JP2000065639A - Infrared sensor - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板サイズを大きくすることなく、
熱電対の数を増やして高出力化し、温度分解能の高い熱
型赤外線センサを得る。
【解決手段】 シリコン基板22の中央に中央ヒートシ
ンク26(冷接点形成領域)を設け、その外周に空洞部
24を隔てて外周側ヒートシンク27(冷接点形成領
域)を設ける。空洞部24の上には熱絶縁性薄膜25
(温接点形成領域)を設ける。熱絶縁性薄膜25を経て
中央ヒートシンク26と外周側ヒートシンク27の間に
はジグザグ状にサーモパイル30を配線し、サーモパイ
ル30の温接点32を熱絶縁性薄膜25上に配置して赤
外線吸収体34で覆い、冷接点31を各ヒートシンク2
6,27上に配置する。
(57) [Summary] [Problem] Without increasing the size of a silicon substrate,
A thermal infrared sensor with high temperature resolution is obtained by increasing the number of thermocouples to increase the output. SOLUTION: A central heat sink 26 (cold junction formation region) is provided at the center of a silicon substrate 22, and an outer peripheral side heat sink 27 (cold junction formation region) is provided on the outer periphery of the silicon substrate 22 with a cavity 24 interposed therebetween. A heat insulating thin film 25 is placed on the cavity 24.
(Hot junction forming area) is provided. The thermopile 30 is wired in a zigzag manner between the central heat sink 26 and the outer heat sink 27 via the heat insulating thin film 25, and the hot junction 32 of the thermopile 30 is arranged on the heat insulating thin film 25 and the infrared ray absorber 34 is used. Cover and connect the cold junction 31 to each heat sink 2
6 and 27.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、直列接続された複
数の熱電対により赤外線量、温度又は温度変化を計測す
る赤外線センサに関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an infrared sensor for measuring an infrared ray amount, a temperature, or a temperature change with a plurality of thermocouples connected in series.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、人体等から発せられる赤外線を検
出する熱型赤外線センサが、防犯装置や体温計等様々な
分野で使用されている。熱型赤外線センサとは、赤外線
を熱線として利用し、赤外線の入射によって生じる温度
変化に応じて物理量(起電力、電荷、抵抗変化など)を
出力するセンサであって、熱起電力を出力するサーモパ
イル型、焦電効果によって電荷を出力するパイロ型、電
気抵抗の温度変化を利用したサーミスタボロメータ型な
どがある。2. Description of the Related Art In recent years, thermal infrared sensors for detecting infrared rays emitted from the human body and the like have been used in various fields such as security devices and thermometers. A thermal infrared sensor is a sensor that uses infrared rays as heat rays and outputs physical quantities (electromotive force, electric charge, resistance change, etc.) according to temperature changes caused by the incidence of infrared rays. Thermopile that outputs thermoelectromotive force Type, a pyro type that outputs electric charge by the pyroelectric effect, and a thermistor bolometer type that uses the temperature change of electric resistance.
【0003】上記熱型赤外線センサのうち、サーモパイ
ル型温度センサの従来構造を図1(a)(b)に示す。
図1(a)は平面図、図1(b)は断面図である。この
サーモパイル型温度センサ1では、シリコン基板からな
る枠状をしたヒートシンク2内の空洞部3上面に熱絶縁
性薄膜4を設けてある。ヒートシンク2上から熱絶縁性
薄膜4上にかけて2種の金属又は半導体(第1熱電部材
5、第2熱電部材6)を多数配置し、ヒートシンク2上
で両金属を接合させて熱電対の冷接点7を形成し、熱絶
縁性薄膜4上面で両金属を接合させて熱電対の温接点8
を形成し、熱電対を直列に接続されたサーモパイル9の
両端にそれぞれ電極10を設けている。熱絶縁性薄膜4
の上に形成された温接点8は矩形状に形成された赤外線
吸収体11により覆われている。FIGS. 1A and 1B show a conventional structure of a thermopile type temperature sensor among the above-mentioned thermal type infrared sensors.
FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. In this thermopile type temperature sensor 1, a heat insulating thin film 4 is provided on the upper surface of a hollow portion 3 in a frame-shaped heat sink 2 made of a silicon substrate. A large number of two kinds of metals or semiconductors (first thermoelectric member 5 and second thermoelectric member 6) are arranged from the heat sink 2 to the heat insulating thin film 4, and both metals are joined on the heat sink 2 to form a cold junction of a thermocouple. 7 is formed, and both metals are joined on the upper surface of the heat insulating thin film 4 to form a hot junction 8 of a thermocouple.
Are formed, and electrodes 10 are provided at both ends of a thermopile 9 in which thermocouples are connected in series. Thermal insulating thin film 4
The hot junction 8 formed on the top is covered with an infrared absorber 11 formed in a rectangular shape.
【0004】上記サーモパイル型温度センサ1は、赤外
線が赤外線吸収体11に吸収されて熱に変換されると、
冷接点7と温接点8に温度差が生じることでサーモパイ
ル9の電極10間に起電力が生じる。即ち、第1及び第
2熱電部材5、6の接合部(熱電対)の温度がTの時、
その接合部に生じる熱起電力がφ(T)で表わされると
し、熱絶縁性薄膜4上にはm個の温接点8が設けられ、
ヒートシンク2上にもm個の冷接点7が設けられている
とすると、温接点8の温度がTw、冷接点7の温度がT
cであるときには、サーモパイル9の両端の電極10間
には、次の(1)式で表わされる起電力Vが発生する。 V=m[φ(Tw)−φ(Tc)] …(1)[0004] The thermopile-type temperature sensor 1 detects that infrared rays are absorbed by the infrared absorber 11 and converted into heat.
When a temperature difference occurs between the cold junction 7 and the hot junction 8, an electromotive force is generated between the electrodes 10 of the thermopile 9. That is, when the temperature of the junction (thermocouple) of the first and second thermoelectric members 5 and 6 is T,
Assuming that the thermoelectromotive force generated at the junction is represented by φ (T), m hot junctions 8 are provided on the heat insulating thin film 4,
Assuming that m cold junctions 7 are also provided on the heat sink 2, the temperature of the hot junction 8 is Tw and the temperature of the cold junction 7 is T
When it is c, an electromotive force V represented by the following equation (1) is generated between the electrodes 10 at both ends of the thermopile 9. V = m [φ (Tw) −φ (Tc)] (1)
【0005】従って、ヒートシンク2の温度Tcが既知
であるとすると、電極10間に発生する起電力Vを測定
することで測定対象物の温度Twを非接触で計測するこ
とができる。Therefore, if the temperature Tc of the heat sink 2 is known, the temperature Tw of the object to be measured can be measured in a non-contact manner by measuring the electromotive force V generated between the electrodes 10.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記(1)式から分かる
ように、サーモパイル型温度センサから出力される熱起
電力は、各熱電対の熱起電力の総和であるため、直列に
接続する熱電対の数が多いほど熱起電力が大きくなって
温度分解能も高くなる。As can be seen from the above equation (1), since the thermoelectromotive force output from the thermopile type temperature sensor is the sum of the thermoelectromotive forces of the thermocouples, the thermoelectric devices connected in series are connected. The larger the number of pairs, the larger the thermoelectromotive force and the higher the temperature resolution.
【0007】しかしながら、従来のサーモパイル型温度
センサは、シリコン基板の周囲部に残されたヒートシン
クの上に冷接点を形成し、シリコン基板の中央部に形成
された空洞部の上に熱絶縁性薄膜を形成して熱絶縁性薄
膜上に温接点を形成しているので、数mm角のチップサ
イズ(シリコン基板サイズ)に対しては、パターン設計
上の制約から形成できる熱電対の数は40〜50が限界
であった。However, in the conventional thermopile type temperature sensor, a cold junction is formed on a heat sink left around the silicon substrate, and a heat insulating thin film is formed on a cavity formed in the center of the silicon substrate. Is formed to form a hot junction on the heat insulating thin film. Therefore, for a chip size (silicon substrate size) of several mm square, the number of thermocouples that can be formed due to restrictions on pattern design is 40 to 50 was the limit.
【0008】なお、チップサイズを大きくすれば、多く
の熱電対を形成することができるが、用途(例えば、外
耳道内に挿入して体温を計測する耳式体温計など)によ
ってはチップサイズを大きくすることができず、チップ
サイズの小形化が要求される。[0008] A large number of thermocouples can be formed by increasing the chip size. However, depending on the application (for example, an ear thermometer that measures the body temperature by being inserted into the ear canal), the chip size is increased. Therefore, a reduction in chip size is required.
【0009】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、小さなチ
ップサイズに多数の熱電対を形成することにより、赤外
線センサを高出力化し、温度分解能を高くすることにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to form a large number of thermocouples in a small chip size to increase the output of an infrared sensor and to increase the temperature. The purpose is to increase the resolution.
【0010】[0010]
【発明の開示】請求項1に記載の赤外線センサは、基板
の温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモパイ
ルを配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの温接
点を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの冷接
点を配置した赤外線センサにおいて、温接点形成領域に
よって分離された複数の冷接点形成領域を設けたことを
特徴としている。In the infrared sensor according to the first aspect, a thermopile is wired on a hot junction forming area and a cold junction forming area of a substrate, and a thermopile hot junction is arranged on the hot junction forming area. In an infrared sensor in which a thermopile cold junction is arranged on a cold junction formation area, a plurality of cold junction formation areas separated by a hot junction formation area are provided.
【0011】また、請求項2に記載の赤外線センサは、
基板の温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモ
パイルを配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの
温接点を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの
冷接点を配置した赤外線センサにおいて、冷接点形成領
域によって分離された複数の温接点形成領域を設けたこ
とを特徴としている。The infrared sensor according to claim 2 is
Infrared with a thermopile wired on the hot junction formation area and the cold junction formation area of the substrate, a thermopile hot junction arranged on the hot junction formation area, and a thermopile cold junction arranged on the cold junction formation area The sensor is characterized in that a plurality of hot junction forming regions separated by a cold junction forming region are provided.
【0012】請求項1又は2に記載した赤外線センサに
あっては、従来例よりも多数の温接点形成領域又は冷接
点形成領域を設けることができるので、その上に多数の
温接点や冷接点を形成することができる。従って、小さ
なチップサイズの基板により多数の熱電対を設けること
ができ、チップサイズを大きくすることなく、赤外線セ
ンサを高出力化することができ、赤外線センサの温度分
解能を高くすることができる。In the infrared sensor according to the first or second aspect, since a larger number of hot junction forming regions or cold junction forming regions can be provided than in the conventional example, a larger number of hot junctions and cold junctions can be provided thereon. Can be formed. Therefore, a large number of thermocouples can be provided on a substrate having a small chip size, the output of the infrared sensor can be increased without increasing the chip size, and the temperature resolution of the infrared sensor can be increased.
【0013】また、多くの温接点形成領域又は冷接点形
成領域を設けることにより、同一チップサイズであれ
ば、温接点形成領域の面積が小さくなるので、温接点形
成領域を薄膜によって形成する場合でも、温接点形成領
域の機械的強度を大きくすることができる。また、薄膜
状の温接点形成領域をエッチングによって形成する場合
にも、エッチング面積が小さくなるので、エッチング時
間を短くすることができる。Further, by providing a large number of hot junction forming regions or cold junction forming regions, the area of the hot junction forming region is reduced if the chip size is the same. In addition, the mechanical strength of the hot junction forming region can be increased. Also, when the thin-film hot junction forming region is formed by etching, the etching area can be reduced, so that the etching time can be shortened.
【0014】請求項3に記載の赤外線センサは、基板の
温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモパイル
を配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの温接点
を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの冷接点
を配置した赤外線センサにおいて、前記冷接点形成領域
を屈曲または交差させて形成し、当該冷接点形成領域の
外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイルを配線したことを
特徴としている。According to a third aspect of the present invention, there is provided an infrared sensor, wherein a thermopile is wired on a hot junction forming area and a cold junction forming area of a substrate, and a thermopile hot junction is arranged on the hot junction forming area. In the infrared sensor in which a thermopile cold junction is arranged on a formation area, the cold junction formation area is formed by bending or intersecting, and the thermopile is wired along substantially the entire outer edge of the cold junction formation area. And
【0015】また、請求項4に記載の赤外線センサは、
基板の温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモ
パイルを配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの
温接点を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの
冷接点を配置した赤外線センサにおいて、前記温接点形
成領域を屈曲または交差させて形成し、当該温接点形成
領域の外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイルを配線した
ことを特徴としている。Further, the infrared sensor according to claim 4 is
Infrared with a thermopile wired on the hot junction formation area and the cold junction formation area of the substrate, a thermopile hot junction arranged on the hot junction formation area, and a thermopile cold junction arranged on the cold junction formation area The sensor is characterized in that the hot junction forming region is formed by bending or crossing, and a thermopile is wired along substantially the entire outer edge of the hot junction forming region.
【0016】請求項3又は4に記載の赤外線センサにあ
っては、温接点形成領域や冷接点形成領域を屈曲させた
り交差させたりしているので、温接点形成領域や冷接点
形成領域の外縁距離が長くなり、しかも、その外延のほ
ぼ全体に沿ってサーモパイルを形成しているので、多数
の温接点と冷接点を形成することができる。従って、こ
れらの赤外線センサにあっても、小さなチップサイズの
基板により多数の熱電対を設けることができ、チップサ
イズを大きくすることなく、赤外線センサを高出力化す
ることができ、赤外線センサの温度分解能を高くするこ
とができる。In the infrared sensor according to the third or fourth aspect, since the hot junction forming area and the cold junction forming area are bent or crossed, the outer edges of the hot junction forming area and the cold junction forming area are formed. Since the distance is long and the thermopile is formed along substantially the entire extension, a large number of hot junctions and cold junctions can be formed. Therefore, even in these infrared sensors, a large number of thermocouples can be provided on a substrate having a small chip size, and the output of the infrared sensor can be increased without increasing the chip size. Resolution can be increased.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図2は本発明
の第1の実施形態にかかる赤外線センサ21の構造を示
す平面図、図3(a)(b)はその下面図及び断面図で
ある。この赤外線センサ21にあっては、図3(a)
(b)に示すように、シリコン基板22の上面にSiO
2やSiNなどの誘電体薄膜23を形成した後、シリコ
ン基板22の中央部及び外周部を残してシリコン基板2
2を裏面側からエッチングし、シリコン基板22に環状
の空洞部24を形成している。この際、シリコン基板2
2だけが選択的にエッチングされ、誘電体薄膜23はエ
ッチングされないので、空洞部24内の天面には誘電体
薄膜23が露出する(以下、誘電体薄膜23の、空洞部
24内で露出している温接点形成領域を熱絶縁性薄膜2
5という。)。よって、シリコン基板22の中央部には
中央ヒートシンク26(シリコン基板22と誘電体薄膜
23からなる冷接点形成領域)が形成され、外周部には
外周側ヒートシンク27(シリコン基板22と誘電体薄
膜23からなる冷接点形成領域)が形成され、中央ヒー
トシンク26と外周側ヒートシンク27は断面がテーパ
状をした空洞部24によって分離される。なお、熱絶縁
性薄膜25は、熱容量を小さくするため数ミクロンの厚
みにしている。(First Embodiment) FIG. 2 is a plan view showing a structure of an infrared sensor 21 according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are bottom views thereof. It is sectional drawing. In this infrared sensor 21, FIG.
As shown in (b), the upper surface of the silicon substrate 22 is covered with SiO 2.
2 and a dielectric thin film 23 of SiN or the like, the silicon substrate 2
2 is etched from the back side to form an annular cavity 24 in the silicon substrate 22. At this time, the silicon substrate 2
2 is selectively etched and the dielectric thin film 23 is not etched, so that the dielectric thin film 23 is exposed on the top surface in the cavity 24 (hereinafter, the dielectric thin film 23 is exposed in the cavity 24). The hot junction forming region is a heat insulating thin film 2
Five. ). Therefore, a central heat sink 26 (a cold junction forming region composed of the silicon substrate 22 and the dielectric thin film 23) is formed in the center of the silicon substrate 22, and an outer peripheral heat sink 27 (the silicon substrate 22 and the dielectric thin film 23) is formed in the outer peripheral portion. Is formed, and the center heat sink 26 and the outer heat sink 27 are separated by the hollow portion 24 having a tapered cross section. The heat insulating thin film 25 has a thickness of several microns in order to reduce the heat capacity.
【0018】図2に示すように、熱絶縁性薄膜25を経
て外周側ヒートシンク27と中央ヒートシンク26の間
には、第1熱電材料28と第2熱電材料29を交互に配
線して、ジグザグパターンのサーモパイル30が形成さ
れている。第1熱電材料28と第2熱電材料29は外周
側ヒートシンク27上で接合されて熱電対の冷接点31
が形成され、また熱絶縁性薄膜25上で接合されて温接
点32が形成され、さらに中央ヒートシンク26上でも
接合されて冷接点31が形成されている。こうして、多
数の熱電対が直列に接続された温度計測用のサーモパイ
ル30が、熱絶縁性薄膜25に沿ってジグザグに配線さ
れており、サーモパイル30の両端にはそれぞれ電極3
3が設けられている。さらに、熱絶縁性薄膜25に沿っ
てAu、Bi等の金属黒からなる赤外線吸収体34を設
け、各温接点32を赤外線吸収体34によって覆ってい
る。As shown in FIG. 2, a first thermoelectric material 28 and a second thermoelectric material 29 are alternately arranged between the outer peripheral heat sink 27 and the central heat sink 26 via the heat insulating thin film 25 to form a zigzag pattern. Thermopile 30 is formed. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 are joined on the outer heat sink 27 to form a cold junction 31 of a thermocouple.
Are formed on the heat insulating thin film 25 to form a hot junction 32, and further bonded on the central heat sink 26 to form a cold junction 31. In this way, the thermopile 30 for temperature measurement, in which a large number of thermocouples are connected in series, is wired in a zigzag manner along the heat insulating thin film 25, and electrodes 3 are provided at both ends of the thermopile 30, respectively.
3 are provided. Further, an infrared absorber 34 made of metal black such as Au or Bi is provided along the heat insulating thin film 25, and each hot junction 32 is covered with the infrared absorber 34.
【0019】上記赤外線センサ21に赤外線が入射する
と、温接点32上に形成された赤外線吸収体34に赤外
線が吸収されて熱に変換される。そして、中央ヒートシ
ンク26及び外周側ヒートシンク27上に形成された冷
接点31と熱絶縁性薄膜25上に形成された温接点32
に温度差が生じることでサーモパイル30の電極33間
に起電力が出力される。When infrared light is incident on the infrared sensor 21, the infrared light is absorbed by an infrared absorber 34 formed on the hot junction 32 and converted into heat. Then, the cold junction 31 formed on the central heat sink 26 and the outer heat sink 27 and the hot junction 32 formed on the heat insulating thin film 25 are formed.
Is generated between the electrodes 33 of the thermopile 30 due to the temperature difference.
【0020】従来例のような構造の赤外線センサ1で
は、サーモパイル9の直線パターン部分1本当たりで温
接点32と冷接点31がそれぞれ0.5個しか設けるこ
とができなかったが、この赤外線センサ21では、空洞
部24で分離されたヒートシンク(中央ヒートシンク2
6、外周側ヒートシンク27)を2つ設けることによ
り、サーモパイル30の直線パターン部分1本当たりで
温接点32と冷接点31をいずれも1個設けることがで
き、2倍の熱電対密度を実現することができる。よっ
て、小さなチップサイズに多数の熱電対を設けることが
でき、チップサイズを大きくすることなく、赤外線セン
サ21を高出力化することができ、赤外線センサ21の
温度分解能を高くすることができる。In the infrared sensor 1 having the structure as in the conventional example, only 0.5 hot junctions 32 and 0.5 cold junctions 31 can be provided for each linear pattern portion of the thermopile 9. 21, the heat sink (central heat sink 2) separated by the cavity 24 is provided.
6. By providing two outer heat sinks 27), one hot junction 32 and one cold junction 31 can be provided for each linear pattern portion of the thermopile 30, thereby achieving twice the thermocouple density. be able to. Therefore, a large number of thermocouples can be provided in a small chip size, the output of the infrared sensor 21 can be increased without increasing the chip size, and the temperature resolution of the infrared sensor 21 can be increased.
【0021】(第2の実施形態)図4(a)(b)は本
発明の第2の実施形態にかかる赤外線センサ41の構造
を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ41
にあっても、シリコン基板22の中央部及び外周部を残
してシリコン基板22を裏面側からエッチングし、環状
に開口した空洞部24の天面に熱絶縁性薄膜25を露出
させている。すなわち、シリコン基板22の形状は、第
1の実施形態と同じで、空洞部24によって中央ヒート
シンク26と外周側ヒートシンク27が分離されてい
る。(Second Embodiment) FIGS. 4A and 4B are a plan view and a sectional view showing the structure of an infrared sensor 41 according to a second embodiment of the present invention. This infrared sensor 41
In this case, the silicon substrate 22 is etched from the rear surface while leaving the central portion and the outer peripheral portion of the silicon substrate 22 to expose the heat insulating thin film 25 on the top surface of the hollow portion 24 that is opened in an annular shape. That is, the shape of the silicon substrate 22 is the same as that of the first embodiment, and the central heat sink 26 and the outer heat sink 27 are separated by the cavity 24.
【0022】この赤外線センサ41においては、外周側
ヒートシンク27の上面と熱絶縁性薄膜25との間に、
第1熱電材料28と第2熱電材料29を交互に配線して
ジグザグパターンのサーモパイル30が形成されてい
る。このサーモパイル30の第1熱電材料28と第2熱
電材料29は外周側ヒートシンク27上で接合されて冷
接点31が形成され、熱絶縁性薄膜25上で接合されて
温接点32が形成されている。また、中央ヒートシンク
26の上面と熱絶縁性薄膜25との間にも、第1熱電材
料28と第2熱電材料29を交互に配線してジグザグパ
ターンのサーモパイル30が形成されている。このサー
モパイル30の第1熱電材料28と第2熱電材料29は
中央ヒートシンク26上で接合されて冷接点31が形成
され、熱絶縁性薄膜25上で接合されて温接点32が形
成されている。こうして熱絶縁性薄膜25の外周部に沿
って環状に配置されたサーモパイル30と熱絶縁性薄膜
25の内周部に沿って環状に配置されたサーモパイル3
0とは端部を直列に接続され、その両端にはそれぞれ電
極33が設けられている。さらに、熱絶縁性薄膜25に
沿ってAu、Bi等の金属黒からなる赤外線吸収体34
を設け、各温接点32を赤外線吸収体34によって覆っ
ている。In this infrared sensor 41, the distance between the upper surface of the outer heat sink 27 and the heat insulating thin film 25 is
A thermopile 30 having a zigzag pattern is formed by alternately wiring the first thermoelectric materials 28 and the second thermoelectric materials 29. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 of the thermopile 30 are joined on the outer heat sink 27 to form a cold junction 31, and joined on the heat insulating thin film 25 to form a hot junction 32. . In addition, a thermopile 30 having a zigzag pattern is formed between the upper surface of the central heat sink 26 and the heat insulating thin film 25 by alternately wiring the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 of the thermopile 30 are joined on the central heat sink 26 to form a cold junction 31, and joined on the heat insulating thin film 25 to form a hot junction 32. Thus, the thermopile 30 arranged annularly along the outer periphery of the heat insulating thin film 25 and the thermopile 3 arranged annularly along the inner periphery of the heat insulating thin film 25.
0 is connected in series at the ends, and electrodes 33 are provided at both ends. Further, along the heat insulating thin film 25, an infrared absorber 34 made of metal black such as Au, Bi, etc.
, And each hot junction 32 is covered with an infrared absorber 34.
【0023】このようなパターンのサーモパイル30を
有する赤外線センサ41でも、第1の実施形態の赤外線
センサ41と同じ密度で温接点32及び冷接点31を形
成することができ、赤外線センサ41を高出力化するこ
とができる。Even with the infrared sensor 41 having the thermopile 30 having such a pattern, the hot junction 32 and the cold junction 31 can be formed at the same density as the infrared sensor 41 of the first embodiment, and the infrared sensor 41 can output high power. Can be
【0024】(第3の実施形態)図5は本発明の第3の
実施形態にかかる赤外線センサ42の構造を示す平面
図、図6(a)(b)はその下面図及び断面図である。
この赤外線センサ42にあっては、シリコン基板22の
上面に誘電体薄膜23を形成した後、シリコン基板22
の内周部及び外周部を残してシリコン基板22を裏面側
からエッチングし、シリコン基板22の中央部を矩形状
に開口すると共にその周囲を環状に開口している。従っ
て、シリコン基板22の中央部には矩形状の空洞部24
aが形成され、その外側に内周側ヒートシンク27aが
形成され、その外側に環状の空洞部24bが形成され、
その外側に外周側ヒートシンク27bが形成されてい
る。また、シリコン基板22のみが選択的にエッチング
され、誘電体薄膜23はエッチングされないので、シリ
コン基板22の中央部に形成された空洞部24aとその
外周側の空洞部24bにはそれぞれ熱絶縁性薄膜25
a、25bが露出している。(Third Embodiment) FIG. 5 is a plan view showing the structure of an infrared sensor 42 according to a third embodiment of the present invention, and FIGS. 6 (a) and 6 (b) are a bottom view and a sectional view thereof. .
In the infrared sensor 42, after the dielectric thin film 23 is formed on the upper surface of the silicon substrate 22,
The silicon substrate 22 is etched from the back surface side, leaving the inner and outer peripheral portions of the silicon substrate 22 open. Therefore, a rectangular hollow portion 24 is formed at the center of the silicon substrate 22.
a is formed, an inner heat sink 27a is formed outside thereof, and an annular cavity 24b is formed outside thereof,
An outer heat sink 27b is formed outside the outer heat sink 27b. Further, since only the silicon substrate 22 is selectively etched and the dielectric thin film 23 is not etched, the heat insulating thin film is formed in the hollow portion 24a formed in the center portion of the silicon substrate 22 and the hollow portion 24b on the outer peripheral side thereof. 25
a and 25b are exposed.
【0025】図5に示すように、この赤外線センサ42
においては、外周側ヒートシンク27bの上方と外周側
の熱絶縁性薄膜25bとの間に、第1熱電材料28と第
2熱電材料29を交互に配線してジグザグパターンのサ
ーモパイル30が形成される。このサーモパイル30の
第1熱電材料28と第2熱電材料29は外周側ヒートシ
ンク27b上で接合されて冷接点31が形成され、熱絶
縁性薄膜25b上で接合されて温接点32が形成され
る。また、熱絶縁性薄膜25bと内周側ヒートシンク2
7aの上方との間には、第1熱電材料28と第2熱電材
料29を交互に配線してジグザグパターンのサーモパイ
ル30が形成されている。このサーモパイル30の第1
熱電材料28と第2熱電材料29は内周側ヒートシンク
27a上で接合されて冷接点31が形成され、熱絶縁性
薄膜25b上で接合されて温接点32が形成されてい
る。さらに、内周側ヒートシンク27aの上方と中央の
熱絶縁性薄膜25aの間には、第1熱電材料28と第2
熱電材料29を交互に配線してジグザグパターンのサー
モパイル30が形成されている。このサーモパイル30
の第1熱電材料28と第2熱電材料29は内周側ヒート
シンク27a上で接合されて冷接点31が形成され、熱
絶縁性薄膜25a上で接合されて温接点32が形成され
ている。As shown in FIG. 5, the infrared sensor 42
In the above, the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 are alternately wired between the upper side of the outer peripheral heat sink 27b and the outer peripheral heat insulating thin film 25b to form the thermopile 30 having a zigzag pattern. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 of the thermopile 30 are joined on the outer heat sink 27b to form the cold junction 31, and joined on the heat insulating thin film 25b to form the hot junction 32. The heat insulating thin film 25b and the inner heat sink 2
A thermopile 30 having a zigzag pattern is formed between the upper part 7a and the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 alternately. The first of this thermopile 30
The thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 are joined on the inner peripheral heat sink 27a to form a cold junction 31, and joined on the heat insulating thin film 25b to form a hot junction 32. Further, a first thermoelectric material 28 and a second thermoelectric material 28 are provided between the upper part of the inner peripheral heat sink 27a and the central heat insulating thin film 25a.
A thermopile 30 having a zigzag pattern is formed by alternately wiring thermoelectric materials 29. This thermopile 30
The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 are joined on the inner peripheral heat sink 27a to form the cold junction 31, and joined on the heat insulating thin film 25a to form the hot junction 32.
【0026】こうして熱絶縁性薄膜25bの外周部に沿
って環状に配置されたサーモパイル30と、熱絶縁性薄
膜25bの内周部に沿って環状に配置されたサーモパイ
ル30と、熱絶縁性薄膜25aの周囲に沿って環状に配
置されたサーモパイル30とは直列に接続され、これら
の両端部にはそれぞれ電極33が設けられている。さら
に、それぞれの熱絶縁性薄膜25aに沿ってAu、Bi
等の金属黒からなる赤外線吸収体34を設け、各温接点
32を赤外線吸収体34によって覆っている。Thus, the thermopile 30 annularly arranged along the outer peripheral portion of the heat insulating thin film 25b, the thermopile 30 annularly arranged along the inner peripheral portion of the heat insulating thin film 25b, and the heat insulating thin film 25a Are connected in series with the thermopile 30 arranged in an annular shape along the circumference thereof, and electrodes 33 are provided at both ends thereof. Further, Au and Bi are formed along each of the heat insulating thin films 25a.
An infrared absorber 34 made of metallic black is provided, and each hot junction 32 is covered with the infrared absorber 34.
【0027】このような構造の赤外線センサ42では、
より一層温接点32及び冷接点31の密度を大きくする
ことができ、赤外線センサ42を一層高出力化すること
ができる。In the infrared sensor 42 having such a structure,
The density of the hot junction 32 and the cold junction 31 can be further increased, and the output of the infrared sensor 42 can be further increased.
【0028】(第4の実施形態)図7(a)(b)は本
発明の第4の実施形態にかかる赤外線センサ43の構造
を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ43
にあっては、上面に誘電体薄膜23を形成されたシリコ
ン基板22の形状は、第3の実施形態で用いたものと同
じものであるが、サーモパイル30のパターンは第3の
実施形態とは異なっている。すなわち、この赤外線セン
サ43では、外周側ヒートシンク27bと中心の熱絶縁
性薄膜25a、内周側ヒートシンク27aまたは外周側
の熱絶縁性薄膜25bとの間に、第1熱電材料28と第
2熱電材料29を交互に配線して、ジグザグパターンの
サーモパイル30を形成している。そして、第1熱電材
料28と第2熱電材料29は外周側及び内周側ヒートシ
ンク27b、27a上で接合されて熱電対の冷接点31
を形成され、両熱絶縁性薄膜25a、25bで接合され
て温接点32が形成されている。この冷接点31及び温
接点32は、図7(a)(b)に示されているように、
サーモパイル30が外周側の熱絶縁性薄膜25bや内周
側ヒートシンク27aを通過する位置でも形成されてい
る。そして、ジグザグに配線されたサーモパイル30の
両端にはそれぞれ電極33が設けられている。さらに、
中心及び外周側の各熱絶縁性薄膜25a、25bの上に
は、Au、Bi等の金属黒からなる赤外線吸収体34を
設け、各温接点32を赤外線吸収体34によって覆って
いる。(Fourth Embodiment) FIGS. 7A and 7B are a plan view and a sectional view showing the structure of an infrared sensor 43 according to a fourth embodiment of the present invention. This infrared sensor 43
In the above, the shape of the silicon substrate 22 having the dielectric thin film 23 formed on the upper surface is the same as that used in the third embodiment, but the pattern of the thermopile 30 is different from that of the third embodiment. Is different. That is, in the infrared sensor 43, the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material are placed between the outer heat sink 27b and the central heat insulating thin film 25a, the inner heat sink 27a or the outer heat insulating thin film 25b. 29 are alternately wired to form a thermopile 30 having a zigzag pattern. Then, the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 are joined on the outer and inner heat sinks 27b and 27a to form the cold junction 31 of the thermocouple.
Are formed, and are joined by both the heat insulating thin films 25a and 25b to form the hot junction 32. As shown in FIGS. 7A and 7B, the cold junction 31 and the hot junction 32
The thermopile 30 is also formed at a position where the thermopile 30 passes through the heat insulating thin film 25b on the outer peripheral side and the heat sink 27a on the inner peripheral side. Electrodes 33 are provided at both ends of the thermopile 30 wired in zigzag. further,
An infrared absorber 34 made of metal black such as Au or Bi is provided on each of the heat insulating thin films 25a and 25b on the center and outer peripheral sides, and each hot junction 32 is covered with the infrared absorber 34.
【0029】従って、図7(a)から分かるように、冷
接点及び温接点密度の大きな赤外線センサ43を製作す
ることができる。Therefore, as can be seen from FIG. 7A, the infrared sensor 43 having a large cold junction and hot junction density can be manufactured.
【0030】(第5の実施形態)図8は本発明の第5の
実施形態にかかる赤外線センサ44の構造を示す平面
図、図9(a)(b)はその下面図及び断面図である。
この赤外線センサ44にあっては、上面に誘電体薄膜2
3を形成されたシリコン基板22を下面側からコ字形に
エッチングして空洞部24を形成し、空洞部24の天面
に熱絶縁性薄膜25を露出させている。(Fifth Embodiment) FIG. 8 is a plan view showing the structure of an infrared sensor 44 according to a fifth embodiment of the present invention, and FIGS. 9A and 9B are a bottom view and a sectional view thereof. .
In this infrared sensor 44, the dielectric thin film 2
The silicon substrate 22 on which the substrate 3 is formed is etched in a U-shape from the lower surface side to form a cavity 24, and the thermally insulating thin film 25 is exposed on the top surface of the cavity 24.
【0031】ヒートシンク45と熱絶縁性薄膜25との
間には、第1熱電材料28と第2熱電材料29を交互に
配線してジグザグパターンのサーモパイル30が形成さ
れている。サーモパイル30の第1熱電材料28と第2
熱電材料29はヒートシンク45上で接合されて冷接点
31が形成され、熱絶縁性薄膜25上で接合されて温接
点32が形成されている。こうして熱絶縁性薄膜25の
外周部に沿ってジグザグに配置されたサーモパイル30
の両端にはそれぞれ電極33が設けられている。さら
に、熱絶縁性薄膜25に沿ってAu、Bi等の金属黒か
らなる赤外線吸収体34を設け、各温接点32を赤外線
吸収体34によって覆っている。A thermopile 30 having a zigzag pattern is formed between the heat sink 45 and the heat insulating thin film 25 by alternately wiring the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29. The first thermoelectric material 28 of the thermopile 30 and the second thermoelectric material 28
The thermoelectric material 29 is joined on the heat sink 45 to form the cold junction 31, and joined on the heat insulating thin film 25 to form the hot junction 32. Thus, the thermopile 30 arranged zigzag along the outer peripheral portion of the heat insulating thin film 25
Are provided with electrodes 33 at both ends. Further, an infrared absorber 34 made of metal black such as Au or Bi is provided along the heat insulating thin film 25, and each hot junction 32 is covered with the infrared absorber 34.
【0032】この実施態様にあっては、コ字形に屈曲し
た空洞部24の縁に沿ってサーモパイル30を形成して
いるので、サーモパイル30を形成する沿線距離が長く
なり、小さなチップサイズに多数の温接点32と冷接点
31を形成することができ、赤外線センサ44の高出力
化を図ることができる。In this embodiment, since the thermopile 30 is formed along the edge of the hollow portion 24 bent in a U-shape, the distance along the line forming the thermopile 30 is long, and a large number of small chip sizes are required. The hot junction 32 and the cold junction 31 can be formed, and the output of the infrared sensor 44 can be increased.
【0033】この実施形態では、コ字形をした空洞部2
4の外周部と内周部にサーモパイル30を設けているの
で、冷接点31及び温接点32の密度を大きくすること
ができる。In this embodiment, the U-shaped hollow portion 2 is used.
Since the thermopile 30 is provided on the outer periphery and the inner periphery of 4, the density of the cold junction 31 and the hot junction 32 can be increased.
【0034】なお、空洞部24はコ字形に限らず、T字
形や十文字形などにしてもよい(図示せず)。The cavity 24 is not limited to the U-shape, but may be a T-shape or a cross (not shown).
【0035】(第6の実施形態)図10は本発明の第6
の実施形態にかかる赤外線センサ46の構造を示す平面
図、図11(a)(b)はその下面図及び断面図であ
る。この赤外線センサ46にあっては、上面に誘電体薄
膜23を形成されたシリコン基板22を下面側からエッ
チングして矩形状をした空洞部24を複数個格子状に配
列し、各空洞部24の天面に熱絶縁性薄膜25を露出さ
せている。(Sixth Embodiment) FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention.
11 (a) and 11 (b) are a bottom view and a sectional view showing the structure of the infrared sensor 46 according to the embodiment. In the infrared sensor 46, a plurality of rectangular cavities 24 formed by etching the silicon substrate 22 having the dielectric thin film 23 formed on the upper surface from the lower surface side are arranged in a lattice pattern. The heat insulating thin film 25 is exposed on the top surface.
【0036】各空洞部24の周囲において、ヒートシン
ク45と熱絶縁性薄膜25との間に、第1熱電材料28
と第2熱電材料29を交互に配線してジグザグパターン
のサーモパイル30が形成されている。このサーモパイ
ル30の第1熱電材料28と第2熱電材料29はヒート
シンク45上で接合されて冷接点31が形成され、熱絶
縁性薄膜25で接合されて温接点32が形成されてい
る。こうして各熱絶縁性薄膜25の周囲にジグザグに形
成された各サーモパイル30は直列に接続され、直列に
接続されたサーモパイル30全体の両端にはそれぞれ電
極33が設けられている。さらに、各熱絶縁性薄膜25
の上方にAu、Bi等の金属黒からなる赤外線吸収体3
4を設け、各温接点32を赤外線吸収体34によって覆
っている。The first thermoelectric material 28 is provided between the heat sink 45 and the heat insulating thin film 25 around each cavity 24.
And the second thermoelectric material 29 are alternately wired to form a thermopile 30 having a zigzag pattern. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 of the thermopile 30 are joined on a heat sink 45 to form a cold junction 31, and joined by a heat insulating thin film 25 to form a hot junction 32. The thermopiles 30 formed in a zigzag around the respective heat insulating thin films 25 are connected in series, and electrodes 33 are provided at both ends of the entire thermopile 30 connected in series. Furthermore, each heat insulating thin film 25
Absorber 3 made of metal black such as Au or Bi
4 and each hot junction 32 is covered with an infrared absorber 34.
【0037】この実施態様にあっては、多数の空洞部2
4を設けているので、小さなチップサイズに多数の温接
点32と冷接点31を形成することができ、赤外線セン
サ46の高出力化を図ることができる。In this embodiment, a large number of cavities 2
4, the large number of hot junctions 32 and cold junctions 31 can be formed in a small chip size, and the output of the infrared sensor 46 can be increased.
【0038】(第7の実施形態)図12は本発明の第7
の実施形態にかかる赤外線センサ47の構造を示す平面
図、図13(a)(b)はその下面図及び断面図であ
る。この赤外線センサ47にあっては、上面に誘電体薄
膜23を形成されたシリコン基板22を下面側からエッ
チングして長方形状をした空洞部24を複数個横並びに
配列し、各空洞部24の天面に熱絶縁性薄膜25を露出
させている。(Seventh Embodiment) FIG. 12 shows a seventh embodiment of the present invention.
13 (a) and 13 (b) are a bottom view and a sectional view showing the structure of the infrared sensor 47 according to the embodiment. In this infrared sensor 47, a plurality of rectangular cavities 24 formed by etching the silicon substrate 22 having the dielectric thin film 23 formed on the upper surface from the lower surface side are arranged side by side. The heat insulating thin film 25 is exposed on the surface.
【0039】各空洞部24の周囲において、ヒートシン
ク45と熱絶縁性薄膜25との間に、第1熱電材料28
と第2熱電材料29を交互に配線してジグザグパターン
のサーモパイル30が形成されている。このサーモパイ
ル30の第1熱電材料28と第2熱電材料29はヒート
シンク45上で接合されて冷接点31が形成され、熱絶
縁性薄膜25で接合されて温接点32が形成されてい
る。こうして各熱絶縁性薄膜25の周囲にジグザグに形
成された各サーモパイル30は直列に接続され、直列に
接続されたサーモパイル30全体の両端にはそれぞれ電
極33が設けられている。さらに、各熱絶縁性薄膜25
の上方にAu、Bi等の金属黒からなる赤外線吸収体3
4を設け、各温接点32を赤外線吸収体34によって覆
っている。The first thermoelectric material 28 is provided between the heat sink 45 and the heat insulating thin film 25 around each cavity 24.
And the second thermoelectric material 29 are alternately wired to form a thermopile 30 having a zigzag pattern. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 of the thermopile 30 are joined on a heat sink 45 to form a cold junction 31, and joined by a heat insulating thin film 25 to form a hot junction 32. The thermopiles 30 formed in a zigzag around the respective heat insulating thin films 25 are connected in series, and electrodes 33 are provided at both ends of the entire thermopile 30 connected in series. Furthermore, each heat insulating thin film 25
Absorber 3 made of metal black such as Au or Bi
4 and each hot junction 32 is covered with an infrared absorber 34.
【0040】この実施態様にあっても、多数の空洞部2
4を設けているので、小さなチップサイズに多数の温接
点32と冷接点31を形成することができ、赤外線セン
サ47の高出力化を図ることができる。Also in this embodiment, a large number of cavities 2
4, the large number of hot junctions 32 and cold junctions 31 can be formed in a small chip size, and the output of the infrared sensor 47 can be increased.
【0041】(第8の実施形態)図14(a)(b)は
本発明の第8の実施形態にかかる赤外線センサ48の構
造を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ4
8にあっては、上面に誘電体薄膜23を形成されたシリ
コン基板22の形状は、第7の実施形態で用いたものと
同じものであるが、サーモパイル30のパターンは第7
の実施形態とは異なっている。すなわち、この赤外線セ
ンサ48では、中間の熱絶縁性薄膜25やヒートシンク
45を通過して左端の熱絶縁性薄膜25と右端の熱絶縁
性薄膜25との間に、第1熱電材料28と第2熱電材料
29を交互に配線して、ジグザグパターンのサーモパイ
ル30を形成している。そして、第1熱電材料28と第
2熱電材料29はヒートシンク45上で接合されて熱電
対の冷接点31を形成され、各熱絶縁性薄膜25で接合
されて温接点32が形成されている。そして、ジグザグ
に配線されたサーモパイル30の両端にはそれぞれ電極
33が設けられている。さらに、中心及び外周側の各熱
絶縁性薄膜25の上には、Au、Bi等の金属黒からな
る赤外線吸収体34を設け、各温接点32を赤外線吸収
体34によって覆っている。(Eighth Embodiment) FIGS. 14A and 14B are a plan view and a sectional view showing the structure of an infrared sensor 48 according to an eighth embodiment of the present invention. This infrared sensor 4
8, the shape of the silicon substrate 22 having the dielectric thin film 23 formed on the upper surface is the same as that used in the seventh embodiment, but the pattern of the thermopile 30 is the same as that of the seventh embodiment.
Is different from the embodiment. That is, in the infrared sensor 48, the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 28 pass through the intermediate heat insulating thin film 25 and the heat sink 45 and are located between the left end heat insulating thin film 25 and the right end heat insulating thin film 25. Thermoelectric materials 29 are alternately wired to form a thermopile 30 having a zigzag pattern. Then, the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 are joined on the heat sink 45 to form the cold junction 31 of the thermocouple, and are joined by the heat insulating thin films 25 to form the hot junction 32. Electrodes 33 are provided at both ends of the thermopile 30 wired in zigzag. Further, an infrared absorber 34 made of metal black such as Au or Bi is provided on each of the heat insulating thin films 25 on the center and outer peripheral sides, and each hot junction 32 is covered with the infrared absorber 34.
【0042】従って、この実施形態でも大きな冷接点3
1及び温接点32密度の赤外線センサ48を製作するこ
とができる。Therefore, also in this embodiment, the large cold junction 3
One and hot junction 32 density infrared sensors 48 can be fabricated.
【0043】(第9の実施形態)図15(a)(b)は
本発明の第9の実施形態にかかる赤外線センサ49の構
造を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ4
9は、第8の実施形態の変形であって、シリコン基板2
2の縦方向又は横方向に対して斜め45度に傾斜した方
向に延びた空洞部24を設け、サーモパイル30も斜め
45度の方向に沿って配線している。(Ninth Embodiment) FIGS. 15A and 15B are a plan view and a sectional view showing the structure of an infrared sensor 49 according to a ninth embodiment of the present invention. This infrared sensor 4
9 is a modification of the eighth embodiment, in which the silicon substrate 2
2, a hollow portion 24 extending in a direction inclined at an angle of 45 degrees with respect to the vertical or horizontal direction is provided, and the thermopile 30 is also wired along the direction at an angle of 45 degrees.
【0044】なお、図15〜図19においては、サーモ
パイル30、冷接点31及び温接点32は模式的に表わ
している。In FIGS. 15 to 19, the thermopile 30, the cold junction 31 and the hot junction 32 are schematically shown.
【0045】(第10の実施形態)図16(a)(b)
は本発明の第10の実施形態にかかる赤外線センサ50
の構造を示す平面図及び断面図である。この赤外線セン
サ50にあっては、シリコン基板22の上面に誘電体薄
膜23を設け、誘電体薄膜23に部分的にエッチング用
孔52を開口し、エッチング用孔52を介してシリコン
基板22上面をエッチングすることにより、シリコン基
板22上面に環状の凹部51を形成し、凹部51の上に
熱絶縁性薄膜25を形成している。従って、シリコン基
板22の上面では、中央ヒートシンク26の外側に環状
の凹部51が形成され、凹部51の外側に外周側ヒート
シンク27が形成されている。(Tenth Embodiment) FIGS. 16A and 16B
Is an infrared sensor 50 according to the tenth embodiment of the present invention.
3A and 3B are a plan view and a sectional view showing the structure of FIG. In the infrared sensor 50, a dielectric thin film 23 is provided on the upper surface of a silicon substrate 22, an etching hole 52 is partially opened in the dielectric thin film 23, and the upper surface of the silicon substrate 22 is etched through the etching hole 52. By etching, an annular concave portion 51 is formed on the upper surface of the silicon substrate 22, and the heat insulating thin film 25 is formed on the concave portion 51. Therefore, on the upper surface of the silicon substrate 22, the annular concave portion 51 is formed outside the central heat sink 26, and the outer peripheral side heat sink 27 is formed outside the concave portion 51.
【0046】外周側ヒートシンク27の上方と熱絶縁性
薄膜25との間には、第1熱電材料28と第2熱電材料
29を交互に配線してジグザグパターンのサーモパイル
30が形成される。このサーモパイル30の第1熱電材
料28と第2熱電材料29は外周側ヒートシンク27上
で接合されて冷接点31が形成され、熱絶縁性薄膜25
上で接合されて温接点32が形成されている。また、熱
絶縁性薄膜25上と中央ヒートシンク26の上方との間
には、第1熱電材料28と第2熱電材料29を交互に配
線してジグザグパターンのサーモパイル30が形成され
ている。このサーモパイル30の第1熱電材料28と第
2熱電材料29は中央ヒートシンク26上で接合されて
冷接点31が形成され、熱絶縁性薄膜25上で接合され
て温接点32が形成されている。ジグザグに配線された
サーモパイル30の両端にはそれぞれ電極33が設けら
れている。さらに、熱絶縁性薄膜25の上には、Au、
Bi等の金属黒からなる赤外線吸収体34を設け、各温
接点32を赤外線吸収体34によって覆っている。A thermopile 30 having a zigzag pattern is formed between the upper side of the outer heat sink 27 and the heat insulating thin film 25 by alternately arranging the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 of the thermopile 30 are joined on the outer heat sink 27 to form the cold junction 31, and the heat insulating thin film 25
The junction is formed above to form a hot junction 32. Further, a thermopile 30 having a zigzag pattern is formed between the heat insulating thin film 25 and above the central heat sink 26 by alternately wiring the first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29. The first thermoelectric material 28 and the second thermoelectric material 29 of the thermopile 30 are joined on the central heat sink 26 to form a cold junction 31, and joined on the heat insulating thin film 25 to form a hot junction 32. Electrodes 33 are provided at both ends of the thermopile 30 wired in zigzag. Furthermore, on the heat insulating thin film 25, Au,
An infrared absorber 34 made of metal black such as Bi is provided, and each hot junction 32 is covered with the infrared absorber 34.
【0047】この実施形態にあっては、シリコン基板2
2を上面側からエッチングして凹部51を形成するよう
にしているので、全体の製造工程をシリコン基板22の
上面側からのみ行なうことができ、製造工程を簡略化す
ることができる。In this embodiment, the silicon substrate 2
2 is etched from the upper surface side to form the concave portion 51, so that the entire manufacturing process can be performed only from the upper surface side of the silicon substrate 22, and the manufacturing process can be simplified.
【0048】(第11の実施形態)図17(a)(b)
は本発明の第11の実施形態にかかる赤外線センサ53
の構造を示す平面図及び断面図である。この赤外線セン
サ53にあっては、図18(b)に示すように、上面に
誘電体薄膜23を形成されたシリコン基板22の中央部
及び外周部を残してシリコン基板22を裏面側からエッ
チングし、シリコン基板22に環状の空洞部24を形成
している。よって、中央ヒートシンク26の外周に熱絶
縁性薄膜25が形成され、その外側に外周側ヒートシン
ク27が形成される。さらに、図18(a)に示すよう
に、誘電体薄膜23にあけたエッチング用孔(図示せ
ず)から中央ヒートシンク26内をエッチングして凹部
51を形成し、凹部51の上面にも熱絶縁性薄膜25を
形成している。(Eleventh Embodiment) FIGS. 17A and 17B
Is an infrared sensor 53 according to the eleventh embodiment of the present invention.
3A and 3B are a plan view and a sectional view showing the structure of FIG. In this infrared sensor 53, as shown in FIG. 18 (b), the silicon substrate 22 is etched from the rear side except for the central part and the outer peripheral part of the silicon substrate 22 having the dielectric thin film 23 formed on the upper surface. An annular cavity 24 is formed in the silicon substrate 22. Therefore, the heat insulating thin film 25 is formed on the outer periphery of the central heat sink 26, and the outer heat sink 27 is formed on the outer side thereof. Further, as shown in FIG. 18A, the inside of the central heat sink 26 is etched from an etching hole (not shown) formed in the dielectric thin film 23 to form a concave portion 51, and the upper surface of the concave portion 51 is also thermally insulated. The conductive thin film 25 is formed.
【0049】サーモパイルは、図17(a)(b)では
図4(a)と同様なパターンのものを示しているが、図
2(a)と同様なパターンとしてもよい。The thermopile shown in FIGS. 17A and 17B has the same pattern as that shown in FIG. 4A, but may have the same pattern as that shown in FIG. 2A.
【0050】この実施形態のように、上面側からエッチ
ングした凹部51と下面側からエッチングした空洞部2
4とを組合わせれば、側面のテーパー方向が互いに逆に
なるので、シリコン基板をより小さくすることができ
る。As in this embodiment, the concave portion 51 etched from the upper surface and the cavity 2 etched from the lower surface are used.
In combination with 4, the taper directions of the side surfaces are opposite to each other, so that the silicon substrate can be made smaller.
【0051】(第12の実施形態)図19(a)(b)
は本発明の第12の実施形態にかかる赤外線センサ54
の構造を示す下面図及び断面図である。この赤外線セン
サ54にあっては、上面に誘電体薄膜23を形成された
シリコン基板22の中央部及び外周部を残してシリコン
基板22を表面側及び裏面側からエッチングし、シリコ
ン基板22に環状の空洞部24を形成している。よっ
て、中央ヒートシンク26の外周に熱絶縁性薄膜25が
形成され、その外側に外周側ヒートシンク27が形成さ
れる。サーモパイル30のパターンは図示していない
が、上記実施形態のいずれのパターンと同様なパターン
を用いてもよい。(Twelfth Embodiment) FIGS. 19A and 19B
Is an infrared sensor 54 according to the twelfth embodiment of the present invention.
3A and 3B are a bottom view and a sectional view showing the structure of FIG. In the infrared sensor 54, the silicon substrate 22 is etched from the front side and the rear side except for the central portion and the outer peripheral portion of the silicon substrate 22 on which the dielectric thin film 23 is formed on the upper surface. A cavity 24 is formed. Therefore, the heat insulating thin film 25 is formed on the outer periphery of the central heat sink 26, and the outer heat sink 27 is formed on the outer side thereof. Although the pattern of the thermopile 30 is not shown, a pattern similar to any of the above-described embodiments may be used.
【0052】この実施形態では、表面側と裏面側とから
エッチングして空洞部24を形成しているので、エッチ
ング時間を短くすることができる。In this embodiment, since the cavity 24 is formed by etching from the front side and the back side, the etching time can be shortened.
【図1】(a)(b)は、従来のサーモパイル型赤外線
センサの構造を示す平面図及び断面図である。FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a conventional thermopile infrared sensor.
【図2】本発明の第1の実施形態による赤外線センサを
示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図3】(a)(b)は同上の実施形態による赤外線セ
ンサの下面図及び断面図である。FIGS. 3A and 3B are a bottom view and a cross-sectional view of the infrared sensor according to the embodiment.
【図4】(a)(b)は本発明の第2の実施形態による
赤外線センサを示す平面図及び断面図である。FIGS. 4A and 4B are a plan view and a sectional view showing an infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施形態による赤外線センサを
示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing an infrared sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図6】(a)(b)は同上の実施形態による赤外線セ
ンサの下面図及び断面図である。FIGS. 6A and 6B are a bottom view and a cross-sectional view of the infrared sensor according to the embodiment.
【図7】(a)(b)は本発明の第4の実施形態による
赤外線センサを示す平面図及び断面図である。FIGS. 7A and 7B are a plan view and a sectional view showing an infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第5の実施形態による赤外線センサを
示す平面図である。FIG. 8 is a plan view illustrating an infrared sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】(a)(b)は同上の実施形態による赤外線セ
ンサの下面図及び断面図である。FIGS. 9A and 9B are a bottom view and a cross-sectional view of the infrared sensor according to the embodiment.
【図10】本発明の第6の実施形態による赤外線センサ
を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an infrared sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図11】(a)(b)は同上の実施形態による赤外線
センサの下面図及び断面図である。FIGS. 11A and 11B are a bottom view and a cross-sectional view of the infrared sensor according to the embodiment.
【図12】本発明の第7の実施形態による赤外線センサ
を示す平面図である。FIG. 12 is a plan view illustrating an infrared sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図13】(a)(b)は同上の実施形態による赤外線
センサの下面図及び断面図である。FIGS. 13A and 13B are a bottom view and a cross-sectional view of the infrared sensor according to the embodiment.
【図14】(a)(b)は本発明の第8の実施形態によ
る赤外線センサを示す平面図及び断面図である。FIGS. 14A and 14B are a plan view and a sectional view showing an infrared sensor according to an eighth embodiment of the present invention.
【図15】(a)は本発明の第9の実施形態による赤外
線センサを示す平面図、(b)は(a)のX−X線断面
図である。15A is a plan view illustrating an infrared sensor according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
【図16】(a)(b)は本発明の第10の実施形態に
よる赤外線センサを示す平面図及び断面図である。FIGS. 16A and 16B are a plan view and a sectional view showing an infrared sensor according to a tenth embodiment of the present invention.
【図17】(a)(b)は本発明の第11の実施形態に
よる赤外線センサを示す平面図及び断面図である。FIGS. 17 (a) and (b) are a plan view and a sectional view showing an infrared sensor according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図18】(a)(b)は同上の赤外線センサに用いら
れているシリコン基板の平面図及び下面図である。18 (a) and (b) are a plan view and a bottom view of a silicon substrate used for the infrared sensor of the above.
【図19】(a)(b)は本発明の第12の実施形態に
よる赤外線センサを示す下面図及び断面図である。FIGS. 19A and 19B are a bottom view and a sectional view showing an infrared sensor according to a twelfth embodiment of the present invention.
22 シリコン基板 24 空洞 25、25a、25b 熱絶縁性薄膜 26 中央ヒートシンク 27、27b 外周側ヒートシンク 27a 内周側ヒートシンク 30 サーモパイル 31 冷接点 32 温接点 34 サーモパイル Reference Signs List 22 silicon substrate 24 cavity 25, 25a, 25b heat insulating thin film 26 central heat sink 27, 27b outer heat sink 27a inner heat sink 30 thermopile 31 cold junction 32 hot junction 34 thermopile
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 椎木 正和 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 團野 幹史 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 佐々木 昌 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 Fターム(参考) 2G065 AB02 BA11 BA12 BA13 BA14 DA20 2G066 AC13 BA01 BA08 BA09 BA55 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masakazu Shiiki O-Muron Co., Ltd. (72) Inventor Mikishi Danno 10 Hanazono Todo-cho, Ukyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto Incorporated (72) Inventor Masaaki Sasaki 10th Hanazono Todocho, Ukyo-ku, Kyoto City, Kyoto Prefecture F-term (reference) 2G065 AB02 BA11 BA12 BA13 BA14 DA20 2G066 AC13 BA01 BA08 BA09 BA55
Claims (4)
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、 温接点形成領域によって分離された複数の冷接点形成領
域を設けたことを特徴とする赤外線センサ。1. A thermopile is wired on a hot junction forming area and a cold junction forming area of a substrate, a thermopile hot junction is arranged on a hot junction forming area, and a thermopile cold junction is formed on a cold junction forming area. An infrared sensor having contacts arranged therein, wherein a plurality of cold contact forming regions separated by a hot contact forming region are provided.
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、 冷接点形成領域によって分離された複数の温接点形成領
域を設けたことを特徴とする赤外線センサ。2. A thermopile is wired on the hot junction forming area and the cold junction forming area of the substrate, a thermopile hot junction is arranged on the hot junction forming area, and a thermopile cold junction is formed on the cold junction forming area. An infrared sensor having contacts arranged therein, wherein a plurality of hot junction forming regions separated by cold contact forming regions are provided.
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、 前記冷接点形成領域を屈曲または交差させて形成し、当
該冷接点形成領域の外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイ
ルを配線したことを特徴とする赤外線センサ。3. A thermopile is wired on the hot junction forming area and the cold junction forming area of the substrate, the hot junction of the thermopile is arranged on the hot junction forming area, and the thermopile is cooled on the cold junction forming area. An infrared sensor having a contact disposed therein, wherein the cold junction formation region is formed by bending or crossing, and a thermopile is wired along substantially the entire outer edge of the cold junction formation region.
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、 前記温接点形成領域を屈曲または交差させて形成し、当
該温接点形成領域の外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイ
ルを配線したことを特徴とする赤外線センサ。4. A thermopile is wired on the hot junction forming area and the cold junction forming area of the substrate, a thermopile hot junction is arranged on the hot junction forming area, and a thermopile cold junction is formed on the cold junction forming area. An infrared sensor having a contact, wherein the hot junction forming region is formed by bending or crossing, and a thermopile is wired along substantially the entire outer edge of the hot junction forming region.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10240122A JP2000065639A (en) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | Infrared sensor |
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ID=17054831
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| JP10240122A Pending JP2000065639A (en) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | Infrared sensor |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2000065639A (en) |
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