、貫通孔２ａの開口形状を矩形状としてある。基板２の貫通孔２ａは、上記一表面側に比べて他表面側での開口面積が大きくなる形状に形成されている。ここで、基板２の貫通孔２ａは、薄膜部３から離れるほど開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。基板２の貫通孔２ａは、基板２をエッチングすることにより形成されている。基板２として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を採用している場合、基板２の貫通孔２ａは、例えば、アルカリ系溶液をエッチング液として用いた異方性エッチングにより形成することができる。基板２の貫通孔２ａの開口形状は、特に限定するものではない。よって、基板２の貫通孔２ａの形成方法として、アルカリ系溶液をエッチング液として用いた異方性エッチングに限らず、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いたドライエッチングを採用することもできる。また、赤外線放射素子１は、製造時において貫通孔２ａを形成する際のマスク層が無機材料からなる場合、基板２の上記他表面側に、マスク層が残っていてもよい。なお、マスク層としては、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜などを採用することができる。
【００２８】
薄膜部３は、基板１の上記一表面側で貫通孔２ａを塞いでいる部分が、ダイヤフラム部３Ｄを構成し、基板２の上記一表面側で貫通孔２ａの周部に形成され部分が、ダイヤフラム部３Ｄを支持する支持部３Ｓを構成している。
【００２９】
また、薄膜部３は、基板２側のシリコン酸化膜３１と、このシリコン酸化膜３１における基板２側とは反対側に積層されたシリコン窒化膜３２とからなる。薄膜部３は、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜３１やシリコン窒化膜３２の単層構造でもよいし、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４以外の電気絶縁材料からなる単層構造や、２層以上の積層構造でもよい。
【００３０】
薄膜部３は、赤外線放射素子１の製造時において基板２の上記他表面側から基板２をエッチングして貫通孔２ａを形成する際のエッチングストッパ層としての機能も有している。
【００３１】
第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃは、保護層５が接する気体（例えば、空気、窒素ガスなど）とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗を設定してある。
【００３２】
第１赤外線放射層４ａは、平面形状を格子状としてある。第１赤外線放射層４ａの外形サイズは、薄膜部３において貫通孔２ａに臨む表面の平面サイズよりも小さく設定するのが好ましい。つまり、第１赤外線放射層４ａは、上述のダイヤフラム部３Ｄの平面サイズよりも小さく設定するのが好ましい。ここで、ダイヤフラム部３Ｄの平面サイズは、特に限定するものではないが、例えば、５ｍｍ□以下に設定するのが好ましい。
【００３３】
第１赤外線放射層４ａの外形サイズは、各電極７の各々が重なる各コンタクト領域を除いた領域の外形サイズが３ｍｍ□以下となるように設定するのが好ましい。
【００３４】
第１赤外線放射層４ａの材料は、窒化タンタルを採用している。つまり、第１赤外線放射層４ａは、窒化タンタル層からなる。第１赤外線放射層４ａの材料は、窒化タンタルに限らず、例えば、窒化チタン、ニッケルクロム、タングステン、チタン、トリウム、白金、ジルコニウム、クロム、バナジウム、ロジウム、ハフニウム、ルテニウム、ボロン、イリジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、オスミウム、レニウム、ニッケル、ホルミウム、コバルト、エルビウム、イットリウム、鉄、スカンジウム、ツリウム、パラジウム、ルテチウムなどを採用してもよい。また、第１赤外線放射層４ａの材料としては、導電性ポリシリコンを採用してもよい。つまり、第１赤外線放射層４ａは、導電性ポリシリコン層により構成してもよい。第１赤外線放射層４ａについて、高温で化学的に安定であり、且つ、シート抵抗の設計容易性という観点からは、窒化タンタル層もしくは導電性ポリシリコン層を採用することが好ましい。窒化タンタル層は、その組成を変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層は、不純物濃度などを変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層は、ｎ形不純物もしくはｐ形不純物が高濃度にドーピングされたｎ形ポリシリコン層もしくはｐ形ポリシリコン層により構成することができる。導電性ポリシリコン層をｎ形ポリシリコン層とし、ｎ形不純物として例えばリンを採用する場合には、不純物濃度を例えば、１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。また、導電性ポリシリコン層をｐ形ポリシリコン層とし、ｐ形不純物として例えばボロンを採用する場合には、不純物濃度を１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００３５】
上述の気体が空気であり、第１赤外線放射層４ａの材料として窒化タンタルを採用し、第１赤外線放射層４ａを所望の使用温度として例えば５００℃に加熱して使用する場合、この使用温度で第１赤外線放射層４ａからの赤外線の放射率が最大となるシート抵抗は、１８９Ω／□（１８９Ω／sq.）であり、放射率の最大値は、５０％である。つまり、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａのシート抵抗を１８９Ω／□とすれば、空気とのインピーダンスマッチングにより、赤外線の放射率を最大とすることが可能となる。したがって、放射率の低下を抑制して例えば４０％以上の放射率を確保するためには、第１赤外線放射層４ａのシート抵抗を７３〜４９３Ω／□の範囲で設定すればよい。なお、所望の使用温度において放射率が最大となるシート抵抗を規定シート抵抗と呼ぶことにすれば、所望の使用温度での第１赤外線放射層４ａのシート抵抗は、規定シート抵抗±１０％の範囲で設定するのが、より好ましい。
【００３６】
赤外線放射素子１において第１赤外線放射層４ａから放射される赤外線のピーク波長λは、第１赤外線放射層４ａの温度に依存する。ここで、第１赤外線放射層４ａの絶対温度をＴ〔Ｋ〕、ピーク波長をλ〔μｍ〕とすれば、これらは、λ＝２８９８／Ｔの関係を満足している。つまり、第１赤外線放射層４ａの絶対温度Ｔと第１赤外線放射層４ａから放射される赤外線のピーク波長λとの関係は、ウィーンの変位則を満足している。したがって、赤外線放射素子１では、第１赤外線放射層４ａが黒体を構成している。
【００３７】
赤外線放射素子１は、例えば、図示しない外部電源から一対のパッド９，９間に与える入力電力を調整することにより、第１赤外線放射層４ａに発生するジュール熱を変化させることができ、第１赤外線放射層４ａの温度を変化させることができる。したがって、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａへの入力電力に応じて第１赤外線放射素子４ａの温度を変化させることができる。また、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａの温度を変化させることで第１赤外線放射層４ａから放射される赤外線のピーク波長λを変化させることができる。このため、赤外線放射素子１は、広範囲の赤外線波長域において高出力の赤外線光源として用いることが可能となる。例えば、赤外線放射素子１をガスセンサの赤外光源として使用する場合には、第１赤外線放射層４ａから放射される赤外線のピーク波長λを４μｍ程度にするのが好ましく、第１赤外線放射層４ａの温度を８００Ｋ程度とすればよい。ここにおいて、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａが上述のように黒体を構成している。これにより、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａの単位面積が単位時間に放射する全エネルギＥがＴ４に略比例するものと推測される（つまり、シュテファン−ボルツマンの法則を満足するものと推測される）。なお、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａの温度を高くするほど赤外線の放射量を増大させることが可能となる。
【００３８】
第１赤外線放射層４ａは、薄膜部３における基板２側とは反対側の表面上に形成されている。また、第１赤外線放射層４ａは、上述のように平面形状が格子状である。第１赤外線放射層４ａは、各開口部４ａａのサイズが同じでもよいが、図１（ａ）のように周部から中心部に近づくにつれて開口部４ａａのサイズが小さくなっているのが好ましい。つまり、第１赤外線放射層４ａは、周部の開口部４ａａに比べて、中心部に近い開口部４ａａのサイズが小さくなっていることが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａの温度分布の均一化を図ることが可能となり、赤外線の波長が第１赤外線放射層４ａの位置によってばらつくのを抑制することが可能となる。
【００３９】
第２赤外線放射層４ｂは、薄膜部３における基板２側とは反対側の表面上に形成されている。よって、第２赤外線放射層４ｂと第１赤外線放射層４ａとは、同一平面上に形成されている。
【００４０】
第２赤外線放射層４ｂの平面形状は、格子状の第１赤外線放射層４ａの開口部４ａａよりもやや小さな矩形状（図示例では、正方形状）としてある。赤外線放射素子１は、より高効率で赤外線を放射させるという観点から、第２赤外線放射層４ｂを、第１赤外線放射層４ａにおける全ての開口部４ａａの内側に配置されているのが好ましい。
【００４１】
第２赤外線放射層４ｂの材料は、第１赤外線放射層４ａと同様の材料を採用することができるが、第１赤外線放射層４ａと同じ材料を採用することが好ましい。また、第２赤外線放射層４ｂの厚さは、第１赤外線放射層４ａの厚さと同じであることが好ましい。赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａと第２赤外線放射層４ｂとが、同一の材料で形成され且つ同じ厚さであることにより、製造時に第１赤外線放射層４ａと第２赤外線放射層４ｂとを同時に形成することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
【００４２】
第２赤外線放射層４ｂは、第１赤外線放射層４ａにおける開口部４ａａの内側面に接しない範囲でより大きな平面サイズであるのが好ましい。これにより、第２赤外線放射層４ｂの温度が第１赤外線放射層４ａの温度により近くなり、より効率的に赤外線を放射させることが可能となる。
【００４３】
第３赤外線放射層４ｃは、薄膜部３における基板２側とは反対側の表面上に形成されている。よって、第３赤外線放射層４ｃと第２赤外線放射層４ｂと第１赤外線放射層４ａとは、同一平面上に形成されている。
【００４４】
第３赤外線放射層４ｃは、２つ設けられており、各々の平面形状をＣ字状としてある。赤外線放射素子１は、２つの第３赤外線放射層４ｃで第１赤外線放射層４ａを囲むように、これら２つの赤外線放射層４ｃを配置してある。第３赤外線放射層４ｃは、薄膜部３のダイヤフラム部３Ｄと支持部３Ｓとに跨って形成されているが、少なくともダイヤフラム部３Ｄ上に形成されていればよい。
【００４５】
第３赤外線放射層４ｃの材料は、第１赤外線放射層４ａと同様の材料を採用することができるが、第１赤外線放射層４ａと同じ材料を採用することが好ましい。また、第３赤外線放射層４ｃの厚さは、第１赤外線放射層４ａの厚さと同じであることが好ましい。
【００４６】
赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａと第３赤外線放射層４ｃとが、同一の材料で形成され且つ同じ厚さであることにより、製造時に第１赤外線放射層４ａと第３赤外線放射層４ｃとを同時に形成することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
【００４７】
赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａと第２赤外線放射層４ｂと第３赤外線放射層４ｃとが、同一の材料で形成され且つ同じ厚さであることにより、製造時に第１赤外線放射層４ａと第２赤外線放射層４ｂと第３赤外線放射層４ｃとを同時に形成することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
【００４８】
保護層５は、シリコン窒化膜により構成してある。保護層５は、シリコン窒化膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造を有していてもよい。保護層５は、第１赤外線放射層４ａへの通電時に第１赤外線放射層４ａから放射される所望の波長ないし波長域の赤外線に対する透過率が高いほうが好ましいが、透過率が１００％であることを必須とするものではない。
【００４９】
赤外線放射素子１は、薄膜部３と第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃと保護層５とで構成されるサンドイッチ構造の応力バランスを考慮して、薄膜部３及び保護層５それぞれの材料や厚さなどを設定することが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、上述のサンドイッチ構造の応力バランスを向上させることが可能となり、このサンドイッチ構造の反りや破損を、より抑制することが可能となって機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃの厚さは、第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃの低熱容量化を図るという観点から０．２μｍ以下とするのが好ましい。
【００５１】
薄膜部３の厚さと第１赤外線放射層４ａの厚さと保護層５の厚さとの合計厚さは、薄膜部３と第１赤外線放射層４ａと保護層５との積層構造の低熱容量化を図るという観点から、例えば、０．１μｍ〜１μｍ程度の範囲で設定することが好ましく、０．７μｍ以下とするのがより好ましい。なお、赤外線放射素子１は、例えば、薄膜部３のシリコン酸化膜３１の厚さを１６０ｎｍ、薄膜部３のシリコン窒化膜３２の厚さを１６０ｎｍ、保護層５の厚さを１００ｎｍとして、第１赤外線放射層４ａの厚さを適宜設定すればよい。これらの数値は、一例であり、特に限定するものではない。
【００５２】
一対の電極７，７は、基板２の上記一表面側において、第１赤外線放射層４ａの周部（図１（ａ）における左右両端部）と接する形で形成されている。各電極７は、保護層５に形成されたコンタクトホール５ａを通して第１赤外線放射層４ａ上に形成され、第１赤外線放射層４ａと電気的に接続されている。ここで、各電極７は、第１赤外線放射層４ａとオーミック接触をなしている。
【００５３】
各電極７の材料としては、アルミニウム合金の一種であるＡｌ−Ｓｉを採用している。各電極７の材料は、特に限定するものではなく、例えば、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌなどを採用してもよい。また、各電極７は、少なくとも、第１赤外線放射層４ａと接する部分が第１赤外線放射層４ａとオーミック接触が可能な材料であればよく、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、各電極７は、第１赤外線放射層４ａ側から順に、第１層、第２層、第３層が積層された３層構造として、第１赤外線放射層４ａに接する第１層の材料を高融点金属（例えば、Ｃｒなど）とし、第２層の材料をＮｉとし、第３層の材料をＡｕとしてもよい。赤外線放射素子１は、各パッド９において少なくとも第１赤外線放射層４ａに接する部位が高融点金属により形成されていれば、第１赤外線放射層４ａの温度を各パッド９の材料に制約されることなく上昇させることが可能となる。
【００５４】
各配線８及び各パッド９は、各電極７と同じ材料により形成され、同じ層構造、同じ厚さに設定するのが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、各配線８及び各パッド９を各電極７と同時に形成することが可能となる。パッド９の厚さは、０．５〜２μｍ程度の範囲で設定することが好ましい。
【００５５】
パッド９の数は、２つに限らず、複数であればよい。例えば、各電極７の各々に対して、パッド９を２つずつ接続してもよい。要するに、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａへ通電して第１赤外線放射層４ａを発熱させることができれば、パッド９の数を特に限定するものではない。
【００５６】
また、赤外線放射素子１は、赤外線放射層として、少なくとも第１赤外線放射層４ａと第２赤外線放射層４ｂとを備えていればよく、第３赤外線放射層４ｃを備えていない構成でもよい。
【００５７】
以下では、赤外線放射素子１の製造方法について図２に基づいて説明する。
【００５８】
赤外線放射素子１を製造するにあたっては、まず、上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板などからなる基板２を準備する（図２（ａ）参照）。
【００５９】
基板２を準備した後には、基板２の上記一表面側に薄膜部３を形成する第１工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。薄膜部３のシリコン酸化膜３１の形成方法は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの薄膜形成技術を採用することができ、熱酸化法が好ましい。また、薄膜部３のシリコン窒化膜の形成方法は、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術を利用することができ、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法が好ましい。
【００６０】
第１工程の後には、薄膜部３上に第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃを形成する第２工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃの形成方法は、例えば、スパッタ法や蒸着法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。
【００６１】
第２工程の後には、保護層５を形成する第３工程を行い、続いて、コンタクトホール５ａを形成する第４工程を行い、その後、各電極７、各配線８及び各パッド９を形成する第５工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。第３工程における保護層５の形成方法は、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。保護層５を形成する際のＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。第４工程におけるコンタクトホール５ａの形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用すればよい。第４工程でのエッチングは、ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。第５工程における各電極７、各配線８及び各パッド９の形成にあたっては、例えば、スパッタ法、蒸着法及びＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。第５工程でのエッチングは、ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。
【００６２】
第５工程の後には、基板２に貫通孔２ａを形成することでダイヤフラム部３Ｄを形成する第６工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造の赤外線放射素子１を得る。貫通孔２ａの形成にあたっては、例えば、基板２の上記他表面側のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜（図示せず）をマスク層として、基板２を上記他表面側からエッチングすることにより形成すればよい。マスク層を形成するにあたっては、例えば、まず、薄膜部３のシリコン酸化膜３１の形成と同時に基板２の上記他表面側にマスク層の基礎となるシリコン酸化膜を形成し、薄膜部３のシリコン窒化膜３２の形成と同時に基板２の上記他表面側にシリコン窒化膜を形成する。マスク層の基礎となるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用すればよい。基板２のエッチングは、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングを採用しているが、これに限らず、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用いたエッチングにより形成することもできる。ここで、本実施形態の赤外線放射素子１の製造方法では、貫通孔２ａの形成時に、薄膜部３をエッチングストッパ層として利用することにより、薄膜部３の厚さの精度を高めることが可能となるとともに、薄膜部３における貫通孔２ａ側に基板２の一部や残渣が残るのを防止することが可能となる。また、本実施形態の赤外線放射素子１の製造方法では、貫通孔２ａの形成時に、薄膜部３をエッチングストッパ層として利用することにより、薄膜部３の厚さの精度を高めることが可能となり、赤外線放射素子１ごとの、薄膜部３の機械的強度のばらつきや、ダイヤフラム部３Ｄの熱容量のばらつきを抑制することが可能となる。
【００６３】
上述の赤外線放射素子１の製造にあたっては、貫通孔２ａの形成が終了するまでのプロセスを、ウェハレベルで行い、貫通孔２ａを形成した後、個々の赤外線放射素子１に分離すればよい。つまり、赤外線放射素子１の製造にあたっては、例えば、基板２の基礎となるシリコンウェハを準備して、このシリコンウェハに複数の赤外線検出素子１を上述の製造方法に従って形成し、その後、個々の赤外線検出素子１に分離すればよい。
【００６４】
上述の赤外線放射素子１の製造方法から分かるように、赤外線放射素子１は、ＭＥＭＳの製造技術を利用して製造することができる。
【００６５】
以上説明した本実施形態の赤外線放射素子１は、基板２と、この基板２の一表面側に設けられた薄膜部３と、基板２の厚み方向に貫通した貫通孔２ａと、薄膜部３における基板２側とは反対側に設けられた格子状の第１赤外線放射層４ａとを備えている。そして、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａに電気的に接続された複数のパッド９と、第１赤外線放射層４ａの開口部４ａａにおいて第１赤外線放射層４ａから離れて配置され且つ薄膜部３よりも赤外線放射率の高い第２赤外線放射層４ｂとを備えている。これにより、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａに通電して発熱することで第１赤外線放射層４ａ及び第２赤外線放射層４ｂから赤外線が放射される。ここで、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａが格子状に形成されているので、第１赤外線放射層４ａの熱容量を低減することが可能となり、温度が上昇しやすくなり、しかも、第２赤外線放射層４ｂが第１赤外線放射層４ａの開口部４ａａに配置されているので、第２赤外線放射層４ｂと第１赤外線放射層４ｂとの温度差を低減することが可能となる。よって、赤外線放射素子１は、より高効率で赤外線を放射させることが可能となる。なお、赤外線放射素子１は、基板２の上記一表面側の積層構造の熱容量を低減することにより、一対のパッド９，９間へ与える電圧波形に対する第１赤外線放射層４ａの温度変化の応答を速くすることが可能となって第１赤外線放射層４ａの温度が上昇しやすくなり、高出力化および応答速度の高速化を図ることが可能となる。
【００６６】
また、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａの外側で第１赤外線放射層４ａから離れて配置され薄膜部３よりも赤外線放射率の高い第３赤外線放射層４ｃを備えている。これにより、赤外線放射素子１は、より高効率で赤外線を放射させることが可能となる。
【００６７】
また、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃに関し、保護層５が接する気体とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗を設定してある。しかして、赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ及び第３赤外線放射層４ｃの放射率の低下を抑制することが可能となる。よって、本実施形態の赤外線放射素子１では、低消費電力化が可能となる。
【００６８】
また、赤外線放射素子１は、基板２を単結晶のシリコン基板から形成し、薄膜部３をシリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２とで構成してある。これにより、赤外線放射素子１は、薄膜部３に比べて基板２の熱容量および熱伝導率それぞれが大きく、基板２がヒートシンクとしての機能を有するので、小型化、入力電力に対する応答速度の高速化、赤外線の放射特性の安定性の向上を図ることが可能となる。
【００６９】
赤外線放射素子１は、第１赤外線放射層４ａ、第２赤外線放射層４ｂ、第３赤外線放射層４ｃ、電極７、配線８及びパッド９が、平面視において一対の電極７，７の並ぶ方向に直交する赤外線放射素子１の中心線を対称軸として線対称に配置されていることが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となるとともに、第１赤外線放射層４ａの温度の面内ばらつきを抑制することが可能なる。
【００７０】
赤外線放射素子１は、ガスセンサ用の赤外光源（赤外線光源）に限らず、例えば、炎検知用の赤外光源、赤外光通信用の赤外光源、分光分析用の赤外光源などに使用することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  赤外線放射素子
２  基板
２ａ  貫通孔
３  薄膜部
４ａ  第１赤外線放射層
４ａａ  開口部
４ｂ  第２赤外線放射層
４ｃ  第３赤外線放射層
９  パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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