(57)【要約】【課題】  吸収能力の高い赤外線吸収膜を提供すること。【解決手段】  本発明の赤外線吸収膜２０は、赤外線の入射側に配置されるＮＳＧ膜２４と、ＮＳＧ膜２４の裏面２４ｂに積層されているＴｉＮ膜２８を備える。ＮＳＧ膜２４は、赤外線に対する吸収係数が５．７８×１０３（ｃｍ−１）である。ＴｉＮ膜２８は、赤外線に対する吸収係数が８×１０４（ｃｍ−１）である。吸収係数が３．５×１０２〜２．２×１０５（ｃｍ−１）の範囲に含まれる上膜（ＮＳＧ膜２４）と、吸収係数が１．０×１０３〜２．２×１０５（ｃｍ−１）の範囲に含まれる下膜（ＴｉＮ膜２８）を組合せて赤外線吸収膜２０を構成すると、吸収能力が非常に高い膜が得られる。【選択図】  図２
2007057427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を吸収する膜であり、
赤外線の入射側に配置されている第１膜と、第１膜の射出側に積層されている第２膜を備えており、
赤外線の吸収係数が、第１膜では３．５×１０２〜２．２×１０５ｃｍ−１であり、第２膜では１．０×１０３〜２．２×１０５ｃｍ−１であり、第１膜のそれが第２膜のそれよりも小さいことを特徴とする赤外線吸収膜。
【請求項２】
第２膜が単独で存在する状態で測定した赤外線の透過率が３％以下であることを特徴とする請求項１の赤外線吸収膜。
【請求項３】
第１膜の厚みが０．１〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１又は２の赤外線吸収膜。
【請求項４】
第１膜が、ＮＳＧ（Non-Doped Silicon Glass）、ＳｉＮ、又はこれらの積層膜によって構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの赤外線吸収膜。
【請求項５】
第２膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、及びＴｉＯＮのいずれか、又はこれらの積層膜によって構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの赤外線吸収膜。
【請求項６】
赤外線を吸収する膜であり、
赤外線の入射側に配置されている第１膜と、第１膜の射出側に積層されている第２膜を備えており、
第１膜の赤外線の反射率が第２膜のそれよりも小さく、
第１膜と第２膜のそれぞれの膜が単独で存在する状態で測定した赤外線の吸収率が、それぞれの膜において１０％以上であることを特徴とする赤外線吸収膜。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかの赤外線吸収膜と、
その赤外線吸収膜の温度を測定する手段を備える赤外線検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線吸収膜に関する。特に、少なくとも２つの膜が積層された構造を有する赤外線吸収膜に関する。また、その赤外線吸収膜を備える赤外線検知センサにも関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、近くにヒトが存在することを検知するセンサを実現するために、赤外線吸収膜を利用することがある。ヒト検知センサが利用する赤外線吸収膜は、ヒトから発せられた赤外線を吸収して発熱する。ヒト検知センサは、赤外線吸収膜の温度変化を監視することによって、ヒトが近くに存在していることを検知する。
赤外線吸収膜は、赤外線を効率よく吸収し、温度が大きく変化するものであることが好ましい。赤外線吸収膜の温度変化が大きいと、例えばヒト検知センサの感度を向上させることができる。赤外線吸収膜が厚いと多くの赤外線を吸収することができる。しかしながら、厚い膜を利用すると、赤外線吸収膜の温度変化が小さくなる。薄くても効率的に赤外線を吸収することができる赤外線吸収膜が求められている。
赤外線の吸収係数が高い材料を選択して赤外線吸収膜を形成すれば、薄くても効率的に赤外線を吸収する赤外線吸収膜が得られるように思われる。しかしながら、現実にはそうはならない。赤外線の吸収係数が高い材料を利用して赤外線吸収膜を形成すると、赤外線吸収膜の表面で多くの赤外線が反射されてしまう。一般的に、吸収係数と反射率の間には相関関係が存在する。吸収係数が高い材料は反射率も高く、吸収率が低い材料は反射率も低い。
この問題を克服し、薄くても効率的に赤外線を吸収する膜を実現するために、２つの膜を積層したタイプの赤外線吸収膜が開発されている。例えば特許文献１や特許文献２に、このタイプの赤外線吸収膜が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１２１４２９号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９４１８号公報
【０００３】
特許文献１の赤外線吸収膜は、赤外線の吸収係数が非常に小さい（そのために赤外線を反射しづらい）第１膜を赤外線の入射側に配置し、赤外線の吸収係数が大きい（そのために赤外線を反射しやすい）第２膜を第１膜の射出側に積層している。
赤外線の吸収係数は、材料内に進入した赤外線が１／ｅの強度に減衰するのに必要な距離の逆数であり、その単位はｃｍ−１で表現される。赤外線をよく吸収する材料ほど、吸収係数は大きい。一般的に、吸収係数が大きい材料の赤外線反射率は高い。
特許文献１の赤外線吸収膜の場合、第１膜の吸収係数が非常に小さくて反射率も低いために、第１膜に到達した赤外線はほとんど反射されないで第１膜内に進入する。第１膜内に進入した赤外線は第２膜に到達する。第２膜の吸収係数と反射率が大きいために、第２膜に到達した赤外線の多くは第２膜で反射され、第１膜内に戻る。この赤外線吸収膜では、第１膜から進入した入射光と第２膜で反射した反射光が逆位相になるように第１膜の厚みが管理されている。特許文献１の赤外線吸収膜は、入射光と反射光が打ち消しあう干渉現象のみを利用することによって、薄い赤外線吸収膜で効率的に赤外線を吸収することを可能としている。
特許文献１の赤外線吸収膜は、赤外線の吸収性能が非常に高い。しかしながら、干渉現象を利用して赤外線を吸収するため、第１膜の厚みを厳格に管理しなければならない。第１膜の厚みがわずかにずれると、赤外線の吸収性能が極端に低下してしまう。特許文献１の赤外線吸収膜を量産することは難しい。
また、吸収したい赤外線が波長巾を有している場合にも、特許文献１の赤外線吸収膜は対応しづらい。特定の波長で干渉するように設計するために、それからずれた波長の赤外線では入射光と反射光が打ち消しあう干渉が生じないからである。特定の波長の吸収能力は高いが、それからずれた波長の吸収能力は低い赤外線吸収膜しか実現することができない。
【０００４】
特許文献２の赤外線吸収膜は、赤外線の吸収係数が中間値（そのために赤外線の反射率も中間値）である第１膜を赤外線の入射側に配置し、赤外線の反射率が非常に高い第２膜を第１膜の射出側に積層している。具体的には、第２膜にＡｌ（アルミニウム）を利用している。
この赤外線吸収膜では、第１膜に進入した赤外線が第１膜で吸収される。第１膜で吸収されなかった赤外線のほとんど全てが第２膜で反射されて第１膜内に戻される。第２膜の内部に進入する赤外線はほとんど存在しない。第２膜で反射された赤外線は、第１膜内を再び通過するために、第１膜で吸収される。特許文献２の赤外線吸収膜は、第１膜内で赤外線を往復させることによって第１膜による赤外線の吸収効率を向上させている。第１膜の吸収係数が中間値であることから、第１膜の表面で反射される赤外線の量が抑制され、第１膜に進入する赤外線量を確保することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の赤外線吸収膜は、第１膜の厚みを厳格に管理する必要がないために、比較的容易に量産することができる。しかも、ある程度は効率よく赤外線を吸収することができる。しかしながら、この赤外線吸収膜は、第２膜に到達した赤外線のほとんどが第２膜で反射される。すなわち、第２膜で吸収される赤外線の量は非常に少ない。第２膜で反射された赤外線の全てが第１膜で吸収されるわけではなく（第１膜に赤外線を取り込む必要があるために、第１膜の吸収係数は高くないことに留意されたい）、第２膜で反射された赤外線が第１膜で吸収されず、第１膜を透過して外部に出て行く赤外線量が多い。特許文献２の赤外線吸収膜の赤外線吸収能力には不足がある。赤外線吸収率がもっと高い赤外線吸収膜が求められている。
本発明は、量産しやすく、しかも広い波長域において赤外線吸収率が高い赤外線吸収膜を実現するために創作された。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述したように、一般的に、吸収係数が高い材料は反射率も高いという相関関係が存在する。吸収係数が高い材料を利用すると反射率が高くなり、材料中に進入する赤外線量が減少するという問題がある。吸収係数が低い材料を利用すれば材料中に進入する赤外線量を確保することはできるが、進入量は確保できても吸収することができないという問題がある。
上記した特許文献２の第２膜（Ａｌ）は、吸収係数が１１．３×１０５と非常に大きいために、第２膜に進入した赤外線のほとんどを吸収することができる。しかしながら、吸収係数が大きいために反射率も高く、第２膜に到達した赤外線の約９９％を反射してしまう。赤外線はほとんど第２膜内に進入することができず、第２膜で赤外線を吸収することができない。第２膜で反射された赤外線のうちの一部は第１膜で吸収されるが、第１膜で吸収されなかった赤外線は、第１膜の外部に出て行ってしまう。このために、赤外線を効率よく吸収することができない。
特許文献２の赤外線吸収膜の第２膜に吸収係数が非常に小さな材料を利用すれば反射率も非常に小さくなり、赤外線が第１膜から第２膜に進入しやすくなる。しかしながら、第２膜に進入した赤外線の多くは第２膜で吸収されないで第２膜を透過してしまう。第２膜に到達した赤外線はほとんど反射されないために、第１膜が吸収する赤外線の量も少なくなる。このために、赤外線を効率よく吸収することができない。
第２膜の吸収係数が大き過ぎても小さ過ぎても赤外線を効率よく吸収することができない。本発明者らは、特許文献２のように、第１膜が適度に赤外線を吸収するものである場合には、吸収係数がある数値範囲内にある材料を選択して第２膜を形成することによって、第１膜に第２膜が積層された赤外線吸収膜の赤外線吸収能力を向上させることができることを見出した。
このことを模式的に示す図１に例示されているように、第２膜の吸収係数αがα１〜α２の範囲内に設定されていると、二枚の膜を組合せた赤外線吸収膜の赤外線吸収能力が向上するのに対し、その範囲を外れると赤外線吸収能力が低下することを見出した。前記した特許文献２の赤外線吸収膜は、第２膜の吸収係数が高すぎるために（図１の符号α’）、二枚の膜を組合せた赤外線吸収膜の赤外線吸収能力が不足していることを見出した。本発明は上記した知見に基づいて創作されたものである。
【０００７】
本発明の赤外線吸収膜は、赤外線の入射側に配置されている第１膜と、第１膜の射出側に積層されている第２膜を備えている。本発明の赤外線吸収膜では、第１膜の赤外線の吸収係数が３．５×１０２〜２．２×１０５ｃｍ−１の範囲内にあり、第１膜が吸収機能と反射防止機能を有する。第２膜の赤外線の吸収係数が１．０×１０３〜２．２×１０５ｃｍ−１の範囲内にあり、第２膜が吸収機能と透過防止機能を有する。
ここでいう赤外線の吸収係数は、材料に進入した赤外線が１／ｅの量に減衰するのに必要な距離の逆数である。本明細書における「赤外線」は、０．８〜３００（μｍ）のいずれの波長の赤外線も含む。特に、８〜１４（μｍ）の波長の赤外線に対して非常に吸収率が高くなる。
【０００８】
上記赤外線吸収膜では、第１膜の赤外線の吸収係数が３．５×１０２〜２．２×１０５ｃｍ−１の範囲内にあるために、第１膜の表面で反射される赤外線量が過大にならず、赤外線吸収膜に進入する赤外線量を確保することができる。同時に、第１膜の赤外線の吸収係数が３．５×１０２〜２．２×１０５ｃｍ−１の範囲内にあるために、第１膜を透過する赤外線量が過大にならず、第１膜で吸収する赤外線量を確保することができる。
第１膜を透過して第２膜に到達した赤外線は、第２膜の赤外線の吸収係数が１．０×１０３〜２．２×１０５ｃｍ−１の範囲内であるために、一部が反射されて第１膜内に戻され、他の一部が第２膜の内部に進入する。第１膜内に戻された赤外線は第１膜内で吸収される。第２膜内に進入した赤外線は第２膜内で吸収される。本発明の赤外線吸収膜では、第２膜の吸収係数が特許文献２の第２膜の吸収係数（図１のα’）よりも小さい。このために、第２膜で反射されて第１膜に戻される赤外線の量が特許文献２の場合よりも少なくなり、第２膜で反射された後に第１膜で吸収される赤外線の量は少なくなる。しかしながら、第２膜に進入する赤外線の量が特許文献２の場合よりも多くなり、第２膜で吸収される赤外線の量は多くなる。
本発明者らが研究を重ねた結果、第２膜の赤外線の吸収係数を１．０×１０３〜２．２×１０５（ｃｍ−１）の範囲に設定すると、第２膜で吸収される赤外線量の増加分が、第１膜で吸収される赤外線量の減少分を上回り、赤外線吸収膜全体の赤外線吸収能力が向上すること確認した。なお、ここで記載した理由、すなわち赤外線吸収膜全体の赤外線吸収能力が向上する理由は推測であり、この推測によって本発明が限定して解釈されることはない。
本発明の赤外線吸収膜は、第１膜の厚みを厳格に管理する必要がないために容易に量産することができる。しかも、特許文献２の技術よりも効率よく赤外線を吸収することができる。
【０００９】
特許文献１の赤外線吸収膜は、第１膜が赤外線をほとんど吸収せず、第２膜が赤外線を吸収する。一方において、特許文献２の赤外線吸収膜は、第１膜が赤外線を吸収するが、第２膜は赤外線を吸収しない。本発明の赤外線吸収膜は、第１膜と第２膜の両方が赤外線を吸収するものであるということができる。従って、本発明の思想を次のように表現することもできる。
この赤外線吸収膜は、赤外線の入射側に配置されている第１膜と、第１膜の射出側に積層されている第２膜を備えている。第１膜の赤外線の反射率は、第２膜の赤外線の反射率よりも小さい。しかも、第１膜と第２膜のそれぞれが単独で存在する状態で測定した赤外線の吸収率は、第１膜と第２膜のそれぞれにおいて１０％以上であることを特徴とする。
ここでいう反射率は、材料表面に到達した赤外線量によって材料表面で反射された赤外線量を除した割合であり、パーセント（％）で表現される。その反射率に呼応するようにして透過率を定義することができる。ここでいう透過率は、赤外線の入射側の材料表面に到達した赤外線量によって材料の射出側表面から射出された赤外線量を除した割合であり、パーセント（％）で表現される。
また赤外線の吸収率は、次の式で求められるパーセント（％）である。
吸収率（％）＝１００−（Ａ＋Ｂ）
上記においてＡは反射率である。Ｂは透過率である。
この赤外線吸収膜は、容易に製造することができるとともに、従来よりも効率よく赤外線を吸収することができる。
【００１０】
第２膜が単独で存在する状態で測定した赤外線の透過率が３％以下であることが好ましい。
透過率が小さいために、第２膜が赤外線を効率よく吸収することができる。このために、赤外線吸収膜の全体での吸収率を向上させることができる。
【００１１】
また、第１膜の厚みが０．１〜３．０μｍであることが好ましい。さらに、反射防止条件（λ／４）／ｎが成立する厚さに設定することが好ましい。ここで、λは赤外線の波長であり、ｎは第１膜の屈折率である。
第１膜の厚みを上記の範囲に設定すると、第１膜が効率よく赤外線を吸収することと、第１膜を薄くすることの両方を実現することができる。また、半導体プロセスによる成膜と加工を容易に行なうことができる。
【００１２】
第１膜は、ＮＳＧ（Non-Doped Silicon Glass）、ＳｉＮ、又はそれらの積層膜によって構成することができる。第２膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、及びＴｉＯＮのいずれか、又はそれらの積層膜によって構成することができる。
これらの材料を利用すれば、赤外線を効率よく吸収することができる。
【００１３】
次の赤外線検知センサも有用である。この赤外線検知センサは、上記したいずれかの赤外線吸収膜と、その赤外線吸収膜の温度を測定する手段を備える。
この温度測定手段は、赤外線吸収膜の温度を直接的に測定するものであってもよいし、間接的に測定するものであってもよい。
この赤外線検知センサは、吸収能力の高い赤外線吸収膜を利用しているために、赤外線吸収膜の温度変化が大きい。このために、センサの感度が非常に高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここでは、下記の実施例に記載の技術の特徴を列記しておく。
（形態１）赤外線の入射側に配置されている第１膜の厚みは、０．１〜３．０μｍの範囲に設定されている。第１膜の射出側に積層されている第２膜の厚みは、０．０１〜３μｍの範囲に設定されている。
赤外線吸収膜は、厚いと温度変化が小さい。赤外線吸収膜の温度変化が小さいと、センサの感度が悪くなる。上記した数値範囲に各膜の厚みを設定すれば、赤外線の吸収効率を増大することと赤外線吸収膜を薄くして温度変化を大きくすることの両者を実現することができる。このためにセンサの感度を上げることができる。
（形態２）第２膜の射出側（第２膜からはほとんど射出しないが、方向としては射出側に当たる）に熱伝達部が接続されている。熱伝達部は、第２膜に垂直に伸びている。
（形態３）熱伝達部は絶縁膜に接続されている。絶縁膜の内部には、環境の温度によって電気抵抗が変化する導電体が配置されている。この導電体を通過する電流の大きさを監視することによって、赤外線吸収膜の温度変化を計測することができる。
（形態４）絶縁膜の内部には、温度によって順方向電圧が変化するダイオードを配置することもできる。
（形態５）絶縁膜の内部には、温度によって起電力が変化する熱電対を配置することもできる。
【００１５】
（実施例）
図面を参照にして本発明の実施例を説明する。図２は、本実施例のヒト検知センサ１０の一部断面図である。ヒト検知センサ１０は、赤外線吸収膜２０と熱伝達部３０と絶縁膜４０とシリコン基板６０等を備える。
赤外線吸収膜２０は、ＮＳＧ膜２４とＴｉＮ膜２８を有する。ＮＳＧ膜２４は、ＮＳＧ（Non-Doped Silicon Glassによって構成されている。ＴｉＮ膜２８はＴｉＮ（窒化チタン）によって構成されている。ＮＳＧ膜２４は、赤外線の発生源（本実施例の場合は所定の場所に存在しているヒト）に対向して配置される。即ち、ＮＳＧ膜２４は、赤外線の入射側に配置されている。ＮＳＧ膜２４の表面２４ａに赤外線が入射する。ヒト検知センサ１０の近くにヒトが存在していると、ＮＳＧ膜２４に多くの赤外線が入射する。近くにヒトが存在していないと、ＮＳＧ膜２４には赤外線がほとんど入射しない。ＴｉＮ膜２８は、ＮＳＧ膜２４の裏面２４ｂに積層されている。即ち、ＴｉＮ膜２８は、ＮＳＧ膜２４の射出側に積層されている。赤外線吸収膜２０は、ＮＳＧ膜２４とＴｉＮ膜２８によって赤外線を吸収し、それに伴って発熱する。赤外線吸収膜２０は、特に８〜１４（μｍ）の波長の赤外線を効率よく吸収する。ヒトが発する赤外線のうちの大部分は、８〜１４（μｍ）の範囲の波長である。赤外線吸収膜２０については後でもう詳しく説明する。
【００１６】
熱伝達部３０は、ＴｉＮ膜２８に接続されている。熱伝達部３０は、ＴｉＮ膜２８と比べて横断面積が小さい。熱伝達部３０は、ＮＳＧ膜又はＴｉＮ膜によって構成することができる。なお、熱伝達部３０をＮＳＧ膜とＴｉＮ膜の積層膜によって構成するようにしてもよい。熱伝達部３０は、赤外線吸収膜２０が持つ熱を後述する絶縁膜４０に伝達する。
絶縁膜４０は、絶縁物質（例えばＮＳＧ膜）によって構成されている。絶縁膜４０は、熱検出部４２と橋部４４とベース部４６等を備える。図３は、絶縁膜４０の平面図を示す。なお図３では、絶縁膜４０の部分にハッチングを付している。図３を見るとよくわかるように、絶縁膜４０の熱検出部４２は、平面視すると四角形状を有している。熱検出部４２の右下端からは橋部４４が伸びている。また、熱検出部４２の左上端からも橋部４４が伸びている。各橋部４４，４４は、熱検出部４２の左右の辺に沿って伸びている。熱検出部４２と左側の橋部４４の間にはスリット４８が形成されている。左側の橋部４４とベース部４６の間にはスリット５０が形成されている。また、熱検出部４２と右側の橋部４４の間にもスリット４８が形成されているともに、右側の橋部４４とベース部４６の間にもスリット５０が形成されている。
左側のスリット４８の下端と右側のスリット５０の下端の間にはスリット４９が形成さされている。このスリット４９は、熱検出部４２の下辺に沿って伸びている。左側のスリット５０の上端と右側のスリット４８の上端の間にはスリット４９が形成されている。このスリット４９は、熱検出部４２の上辺に沿って伸びている。
熱検出部４２は、左右のスリット４８と左右のスリット５０と上下のスリット４９によってベース部４６から隔絶されている。これにより、熱検出部４２の熱がベース部４６に拡散することを防止することができる。
【００１７】
図２に示されるように、熱検出部４２の内部には温度検出体５２が埋め込まれている。温度検出体５２は、導電物質（例えばＴｉＯＮ）によって構成されている。温度検出体５２は、熱によって電気抵抗が大きく変わる。温度検出体５２は、図２の紙面垂直方向に伸びている。
図３に示されるように、温度検出体５２の上端には、導電線５４の一端が接続されている。導電線５４は、熱検出部４２と左側の橋部４４とベース部４６の内部を伸びている。導電線５４はベース部４６の外部まで伸びている。導電線５４には電流計７０が挿入されている。導電線５４の他端は接地されている。電流計７０の検出値は図示省略のコントローラによって読取られる。
温度検出体５２の下端には、導電線５６の一端が接続されている。導電線５６は、熱検出部４２と右側の橋部４４とベース部４６の内部を伸びている。導電線５６はベース部４６の外部まで伸びている。導電線５６の他端は電源装置７２と接続されている。
電源装置７２から温度検出体５２に電圧が印加されている。温度検出体５２の温度が変わると温度検出体５２の電気抵抗が変わる。これにより、電流計７０を流れる電流の大きさも変わる。電流計７０の検出値を監視することによって、温度検出体５２の温度変化を検出することができる。即ち、温度検出体５２に対して熱を与える赤外線吸収膜２０（図２参照）の温度変化を検出することができる。
【００１８】
図２に示されるように、絶縁膜４０の下方にはシリコン基板６０が配置されている。シリコン基板６０は、絶縁膜４０のベース部４６を支持している。シリコン基板６０は、その中央に凹部６２が形成されている。このために、絶縁膜４０の橋部４４とシリコン基板６０の間には間隙が存在する。絶縁膜４０の熱検出部４２とシリコン基板６０との間にも間隙が存在する。
熱検出部４２とシリコン基板６０の間に間隙を設け、さらに間隙を真空引きすることによって、熱検出部４２の熱がシリコン基板６０に拡散することを防止することができる。
【００１９】
本実施例の絶縁膜４０と熱伝達部３０と赤外線吸収膜２０は、半導体プロセスによって製造することができる。絶縁膜４０と熱伝達部３０と赤外線吸収膜２０（即ちＴｉＮ膜２８とＮＳＧ膜２４）をシリコン基板６０の上に順に蒸着させていく。これにより、センサ１０を製造することができる。
【００２０】
赤外線吸収膜２０の温度変化が大きいと、温度検出体５２の温度変化も大きくなる。この結果、電流計７０の検出値も大きく変化する。即ち、赤外線吸収膜２０が温度変化し易い場合は、センサ１０の感度が高くなる。赤外線吸収膜２０が赤外線を効率よく吸収すると、赤外線吸収膜２０における温度変化が大きくなる。赤外線吸収膜２０の赤外線に対する吸収率が大きくなると、センサ１０の感度を上げることができる。本実施例では、ＮＳＧ膜２４とＴｉＮ膜２８によって赤外線吸収膜２０を構成することによって（図２参照）、赤外線吸収膜２０が効率よく赤外線を吸収することができる。
【００２１】
続いて、本実施例の赤外線吸収膜２０について詳しく説明する。まず、ＮＳＧ膜２４について説明する。本実施例のＮＳＧ膜２４における波長１０（μｍ）の赤外線に対する吸収係数は５７８０（ｃｍ−１）である。空気中を伝わってＮＳＧ膜２４に入射した赤外線の反射率は２０（％）である。
図４は、吸収係数と吸収率の関係を示すグラフである。このグラフは、波長１０（μｍ）の赤外線に対して屈折率２．６８を有するとともに３（μｍ）の厚みを有する膜について作成されたものである。屈折率の２．６８という値は、ＮＳＧの屈折率を採用している。ここでの吸収率は、上膜と下膜が積層された赤外線吸収膜の全体の吸収率ではなくて、単膜の場合の吸収率である。このグラフからわかるように、吸収係数が小さ過ぎたり大き過ぎたりすると、吸収率が小さくなることがわかる。適度な吸収係数を有する材料を赤外線吸収膜２０の上膜として選択することによって、吸収率を向上させることができる。
一般的に、吸収係数が大きいと反射率も大きくなる。この場合、材料に到達した赤外線の多くを反射してしまうために、材料内に進入する赤外線は少なくなる。このために、赤外線の吸収率は小さくなる。一方において、吸収係数が小さいと反射率も小さくなる。この場合、材料内に多くの赤外線を進入させることができるが、吸収係数が小さいために材料が赤外線をあまり吸収しない。このために、吸収率が小さくなる。吸収係数が大きすぎず小さすぎない中間値である場合には、材料内にほどよい量の赤外線を進入させることができ、しかも進入した赤外線を効率よく吸収することができる。
材料が変わると、屈折率が変化するために、グラフが違うものになる。また、赤外線の波長が変われば、それに対する材料の屈折率が変化するために、グラフが違うものになる。しかしながら、屈折率が変化しても、吸収率が大きくなる吸収係数の範囲はあまり変わらない。例えば図５には、図４とは異なる屈折率（８．６４；Ｔｉの屈折率）を採用した場合のグラフを示す。図５のグラフは、図４のグラフを作成したときと屈折率以外の条件は同じである。図４と図５を比べるとわかるように、両者のグラフは吸収率には大きな差があるが、吸収率が大きくなる吸収係数の範囲はあまり変わらない。
屈折率の大きさにかかわらず、吸収率が大きくなる吸収係数の範囲を決めることができる。本実施例では、図４のグラフに基づいて、吸収率が大きくなる吸収係数の範囲を決定することにする。図４において、吸収率が１０％以上になる吸収係数の最小値ａｍｉｎ１は３．５×１０２（ｃｍ−１）であり、最大値ａｍａｘ１は２．２×１０５（ｃｍ−１）である。３．５×１０２〜２．２×１０５（ｃｍ−１）の範囲の吸収係数を持つ材料を赤外線吸収膜２０の上膜（赤外線の発生源側に配置される膜）として利用すれば、上膜が効率よく赤外線を吸収することができる。
また、吸収率が３０％以上になる吸収係数の最小値ａｍｉｎ２は２×１０３（ｃｍ−１）であり、最大値ａｍａｘ２は９×１０４（ｃｍ−１）である。ａｍｉｎ２〜ａｍａｘ２の範囲の吸収係数を持つ材料を上膜として利用すれば、吸収率をより向上させることができる。また、吸収率が５０％以上になる吸収係数の最小値ａｍｉｎ３は５×１０３（ｃｍ−１）であり、最大値ａｍａｘ３は５×１０４（ｃｍ−１）である。ａｍｉｎ３〜ａｍａｘ３の範囲の吸収係数を持つ材料を上膜として利用すれば、非常に優れた吸収能力を発揮することができる。
図４（又は図５）のグラフに基づいて、上膜として利用する材料を選択すれば、上膜が赤外線を効率よく吸収することができる。
【００２２】
本実施例のＮＳＧ膜２４の厚みは、約１．７１（μｍ）に設定されている。図６は、ＮＳＧ膜２４の厚みと吸収率の関係を示すグラフである。縦軸の吸収率は、ＮＳＧ膜２４とＴｉＮ膜２８の２膜を合わせた吸収率である。このグラフを作成する際に利用したＴｉＮ膜２８については後で詳しく説明する。図６から明らかなように、ＮＳＧが厚くなると、二膜合わせての吸収率が上がっていく。ＮＳＧの厚みが１．７１（μｍ）のときに、８〜１４（μｍ）の波長帯での吸収率の平均値が最大（７２％）になった。ＮＳＧの厚みを１．７１（μｍ）以上にしても吸収率はほとんど変わらなかった。この結果に基づいて、本実施例のＮＳＧ膜２４の厚みを決定した。約１．７１（μｍ）の厚みのＮＳＧ膜２４を利用すれば、薄いながらも効率よく赤外線を吸収することができる。なお、ＮＳＧ膜２４の厚みが変動しても赤外線を安定に吸収することができる。
赤外線吸収膜２０の上膜（本実施例ではＮＳＧ膜２４）を薄くすることができれば、赤外線吸収膜２０の全体の厚みを薄くすることができる。赤外線吸収膜２０が厚いと、赤外線を吸収しても赤外線吸収膜２０が温度上昇し難くなる。即ち、センサ１０の感度が悪くなる。
本発明者らの研究によって、ＮＳＧ膜２４の厚みが３．０（μｍ）以下であれば、センサ１０が十分な感度を有し、半導体設備で容易に成膜加工できることがわかった。また、図５の結果からもわかるように、ＮＳＧ膜２４の厚みは１．５（μｍ）以上であることが好ましい。ＮＳＧ膜２４の厚みが１．５〜３．０（μｍ）の範囲であれば、高い吸収率を発揮できるとともにセンサ１０の感度も十分である。また、より高感度のセンサ１０を実現するためには、ＮＳＧ膜２４の厚みを１．５〜２．０（μｍ）の範囲に設定することが好ましい。
【００２３】
続いて、ＴｉＮ膜２８について説明する。本実施例のＴｉＮ膜２８は約０．２（μｍ）の厚みを有する。波長１０（μｍ）の赤外線に対するＴｉＮ膜２８の吸収係数は、８×１０４（ｃｍ−１）である。ＮＳＧ膜２４を伝わってＴｉＮ膜２８に入射した赤外線の反射率は、７２（％）である。この反射率は、ＮＳＧ膜２４の反射率（２０（％））より大きい。ＴｉＮ膜２８が単独で存在する状態で測定した透過率は２．７８（％）である。透過率が非常に小さいために、ＴｉＮ膜２８に進入した赤外線を効率よく吸収することができる。
本実施例のＴｉＮ膜２８は、スパッタリングによって製造される。スパッタリング条件としては、（１）温度；２５０（℃）、（２）アルゴンガスの流量；５０（ＳＣＣＭ）、（３）窒素ガスの流量；５０（ＳＣＣＭ）、及び（４）圧力；１０（ｍＴｏｒｒ）を採用した。この条件で製造されたＴｉＮ膜２８を利用すれば、高い吸収率を実現することができた。このＴｉＮ膜２８とＮＳＧ膜２４の２膜を合わせての吸収率は、８〜１４（μｍ）の波長帯の平均値として７２（％）であった。これに対し、上記のスパッタリング条件（４）の圧力を２．３（ｍＴｏｒｒ）に変えてＴｉＮ膜（比較ＴｉＮ膜と呼ぶ）を製造したところ、その比較ＴｉＮ膜とＮＳＧ膜２４の２膜を合わせての吸収率は、８〜１４（μｍ）の波長帯の平均値として６８（％）であった。なお、この比較ＴｉＮ膜が厚み０．２（μｍ）である場合は、比較ＴｉＮ膜の透過率は０．５０（％）であった。
本実施例のＴｉＮ膜２８は高い吸収能力を発揮することができる。この理由としては、スパッタリング圧力が高いためにＴｉＮ膜２８の中に多くの酸素が取り込まれ、吸収係数と屈折率が変化し、赤外線を吸収しやすい性質に変化しているからであると推定することができる。
本発明者らの研究によって、スパッタリングによってＴｉｎ膜を製造するための圧力は、５〜５０（ｍＴｏｒｒ）であることが好ましいことがわかった。この範囲の圧力を採用すれば、吸収能力の高いＴｉＮ膜を製造することができる。
【００２４】
図７は、本実施例のＮＳＧ膜２４（厚さ１．７１（μｍ））を上膜として利用した場合に、下膜の吸収係数と吸収率の関係を示すグラフである。ここでの吸収率は、上膜と下膜の２膜を合わせた吸収率である。下膜の厚みは０．２（μｍ）である。図７に示されるように、下膜の吸収係数がｂｍｉｎ１（１．０×１０３）〜ｂｍａｘ１（２．２×１０５）の範囲であれば、吸収率は高いものとなる。図中の点Ｂは、本実施例のＴｉＮ膜２８の吸収係数（８×１０４（ｃｍ−１））を示している。ＴｉＮ膜２８は、ｂｍｉｎ１〜ｂｍａｘ１の範囲に含まれており、高い吸収率（７２％）を実現している。
なお、下膜の吸収係数がｂｍｉｎ２（５×１０３）〜ｂｍａｘ２（５×１０４）の範囲であれば、非常に高い吸収率を実現することができる。
【００２５】
センサ１０の近くにヒトが存在すると、ヒトから発せられた赤外線が図２の矢印に示されるようにＮＳＧ膜２４の表面２４ａに入射する。図２では、ＮＳＧ膜２４の表面２４ａに垂直に赤外線が入射する様子しか示されていない。しかしながら、実際は、ＮＳＧ膜２４の表面２４ａには様々な角度で赤外線が入射する。
ＮＳＧ膜２４の表面２４ａに入射された赤外線は、ＮＳＧ膜２４の内部に進入するか、あるいは、ＮＳＧ膜２４の表面２４ａで反射する。本実施例のＮＳＧ膜２４の反射率はＴｉＮ膜２８の反射率よりも小さい。このために、ＮＳＧ膜２４に到達した赤外線の多くをＮＳＧ膜２４の内部に進入させることができる。ＮＳＧ膜２４の内部に進入した赤外線の一部は、ＮＳＧ膜２４で吸収される。本実施例のＮＳＧ膜２４は、赤外線を効率よく吸収する。ＮＳＧ膜２４で吸収されなかった赤外線はＴｉＮ膜２８に到達する。ＴｉＮ膜２８に到達した赤外線は、ＴｉＮ膜２８の内部に進入するか、あるいは、ＴｉＮ膜２８で反射する。ＴｉＮ膜２８の内部に進入した赤外線はＴｉＮ膜２８で吸収される。ＴｉＮ膜２８の吸収係数はＮＳＧ膜２４よりも大きいために、ＴｉＮ膜２８は非常に効率よく赤外線を吸収することができる。ＴｉＮ膜２８を透過する赤外線も存在するが、その量は少ない。ＴｉＮ膜２８で反射した赤外線はＮＳＧ膜２４で吸収される。ＮＳＧ膜２４に吸収されなかった赤外線は、ＮＳＧ膜２４の表面２４ａから外部に出て行く。
本実施例の赤外線吸収膜２０は、８〜１４（μｍ）の波長帯の平均値として７２（％）という非常に高い吸収率を有する。即ち、外部からＮＳＧ膜２４に入射した赤外線量を１００（％）とした場合に、ＮＳＧ膜２４の表面で反射した赤外線量と、ＴｉＮ膜２８で反射してＮＳＧ膜２４の表面から外部に出て行った赤外線量と、ＴｉＮ膜２８を透過した赤外線量の和が２８（％）しかないことを意味している。本実施例の赤外線吸収膜２０は、吸収率が非常に高く、センサ１０の感度が非常に高い。
また、半導体プロセスによって赤外線吸収膜２０を製造するために、ＮＳＧ膜２４やＴｉＮ膜２８を容易に製造することができる。上記した特許文献１の技術は上膜（本実施例ではＮＳＧ膜２４）の厚みを厳格に管理している。しかしながら、本実施例の赤外線吸収膜２０は、厚みをそれほど厳格に管理しなくても高い吸収率を実現することができる。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、次のように変更することができる。
（１）上記した実施例では、赤外線吸収膜２０の上膜としてＮＳＧを利用したが、ＳｉＮを利用することもできる。波長１０（μｍ）でのＳｉＮの吸収係数は、１．６２×１０４（ｃｍ−１）である。
（２）赤外線吸収膜２０の下膜としてＴｉＮを利用したが、ＴｉやＴｉＯＮを利用することもできる。Ｔｉの吸収係数は、２．２×１０５（ｃｍ−１）である。上記実施例のＴｉＮ膜２８と同じ厚みである場合は、Ｔｉの透過率は０．０７（％）である。ＴｉＯＮの吸収係数は、５×１０４（ｃｍ−１）である。上記実施例のＴｉＮ膜２８と同じ厚みである場合に、ＴｉＯＮの透過率は６（％）である。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第２膜の吸収係数と吸収能力の関係を示すグラフである。
【図２】実施例のヒト検知センサの断面図を示す。
【図３】ヒト検知センサの絶縁膜の平面図を示す。
【図４】第１膜（上膜）の吸収係数と吸収率の関係を示す。
【図５】第１膜（上膜）の吸収係数と吸収率の関係を示す（図４とは異なる屈折率の場合）。
【図６】ＮＳＧの厚みと吸収率の関係を示す。
【図７】第２膜（下膜）の吸収係数と二膜合わせての吸収率の関係を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１０：ヒト検知センサ
２０：赤外線吸収膜
２４：ＮＳＧ膜
２８：ＴｉＮ膜
３０：熱伝達部
４０：絶縁膜
５２：熱検出部
６０：シリコン基板
【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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