(57)【要約】【課題】本発明は、赤外線を検知する赤外線検出装置に関し、赤外線検出装置の検出性能を高めることを目的とする。【解決手段】支持層６と、支持層６の上に設けた検出部１と、検出部１の上に設けた赤外線吸収層１０を備えた赤外線検出装置において、検出部１は、下部電極層７と、下部電極層７の上に設けた焦電体層８と、焦電体層８の上に設けた上部電極層９を備え、検出部１の側面を赤外線吸収層１０で覆い、下部電極層７の外周端を焦電体層８の外周端より内側に位置するとともに、下部電極層７の外側面と赤外線吸収層１０の内側面の間に焦電体層８を設けた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層と、前記支持層の上に設けた検出部と、前記検出部の上に設けた赤外線吸収層を備えた赤外線検出装置において、前記検出部は、下部電極層と、前記下部電極層の上に設けた焦電体層と、前記焦電体層の上に設けた上部電極層を備え、前記検出部の側面を前記赤外線吸収層で覆い、前記下部電極層の外周端を前記焦電体層の外周端より内側に位置するとともに、前記下部電極層の外側面と赤外線吸収層の内側面の間に前記焦電体層を設けたことを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
前記焦電体層の側面が、前記上部電極層側から前記下部電極層側に向けて拡開する傾斜面を有する、請求項１に記載の赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を検知する赤外線検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触で温度を検出する装置として、赤外線を利用する熱型の赤外線検出装置が提案されている。熱型の赤外線検出装置としては、焦電型検出装置、抵抗ボロメータ型検出装置、サーモパイル型検出装置等がある。焦電型検出装置では、温度変化によって表面に電荷を生じる焦電体材料を利用している。抵抗ボロメータ型検出装置では、温度変化によって抵抗値が変化する抵抗ボロメータ材料を利用している。サーモパイル型検出装置では温度差で熱起電力が生じるゼーベック効果を利用している。
【０００３】
この中で、焦電型検出装置は微分出力特性を有しており、入射する赤外線量の変化で出力が生じる。したがって、焦電型検出装置は、例えば、人や動物などの熱を発する物体の移動を検知するセンサ等として広く利用されている。
【０００４】
焦電型検出装置としては、一般的にバルクセラミックスを用いたシングル素子型やデュアル素子型の検出装置が用いられている。デュアル素子型検出装置では、２つのシングル素子の受光面電極同士または対向面電極同士を、焦電体基板の温度変化により発生する電荷が逆極性となるように直列接続されている。この構造とすることにより、シングル素子を１つのみを用いた際に生じる外部温度依存性を補正できる。また、出力波形の位相が人体の移動方向によって反転する特徴を利用し、プラス側とマイナス側のどちらの人体検知信号が先に出力されたかによって人体の移動方向の判別が可能となる。
【０００５】
赤外線検出装置の赤外線検出素子は、支持層の上に下部電極層、焦電体層、上部電極層からなる検出部と、その上部に赤外線吸収層を設ける構造が知られている。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１５９４５０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０８０５７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、赤外線検出装置の検出性能を高める方法の一つに、赤外線受光面積拡大があるが、近年の小型化の要求から面積拡大が限られており、小型の赤外線検出装置の検出性能を高めることが課題となっていた。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、小型の赤外線検出装置の検出性能を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために本発明は、支持層と、支持層の上に設けた検出部と、検出部の上に設けた赤外線吸収層を備えた赤外線検出装置において、検出部は、下部電極層と、下部電極層の上に設けた焦電体層と、焦電体層の上に設けた上部電極層を備え、検出部の側面を赤外線吸収層で覆い、下部電極層の外周端を焦電体層の外周端より内側に位置するとともに、下部電極層の外側面と赤外線吸収層の内側面の間に焦電体層を設ける構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
この構造により、小型の赤外線検出装置において検出性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態における赤外線検出装置の上面図である。
【図２】同赤外線検出装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】同赤外線検出装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】他の赤外線検出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態における赤外線検出装置の概略構造を示す上面図である。図２は、図１に示す点線Ａ−Ａにおける断面図である。図３は、図１に示す点線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【００１５】
この赤外線検出装置は、図２および図３に示すように、凹部４を有する基板５と、凹部４上に配置された検出部１と、検出部１を凹部４上に懸架する脚部２と、検出部１を覆う赤外線吸収層１０とを有する。検出部１は、凹部４上に位置するように、脚部２を介して基板５の上端部に接続されている。
【００１６】
また検出部１は、支持層６の上に設けられており、支持層６上に設けられた下部電極層７と、下部電極層７上に設けられた焦電体層８と、焦電体層８上に設けられた上部電極層９を有する。なお、検出部１の上面および側面は赤外線吸収層１０で覆われた構成としている。また、支持層６は基板５の上端面にまで延伸されており、後述する脚部２の一部を構成する。
【００１７】
脚部２は、凹部４を囲む基板５の表面の対向した位置に設けられ、それぞれ中心方向に延伸している。
【００１８】
また、一方の脚部２は、基板５の主面側から順に支持層６、下部電極層７、焦電体層８、赤外線吸収層１０を有する。他方の脚部２は基板５の主面側から順に支持層６、焦電体層８、上部電極層９、赤外線吸収層１０を有する。
【００１９】
検出部１は、支持層６の上に設けられて、支持層６から順に下部電極層７、焦電体層８、上部電極層９を有する。検出部１の上に赤外線吸収層１０が設けられている。なお、凹部４は、検出部１を基板５上に脚部２で中空に支持する深さを有するように設ければよく、基板５を貫通していてもよい。また、基板５の表面に設けられた電極パッド３は、上部電極層９や下部電極層７が接続されている。
【００２０】
基板５の材料は、焦電体層８の材料よりも線熱膨張係数が大きい。基板５として、例えば、鉄やクロムを主成分とするステンレス、チタン、アルミ、マグネシウム等の金属材料や、ホウケイ酸ガラス等のガラス系材料、酸化マグネシウムやフッ化カルシウム等の単結晶材料、チタニア、ジルコニア等のセラミック系材料等を用いることができる。
【００２１】
また、基板５の材料として、圧延加工された金属鋼帯（圧延鋼板）を用いても良い。この金属鋼帯が微細な金属組織金属粒（オーステナイトやマルテンサイトなどに代表される金属組織など）の集合体で形成されていることが好ましい。すなわち、基板５は、微細な金属組織を有する圧延鋼板で形成されていることが好ましい。
【００２２】
支持層６には、シリコン酸化物もしくはシリコン酸化物を含む化合物材料を用いる。例えば、支持層６としてシリコン酸化物や、シリコン酸化物を窒化したシリコン窒化膜（ＳｉＯＮ）等を用いることができる。
【００２３】
下部電極層７はニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３、以降「ＬＮＯ」と記す）もしくはニッケル酸ランタン中のニッケルの一部を他の金属で置換した材料で形成されている。金属的電気伝導性を有する酸化物である。ＬＮＯのニッケルの一部を他の金属で置換した材料としては、例えば鉄で置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＦｅＯ３系材料、アルミニウムで置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＡｌＯ３系材料、マンガンで置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＭｎＯ３系材料、コバルトで置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＣｏＯ３系材料等である。また、必要に応じて、二種以上の金属で置換したものを用いることもできる。
【００２４】
焦電体層８は、温度変化により分極量もしくは静電容量が変化する材料で構成されている。例えば、焦電体層８は菱面体晶系または正方晶系の（００１）面配向のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。ＰＺＴの組成は、正方晶系の組成Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０付近が望ましいが、正方晶系と菱面体晶系との相境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）や、ＰｂＴｉＯ３を用いてもよく、Ｚｒ／Ｔｉ＝０／１００〜７０／３０であればよい。また、焦電体層８の構成材料は、ＰＺＴにＬａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等、ＰＺＴを主成分とするペロブスカイト型酸化物強誘電体であればよい。すなわち、ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３）やＰＺＮ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３）であってもよい。
【００２５】
また、下部電極層７に、ＬＮＯを始めとする導電性酸化物材料を用いることで、従来の白金を用いる場合と比較して、熱コンダクタンスが低減する。すなわち、検出部１の熱絶縁性を高めることができ、ひいては赤外線検出装置の感度を高めることができる。
【００２６】
上部電極層９は、金（Ａｕ）材料で形成され、その厚みは例えば５０ｎｍ程度である。上部電極層９の材料は金に限らず、導電性を有する材料であればよく、厚さは１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であればよい。例えば、チタンやチタン合金の他、ニッケル酸ランタンや酸化ルテニウム、ルテニウム酸ストロンチウム等の導電性酸化物を用いても良い。また、白金や金の結晶粒径を制御して、赤外線吸収能を付与した、いわゆる、白金黒膜、金黒膜と呼ばれるような、金属黒膜を用いても良い。
【００２７】
赤外線吸収層１０は、赤外線を吸収する材料で構成することが望ましい。本実施の形態ではシリコン酸化物を主成分とする材料を用いる。なお、赤外線吸収層１０の材料はシリコン酸化物に限るものではなく、赤外線を吸収する材料であれば良く、シリコン酸化物を窒化したシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等を選択してもよい。
【００２８】
なお、前述のように、基板５の線熱膨張係数は焦電体層８の線熱膨張係数よりも大きい。後述する焦電体層８の成膜過程において、成膜時にアニール工程が必要となるが、ＰＺＴは高温で結晶化再配列することから、室温までの冷却時に、基板５との線熱膨張係数の差により応力が残留する。例えば、基板５をＳＵＳ４３０で構成する場合、ＳＵＳ４３０の線熱膨張係数が１０．５ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、ＰＺＴの線熱膨張係数は７．９ｐｐｍ／Ｋである。このように、ＳＵＳ４３０で構成された基板５の線熱膨張係数がＰＺＴで構成された焦電体層８の線熱膨張係数より大きい。そのため、ＰＺＴには圧縮方向の応力が印加される。これにより、焦電体層８は分極軸方向であるｃ軸方向に高い選択配向性を有する。なおＳＵＳ４３０とはフェライト系ステンレスであり、Ｎｉを含まず、１６〜１８重量％のＣｒを含んでいる。
【００２９】
焦電体層８の赤外線検出性能は、その焦電係数に比例することが知られており、焦電係数は結晶の分極軸方向に配向した膜で高い値を示すことが知られている。上述のように、焦電体層８は線熱膨張係数の大きい基板５上に形成され、成膜過程で膜に熱応力による圧縮応力が印加されている。その結果、分極軸であるｃ軸方向に配向していることから、焦電体層８は高い赤外線検出性能を有する。
【００３０】
加えて、基板５からの熱応力により、焦電体層８に圧縮応力を印加することで、焦電体層８のキュリー点を向上することができる。例えば、焦電体層８をＳｉ基板上に形成した場合、キュリー点は３２０℃程度である。これに対して、焦電体層８をＳＵＳ４３０基板上に形成した場合、キュリー点は３８０℃程度となり、大幅に向上することができる。このように焦電体層８のキュリー点を大幅に向上することで、高い耐熱性と、熱に対する高い信頼性を実現できる。そのため、表面実装等に必須の鉛フリー半田を用いたリフロー工程にも対応することが可能となる。
【００３１】
次に、本実施の形態による赤外線検出装置の製造方法について説明する。初めに、赤外線検出装置を構成する各層の形成方法について説明する。
【００３２】
基板５上に支持層６を形成するために、シリコン酸化物前駆体溶液（以下、前駆体溶液）をスピンコート法により塗布することでシリコン酸化物前駆体膜（以下、前駆体膜）を形成する。前駆体溶液としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）を主成分とする溶液を用いているが、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ、ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）やペルヒドロポリシラザン（ＰＨＰＳ、ＳｉＨ２ＮＨ）等を主成分とする前駆体溶液を用いてもよい。
【００３３】
この前駆体溶液をスピンコート法により、凹部４を形成する前の、平板状の基板５の主面に塗布する。以降、塗布した膜のうち、結晶化していない状態のものを前駆体膜と称する。スピンコートの条件は、回転速度２５００ｒｐｍで３０秒としている。
【００３４】
次に、１５０℃で１０分間加熱して前駆体溶液を乾燥する。乾燥することにより前駆体膜中の物理吸着水分を除去する。この際の温度は１００℃を超えて２００℃未満であることが望ましい。２００℃以上ではシリコン酸化物前駆体膜中の残留有機成分が分解し始める。１００℃以下では、作製した支持層６の膜中へ水分が残留する虞がある。その後、５００℃で１０分間加熱することにより、残留有機物を熱分解し、前駆体膜を緻密化する。
【００３５】
そして、前駆体溶液を基板５上に塗布してから膜を緻密化するまでの一連の操作を、前駆体膜が所望の厚さになるまで複数回繰り返すことにより、支持層６を形成する。
【００３６】
なお、本実施の形態では支持層６であるシリコン酸化物層をＣＳＤ法により形成しているが、ＣＳＤ法に限定されない。シリコン酸化物の前駆体膜を基板５上に形成し、加熱によりシリコン酸化物の緻密化を行う方法であればよい。
【００３７】
支持層６の厚さは、３００ｎｍ以上、９５０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。膜厚が３００ｎｍより小さい場合は、基板５の構成元素である鉄とクロムの両方が、支持層６の全体に拡散し、下部電極層７にまで達してしまう可能性がある。鉄やクロムが下部電極層７に拡散すると、ＬＮＯの結晶性が低下する。膜厚が９５０ｎｍより大きい場合は、支持層６にクラック等が入ってしまう可能性がある。
【００３８】
次に、検出部１の形成方法について説明する。
【００３９】
まず、下部電極層７を形成するためのＬＮＯ前駆体溶液を、上述した支持層６の上に塗布する。出発原料としては、硝酸ランタン六水和物（Ｌａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ）、酢酸ニッケル四水和物（（ＣＨ３ＣＯＯ）２Ｎｉ・４Ｈ２Ｏ）を用い、溶媒として２−メトキシエタノールと２−アミノエタノールを用いる。
【００４０】
次に、基板５の一面に塗布したＬＮＯ前駆体溶液を１５０℃で１０分間、乾燥する。乾燥することによりＬＮＯ前駆体溶液中の物理吸着水分を除去する。この際の温度は１００℃を超えて２００℃未満であることが望ましい。この温度で乾燥することにより作製した膜中への水分の残留を防止することができる。なお２００℃以上ではＬＮＯ前駆体溶液中の残留有機成分が分解し始める。
【００４１】
その後３５０℃で１０分間、熱処理して残留有機成分を熱分解する。熱分解時の温度は２００℃以上、５００℃未満であることが好ましい。この温度で熱処理することで、作製したＬＮＯ前駆体膜中への有機成分の残留を防止することができる。なお５００℃以上では乾燥したＬＮＯ前駆体の結晶化が大きく進行してしまうため、それ未満の温度が望ましい。
【００４２】
ＬＮＯ前駆体溶液を支持層６の上に塗布してからＬＮＯ前駆体膜を熱処理するまでの一連の操作を、ＬＮＯ前駆体膜が所望の厚みになるまで複数回繰り返す。そしてＬＮＯ前駆体膜が所望の厚みになった時点で、急速加熱炉（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ、以降「ＲＴＡ炉」と記す）を用いて急速加熱し、ＬＮＯを生成させるとともに結晶化させる。その際、７００℃で５分程度加熱する。また昇温速度は毎分２００℃である。なお、結晶化の際の加熱温度は５００℃以上、７５０℃以下が望ましい。ＬＮＯの結晶化は、５００℃以上で促進される。また、７５０℃より高い温度では、ＬＮＯの結晶性が低下する。
【００４３】
その後、室温まで冷却する。以上の手順で下部電極層７を形成することにより、（１００）面方向に高配向したＬＮＯが作製される。下部電極層７を所望の膜厚にするために、複数回の塗布から熱分解を繰り返した後に一括して結晶化を行う替わりに、毎回塗布から結晶化までの工程を繰り返しても良い。
【００４４】
次に、下部電極層７をフォトリソグラフィのプロセスにより加工する。レジストを成膜し、所定のパターンを形成したクロムマスクなどを用いて、レジストに紫外線を照射し、露光する。その後、現像液を用いてレジストの露光部分を除去して、レジストのパターンを形成した後に、ドライエッチングにより下部電極層７をパターニングする。なお、下部電極層７のパターニングにはドライエッチング以外に、ウェットエッチング等の種々の方法を用いることができる。
【００４５】
次に、焦電体層８の製造方法について説明する。初めに、ＰＺＴ前駆体溶液を調製し、このＰＺＴ前駆体溶液を下部電極層７上に塗布する。出発原料としては、酢酸鉛（ＩＩ）三水和物（Ｐｂ（ＯＣＯＣＨ３）２・３Ｈ２Ｏ）、チタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ＯＣＨ（ＣＨ３）２）４）、ジルコニウムノルマルプロポキシド（Ｚｒ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）４）を用いる。これらにエタノールを加えて溶解し、還流することで、ＰＺＴ前駆体溶液を調製する。Ｔｉ／Ｚｒ比はｍｏｌ比でＴｉ／Ｚｒ＝７０／３０としている。また、安定化剤としてアセチルアセトンを金属陽イオンの総量に対して０．５ｍｏｌ当量加えている。なお、塗布方法としては、スピンコート法以外に、ディップコート法、スプレーコート法等の種々の塗布方法を用いることができる。
【００４６】
塗布が完了すると、ＰＺＴ前駆体溶液は、溶媒の蒸発と加水分解により、湿潤したＰＺＴ前駆体膜を形成する。このＰＺＴ前駆体膜に含まれる水分、残留溶媒を取り除くために、１１５℃の乾燥炉で、１０分間、乾燥させる。乾燥温度は１００℃を超えて２００℃未満であることが望ましい。２００℃以上ではＰＺＴ前駆体溶液中の残留有機成分が分解しはじめる。
【００４７】
次に、乾燥したＰＺＴ前駆体膜に化学的に結合した有機物を分解するために、４２０℃の電気炉で、１０分間の仮焼成を行う。仮焼成の温度は２００℃以上、５００℃未満であることが好ましい。５００℃以上では乾燥したＰＺＴ前駆体膜の結晶化が大きく進行する。本実施の形態では、ＰＺＴ前駆体溶液の塗布から仮焼成までを３回繰り返して、ＰＺＴ前駆体膜を形成する。なお繰り返し回数は特に限定されない。
【００４８】
その後、ＲＴＡ炉を用いた急速加熱によりＰＺＴ前駆体膜を結晶化させ焦電体層８を作製する。結晶化での加熱条件は６５０℃で５分程度であり、昇温速度は毎分２００℃としている。なお下部電極層７および焦電体層８の結晶化には、ＲＴＡ炉以外に、電気炉、ホットプレート、ＩＨ加熱炉、レーザアニール、プラズマアニール等を用いても良い。
【００４９】
上記の操作で形成された焦電体層８の厚みは５０〜４００ｎｍ程度となることから、それ以上の厚みが必要な場合には、上記の操作を複数回繰り返す。なお所望の厚みを得るために、ＰＺＴ前駆体溶液を塗布してＰＺＴ前駆体膜を形成し、乾燥する工程を複数回繰り返し、所望の厚みにＰＺＴ前駆体膜を形成した後に一括して結晶化工程を行っても良い。
【００５０】
次に、焦電体層８をフォトリソグラフィのプロセスにより加工する。下部電極層７と同様に、レジストのパターンを形成した後に、ドライエッチングやウェットエッチング等の種々の方法を用いて焦電体層８をパターニングする。
【００５１】
また、下部電極層７にＬＮＯ等の導電性酸化物を用いる場合、後述の上部電極層９のパターニングや基板５の加工の際に使用するエッチング溶液により下部電極層７がエッチングされてしまうのを防止する効果も有する。
【００５２】
上記の製造方法により形成した焦電体層８の上に、真空蒸着法やスパッタリング法等の種々の成膜方法により、金（Ａｕ）材料からなる上部電極層９を形成する。
【００５３】
次に、上部電極層９をフォトリソグラフィのプロセスにより加工する。下部電極層７と同様の方法でレジストパターンを形成し、ウェットエッチングにより上部電極層９をパターニングする。
【００５４】
以上の方法により、検出部１を構成する下部電極層７、焦電体層８、上部電極層９を形成した。
【００５５】
次に、支持層６と検出部１の上に、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法、ＣＳＤ法等の種々の成膜方法により、シリコン酸化物からなる赤外線吸収層１０を形成する。
【００５６】
その後、赤外線吸収層１０をフォトリソグラフィのプロセスにより加工する。焦電体層８と同様の方法でレジストパターンを形成し、ウェットエッチングやドライエッチングによって赤外線吸収層１０をパターニングする。
【００５７】
以上のようにして、凹部４を形成していない基板５の上に、順に支持層６、下部電極層７、焦電体層８、上部電極層９、赤外線吸収層１０を形成した積層膜を作製することができる。
【００５８】
次に、凹部４を形成するために、これらの積層膜をドライエッチングにより加工して、基板５の表面を露出させる。
【００５９】
その後、基板５の表面が露出した部分から、ウェットエッチングを行うことにより、凹部４を形成する。基板５がステンレスの場合、ウェットエッチングには塩化鉄溶液を用いる。そして、検出部１および脚部２に形成された支持層６の裏面が、基板５の表面から離間するまでウェットエッチングを行う。これにより、熱絶縁性の良好な赤外線検出装置を実現することができる。
【００６０】
なお、基板５の上に積層膜を作製した面の裏面側からウェットエッチングを行うことにより凹部４を形成してもよい。この場合においては、ドライエッチングによる積層膜の加工を行わなくてもよい。
【００６１】
このように本実施の形態によれば、支持層６、下部電極層７および焦電体層８はＣＳＤ法により作製している。そのため、スパッタ法等の気相成長法で必要となる真空プロセスが不要であり、コストを低減できる。さらに下部電極層７に用いるＬＮＯを本実施の形態の製造方法により形成することで、ＬＮＯを（１００）面方向に自己配向させることができる。そのため、配向方向は基板５の材料には依存しにくい。したがって、基板５の材料が制限されにくい。
【００６２】
また、基板５にステンレス材等の赤外線を反射する金属材料を用いることで、検出部１を透過してきた赤外線を反射し、再度、検出部１に赤外線を入射させることができる。そのため、入射赤外線の熱への変換量を大きくすることができ、赤外線検出性能を高めることができる。さらに、シリコン基板と比較してステンレス材料は非常に安価であり、基板コストを一桁程度安価にできる。
【００６３】
基板５をエッチングする際にウェットエッチングを用いていることから、基板５の表面から等方的にエッチングが進行する。したがって、凹部４の加工形状は断面方向から見ると図２や図３に示すように円弧状となる。そのため、検出部１を透過した赤外線に対して、エッチングされた底面が凹面鏡のように作用し、上部電極層９の上からだけでなく、裏面側である支持層６の下からも効率よく検出部１に集光できる。
【００６４】
さらに、基板５のステンレス材として、圧延加工されたステンレス鋼帯（圧延鋼板）を用い、このステンレス鋼帯が焦電体層８の径または短辺よりも小さい粒径の金属粒（金属組織）の集合体で構成されていることが好ましい。このような材料を基板５に用いると、ウェットエッチングのエッチング液が、金属粒（金属組織）の粒界から浸透する。その結果、図２や図３の断面図に示す焦電体層８の下の位置において、この断面に垂直な方向からの基板５のエッチングが促進される。そのため、基板５のエッチング加工の速度を上げることが可能となり、ひいては、赤外線検出装置の製造時間を短縮することができる。なお、この金属粒（金属組織）の径が、焦電体層８の外径または短辺の１／２よりも小さいステンレス鋼帯を用いることで、焦電体層８の外周面に平行な基板５の断面に、少なくとも一つの金属粒界が存在することとなる。そのため、基板５の断面に垂直な方向からのエッチングが促進される。圧延加工されたステンレス鋼帯における金属粒の径は２０〜３０μｍ程度であり、焦電体層８の短辺（一辺）の長さを６０μｍ程度以上に設計すればこの条件を満たす。
【００６５】
また、基板５をエッチングする際に、基板５の表面の露出部が少ない場合には、検出部１の内部に、支持層６、下部電極層７、焦電体層８および上部電極層９を貫通するようにエッチングホール（図示せず）を形成しても良い。これにより、検出部１の内部からもウェットエッチングを行うことが可能となり、エッチング時間が短縮される。
【００６６】
そして、この赤外線検出装置においては、検出部１の上面および外周側面を赤外線吸収層１０で覆うことで、上部電極層９に対して垂直方向から入射する赤外線だけでなく、斜め方向や水平方向から入射する赤外線も吸収することができ、赤外線吸収量を増加させることができるため、小型の赤外線検出装置においても検出性能を高めることができるという効果を有する。また、検出部１の側面を赤外線吸収層１０の一部で覆うことにより、湿気やエッチング溶液等から検出部１を保護できるという効果も有する。
【００６７】
さらに、検出部１における下部電極層７の外周端を焦電体層８の外周端より内側に配置し、この下部電極層７の外周端を内側にオフセットした部分、つまり、下部電極層７の外側面と赤外線吸収層１０の内側面の間に焦電体層８を設けた構造としたことで、小型の赤外線検出装置においても検出性能を高めることができる。
【００６８】
すなわち、下部電極層７は支持層６に接しているため、支持層６を介して基板５や凹部４の空間に放熱される。したがってこの下部電極層７の接続面積を削減することは、検出部１からの放熱抑制につながり、この面積削減のために下部電極層７を内側にオフセットした部分に、焦電体層８の一部を配置することで、検出部１における焦電体層８の体積を増加し、さらに、赤外線吸収層１０と焦電体層８の接続面積が増加するので、より大きな焦電効果を得ることができ、赤外線検出装置の検出性能を高められるのである。
【００６９】
なお、上部電極層９の外周端は下部電極層７の外周端よりも外側に位置することが望ましい。こうすることで、前述のように下部電極層７が焦電体層８で覆われた構造においても、パターンのずれが発生した場合の上部電極層９と下部電極層７の対向面積の変動を抑制し、一定に保つことができるという効果を有する。
【００７０】
その一方で、上部電極層９の外周端は焦電体層８の外周端よりも内側に位置することが望ましい。こうすることで、下部電極層７が焦電体層８の端面から露出している場合においても上部電極層９と下部電極層７の短絡を抑制できるという効果を有する。さらに、上部電極層９が支持層６に接触することによる、上部電極層９と基板５の間の寄生容量を抑制することができるという効果も有する。
【００７１】
また、他の実施の形態の赤外線検出装置の断面図を図４に示す。この赤外線検出装置は、上述した実施の形態における焦電体層８の側面を、上部電極層９側から下部電極層７側に向かって拡開する順テーパー形状の斜面としたもので、他の部分においては上述した実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００７２】
焦電体層８の側面を、上部電極層９側から下部電極層７側に向かって拡開する順テーパー形状の斜面とすることで、焦電体層８と赤外線吸収層１０の接触面積を増加させることができるため、赤外線吸収層１０で吸収した赤外線により発生する熱を効率的に焦電体層８に伝えることができ、赤外線検出装置の検出性能を高めることができる。
【００７３】
また、焦電体層８の側面を順テーパー形状にする場合、焦電体層８をパターニングするためのレジストに紫外線を照射する際に、クロムマスク等とレジストとの間隔を広げてデフォーカスさせることでレジストを順テーパー形状にでき、これによってドライエッチング後の焦電体層８の側面を順テーパー形状にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明による赤外線検出装置は、焦電特性が高く、赤外線吸収能が高く、また、熱絶縁性が高い。そのため、赤外線検出性能の大きい優れたセンサ特性を実現することができる。この赤外線検出装置を各種電子機器に用いることにより、高い赤外線検出性能を有する赤外線検出装置等の各種デバイスを提供することができる。したがってこの赤外線検出装置は、人感センサや温度センサ等の各種センサ、焦電発電デバイス等の発電デバイス等の用途に有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１  検出部
２  脚部
３  電極パッド
４  凹部
５  基板
６  支持層
７  下部電極層
８  焦電体層
９  上部電極層
１０  赤外線吸収層
【図１】
2016186425.tif 000003
【図２】
2016186425.tif 000004
【図３】
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【図４】
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