(57)【要約】【課題】赤外線の吸収効率を向上し、焦電体の反りを低減できる焦電センサ及びその製造方法。【解決手段】焦電体１１と、焦電体１１の上面に形成され且つ信号を取り出すための上面電極１３と、上面電極１３の上面に形成され且つ赤外線を吸収するための第１赤外線吸収膜１４と、焦電体１１の下面に形成され且つ信号を取り出すための下面電極１５と、下面電極１５の下面に形成され且つ赤外線を吸収するための第２赤外線吸収膜１６と、焦電体１１を保持する保持台１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦電センサ素子と、
前記焦電センサ素子の上面に形成され且つ信号を取り出すための上面電極と、
前記上面電極の上面に形成され且つ赤外線を吸収するための第１赤外線吸収膜と、
前記焦電センサ素子の下面に形成され且つ前記信号を取り出すための下面電極と、
前記下面電極の下面に形成され且つ前記赤外線を吸収するための第２赤外線吸収膜と、
前記焦電センサ素子を保持する保持台と、
を備えることを特徴とする焦電センサ。
【請求項２】
前記保持台は、前記第１赤外線吸収膜及び前記第２赤外線吸収膜のそれぞれの受光面積よりも大きい開口部を有することを特徴とする請求項１記載の焦電センサ。
【請求項３】
前記第１赤外線吸収膜及び前記第２赤外線吸収膜のそれぞれは、金黒膜又は白金黒膜からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の焦電センサ。  
【請求項４】
前記焦電センサ素子は、ＤＬＡＴＧＳ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３のいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の焦電センサ。
【請求項５】
前記第２赤外線吸収膜の赤外線反射率は、前記第１赤外線吸収膜の赤外線反射率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の焦電センサ。
【請求項６】
焦電センサ素子の下面に信号を取り出すための下面電極を形成するステップと、
前記下面電極の下面に赤外線を吸収するための第２赤外線吸収膜を形成するステップと、
前記焦電センサ素子の上面に前記信号を取り出すための上面電極を形成するステップと、
前記上面電極上に前記赤外線を吸収するための第１赤外線吸収膜を形成するステップと、
前記焦電センサ素子を保持台に保持するステップと、
を含むことを特徴とする焦電センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電効果を利用して赤外線を電気信号に変換する焦電センサ及びその製造方法に関し、特に、赤外線の吸収効率を向上し焦電体の反りを軽減することができる焦電センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換型赤外分光装置用途の赤外線センサとして、焦電型赤外線センサ（以下、焦電センサと称する。）が知られている。この焦電センサには、赤外線を吸収するための赤外線吸収膜が成膜されている。
【０００３】
この赤外線吸収膜の材料としては、赤外線吸収効率に非常に優れた金属黒膜、特に金黒膜が例示できる（特許文献１）。この金黒膜の場合、膜厚が３μｍであり、９０％程度の赤外線吸収率を得ることができる。しかし、１０％程度の赤外線が金黒膜を透過してしまう。焦電体の膜厚が数μｍであるため、透過した赤外線を焦電体自身で吸収することはできない。
【０００４】
また、焦電体は、焦電体に成膜した赤外線吸収膜の内部応力の影響により、反りが発生する。このため、クラックや剥離などが生じ易くなる。
【０００５】
特許文献２に記載された技術では、赤外線吸収膜を分割して反りを低減している。しかし、赤外線吸収膜を分割するためのスリット部には赤外線吸収膜はないため、スリット部では赤外線を吸収することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１４８６６３号公報
【特許文献２】特許２７３７５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、赤外線の吸収効率を上げるために、金黒膜の厚みをさらに大きくすると、焦電体はさらに反りが大きくなり、クラックや剥離が生じやくなる。
【０００８】
本発明の課題は、赤外線の吸収効率を向上し、焦電体の反りを低減することができる焦電センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る焦電センサは、上記課題を解決するために、焦電センサ素子と、前記焦電センサ素子の上面に形成され且つ信号を取り出すための上面電極と、前記上面電極の上面に形成され且つ赤外線を吸収するための第１赤外線吸収膜と、前記焦電センサ素子の下面に形成され且つ前記信号を取り出すための下面電極と、前記下面電極の下面に形成され且つ前記赤外線を吸収するための第２赤外線吸収膜と、前記焦電センサ素子を保持する保持台とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る焦電センサの製造方法は、焦電センサ素子の下面に信号を取り出すための下面電極を形成するステップと、前記下面電極の下面に赤外線を吸収するための第２赤外線吸収膜を形成するステップと、前記焦電センサ素子の上面に前記信号を取り出すための上面電極を形成するステップと、前記上面電極上に前記赤外線を吸収するための第１赤外線吸収膜を形成するステップと、前記焦電センサ素子を保持台に保持するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、焦電体センサ素子に入射した赤外線は、第１赤外線吸収膜により吸収され、第１赤外線吸収膜を透過した赤外線は、焦電体センサ素子を透過して、第２赤外線吸収膜により吸収される。即ち、第１赤外線吸収膜で吸収しきれなかった赤外線は、第２赤外線吸収膜により吸収できるため、赤外線の吸収効率が向上する。
【００１２】
また、焦電体センサ素子を第１赤外線吸収膜と第２赤外線吸収膜とで挟み込んだ構造となっているため、焦電体センサ素子の反りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の焦電センサの断面図である。
【図２】実施例１の焦電センサの上面図である。
【図３】実施例１の焦電センサの製造工程を示す断面図である。
【図４】実施例２の焦電センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の焦電センサの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１の焦電センサの断面図である。図２は、実施例１の焦電センサの上面図である。図１に示す焦電センサの断面図は、図２に示す焦電センサの上面図におけるＢ−Ｂ´間の断面図である。
【００１６】
図１に示す焦電センサは、焦電体１１、保持台１２、上面電極１３、１次赤外線吸収膜１４（第１赤外線吸収膜）、下面電極１５、２次赤外線吸収膜１６（第２赤外線吸収膜）、上面電極信号取り出し線１７、下面電極パッド１８、下面電極信号取り出し線１９を有して構成されている。
【００１７】
焦電センサは、入射する赤外線を電気信号に変換する。ＦＴＩＲ（フーリエ変換型赤外分光装置）において、入射赤外線は、数十から数キロＨｚ程度で変調されている。
【００１８】
焦電体１１（焦電センサ素子）は、ＤＬＡＴＧＳ（Deuterated L-Alanine Triglycine Sulphate（重水素化Ｌ−アラニンド−プトリグリシン硫酸結晶））、ＬｉＴａＯ３（リチウムタンタレート）、ＬｉＮｂＯ３（リチウムナイオベート）、のいずれかからなる。あるいは、焦電体１１として、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、ＰＧＯ、前述したＤＬＡＴＧＳが含まれるＴＧＳなどを用いることもできる。焦電体１１の外形は、四角形状であるが、熱膨張による反りを回避するために焦電体１１の四隅の角を切除したり、あるいは円形状とすることも可能であり、点対称の形状であれば良い。
【００１９】
保持台１２は、焦電体１１を保持し、Ｓｉ単結晶基板やガラス基板、セラミック基板のいずれかからなる。保持台１２は、開口部１２ａを有し、開口部１２ａが２次赤外線吸収膜１６の受光面積よりも大きくなるように形成され、焦電体１１から保持台１２への熱の逃げを回避するために、保持台１２の４点（４隅部分）で焦電体１１を保持している。
【００２０】
焦電体１１の上面には、上面電極１３が形成されている。さらに、上面電極１３の上面には１次赤外線吸収膜１４が形成されている。
【００２１】
また、焦電体１１の下面には、下面電極１５が形成されている。さらに、下面電極１５の下面には２次赤外線吸収膜１６が形成されている。
【００２２】
上面電極１３及び下面電極１５のそれぞれは、金、銅やアルミニウムなどの導電性金属からなる。１次赤外線吸収膜１４及び２次赤外線吸収膜１６のそれぞれは、金黒膜などの金属黒膜からなる。あるいは、１次赤外線吸収膜１４及び２次赤外線吸収膜１６のそれぞれは、白金黒膜などの金属黒膜を用いてもよい。
【００２３】
上面電極１２には信号取り出し用の上面電極信号取り出し線１７がボンディングされている。上面電極信号取り出し線１７は、上面電極１３を介して焦電体１１で発生した電気信号を読み出す。下面電極パッド１８は、保持台１２に形成され、導電性ペーストやハンダにより下面電極１５に接合され、電気的に導通する。
【００２４】
下面電極信号取り出し線１９は、下面電極パッド１８にボンディングされている。このため、下面電極信号取り出し線１９は、下面電極１５と下面電極パッド１８とを介して焦電体１１で発生した電気信号を読み出す。
【００２５】
次に、このように構成された実施例１の焦電センサの動作を説明する。焦電体１１の上面に１次赤外線吸収膜１４が形成され、焦電体１１の下面に２次赤外線吸収膜１６が形成されている。従って、焦電体１１に入射した赤外線は、焦電体１１の上面に形成された１次赤外線吸収膜１４により吸収される。
【００２６】
次に、１次赤外線吸収膜１４を透過した赤外線は、焦電体１１を透過して、焦電体１１の下面に形成された２次赤外線吸収膜１６により吸収される。即ち、１次赤外線吸収膜１４で吸収しきれなかった赤外線は、２次赤外線吸収膜１６により吸収できるため、赤外線の吸収効率が向上する。
【００２７】
また、焦電体１１を１次赤外線吸収膜１４と２次赤外線吸収膜１６とで挟み込んだ構造となっているため、焦電体１１の反りを低減することができる。
【００２８】
さらに、開口部１２ａの面積が２次赤外線吸収膜１６の面積よりも大きくなるように形成され、保持台１２の４点で焦電体１１を保持しているので、焦電体１１から保持台１２への熱の逃げを回避することができる。
【００２９】
次に、実施例１に係る焦電センサの製造方法について、図３に示す焦電センサの製造工程を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、例えばＬｉＴａＯ３からなる焦電体１１を所望の形状に加工する。次に、図３（ｂ）に示すように、焦電体１１の下面に、金からなる下面電極１５を蒸着によって成膜する。
【００３１】
次に、図３（ｃ）に示すように、焦電体１１の下面に、金黒膜パターンを形成するためのマスク２１を焦電体１１に取り付ける。次に、図３（ｄ）に示すように、１０００Ｐａ程度の低真空度下で金を蒸着すことにより、多孔質の金が焦電体１１の下面に成膜されて、金黒膜（２次赤外線吸収膜１６）が形成される。
【００３２】
次に、図３（ｅ）に示すように、マスク２１を取り外す。さらに、図３（ｆ）に示すように、焦電体１１の下面に、ガラス基板２２を接着する。
【００３３】
次に、図３（ｇ）に示すように、焦電体１１を所望の厚みまで研磨した後、図３（ｈ）に示すように、焦電体１１の上面に金からなる上面電極１３を蒸着する。
【００３４】
次に、図３（ｉ）に示すように、焦電体１１の上面に、金黒膜パターンを形成するためのマスク２３を焦電体１１に取り付ける。次に、図３（ｊ）に示すように、１０００Ｐａ程度の低真空度下で金を蒸着すことにより、多孔質の金が焦電体１１の上面に成膜されて、金黒膜（１次赤外線吸収膜１４）が形成される。
【００３５】
次に、図３（ｋ）に示すように、マスク２３を取り外す。さらに、図３（ｌ）に示すように、ガラス基板２２を焦電体１１から剥離する。
【００３６】
最後に、図３（ｍ）に示すように、焦電体１１の下面電極と保持台１２上の下面電極パッド１８との間を導電性ペースト（導電性部材）により接着、若しくはハンダで接合する。
【００３７】
図３（ａ）〜図３（ｍ）の工程を実施することにより、実施例１に係る焦電センサを容易に製造することができる。
【実施例２】
【００３８】
図４は、実施例２の焦電センサの断面図である。実施例２の焦電センサは、１次赤外線吸収膜１４及び２次赤外線吸収膜１６ａが金黒膜からなる。
【００３９】
１次赤外線吸収膜１４は、赤外線反射率が所定値よりも小さい金黒膜からなる。例えば、金黒膜を成膜する際の真空度を図３（ｄ）時の成膜条件（１０００Ｐａ以下）よりも高い真空度にすることで得られる。
【００４０】
２次赤外線吸収膜１６ａは、赤外線反射率が１次赤外線吸収膜１４よりも大きい金黒膜からなる。例えば、金黒膜を成膜する際の真空度を一次赤外線吸収膜１４の成膜時の真空度よりも低い真空度にすることで得られる。
【００４１】
このような実施例２の焦電センサによれば、１次赤外線吸収膜１４は、赤外線反射率が所定値よりも小さい金黒膜からなるので、赤外線を十分に吸収することができる。１次赤外線吸収膜１４により、入射された赤外線の例えば、約９０％を吸収することができる。
【００４２】
また、２次赤外線吸収膜１６ａは、赤外線反射率が前記所定値よりも大きい金黒膜からなるので、２次赤外線吸収膜１６ａに入射した赤外線は、２次赤外線吸収膜１６ａで吸収されるとともに、殆ど透過せずに反射されて、焦電体１１に戻る。
【００４３】
このため、例えば残った１０％の赤外線の殆どが２次赤外線吸収膜１６ａで吸収される。従って、２次赤外線吸収膜１６ａにより赤外線吸収率がさらに向上するので、実施例２の焦電センサは、実施例１の焦電センサの効果よりも大きくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る焦電センサは、フーリエ変換型赤外線分光装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１１  焦電体
１２  保持台
１２ａ  開口部
１３  上面電極
１４  １次赤外線吸収膜
１５  下面電極
１６，１６ａ  ２次赤外線吸収膜
１７  上面電極信号取り出し線
１８  下面電極パッド
１９  下面電極信号取り出し線
２１，２３  マスク
２２  ガラス基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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