(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式がＬｉｘＴａ（１−ｘ）Ｏ３（但し、ｘ＝０．４９〜０．５０）であるストイキオメトリ組成タンタル酸リチウム基材を薄板状に機械加工した後、該薄板状基材の表裏面に導電性薄膜を対向配置し、この表裏の導電性薄膜間に電圧を印加し、この電圧印加を行う際、まず数分間直流電圧を印加した後、電圧の極性が入れ替わらない大きさに相当する振幅の交流成分を基材に印加することにより該薄膜に挟まれた基材領域の分極状態を単一分域化し、この単一分域化した領域を赤外線を検出する焦電性基材として使用するようにしたことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記導電性薄膜は、電極部、配線部及び出力端子部を含み、該導電性薄膜を基材の表裏面に配置する時は双方の電極部のみが互いに対向するようになし、この電極部間に電圧を印加することによって該電極部間に挟まれた領域のみの分極状態を単一分域化し、この単一分域化した領域を赤外線の受光部としたことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記印加電圧を１０ｋＶ／ｍｍ以下とすることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
上記電圧印加の際の雰囲気温度を１００℃以下とすることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
上記電圧を印加する時間を１分以内とすることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
上記電圧印加を大気中で行うことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
上記電圧印加を行う際、上記基材に直流電界を与え、単一分域化した後、印加する電界の方向を逆にし、単一分域化した部分の分極方向を再度分極反転させ、この電圧印加処理を複数回行うことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
上記電圧印加を行う際、複数の基材を重ねて印加処理を行うことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
上記電圧印加を行う際、基材を絶縁性平板上に置き、この絶縁性平板と単一分域化する部分とが非接触となるようにしたことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
上記電圧印加を行う際、クリップ状の電圧印加端子で、基材を挟み込み保持しながら電圧を印加することを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焦電材料としてタンタル酸リチウムを用いた赤外線検出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンタル酸リチウムは、焦電性を示す材料として広く知られている。このタンタル酸リチウムは、酸化タンタルおよび酸化リチウムを原料にして単結晶として育成したものを、分極処理（ポーリング処理）した後、機械的形状加工が施されて各用途に供されており、赤外線検出素子としては基板状に加工されたものが利用されている。単結晶育成にあたっては、安定した組成比の結晶を得るため、溶融液と結晶の組成比が同一である一致溶融組成（コングルエント組成）となっているため、ＬｉｘＴａ（１−ｘ）Ｏ３で示される酸化リチウムと酸化タンタルのモル分率は、一般にｘ＝０．４８５である。
【０００３】
一方、化学量論組成比（ストイキオメトリ組成比）の結晶も近年研究されてきており、主に光学的な特徴を生かした光学素子への応用が考えられており、その材料特性について調査がなされている。
【０００４】
また、焦電性を有する材料を用いた赤外線検出素子としては、上記タンタル酸リチウムの他、チタン酸ジルコン酸鉛などのペロブスカイト型結晶材料、ＰＶＤＦ、ＴＧＳなどの高分子材料などの実用例があり、主に人体から発する赤外線に対する検知センサとして用いられている。中でもタンタル酸リチウムは、焦電係数が大きく、比誘電率が小さいことから、赤外線検出素子としての感度が高く、高性能のセンサとして実用化されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような赤外線検出素子においては、熱容量を小さくするために薄肉板状のものを使用する必要があるが、タンタル酸リチウムは、単結晶であること或いは不定比欠陥を有していることなどを起因とするクラックが発生し易く、割れ易いため、製造上の課題が多かった。また、本来必要なだけの感度を付与するためには、非常に高い電圧を印加する必要があるため、異常放電の発生による損傷が生じ易く、歩留まりを安定させるには低電圧での処理とならざるを得ず、高感度の素子を量産することができなかった。
【０００６】
しかも、焦電性だけではなく、圧電性もあるため、感度の高さゆえの特有のノイズが発生し易く、高性能のセンサとして使用するためには、応力がかかりにくい構造や圧電気発生を抑制する構造など、形状設計上の工夫を要し、製造上の制約が大きかった。
【０００７】
特に、上記コングルエント組成のタンタル酸リチウムを基材として赤外線検出素子を製造する場合、分極に非常に高い電圧を必要とし、電圧を印加して十分に分極する前に結晶破壊を起こしたり、電圧印加装置内での放電による基材割れが生じたりするため、上記機械的形状加工を施した後に分極処理を行うことができなかった。そのため、分極処理を行い単一分域化した後に機械的形状加工を行うため、加工面に分極反転が生じ、この分極反転により焦電材料としての分極率が悪くなり、検知感度が低下する。また、加工面に微小なクラックが入り易く、残留応力も残り易くなるため、後の製造工程で基材の割れが発生し、歩留まりを低減させる結果となっていた。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、感度を付与するために必要な印加電圧値を低くでき、即ち分極処理が低エネルギーの付与で容易に行うことができ、且つ異常放電による基板の損傷を防いで製造歩留まりを良くすることができるよう、タンタル酸リチウムの組成について鋭意探求した結果、上記モル分率がｘ＝０．４９〜０．５０の場合、即ちストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウムが、赤外線検出素子としての適性を備え且つ低電圧での分極処理でもセンサとしての機能を十分に備える赤外線検出素子を製造し得ることを知徳したので、ここにその赤外線検出素子の製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、組成式がＬｉｘＴａ（１−ｘ）Ｏ３（但し、ｘ＝０．４９〜０．５０）であるストイキオメトリ組成タンタル酸リチウム基材を薄板状に機械加工した後、該薄板状基材の表裏面に導電性薄膜を対向配置し、この表裏の導電性薄膜間に電圧を印加し、この電圧印加を行う際、まず数分間直流電圧を印加した後、電圧の極性が入れ替わらない大きさに相当する振幅の交流成分を基材に印加することにより該薄膜に挟まれた基材領域の分極状態を単一分域化し、この単一分域化した領域を赤外線を検出する焦電性基材として使用するようにしたことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法にある。
【００１０】
この構成によれば、上記ストイキオメトリ組成タンタル酸リチウム基材の場合、その分極のために要する電圧が低いので、薄板状に切断加工した後に分極処理を行うことができ、機械加工による分極反転が生じない。従って、得られた焦電性基材においては、分極処理後の分極状態が保たれ、赤外線検知感度の低下が生じないのである。また、機械加工後に分極処理を行うから、機械加工は多分極状態で行われることになるため、基材加工面に微小なクラックが入りにくく、また残留応力も残りにくく、後工程で基材の割れが生じにくくなり、製造歩留まりが高くなって生産性が向上する。また、上記電圧印加を行う際、まず数分間直流電圧を印加した後、電圧の極性が入れ替わらない大きさに相当する振幅の交流成分を基材に印加することにより、分極に錯乱を与えることで、分極反転をよりし易くでき、より分極率の高い、より検知感度の高い赤外線検出素子を作製できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、上記導電性薄膜は、電極部、配線部及び出力端子部を含み、該導電性薄膜を基材の表裏面に配置する時は双方の電極部のみが互いに対向するようになし、この電極部間に電圧を印加することによって該電極部間に挟まれた領域のみの分極状態を単一分域化し、この単一分域化した領域を赤外線の受光部としたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、部分分極にし、この部分を赤外線の受光部としているから、部分分極にすることによってポプコンノイズ（赤外線未入力時の突発的な誤信号）が抑えられ、しかも、ストイキオメトリ組成であることから電極部の周辺に単一分域領域が広がることがなく、これにより一層ポプコンノイズの発生が抑制される。そして、ストイキオメトリ組成であることから低い電圧での分極処理でも高分極率が得られるために、検知感度の高い赤外線検出素子が作製される。
【００１３】
請求項３に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、請求項１または２において、上記印加電圧を１０ｋＶ／ｍｍ以下とすることを特徴とする。ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、抗電界が低いため、印加電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以下であっても十分に高い分極率が得られる。従って、印加電圧が低いことにより、異常放電による結晶破壊や放電割れが生じず、検知感度の高い赤外線検出素子が得られる。尚、印加電圧が１０ｋＶ／ｍｍを越えると割れやすくなり、また、５ｋＶ／ｍｍ未満の場合は分極が十分に行われなくなる傾向となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、上記電圧印加の際の雰囲気温度を１００℃以下とすることを特徴とする。ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、抗電界が低いため、１００℃以下の温度下でも抗電界が低く、十分に高い分極率が得られる。従って、１００℃以下の低い温度下で処理するから、基材に熱応力が発生することを抑制し、基材割れが生じにくくなる。また、処理装置の耐熱温度を低くすることができ、過熱・冷却タクトも短縮することができ、装置の小規模化及び生産の効率化が図られる。更に、温度勾配が大きくならないため、冷却中に自己発生電圧による分極反転が起こらない。尚、１００℃を超えると、上記のような効果が期待できなくなる傾向となり、また、５０℃未満の場合は分極処理が十分に行われなくなる傾向となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、求項１ないし４のいずれかにおいて、上記電圧を印加する時間を１分以内とすることを特徴とする。ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、抗電界が低いため、短時間での分極処理が可能である。従って、電圧を印加する時間が１分以内の短い時間であっても、分極処理を実施することができ、これにより電圧印加中の基材割れが生じにくく、また短時間で処理が完了し、タクトが短くなるから、生産性が飛躍的に向上する。尚、電圧を印加する時間が１分を越えると、電圧印加中に割れが生じ易くなる。また、１０秒未満の場合は分極が十分になされなくなる傾向となる。
【００１６】
請求項６に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、請求項１ないし５のいずれかにおいて、上記電圧印加を大気中で行うことを特徴とする。従来のコングルエント組成タンタル酸リチウム等では、分極処理をするのに非常に高電圧を必要とするため、装置内に異常放電が発生し、その為装置内を絶縁性ガス雰囲気とする必要がある。本発明で使用するストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、低電圧で分極処理ができるから、大気中での処理が可能となり、このような絶縁性ガス雰囲気にするための雰囲気制御容器が不要となり、装置が簡素化できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、請求項１ないし６のいずれかにおいて、上記電圧印加を行う際、上記基材に直流電界を与え、単一分域化した後、印加する電界の方向を逆にし、単一分域化した部分の分極方向を再度分極反転させ、この電圧印加処理を複数回行うことを特徴とする。この構成によれば、１回の分極処理で反転しにくい場合でも、再度印加する電界の方向を逆にして電圧印加を行うことにより、分極率をアップさせることができ、赤外線の検知感度が高い赤外線検出素子を作製できる。
【００１８】
請求項８に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、請求項１ないし７のいずれかにおいて、上記電圧印加を行う際、複数の基材を重ねて印加処理を行うことを特徴とする。ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、抗電界が低いため、基材を重ね合わせても低い電圧で印加処理が可能で、従って複数枚を一度に分極処理でき、生産性が向上する。
【００１９】
請求項９に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、請求項１ないし８のいずれかにおいて、上記電圧印加を行う際、基材を絶縁性平板上に置き、この絶縁性平板と単一分域化する部分とが非接触となるようにしたことを特徴とする。ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、分極処理後の分極率が大きく、発生する静電気も大きいため、基材を治具としての平板上に平置きして分極処理すると、基材が平板に吸着し易くなるが、本構成によれば、絶縁性平板を使用し、この絶縁性平板と単一分域化する部分とが非接触となるようにしているから、静電気による基材と上記平板との吸着が起こらず、基材剥離の工程が不要となり、タクトアップにつながる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明に係る赤外線検出素子の製造方法は、請求項１ないし８のいずれかにおいて、上記電圧印加を行う際、クリップ状の電圧印加端子で、基材を挟み込み保持しながら電圧を印加することを特徴とする。この構成によれば、電圧印加プローブ及び導線の引き回しが容易となり、また、上記電圧印加端子が基材保持を兼ねるから、基材を支える治具（上記のような平板など）が不要となり、これらにより分極処理装置が簡素化できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。図２は本発明の製造方法によって得た赤外線検出素子の基本構造を示す概略図である。１は、酸化タンタルと酸化リチウムとを原料にして、前記モル分率ｘが０．４９〜０．５０となるよう配合し、単結晶として育成したストイキオメトリ組成タンタル酸リチウムを薄板状に機械加工して得た基材である。この基材の表面（赤外線入射面）と裏面には、金、アルミニウム、ニッケル、ニクロム、タングステン、タンタル、チタンなどの導電性薄膜２、３が被着形成されている。
【００２２】
分極処理前の上記基材１は、自発分極の方向がランダムな多分域状態にあり、上記のように被着形成された表裏の導電性薄膜２、３と電源４とを電気的に結線し、該導電性薄膜２、３間に電圧を印加すると、導電性薄膜２、３に挟まれた基材１は、単一分域化する。基材１は、ストイキオメトリ組成タンタル酸リチウムからなるから、この分極処理を１０ｋＶ／ｍｍ以下の低い印加電圧で実施することができる。この低電圧での印加処理に加え、ストイキオメトリ組成タンタル酸リチウムは不定比欠陥が少ないことから、分極処理中に結晶破壊を起こしたり、電圧印加装置内での放電による基材割れが生じたりする懸念がない。従って、単結晶育成した素材を目的用途に応じて薄板状に機械加工して上記基材１とした後に、上記分極処理を施すことが可能となる。この結果、多分域状態で機械加工を行うため、加工面に微小なクラックが入りにくく、また残留応力も残りにくくなり、後の工程での基材割れが生じることもない。しかも、分極処理前に機械加工がなされるから、機械加工による分極反転が生じることもない。
【００２３】
図１は、赤外線検出素子に具体化した一実施形態の概念図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図で電圧印加の態様を併記した図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本例では、表裏の導電性薄膜２、３が、それぞれ電極部（赤外線受光部）２１、３１、配線部（電極部と出力端子部とを繋ぐ線）２２、３２及び出力端子部（電源と接合される部分）２３、３３からなる。出力端子部２３、３３は、分極処理（電圧印加処理）の際には、図１（ｂ）に示すように、電線を介して電源４に電気的結線がなされる。電極部２１、３１は、基材１を挟んで対向配置され、電源４がスイッチオンされた時には、上記出力端子部２３、３３及び配線部２２、３２を経て、この電極部２１、３１間で電圧印加がなされる。この結果、基材１の該電極部２１、３１に挟まれた部分１０は、単一分域化した領域となり、その他の部分１１は多分域領域としてそのまま残る。
【００２４】
上記のように、分極処理がなされた基材１は、赤外線検出素子として用いられる。即ち、上記単一分域化領域１０は焦電性を有し、表面の電極部２１に赤外線が照射されると、この電極部２１を透過して単一分域化領域１０で吸収される。この赤外線の吸収に伴う昇温により焦電効果が誘起され、赤外線検出素子としての機能が奏せられる。
【００２５】
このような分極処理により単一分域化領域１０を形成するに際し、従来の非ストイキオメトリ組成（コングルエント組成）のタンタル酸リチウムでは、単一分域の境界（分域壁）が三角形の形で発達するため、単一分域と多分域との境界の平坦性が悪くなり（ノッチング）、分域壁の凹凸分だけ非赤外線検知部への単一分域化領域の拡がりが増加することになる。そのため、電極で挟まれた領域のみを単一分域化しなければならないのに、単一分域の領域が電極の周辺にも形成されてしまう。このことが原因で従来の非ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材では、完全にポプコンノイズを抑えることができなかった。
【００２６】
これに対し、本発明で用いるストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材の場合、分極処理の際、分域壁が六角形で発達し、単一分域と多分域との境界の平坦性が良い。従って、電極の周辺に単一分域領域が広がることがなく、ポプコンノイズの発生が抑制される。
【００２７】
図３は、赤外線検出素子に具体化した別の実施形態の概念図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。この例の赤外線検出素子は、１つの基材１に２個の受光部が形成された所謂デュアルタイプのものであり、その他４個の受光部が形成されたクワッドタイプ等にも適用される。それぞれの表裏導電性薄膜２、２、３、３は、上記同様、電極部（赤外線受光部）２１、３１、配線部（電極部と出力端子部とを繋ぐ線）２２、３２及び出力端子部（電源と接合される部分）２３、３３からなる。そして、各表裏の出力端子部２３、３３を不図示の電源に電気的結線をし、電極部２１、３１間に電圧を印加すると、これら電極部２１、３１間に挟まれた部分１０、１０が単一分域化される。
【００２８】
このように、受光部が複数ある場合、従来の非ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材では、上述のように分域壁が平坦にならず、電極部の縁を越えて単一分域化されるため、その領域で発生した電荷は束縛電荷になる。受光部が密接していると、その束縛電荷はいずれかの受光部に入り信号電流として検出されてしまう。従って、各受光部での検知感度が安定せず、また各受光部間の感度値のばらつきが生じることになる。そのため、各受光部間を狭めて密な構造の素子を形成することが困難であった。
【００２９】
これに対し、本発明で用いるストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材の場合、上述のように、分極処理の際の単一分域と多分域との境界の平坦性が良いので、受光部を密に配置することができる。図３に示すように、基材１の面域方向での電極部２１、２１（３１、３１）、即ち受光部としての単一分域化領域１０、１０の間隔ｄを１０μｍ以下とすることができ、これにより多分域−単一分域−多分域の密な構造とすることが容易で、電極部２１、３１、配線部２２、３２及び出力端子部２３、３３の引き回しがし易く、素子全体の小型化、素子の多受光部化が可能となる。尚、１０μｍを超えると、このような素子全体の小型化、素子の多受光部化が難しくなる。また、１μｍ未満の場合、一つの分極領域（ドメイン）サイズとなり、隣接電極による不測の分極領域ができる。
【００３０】
図１及び図３に示す赤外線検出素子における基材１の厚みは、７０〜１００μｍとされる。赤外線を吸収したことによる温度上昇率を高くするため、検知部の熱容量は小さい方が望ましいが、本発明で使用するストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウムによれば、高分極率の素子が得られるので、基材１の層厚を厚くしても高い赤外線検知感度が得られる。従って、厚くすることにより熱容量が大きくなっても高い検知感度が得られるので、赤外線検知性能を維持しながら機械的強度がアップされ、赤外線検出素子としての適性増大が図られる。
【００３１】
また、図１及び図３に示す赤外線検出素子における受光部領域、即ち、電極部２１、３１で規定される単一分域化領域１０の面積は、０．２５ｍｍ２以下とされる。ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウムは、赤外線に対する感度が非常に高いので、受光部の面積を小さくしても赤外線検出素子としての機能を十分発揮する。従って、面積を０．２５ｍｍ２以下とすれば、素子全体のサイズを小型化でき、外部回路基板による大きさの制約を受けず、また生産コストの低下（１枚の基材からの取り数が増える）も図られる。尚、面積が０．２５ｍｍ２を超えると、外部回路基板による大きさの制約を受け、生産コストも大きくなる。また、０．１６ｍｍ２未満の場合、S／Ｎ比が大きくなり、信号の検出がしにくくなる。
【００３２】
更に、図１及び図３に示す赤外線検出素子における表面の電極部２１の厚みは、５００Å以下、裏面の電極部３１の厚みは１０００Å以上とされる。
表面の電極部の厚みを５００Å以下とすることにより、電極部２１の赤外線を透過し易くして、検知感度を更に高くすることができる。また、裏面の電極部の厚みを１０００Å以上とすることにより、基材層を透過した赤外線を反射させ、裏面からの放出を抑制することにより検知感度をより一層高くすることができる。これらにより受光部としての単一分域化領域１０内での赤外線の吸収が効率的になされる。因みに、コングルエント組成の場合、不定比欠陥が多いため、赤外線の吸収率が高く、表面電極部の赤外線の透過や裏面電極部の反射を考慮することでの検知感度の向上の効果は薄いが、本発明で使用するストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウムは不定比欠陥が非常に少なく、従って、表裏の電極部の厚みが吸収率に影響する。尚、表面の電極部の厚みが５００Åを超えると、表面からの赤外線が透過しにくくなり、３０Å未満になると電極としての機能を奏しにくくなる。また、裏面の電極部の厚みが１０００Å未満の場合、基材層を透過した赤外線が更に電極部透過して放出される傾向となるため、赤外線検出素子としての感度の向上が図れなくなる。更に、１００００Åを超えると剥離しやすくなる。
【００３３】
また、図１及び図３に示す赤外線検出素子を作製するにあたって、電圧印加処理は、印加電圧１０ｋＶ以下、雰囲気温度１００℃以下で、大気中で行うのが望ましい。印加電圧が低いので、分極処理中に基材の割れが生じにくく生産性が良い。また、低温で処理されるので、基材に熱応力が発生することを抑制し、基材割れが生じにくくなる。処理装置の耐熱温度を低くすることができ、過熱・冷却タクトも短縮することができ、装置の小規模化及び生産の効率化が図られる。更に、温度勾配が大きくならないため、冷却中に自己発生電圧による分極反転が起こらない。そして、大気中での処理が可能であるから、絶縁性ガス雰囲気にするための雰囲気制御容器が不要となり、装置が簡素化できる。
【００３４】
図４は、上述のような分極処理における分極中の電流変化（分極率とする）を計測した結果を示すグラフである。Ｘはストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材を４５０Ｖで電圧印加処理したもの（本発明の実験例）、Ｙはコングルエント組成のタンタル酸リチウム基材を６００Ｖで電圧印加処理したもの（比較例１）、Ｚはコングルエント組成のタンタル酸リチウム基材を４５０Ｖで電圧印加処理したもの（比較例２）である。
【００３５】
図において、コングルエント組成の場合、印加電圧を低くすると（Ｙ→Ｚ）、分極率が低下することが理解される。一方、本発明の実験例であるＸにおいては、４５０Ｖの低電圧でも非常に短時間（１分以内）に分極が進むことが理解される。そして、分極率が高い程赤外線に対する感度が良いことは焦電性赤外線素子の分野で周知であり、従って、図４に示す結果から、本発明で使用されるストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、低電圧且つ短時間で高い分極率が得られ、赤外線に対する高感度の素子とされることが理解される。
【００３６】
実際に、検出素子としての機能を調べた結果の一部を記載する。理想的な分極状態における感度（分極率を１００％と仮定する）に対してそれぞれの処理における分極率を示す。コングルエント組成基材を高電圧（６００Ｖ）で処理した場合（図４のＹに相当）、分極率は９２．６％であった。同じく低電圧（４５０Ｖ）で処理した場合（図４のＺに相当）、分極率は８５．６％であった。一方、ストイキオメトリ組成（ｘ＝０．４９８）基材を低電圧（４５０Ｖ）で処理した場合（図４のＸに相当）、分極率は９２．６％であった。以上より、電圧を低くすることで分極率が低下するが、ストイキオメトリ組成基材の場合、高分極率を維持できるため、低電圧処理でも高感度が得られることが理解される。
【００３７】
図５は、電圧印加の望ましい態様を示すもので、（ａ）は電圧印加の概略工程を、（ｂ）は電圧印加装置の概略図を示す。図５（ａ）における（１）の状態は処理前の状態であり、電極部２１、３１で挟まれた基材１は多分域状態にある。この状態で、図５（ｂ）に示す切替スイッチ５を、極性の異なる２つの電源４１、４２のどちらか（例えば４１に）に接続して、電極部２１、３１間に電圧を印加すると、図５（ａ）の（２）の状態のように、電極部２１、３１に挟まれた部分の基材１が単一分域化される。この状態では、基材１の層内に部分的に分極されない部分が存在することがある。そこで、切替スイッチ５により電源を切替え（例えば４２に）、再度電圧を印加すると、図５（ａ）の（３）の状態のように、分極方向が反転する。これを、図の矢印のように繰り返すと、殆どの分極方向が揃い、分極率が向上する。
【００３８】
このような分極処理の実験例を以下に記載する。図５（ｂ）に示す印加装置において、印加電圧値を２〜１０ｋＶ／ｍｍとする。電流計６は、反転電流を測定するもので、反転電流は電圧印加回路に直列に接続される抵抗の電圧降下測定値より算出される。先ず、電源４１、４２のいずれかで１分間印加し、その後切替スイッチ５により電源４１、４２を切替え、極性を反転させて再度１分間電圧印加する。更に極性を切替えて１分間電圧印加し、更にもう一度極性を切替えて１分間電圧を印加して、都合４分間電圧印加処理を行った。
【００３９】
上記４分間の電圧印加処理における、１分毎の極性切替時点での赤外線検出素子としての感度を測定した結果、２回目の切替え時（２分経過時）における感度は、１回目の切替え時（１分経過時）より１．５％アップし、３回目の切替え時（３分経過時）における感度は、１回目の切替え時（１分経過時）より３％アップし、４回目の切替え時（４分経過時）における感度は、１回目の切替え時（１分経過時）より４．５％アップすることが確認された。このように、極性を切替えて複数回電圧印加処理を行うと、赤外線に対する感度がアップし、その適性が更に増大する。
【００４０】
図６は、電圧印加時の望ましい電圧波形を示す図である。即ち、電圧印加する際、図のように１００〜５００Ｖの電圧を例えば１分間印加し（この段階でほぼ単一分域化している）、その後印加した直流電圧の極性に対し、極性が替らない大きさの振幅ｅの交流成分（例えば周期１Ｈｚ）を基材に印加する。こうすることで、分極に錯乱を与え、分極反転をよりし易くでき、より分極率の高い、より検知感度の高い赤外線検出素子を作製できる。
【００４１】
図７は、電圧印加の別の態様を示すもので、表裏に電極部２１、３１が被着形成された基材１を複数枚重ね合わせて（図では３枚）、これらを一括して電圧印加処理を行うものである。即ち、図のように３枚重ね合わせた状態で、最上層の基材１の表面電極部２１と最下層の基材１の裏面電極部３１とを、電源４に電気的に接続し、電源４をスイッチオンすることにより、これら３層の基材１…を同時に電圧印加処理する。必要な電圧値は、基材１枚時の枚数倍（図では３倍）になるが、本発明で使用するストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、上述のように抗電界が低く、低電圧で高分極率の処理が行えるから、基材１を複数枚重ね合わせても低い電圧で一度に分極処理することができ、生産性が飛躍的に向上する。
【００４２】
図８は、電圧印加の更に別の態様を示すものである。一般に、この種の赤外線検出素子の電圧印加処理においては、基材を絶縁性平板（治具）の上に置いた状態で電圧印加がなされる。而して、処理後分極領域に発生する静電気により、基材と上記治具とが吸着するため、基材剥離の工程が必要となる。特に、ストイキオメトリ組成のタンタル酸リチウム基材は、処理後の分極率が大きく、発生する静電気も大きいため、このような吸着力も強くなる。
【００４３】
図８に示す絶縁性平板（治具）７には、その上面に凹み部７１が設けられており、この凹み部７１の平面積は電極部２１、３１、即ち、単一分域化領域１０より大きく形成されている。電圧印加時には電極部３１がこの凹み部７１に嵌るよう、基材１が治具７上に置かれる。従って、分極される領域、即ち上記単一分域化領域１０が実質上治具７に接しないから、この単一分域化領域１０で発生する静電気の影響を受けることがなく、上記のような吸着が起こらないのである。尚、電圧印加処理の際加熱がなされるが、この治具７に加熱手段を埋め込み等により設けることが可能であり、これにより装置のコンパクト化が図られる。
【００４４】
図９は、電圧印加の更に別の態様を示すもので、（ａ）はその一実施形態の側面図、（ｂ）はその変形例の側面図、（ｃ）はこれらの概略的平面図、（ｄ）は（ｃ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。図９（ａ）は、Ｘ状に交差した２本の絶縁性端子部材８１、８１と、その先端対向面に被着形成された導電性箔８２、８２と、この導電性箔８２、８２に電気的に接続された電線８３、８３と、端子部材８１、８１の後端側対向面間に弾装された圧縮ばね８４とからなるクリップ状の電圧印加端子８により、電圧印加するものである。即ち、この端子部材８１、８１の先端部で、圧縮ばね８４の付勢弾力により基材１の端部を上下に挟む。この時、図９（ｃ）（ｄ）に示すように、端子部材８１、８１の先端対向面の導電性箔８２、８２が、基材１の表裏の出力端子部２３、３３に弾接する。この状態で、電線８３、８３に接続された不図示の電源をスイッチオンすると、電極部２１、３１間に所定の電圧が印加され、この電極部２１、３１で挟まれた基材１が分極処理される。
【００４５】
図９（ｂ）のクリップ状の電圧印加端子８は、上下に平行な２本の絶縁性端子部材８１、８１を後端部でねじ結合８５し、このねじ８５に嵌装された圧縮ばね８６により両端子部材８１、８１を合体方向に弾力付勢している。この端子部材８１、８１の先端対向面には上記同様導電性箔８２、８２が被着形成され、また、この導電性箔８２、８２には上記同様電線８３、８３が電気的に接続されている。従って、図のように両端子部材８１、８１の先端で基材１の端部を上下に弾性挟持し、上記と同様に電圧印加を実施することができる。
【００４６】
このように、クリップ状の電圧印加端子８を用いて電圧印加を行うと、電圧印加プローブ及び導線の引き回しが容易となり、また電圧印加端子８が基材１の保持を兼ねるから、基材１を支える治具が不要となり、装置が簡素化できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明においては、赤外線検出素子を構成する基材として、ストイキオメトリ組成タンタル酸リチウムを使用しているから、その電圧印加処理が低電圧、短時間、低温更には大気中でなされ、しかも赤外線に対する感度の高い素子が得られる。また、薄板状に機械加工した後に分極処理を行うことができるから、機械加工による分極反転が生じず、得られた焦電性基材においては、分極処理後の分極状態が保たれ、赤外線検知感度の低下が生じないのである。更に、機械加工は多分極状態で行われることになるため、基材加工面に微小なクラックが入りにくく、また残留応力も残りにくく、後工程で基材の割れが生じにくくなり、製造歩留まりが高くなって生産性が向上する（請求項１〜６）。
【００４８】
更に、請求項７ないし１０のような種々の電圧印加態様が採用可能であるから、装置の簡素化、生産の効率化が図られ、赤外線検出素子の高性能化に加え、生産上のメリットも非常に大きく、その有用価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  赤外線検出素子に具体化した一実施形態の概念図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図で電圧印加の態様を併記した図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】  本発明の赤外線検出素子の基本的構造を示す図である。
【図３】  赤外線検出素子に具体化した別の実施形態の概念図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】  分極処理における分極中の電流変化を計測した結果を示すグラフである。
【図５】  電圧印加の望ましい態様を示すもので、（ａ）は電圧印加の概略工程を、（ｂ）は電圧印加装置の概略図を示す。
【図６】  電圧印加時の望ましい電圧波形を示す図である。
【図７】  電圧印加の別の態様を示すものである。
【図８】  電圧印加の更に別の態様を示すものである。
【図９】  電圧印加の更に別の態様を示すもので、（ａ）はその一実施形態の側面図、（ｂ）はその変形例の側面図、（ｃ）はこれらの概略的平面図、（ｄ）は（ｃ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
１  ストイキオメトリ組成タンタル酸リチウム基材
１０  単一分域化領域
２、３  導電性薄膜
２１、３１  電極部
２２、３２  配線部
２３、３３  出力端子部
７  絶縁性平板
８  クリップ状電圧印加端子
【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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