特許 7596130 電磁波センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-29

(45)【発行日】2024-12-09

(54)【発明の名称】電磁波センサ

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20241202BHJP

【ＦＩ】

G01J1/02 C

G01J1/02 Q

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020201817

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2022089432

(43)【公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(72)【発明者】

【氏名】原 晋治

(72)【発明者】

【氏名】太田 尚城

(72)【発明者】

【氏名】青木 進

(72)【発明者】

【氏名】小村 英嗣

(72)【発明者】

【氏名】城川 眞生子

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０３９５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２７８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０００１７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ １／００－ １／６０

Ｇ０１Ｊ １１／００

Ｇ０１Ｊ ５／００－ ５／９０

Ｈ０４Ｎ ２３／００－２３／９５９

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ある特定の波長の電磁波に対して透過性を有する基板と、
前記基板の一方の面側に設けられた絶縁体層と、
前記基板の一方の面との間に空間を有して配置されたサーミスタ膜と、
前記絶縁体層の内部又は表面に設けられると共に、前記サーミスタ膜と電気的に接続された配線部と、
前記サーミスタ膜と前記配線部との間を電気的に接続する接続部とを備え、
前記接続部は、前記基板の厚み方向成分を有する方向に延びるように配置されたレッグ部と、前記サーミスタ膜とは前記基板の厚み方向において重ならない位置に配置されたアーム部と有し、
前記アーム部は、前記接続部の中において前記サーミスタ膜と前記レッグ部との間に位置し、
前記レッグ部は、前記接続部の中において前記配線部と前記アーム部との間に位置し、
前記絶縁体層が設けられた層において、前記サーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率が、前記配線部が設けられた部分における前記電磁波の透過率よりも相対的に高くなると共に、前記アーム部と対向する部分における前記電磁波の透過率が、前記サーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率よりも相対的に低くなっており、
測定対象から放出された前記電磁波が前記基板側から前記サーミスタ膜と対向する部分を通して前記サーミスタ膜に入射することを特徴とする電磁波センサ。

【請求項2】

前記サーミスタ膜は、前記接続部により前記基板から吊り下げられた状態で支持され、
前記サーミスタ膜と前記絶縁体層との間には、前記空間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波センサ。

【請求項3】

前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記絶縁体層を貫通する孔部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波センサ。

【請求項4】

前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記絶縁体層を凹ませた凹部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波センサ。

【請求項5】

前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記配線部が設けられた部分の前記絶縁体層よりも単位厚さ当たりの前記電磁波の透過率が高い層が設けられていることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の電磁波センサ。

【請求項6】

前記基板と前記絶縁体層との間には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の電磁波センサ。

【請求項7】

前記絶縁体層は、酸化ケイ素膜と、前記基板と前記酸化ケイ素膜との間に設けられた酸化アルミニウム膜との積層膜を有することを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の電磁波センサ。

【請求項8】

前記サーミスタ膜の少なくとも一部を覆う誘電体膜を有することを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の電磁波センサ。

【請求項9】

前記サーミスタ膜とは別の参照用のサーミスタ膜を備え、
前記絶縁体層が設けられた層において、前記サーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率が、前記参照用のサーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率よりも相対的に高くなっていることを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の電磁波センサ。

【請求項10】

ある特定の波長の電磁波に対して透過性を有する基板と、
前記基板の一方の面側に設けられた絶縁体層と、
前記基板の一方の面との間に空間を有して配置されたサーミスタ膜と、
前記絶縁体層の内部又は表面に設けられると共に、前記サーミスタ膜と電気的に接続された配線部と、
前記サーミスタ膜と前記配線部との間を電気的に接続する接続部とを備え、
前記接続部は、前記基板の厚み方向成分を有する方向に延びるように配置されたレッグ部と、前記サーミスタ膜とは前記基板の厚み方向において重ならない位置に配置されたアーム部と有し、
前記アーム部は、前記接続部の中において前記サーミスタ膜と前記レッグ部との間に位置し、
前記レッグ部は、前記接続部の中において前記配線部と前記アーム部との間に位置し、
前記絶縁体層が設けられた層における前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記絶縁体層を貫通する孔部又は前記絶縁体層を凹ませた凹部が設けられており、
測定対象から放出された前記電磁波が前記基板側から前記サーミスタ膜と対向する部分を通して前記サーミスタ膜に入射することを特徴とする電磁波センサ。

【請求項11】

前記サーミスタ膜は、アレイ状に複数配列されていることを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の電磁波センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁波センサに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、サーミスタ素子を用いた電磁波センサがある。サーミスタ素子が有するサーミスタ膜の電気抵抗は、サーミスタ膜の温度変化に応じて変化する。電磁波センサでは、サーミスタ膜に入射した赤外線（電磁波）がサーミスタ膜又はサーミスタ膜の周辺の材料に吸収されることによって、このサーミスタ膜の温度が変化する。これにより、サーミスタ素子は、赤外線（電磁波）を検出する。

【0003】

ここで、シュテファン＝ボルツマンの法則から、測定対象の温度と、この測定対象から熱輻射により放出される赤外線（輻射熱）との間には相関関係がある。したがって、測定対象から放出される赤外線をサーミスタ素子を用いて検出することで、測定対象の温度を非接触により測定することが可能である。

【0004】

また、このようなサーミスタ素子は、アレイ状に複数配列されることによって、測定対象の温度分布を二次元的に検出（撮像）する赤外線撮像素子（赤外線イメージセンサ）などの電磁波センサに応用されている（例えば、下記特許文献１を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１９／１７１４８８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述した電磁波センサでは、サーミスタ素子による赤外線（電磁波）の検出精度を向上させるため、測定対象から放出された赤外線がサーミスタ膜に入射するまでの間に、このサーミスタ膜以外の部分に赤外線が吸収されることを極力低く抑えることが求められている。

【0007】

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、サーミスタ素子による電磁波の検出精度を向上させた電磁波センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１） ある特定の波長の電磁波に対して透過性を有する基板と、
前記基板の一方の面側に設けられた絶縁体層と、
前記基板の一方の面との間に空間を有して配置されたサーミスタ膜と、
前記絶縁体層の内部又は表面に設けられると共に、前記サーミスタ膜と電気的に接続された配線部と、
前記サーミスタ膜と前記配線部との間を電気的に接続する接続部とを備え、
前記接続部は、前記基板の厚み方向成分を有する方向に延びるように配置されたレッグ部と、前記サーミスタ膜とは前記基板の厚み方向において重ならない位置に配置されたアーム部と有し、
前記アーム部は、前記接続部の中において前記サーミスタ膜と前記レッグ部との間に位置し、
前記レッグ部は、前記接続部の中において前記配線部と前記アーム部との間に位置し、
前記絶縁体層が設けられた層において、前記サーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率が、前記配線部が設けられた部分における前記電磁波の透過率よりも相対的に高くなると共に、前記アーム部と対向する部分における前記電磁波の透過率が、前記サーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率よりも相対的に低くなっており、
測定対象から放出された前記電磁波が前記基板側から前記サーミスタ膜と対向する部分を通して前記サーミスタ膜に入射することを特徴とする電磁波センサ。
（２） 前記サーミスタ膜は、前記接続部により前記基板から吊り下げられた状態で支持され、
前記サーミスタ膜と前記絶縁体層との間には、前記空間が設けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載の電磁波センサ。
（３） 前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記絶縁体層を貫通する孔部が設けられていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の電磁波センサ。
（４） 前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記絶縁体層を凹ませた凹部が設けられていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の電磁波センサ。
（５） 前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記配線部が設けられた部分の前記絶縁体層よりも単位厚さ当たりの前記電磁波の透過率が高い層が設けられていることを特徴とする前記（１）～（４）の何れか一項に記載の電磁波センサ。
（６） 前記基板と前記絶縁体層との間には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする前記（１）～（５）の何れか一項に記載の電磁波センサ。
（７） 前記絶縁体層は、酸化ケイ素膜と、前記基板と前記酸化ケイ素膜との間に設けられた酸化アルミニウム膜との積層膜を有することを特徴とする前記（１）～（６）の何れか一項に記載の電磁波センサ。
（８） 前記サーミスタ膜の少なくとも一部を覆う誘電体膜を有することを特徴とする前記（１）～（７）の何れか一項に記載の電磁波センサ。
（９） 前記サーミスタ膜とは別の参照用のサーミスタ膜を備え、
前記絶縁体層が設けられた層において、前記サーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率が、前記参照用のサーミスタ膜と対向する部分における前記電磁波の透過率よりも相対的に高くなっていることを特徴とする前記（１）～（８）の何れか一項に記載の電磁波センサ。
（１０） ある特定の波長の電磁波に対して透過性を有する基板と、
前記基板の一方の面側に設けられた絶縁体層と、
前記基板の一方の面との間に空間を有して配置されたサーミスタ膜と、
前記絶縁体層の内部又は表面に設けられると共に、前記サーミスタ膜と電気的に接続された配線部と、
前記サーミスタ膜と前記配線部との間を電気的に接続する接続部とを備え、
前記接続部は、前記基板の厚み方向成分を有する方向に延びるように配置されたレッグ部と、前記サーミスタ膜とは前記基板の厚み方向において重ならない位置に配置されたアーム部と有し、
前記アーム部は、前記接続部の中において前記サーミスタ膜と前記レッグ部との間に位置し、
前記レッグ部は、前記接続部の中において前記配線部と前記アーム部との間に位置し、
前記絶縁体層が設けられた層における前記サーミスタ膜と対向する部分には、前記絶縁体層を貫通する孔部又は前記絶縁体層を凹ませた凹部が設けられており、
測定対象から放出された前記電磁波が前記基板側から前記サーミスタ膜と対向する部分を通して前記サーミスタ膜に入射することを特徴とする電磁波センサ。
（１１） 前記サーミスタ膜は、アレイ状に複数配列されていることを特徴とする前記（１）～（１０）の何れか一項に記載の電磁波センサ。

【発明の効果】

【0009】

以上のように、本発明によれば、サーミスタ素子による電磁波の検出精度を向上させた電磁波センサを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電磁波センサの構成を示す平面図である。

【図2】図１に示す電磁波センサの構成を示す分解斜視図である。

【図3】図１に示す電磁波センサのセル構造を示す断面図である。

【図4】図１に示す電磁波センサのセル構造を示す平面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る電磁波センサのセル構造を示す断面図である。

【図6】第１の絶縁体層に孔部を形成する工程を順に説明するための断面図である。

【図7】第１の絶縁体層に孔部を形成する工程を順に説明するための断面図である。

【図8】第１の絶縁体層に孔部を形成する工程を順に説明するための断面図である。

【図9】第１の絶縁体層に孔部を形成する工程を順に説明するための断面図である。

【図10】本発明の第３の実施形態に係る電磁波センサのセル構造を示す断面図である。

【図11】本発明の第４の実施形態に係る電磁波センサのセル構造を示す断面図である。

【図12】本発明の第５の実施形態に係る電磁波センサのセル構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0012】

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を電磁波センサの特定の面内における第１の方向Ｘとし、Ｙ軸方向を電磁波センサの特定の面内において第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙとし、Ｚ軸方向を電磁波センサの特定の面内に対して直交する第３の方向Ｚとして、それぞれ示すものとする。

【0013】

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１～図４に示す電磁波センサ１Ａについて説明する。
なお、図１は、電磁波センサ１Ａの構成を示す平面図である。図２は、電磁波センサ１Ａの構成を示す斜視図である。図３は、電磁波センサ１Ａのセル構造を示す断面図である。図４は、電磁波センサ１Ａのセル構造を示す平面図である。

【0014】

本実施形態の電磁波センサ１Ａは、測定対象から放出される赤外線（電磁波）を検出することによって、この測定対象の温度分布を二次元的に検出（撮像）する赤外線撮像素子（赤外線イメージセンサ）に本発明を適用したものである。

【0015】

赤外線は、波長が０．７５μｍ以上、１０００μｍ以下である電磁波である。赤外線イメージセンサは、赤外線カメラとして屋内や屋外の暗視などに利用されるほか、非接触式の温度センサとして人や物の温度測定などに利用されている。

【0016】

具体的に、この電磁波センサ１Ａは、図１～図４に示すように、互いに対向して配置された第１の基板２及び第２の基板３と、これら第１の基板２と第２の基板３との間に配置された複数のサーミスタ素子４とを備えている。

【0017】

第１の基板２及び第２の基板３は、ある特定の波長の電磁波（本実施形態では波長８～１４μｍの長波長赤外線）（以下、「赤外線」という。）ＩＲに対して透過性を有するシリコン基板からなる。また、赤外線ＩＲに対して透過性を有する基板としては、ゲルマニウム基板などを用いることができる。

【0018】

第１の基板２及び第２の基板３は、互いに対向する面の周囲をシール材（図示せず。）により封止することによって、その間に密閉された内部空間Ｋを構成している。また、内部空間Ｋは、高真空に減圧されている。これにより、電磁波センサ１では、内部空間Ｋでの対流による熱の影響を抑制し、サーミスタ素子４に対して測定対象から放出される赤外線ＩＲ以外の熱による影響を排除している。

【0019】

なお、本実施形態の電磁波センサ１Ａは、上述した密閉された内部空間Ｋを減圧した構成に必ずしも限定されるものではなく、大気圧のまま密閉又は開放された内部空間Ｋを有する構成であってもよい。

【0020】

サーミスタ素子４は、赤外線ＩＲを検出するサーミスタ膜５と、サーミスタ膜５の一方の面に接触して設けられた第１の電極６ａと、サーミスタ膜５の他方の面に接触して設けられた一対の第２の電極６ｂと、サーミスタ膜５を覆う誘電体膜７とを備え、サーミスタ膜５の面直方向に電流を流すＣＰＰ（Current-Perpendicular-to-Plane）構造を有している。

【0021】

すなわち、このサーミスタ素子４では、一方の第２の電極６ｂから第１の電極６ａに向けてサーミスタ膜５の面直方向に電流を流すと共に、第１の電極６ａから他方の第２の電極６ｂに向けてサーミスタ膜５の面直方向に電流を流すことが可能となっている。

【0022】

サーミスタ膜５としては、例えば、酸化バナジウム膜、非晶質シリコン、多結晶シリコン、マンガンを含むスピネル型結晶構造の酸化物、酸化チタン、又はイットリウム－バリウム－銅酸化物などを用いることができる。

【0023】

第１の電極６ａ及び第２の電極６ｂとしては、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）などの導電膜を用いることができる。

【0024】

誘電体膜７としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウムマグネシウム、ホウ化ケイ素、窒化ホウ素、又はサイアロン（ケイ素とアルミニウムとの酸窒化物）などを用いることができる。

【0025】

誘電体膜７は、少なくともサーミスタ膜５の少なくとも一部を覆うように設けられた構成であればよい。本実施形態では、サーミスタ膜５の両面を覆うように誘電体膜７が設けられている。

【0026】

複数のサーミスタ素子４は、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では正方形状）に形成されている。また、複数のサーミスタ素子４は、第１の基板２及び第２の基板３と平行な面内（以下、「特定の面内」という。）にアレイ状に配列されている。すなわち、これら複数のサーミスタ素子４は、特定の面内において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとにマトリックス状に並んで配置されている。

【0027】

また、各サーミスタ素子４は、第１の方向Ｘを行方向とし、第２の方向Ｙを列方向として、第１の方向Ｘに一定の間隔で並んで配置されると共に、第２の方向Ｙに一定の間隔で並んで配置されている。

【0028】

なお、上記サーミスタ素子４の行列数としては、例えば６４０行×４８０列、１０２４行×７６８列などが挙げられるが、これら行列数に必ずしも限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

【0029】

第１の基板２側には、第１の絶縁体層８と、後述する回路部１５と電気的に接続された配線部９と、各サーミスタ素子４と配線部９との間を電気的に接続する第１の接続部１０とが設けられている。

【0030】

第１の絶縁体層８は、第１の基板２の一方の面（第２の基板３と対向する面）側において積層された絶縁膜からなる。絶縁膜としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウムマグネシウム、ホウ化ケイ素、窒化ホウ素、サイアロン（ケイ素とアルミニウムの酸窒化物）などを用いることができる。

【0031】

配線部９は、複数の第１のリード配線９ａと、複数の第２のリード配線９ｂとを有している。第１のリード配線９ａ及び第２のリード配線９ｂは、例えば銅や金などの導電膜からなる。配線部９は、第１の絶縁体層８の内部又は表面に設けられている。

【0032】

複数の第１のリード配線９ａと複数の第２のリード配線９ｂとは、第１の絶縁体層８の第３の方向Ｚにおいて異なる層内に位置して、立体的に交差するように配置されている。このうち、複数の第１のリード配線９ａは、第１の方向Ｘに延在し、且つ、第２の方向Ｙに一定の間隔で並んで設けられている。一方、複数の第２のリード配線９ｂは、第２の方向Ｙに延在し、且つ、第１の方向Ｘに一定の間隔で並んで設けられている。

【0033】

各サーミスタ素子４は、平面視において、これら複数の第１のリード配線９ａと複数の第２のリード配線９ｂとによって区画された領域毎に設けられている。各サーミスタ膜５と第１の基板２の厚方向において対向する領域（平面視で重なる領域）には、第１の基板２とサーミスタ膜５との間で赤外線ＩＲを透過させる窓部Ｗが存在している。

【0034】

第１の接続部１０は、複数のサーミスタ素子４の各々に対応して設けられた一対の第１の接続部材１１ａ，１１ｂを有している。また、一対の第１の接続部材１１ａ，１１ｂは、一対のアーム部１２ａ，１２ｂと、一対のレッグ部１３ａ，１３ｂとを有している。

【0035】

各アーム部１２ａ，１２ｂは、例えばチタンや窒化チタンなどの薄膜によってサーミスタ素子４の周囲に沿って形成された折り曲げ線状の導体パターンからなる。各レッグ部１３ａ，１３ｂは、例えば銅、金、ＦｅＣｏＮｉ合金又はＮｉＦｅ合金（パーマロイ）などのめっきによって第３の方向Ｚに延在して形成された断面円形状の導体ピラーからなる。

【0036】

一方の第１の接続部材１１ａは、一方の第２の電極６ｂと電気的に接続された一方のアーム部１２ａと、一方のアーム部１２ａと第１のリード配線９ａとの間を電気的に接続する一方のレッグ部１３ａとを有して、サーミスタ素子４の一方側と第１のリード配線９ａとの間を電気的に接続している。

【0037】

他方の第１の接続部材１１ｂは、他方の第２の電極６ｂと電気的に接続された他方のアーム部１２ｂと、他方のアーム部１２ｃと第２のリード配線９ｂとの間を電気的に接続する他方のレッグ部１３ｂとを有して、サーミスタ素子４の他方側と第２のリード配線９ｂとの間を電気的に接続している。

【0038】

これにより、サーミスタ素子４は、その面内の対角方向に位置する一対の第１の接続部材１１ａ，１１ｂにより第３の方向Ｚに吊り下げられた状態で支持されている。また、サーミスタ素子４と第１の絶縁体層８との間には、空間Ｇが設けられており、サーミスタ膜５は、第１の基板２の一方の面（第２の基板３と対向する面）との間に空間Ｇを有して配置されている。

【0039】

第１の基板２の一方の面（第２の基板３と対向する面）側には、図示を省略するものの、複数のサーミスタ素子４の中から１つのサーミスタ素子４を選択するための複数の選択用トランジスタ（図示せず。）が設けられている。複数の選択用トランジスタは、第１の基板２の複数のサーミスタ素子４の各々に対応した位置に設けられている。また、各選択用トランジスタは、赤外線ＩＲの乱反射や入射効率の低下を防ぐため、上述した窓部Ｗを避けた位置に設けられている。

【0040】

第２の基板３側には、第２の絶縁体層１４と、サーミスタ素子４から出力される電圧の変化を検出して輝度温度に変換する回路部１５と、各サーミスタ素子４と回路部１５との間を電気的に接続する第２の接続部１６とが設けられている。

【0041】

第２の絶縁体層１４は、第２の基板３の一方の面（第１の基板２と対向する面）側において積層された絶縁膜からなる。絶縁膜としては、上記第１の絶縁体層８で例示した絶縁膜と同じものを用いることができる。

【0042】

回路部１５は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ：Read Out Integrated Circuit）やレギュレータ、Ａ／Ｄコンバータ（Analog-to-Digital Converter）、マルチプレクサなどからなり、第２の絶縁体層１４の層内に設けられている。

【0043】

また、第２の絶縁体層１４の面上には、複数の第１のリード配線９ａ及び複数の第２のリード配線９ｂの各々に対応した複数の接続端子１７ａ，１７ｂが設けられている。接続端子１７ａ，１７ｂは、例えば銅や金などの導電膜からなる。

【0044】

一方の接続端子１７ａは、回路部１５の周囲を囲む第１の方向Ｘの一方側の領域に位置して、第２の方向Ｙに一定の間隔で並んで設けられている。他方の接続端子１７ｂは、回路部１５の周囲を囲む第２の方向Ｙの一方側の領域に位置して、第１の方向Ｘに一定の間隔で並んで設けられている。

【0045】

第２の接続部１６は、複数の第１のリード配線９ａ及び複数の第２のリード配線９ｂの各々に対応して設けられた複数の第２の接続部材１８ａ，１８ｂを有している。複数の第２の接続部材１８ａ，１８ｂは、例えば銅や金などのめっきによって第３の方向Ｚに延在して形成された断面円形状の導体ピラーからなる。

【0046】

一方の第２の接続部材１８ａは、第１のリード配線９ａの一端側と一方の接続端子１７ａとの間を電気的に接続している。他方の第２の接続部材１８ｂは、第２のリード配線９ｂの一端側と他方の接続端子１７ｂとの間を電気的に接続している。これにより、複数の第１のリード配線９ａと回路部１５との間が一方の第２の接続部材１８ａ及び一方の接続端子１７ａを介して電気的に接続されている。また、複数の第２のリード配線９ｂと回路部１５との間が他方の第２の接続部材１８ｂ及び他方の接続端子１７ｂを介して電気的に接続されている。

【0047】

以上のような構成を有する本実施形態の電磁波センサ１では、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ素子４に入射する。

【0048】

サーミスタ素子４では、サーミスタ膜５の近傍に形成された誘電体膜７に入射した赤外線ＩＲが誘電体膜７に吸収されること、並びに、サーミスタ膜５に入射した赤外線ＩＲがサーミスタ膜５に吸収されることによって、このサーミスタ膜５の温度が変化する。また、サーミスタ素子４では、サーミスタ膜５の温度変化に対して、このサーミスタ膜５の電気抵抗が変化することで、一対の第２の電極６の間の出力電圧が変化する。本実施形態の電磁波センサ１では、サーミスタ素子４がボロメータ素子として機能する。

【0049】

本実施形態の電磁波センサ１では、測定対象から放出される赤外線ＩＲを複数のサーミスタ素子４により平面的に検出した後、各サーミスタ素子４から出力される電気信号（電圧信号）を輝度温度に変換することによって、測定対象の温度分布（温度画像）を二次元的に検出（撮像）することが可能である。

【0050】

なお、サーミスタ素子４では、サーミスタ膜５に定電圧を印加する場合、このサーミスタ膜５の温度変化に対して、サーミスタ膜５に流れる電流の変化を検出して輝度温度に変換することも可能である。

【0051】

ところで、本実施形態の電磁波センサ１Ａは、図３及び図４に示すように、複数のサーミスタ素子４のうち、測定用サーミスタ素子４Ａが周期的に並んで配置された領域の外側の領域に、いくつかの参照用のサーミスタ素子４Ｂが配置された構成を有している。又は、測定用のサーミスタ素子４Ａが周期的に並んで配置された領域の内側の領域に、いくつかの参照用のサーミスタ素子４Ｂが配置された構成であってもよい。

【0052】

本実施形態の電磁波センサ１Ａでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにより検出される信号と、参照用のサーミスタ素子４Ｂにより検出される信号との差分を利用することにより、サーミスタ膜５の周囲における温度の影響を抑制して、測定対象の温度を精度良く検出することが可能である。

【0053】

本実施形態の電磁波センサ１Ａでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が、配線部９が設けられた部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に高くなっている。

【0054】

具体的に、このサーミスタ素子４Ａでは、サーミスタ膜５と対向する部分に、第１の絶縁体層８を貫通する孔部２１が設けられている。言い換えると、第１の基板２とサーミスタ膜５との間に、第１の絶縁体層８を貫通する孔部２１が設けられている。これにより、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、この孔部２１が設けられた位置における赤外線ＩＲの透過率が最も高くなっている。

【0055】

第１の接続部１０は、第１の基板２の厚み方向成分を有する方向に延びるように配置されたレッグ部１３ａ，１３ｂと、サーミスタ膜５とは第１の基板２の厚み方向において重ならない位置に配置されたアーム部１２ａ，１２ｂと有している。

【0056】

アーム部１２ａ，１２ｂは、第１の接続部１０の中においてサーミスタ膜５とレッグ部１３ａ，１３ｂとの間に位置している。レッグ部１３ａ，１３ｂは、第１の接続部１０の中において配線部９とアーム部１２ａ，１２ｂとの間に位置している。第１の基板２とアーム部１２Ａ，１２ｂとの間には、第１の絶縁体層８が設けられている。

【0057】

これにより、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、アーム部１２ａ，１２ｂと対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に低くなっている。このことからも、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が最も高くなっている。

【0058】

したがって、本実施形態の電磁波センサ１Ａでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ膜５の近傍に入射するまでの間に、サーミスタ膜５及びその近傍以外の部分に赤外線ＩＲが吸収されることを低く抑えることが可能である。

【0059】

また、本実施形態の電磁波センサ１Ａでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、アーム部１２ａ，１２ｂと対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に低くなっている。したがって、アーム部１２ａ，１２ｂに照射される赤外線ＩＲを抑制することができ、アーム部１２ａ，１２ｂに照射される赤外線ＩＲによるサーミスタ膜５への影響を抑制することが可能である。

【0060】

一方、参照用のサーミスタ素子４Ｂでは、第１の基板２とサーミスタ膜５との間に第１の絶縁体層８が設けられている。すなわち、参照用のサーミスタ素子４Ｂは、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、サーミスタ膜５と対向する部分に、上述した第１の絶縁体層８を貫通する孔部２１が設けられていない構成である。このため、参照用のサーミスタ素子４Ｂでは、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ膜５に入射するまでの間に、第１の絶縁体層８に赤外線ＩＲが吸収されることになる。

【0061】

したがって、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、測定用のサーミスタ素子４Ａを構成するサーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率は、参照用のサーミスタ素子４Ｂを構成するサーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に高くなっている。

【0062】

これにより、本実施形態の電磁波センサ１Ａでは、測定対象から放出された赤外線ＩＲが参照用のサーミスタ素子４Ｂのサーミスタ膜５に入射することが抑制されるため、上述した測定用のサーミスタ素子４Ａにより検出される信号と、参照用のサーミスタ素子４Ｂにより検出される信号との差分を利用することにより、サーミスタ膜５の周囲における温度の影響を抑制して、測定対象の温度を精度良く検出することが可能である。

【0063】

以上のように、本実施形態の電磁波センサ１Ａでは、上述したサーミスタ素子４Ａによる赤外線ＩＲの検出精度を向上させることができ、測定対象の温度分布（温度画像）を高精度に検出（撮像）することが可能である。

【0064】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図５に示す電磁波センサ１Ｂについて説明する。
なお、図５は、電磁波センサ１Ｂのセル構造を示す断面図である。また、以下の説明では、上記電磁波センサ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

【0065】

本実施形態の電磁波センサ１Ｂは、図５に示すように、第１の基板２と第１の絶縁体層８との間に反射防止膜２２が設けられた構成である。それ以外は、上記電磁波センサ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

【0066】

反射防止膜２２は、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ膜５に入射するまでの間に、第１の基板２と空間Ｇとの界面で赤外線ＩＲが反射されることを防止し、第１の基板２を透過した赤外線ＩＲをサーミスタ膜５側に効率良く入射させるためのものである。

【0067】

反射防止膜２２としては、例えば、硫化亜鉛、フッ化イットリウム、カルコゲナイドガラス、ゲルマニウム、シリコン、セレン化亜鉛、ガリウム砒素などを用いることができる。

【0068】

また、反射防止膜２２は、屈折率の異なる膜を交互に積層し、各層で反射する波の干渉を利用して赤外線ＩＲの反射率を低減する構成であってもよい。この場合、反射防止膜２２として、上述した材料の他にも、例えば、酸化膜、窒化膜、硫化膜、フッ化膜、ホウ化膜、臭化膜、塩化膜、セレン化膜、Ｇｅ膜，ダイヤモンド膜、カルコゲナイド膜、Ｓｉ膜などを積層した積層膜を用いることができる。

【0069】

本実施形態の電磁波センサ１Ｂでは、上記電磁波センサ１Ａと同様に、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、サーミスタ膜５と対向する部分に、第１の絶縁体層８を貫通する孔部２１が設けられている。すなわち、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、この孔部２１が設けられた位置における赤外線ＩＲの透過率が最も高くなっている。

【0070】

これにより、測定用のサーミスタ素子４Ａでは、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が、配線部９が設けられた部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に高くなっている。

【0071】

したがって、本実施形態の電磁波センサ１Ｂでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ膜５の近傍に入射するまでの間に、サーミスタ膜５及びその近傍以外の部分に赤外線ＩＲが吸収されることを低く抑えることが可能である。

【0072】

したがって、本実施形態の電磁波センサ１Ｂでは、第１の基板２と第１の絶縁体層８との間に反射防止膜２２を設けた場合でも、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、測定対象から放出された赤外線ＩＲがサーミスタ膜５の近傍に入射するまでの間に、サーミスタ膜５及びその近傍以外の部分に赤外線ＩＲが吸収されることを低く抑えることが可能である。

【0073】

以上のように、本実施形態の電磁波センサ１Ｂでは、上述したサーミスタ素子４Ａによる赤外線ＩＲの検出精度を向上させることができ、測定対象の温度分布（温度画像）を高精度に検出（撮像）することが可能である。

【0074】

ところで、第１の本実施形態の電磁波センサ１Ａ及び第２の実施形態の電磁波センサ１Ｂでは、第１の絶縁体層８を貫通する孔部２１が設けられている。このような構成の場合、第１の絶縁体層８は、酸化ケイ素膜８ａと、第１の基板２と酸化ケイ素膜８ａとの間に設けられた酸化アルミニウム膜８ｂとの積層膜からなることが好ましい。

【0075】

ここで、第１の絶縁体層８に孔部２１を形成する工程について、図６～図９を参照しながら説明する。
なお、図６～図９は、第１の絶縁体層８に孔部２１を形成する工程を順に説明するための断面図である。また、ここでは、第２の実施形態の電磁波センサ１Ｂを例示しながら説明する。

【0076】

第１の絶縁体層８に孔部２１を形成する際は、先ず、図６に示すように、第１の基板２の一方の面上に、反射防止膜２２と、第１の絶縁体層８を構成する酸化アルミニウム膜８ｂ及び酸化ケイ素膜８ａとを順次積層して形成する。また、第１の絶縁体層８の面上に、孔部２１に対応した位置に開口部３０ａを有するマスク層３０を形成する。マスク層３０は、フォトレジストからなる。

【0077】

次に、図７に示すように、塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。このとき、酸化アルミニウム膜８ｂをエッチングストッパーとして、酸化アルミニウム膜８ｂが露出するまで、開口部３０ａに対応した形状に酸化ケイ素膜８ａをパターニングしながら除去する。

【0078】

次に、図８に示すように、アルカリエッチングを用いて、反射防止膜２２が露出するまで、開口部３０ａに対応した形状に酸化アルミニウム膜８ｂをパターニングしながら除去する。

【0079】

次に、図９に示すように、第１の絶縁体層８の面上からマスク層３０を除去する。これにより、第１の絶縁体層８に孔部２１を精度良く形成することが可能である。

【0080】

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、例えば図１０に示す電磁波センサ１Ｃについて説明する。
なお、図１０は、電磁波センサ１Ｃのセル構造を示す断面図である。また、以下の説明では、上記電磁波センサ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

【0081】

本実施形態の電磁波センサ１Ｃは、図１０に示すように、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、サーミスタ膜５と対向する部分に、上述した第１の絶縁体層８を貫通する孔部２１を設ける代わりに、第１の絶縁体層８を凹ませた凹部２３が設けられた構成である。凹部２３は、第１の基板２とサーミスタ膜５との間に設けられている。

【0082】

すなわち、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、この凹部２３が設けられた位置における赤外線ＩＲの透過率が最も高くなっている。それ以外は、上記電磁波センサ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

【0083】

これにより、測定用のサーミスタ素子４Ａでは、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が、配線部９が設けられた部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に高くなっている。

【0084】

したがって、本実施形態の電磁波センサ１Ｃでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ膜５の近傍に入射するまでの間に、サーミスタ膜５及びその近傍以外の部分に赤外線ＩＲが吸収されることを低く抑えることが可能である。

【0085】

以上のように、本実施形態の電磁波センサ１Ｃでは、上述したサーミスタ素子４Ａによる赤外線ＩＲの検出精度を向上させることができ、測定対象の温度分布（温度画像）を高精度に検出（撮像）することが可能である。

【0086】

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態として、例えば図１１に示す電磁波センサ１Ｄについて説明する。
なお、図１１は、電磁波センサ１Ｄのセル構造を示す断面図である。また、以下の説明では、上記電磁波センサ１Ｂ，１Ｃと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

【0087】

本実施形態の電磁波センサ１Ｄは、図１１に示すように、第１の基板２と第１の絶縁体層８との間に反射防止膜２２が設けられた構成である。それ以外は、上記電磁波センサ１Ｃと基本的に同じ構成を有している。

【0088】

本実施形態の電磁波センサ１Ｄでは、上記電磁波センサ１Ｃと同様に、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、サーミスタ膜５と対向する部分に、第１の絶縁体層８を凹ませた凹部２３が設けられている。

【0089】

これにより、測定用のサーミスタ素子４Ａでは、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が、配線部９が設けられた部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に高くなっている。

【0090】

したがって、本実施形態の電磁波センサ１Ｄでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から窓部Ｗを通してサーミスタ膜５の近傍に入射するまでの間に、サーミスタ膜５及びその近傍以外の部分に赤外線ＩＲが吸収されることを低く抑えることが可能である。

【0091】

以上のように、本実施形態の電磁波センサ１Ｄでは、上述したサーミスタ素子４Ａによる赤外線ＩＲの検出精度を向上させることができ、測定対象の温度分布（温度画像）を高精度に検出（撮像）することが可能である。

【0092】

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態として、例えば図１２に示す電磁波センサ１Ｅについて説明する。
なお、図１２は、電磁波センサ１Ｅのセル構造を示す断面図である。また、以下の説明では、上記電磁波センサ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

【0093】

本実施形態の電磁波センサ１Ｅは、図１２に示すように、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、孔部２１の内側に高透過率層２４が埋め込まれた状態で設けられた構成である。それ以外は、上記電磁波センサ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

【0094】

高透過率層２４は、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、サーミスタ膜５と対向する部分に設けられている。高透過率層２４は、配線部９が設けられた部分の第１の絶縁体層８よりも単位厚さ当たりの赤外線ＩＲの透過率が高い層である。

【0095】

測定用のサーミスタ素子４Ａでは、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔのうち、この孔部２１及び高透過率層２４が設けられた位置における赤外線ＩＲの透過率が最も高くなっている。

【0096】

これにより、測定用のサーミスタ素子４Ａでは、第１の絶縁体層８が設けられた層Ｔにおいて、サーミスタ膜５と対向する部分における赤外線ＩＲの透過率が、配線部９が設けられた部分における赤外線ＩＲの透過率よりも相対的に高くなっている。

【0097】

したがって、本実施形態の電磁波センサ１Ｅでは、測定用のサーミスタ素子４Ａにおいて、測定対象から放出された赤外線ＩＲが第１の基板２側から高透過率層２４を通してサーミスタ膜５の近傍に入射するまでの間に、サーミスタ膜５及びその近傍以外の部分に赤外線ＩＲが吸収されることを低く抑えることが可能である。

【0098】

高透過率層２４は、例えば、反射防止層として機能させることができる。この場合、高透過率層２４の材料としては、硫化亜鉛、フッ化イットリウム、カルコゲナイドガラス、ゲルマニウム、シリコン、セレン化亜鉛、ガリウム砒素などを用いることができる。これらの材料は、上記第１の絶縁体層８で例示した材料よりも、単位厚さ当たりの赤外線ＩＲの透過率が高い材料である。

【0099】

高透過率層２４を反射防止層として機能する場合、測定対象から放出された赤外線ＩＲが高透過率層２４を通してサーミスタ膜５に入射するまでの間に、第１の基板２と空間Ｇとの界面で赤外線ＩＲが反射されることが防止され、第１の基板２を透過した赤外線ＩＲがサーミスタ膜５側に効率良く入射する。

【0100】

以上のように、本実施形態の電磁波センサ１Ｅでは、上述したサーミスタ素子４Ａによる赤外線ＩＲの検出精度を向上させることができ、測定対象の温度分布（温度画像）を高精度に検出（撮像）することが可能である。

【0101】

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記反射防止膜２２については、第１の基板２の一方の面（第２の基板３と対向する面）側に設けられた構成だけでなく、第１の基板２の他方の面（第２の基板３と対向する面とは反対側の面）側に設けられた構成としてもよい。

【0102】

また、上記参照用のサーミスタ素子４Ｂは、必ずしも必要な構成ではなく、場合によっては省略することも可能である。

【0103】

なお、上記第１の絶縁体層８として、反射防止膜２２のみを設けた場合には、反射防止膜２２の材料によっては、上述した孔部２１や凹部２３を形成するためのプロセスに、従来の半導体プロセスを適用することが困難となる場合がある。したがって、第２の実施形態の電磁波センサ１Ｂ及び第４の実施形態の電磁波センサ１Ｄでは、上述した反射防止膜２２に孔部２１や凹部２３を設けることなく、従来の半導体プロセスの適用が容易な第１の絶縁体層８に孔部２１や凹部２３を設ける構成としている。

【0104】

なお、本発明を適用した電磁波センサは、上述した複数のサーミスタ素子４をアレイ状に配列した赤外線イメージセンサの構成に必ずしも限定されるものではなく、サーミスタ素子４を単体で用いた電磁波センサや、複数のサーミスタ素子４を線状に並べて配列した電磁波センサなどにも本発明を適用することが可能である。

【0105】

また、本発明を適用した電磁波センサは、電磁波として、上述した赤外線を検出するものに必ずしも限定されるものではなく、例えば波長が３０μｍ以上、３ｍｍ以下のテラヘルツ波を検出するものであってもよい。

【符号の説明】

【0106】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…電磁波センサ ２…第１の基板 ３…第２の基板 ４…サーミスタ素子 ４Ａ…測定用のサーミスタ素子 ４Ｂ…参照用のサーミスタ素子 ５…サーミスタ膜 ６ａ…第１の電極 ６ｂ…第２の電極 ７…誘電体膜 ８…第１の絶縁体層 ８ａ…酸化ケイ素膜 ８ｂ…酸化アルミニウム膜 ９…配線部 ９ａ…第１のリード配線 ９ｂ…第２のリード配線 １０…第１の接続部 １１ａ，１１ａ…第１の接続部材 １２ａ，１２ｂ…アーム部 １３ａ，１３ｂ…レッグ部 １４…第２の絶縁体層 １５…回路部 １６…第２の接続部 １７ａ，１７ｂ…接続端子 １８ａ，１８ｂ…第２の接続部材 ２１…孔部 ２２…反射防止膜 ２３…凹部 ２４…高透過率層 ＩＲ…赤外線（電磁波） Ｇ…空間 Ｋ…内部空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】