(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタ２と、この波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部を有する赤外線検出器１とを同一シリコン基板６上に形成した波長選択型赤外線検出素子において、前記波長選択フィルタと赤外線検出器はシリコン酸化膜からなる絶縁層とエピタキシャル成長により形成された層を含んで積層して形成され、
前記赤外線検出部は、前記シリコン基板上に絶縁層７、赤外線検出層９、絶縁層８、スペーサ層１０を順次積層し、前記スペーサ層１０と絶縁層８との間に形成したエッチング孔を通して前記赤外線検出層下部のシリコン基板およびスペーサ層を濃度差エッチングして形成した封止室に中空に浮いた状態で真空封止され、
前記波長選択フィルタは、前記スペーサ上に封止層１２および絶縁層１６を介して設けられた第一ミラー１３と、この第一ミラーとの間にギャップ１５を介して対向配置された第二ミラーと、前記第一ミラーに設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一電極と前記第二電極に電位差を与えることにより前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを可変としたファブリペローフィルタであって、
前記ファブリペローフィルタと前記赤外線検出部を水平方向に複数個配置してアレイ状とし、前記第１ミラーを共通のミラーとし、前記第一，第二電極に印加する電位差をそれぞれ変化させて前記ギャップの長さを可変としたことを特徴とする波長選択型赤外線検出素子。
【請求項２】
第一基板６に形成され、光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタ２と、第二基板に形成され、前記波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部を有する赤外線検出器とを具備し、前記第一基板と前記第二基板が接合されてなり、
前記赤外線検出部は前記第一基板と第二基板に形成された溝部を対向させて形成した封止室形成部に配置され、前記波長選択フィルタが前記封止室形成部上に配置されて封止室を形成するように前記第一基板と前記第二基板とを真空中または不活性ガス中で接合することにより、前記封止室が真空封止または不活性ガス封止されており、
前記波長選択フィルタは、前記第２基板に設けられた第一ミラーと、この第一ミラーとの間にギャップを形成し前記第一ミラーに対して変位可能に対向配置される第二ミラーと、前記第一ミラーに設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一電極と前記第二電極に電位差を与えることにより前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを可変としたファブリペローフィルタであって、
前記ファブリペローフィルタと前記赤外線検出部を水平方向に複数個配置してアレイ状とし、前記第１ミラーを共通のミラーとし、前記第一，第二電極に印加する電位差をそれぞれ変化させて前記ギャップの長さを可変としたことを特徴とする波長選択型赤外線検出素子。
【請求項３】
前記赤外線検出部は、赤外線ボロメータであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択型赤外線検出素子。
【請求項４】
被測定ガスに赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部とを有し、前記赤外線検出部の出力に基づいて前記被測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、
前記波長選択フィルタと前記赤外線検出部は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の波長選択型赤外線検出素子により構成されてなることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項５】
被測定ガスに赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部とを有し、前記赤外線検出部の出力に基づいて前記被測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、
前記波長選択フィルタと前記赤外線検出部は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の波長選択型赤外線検出素子により構成され、
この波長選択型赤外線検出素子と前記光源との間に配置され、特定帯域のみの波長を透過させるワイドバンドパスフィルタを具備したことを特徴とする赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中などのガス濃度を、赤外線を用いて測定するガス分析計に使用される、波長選択型赤外線検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス分析においては、ガスの種類によって吸収される赤外線の波長が異なることを利用し、この吸収量を検出することによりそのガス濃度を測定する、非分散赤外線（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ＩｎｆｒａＲｅｄ）ガス分析計（以下、ＮＤＩＲガス分析計と記す）が使用されている。
【０００３】
図６から図１０は、従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
尚、以下においては、赤外線吸収波長のピークが約４．２５μｍである二酸化炭素を被測定ガスとして説明する。
【０００４】
図６は、単光線単波長ＮＤＩＲガス分析計で、ガスが供給されるサンプルセル２０と、光源２１と、フィルタ２２と、赤外線検出器２３とからなっている。
この場合、フィルタ２２は、図１１に示すような、二酸化炭素の吸収特性にあわせてその波長が４．２５μｍ近傍の赤外線を選択して透過させる。
そして、赤外線検出器２３は、フィルタ２２を透過した赤外線を検出することにより、被測定ガスの濃度を測定する、
【０００５】
図７は、２光線２波長比較ＮＤＩＲガス分析計で、図１２に示すように、二酸化炭素の吸収特性に合わせたフィルタ２２と、参照光として約３．９μｍ近傍の波長の赤外線を透過させるフィルタ２４で２波長を選択し、選択された赤外線は、それぞれ赤外線検出器２３，２５により検出される。
この場合、測定された参照光の吸収特性との比較によって、光源２１の劣化や、サンプルセル２０の汚れ等による出力信号の経時変化を補正することができる。
【０００６】
図８は、単光線２波長比較ＮＤＩＲガス分析計で、円盤２６に形成された二酸化炭素の吸収特性に合わせたフィルタ２２と、参照光のフィルタ２４で２波長を選択し、フィルタによって選択された赤外線は、それぞれ赤外線検出器２３により検出される。
この場合、測定された参照光の吸収特性との比較によって、光源２１の劣化や、サンプルセル２０の汚れ等による出力信号の経時変化を補正することができる。
【０００７】
図９は、単光線２波長ファブリペローＮＤＩＲガス分析計で、ファブリペローフィルタ２６を構成する２つの平行ミラー（図示しない）間のギャップを可変とすることにより、被測定ガスの吸収特性に合わせた波長と参照光の波長との２波長を選択し、選択された赤外線は、それぞれ赤外線検出器２３により検出される。この場合、測定された参照光の吸収特性との比較によって、光源２１の劣化や、サンプルセル２０の汚れ等による出力信号の経時変化を補正することができる。
【０００８】
図１０は、２光線１波長ＮＤＩＲガス分析計で、サンプルセル２０中での光路長が異なるように２つの光源２１，２７を配置し、被測定ガスの吸収特性に合わせたフィルタ２２を透過して検出された赤外線検出器２３の出力信号の比率により、サンプルセル２０の汚れ等による出力信号の経時変化を補正し、被測定ガスの濃度を測定する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなＮＤＩＲガス分析計には次のような問題点があった。
【００１０】
（１）フィルタと赤外線検出器は、光軸を一致させるように位置合わせする必要があるが、上述のＮＤＩＲガス分析計においては、フィルタと赤外線検出器は個別素子の組み合わせであるため、両者を精度良く位置合わせすることが困難で、その精度のばらつきによって、測定器間で測定誤差が発生する。
【００１１】
（２）被測定ガス中の複数の成分を測定対象とした場合、フィルタの枚数を増加させなければならなず、そのコストが増大し、分析計が大型化してしまう。
【００１２】
（３）赤外線検出器の感度を高め、またその特性が経時変化することを防止するため、赤外線検出器をパッケージに真空封止または不活性ガス封止する工程が別に必要となり、分析計のコストを高めてしまう。
【００１３】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ファブリペローフィルタと赤外線検出器を一体に形成し、一体形成のプロセスにおいて赤外線検出器内に形成される赤外線検出部を封止することにより、組み立て精度が確保され、小型で低コストの波長選択型赤外線検出素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、
光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタ２と、この波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部を有する赤外線検出器１とを同一シリコン基板６上に形成した波長選択型赤外線検出素子において、前記波長選択フィルタと赤外線検出器はシリコン酸化膜からなる絶縁層とエピタキシャル成長により形成された層を含んで積層して形成され、
前記赤外線検出部は、前記シリコン基板上に絶縁層７、赤外線検出層９、絶縁層８、スペーサ層１０を順次積層し、前記スペーサ層１０と絶縁層８との間に形成したエッチング孔を通して前記赤外線検出層下部のシリコン基板およびスペーサ層を濃度差エッチングして形成した封止室に中空に浮いた状態で真空封止され、
前記波長選択フィルタは、前記スペーサ上に封止層１２および絶縁層１６を介して設けられた第一ミラー１３と、この第一ミラーとの間にギャップ１５を介して対向配置された第二ミラーと、前記第一ミラーに設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一電極と前記第二電極に電位差を与えることにより前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを可変としたファブリペローフィルタであって、
前記ファブリペローフィルタと前記赤外線検出部を水平方向に複数個配置してアレイ状とし、前記第１ミラーを共通のミラーとし、前記第一，第二電極に印加する電位差をそれぞれ変化させて前記ギャップの長さを可変としたことを特徴とする波長選択型赤外線検出素子である。
【００１５】
本発明の請求項２においては、
第一基板６に形成され、光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタ２と、第二基板に形成され、前記波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部を有する赤外線検出器とを具備し、前記第一基板と前記第二基板が接合されてなり、
前記赤外線検出部は前記第一基板と第二基板に形成された溝部を対向させて形成した封止室形成部に配置され、前記波長選択フィルタが前記封止室形成部上に配置されて封止室を形成するように前記第一基板と前記第二基板とを真空中または不活性ガス中で接合することにより、前記封止室が真空封止または不活性ガス封止されており、
前記波長選択フィルタは、前記第２基板に設けられた第一ミラーと、この第一ミラーとの間にギャップを形成し前記第一ミラーに対して変位可能に対向配置される第二ミラーと、前記第一ミラーに設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一電極と前記第二電極に電位差を与えることにより前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを可変としたファブリペローフィルタであって、
前記ファブリペローフィルタと前記赤外線検出部を水平方向に複数個配置してアレイ状とし、前記第１ミラーを共通のミラーとし、前記第一，第二電極に印加する電位差をそれぞれ変化させて前記ギャップの長さを可変としたことを特徴とする波長選択型赤外線検出素子である
【００１６】
本発明の請求項３においては、
前記赤外線検出部は、赤外線ボロメータであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択型赤外線検出素子である。
【００１７】
本発明の請求項４においては、
被測定ガスに赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部とを有し、前記赤外線検出部の出力に基づいて前記被測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、
前記波長選択フィルタと前記赤外線検出部は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の波長選択型赤外線検出素子により構成されてなることを特徴とする赤外線ガス分析計である。
【００１８】
本発明の請求項５においては、
被測定ガスに赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部とを有し、前記赤外線検出部の出力に基づいて前記被測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、
前記波長選択フィルタと前記赤外線検出部は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の波長選択型赤外線検出素子により構成され、
この波長選択型赤外線検出素子と前記光源との間に配置され、特定帯域のみの波長を透過させるワイドバンドパスフィルタを具備したことを特徴とする赤外線ガス分析計である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
尚、以下の図面において、図６から図１２と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
図１は本発明の第一実施例の構成を示す断面図である。
【００２７】
図１において、波長選択型赤外線検出素子は、赤外線検出器１と波長選択フィルタ２とで構成されている。
赤外線検出器は、例えばボロメータであり、封止室３と、この封止室に形成される赤外線検出部４と、この赤外線検出部に通電する電極５ａ，５ｂとが基板としてのシリコン基板６上に形成されている。
【００２８】
赤外線検出部４は、シリコン基板６に形成されるシリコン酸化膜からなる絶縁層７と絶縁層８の間に形成された導電性の赤外線検出層９を螺旋状にエッチングすることにより形成されている。
赤外線検出層９は、例えば不純物濃度の高いシリコンである。
【００２９】
そして、絶縁層８上に、シリコンからなるスペーサ層１０を形成した後、このスペーサ層１０と絶縁層８との間にエッチング孔１１を形成し、このエッチング孔１１を通して赤外線検出部４下部のシリコン基板６を濃度差エッチングすることにより封止室３を形成し、赤外線検出部４をその中空に浮かせる。
【００３０】
そして、スペーサ層１０の上部にシリコンからなる封止層１２を例えばエピタキシャル成長により形成してエッチング孔１１を塞ぐ。
この場合、封止室３の内部は、エピタキシャル成長時のキャリアガスである水素が充填され、これを熱処理することにより水素を封止室３の外部に放出させて封止室３の内部を真空状態とすることができ、赤外線検出部４は、封止室３内に真空封止される。
【００３１】
波長選択フィルタ２は、第一ミラー１３と、この第一ミラー１３に対向配置される第二ミラー１４と、第一ミラー１３に設けられた第一電極１３ａと、第二ミラー１４に設けられた第二電極１４ａとからなるファブリペローフィルタである。そして、第一ミラー１３と第二ミラー１４との間にはギャップ１５が形成されており、第二ミラー１４は、第一ミラー１３の方向に変位可能となっている。
【００３２】
まず、基板としての封止層１２上にシリコン酸化膜からなる絶縁層１６が形成され、第一ミラー１３は、例えば多結晶シリコンで、この絶縁層１６上に形成される。
そして、第一ミラー１３の表面には高濃度の不純物が注入されて、第一電極１３ａが形成されている。
【００３３】
そして、第一ミラー１３上にシリコン酸化膜からなる絶縁層１７が形成され、第二ミラー１４は、例えば多結晶シリコンで、この絶縁層１７上に第一ミラー１３に対向して形成される。
そして、第二ミラー１４の表面には高濃度の不純物が注入された第二電極１４ａが、第一電極１３ａと対向して形成される。
【００３４】
そして、エッチング孔１８を第二ミラー１４に形成した後、このエッチング孔１８を通して絶縁層１７をエッチングし、第一ミラー１３と第二ミラー１４の間に長さが絶縁層１７の膜厚に相当するギャップ１５を形成する。この場合、第二ミラー１４は第一ミラー１３に絶縁層１７を介して接続された片持ち梁状となっている。尚、エッチング孔１８を第二ミラー１４に円状に複数個形成して絶縁層１７をエッチングすることにより、第二ミラー１４の形状をダイアフラム状とすることもできる。
【００３５】
そして、第一電極１３ａに外部から通電可能とする外部電極１８ａが第一電極１３ａに接触して形成され、第二電極１４ａに外部から通電可能とする外部電極１８ｂが第二電極１４ａに接触して形成される。
【００３６】
次に、動作について説明する。
第一電極１３ａと第二電極１４ａに、外部電極１８ａと外部電極１８ｂを介して電位差を与えると、第一電極１３ａと第二電極１４ａとの間に静電吸引力が発生し、第二ミラー１４が第一ミラー１３の方向に変位し、ギャップ１５の長さが変化する。
この電圧を変化させることにより、被測定ガスの吸収特性に対応した波長の赤外線を透過させるギャップ１５の長さを得ることができる。
【００３７】
例えば、電圧を印加しない状態でのギャップ１５（すなわち絶縁層１７の膜厚）を約３．１μｍとし、この初期状態を参照光測定状態とした場合、ギャップ１５を約２．２７μｍとした場合は、二酸化炭素を測定対象とすることができ、ギャップ１５を約２．５９μｍとした場合は、水蒸気を測定対象とすることができる。
【００３８】
そして、光源（図示しない）より放射された赤外線は、被測定ガスが供給されるサンプルセル（図示しない）で、特定の波長が吸収され、第二ミラーに入射する。
そして、入射した赤外線は、ギャップ１５の長さに対応する波長成分が第一ミラー１３を透過し、赤外線検出器１の封止室３内部の赤外線検出部４に入射する。
【００３９】
そして、赤外線検出部４は、赤外線の吸収量を検出することにより、被測定ガスの濃度を測定する。
【００４０】
図２（ａ），（ｂ）は本発明の第二実施例の構成を示す断面図である。
尚、以下の図面において、図１と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
【００４１】
図２（ａ）において、波長選択型赤外線検出素子は、第一基板としてのシリコン基板６に形成された赤外線検出器１と、第二基板としてのシリコン基板６０に形成された波長選択フィルタ２とが接合されて構成されている。
【００４２】
赤外線検出器１は、例えばボロメータであり、封止室形成部としての溝部３０と、この溝部３０に配置される赤外線検出部４と、この赤外線検出部４に通電する電極５ａ，５ｂとがシリコン基板６上に形成されている。
【００４３】
赤外線検出部４は、シリコン基板６上に形成された絶縁層７と８の間に配置された赤外線検出層９を螺旋状にエッチングすることにより形成されている。
そして、赤外線検出部４の下部のシリコン基板６を溝状に濃度差エッチングすることにより溝部３０が形成されている。
【００４４】
波長選択フィルタ２は、シリコン基板６０上に、第一ミラー１３と、第二ミラー１４と、第一ミラー１３に設けられた第一電極１３ａと、第二ミラー１４に設けられた第二電極１４ａとが形成されたファブリペローフィルタである。
そして、シリコン基板６０の裏面には溝部３１が形成されている。
【００４５】
そして、溝部３０と溝部３１を対向させて、赤外線検出器１が形成されたシリコン基板６と波長選択フィルタ２が形成されたシリコン基板６０を真空中または不活性ガス中において直接接合することにより封止室３を形成し、赤外線検出部４をその中空に浮かせる。
この場合、封止室３の内部は、真空封止または不活性ガス封止される。
【００４６】
図２（ｂ）において、波長選択型赤外線検出素子は、図２（ａ）に示した波長選択型赤外線検出素子の波長選択フィルタ２の上下を反転した構成となっている。
この場合、赤外線検出器１と波長選択フィルタ２とは、溝部３１が形成されたスペーサ層６１を介して接合され、封止室３の内部は真空封止または不活性ガス封止されている。
【００４７】
また、外部電極１８ａは、シリコン基板６０に形成された反射防止膜６２、シリコン基板６０、及び絶縁層１６を貫通して第一電極１３ａに通電可能に形成され、外部電極１８ｂは、反射防止膜６２、シリコン基板６０、絶縁層１６、第一ミラー１３及び絶縁層１７を貫通して第二電極１４ａに通電可能に形成されている。
【００４８】
上述の、図１及び図２に示したような波長選択型赤外線検出素子は、高精度な位置合わせが可能な半導体製造プロセスによって形成されるので、赤外線検出器１と波長選択フィルタ２の位置合わせを高精度に行うことができ、測定器間の誤差を小さくすることができる。
【００４９】
また、第一電極１３ａと第二電極１４ａに加える電圧を変えることにより、ファブリペローフィルタのギャップ１５を可変としたので、被測定ガスに含まれる複数の成分を測定対象とした場合でも、フィルタの枚数を増加させる必要はなく、装置を小型化させ、そのコストを低減することができる。
【００５０】
また、赤外線検出部４は、その製造プロセスにおいて封止室３の内部に真空封止または不活性ガス封止されるため、その封止工程を別に用意する必要がなく、装置のコストを下げることができる。
【００５１】
図３は本発明の第三実施例の構成を示す断面図である。
図３において、波長選択型赤外線検出素子は、アレイ状に形成された赤外線検出器１ａ，１ｂ，１ｃと、波長選択フィルタ２ａ，２ｂ，２ｃとで構成されている。
【００５２】
赤外線検出器１ａ，１ｂ，１ｃは、図２に示した赤外線検出器１と同様に、シリコン基板６上に並列に形成され、波長選択フィルタ２ａ，２ｂ，２ｃは、図２に示した波長選択フィルタ２と同様にシリコン基板６０上に並列に形成されている。
【００５３】
赤外線検出器１ａ，１ｂ，１ｃには、図２に示した赤外線検出器１と同様に赤外線検出部４ａ，４ｂ，４ｃが形成されている。
そして、波長選択フィルタ２ａ，２ｂ，２ｃの第一ミラー１３０は共通となるように形成され、第二ミラー１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃは、それぞれ第一ミラー１３０に対向して形成されている。
【００５４】
この場合、第一ミラー１３０と第二ミラー１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃとのギャップ１５ａ，１５ｂ，１５ｃをそれぞれ異なるように形成すれば、それぞれのギャップの長さに対応する波長λ１，λ２，λ３の赤外線を透過する波長選択フィルタ２ａ，２ｂ，２ｃを形成することができる。
【００５５】
そして、図２に示したファブリペローフィルタと同様に、シリコン基板６とシリコン基板６０を、真空中または不活性ガス中で直接接合することによりアレイ状の波長選択型赤外線検出素子を形成する。
尚、図１に示した波長選択型赤外線検出素子のように、同一基板上に複数の赤外線検出器と波長選択フィルタを形成するようにしても良い。
【００５６】
このように波長選択型赤外線検出素子を水平面上に複数個配置してアレイ状とし、複数の波長選択フィルタのギャップを、予めその初期ギャップの長さが異なるように形成するか、あるいは複数のガスを測定対象とするように印加する電位差をそれぞれ変化させてギャップの長さを可変とすることにより、多成分のガスを測定可能とすることができる。
【００５７】
ところで、ファブリペローフィルタは、図４に示すように、一つのガスに対して複数の波長帯域に複数の透過ピークを示す。
例えば、ギャップを２２７０ｎｍとした二酸化炭素の場合は、４２５０ｎｍ近傍と２４００ｎｍ近傍、ギャップを２５９０ｎｍとした水蒸気の場合は、４７００ｎｍ近傍と２７００ｎｍ近傍、ギャップを３１００ｎｍとした参照光の場合は３１００ｎｍ近傍と２２００ｎｍ近傍にピークが存在する。
【００５８】
従って、図５に示すように、光源３０と波長選択型赤外線検出素子３２との間の光路に、例えば２６００ｎｍから４５００ｎｍまでの波長を透過し、それ以外の帯域は不透過とするようなワイドバンドパスフィルタ３１を設けることにより、図４に示すようにギャップを２２７０ｎｍとした二酸化炭素の場合は４２５０ｎｍ近傍のみ、ギャップを２５９０ｎｍとした水蒸気の場合は２７００ｎｍ近傍のみ、ギャップを３１００ｎｍとした参照光の場合は３１００ｎｍ近傍のみが選択され、各ギャップで一つのピークのみを選択させることにより、複数のガスの吸収量を測定することができる。
【００５９】
また、上記の説明においては、赤外線検出器をボロメータとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、振動式、量子型等の赤外線検出器により構成することも可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１および請求項３によれば、光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタ２と、この波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部を有する赤外線検出器１とを同一シリコン基板６上に形成した波長選択型赤外線検出素子において、前記波長選択フィルタと赤外線検出器はシリコン酸化膜からなる絶縁層とエピタキシャル成長により形成された層を含んで積層して形成され、
前記赤外線検出部は、前記シリコン基板上に絶縁層７、赤外線検出層９、絶縁層８、スペーサ層１０を順次積層し、前記スペーサ層１０と絶縁層８との間に形成したエッチング孔を通して前記赤外線検出層下部のシリコン基板およびスペーサ層を濃度差エッチングして形成した封止室に中空に浮いた状態で真空封止され、
前記波長選択フィルタは、前記スペーサ上に封止層１２および絶縁層１６を介して設けられた第一ミラー１３と、この第一ミラーとの間にギャップ１５を介して対向配置された第二ミラーと、前記第一ミラーに設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一電極と前記第二電極に電位差を与えることにより前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを可変としたファブリペローフィルタであって、
前記ファブリペローフィルタと前記赤外線検出部を水平方向に複数個配置してアレイ状とし、前記第１ミラーを共通のミラーとし、前記第一，第二電極に印加する電位差をそれぞれ変化させて前記ギャップの長さを可変としたので、組み立て精度が確保され、小型で低コスト、かつ、多成分のガス濃度を測定可能な波長選択型赤外線検出素子を提供することができる。
【００６１】
本発明の請求項２および３によれば、第一基板６に形成され、光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選択フィルタ２と、第二基板に形成され、前記波長選択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出部を有する赤外線検出器とを具備し、前記第一基板と前記第二基板が接合されてなり、
前記赤外線検出部は前記第一基板と第二基板に形成された溝部を対向させて形成した封止室形成部に配置され、前記波長選択フィルタが前記封止室形成部上に配置されて封止室を形成するように前記第一基板と前記第二基板とを真空中または不活性ガス中で接合することにより、前記封止室が真空封止または不活性ガス封止されており、
前記波長選択フィルタは、前記第２基板に設けられた第一ミラーと、この第一ミラーとの間にギャップを形成し前記第一ミラーに対して変位可能に対向配置される第二ミラーと、前記第一ミラーに設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一電極と前記第二電極に電位差を与えることにより前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを可変としたファブリペローフィルタであって、
前記ファブリペローフィルタと前記赤外線検出部を水平方向に複数個配置してアレイ状とし、前記第１ミラーを共通のミラーとし、前記第一，第二電極に印加する電位差をそれぞれ変化させて前記ギャップの長さを可変としたので、組み立て精度が確保され、小型で低コスト、かつ、多成分のガス濃度を測定可能な波長選択型赤外線検出素子を提供することができる。
【００６２】
本発明の請求項４によれば、請求項１から請求項３の波長選択型赤外線検出素子を使用するようにしたので、小型で低コストの赤外線ガス分析計を提供することができる。
【００６３】
本発明の請求項５によれば、請求項１から請求項４の波長選択型赤外線検出素子を使用し、特定帯域幅のみの赤外線を透過するワイドバンドパスフィルタを設けたので、各ギャップで一つのピークのみを選択させ、複数のガス濃度を測定可能な赤外線ガス分析計を提供することができる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第二実施例の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第三実施例の構成を示す断面図である。
【図４】ファブリペローフィルタの透過特性及びガス吸収特性図である。
【図５】本発明の実施例を使用した赤外線ガス分析計の構成概略図である。
【図６】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図７】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図８】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図９】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図１０】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図１１】フィルタの赤外線透過特性、吸収特性図である。
【図１２】フィルタの赤外線透過特性、吸収特性図である。
【符号の説明】
１  赤外線検出器
２  波長選択フィルタ
３  封止室
４  赤外線検出部
６  シリコン基板
１３  第一ミラー
１３ａ  第一電極
１４  第二ミラー
１４ａ  第二電極
１５  ギャップ
３０  光源
３１  ワイドバンドパスフィルタ
３２  波長選択型赤外線検出素子
【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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