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JPH0674818A - Infrared detecting device - Google Patents

Infrared detecting device

Info

Publication number
JPH0674818A
JPH0674818A JP4227611A JP22761192A JPH0674818A JP H0674818 A JPH0674818 A JP H0674818A JP 4227611 A JP4227611 A JP 4227611A JP 22761192 A JP22761192 A JP 22761192A JP H0674818 A JPH0674818 A JP H0674818A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
infrared
gas
infrared detecting
sensitivity
detection part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4227611A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Aizawa
浩一 相澤
Keiji Kakinote
啓治 柿手
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Atsushi Sakai
淳 阪井
Takuro Nakamura
卓郎 中邑
Takuo Ishida
拓郎 石田
Shigenari Takami
茂成 高見
Sadayuki Sumi
貞幸 角
Hidekazu Himesawa
秀和 姫澤
Fumihiro Kamiya
文啓 紙谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP4227611A priority Critical patent/JPH0674818A/en
Publication of JPH0674818A publication Critical patent/JPH0674818A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To prevent the lowering of sensitivity due to aging and enable exhibition of high sensitivity for a long period. CONSTITUTION:A system 21 loading an infrared detecting element 10 is sealed with a cap 25 by welding. By performing the welding seal work in a chamber charged with Xe gas (ca. 1/5 of air heat conductance) at 1 atmospheric pressure for example, the sealed space (c) in the package 20 is filled with Xe gas and the infrared detection part (a) is in the state sealed in Xe gas atmosphere. By this, the heat flow from the surface of the detection part (a) to the surrounding atmosphere is prevented. Therefore, the heat generated by the infrared irradiation to the detection part (a) flows out to neither of a base plate nor the surrounding atmosphere, temperature rising of the detection part (a) is done efficiently, and the detection sensitivity of infrared is improved. Also, the detection part (a) is maintained in good heat insulated state for a long period and high sensitivity is attained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、赤外線検出装置に関
し、詳しくは、赤外線の吸収による温度変化をとらえて
赤外線を検出する熱型の赤外線素子を備えた赤外線検出
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared detecting device, and more particularly to an infrared detecting device provided with a thermal infrared element for detecting infrared rays by detecting temperature change due to absorption of infrared rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】赤外線検出素子には、いわゆる量子型と
熱型の二種類のタイプがある。量子型の赤外線検出素子
は、非常に高感度ではあるが、低温に冷却して使用する
必要があり、取り扱いが難しいとともに、製造コストが
高くつく。熱型の赤外線検出素子は、感度の点では量子
型に及ばないものの、冷却の必要がなく、構造が簡単で
製造コストも安くつくので、各種の実用的な用途に広く
使用されている。
2. Description of the Related Art There are two types of infrared detecting elements, so-called quantum type and thermal type. Although the quantum type infrared detecting element has a very high sensitivity, it needs to be cooled to a low temperature before use, and it is difficult to handle and the manufacturing cost is high. Although the thermal type infrared detection element is not as sensitive as the quantum type in terms of sensitivity, it does not require cooling, has a simple structure and is inexpensive to manufacture, and is therefore widely used in various practical applications.

【0003】この熱型の赤外線検出素子には、主なタイ
プとして、焦電素子を用いるもの、熱電対を用いるも
の、抵抗体を用いるものの3種類があり、何れも、赤外
線の照射による赤外線検出部の熱的挙動すなわち温度変
化を電気的変化を変換して、赤外線を検出する。何れの
タイプにおいても、その感度向上のためには、赤外線入
射時における赤外線検出部の温度変化を大きくする工夫
が必要になる。例えば、人体からの赤外線放射を捉え
て、人間の存在や接近を検出しようとする用途に、前記
のような赤外線検出素子を用いる場合には、非常に高い
感度の赤外線検出素子が必要になる。
There are three main types of thermal infrared detecting elements, one using a pyroelectric element, one using a thermocouple, and one using a resistor. All of them are infrared rays detected by irradiation of infrared rays. Infrared rays are detected by converting the thermal behavior of the part, that is, the temperature change into an electrical change. In any type, in order to improve the sensitivity, it is necessary to devise a method for increasing the temperature change of the infrared detecting section when infrared rays are incident. For example, when the infrared detecting element as described above is used for the purpose of detecting infrared radiation from a human body to detect the presence or approach of a human, an infrared detecting element having a very high sensitivity is required.

【0004】赤外線検出素子の感度を高める方法とし
て、例えば、赤外線検出部に赤外線吸収率の大きな材料
を付加しておくことが考えられている。しかし、通常の
入手可能な材料の範囲では、赤外線吸収率を大幅に向上
させるのには限界がある。別の方法として、赤外線検出
部の熱絶縁性を高めることが考えられている。赤外線が
当たったときに赤外線検出部で発生する熱を、外部に出
来るだけ逃がさないようにすれば、赤外線検出部の温度
変化が大きくなり、検出信号が強くなるのである。
As a method of increasing the sensitivity of the infrared detecting element, for example, it has been considered to add a material having a high infrared absorption rate to the infrared detecting portion. However, within the range of commonly available materials, there is a limit to significantly improving the infrared absorption rate. As another method, it has been considered to improve the thermal insulation of the infrared detecting section. If the heat generated in the infrared detecting section when the infrared ray hits is prevented from escaping to the outside as much as possible, the temperature change of the infrared detecting section becomes large and the detection signal becomes strong.

【0005】赤外線検出部の熱絶縁性を高める方法とし
て、基板の上に、薄い熱絶縁膜を介して赤外線検出部を
設けるとともに、赤外線検出部の背面の基板を大きく堀
り込んで、いわゆる熱分離空間を設け、赤外線検出部が
前記薄い熱絶縁膜すなわち薄膜ブリッジのみで、基板に
支持されるようにしておく方法が提案されている。赤外
線検出部から基板への熱の伝達が、薄い熱絶縁膜のみで
行われるので、赤外線検出部から基板へ熱が逃げ難くな
る。このような薄膜ブリッジを用いる技術は、本件出願
人らが先に特許出願している特願平2−284779号
などに開示されている。
As a method of improving the thermal insulation of the infrared detecting section, the infrared detecting section is provided on the substrate through a thin thermal insulating film, and the substrate on the back side of the infrared detecting section is largely dug to obtain the so-called heat. A method has been proposed in which a separation space is provided and the infrared detection section is supported by the substrate only by the thin thermal insulation film, that is, the thin film bridge. Since heat is transferred from the infrared detecting section to the substrate only by the thin thermal insulating film, it is difficult for heat to escape from the infrared detecting section to the substrate. A technique using such a thin film bridge is disclosed in Japanese Patent Application No. 2-284779, which the applicants of the present invention have previously filed.

【0006】さらに、上記のような薄膜ブリッジ構造を
採用するとともに、赤外線検出部および薄膜ブリッジ部
分を、真空中に封止しておく方法も提案されている。こ
の方法によれば、赤外線検出部から、これと接触する周
囲の空気へと熱が逃げるのをも、良好に防ぐことができ
るようになる。
Further, there has been proposed a method of adopting the above-mentioned thin film bridge structure and sealing the infrared detecting portion and the thin film bridge portion in a vacuum. According to this method, it is possible to favorably prevent the heat from escaping from the infrared detection section to the surrounding air that is in contact with the infrared detection section.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な真空封止構造を備えた赤外線検出装置は、製造直後の
感度は良好であったとしても、経時とともに感度が急激
に低下してしまい、真空封止構造による感度向上効果が
長く続かず、寿命が短いという問題があった。これは、
赤外線検出装置のパッケージ内が真空になっていると、
吸着、あるいは、吸蔵ガスの脱離、ガスの透過、気密不
良部分からのリーク等のいくつかが原因となって、パッ
ケージ内にガスが混入してしまい、このガスを介して熱
が逃げ易くなることによるものと考えられる。
However, in the infrared detection device having the above-mentioned vacuum sealing structure, even if the sensitivity immediately after manufacturing is good, the sensitivity sharply decreases with time, There is a problem that the effect of improving the sensitivity by the vacuum sealing structure does not last long and the life is short. this is,
If the infrared detector package is evacuated,
Adsorption or desorption of stored gas, gas permeation, leakage from poorly airtight parts, etc. causes gas to be mixed in the package, and heat easily escapes through this gas. It is thought that this is due to a matter.

【0008】また、パッケージの真空封止に、一般的な
金属の封止に利用される溶接封止方法を採用すると、製
造直後であっても感度があまり向上しないという問題も
ある。これは、溶接時に、溶接個所が高温になってガス
が発生し、このガスがパッケージ内に混入するため、真
空封止の効果が発揮されないものと考えられる。上記の
ような問題を防ぐために、パッケージの封着前に十分な
クリーニング、、ベーキング、脱ガスを行ったり、使用
材料の適切化、完全な封止作業、封止方法の適切化など
を行えば、製造時のガス混入や経時的な感度低下を、あ
る程度は防止できる。しかし、この場合には、製造工程
で、長時間の処理や高温での処理、特別な装置が必要で
あり、製造コストも高くつくという問題が生じる。これ
らの対策を全て完全に講じることは、実用的な商品とし
ては不可能である。したがって、実際上、赤外線検出素
子の経時的な感度低下を防ぐことは極めて困難であっ
た。
Further, if a welding sealing method used for sealing a general metal is adopted for vacuum sealing of a package, there is a problem that the sensitivity is not improved so much even immediately after manufacturing. It is considered that this is because, at the time of welding, the welding point becomes hot and gas is generated, and this gas is mixed in the package, so that the effect of vacuum sealing is not exerted. In order to prevent the above problems, if you perform sufficient cleaning, baking, degassing before packing the package, optimize the materials used, complete sealing work, optimize the sealing method, etc. In addition, it is possible to prevent, to some extent, gas contamination during manufacture and sensitivity deterioration with time. However, in this case, in the manufacturing process, long-time processing, high-temperature processing, special equipment are required, and the manufacturing cost becomes high. It is impossible to take all these measures as a practical product. Therefore, in practice, it was extremely difficult to prevent the sensitivity of the infrared detection element from decreasing with time.

【0009】そこで、この発明の課題は、前記のような
赤外線検出装置において、経時的感度低下を防ぎ、長期
間にわたって高い感度を発揮することができるととも
に、構造が比較的簡単で製造コストが安価な赤外線検出
装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to prevent a decrease in sensitivity with time in the infrared detecting device as described above, to exhibit high sensitivity for a long period of time, and to have a relatively simple structure and low manufacturing cost. Another object is to provide an infrared detection device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる赤外線検出装置は、薄膜ブリッジ上に熱
型の赤外線検出部が設けられてなる赤外線検出素子を備
えた赤外線検出装置において、赤外線検出部が、低熱伝
導性ガス雰囲気中に封入されている。赤外線検出素子の
基本的な構造は、従来使用されていたような通常の熱型
赤外線検出素子の構造がそのまま採用できる。具体的に
は、前記した焦電素子や熱電対、抵抗体などからなり、
赤外線を吸収して熱を発生し、それに伴う温度変化が電
気的な変化に変換されて赤外線を検出できるようになっ
た、いわゆる熱型の赤外線検出部が、熱絶縁膜からなる
薄膜ブリッジを介して基板等の支持構造上に設けられて
いる。赤外線の検出によって生じる電気的な変化には、
焦電効果や抵抗値の変化、起電力の変化など、赤外線検
出部の検出原理あるいは構造によって、様々な形態があ
り、この発明は、何れの形態にも適用できる。薄膜ブリ
ッジの材料や具体的構造は、通常の各種センサや電子素
子部品における薄膜ブリッジ構造と同様の構成が採用で
きる。
In order to solve the above problems, an infrared detecting device according to the present invention is an infrared detecting device having an infrared detecting element having a thermal infrared detecting portion provided on a thin film bridge. The infrared detecting section is enclosed in a low thermal conductive gas atmosphere. As the basic structure of the infrared detection element, the structure of a conventional thermal infrared detection element that has been used conventionally can be employed as it is. Specifically, it consists of the pyroelectric element, thermocouple, resistor, etc.,
A so-called thermal type infrared detector, which absorbs infrared rays and generates heat, and the accompanying temperature change is converted into an electrical change to detect infrared rays, through a thin film bridge made of a heat insulating film. Are provided on a support structure such as a substrate. The electrical changes caused by infrared detection are:
There are various modes such as a pyroelectric effect, a change in resistance value, and a change in electromotive force, depending on the detection principle or structure of the infrared detection unit, and the present invention can be applied to any of these modes. The material and the specific structure of the thin film bridge may be the same as those of the thin film bridge structure in various ordinary sensors and electronic element parts.

【0011】赤外線検出装置は、上記のような赤外線検
出素子を搭載するとともに、赤外線検出素子に外部回路
を接続するためのリード端子や、測定しようとする特定
の波長の赤外線のみを透過するフィルタ、その他の必要
な構成部品を、パッケージ内に組み込んで、取り扱い使
用を行い易くしたものであり、赤外線検出装置を構成す
る部品およびその構造は、通常の赤外線検出装置と同様
でよい。
The infrared detecting device is equipped with the above infrared detecting element, a lead terminal for connecting an external circuit to the infrared detecting element, a filter for transmitting only infrared rays of a specific wavelength to be measured, Other necessary components are incorporated into the package to facilitate handling and use. The components and structure of the infrared detection device may be the same as those of a normal infrared detection device.

【0012】低熱伝導性ガスとしては、通常の空気に比
べて、熱伝導率が小さいとともに、赤外線検出部などを
腐食したり機能を阻害したりすることが無ければ、通常
の各種ガスが用いられる。低熱伝導性ガスとしては、不
活性ガスが好ましい。また、低熱伝導性ガスの分子が大
きいほど、封入部分からの漏洩が起こり難い。低熱伝導
性ガスの好ましい具体例としては、キセノンガスが挙げ
られる。
As the low thermal conductivity gas, various ordinary gases can be used as long as they have a lower thermal conductivity than ordinary air and do not corrode the infrared detecting portion or impair their functions. . An inert gas is preferred as the low thermal conductivity gas. Further, the larger the molecules of the low thermal conductivity gas, the less likely the leakage from the enclosed portion occurs. A preferable specific example of the low thermal conductivity gas is xenon gas.

【0013】低熱伝導性ガス雰囲気中に赤外線検出部を
封入するための手段としては、金属やガラス、セラミッ
ク、合成樹脂などからなるパッケージ内に、赤外線検出
部を封入するとともに、このパッケージ内の封入空間
に、前記のような低熱伝導性ガスを充填しておけばよ
い。低熱伝導性ガス雰囲気には、赤外線検出部のみを封
入しておいてもよいし、赤外線検出部を支持する薄膜ブ
リッジあるいは基板などの支持構造の一部あるいは全体
までを、低熱伝導性ガス雰囲気中に封入しておいてもよ
い。赤外線検出部を封入するパッケージには、前記した
赤外線検出装置の全体構造を構成するパッケージを利用
することもできる。
As means for enclosing the infrared detecting section in the atmosphere of low thermal conductivity gas, the infrared detecting section is enclosed in a package made of metal, glass, ceramic, synthetic resin or the like, and is enclosed in this package. The space may be filled with the low thermal conductivity gas as described above. In the low thermal conductivity gas atmosphere, only the infrared detection part may be enclosed, or a part or the whole of the supporting structure such as the thin film bridge or the substrate supporting the infrared detection part may be enclosed in the low thermal conductivity gas atmosphere. It may be enclosed in. As the package for enclosing the infrared detecting section, the package forming the entire structure of the infrared detecting device can be used.

【0014】低熱伝導性ガス雰囲気は、大気圧すなわち
常圧であってもよいし、大気圧よりも低い減圧状態ある
いは大気圧よりも高い加圧状態であってもよい。実用上
は、大気圧付近の圧力が、製造取り扱いが容易で好まし
い。
The low thermal conductive gas atmosphere may be atmospheric pressure, that is, normal pressure, a reduced pressure state lower than atmospheric pressure, or a pressurized state higher than atmospheric pressure. Practically, a pressure around atmospheric pressure is preferable because it is easy to manufacture and handle.

【0015】[0015]

【作用】この発明の赤外線検出装置では、赤外線検出素
子における赤外線検出部から基板への熱伝導による熱の
流出は、熱絶縁性の高い薄膜ブリッジによって、良好に
阻止される。また、赤外線検出部の周囲には、低熱伝導
性ガスが存在しているので、赤外線検出部の表面から周
囲の雰囲気へと熱が流出することも阻止される。具体的
には、低熱伝導性ガスがキセノンガスの場合、通常の空
気に比べて、熱伝導率が約1/5であり、赤外線検出部
から周囲の雰囲気への熱の流出は、格段に減少すること
になる。
In the infrared detecting device of the present invention, the outflow of heat from the infrared detecting portion of the infrared detecting element to the substrate due to heat conduction is favorably blocked by the thin film bridge having a high thermal insulation property. In addition, since the low thermal conductivity gas exists around the infrared detecting section, heat is prevented from flowing out from the surface of the infrared detecting section to the surrounding atmosphere. Specifically, when the low thermal conductivity gas is xenon gas, the thermal conductivity is about 1/5 compared to normal air, and the heat outflow from the infrared detection unit to the surrounding atmosphere is significantly reduced. Will be done.

【0016】したがって、赤外線検出部に赤外線が照射
されて赤外線検出部で発生した熱は、基板あるいは周囲
の雰囲気の何れにも流出することはなく、赤外線検出部
の温度上昇が効率的に行われ、その結果、赤外線の検出
感度が大幅に向上することになる。また、赤外線検出部
が低熱伝導性ガスで覆われるので、前記した真空封止構
造のように、封止後の吸着、吸蔵ガスの脱離、外部から
のガスの透過などが生じることもない。その結果、赤外
線検出部を長期間にわたって良好な熱絶縁状態に維持し
て高い感度を発揮させることができ、赤外線検出素子の
寿命を大幅に延ばすことができる。
Therefore, the heat generated by the infrared detecting section when the infrared detecting section is irradiated with the infrared ray does not flow out to either the substrate or the surrounding atmosphere, and the temperature of the infrared detecting section is efficiently raised. As a result, the infrared detection sensitivity is significantly improved. Further, since the infrared detecting section is covered with the low thermal conductive gas, adsorption after sealing, desorption of stored gas, permeation of gas from the outside, etc. do not occur unlike the above-mentioned vacuum sealing structure. As a result, the infrared detecting section can be maintained in a good thermal insulation state for a long period of time to exhibit high sensitivity, and the life of the infrared detecting element can be greatly extended.

【0017】特に、低熱伝導性ガスを大気圧程度の圧力
で封入しておいた場合には、外部環境との圧力差が少な
いので、外部からのガスの侵入や吸蔵ガスの脱離なども
起こり難く、多少のガス発生があっても、大部分を占め
る低熱伝導性ガスでその影響が消されるので、大きな問
題にはならない。その結果、赤外線検出素子の優れた性
能を、長期間にわたって安定して良好に発揮できる。ま
た、赤外線検出部を封入する工程が、真空封止を行う工
程に比べて、はるかに簡単かつ能率的に行えるようにな
る。
In particular, when the low heat conductive gas is sealed at a pressure of about atmospheric pressure, the pressure difference from the external environment is small, so that gas intrusion from the outside or desorption of the stored gas occurs. It is difficult, and even if some gas is generated, it is not a big problem because the influence is eliminated by the low thermal conductivity gas which occupies most of it. As a result, the excellent performance of the infrared detection element can be stably exhibited satisfactorily over a long period of time. Further, the step of enclosing the infrared detection section can be performed much easier and more efficiently than the step of vacuum sealing.

【0018】さらに、低熱伝導性ガスが、キセノンガス
のような分子の大きなガスであれば、気密不良部分ある
いは封止不良部分があっても、そこからガスが抜けてし
まうことがなく、低熱伝導性ガスの効果を、長期間にわ
たって良好に発揮できる。低熱伝導性ガスが不活性ガス
であれば、赤外線検出部を構成している材料の腐食、汚
染等を防止することができ、赤外線検出部の各構成部材
の機能や性能を、長期間にわたって良好に発揮させるこ
とができる。
Further, if the low thermal conductivity gas is a gas having a large molecule such as xenon gas, even if there is a poor airtight portion or a poor sealing portion, the gas will not escape from the portion and the low thermal conductivity will be low. The effect of the volatile gas can be satisfactorily exerted over a long period of time. If the low thermal conductivity gas is an inert gas, it is possible to prevent corrosion and contamination of the materials that make up the infrared detection unit, and the function and performance of each component of the infrared detection unit can be improved over a long period of time. Can be demonstrated.

【0019】赤外線検出素子の全体を低熱伝導性ガスに
封入しておけば、赤外線検出部だけでなく、その支持構
造からの熱の流出をも防止したり、支持構造などの腐食
や汚染などを防止したりすることができ、赤外線検出素
子の高感度その他の性能を良好に維持できる。
If the entire infrared detecting element is filled with a gas having a low thermal conductivity, not only the infrared detecting portion but also the support structure can be prevented from flowing out heat, and the supporting structure can be prevented from being corroded or contaminated. It can be prevented, and the high sensitivity and other performances of the infrared detection element can be favorably maintained.

【0020】[0020]

【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。図1は、赤外線検出装置
の全体構造を表し、図2は、そのうちの赤外線検出素子
の詳細構造を表している。図2に示すように、赤外線検
出素子10は、シリコン単結晶(100)面を表面に持
つ厚み300μmの基板11の表面に、窒化シリコンと
酸化シリコンの複合膜からなる厚み1.0μmの熱絶縁
膜12が形成されている。基板11の一部が、基板11
の裏側から熱絶縁膜12に達するまで除去されて、熱分
離空間13となっている。この熱分離空間13の位置で
は、熱絶縁膜12が、中空状態で、その外周のみを基板
11に支持されており、いわゆる薄膜ブリッジbを構成
している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall structure of the infrared detection device, and FIG. 2 shows the detailed structure of the infrared detection element. As shown in FIG. 2, the infrared detection element 10 comprises a substrate 11 having a silicon single crystal (100) plane as a surface and a thickness of 300 μm, and a thermal insulation film made of a composite film of silicon nitride and silicon oxide having a thickness of 1.0 μm. The film 12 is formed. A part of the substrate 11 is the substrate 11
It is removed from the back side of the substrate until it reaches the heat insulating film 12, and becomes a heat separation space 13. At the position of the heat separation space 13, the heat insulating film 12 is hollow and is supported only by the outer periphery of the heat insulating film 12 on the substrate 11 to form a so-called thin film bridge b.

【0021】薄膜ブリッジbの上には、アモルファスシ
リコンからなる厚み1.0μmの薄膜抵抗体15、およ
び、厚み0.2μmのクロムからなり、薄膜抵抗体14
を間に挟んで上下に配置された一対の電極15、15が
パターン形成されている。電極15、15で、薄膜抵抗
体14の抵抗値を検出して外部回路に取り出すことがで
きる。電極15、15は、薄膜ブリッジbの上を外周側
に延ばされ、基板11の熱絶縁膜12の上で、電極1
5、15に電極端子16、16が設けられている。
On the thin film bridge b, a thin film resistor 15 made of amorphous silicon and having a thickness of 1.0 μm, and a thin film resistor 14 made of chromium and having a thickness of 0.2 μm.
A pair of electrodes 15 and 15 are arranged in a pattern on the upper and lower sides of the electrode. With the electrodes 15 and 15, the resistance value of the thin film resistor 14 can be detected and taken out to an external circuit. The electrodes 15 and 15 are extended to the outer peripheral side on the thin film bridge b, and on the heat insulating film 12 of the substrate 11, the electrodes 1 and 15 are formed.
Electrode terminals 16 and 16 are provided at 5 and 15, respectively.

【0022】薄膜抵抗体14と上下の電極15、15の
サンドイッチ構造からなる赤外線検出部aを覆って、酸
化シリコンからなる赤外線吸収層17が形成されてお
り、この赤外線吸収層17で、赤外線の吸収性を高め、
赤外線検出部aの温度上昇が良好に行われるようにして
いる。つぎに、上記のような構造を有する赤外線検出素
子の製造方法の1例を説明する。
An infrared absorption layer 17 made of silicon oxide is formed so as to cover the infrared detection section a having a sandwich structure of the thin-film resistor 14 and the upper and lower electrodes 15 and 15. The infrared absorption layer 17 serves to detect infrared rays. Increase absorption,
The temperature of the infrared detecting section a is properly raised. Next, an example of a method of manufacturing the infrared detection element having the above structure will be described.

【0023】まず、シリコン基板11の片面に、プラズ
マCVD法で、窒化シリコンおよび酸化シリコンからな
る熱絶縁膜12を形成する。このとき、導入ガスとし
て、モノシランとアンモニア、および、モノシランと一
酸化炭素を用い、基板温度400℃、周波数13.56
MHz の処理条件を採用した。基板11の反対面には、上
記同様の手段で、窒化シリコンの薄膜を形成する。
First, the thermal insulating film 12 made of silicon nitride and silicon oxide is formed on one surface of the silicon substrate 11 by the plasma CVD method. At this time, monosilane and ammonia, or monosilane and carbon monoxide were used as introduced gases, the substrate temperature was 400 ° C., and the frequency was 13.56.
The processing condition of MHz is adopted. A thin film of silicon nitride is formed on the opposite surface of the substrate 11 by the same means as above.

【0024】基板11の熱絶縁膜12の上に、真空蒸着
法により、基板温度150℃で厚み0.2μmのクロム
を堆積させる。この電極となるクロム層の上に、通常の
フォトリソグラフィ技術を用いて、レジスト層を形成し
パターニングを行う。このレジストパターンをマスクに
して、硝酸セリウムアンモニウムを含むエッチング液
で、クロム層をエッチングして、所定パターンの下部側
の電極15を形成する。なお、エッチング終了後は、不
要なレジストパターンは除去する。
On the heat insulating film 12 of the substrate 11, chromium having a thickness of 0.2 μm is deposited at a substrate temperature of 150 ° C. by a vacuum vapor deposition method. A resist layer is formed and patterned on the chrome layer to be this electrode by using a normal photolithography technique. Using the resist pattern as a mask, the chromium layer is etched with an etching solution containing cerium ammonium nitrate to form the electrode 15 on the lower side of the predetermined pattern. After the etching is completed, the unnecessary resist pattern is removed.

【0025】つぎに、プラズマCVD法で、薄膜抵抗体
となるアモルファスシリコン層を堆積させる。このアモ
ルファスシリコン層の上に、前記同様の手段で、レジス
トパターンを形成し、このレジストパターンをマスクに
して、硝酸、酢酸およびフッ酸からなるエッチング液
で、アモルファスシリコン層をエッチングして、所定パ
ターンの薄膜抵抗体14を形成する。
Next, an amorphous silicon layer to be a thin film resistor is deposited by the plasma CVD method. A resist pattern is formed on the amorphous silicon layer by the same means as described above, and the amorphous silicon layer is etched with an etching solution containing nitric acid, acetic acid and hydrofluoric acid using the resist pattern as a mask to form a predetermined pattern. The thin film resistor 14 is formed.

【0026】この薄膜抵抗体14の上に、前記下部側の
電極15の場合と同様の工程を経て、クロムからなる上
部側の電極15を形成する。これらの薄膜抵抗体14お
よび電極15、15の上に、前記熱絶縁膜12の形成工
程と同様のプラズマCVD法で、赤外線吸収層となる酸
化シリコンの薄膜を堆積させる。さらに、レジストパタ
ーンを形成した後、フッ酸およびフッ化アンモニウムか
らなるエッチング液で、酸化シリコン層をエッチング
し、所定パターンの赤外線吸収層17を形成する。
The upper electrode 15 made of chromium is formed on the thin film resistor 14 through the same steps as those for the lower electrode 15. A thin film of silicon oxide to be an infrared absorption layer is deposited on the thin film resistor 14 and the electrodes 15 and 15 by the plasma CVD method similar to the step of forming the heat insulating film 12. Further, after forming a resist pattern, the silicon oxide layer is etched with an etching solution containing hydrofluoric acid and ammonium fluoride to form an infrared absorption layer 17 having a predetermined pattern.

【0027】さらにその上に、真空蒸着法を用いて、基
板温度150℃で厚み1.5μmのアルミニウム層を堆
積させる。マスクとなるレジストパターンを形成した
後、燐酸、酢酸および硝酸からなるエッチング液で、ア
ルミニウム層をエッチングし、所定パターンの電極端子
16、16を形成する。つぎに、基板11のうち、上記
のような赤外線検出部を形成した面の裏側の面に、熱分
離空間を作製するためのレジストパターンを形成する。
このレジストパターンをマスクにして、基板11の表面
に予め形成されていた窒化シリコン層を、プラズマエッ
チング法でパターニングする。このときのプラズマエッ
チング条件は、パワー200W、ガス圧400mTorr
で、導入ガスに四フッ化炭素を用いる。
Further thereon, an aluminum layer having a thickness of 1.5 μm is deposited at a substrate temperature of 150 ° C. by using a vacuum vapor deposition method. After forming a resist pattern serving as a mask, the aluminum layer is etched with an etching solution containing phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid to form electrode terminals 16 and 16 having a predetermined pattern. Next, a resist pattern for forming a heat separation space is formed on the surface of the substrate 11 on the back side of the surface on which the above infrared detecting section is formed.
Using this resist pattern as a mask, the silicon nitride layer previously formed on the surface of the substrate 11 is patterned by the plasma etching method. The plasma etching conditions at this time are as follows: power 200 W, gas pressure 400 mTorr
Then, carbon tetrafluoride is used as the introduced gas.

【0028】レジストを除去した後、パターン形成され
た窒化シリコン層をマスクにして、いわゆる異方性エッ
チング法で、基板11を構成するシリコンをエッチング
し、熱分離空間13を形成する。異方性エッチングの処
理条件は、エッチャントに水酸化カリウムを用い、エッ
チャント濃度40wt%、液温80℃とする。上記のよう
にして製造された赤外線検出素子10は、図1に示すよ
うに、パッケージ20に収容された状態で使用される。
After removing the resist, the silicon constituting the substrate 11 is etched by a so-called anisotropic etching method using the patterned silicon nitride layer as a mask to form the thermal separation space 13. The anisotropic etching treatment conditions include potassium hydroxide as an etchant, an etchant concentration of 40 wt% and a liquid temperature of 80 ° C. The infrared detection element 10 manufactured as described above is used while being housed in the package 20, as shown in FIG.

【0029】赤外線検出素子10は、金属製のシュテム
21に接着剤22でボンディング接合される。シュテム
21の上下面を貫通して設置されているリード端子2
3、23と、赤外線検出素子10の前記電極端子16、
16が、金からなるワイヤ24、24でボンディング接
続され、薄膜抵抗体14の抵抗値を、リード端子23、
23から外部に取り出せるようにする。
The infrared detecting element 10 is bonded and bonded to the metal stem 21 with the adhesive 22. The lead terminal 2 which is installed so as to penetrate the upper and lower surfaces of the stem 21.
3, 23 and the electrode terminal 16 of the infrared detection element 10,
16 are bonded and connected by wires 24 made of gold, and the resistance value of the thin film resistor 14 is set to the lead terminal 23,
It can be taken out from 23.

【0030】シュテム21の上方に、金属製のキャップ
25を被せ、外周部分をシュテム21に溶接封止する。
キャップ25のうち、赤外線検出素子10の赤外線検出
部aと対面する位置には、特定の波長の赤外線を選択的
に透過するフィルタ26が設けられた赤外線入射窓27
が形成されている。フィルタ26は、シリコン基板の表
面に選択透過膜を堆積させて作製され、波長5μm以下
をカットするような特性を持たせたものを用い、キャッ
プ25の赤外線入射窓27に、低融点ガラスを用いて接
着しておく。
A metallic cap 25 is placed over the stem 21, and the outer peripheral portion is welded and sealed to the stem 21.
An infrared incident window 27 provided with a filter 26 that selectively transmits infrared rays having a specific wavelength is provided at a position of the cap 25 facing the infrared detecting portion a of the infrared detecting element 10.
Are formed. The filter 26 is made by depositing a selective transmission film on the surface of a silicon substrate and has a characteristic of cutting a wavelength of 5 μm or less, and a low melting point glass is used for the infrared incident window 27 of the cap 25. And glue it.

【0031】上記工程で、赤外線検出素子10を搭載し
たシュテム21をキャップ25で溶接封止する際に、こ
の溶接封止作業を、1気圧のキセノンガスが充填された
チャンバ内で行う。このことにより、パッケージ20の
封入空間cが、キセノンガスで満たされた状態になり、
赤外線検出素子10の赤外線検出部aが、キセノンガス
雰囲気中に封入された状態になる。但し、キセノンガス
の封入手段としては、パッケージ20を作製した後、そ
の封入空間cにキセノンガスを充填するなど、各種装置
における通常のガス封入手段が自由に適用できる。
In the above process, when the stem 21 having the infrared detecting element 10 mounted thereon is welded and sealed by the cap 25, this welding and sealing work is performed in a chamber filled with 1 atmosphere of xenon gas. As a result, the enclosed space c of the package 20 is filled with xenon gas,
The infrared detecting section a of the infrared detecting element 10 is sealed in the xenon gas atmosphere. However, as a means for enclosing the xenon gas, a usual gas enclosing means in various devices can be freely applied such as filling the enclosed space c with the xenon gas after the package 20 is manufactured.

【0032】以上のような構造の赤外線検出素子装置を
製造して、その感度を測定した。比較のために、全く同
じ構造でパッケージ20の封入空間cに空気を充填した
ものも製造して、同様の測定を行った。その結果は、図
3の左端に示すように、キセノンガス中に封入されたこ
の発明の実施例は、空気中に封入された比較例1に比べ
て、約4倍程度も感度が向上することが判った。
An infrared detecting device having the above structure was manufactured and its sensitivity was measured. For the purpose of comparison, the same structure having the enclosed space c of the package 20 filled with air was also manufactured, and the same measurement was performed. As a result, as shown in the left end of FIG. 3, the sensitivity of the example of the present invention sealed in xenon gas is improved by about four times as compared with Comparative example 1 sealed in air. I understood.

【0033】つぎに、図3には、実施例の赤外線検出装
置について、感度の経時変化を測定した結果を表してい
る。また、図4は、比較例2として、パッケージ20の
封入空間cを、1×10-3Torrの真空状態にした赤外線
検出装置を製造し、同様の測定を行った結果を表してい
る。測定結果をみれば、比較例2では、製造直後の感度
は非常に高いが、経時とともに、感度が急激に落ちてい
ることが判る。これでは、安定した性能を発揮すること
ができず、寿命も短くなってしまう。これに対し、この
発明の実施例では、使用時間が1000時間を超えて
も、感度低下はほとんどなく、良好な感度を長期間にわ
たって安定して発揮できることが実証された。
Next, FIG. 3 shows the result of measuring the change with time of the sensitivity of the infrared detecting device of the embodiment. In addition, FIG. 4 shows a result of performing the same measurement as a comparative example 2 in which an infrared detection device in which the enclosed space c of the package 20 is in a vacuum state of 1 × 10 −3 Torr is manufactured. From the measurement results, it can be seen that in Comparative Example 2, the sensitivity immediately after manufacture is very high, but the sensitivity drops sharply with time. With this, stable performance cannot be exhibited and the life is shortened. On the other hand, in the examples of the present invention, it was proved that even if the usage time exceeded 1000 hours, the sensitivity was hardly reduced, and good sensitivity could be stably exhibited for a long period of time.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる赤外線
検出装置は、熱型の赤外線検出部を低熱伝導性ガス雰囲
気中に封入しておくことにより、赤外線検出部から周辺
の雰囲気への熱の流出を良好に阻止することができ、赤
外線検出部における検出の感度を向上させることができ
る。
As described above, in the infrared detector according to the present invention, the thermal infrared detector is sealed in a low thermal conductive gas atmosphere so that heat from the infrared detector to the surrounding atmosphere can be reduced. Can be satisfactorily blocked, and the detection sensitivity of the infrared detection section can be improved.

【0035】しかも、赤外線検出部を真空封止しておく
構造に比べて、封止後の吸着や吸蔵ガスの脱離、外部か
らのガスの透過によるガスの混入などが起こらず、赤外
線検出部における高感度を、長期間にわたって安定して
発揮することができ、赤外線検出装置の使用寿命を大幅
に向上させることができる。また、真空封止を行わない
ので、封止構造および封止作業が簡単になり、生産性が
向上する。
Moreover, compared with the structure in which the infrared detecting section is vacuum-sealed, adsorption and desorption of stored gas after sealing and gas mixture due to gas permeation from the outside do not occur, and thus the infrared detecting section is prevented. The high sensitivity can be stably exhibited over a long period of time, and the service life of the infrared detection device can be significantly improved. Further, since the vacuum sealing is not performed, the sealing structure and the sealing work are simplified and the productivity is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施例を表す赤外線検出装置の全
体構造断面図
FIG. 1 is a sectional view of the entire structure of an infrared detection device showing an embodiment of the present invention.

【図2】 赤外線検出素子の拡大断面構造図FIG. 2 is an enlarged sectional structure diagram of an infrared detection element.

【図3】 実施例の経時性能測定結果を示す線図FIG. 3 is a diagram showing the results of measuring the performance over time of Examples.

【図4】 比較例の経時性能測定結果を示す線図FIG. 4 is a diagram showing the results of measuring the performance over time of a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 赤外線検出素子 11 基板 12 熱絶縁膜 13 熱分離空間 14 薄膜抵抗体 15 電極 20 パッケージ 21 シュテム 25 キャップ a 赤外線検出部 b 薄膜ブリッジ c 封入空間 10 Infrared Detection Element 11 Substrate 12 Thermal Insulation Film 13 Thermal Separation Space 14 Thin Film Resistor 15 Electrode 20 Package 21 Stem 25 Cap a Infrared Detector b Thin Film Bridge c Enclosed Space

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年12月21日[Submission date] December 21, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Name of item to be corrected] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0023】まず、シリコン基板11の片面に、プラズ
マCVD法で、窒化シリコンおよび酸化シリコンからな
る熱絶縁膜12を形成する。このとき、導入ガスとし
て、モノシランとアンモニア、および、モノシランと一
酸化二窒素を用い、基板温度400℃、周波数13.5
6MHzの処理条件を採用した。基板11の反対面に
は、上記同様の手段で、窒化シリコンの薄膜を形成す
る。
First, the thermal insulating film 12 made of silicon nitride and silicon oxide is formed on one surface of the silicon substrate 11 by the plasma CVD method. At this time, as an introduction gas, monosilane and ammonia, and, monosilane and dinitrogen nitrogen, a substrate temperature of 400 ° C., a frequency 13.5
A processing condition of 6 MHz was adopted. A thin film of silicon nitride is formed on the opposite surface of the substrate 11 by the same means as above.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪井 淳 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 中邑 卓郎 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 石田 拓郎 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高見 茂成 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 角 貞幸 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 姫澤 秀和 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 紙谷 文啓 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Jun Sakai, 1048, Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture, Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor, Takuro Nakamura, 1048, Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture, Matsuda Electric Works Co., Ltd. 72) Inventor Takuro Ishida 1048, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Shigenari Takami, 1048, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor, Sadayuki Kaku Osaka Fudomon, Kadoma, 1048, Kadoma, Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Hidekazu Himezawa, Kadoma, Osaka, Kadoma, 1048 Kadoma, Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Inventor, Fumihiro Kamiya, 1048, Kadoma, Kadoma, Osaka Banchi Matsushita Electric Works Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜ブリッジ上に熱型の赤外線検出部が
設けられてなる赤外線検出素子を備えた赤外線検出装置
において、赤外線検出部が、低熱伝導性ガス雰囲気中に
封入されていることを特徴とする赤外線検出装置。
1. An infrared detecting device comprising an infrared detecting element comprising a thermal infrared detecting section provided on a thin film bridge, wherein the infrared detecting section is enclosed in a low thermal conductive gas atmosphere. Infrared detector.
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