(57)【要約】      （修正有）【課題】初期応答時のオーバーシュート量が低減された赤外線温度センサを提供する。【解決手段】第１感熱素子によって形成された赤外線検知用素子２１と、第２感熱素子によって形成された温度補償用素子２２と、赤外線検知用素子及び温度補償用素子とを支持する基板１とで構成され、第１のキャビティ上に形成された赤外線検知用素子上の検知領域では赤外線反射膜３０Ａ、赤外線吸収膜４０Ａの順に積層され、第２のキャビティ上に形成された温度補償用素子上には第１の感熱素子と同じ面積の赤外線吸収膜４０Ｂが形成され、さらにその上に赤外線反射膜３０Ｂが第１感熱素子の構成と同一材料にて形成されており、第１のキャビティ上の第１の赤外線反射膜の面積と膜厚の積と、第２のキャビティ上の第２の赤外線反射膜の面積と膜厚の積とがおおむね等しい赤外線温度センサ１００である。【選択図】図３
2015055594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
非接触で赤外線からの熱に応じた温度変化に対応して抵抗値が変化する第１感熱素子及び赤外線の影響が低減され周囲温度からの熱に応じた温度変化に対応して抵抗値が変化する第２感熱素子を有し、
前記基板内部に形成された第１および第２のキャビティおよび前記基板上に前記第１感熱素子及び前記第２感熱素子がそれぞれ配置され、
前記第１感熱素子が備える一対の第１の電極と第１の検知膜とで構成された第１検知領域上に、第１の赤外線反射膜と第１の赤外線吸収膜とがこの順に積層され、
前記第２感熱素子が備える一対の第２の電極と第２の検知膜とで構成された第２検知領域上に、第２の赤外線吸収膜と第２の赤外線反射膜とがこの順に積層され、
前記第１の赤外線吸収膜および前記第１の赤外線反射膜の端部と、第２の赤外線吸収膜の端部とはそれぞれ前記第１および第２のキャビティ上に形成され、
前記第２の赤外線反射膜は、前記第２の赤外線吸収膜と前記第２の赤外線反射膜との積層方向と直交する方向において、前記第２のキャビティを超えた前記基板上まで形成され、
前記第１および第２の赤外線吸収膜は同じ材料で形成され、
前記第１および第２の赤外線反射膜は同じ材料で形成され、
前記第１および第２の赤外線吸収膜はおおむね同じ面積と膜厚で形成され、
前記第１のキャビティ上の前記第１の赤外線反射膜の面積と膜厚の積と、前記第２のキャビティ上の前記第２の赤外線反射膜の面積と膜厚の積とがおおむね等しいことを特徴とする赤外線温度センサ。
【請求項２】
前記第１赤外線吸収膜を前記第１の赤外線反射膜と前記第１の赤外線吸収膜との積
層方向に射影した領域は前記第１検知領域を全て含み、
前記第２赤外線吸収膜を前記第２の赤外線吸収膜と前記第２の赤外線反射膜との積層方向に射影した領域は前記第２検知領域を全て含む請求項１に記載の赤外線温度センサ。
【請求項３】
前記第２の赤外線反射膜は、前記第２の赤外線吸収膜を被覆するとともに、前記第２の赤外線吸収膜の外側に開口部を有する請求項１または２に記載の赤外線温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源の温度を非接触測定する赤外線温度センサに関する。さらに詳細には、メンブレン構造を持つ感熱膜を用いた赤外線温度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外線の輻射エネルギを測定することで非接触での温度検知が可能な素子が知られている。そのようなデバイスでは検知用素子で赤外線量を計り、補償用素子で検知用素子を含む素子全体の温度を計り測定対象物の温度を計算する。例えば温接点と冷接点の温度差による熱起電力により検知を行うサーモパイル、強誘電体の焦電効果による起電力を利用した焦電素子や負の抵抗温度変化を用いたサーミスタ材料、ボロメータ材料を用いて赤外線の輻射エネルギを抵抗変化により検知するサーミスタ素子などが提案されている。
【０００３】
特許文献１では、サーミスタを用いた赤外線検出器として赤外線検知用サーミスタ素子と温度補償用サーミスタ素子を組み合わせた構成が提案されている。赤外線検知用サーミスタ素子は赤外線に対して開口した位置に配置し温度補償用サーミスタ素子は遮蔽する構造が採られている。
【０００４】
特許文献２では、赤外線検知用素子の熱容量を小さくすることで素子の感度・応答特性を改善出来るので、検知部を薄膜で形成して支持基板から浮かすダイヤフラム構造すなわちメンブレン構造を用いた構成が開示されている。また、メンブレン構造の薄膜サーミスタについて提案されており赤外線検知用素子に赤外線吸収膜、赤外線反射膜を用いた構成について開示されている。
【０００５】
また特許文献３においては、フィルム上に赤外線吸収膜および赤外線反射膜を形成したサーミスタ素子を用いた赤外線温度センサについての構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２６０５７９号公報
【特許文献２】特開平７−１４０００８号公報
【特許文献３】特開２０１２−３２２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術には以下の課題が残されている。特許文献１では、温度補償用サーミスタ素子を遮蔽するためには素子をセッティングする筐体すなわちパッケージに遮蔽用の構造を持たせるために複雑な構造となるので小型化が困難である上、コストアップ要因となる。またフィルムからの熱伝導を用いるために高速応答に対応できない。
【０００８】
特許文献２の構成によれば赤外線吸収膜と赤外線反射膜の熱容量が異なり、すなわち、赤外線検知用素子と温度補償用素子との熱容量が異なるために周囲温度が急激に変化した場合、赤外線検知用素子への周囲温度変化の影響と温度補償用素子への周囲温度変化の影響が異なるために各々の検知素子の検知速度がずれることが問題となる。
【０００９】
特許文献３の構成では赤外線吸収膜および赤外線反射膜を同一のフィルム上に隣接して形成しており検知素子、参照素子の熱分離が不十分であること、赤外線吸収膜の熱伝導性についての記載はあるものの赤外線反射膜については記載がなく、また赤外線の吸収効果を高めることを目的としており、赤外線検知用素子の周囲温度変化と温度補償用素子に対する影響に関して課題は解決されていない。そこで、本発明は、赤外線検知用素子への周囲温度変化の影響と温度補償用素子への周囲温度変化の影響をおおむね等しくすることにより、初期応答時のオーバーシュート量が低減された赤外線温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明に係わる赤外線温度センサは、基板と、非接触で赤外線からの熱に応じた温度変化に対応して抵抗値が変化する第１感熱素子及び赤外線の影響が低減され周囲温度からの熱に応じた温度変化に対応して抵抗値が変化する第２感熱素子を有し、基板内部に形成された第１および第２のキャビティおよび基板上に第１感熱素子及び第２感熱素子がそれぞれ配置され、第１感熱素子が備える一対の第１の電極と第１の検知膜とで構成された第１検知領域上に、第１の赤外線反射膜と第１の赤外線吸収膜とがこの順に積層され、第２感熱素子が備える一対の第２の電極と第２の検知膜とで構成された第２検知領域上に、第２の赤外線吸収膜と第２の赤外線反射膜とがこの順に積層され、第１の赤外線吸収膜および第１の赤外線反射膜の端部と、第２の赤外線吸収膜の端部とはそれぞれ第１および第２のキャビティ上に形成され、第２の赤外線反射膜は、第２の赤外線吸収膜と第２の赤外線反射膜との積層方向と直交する方向において、第２のキャビティを超えた基板上まで形成され、第１および第２の赤外線吸収膜は同じ材料で形成され、第１および第２の赤外線吸収膜はおおむね同じ面積と膜厚で形成され、第１および第２の赤外線反射膜は同じ材料で形成され、第１のキャビティ上の第１の赤外線反射膜の面積と膜厚の積と、第２のキャビティ上の第２の赤外線反射膜の面積と膜厚の積とがおおむね等しいことを特徴とする赤外線温度センサである。
【００１１】
本構成によれば、第１感熱素子である赤外線検知用素子と第２感熱素子である温度補償素子の熱容量をおおむね同等にすることで、赤外線検知用素子への周囲温度変化の影響と温度補償用素子への周囲温度変化の影響をおおむね等しくし、さらに、第２の赤外線反射膜が、第２の赤外線吸収膜と第２の赤外線反射膜との積層方向と直交する方向において、第２のキャビティを超えた基板上まで形成されることにより、赤外線が第２の赤外線反射膜にて一部吸収されることにより発生する熱を基板側に伝導させ、初期応答時のオーバーシュート量が低減された赤外線温度センサが得られる。また、測定開始時刻は不定のため、初期応答時のオーバーシュート量が低減されることで、結果として測定誤差を低減することも可能となる。
【００１２】
本発明は、第１赤外線吸収膜を第１の赤外線反射膜と第１の赤外線吸収膜との積層方向に射影した領域は第１検知領域を全て含み、第２赤外線吸収膜を第２の赤外線吸収膜と第２の赤外線反射膜との積層方向に射影した領域は第２検知領域を全て含む赤外線温度センサとしてもよい。
【００１３】
本発明は、第２の赤外線反射膜は、第２の赤外線吸収膜を被覆するとともに、第２の赤外線吸収膜の外側に開口部を有する赤外線温度センサとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、初期応答時のオーバーシュート量が低減された赤外線温度センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１から第３実施形態における感熱素子の平面図である。
【図２】第１から第３実施形態における感熱素子のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態における赤外線温度センサの平面図である。
【図４】第１実施形態における赤外線温度センサのＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第２実施形態における赤外線温度センサの平面図である。
【図６】第２実施形態における赤外線温度センサのＣ−Ｃ断面図である。
【図７】第３実施形態における赤外線温度センサの平面図である。
【図８】第３実施形態における赤外線温度センサのＤ−Ｄ断面図である。
【図９】比較例１における赤外線温度センサの平面図である。
【図１０】比較例１における赤外線温度センサのＥ−Ｅ断面図である。
【図１１】比較例２における赤外線温度センサの平面図である。
【図１２】比較例２における赤外線温度センサのＦ−Ｆ断面図である。
【図１３】赤外線検知用素子と温度補償用素子の応答特性を示すグラフである。
【図１４】比較例２および実施例１との応答特性を示すグラフである。
【図１５】実施形態における赤外線温度センサの出力特性を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。
【００１７】
（第１実施形態）
第１実施形態の赤外線温度センサ１００の構成を分かり易く説明するために、いわゆる赤外線温度センサ１００の基本となる一般的な感熱素子構成部位の説明と、第１実施形態の構成の要部の説明とに分けて説明する。同一のデバイスについては同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。なお、図面は、模式的なものであり、説明の便宜上、厚みと平面寸法との関係、及びデバイス相互間の厚みの比率は、本実施形態の効果が得られる範囲内で現実のセンサ構造とは異なっていてもよい。
【００１８】
図３に示す赤外線温度センサ１００は、メンブレン構造を持つ第１感熱素子である赤外線検知用素子２１（以降、赤外線検知用素子２１と称する）と、メンブレン構造を持つ第２感熱素子である温度補償用素子２２（以降、温度補償用素子２２と称する）を有する。ここでメンブレン構造について説明をする。赤外線温度センサ１００において、基板１が除去された部分をキャビティ７と定義し、キャビティ７上に形成される薄膜部分を有する構造体の総称をメンブレン構造と定義する。ここで述べたメンブレン構造およびキャビティ７の定義は、赤外線温度センサ１００だけでなく赤外線温度センサ（２００、３００）および感熱素子１０においても適用される。
【００１９】
また、図１の感熱素子１０とは、赤外線検知用素子２１または温度補償用素子２２のことである。感熱素子１０は、基板１、絶縁膜２、一対の取出し電極３、検知膜である感熱膜４（以降、感熱膜４と称す）から構成され、感熱膜４を保護する保護膜６を有している。また、感熱素子１０が備える一対の取出し電極３と接続する一対のパッド電極５を有している。なお、通常、一対のパッド電極５は基板１上に形成される。
【００２０】
（感熱素子の説明）
図１、図２に示される感熱素子１０と、図１、図２に示される感熱素子１０を２つ以上配置する図３、図４に示される第１実施形態における赤外線温度センサ１００を説明する。図１は感熱素子１０の平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面である。図３は赤外線温度センサ１００の平面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図である。感熱素子１０は、所定のギャップ間隔をおいて形成される一対の取出し電極３と、これらの一対の取出し電極３間および一対の取出し電極３上に積層されて形成される感熱膜４とを備える。感熱素子１０は一対の取出し電極３間および一対の取出し電極３上に積層されて形成された感熱膜４の電気特性の変化を検出する。ここで、一対の取出し電極３間の感熱膜４および一対の取出し電極３との積層部分を含む感熱膜４が存在する領域が検知領域となる。つまり、感熱膜４が存在する領域が検知領域である。ここで、図３における赤外線検知用素子２１に対応する検知領域を第１検知領域とし、温度補償用素子２２に対応する検知領域を第２検知領域とする。
【００２１】
感熱膜４の材質としては例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、複合金属酸化物等の負の温度係数を有するサーミスタ薄膜が好適である。一対の取出し電極３の材質としては、感熱膜４の形成工程や熱処理工程等に耐え得る耐熱性を有し、且つ適度な伝導性を有する比較的高融点の材質が好ましく、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、又はこれらの金属を２種類以上含む合金等が好適である。また電気信号を取り出すために一対のパッド電極５が各々の一対の取出し電極３に接続されるように形成される。一対のパッド電極５の材質としては、ワイヤーボンドやフリップチップボンディング等の電気的接続が容易な材質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等が好適である。
【００２２】
感熱素子１０に用いる感熱膜４はサーミスタ薄膜であり、Ｂ定数を有する。ここで、Ｂ定数とは、抵抗−温度特性の任意の２点の温度から求めた抵抗変化の大きさを表す定数であり、Ｂとは半導体の抵抗がＲ、半導体の絶対温度Ｔが無限大のときの抵抗値に相当する値がＲ０のときＲ＝Ｒ０＊ｅ＾（Ｂ／Ｔ）で表される。
【００２３】
感熱素子１０を構成する基板１は、第１の主面１Ａ及びその裏面である第２の主面１Ｂを有しており、少なくとも第１の主面１Ａには絶縁膜２が形成されている。基板１の材質としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチング等の微細加工に適した材質であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミックス基板、石英基板、ガラス基板等が好適である。絶縁膜２としては、適度な機械的強度を有し、且つ公知の薄膜プロセスで容易に形成できるものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が好適である。基板１の第１の主面１Ａには、上述の感熱膜４が絶縁膜２を介して形成されている。また感熱膜４を被覆して外気から遮蔽するための保護膜６が形成されている。
【００２４】
ここで保護膜６は少なくとも感熱素子１０が覆われていればよい。保護膜６の材質としては、適度な耐久性を有する絶縁膜であればよく、特に限定されるものではないが、絶縁膜２の材質と同一であることが好ましい。このようにすることで感熱素子１０の周囲を構成する絶縁膜２と保護膜６が全て同一材質になるため、より均一な温度分布となり好ましい。なお、感熱膜４が十分な耐腐食性を有する場合、保護膜６は必ずしも必要ではない。
【００２５】
キャビティ７は、第２の主面１Ｂ側から第１の主面１Ａ側に向けて基板１内部に凹部を有している。あるいは、基板１が開口している。言い換えれば、感熱素子１０は基板１のキャビティ７上に形成されたメンブレン構造を有している。つまり、キャビティ７上には、少なくとも絶縁膜２、一対の取出し電極３、感熱膜４が形成され、メンブレン構造を有しており、一対の取出し電極３、感熱膜４を水分から保護する必要がある場合は保護膜６が形成される。また、一対のパッド電極５は、電気的接続に要する強度が必要なため基板１上に形成される。
【００２６】
（赤外線温度センサの説明）
図３、図４に示される赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２は、それぞれ１つの感熱素子１０に対応しており、組み合わせて赤外線温度センサ１００として動作し、赤外線検知用素子２１は検知した赤外線量に応じた温度変化に対応して赤外線検知用素子２１の第１の感熱膜４Ａの抵抗が変化する。従って、抵抗の変化量に対応した電圧を得ることが可能となる。ここで、赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２に対応するそれぞれの一対の取出し電極（３Ａ、３Ｂ）すなわち、一対の第１の電極３Ａおよび一対の第２の電極３Ｂと第１および第２の感熱膜（４Ａ、４Ｂ）とを同じ膜厚と大きさにすることにより、各素子（２１、２２）の熱容量は等しく構成される。また、赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２に対応する第１および第２の感熱膜（４Ａ、４Ｂ）は同一の抵抗値および抵抗温度特性であるＢ定数を有する。
【００２７】
赤外線検知用素子２１上には、第１の赤外線反射膜３０Ａと第１の赤外線吸収膜４０Ａとがこの順に第１のキャビティ７Ａ上に積層されて形成され、温度補償用素子２２上には、第２の赤外線吸収膜４０Ｂと第２の赤外線反射膜３０Ｂとがこの順に第２のキャビティ７Ｂ上に積層されて形成され、赤外線検知用素子２１上と温度補償用素子２２上とにそれぞれ形成される第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ，４０Ｂ）と第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ，３０Ｂ）とは、それぞれ同一材料で形成されていることを特徴とする。ここで、メンブレン構造とは、基板１に支持され、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）に対応して第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上に形成された薄膜部分の構造体であり、第１の赤外線反射膜３０Ａと第１の赤外線吸収膜４０Ａとの積層方向および第２の赤外線吸収膜４０Ｂと第２の赤外線反射膜３０Ｂとの積層方向を含む断面方向から見た場合、中空構造となっている。これにより赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の熱容量を小さくすることが可能になる。
【００２８】
そのため、赤外線検知用素子２１は、第１の赤外線反射膜３０Ａと第１の赤外線吸収膜４０Ａとがこの順に第１のキャビティ７Ａ上に積層されて形成されることにより吸収した赤外線の変化量に対応した第１の感熱膜４Ａの温度の変化量を上げることが可能となっている。つまり、赤外線に対する感度が高い構造となり、赤外線による温度変化に応じて第１の感熱膜４Ａの抵抗が変化する。一方、温度補償用素子２２は、第２の赤外線吸収膜４０Ｂと第２の赤外線反射膜３０Ｂとがこの順に第２のキャビティ７Ｂ上に積層されて形成されることにより赤外線量に対して影響されにくい構造となっている。つまり、赤外線の変化量による第２の感熱膜４Ｂの温度変化がない、あるいは、小さくすることが可能となる。従って、赤外線による第２の感熱膜４Ｂの抵抗変化がない、あるいは、小さくすることが可能となる。このため、赤外線温度センサ１００は、温度補償用素子２２を用いることにより赤外線の影響が低減された状態で温度を検知することができる。その結果、赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の熱容量を小さくしているので、赤外線量が変化した場合に得られる赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２との応答の差を大きくすることが可能となる。すなわち、電圧の差から赤外線温度センサ１００が受けた赤外線量を迅速に算出することが可能になる。
【００２９】
ここで、第１の赤外線反射膜３０Ａと第２の赤外線反射膜３０Ｂとは同一の材料となっており、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の第１の赤外線吸収膜４０Ａと第２の赤外線吸収膜４０Ｂとは同一の材料、面積および膜厚となっている。温度補償用素子２２の検知領域（第２検知領域）では、第２の赤外線反射膜３０Ｂにより主に赤外線を反射させることで赤外線の影響を除くあるいは、低減する効果を得ることが可能となっている。さらに第２の赤外線反射膜３０Ｂの端部をメンブレン構造の外側、つまり、第２のキャビティ７Ｂの外側の基板１部分にまで延在させることで、赤外線が一部吸収されることにより発生する熱を基板１側に伝導させ、基板１から逃がす熱伝導層としての機能も持たせることで赤外線による温度変化の影響をより低減することが可能となっている。また、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ，４０Ｂ）と第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ，３０Ｂ）のそれぞれの面積と膜厚の積を等しくすることで第１および第２検知領域の熱容量をおおむね等しくすることが出来る。熱容量がおおむね等しくなることで赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の外部からの熱伝導による影響がおおむね等しくなるため、初期応答時に周囲温度の変化の影響を受けにくくなり、小型かつ感度特性に優れた赤外線温度センサ１００が得られる。また、第２の赤外線反射膜３０Ｂの端部をメンブレン構造の外側、つまり、第２のキャビティ７Ｂの外側の基板１部分にまで延在させ基板１側に放熱する構造を採用することで、赤外線が一部吸収されることにより発生する熱を基板１側に伝導させることが可能となり赤外線検知用素子２１との出力の差分を大きくすることが可能である。なお、おおむね等しくとは成膜、パターン加工などに素子作製上のばらつきの影響により発生する熱容量の差の範囲内である。実際には、膜厚のばらつき、パターン加工による大きさのばらつきはそれぞれ５％程度であり、この範囲にあれば熱容量は概ね等しいといえる。
【００３０】
なお、第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）の材質としては、４μｍ〜１５μｍの波長の赤外線を効率よく吸収する材質であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、表面に微小な凹凸を形成することで赤外線の吸収効率を良くした、Ａｕ黒、Ｐｔ黒、銅（Ｃｕ）黒などの黒体材料、ポリイミド等の赤外線吸収効率の高い樹脂が好適である。また、例えば、Ａｕ黒、Ｐｔ黒とはそれぞれの金属が微粒子状で黒い膜の状態になったものであり、またＣｕ黒とは、Ｃｕを酸化処理して黒い状態にしたもの、すなわち黒化処理したものである。第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）の材質としては、適度な赤外線反射率を有する薄膜であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属材質が好適であり、特に、公知の薄膜プロセスで容易に成膜可能で熱伝導性に優れたものが更に好ましい。
【００３１】
以上のような構成により、温度補償用素子２２は第２の赤外線反射膜３０Ｂの端部をメンブレン構造の外側、つまり、第２のキャビティ７Ｂの外側の基板１部分にまで延在させ基板１側に放熱する構造を採用することで、赤外線が一部吸収されることにより発生する熱を基板１側に伝導させることが可能となり赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２には、赤外線による抵抗差が生じ、この抵抗差から赤外線量を算出することが可能となる。また、このような第１および第２のキャビティ（７Ａ，７Ｂ）上の第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）および第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）の熱容量をおおむね等しくした構成を用いることにより従来技術で問題となっていた測定時の急激な温度変化に対して赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の温度バランスの悪化による影響を受けにくく、すなわち、初期応答時のオーバーシュート量が低減され、かつ赤外線検知の感度特性に優れた赤外線温度センサ１００を提供することが可能となる。つまり、熱容量をおおむね等しくすることにより初期応答時間をおおむね揃えることが可能となるので、オーバーシュート量が低減されることになっている。また、測定開始時刻は不定のため、初期応答時のオーバーシュート量が低減されることで、結果として測定誤差を低減することも可能となる。
【００３２】
（第２実施形態）
図５、図６に示される第２実施形態の構造について説明する。図５は赤外線温度センサ２００の平面図、図６は赤外線温度センサ２００の、図５におけるＣ−Ｃ断面図である。第２実施形態は、第１実施形態と赤外線検知用素子２１および温度補償素子２２の検知領域上の第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）と第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）の位置関係が異なるものであり、他は第１実施形態と同様である。赤外線検知用素子２１および温度補償素子２２上の第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）と第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）は第１および第２検知領域より大きく形成されている。つまり、第１赤外線吸収膜４０Ａを第１の赤外線反射膜３０Ａと第１の赤外線吸収膜４０Ａとの積層方向に射影した領域は第１検知領域を全て含み、第２赤外線吸収膜４０Ｂを第２の赤外線吸収膜４０Ｂと第２の赤外線反射膜３０Ｂとの積層方向に射影した領域は第２検知領域を全て含むものである。赤外線吸収による第１および第２検知領域の温度変化は検知領域全体の積算で考えられるので検知領域内の温度分布が良くなることでより安定した測定が可能になる。また赤外線吸収量が多くなることにより赤外線検知用素子２１の出力が大きくなる。
【００３３】
（第３実施形態）
図７、８に示される第３実施形態の構造について説明する。図７は赤外線温度センサ３００の平面図、図８は赤外線温度センサ３００の、図７におけるＤ−Ｄ断面図である。第３実施形態は第２実施形態と異なり、温度補償用素子２２の第２の赤外線反射膜３０Ｂの構成が異なり、他は第１実施形態と同様である。第２の赤外線反射膜３０Ｂは加工されることで除去されていない部分の第２のキャビティ７Ｂ上の第２の赤外線反射膜３０Ｂの面積と膜厚の積が赤外線検知用素子２１の第１の赤外線反射膜３０Ａの面積と厚みの積とおおむね等しくなっている。
【００３４】
第１の赤外線反射膜３０Ａの面積と膜厚の積と第２の赤外線反射膜３０Ｂの面積と膜厚の積をおおむね等しくするには、まず第１の赤外線吸収膜４０Ａの面積と第１の赤外線反射膜３０Ａの面積と膜厚を決定し、それに応じて第２の赤外線反射膜３０Ｂの膜厚が決まるが、第２の赤外線反射膜３０Ｂはメンブレン構造の外側まで延在しているため面積が必然的に大きくなり、これは膜厚が薄くなることを意味する。膜厚が薄くなることによりプロセスばらつきに起因した膜厚不均一の影響を受けやすくなり、膜の反射率が低下するなどの問題が生じることがある。第１のキャビティ７Ａおよび第２のキャビティ７Ｂ上の第１の赤外線反射膜３０Ａおよび第２の赤外線反射膜３０Ｂの膜厚×面積を同じにするために、第２の赤外線吸収膜４０Ｂの外側に存在する第２の赤外線反射膜３０Ｂの一部を除去することで、開口部を形成すれば、第２の赤外線反射膜３０Ｂの膜厚を厚くすることが可能となり、この問題を解決することが可能になる。また、開口部を形成することで第２の赤外線反射膜３０Ｂは連続した形状となるので、赤外線が一部吸収されることにより発生する熱を基板１側に伝導させ、基板１から逃がす熱伝導層としての機能も持たせることも可能となっている。
【００３５】
（比較形態１）
図９、１０に示される比較形態１の構造について説明する。図９は赤外線温度センサ４００の平面図、図１０は赤外線温度センサ４００の、図９におけるＥ−Ｅ断面図である。比較形態１は第１実施形態と異なり、温度補償用素子２２の第２の赤外線反射膜３０Ｂの大きさが第１実施形態の赤外線検知用素子２１の第１の赤外線反射膜３０Ａの大きさと同じであることの他は第１実施形態と同様である。つまり、第２の赤外線反射膜３０Ｂは第２のキャビティ７Ｂ内に配置されており第２の赤外線反射膜３０Ｂの面積と膜の第１の赤外線反射膜３０Ａの面積と厚みの積とおおむね等しくなっている。
【００３６】
（第１実施例）
赤外線温度センサ１００の第１実施形態の製造方法について説明する。図３、４に示すように、基板１として、面方位が（１００）である（１００）シリコン基板（以下単にシリコン基板と記載する）を用意し、基板１の第１の主面１Ａ及び第２の主面１Ｂに絶縁膜２としてシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜を形成するには、例えば、熱酸化法等を適用すればよい。絶縁膜２の膜厚は、基板１との絶縁性が確保される程度に調整すればよく、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍ程度が好適である。
【００３７】
次に、第１の主面１Ａ上の絶縁膜２上に第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ、３Ｂ）を形成する。第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ，３Ｂ）を形成するには、例えば、ＲＦマグネトロンスパッタ法等を用いて絶縁膜２上に１５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度のＰｔ等の金属薄膜を堆積し、フォトリソグラフィによってエッチングマスクを形成し、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングでこの金属薄膜を所定の電極形状に加工すればよい。金属薄膜と絶縁膜２との間の密着性を高めるには、チタン（Ｔｉ）等の密着層を介在させるのが好ましい。
【００３８】
次に、第１および第２の感熱膜（４Ａ、４Ｂ）としてのＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ系酸化物等の複合金属酸化膜をスパッタ法により第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ、３Ｂ）上に堆積し、ウェットエッチングにより複合金属酸化膜を所定形状にパターニングする。以上の工程により、絶縁膜２上に赤外線検知用素子２１及び温度補償用素子２２が形成される。続いて、保護膜６としての酸化Ｓｉ膜をテトラエトキシシランという有機金属材料を用いたＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により０．３μｍ〜２μｍ程度の膜厚で第１の主面１Ａ上に形成し、フォトリソグラフィによりエッチングマスクを形成した後、酸化Ｓｉ膜をウェットエッチングにより選択的に除去し、第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ、５Ｂ）が形成されるべき第１および第２の一対の取り出し電極（３Ａ、３Ｂ）箇所を露出させる。そして、第１および第２の一対の取り出し電極（３Ａ、３Ｂ）露出部上に第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ、５Ｂ）としてＡｌ電極をＥＢ蒸着法により０．３〜２．０μｍ程度で形成し、リフトオフ法によりＡｌ電極の不要部分を除去することで、第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ、５Ｂ）を形成する。
【００３９】
次に、赤外線検知用素子２１用の第１の赤外線反射膜３０Ａとして白金（Ｐｔ）を０．１〜０．５μｍ程度でスパッタ法により第２の主面１Ａ上に形成する。さらに第１のキャビティ７Ａの開口領域の外縁の所定距離（例えば、２０〜１００μｍ程度）内側に第１の赤外線反射膜３０Ａの外縁が位置するようにフォトリソ工程を用いて保護膜６上にレジストパターンを形成する。その後、第１の赤外線反射膜３０Ａとして用いる部分以外の不要部分を除去する。続いて赤外線検知用素子２１上の第１の赤外線吸収膜４０Ａおよび温度補償用素子２２上に用いる第２の赤外線吸収膜４０Ｂとして用いる銅（Ｃｕ）を０．５μｍ〜５．０μｍ程度でスパッタ法により保護膜６上に形成する。第１のキャビティ７Ａの上の第１の赤外線反射膜３０Ａ上に同じか若干大きくなるように第１の赤外線吸収膜４０Ａの外縁が位置するように、第１のキャビティ７Ａの開口領域よりも小さいパターンをフォトリソ工程を用いて保護膜６上に形成する。同時に第２のキャビティ７Ｂ上にも第１の赤外線吸収膜４０Ａと同じサイズの第２の赤外線吸収膜４０Ｂが位置するように、フォトリソ工程を用いて形成する。その後、第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）として用いる部分以外の不要部分を除去する。次に、Ｃｕを酸化処理させることでＣｕ黒膜とすることにより、第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）としての機能をもたせる。すなわち、Ｃｕ黒膜は表面には凹凸を持つことで膜表面の赤外線が厚み方向に進行する際に乱反射しながら膜に熱として取り込まれることにより機能する。
【００４０】
さらに温度補償用素子２２用の第２の赤外線反射膜３０Ｂを形成するために白金（Ｐｔ）を０．０１〜０．３μｍ程度でスパッタ法により第１の主面１Ａ上に形成し、第１の赤外線反射膜３０Ａと同様の工程にて温度補償用素子２２上の保護膜６上の第２の赤外線吸収膜４０Ｂ上に、メンブレン構造を跨いで第１の赤外線反射膜３０Ａと同様の工程にてフォトリソ工程を用いてレジストパターンを形成する。温度補償用素子２２上の保護膜６上の第２の赤外線吸収膜４０Ｂ上に、メンブレン構造を跨いで形成することで、第２の赤外線反射膜３０Ｂを、第２のキャビティ７Ｂの開口領域より大きな面積で温度補償用素子２２を覆うように、基板１上まで形成することにより、第２の赤外線反射膜３０Ｂは所望の熱容量を持ち、熱伝導性の良い基板１と熱的に繋がることになる。このため第２の赤外線反射膜３０Ｂ上で受けた赤外線からの熱は基板１を介して流れることになり、赤外線の影響を温度補償用素子２２が受けにくくなる。
【００４１】
次に、基板１の第２の主面１Ｂ側にフォトリソグラフィによってエッチングマスクを形成した後、フッ化物系ガスを用いたＤ−ＲＩＥ法等の反応性イオンエッチングによって、基板１を第２の主面１Ｂに対して垂直に深堀し、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）を開口する。Ｄ−ＲＩＥ法とは、Ｃ４Ｆ８ガスを用いて反応抑止膜（フルオロカーボン系ポリマー）を第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）の側壁に堆積させることにより、主としてＦラジカルによる化学的なサイドエッチングを抑制するためのプラズマデポジション工程と、ＳＦ６ガスを用いてＦラジカルによる基板１の化学的エッチングとＦイオンによる反応抑止膜の物理的エッチングとにより、基板１を略垂直に異方性エッチングするためのプラズマエッチング工程とを交互に繰り返して基板１を深堀する方法である。
【００４２】
実際に、第１実施形態における赤外線温度センサ１００を以下の手順で作製した。まず、基板１として、シリコン基板を用意し、その基板表面、すなわち、第１の主面１Ａ上に絶縁膜２としての熱酸化絶縁膜を０．５μｍ形成した。次に、Ｐｔ／Ｔｉをスパッタ法で絶縁膜２上に１００ｎｍ／５ｎｍで形成し、ドライエッチングで所定の電極形状に加工することで、第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ，３Ｂ）を形成した。次に、基板温度６００℃、成膜圧力０．５Ｐａ、Ｏ２／Ａｒ流量比１％、ＲＦパワー４００Ｗのスパッタ条件でＭｎＮｉＣｏ系酸化物を第１および第２の一対の取り出し電極（３Ａ，３Ｂ）上に０．４μｍ堆積した。その後、焼成炉を用いてＭｎＮｉＣｏ系酸化物膜に大気雰囲気で６５０℃１時間の熱処理を施し、塩化第二鉄水溶液を用いたウェットエッチングで所定形状（４２０ｕｍ×４８０ｕｍ）に加工することで、目標抵抗値１４０ｋΩ（室温）の第１および第２の感熱膜（４Ａ，４Ｂ）を形成した。この時、第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ，３Ｂ）と第１および第２の感熱膜（４Ａ、４Ｂ）が検知領域として機能する部分をメンブレン構造の端から第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ，３Ｂ）と平行部分、垂直部分とも５０μｍとした。つまり、最終的に形成される第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）はそれぞれ５２０ｕｍ×５８０ｕｍとした。
【００４３】
次に、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により０．５μｍの保護膜６を形成した。
【００４４】
次に、赤外線検知用素子２１用の第１の赤外線反射膜３０Ａとして白金（Ｐｔ）を０．１μｍをスパッタ法により第１の主面１Ａ上に形成する。さらに第１のキャビティ７Ａの開口領域の外縁の９０μｍ内側に第１の赤外線反射膜３０Ａの外縁が位置するようにフォトリソ工程を用いて保護膜６上にレジストパターンを形成した。つまり、第１の赤外線反射膜３０Ａが３４０μｍ×４００μｍとなるように形成する。その後、第１の赤外線反射膜３０Ａとして用いる部分以外の不要部分を除去した。続いて赤外線検知用素子２１上の第１の赤外線吸収膜４０Ａおよび温度補償用素子２２上に用いる第２の赤外線吸収膜４０Ｂとして用いる銅（Ｃｕ）をスパッタ法により保護膜６上に３．０μｍ形成した。第１のキャビティ７Ａの上の第１の赤外線反射膜３０Ａ上に第１の赤外線吸収膜４０Ａの外縁が位置するように、第１のキャビティ７Ａの開口領域よりも小さいパターンをフォトリソ工程を用いて保護膜６上に形成した。第２のキャビティ７Ｂ上にも同じサイズの第２の赤外線吸収膜４０Ｂが位置するように同時にパターンを形成した。その後、第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）として用いる部分以外の不要部分を除去した。Ｃｕを酸化処理させることでＣｕ黒膜とした。温度補償用素子２２用の第２の赤外線反射膜３０Ｂを形成するためにリフトオフを用いた。すなわち、メンブレン構造を露出する形でフォトリソ工程を用いてレジストパターンにより開口部を形成した。その後白金（Ｐｔ）を０．０４５μｍをスパッタ法により第１の主面１Ａ上に形成し、先に形成したレジストごと不要部のＰｔを除去した。第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ，５Ｂ）を配置する部位を除くＳｉＯ２膜上にマスクを作成し、第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ，５Ｂ）を配置する部位にウェットエッチング処理を施し、その後、非マスク領域のＳｉＯ２膜を除去することで、開口を形成した。第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ，５Ｂ）としてのアルミニウム電極をＥＢ蒸着法により１μｍ形成した。最後に、Ｄ−ＲＩＥ法により基板１を略垂直に深堀し、外部環境に関して熱伝導的に対称な第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）を形成した。なお、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）の面積と膜厚の積は同等である。
【００４５】
（第２実施例）
第２実施形態の赤外線温度センサ２００を以下の手順で製造した。温度補償用素子２２用の第２の赤外線吸収膜４０Ｂと第２の赤外線反射膜３０Ｂの構成以外は第１の実施例と同様の手順で作製した。但し、実施例２は赤外線検知用素子２１用の第１の赤外線反射膜３０Ａおよび第１の赤外線吸収膜４０Ａの膜厚とサイズが異なる。第１の赤外線反射膜３０Ａは膜厚０．０７μｍの白金（Ｐｔ）を第１のキャビティ７Ａの開口領域の外縁の４５μｍ内側に形成した。以降の工程は第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）および第１の赤外線反射膜３０Ａの位置関係が第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）の開口領域の外縁の４５μｍ内側に形成されること以外は第１実施例と同様である。つまり、第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）および第１の赤外線吸収膜４０Ａが４３０μｍ×４９０μｍとなるように形成した。なお、第１実施形態１と同様に、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）の面積と膜厚の積は同等である。
【００４６】
（第３実施例）
第３実施形態の赤外線温度センサ３００を以下の手順で製造した。温度補償用素子２２用の第２の赤外線吸収膜４０Ｂと第２の赤外線反射膜３０Ｂの構成以外は第１および第２実施例と同様の手順で作製した。
【００４７】
赤外線検知用素子２１用の第１の赤外線反射膜３０Ａとして白金（Ｐｔ）を０．１μｍをスパッタ法により第１の主面１Ａ上に形成する。さらに第１のキャビティ７Ａの開口領域の外縁の所定距離１００μｍ内側に第１の赤外線反射膜３０Ａの外縁が位置するようにフォトリソ工程を用いて保護膜６上にレジストパターンを形成した。その後、第１の赤外線反射膜３０Ａとして用いる部分以外の不要部分を除去した。続いて赤外線検知用素子２１上の第１の赤外線吸収膜４０Ａおよび温度補償用素子２２上に用いる第２の赤外線吸収膜４０Ｂとして用いる銅（Ｃｕ）をスパッタ法により保護膜６上に３．０μｍ形成した。第１のキャビティ７Ａの上の第１の赤外線反射膜３０Ａ上に第１の赤外線吸収膜４０Ａの外縁が位置するように、第１のキャビティ７Ａの開口領域よりも小さいパターンをフォトリソ工程を用いて保護膜６上に形成した。第２のキャビティ７Ｂ上にも同じサイズの第２の赤外線吸収膜４０Ｂが位置するように同時にパターンを形成した。その後、第２の赤外線吸収膜４０Ｂ、第２の赤外線反射膜３０Ｂとして用いる部分以外の不要部分を除去し、Ｃｕを酸化処理させることでＣｕ黒膜とした。
【００４８】
次に、温度補償用素子２２用の第２の赤外線反射膜３０Ｂを形成するためにリフトオフを用いた。すなわちメンブレン構造を露出する形でフォトリソ工程を用いてレジストパターンにより開口部を形成した。その後白金（Ｐｔ）を０．０７８μｍをスパッタ法により第１の主面１Ａ上に形成し、先に形成した、レジストごと不要部のＰｔを除去した。その際、メンブレン構造上の第２検知領域の外周にメンブレン構造の長辺側に０．０５μｍ×０．４１μｍ、短辺側に０．０５μｍ×０．３５μｍの四角形状に除去した。すなわち、当該四角形状の開口には第２の赤外線反射膜３０Ｂは存在していないものの、温度補償用素子２２上の第２の赤外線反射膜３０Ｂは第２のキャビティ７Ｂを超えた基板１上まで連続して形成した。なお、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）の面積と膜厚の積は同等である。
【００４９】
（比較例１）
比較形態１の赤外線温度センサ４００を以下の手順で製造した。温度補償用素子２２用の第２の赤外線反射膜３０Ｂの構成以外は第１の実施例と同様の手順で作製した。第２の赤外線反射膜３０Ｂは膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）を第２のキャビティ７Ｂの開口領域の内側に第２の赤外線吸収膜４０Ｂ上に第２の赤外線吸収膜４０Ｂと同じ大きさおよび形状で形成した。それ以外は第１実施例と同様である。
【００５０】
（比較例２）
図１１、１２に示される比較例２の構造について説明する。図１１は赤外線温度センサ５００の平面図、図１２は図１１におけるＤ−Ｄ断面図である。比較例２は第１実施形態と比べると、赤外線検知用素子２１の赤外線吸収膜４０と温度補償用素子２２の赤外線反射膜５０が単層で構成され、赤外線吸収膜４０はメンブレン構造上に形成されており、赤外線反射膜５０はメンブレン構造を跨いで基板１上にまで形成されている。赤外線吸収膜４０、赤外線反射膜５０は実施例１と同じ材料、同じ膜厚とした。
【００５１】
比較例２として図１１、１２に関わる赤外線温度センサ５００を以下の手順で作製した。まず、基板１として、シリコン基板を用意し、その基板表面、すなわち、第１の主面１Ａ上に絶縁膜２として熱酸化（絶縁）膜を０．５μｍ形成した。次に、Ｐｔ／Ｔｉをスパッタ法で絶縁膜２上に形成し、ドライエッチングで所定の電極形状に加工することで、第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ、３Ｂ）を形成した。
【００５２】
次に、基板温度６００℃、成膜圧力０．５Ｐａ、Ｏ２／Ａｒ流量比１％、ＲＦパワー４００Ｗのスパッタ条件でＭｎＮｉＣｏ系酸化物を第１および第２の一対の取出し電極（３Ａ、３Ｂ）上に０．４μｍ程度で堆積した。その後、焼成炉を用いてＭｎＮｉＣｏ系酸化物膜に大気雰囲気で６５０℃１時間の熱処理を施し、塩化第二鉄水溶液を用いたウェットエッチングで所定形状に加工することで、目標抵抗値１４０ｋΩ（室温）の第１および第２の感熱膜（４Ａ、４Ｂ）を形成した。
【００５３】
次に、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により０．５μｍ程度の保護膜６を形成した。赤外線吸収膜４０としてＣｕ黒膜を第１実施形態と同様の方法により赤外線検知用素子２１上にのみ形成した。続いて、赤外線反射膜５０としてのＰｔをスパッタ法により０．０４５μｍ程度で形成し、温度補償用素子２２の上部およびメンブレン構造を跨いで基板１上まで残すようにフォトリソ工程によりパターン形成を行った。
【００５４】
その後、第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ、５Ｂ）を配置する部位を除くＳｉＯ２膜上にマスクを作成し、第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ、５Ｂ）を配置する部位を開口してウェットエッチング処理を施し、その後、非マスク領域のＳｉＯ２膜を除去することで、開口を形成した。第１および第２の一対のパッド電極（５Ａ、５Ｂ）としてのアルミニウム電極をＥＢ蒸着法により１μｍ程度で形成した。最後に、Ｄ−ＲＩＥ法により基板１を略垂直に深堀し、外部環境に関して熱伝導的に対称な第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）を形成した。
【００５５】
（評価）
第１実施形態から第３実施形態及び比較例２の赤外線温度センサ（１００、２００、３００、５００）について、外部からの基板１を通した熱の影響を確認するためにシミュレーションを行った。各々の素子に、ある一定の赤外線が入射すると仮定し、さらに外部から基板１を通して熱が第１および第２検知領域に流入した場合の赤外線応答出力を確認した。
【００５６】
赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の赤外線吸収及び放熱あるいは反射の差により生じる２素子の温度差ひいては抵抗差を検知する。このような抵抗差を利用した検知には、ハーフブリッジ回路もしくはフルブリッジ回路を用いる事が多いが、本実施形態においては赤外線量に相当する電圧を得る部位に、フルブリッジ回路を用いる事が好ましい。
【００５７】
実際のシミュレーションでは赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２のおのおのの温度変化の差分の時間的変化をモニターすることにより赤外線入射および周囲温度に対する赤外線検知用素子２１および温度補償用素子２２の動きを確認した。
【００５８】
図１４は実施例１と比較例２の比較を示すものである。縦軸は赤外線応答出力を温度換算したものであり横軸は測定時間を示す。赤外線入射量に相当する変化は初期にオーバーシュートした後にある値に収束する。このオーバーシュートは、特に温度補償用素子２２において、第２検知領域へ外部から基板１を通して熱が流入することによる熱応答のずれに起因するものであり、特に瞬間的な応答を必要とするような検知を行う場合は問題となる。
【００５９】
図１３は温度検知用素子２１と温度補償用素子２２のそれぞれの出力を、横軸を時間としてプロットしたものである。赤外線の入射および基板１に熱が流れ込むことで、瞬時に出力が上昇し、以降は緩やかに出力が上昇している。この差分をプロットしたものが、図１４である。
【００６０】
シミュレーション条件として、初期の温度検知用素子２１および温度補償用素子２２の温度及び周囲温度を２５℃と設定した。温度補償用素子２２には、パッケージを介して基板１に熱が流れ込み、第２検知領域に到達すると仮定した。赤外線検知用素子２１には、パッケージを介して基板１に熱が流れ込むと同時に一定量の赤外線が入射し、第１検知領域に到達すると仮定した。ここで、基板１に熱が流れ込むとは、一定量の赤外線の入射により基板１が吸収する赤外線により、基板１が加熱されることを仮定したことによる。比較例２のモデルにおいて、基板１からの熱の流れ込みによって、温度補償用素子２２のメンブレン構造の温度が０．２℃程度上昇する値に設定し、赤外線の入射によって、赤外線検知用素子２１のメンブレン構造の温度が０．４℃程度上昇する値に設定した。基板サイズは１．５ｍｍ×１．１ｍｍで厚み０．２５ｍｍ、基板１には赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２が配置される。ここで、実施例１〜３および比較例１、２の赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２とに対応するメンブレン構造のサイズは０．５２ｍｍ×０．５８ｍｍで、第１および第２検知領域は０．３５ｍｍ×０．４１ｍｍと設定した。第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）および基板１上では、絶縁膜２を０．５μｍ、保護膜６を０．５μｍとし、同一材料とみなして合わせて１．０μｍ、第１および第２の感熱膜（４Ａ、４Ｂ）を０．３μｍと設定した。また、比較例２の赤外線検知用素子２１および温度補償用素子２２では、赤外線吸収膜４０の厚みは３．０μｍ、赤外線反射膜５０の厚みは０．０４５μｍと設定した。実施例１〜３および比較例２の温度補償用素子２２の赤外線反射膜（３０Ｂ、５０）のサイズはメンブレン構造サイズより各辺３０μｍ大きくなるように形成した。つまり、赤外線反射膜（３０Ｂ、５０）はメンブレン構造を跨ぎ、基板１上にまで形成した。実施例１の赤外線検知用素子２１では、第１の赤外線吸収膜４０Ａの厚みは３．０μｍ、第１の赤外線反射膜３０Ａの厚みは０．１μｍ、温度補償用素子２２では、第２の赤外線吸収膜４０Ｂの厚みは３．０μｍ、第２の赤外線反射膜３０Ｂの厚みは０．０４５μｍとして、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ，３０Ｂ）の面積と膜厚の積が等しくなるように設定した。同様に、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ，４０Ｂ）の面積と膜厚の積が等しくなるように設定した。実施例２，３についても同様であり、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ，３０Ｂ）の面積と膜厚の積が等しくなるように設定した。同様に、第１および第２のキャビティ（７Ａ、７Ｂ）上の赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ，４０Ｂ）の面積と膜厚の積が等しくなるように設定した。
【００６１】
図１５は、以上の条件で、赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２の温度差を確認した結果をまとめたもので、比較例２ではピーク温度が０．４０℃、実施例１では０．２７℃とピーク自体が小さくなった。時間経過によって安定した時点での温度は、比較例２と実施例１ともに０．２３℃となり、オーバーシュートに相当する温度はそれぞれ０．１７℃、０．０４℃と実施例の効果を確認できた。応答速度に関してはピーク到達温度は４５ｍｓｅｃ．で同等の結果であった。なお比較例１では赤外線出力として算出可能な温度差は微弱であった。これは、第１および第２の赤外線反射膜（３０Ａ、３０Ｂ）および第１および第２の赤外線吸収膜（４０Ａ、４０Ｂ）の熱容量が概ね等しいので赤外線検知用素子２１と温度補償用素子２２間で応答時間に差が生じなかったこと、さらに、温度補償用素子２２上の第２の赤外線反射膜３０Ｂが吸収した赤外線を基板１側に放出できなかったことによるものと考えられる。
【００６２】
図１５は第１から第３の実施形態と比較例２の結果まとめたものである。いずれも従来例と比較してオーバーシュートが抑制されていることを確認した。また、実施例２では、安定温度が０．０２度高く、感度が高いことが分かる。ここで、比較例２の最大誤差は、０．１７／０．２３であるから、７４％、実施例１から３では、それぞれ、１７％、２０％、２２％であり、オーバーシュートによる誤差分を１／３以下に低減できていることが分かる。
【００６３】
以上のことから、第１実施形態から第３実施形態は、比較例２の構成よりも温度バランスがよく初期応答時に周囲温度の変化の影響を受けにくい赤外線温度センサであることを示している。つまり、初期応答時の初期応答時のオーバーシュート量が低減された赤外線温度センサ（１００、２００、３００）が得られる。また、測定開始時刻は不定のため、初期応答時のオーバーシュート量が低減されることで、結果として測定誤差を低減することも可能となることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係わる赤外線温度センサは、熱源の温度を非接触測定する様々な用途に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  感熱素子
１    基板
１Ａ  基板の第１の主面
１Ｂ  基板の第２の主面
２    絶縁膜
３、３Ａ、３Ｂ  一対の取出し電極
４、４Ａ、４Ｂ  感熱膜
５、５Ａ、５Ｂ  一対のパッド電極
６    保護膜
７、７Ａ、７Ｂ    キャビティ
２１  赤外線検知用素子（第１感熱素子）
２２  温度補償用素子（第２感熱素子）
３０Ａ  赤外線反射膜
３０Ｂ  赤外線反射膜
４０  赤外線吸収膜
４０Ａ  赤外線吸収膜
４０Ｂ  赤外線吸収膜
５０  赤外線反射膜
１００、２００、３００、４００、５００  赤外線温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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