(57)【要約】      （修正有）【課題】センサ出力の低下を抑制しつつ、内部抵抗値のバラツキを抑制できるサーモパイル素子およびガス検知器を提供する。【解決手段】赤外線検知素子３１は、熱電薄膜４５がポリシリコンで形成されており、熱電薄膜４５のキャリア密度が１．２×１０２０［ｃｍ−３］であり、熱電堆４４における熱電薄膜４５の個数が２７６個である、という構成である。熱電薄膜４５のキャリア密度が比較的高いため、１つのウエハから製造された赤外線検知素子３１ごとの内部抵抗値のバラツキが生じがたくなる。熱電堆４４における熱電薄膜４５の個数が２００個以上であることから、赤外線検知素子３１の全体としてのセンサ出力が大きくなり、センサ出力の低下を抑制できる。赤外線検知素子３１によれば、センサ出力の低下を抑制しつつ、内部抵抗値のバラツキを抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と底面との間を貫通する空洞部を有する基板と、
前記空洞部の表面側を閉じるように前記基板の前記表面上に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層のうち前記空洞部に対する対応部位に温接点が配置されるとともに前記空洞部を取り囲む前記基板上に冷接点が配置される複数の熱電対が直列接続されて構成される熱電堆と、
を備えるサーモパイル素子であって、
前記熱電対は、ポリシリコンで形成されており、
前記熱電対のキャリア密度は、１．２×１０２０〜１．９×１０２０ｃｍ−３の範囲であり、
前記熱電堆における前記熱電対の個数は、２００個以上であること、
を特徴とするサーモパイル素子。
【請求項２】
請求項１に記載のサーモパイル素子であって、
前記ポリシリコンはリンがドープされていること、
を特徴とするサーモパイル素子。
【請求項３】
測定対象ガスが内部に導入される測定セルと、
赤外線を放射する光源と、
受光した前記赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する赤外線検知素子と、
を備えて、前記測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知するガス検知器であって、
前記赤外線検知素子は、請求項１また請求項２に記載のサーモパイル素子であること、
を特徴とするガス検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーモパイル素子、および測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知するガス検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知するガス検知器が知られており、一例としては、人の呼気に含まれるアルコールを検知するガス検知器が挙げられる。
このようなガス検知器には、受光した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する赤外線検知素子を備えるものがあり、赤外線検知素子の一例として、サーモパイル素子が挙げられる。
【０００３】
サーモパイル素子は、入射した赤外線を熱エネルギーに変換して発生した熱量を温接点と冷接点との温度差として捉え、この温度差を熱電材料（熱電対）により起電力に変換することで、赤外線の光量を電圧信号として出力する。サーモパイル素子は、厚さ数μｍのメンブレン部と、厚さ数１００μｍのリム部からなるダイヤフラム構造をとる。
【０００４】
温接点は、温度変化しやすくするために熱容量の小さいメンブレン部の上に形成される。一方、冷接点は、基準温度となるため、赤外線の入射による温度変化は少ない方が好ましく、メンブレン部に対して十分大きい熱容量を持つ厚さ数１００μｍのリム部の上に形成される。
【０００５】
このような構成のサーモパイル素子は、微小なエネルギーを持つ赤外線の入射を効率よく温接点と冷接点との温度差に変換し、入射する赤外線の光量を電圧として精度良く検出することが出来る。
【０００６】
また、サーモパイル素子としては、複数の熱電対（ポリシリコン）が金属線（アルミニウム）を介して直列接続される熱電堆を備えるとともに、熱電対と金属線とが絶縁層を介して積層された構成が提案されている（特許文献１）。このサーモパイル素子は、配線密度を高めることで、高いセンサ出力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４００９０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、熱電対と金属線とが絶縁層を介して積層された構成のサーモパイル素子では、複数の熱電対と複数の金属線とをダイヤフラム上に高い密度で形成するため、ダイヤフラムの熱コンダクタンスが大きくなりセンサ出力の低下を招く虞がある。
【０００９】
また、センサ出力を増大させるために熱電対の個数を増やす場合、サーモパイル素子としての内部抵抗値が上昇して、サーモパイル素子の内部での電圧降下が大きくなり、外部に対するセンサ出力が低下する虞がある。
【００１０】
他方、上記の特許文献１では、熱電対における不純物のドープ量（キャリア密度、不純物密度）として「１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３」が一例として記載されているが、サーモパイル素子ごとにキャリア密度にバラツキが生じることで、サーモパイル素子ごとに内部抵抗値にバラツキが生じる虞がある。このような内部抵抗値のバラツキは、製造段階において、複数のサーモパイル素子を含んだ１枚のウエハにおける不純物のドープ量がウエハ面上の部位毎に偏りが生じることに起因すると考えられる。とりわけ、ドープ量が少ないほど、サーモパイル素子における内部抵抗値のバラツキが生じやすくなる。
【００１１】
本発明は、センサ出力の低下を抑制しつつ、内部抵抗値のバラツキを抑制できるサーモパイル素子およびガス検知器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】
【００１２】
本発明の第１の局面におけるサーモパイル素子は、基板と、絶縁層と、熱電堆と、を備える。
基板は、表面と底面との間を貫通する空洞部を有している。絶縁層は、空洞部の表面側を閉じるように基板の表面上に設けられている。
【００１３】
熱電堆は、直接接続された複数の熱電対を備える。複数の熱電対は、それぞれ、絶縁層のうち空洞部に対する対応部位に温接点が配置されるとともに、空洞部を取り囲む基板上に冷接点が配置される。
【００１４】
熱電対は、ポリシリコンで形成されている。熱電対のキャリア密度は、１．２×１０２０〜１．９×１０２０ｃｍ−３の範囲である。熱電堆における熱電対の個数は、２００個以上である。
【００１５】
このような構成のサーモパイル素子は、熱電対のキャリア密度が比較的高いため、１つのウエハから製造されたサーモパイル素子ごとの内部抵抗値のバラツキが生じがたくなる。つまり、製造段階において、複数のサーモパイル素子を含んだ１枚のウエハにおいて、ポリシリコンのドープ量がウエハ面上の部位毎に偏りが生じることを抑制できる。これにより、サーモパイル素子ごとの内部抵抗値のバラツキが生じがたくなる。
【００１６】
また、このサーモパイル素子は、熱電堆における熱電対の個数が２００個以上であることから、サーモパイル素子全体としてのセンサ出力が大きくなる。これにより、サーモパイル素子としてのセンサ出力の低下を抑制できる。
【００１７】
よって、本発明のサーモパイル素子によれば、センサ出力の低下を抑制しつつ、内部抵抗値のバラツキを抑制できる。
なお、熱電堆における熱電対の個数は、５００個以下であってもよい。このように、熱電堆における熱電対の個数の上限値を規定することで、サーモパイル素子としての内部抵抗値の上昇を抑制できる。
【００１８】
次に、上述のサーモパイル素子においては、ポリシリコンはリンがドープされていてもよい。
このように、リンがドープされたポリシリコンを用いることで、より高いキャリア密度を得ることができる。これにより、より一層、サーモパイル素子ごとの内部抵抗値のバラツキが生じがたくなる。
【００１９】
次に、本発明のさらに別の局面のガス検知器は、測定対象ガスが内部に導入される測定セルと、赤外線を放射する光源と、受光した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する赤外線検知素子と、を備えて、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知するガス検知器であって、赤外線検知素子は上述のいずれかのサーモパイル素子である。
【００２０】
このように、上述のいずれかのサーモパイル素子を備えるガス検知器は、赤外線検知素子（サーモパイル素子）に関して、センサ出力の低下を抑制しつつ、内部抵抗値のバラツキを抑制できるため、赤外線検出におけるＳ／Ｎ比が良好となり、赤外線の検出精度を向上できる。
【００２１】
よって、このガス検知器によれば、赤外線の光量を精度良く検出することが出来る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、センサ出力の低下を抑制しつつ、内部抵抗値のバラツキを抑制できるサーモパイル素子を実現でき、そのようなサーモパイル素子を備えるガス検知器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の非分散型赤外線分析式ガス検知器の内部構成を示す断面図である。
【図２】赤外線センサの内部構成を示す断面図である。
【図３】赤外線検知素子の外観を表す平面図である。
【図４】赤外線検知素子の図３におけるＡ−Ａ視断面を表す断面図である。
【図５】ボロンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子における第１試験の測定結果である。
【図６】ボロンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子における第２試験の測定結果である。
【図７】リンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子における第３試験の測定結果である。
【図８】リンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子における第４試験の測定結果である。
【図９】実施例１，２および比較例１，２，３のそれぞれにおける「キャリア密度」、「ドーパント」、「対数」を示すと共に、「歩留り」、「出力」、「総合評価」の評価結果を示す説明図である。
【図１０】実施例１，２および比較例１，２，３のそれぞれにおける「出力（Ｖ）」、「抵抗値（ｋΩ）」、「シート抵抗バラツキ」、「歩留り」の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、第１実施形態の赤外線検知素子３１を有する赤外線センサ１５を備える非分散型赤外線分析式ガス検知器１の内部構成を示す断面図である。
【００２５】
この非分散型赤外線分析式ガス検知器１（以下、単に、ガス検知器１ともいう）は、人の呼気に含まれる炭化水素ガスを検知するために用いられる。
ガス検知器１は、光源１１と、測定セル１３と、赤外線センサ１５と、ヒータ１７と、を備えている。
【００２６】
光源１１は、赤外線を含んだ光を放射する。
測定セル１３は、アルミニウム製の円筒形状の部材であり、円筒の軸線方向における一端の内部に光源１１が配置される。測定セル１３は、光源１１から発せられる赤外線を赤外線センサ１５に届ける鏡筒の役割を兼ねる。
【００２７】
測定セル１３は、光源１１より放射される赤外線を反射する内壁面２１と、人の呼気が導入されるガス空間２３と、測定対象ガス（人の呼気）をガス空間２３に導入・排出するためのガス入出部２５と、を備えている。
【００２８】
赤外線センサ１５は、測定セル１３の端部のうち光源１１が配置される側とは反対の端部に配置されており、光源１１から出力されて測定セル１３のガス空間２３を通過した赤外線もしくは測定セル１３の内壁面２１で反射して到達した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する。
【００２９】
図２は、赤外線センサ１５の内部構成を示す断面図である。
赤外線センサ１５は、赤外線検知素子３１と、台座３３と、キャップ３５と、バンドパスフィルタ３７と、を備える。
【００３０】
赤外線検知素子３１は、ＭＥＭＳ型（微小電機機械素子型）のサーモパイル素子であり、受光した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する。具体的には、赤外線検知素子３１は、照射される赤外線の強度に応じて温度変化すると、その温度変化量ΔＴに応じた起電力ΔＶを生じ、その起電力ΔＶに応じた赤外線検知信号を外部に出力する。なお、赤外線検知素子３１の詳細については後述する。
【００３１】
台座３３は、赤外線検知素子３１を支持する鉄製部材である。台座３３を構成する鉄製部材の熱伝導率は、８４［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。台座３３は、赤外線検知素子３１に接続される信号線５１を挿通するための挿通孔３４を備えている。挿通孔３４の内壁には絶縁材料３６が配置されており、絶縁材料３６は、台座３３と信号線５１とを電気的に絶縁する。
【００３２】
信号線５１は、一端が赤外線検知素子３１の電極パッド５０に電気的に接続され、他端が外部機器に電気的に接続されることで、赤外線検知信号を外部に出力するための信号経路を形成する。信号線５１は、台座３３の挿通孔３４に挿通された状態で、金製のリードワイヤ５４を用いたボンディングにより、赤外線検知素子３１の電極パッド５０に電気的に接続される。
【００３３】
赤外線検知素子３１は、台座３３における所定の設置位置に、エポキシ系接着剤により固定される。
キャップ３５は、ステンレス合金により構成され、台座３３に支持された赤外線検知素子３１を収容する素子配置空間５５を形成する部材である。キャップ３５は、抵抗溶接により台座３３と接合されることで、台座３３とともに素子配置空間５５を形成する。キャップ３５は、外部から素子配置空間５５に光を取り込む窓部５７を備える。
【００３４】
バンドパスフィルタ３７は、キャップ３５の窓部５７を覆うように、エポキシ系接着剤によりキャップ３５に固定される。バンドパスフィルタ３７は、透過中心波長が３．４［μｍ］であり、炭化水素ガス検知用のフィルタである。
【００３５】
このような構成の赤外線センサ１５は、図１に示すように、アルミニウム製の固定治具５９により測定セル１３の端部に固定される。
ヒータ１７は、シリコンラバーヒータであり、測定セル１３を取り囲むように配置される。ヒータ１７は、４０［℃］以上に設定された特定の制御温度（本実施形態では、５０［℃］に設定）で、測定セル１３を加熱する。
【００３６】
［１−２．ガス検知］
このような構成のガス検知器１は、ガス入出部２５を介して測定セル１３のガス空間２３に人の呼気を導入・排出した上で、ガス空間２３に導入された呼気に含まれる炭化水素ガスの濃度を検知する。
【００３７】
つまり、光源１１から照射される赤外線は、測定セル１３のガス空間２３に導入された呼気に含まれる炭化水素ガスに吸収されるため、赤外線センサ１５に到達する赤外線の強度は、炭化水素ガスの濃度に応じて変化する。そして、赤外線センサ１５（赤外線検知素子３１）から出力される赤外線検知信号が炭化水素ガスの濃度に応じて変化することから、赤外線検知信号に基づいて人の呼気に含まれる炭化水素ガスの濃度を検知できる。なお、赤外線センサ１５は、バンドパスフィルタ３７の透過中心周波数に応じた周波数の赤外線を検知する。
【００３８】
ガス検知器１は、ヒータ１７が測定セル１３を加熱して測定セル１３の内壁面２１に結露が生じるのを抑制することで、光源１１から照射される赤外線が測定セル１３の内壁面２１で反射する際の減衰量を低減する。
【００３９】
赤外線検知素子３１（特に、赤外線吸収層４７）の温度変化は、光源１１から測定セル１３の内部を介して到達した赤外線の強度に応じたものとなる。
このようにして赤外線検知素子３１（特に、赤外線吸収層４７）の温度が変化することで、赤外線センサ１５は、測定セル１３に導入された人の呼気に含まれる炭化水素ガスの濃度に応じた赤外線検知信号を出力する。
【００４０】
よって、このガス検知器１を用いることで、赤外線検知信号に基づいて人の呼気に含まれる炭化水素ガスの濃度を検知することが可能となる。なお、ヒータ１７が発する熱は、測定セル１３を通じて赤外線センサ１５の台座３３に伝わり、キャップ３５に熱伝導していく。そのため、ヒータ１７の加熱によって、キャップ３５の表面の結露防止を図ることができる。
【００４１】
［１−３．赤外線検知素子］
赤外線検知素子３１の構造について、図３および図４を用いて説明する。
なお、図３は、赤外線検知素子３１の外観を表す平面図であり、図４は、赤外線検知素子３１の図３におけるＡ−Ａ視断面を表す断面図である。また、図３では、赤外線検知素子３１の構成を簡略化して表しており、具体的には、熱電薄膜４５の個数を実際よりも少なくして熱電薄膜４５の配線パターンを簡略化して表している。赤外線検知素子３１における実際の熱電薄膜４５の個数は、２７６個である。
【００４２】
赤外線検知素子３１は、素子基板４０を備えており、素子基板４０は、枠部４１に薄膜部４３を積層して構成されている。
枠部４１は、厚み寸法が４００［μｍ］のＳｉ(100)単結晶基板を用いて構成されており、その単結晶基板の中央に異方性エッチングによる除去によって形成されたテーパ形状の空間部４１ａを有している。つまり、枠部４１は、空間部４１ａにおいて、単結晶基板の中央から外側に向かうに従い厚みを増していくテーパ領域を有している。
【００４３】
薄膜部４３は、ＳｉＯ２  で形成される厚さ寸法が３０００Åの絶縁膜と、Ｓｉ３Ｎ４で形成される厚さ寸法が３０００Åの絶縁膜と、を積層した絶縁膜である。
つまり、赤外線検知素子３１は、薄膜部４３のうち空間部４１ａに接するメンブレン部４３ａと、その外周に位置する枠部４１と、を備えるダイヤフラム構造である。
【００４４】
メンブレン部４３ａは、その大きさが１．８５［ｍｍ］×１．８５［ｍｍ］である。
また、赤外線検知素子３１は、複数の熱電薄膜４５および複数のリード部４６を有する熱電堆４４と、熱電堆４４のうち薄膜部４３のメンブレン部４３ａに配置される部分を覆う赤外線吸収層４７と、熱電堆４４と電気的に接続される電極パッド５０と、を備えている。
【００４５】
熱電堆４４は、薄膜部４３から枠部４１にかけて配置された複数の熱電薄膜４５と、複数の熱電薄膜４５を直列接続するための複数のリード部４６と、を備える。上述のように、熱電堆４４は、２７６個（２７６対）の熱電薄膜４５を備えている。
【００４６】
複数の熱電薄膜４５は、それぞれ、ドーパントとしてボロン（ホウ素、Ｂ）をドープしたポリシリコンで形成されており、薄膜部４３の上に配置されている。熱電薄膜４５の端部のうち、赤外線吸収層４７に覆われるとともに薄膜部４３に配置される端部が温接点４８であり、枠部４１に配置される端部が冷接点４９である。
【００４７】
熱電薄膜４５の厚さ寸法は、５０００Åである。熱電薄膜４５のキャリア密度は、１．２×１０２０［ｃｍ−３］である。熱電薄膜４５のゼーベック係数は１．９×１０−４［Ｖ／Ｋ］である。熱電薄膜４５の体積抵抗率は２．２×１０−５［Ωｍ］である。熱電薄膜４５の線幅寸法は、１０［μｍ］である。
【００４８】
なお、ここでの厚さ寸法とは、素子基板４０の板厚方向であり、図４では紙面の上下方向を意味している。また、ここでの線幅寸法とは、温接点４８と冷接点４９とを結ぶ直線に垂直で、かつ厚さ方向に垂直な方向（幅方向）の寸法を意味している。
【００４９】
リード部４６は、熱電薄膜４５の温接点４８と冷接点４９とを交互に接続して、複数の熱電薄膜４５を電気的に直列接続する。リード部４６は、アルミニウムで形成されており、厚み寸法は５０００Åであり、線幅寸法は５［μｍ］である。
【００５０】
なお、図３では、赤外線検知素子３１の概略構成を示しており、熱電薄膜４５およびリード部４６は、線幅寸法が実際の寸法とは異なる大きさで表されている。
熱電薄膜４５およびリード部４６は、互いの配線間隔が少なくとも５［μｍ］以上となるように配置されている。
【００５１】
リード部４６は、電極パッド５０にも電気的に接続されている。電極パッド５０は、リード部４６と同様に、アルミニウムで形成されている。
複数の熱電薄膜４５および複数のリード部４６により形成される熱電堆４４の上には、ＳｉＯ２  で構成された厚さ寸法が５０００Åの保護膜（図示省略）が形成されている。
【００５２】
その保護層の上には、赤外線吸収層４７が、薄膜部４３のメンブレン部４３ａに配置される熱電堆４４（熱電薄膜４５およびリード部４６）を覆うように配置されている。赤外線吸収層４７は、カーボンで構成されるとともに、厚さ寸法が５［μｍ］である。
【００５３】
この赤外線検知素子３１は、照射される赤外線の強度に応じて赤外線吸収層４７が温度変化すると、その温度変化量ΔＴに応じた起電力ΔＶを生じ、その起電力ΔＶに応じた赤外線検知信号を電極パッド５０から外部に出力する。
【００５４】
詳細には、ＭＥＭＳ型サーモパイル素子としての赤外線検知素子３１は、枠部４１（冷接点４９）は台座３３（図２参照）に対して熱的に接触しており、一方、薄膜部４３（温接点４８）は台座３３や冷接点４９から熱的に分離された構造である。換言すれば、枠部４１は台座３３に接しており、薄膜部４３は枠部４１の上部で架橋されるように配置されると共に台座３３から離間してなる。温接点４８の上には赤外線吸収層４７が形成されており、外部から赤外線が赤外線吸収層４７に照射されたとき、赤外線吸収層４７が温度変化（ΔＴ）する。サーモパイルは温度変化量に応じて起電力（ΔＶ）を生じるため、この起電力より赤外線の強度（Ｉ）を求めることが出来る。
【００５５】
［１−４．赤外線検知素子（サーモパイル素子）における各種測定］
まず、ボロンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子３１（サーモパイル素子）において、熱電薄膜４５のキャリア密度とゼーベック係数との関係、および熱電薄膜４５のキャリア密度と抵抗率との関係をそれぞれ測定した第１試験の測定結果について説明する。
【００５６】
図５に示す測定結果によれば、ボロンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子３１（サーモパイル素子）においては、熱電薄膜４５のキャリア密度が高くなるに従い、ゼーベック係数はわずかに低下する傾向を示し、抵抗率（体積抵抗率）は大きく低下する傾向を示すことが分かる。
【００５７】
なお、赤外線検知素子３１（サーモパイル素子）においては、赤外線強度をより精度良く検出するためには、熱電薄膜４５のゼーベック係数は高いことが望ましく、熱電薄膜４５の抵抗率（体積抵抗率）は小さいことが望ましい。
【００５８】
このため、熱電薄膜４５のキャリア密度が、１．０×１０２０［ｃｍ−３］以上であることで、赤外線検知素子３１（サーモパイル素子）における赤外線検出精度を向上できる。
【００５９】
次に、ボロンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子に関して、製造工程で複数の赤外線検知素子を含む１枚のウエハにおいて、ウエハ面内の位置毎の抵抗値バラツキ（熱電薄膜の抵抗値のバラツキ）について測定した第２試験の測定結果について説明する。
【００６０】
なお、第２試験では、熱電薄膜４５のキャリア密度が異なる２種類の赤外線検知素子（サーモパイル素子）を用いており、具体的には、図５における領域１のキャリア密度に相当する熱電薄膜を備えるサーモパイル素子（以下、領域１サーモパイル素子ともいう）と、図５における領域２のキャリア密度に相当する熱電薄膜を備えるサーモパイル素子（以下、領域２サーモパイル素子ともいう）と、を用いた。
【００６１】
図６に示すように、領域２サーモパイル素子は、領域１サーモパイル素子に比べて、熱電薄膜の抵抗値（図では、シート抵抗［Ω／ｓｑ］と表記）が小さい値を示すと共に、ウエハ内の位置毎（図６の横軸）の抵抗値バラツキが小さいことが分かる。
【００６２】
つまり、１枚のウエハから複数のサーモパイル素子を製造する場合には、熱電薄膜のキャリア密度を１．０×１０２０［ｃｍ−３］以上にすることで、熱電薄膜の抵抗バラツキを低減でき、赤外線検知素子３１（サーモパイル素子）における赤外線検出精度のバラツキを抑制できる。
【００６３】
次に、ボロンに代えてリン（Ｐ）がドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（サーモパイル素子）において、上述の第１試験と同様の試験（以下、第３試験ともいう）を実施した。第３試験の測定結果について説明する。
【００６４】
図７に示す測定結果によれば、リンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（サーモパイル素子）においては、熱電薄膜のキャリア密度が高くなるに従い、ゼーベック係数はわずかに低下する傾向を示し、抵抗率（体積抵抗率）は大きく低下する傾向を示すことが分かる。
【００６５】
なお、上述したように、赤外線検知素子（サーモパイル素子）においては、赤外線強度をより精度良く検出するためには、熱電薄膜のゼーベック係数は高いことが望ましく、熱電薄膜の抵抗率（体積抵抗率）は小さいことが望ましい。
【００６６】
このため、リンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（サーモパイル素子）においても、ボロンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（サーモパイル素子）と同様に、熱電薄膜のキャリア密度が、１．０×１０２０［ｃｍ−３］以上であることで、赤外線検出精度を向上できる。
【００６７】
次に、リンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（サーモパイル素子）においても、上述の第２試験と同様の試験（以下、第４試験ともいう）を実施した。第４試験の測定結果について説明する。
【００６８】
なお、第４試験では、熱電薄膜のキャリア密度が異なる２種類の赤外線検知素子（サーモパイル素子）を用いており、具体的には、図７における領域３のキャリア密度に相当する熱電薄膜を備えるサーモパイル素子（以下、領域３サーモパイル素子ともいう）と、図７における領域４のキャリア密度に相当する熱電薄膜を備えるサーモパイル素子（以下、領域４サーモパイル素子ともいう）と、を用いた。
【００６９】
図８に示すように、領域４サーモパイル素子は、領域３サーモパイル素子に比べて、熱電薄膜の抵抗値（図では、シート抵抗［Ω／ｓｑ］と表記）が小さい値を示すと共に、ウエハ内の位置毎（図８の横軸）の抵抗値バラツキが小さいことが分かる。
【００７０】
つまり、リンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（サーモパイル素子）においても、１枚のウエハから複数のサーモパイル素子を製造する場合には、熱電薄膜のキャリア密度を１．０×１０２０［ｃｍ−３］以上にすることで、熱電薄膜の抵抗バラツキを低減でき、赤外線検知素子（サーモパイル素子）における赤外線検出精度のバラツキを抑制できる。
【００７１】
なお、ボロンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（以下、ボロンドープサーモパイル素子ともいう）の測定結果（図５および図６）と、リンがドープされた熱電薄膜を備える赤外線検知素子（以下、リンドープサーモパイル素子ともいう）の測定結果（図７および図８）とを比較すると、リンドープサーモパイル素子は、ボロンドープサーモパイル素子に比べて、熱電薄膜の抵抗値が低いことが分かる。
【００７２】
このため、ドーパントとしてリンを用いることで、熱電薄膜の抵抗値を低減できるとともにサーモパイル素子としての内部抵抗値を低減できる。
［１−５．比較測定］
次に、本発明の実施例としての２種類の赤外線検知素子と、比較例としての３種類の赤外線検知素子と、を用いて、それぞれの出力および抵抗値などを測定した。
【００７３】
実施例１，２および比較例１，２，３のそれぞれにおける「キャリア密度」（熱電薄膜のキャリア密度）、「ドーパント」（熱電薄膜にドープされた不純物）、「対数」（熱電薄膜の個数）は、それぞれ図９に示すとおりである。
【００７４】
実施例１，２および比較例１，２，３のそれぞれにおける「出力（Ｖ）」、「抵抗値（ｋΩ）」、「シート抵抗バラツキ」、「歩留り」の測定結果を、図１０に示す。
なお、「出力（Ｖ）」は、所定の強さの赤外線を照射したときに赤外線検知素子が出力するセンサ出力である。「抵抗値（ｋΩ）」は、赤外線検知素子における熱電堆（直列接続された複数の熱電薄膜）の抵抗値である。「シート抵抗バラツキ」は、製造工程で複数のサーモパイル素子を含む１枚のウエハにおいて、ウエハ面内の位置毎の抵抗値バラツキ（熱電薄膜の抵抗値のバラツキ）である。「歩留り」は、製造された赤外線検知素子（サーモパイル素子）の全数に対する抵抗値試験合格品の割合である。
【００７５】
図９および図１０の測定結果によれば、まず、比較例１は、キャリア密度が低いものの、熱電薄膜の個数（対数）が多いため、出力は大きくなるが、抵抗値が大きく、かつシート抵抗バラツキがも大きいため、歩留りが３０％という低い値を示す。
【００７６】
また、比較例２および比較例３は、それぞれのキャリア密度が実施例１および実施例２と同等であるため、抵抗値が低く、シート抵抗バラツキが小さくなる点では、「歩留り」が改善しているが、熱電薄膜の個数（対数）が少ないため、出力が小さくなる。
【００７７】
これに対して、実施例１は、比較例１に比べて、抵抗値が低く、シート抵抗バラツキが小さくなる点で「歩留り」が改善しているとともに、出力も同等レベルを維持できる。また、実施例１は、比較例２，３に比べて、シート抵抗バラツキが同等であり、「歩留り」が同等であるとともに、出力が大幅に改善されている。
【００７８】
次に、実施例２は、実施例１や比較例１に比べて、出力はやや低下しているが、抵抗値が低く、シート抵抗バラツキが小さくなる点で「歩留り」が改善している。なお、実施例２は、比較例２，３に比べて、出力が改善している。
【００７９】
これらの測定結果を踏まえて、実施例１，２および比較例１，２，３のそれぞれにおける「歩留り」、「出力」、「総合評価」の各項目を三段階（○、△、×）で評価した結果を、図９に示す。ここで、「歩留まり」についての評価は、８０％以上のものは○、５０％以上８０％未満のものは△、５０％未満のものは×とした。また、「出力」についての評価は、０．８Ｖ以上のものは○、０．４Ｖ以上０．８Ｖ未満のものは△、０．４Ｖ未満のものは×とした。
【００８０】
図９に示すように、比較例１は、歩留りが最低評価（×）であるため、総合評価が最低評価（×）である。比較例２，３は、それぞれ出力が最低評価であるため、総合評価が最低評価（×）である。
【００８１】
実施例１は、歩留りが通常評価（△）であるが、出力が最高評価（○）であり、総合評価が最高評価（○）である。実施例２は、出力が通常評価（△）であるが、歩留りが最高評価（○）であり、総合評価が最高評価（○）である。
【００８２】
［１−６．効果］
以上説明したように、本実施形態の赤外線検知素子３１は、熱電薄膜４５がポリシリコンで形成されており、熱電薄膜４５のキャリア密度が１．２×１０２０［ｃｍ−３］であり、熱電堆４４における熱電薄膜４５の個数が２７６個である、という構成である。
【００８３】
このような構成の赤外線検知素子３１は、熱電薄膜４５のキャリア密度が比較的高いため、１つのウエハから製造された赤外線検知素子３１ごとの内部抵抗値のバラツキが生じがたくなる。つまり、製造段階において、複数の赤外線検知素子３１を含んだ１枚のウエハにおいて、ポリシリコンのドープ量がウエハ面上の部位毎に偏りが生じることを抑制できる。これにより、赤外線検知素子３１ごとの内部抵抗値のバラツキが生じがたくなる。このことは、図９および図１０に示す測定結果でも裏付けられる。
【００８４】
また、この赤外線検知素子３１は、熱電堆４４における熱電薄膜４５の個数が２７６個であり、２００個以上であることから、赤外線検知素子３１の全体としてのセンサ出力が大きくなる。これにより、赤外線検知素子３１としてのセンサ出力の低下を抑制できる。このことは、図９および図１０に示す測定結果でも裏付けられる。
【００８５】
よって、赤外線検知素子３１によれば、センサ出力の低下を抑制しつつ、内部抵抗値のバラツキを抑制できる。
次に、実施例２の赤外線検知素子（サーモパイル素子）においては、熱電薄膜としてのポリシリコンはリンがドープされている。このように、リンがドープされたポリシリコンを用いて熱電薄膜を構成することで、その赤外線検知素子は、より高いキャリア密度を得ることができる。これにより、より一層、赤外線検知素子ごとの内部抵抗値のバラツキが生じがたくなるり、歩留りが向上する。このことは、図９および図１０に示す測定結果でも裏付けられる。
【００８６】
次に、ガス検知器１は、赤外線検知素子３１を備えることで、赤外線検知素子（サーモパイル素子）に関するセンサ出力の低下を抑制できるため、赤外線検出におけるＳ／Ｎ比が良好となり、赤外線の検出精度を向上できる。また、赤外線検知素子３１は、内部抵抗値のバラツキ抑制により歩留まりの低下が抑制されるため、コストの上昇を抑制できる。よって、赤外線検知素子３１を用いたガス検知器１は、コストの上昇を抑制できる。
【００８７】
よって、このガス検知器１によれば、赤外線の光量を精度良く検出することが出来るとともに、安価に提供することが出来る。
［１−７．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
【００８８】
枠部４１が基板の一例に相当し、空間部４１ａが空洞部の一例に相当し、メンブレン部４３ａが絶縁層のうち空洞部に対する対応部位の一例に相当し、薄膜部４３が絶縁層の一例に相当する。
【００８９】
熱電薄膜４５が熱電対の一例に相当し、熱電堆４４が熱電堆の一例に相当し、赤外線検知素子３１がサーモパイル素子の一例に相当する。
測定セル１３が測定セルの一例に相当し、光源１１が光源の一例に相当し、赤外線検知素子３１が赤外線検知素子の一例に相当し、非分散型赤外線分析式ガス検知器１がガス検知器の一例に相当する。
【００９０】
［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、熱電堆における熱電対の個数が２７６個のサーモパイル素子について説明したが、熱電堆における熱電対の個数は２７６個に限られることはなく、熱電対の個数が２００個以上であれば、サーモパイル素子全体としてのセンサ出力が大きくなり、サーモパイル素子としてのセンサ出力の低下を抑制できる。
【００９２】
ただし、熱電対の個数が増えすぎると、内部抵抗値の増大となるため、熱電堆における熱電対の個数は５００個以下であればよい。このように、熱電堆における熱電対の個数の上限値を規定することで、サーモパイル素子としての内部抵抗値の上昇を抑制できる。
【００９３】
また、熱電薄膜（熱電対）のドーパントは、ボロンやリンに限られることはなく、ヒ素などを用いても良い。
【符号の説明】
【００９４】
１…非分散型赤外線分析式ガス検知器（ガス検知器）、１１…光源、１３…測定セル、１５…赤外線センサ、１７…ヒータ、２３…ガス空間、２５…ガス入出部、３１…赤外線検知素子、４０…素子基板、４１…枠部、４１ａ…空間部、４３…薄膜部、４３ａ…メンブレン部、４４…熱電堆、４５…熱電薄膜、４６…リード部、４７…赤外線吸収層、４８…温接点、４９…冷接点。
【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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