專(zhuān)利名稱(chēng)：紅外檢測(cè)元件和紅外成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其中通過(guò)紅外線(xiàn)照射改變本身極化以生成表面電荷的熱電型紅外檢測(cè)元件以及使用該元件的紅外成像裝置。
背景技術(shù)：
用于檢測(cè)紅外線(xiàn)的傳感器根據(jù)操作原理粗略地分為兩類(lèi)傳感器，稱(chēng)為量子型紅外檢測(cè)元件和熱型紅外檢測(cè)元件。特別地，其中吸收入射紅外線(xiàn)以改變光接收元件的溫度從而檢測(cè)紅外線(xiàn)的熱型紅外檢測(cè)元件，具有無(wú)需冷卻的優(yōu)勢(shì)。為此，近年來(lái)，已經(jīng)將熱型紅外檢測(cè)元件用作紅外成像裝置(熱攝影術(shù))的成像器，或者用作裝載于生態(tài)產(chǎn)品(eco product)等上的人體傳感器。已知，熱型紅外檢測(cè)元件(例如)可以分為如下三類(lèi)紅外檢測(cè)元件。其中之一是熱電堆型(thermopile type)紅外檢測(cè)元件，與其相連接的是用于引起賽貝克效應(yīng)(Seebeck effect)的熱電偶。其中的另一個(gè)是熱敏型(bolometer type)紅外檢測(cè)元件，其利用由于溫度升高而引起的電阻值上的變化。而且，還知道有熱電型(pyroelectric type)紅外檢測(cè)元件，其由于熱電元件本身極化的改變而生成表面電荷。在熱電型紅外檢測(cè)元件中，為了提高紅外線(xiàn)的靈敏度，已經(jīng)進(jìn)行了對(duì)熱電材料的種類(lèi)和組成進(jìn)行設(shè)計(jì)從而提高作為由于溫度變化而生成表面電荷的效率的熱電系數(shù)的研究，以及有效地吸收入射紅外線(xiàn)的研究。例如，在日本專(zhuān)利公開(kāi)第2006-349601號(hào)中(下文中稱(chēng)為專(zhuān)利文獻(xiàn)1)，將使用熱電效應(yīng)薄膜的紅外檢測(cè)部描述為以非接觸方式測(cè)量溫度的紅外溫度傳感器。并且，提出了如下結(jié)構(gòu)，其中用于遮擋紅外線(xiàn)的構(gòu)件被設(shè)置為面向紅外檢測(cè)部，并且在遮擋構(gòu)件中設(shè)置了微小窗口，從而使得可以測(cè)量微小區(qū)域的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
專(zhuān)利文獻(xiàn)1中描述的紅外溫度傳感器具有使用一個(gè)熱電元件以精確地測(cè)量微小區(qū)域的溫度的結(jié)構(gòu)。另一方面，在設(shè)置了大量熱電元件ζ從而通過(guò)使用紅外線(xiàn)進(jìn)行成像的情況下，當(dāng)僅僅提高靈敏度時(shí)實(shí)際上產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題。例如，將熱電元件作為一個(gè)像素來(lái)對(duì)待，像素區(qū)域是微型化的，因此以大約幾百X大約幾百的陣列來(lái)設(shè)置像素，從而可以通過(guò)利用紅外線(xiàn)使用一萬(wàn)以上的像素進(jìn)行成像。例如，期望將基于紅外線(xiàn)檢測(cè)的具有高分辨率的這種成像作為用于在上述人體感應(yīng)器領(lǐng)域中執(zhí)行更高功能分辨的技術(shù)。然而，由于微型化引起的問(wèn)題，在當(dāng)前環(huán)境下沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外成像裝置(其中大量的檢測(cè)元件均由以矩陣設(shè)置的熱電元件組成)的大規(guī)模生產(chǎn)。也就是說(shuō)，當(dāng)將使用熱電元件的紅外檢測(cè)元件微型化到一片在大約ΙΟΟμπι以下時(shí)，紅外線(xiàn)的光接收面積變小。因此，輸入到光接收區(qū)域的能量也減小，因此噪聲對(duì)輸出的影響變大。為了解決上述問(wèn)題而做出本發(fā)明，因此期望提供一種熱電型紅外檢測(cè)元件以及使用該元件的紅外成像裝置，該熱電型紅外檢測(cè)元件中，即使在用作像素的紅外檢測(cè)元件的光接收面積減小時(shí)，也能減小噪聲影響。
為了實(shí)現(xiàn)上述期望，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種紅外檢測(cè)元件，包括基板，基板上形在的支撐電絕緣層，在支撐電絕緣層上形成的第一電極，在第一電極上形成的熱電層以及在熱電層上形成的第二電極，其中，熱電層具有ι χ IO2 μ m2至1 X IO4 μ m2的光接收面積，具有0. 8 μ m至10 μ m的厚度，并且其中包含表示為1 (ZrxTi1^x) O3的化合物作為主要成分，其中，0. 57 < χ < 0. 93。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種紅外成像裝置，包括多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件；聚光部，被構(gòu)造為將紅外線(xiàn)會(huì)聚到多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件；電荷控制部，被構(gòu)造為控制通過(guò)紅外線(xiàn)的照射在多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件中獲得的電荷的輸出；以及信號(hào)處理電路，用于將來(lái)自多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件的輸出轉(zhuǎn)換成信號(hào)，從而獲得紅外圖像，多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件中的每一個(gè)都包括基板，在基板上形成的支撐電絕緣層，在支撐電絕緣層上形成的第一電極，在第一電極上形成的熱電層以及在熱電層上形成的第二電極，其中， 熱電層具有IX IO2 μ m2至IX IO4 μ m2的光接收面積，具有0.8μπι至ΙΟμπι的厚度，并且其中包含表示為PMZrxTi1JO3的化合物作為主要成分，其中，0. 57 < χ < 0. 93。本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱電型紅外檢測(cè)元件特別地以將其光接收面積設(shè)定在 1父10、1112至1\10、1112的范圍內(nèi)，并且其厚度設(shè)定在0.8口111至1(^111的范圍內(nèi)的方式被微型化時(shí)，由于其材料的壓電特性引起的輸出對(duì)噪聲有影響。總而言之，當(dāng)縮小光接收區(qū)域以使像素微型化時(shí)，相對(duì)于基于紅外線(xiàn)的視頻信號(hào)輸出，由壓電特性引起的輸出引起了較大的噪聲。原因是因?yàn)楫?dāng)像素被微型化，即，紅外檢測(cè)元件的光接收區(qū)域縮小時(shí)，紅外檢測(cè)元件本身的硬度減小。總而言之，當(dāng)紅外檢測(cè)元件的硬度減小時(shí)，由外部應(yīng)力引起的應(yīng)變、振動(dòng)、或溫度變化容易產(chǎn)生由壓電特性引起的輸出(壓電輸出)。當(dāng)就熱電特性獲得的輸出而言來(lái)看時(shí)， 壓電輸出全是噪聲，因此成為熱電型紅外檢測(cè)元件的微型化及紅外成像裝置的多像素化的嚴(yán)重問(wèn)題。另外，為了提高熱電型紅外檢測(cè)元件的靈敏度，減小介電常數(shù)以及提高熱電性能同樣是有效的。為此，本發(fā)明的實(shí)施方式在提高熱電特性的同時(shí)抑制了介電常數(shù)并提高了熱電效率，并就可以執(zhí)行多像素化的微型熱電型紅外檢測(cè)元件中的熱電層的材料而言，指定用于抑制壓電特性的組分比。因此，可以通過(guò)使用熱電型紅外檢測(cè)元件而用多個(gè)像素和高分辨率捕獲紅外圖像。如上文中闡述的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，即使當(dāng)通過(guò)減小紅外檢測(cè)元件的光接收面積來(lái)縮小像素尺寸時(shí)，也能確保熱電效率。并且，通過(guò)減小引起噪聲的壓電效率獲得了基于S/N比的滿(mǎn)意的靈敏度。因此，可以以高分辨率和滿(mǎn)意的靈敏度捕獲紅外圖像。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的紅外檢測(cè)元件的截面圖；圖2是表示熱電系數(shù)、相對(duì)介電常數(shù)以及壓電特性相對(duì)于H3(ZrxTih)O3W組成的關(guān)系的圖表；圖3是使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的紅外檢測(cè)元件的紅外成像裝置的主要部分的俯視圖；圖4是圖3中所示的紅外成像裝置中使用的紅外檢測(cè)元件的實(shí)例的截面圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第一變形例的紅外檢測(cè)元件的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第二變形例的紅外檢測(cè)元件的透視圖；圖7A至圖7F是分別示出了圖6中所示的紅外檢測(cè)元件的制造方法的實(shí)例中的制造過(guò)程的截面圖；圖8是使用圖6中所示的紅外檢測(cè)元件的紅外成像裝置的透視圖；圖9是圖6中所示的紅外檢測(cè)元件的實(shí)例的截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第三變形例的紅外檢測(cè)元件的截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第四變形例的紅外檢測(cè)元件的截面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的紅外成像裝置的框圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的第一變形例的紅外成像裝置的框圖；圖14是表示溫度和H3(Zra6Tia4)O3中的熱電系數(shù)之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；以及圖15A和圖15B分別是示出本發(fā)明的實(shí)例中的輸出波形的波形圖和示出比較例中的輸出波形的波形圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的紅外檢測(cè)元件以及根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的紅外成像裝置。然而，本發(fā)明并不限于將在下面描述的第一和第二實(shí)施方式。例如，雖然通過(guò)舉例說(shuō)明紅外成像裝置(其中二維設(shè)置紅外檢測(cè)元件)來(lái)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于此。也就是說(shuō)，本發(fā)明還包含紅外檢測(cè)元件是一維或三維層疊的情況。下面將根據(jù)如下順序進(jìn)行描述。1.第一實(shí)施方式(紅外檢測(cè)元件)(1)紅外檢測(cè)元件的基本結(jié)構(gòu)(2)紅外檢測(cè)元件的第一變形例(中間層設(shè)置在基板和第一電極之間的結(jié)構(gòu))(3)紅外檢測(cè)元件的第二變形例(設(shè)置了空間部的結(jié)構(gòu))(4)紅外檢測(cè)元件的第三變形例(電極形成為具有兩層的結(jié)構(gòu))(5)紅外檢測(cè)元件的第四變形例(設(shè)置了紅外吸收膜的結(jié)構(gòu))2.第二實(shí)施方式(紅外成像裝置)(1)紅外成像裝置的基本結(jié)構(gòu)(2)紅外成像裝置的第一變形例(設(shè)置了溫度控制部的結(jié)構(gòu))3.具體實(shí)例1.第一實(shí)施方式(紅外檢測(cè)元件)(1)紅外檢測(cè)元件的基本結(jié)構(gòu)圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的熱電型紅外檢測(cè)元件的基本結(jié)構(gòu)的截面圖。圖1中示出的熱電型紅外檢測(cè)元件通過(guò)依次層壓基板11、支撐電絕緣層12、第一電極 14、熱電層15、第二電極16來(lái)構(gòu)造。雖然(例如)Si晶片等適于基板11，但是本發(fā)明并不限于此。也就是說(shuō)，只要材料不會(huì)對(duì)熱電層15具有的熱電特性產(chǎn)生影響，諸如MgO單晶體的材料可以用于基板11。此外，諸如S^2的具有低導(dǎo)熱率的絕緣材料可以用作支撐電絕緣層12的材料。通過(guò)利用熱氧化方法、化學(xué)氣相沉積(CVD)方法等形成支撐電絕緣層12。支撐電絕緣層12的材料優(yōu)選地是導(dǎo)熱率比基板11的材料的導(dǎo)熱率低的材料。具有低導(dǎo)熱率的材料用作支撐電絕緣層12的材料，從而使得支撐電絕緣層12上形成的熱電層15的熱量幾乎不泄漏，因此可以抑制靈敏度降低。此外，為了使得第一電極14上形成的熱電層1 5 的晶體取向性良好，優(yōu)選地，具有該晶體取向性的導(dǎo)電材料至少用作第一電極14的最上表面層。對(duì)于這種材料，例如，Pt是適合的。此外，優(yōu)選地，第二電極16的材料是紅外線(xiàn)反射率低并且熱量存儲(chǔ)性能低的導(dǎo)電材料。因此，Cr、Pt等可以用作第二電極16的材料。第一和第二電極中的每個(gè)都通過(guò)利用濺射方法等形成。并且，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的紅外檢測(cè)元件10是以將其光接收面積被設(shè)定在IX IO2 μ m2至IXioVm2的范圍內(nèi)的這種方式來(lái)構(gòu)造的。也就是說(shuō)，一個(gè)元件中設(shè)置的熱電層15的表面區(qū)域的、成為光接收區(qū)域的部分的面積被設(shè)定在1 X IO2 μ m2至1 X IO4 μ m2 的范圍內(nèi)。均具有這種微小光接收區(qū)域并且(例如)就一個(gè)方向而言設(shè)置了大約幾十至大約幾百個(gè)的紅外檢測(cè)元件10是二維設(shè)置的。因此，大約幾十到大約幾十萬(wàn)個(gè)紅外檢測(cè)元件 10可以作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行設(shè)置。而且，進(jìn)行多像素化，從而相比于現(xiàn)有情況可以顯著提高分辨率。因此，不僅可以通過(guò)使用人體傳感器等僅檢測(cè)存在或不存在紅外線(xiàn)，還可以捕獲更清晰的紅外圖像。特別地，由于除了可區(qū)分待檢測(cè)的對(duì)象的大小之外，還可以區(qū)分待檢測(cè)的對(duì)象的形狀差異，因此紅外檢測(cè)元件10除了可用于檢測(cè)人體的裝置之外還可以應(yīng)用到諸如用于測(cè)量和控制生產(chǎn)線(xiàn)的裝置以及醫(yī)藥和診斷裝置的各種領(lǐng)域。另外，熱電層15的厚度被設(shè)定在0. 8 μ m至10 μ m的范圍內(nèi)。當(dāng)通過(guò)利用現(xiàn)有方法制造熱電型紅外檢測(cè)元件時(shí)，從一邊約為Imm的塊狀熱電材料上切下每個(gè)厚度均為大約 100 μ m的熱電薄膜，以用于紅外檢測(cè)元件。與用這種方式從塊狀材料切下的每個(gè)熱電薄膜相比，第一實(shí)施方式的紅外檢測(cè)元件中使用的熱電層15非常薄，是其1/10以下。在設(shè)置幾百至幾十萬(wàn)個(gè)像素以使得一個(gè)紅外檢測(cè)元件10對(duì)應(yīng)于上述一個(gè)像素的情況下，難以像現(xiàn)有情況那樣將從塊狀材料切下元件精確地設(shè)置并使其形狀均一化。為了這個(gè)目的，優(yōu)選地是采用基于諸如濺射或CVD的膜沉積工藝的制造方法。在通過(guò)利用膜沉積工藝形成熱電膜 15的情況下，當(dāng)熱電層15的厚度超過(guò)10 μ m時(shí)，晶體取向性混亂，并且設(shè)置熱電層15所花費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這導(dǎo)致成本增加。為此，熱電層15的厚度被設(shè)定為在IOym以下。另外，當(dāng)熱電層15的厚度被設(shè)定為小于0. 8 μ m時(shí)，不能獲得足夠的熱電特性，即，降低了在檢測(cè)紅外線(xiàn)階段中的電荷生成效率。為此，熱電層15的厚度被設(shè)定為在0.8μπι以上。并且，熱電層15中包含化合物；由組成式(1)表示的鋯鈦酸鉛(PZT 壓電鋯鈦酸) 作為主要成分。Pb (ZrxTi1J O3 (0. 57 < χ < 0. 93) ... (1)一般地，由于S/N比隨著紅外檢測(cè)元件10的進(jìn)一步微型化而減小，因此期望提高熱電特性。熱電特性的性能可以通過(guò)表達(dá)式( 表示F= λ / ( ε C). . . (2)其中，F(xiàn)是熱電性能指數(shù)，λ是熱電系數(shù)，ε是相對(duì)介電常數(shù)，C是比熱。這里，為了提高熱電特性，需要增大熱電系數(shù)λ并需要減小相對(duì)介電常數(shù)ε。圖 2示出了當(dāng)由1 (ZrxTi1J O3表示的化合物中的1 的組分摩爾比χ從0變?yōu)?時(shí)熱電系數(shù)λ、相對(duì)介電常數(shù)ε以及壓電特性上的變化。注意，圖2示出了在40°C的溫度下上述化合物被形成為使得一個(gè)像素的厚度為3μπι并且面積為200 μ m2的情況。注意，在通過(guò)使用Toyo公司制造的FCE系列鐵電物質(zhì)評(píng)估設(shè)備來(lái)測(cè)量所生成的電荷后，基于表達(dá)式(3)計(jì)算相對(duì)介電常數(shù)ε r = tC/ ( ε 0S). . . (3)其中，t是PZT的厚度，ε C1是真空介電常數(shù)，S是光接收面積，C是測(cè)量的生成電荷。在恒定溫度槽中測(cè)量熱電特性，并且通過(guò)使用測(cè)力計(jì)和位移計(jì)來(lái)測(cè)量壓電特性。從圖2中可以看出，當(dāng)組分摩爾比χ在0.52 < χ < 0. 95的范圍內(nèi)時(shí)，熱電系數(shù) λ有變大的趨勢(shì)，并且當(dāng)組分摩爾比X在0.55<χ的范圍內(nèi)時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)ε有變小的趨勢(shì)。另外，當(dāng)組分摩爾比χ在0. 55 < χ的范圍時(shí)，引起噪聲的壓電特性同樣有變低的趨勢(shì)。當(dāng)壓電特性不是足夠低時(shí)，在熱電層15中發(fā)生由應(yīng)變引起的壓電效應(yīng)，因此變成對(duì)于熱電輸出不能忽略的噪聲成分。特別地，如上所述，當(dāng)熱電層15的光接收面積被設(shè)定為 1 X IO4 μ m2以下時(shí)，相對(duì)于生成的電荷量，壓電應(yīng)變的影響很大，即，紅外檢測(cè)元件10與應(yīng)變應(yīng)力相比是微弱的。因此，熱電層15的光接收區(qū)域需要對(duì)應(yīng)于其中壓電特性低的組分范圍。另外，發(fā)現(xiàn)由于當(dāng)組分摩爾比在0. 95 < χ的范圍內(nèi)時(shí)，熱電層15的化合物變成反鐵電的，因此熱電性能急劇地變得不穩(wěn)定。從上述結(jié)果來(lái)看，較好的是將其中上述組成式(1)中的組分摩爾比χ被設(shè)定在 0. 57 < χ < 0. 93范圍內(nèi)的化合物用于第一實(shí)施方式的紅外檢測(cè)元件10的熱電層15。通過(guò)采用這種組成，盡管微型化的紅外檢測(cè)元件10與應(yīng)變應(yīng)力相比是微弱的，但減小了壓電噪聲，因此獲得了高熱電輸出。注意，圖2中示出的結(jié)果是在1 (ZrxTi1J O3的表面積(光接收面積)為200 μ m2并且厚度為3 μ m的情況下獲得的。然而，該趨勢(shì)還適用于作為更苛刻的壓電特性條件的光接收面積為1\10、!112并且厚度為0.84111的情況。另外，當(dāng)光接收面積被設(shè)定為IX IO4 μ m2 并且厚度被設(shè)定為IOym時(shí)，在上述成分范圍內(nèi)，熱電系數(shù)λ變得足夠大，相對(duì)介電常數(shù)ε 變小，并且壓電特性也變得更弱。為此，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，當(dāng)熱電層15的光接收面積被設(shè)定在IX IO2^m2至IXlOVm2的范圍內(nèi)并且其厚度在0. 8 μ m至10 μ m的范圍內(nèi)時(shí)，上述組分摩爾比χ被設(shè)定在0. 57 < χ < 0. 93的范圍內(nèi)。另外，由于熱電層15的材料的居里點(diǎn)(Curie point)對(duì)本身極化有影響，因此更優(yōu)選地，還考慮使用環(huán)境的溫度范圍。由上述組成式⑴表示的化合物具有當(dāng)^ 的比例很大時(shí)居里點(diǎn)逐漸下降的趨勢(shì)?？偠灾?dāng)使&的比例過(guò)大時(shí)，居里點(diǎn)變低，因此存在當(dāng)溫度非預(yù)期地升高時(shí)超過(guò)居里點(diǎn)的可能性。為此，優(yōu)選地選擇組分，使得居里點(diǎn)攝氏溫度具有大于使用環(huán)境的溫度范圍中的上限的兩倍的裕度。例如，當(dāng)使用環(huán)境的溫度范圍設(shè)定在-15 80°C的范圍內(nèi)時(shí)，優(yōu)選地將上述組成式(1)中的組分摩爾比X設(shè)定在0.57 < X
<0. 81范圍內(nèi)的化合物作為主要成分。當(dāng)采用該范圍時(shí)，可以確保大于使用環(huán)境的溫度范圍中的上限的兩倍的居里點(diǎn)的裕度。因此，可以獲得其中熱電輸出高、壓電噪聲低、并且溫度可靠性有保證的熱電型紅外檢測(cè)元件10。此外，當(dāng)熱電層15的材料的上述組成式(1)中的組分摩爾比χ被設(shè)定在0.57
<X < 0. 76的范圍內(nèi)時(shí)，可以確保居里點(diǎn)的更大裕度。因此，在實(shí)際使用環(huán)境溫度中，即， 在-15°C至80°C的溫度范圍中，無(wú)需溫度控制就獲得了高效的穩(wěn)定熱電特性。注意，關(guān)于熱電層15的材料，上述化合物可以混合有少量添加劑或雜質(zhì)。例如， La、Sr、Ba、Cd等可以添加(混合)到上述化合物，并且添加量的上限優(yōu)選地被設(shè)定為在 10%以下。即使在上述化合物混合有這種材料、添加量添加劑或少量雜質(zhì)時(shí)，類(lèi)似地，只要添加范圍使得對(duì)熱電特性的影響低，就可以抑制由于微型化引起的壓電噪聲并可以獲得高靈敏度，充分地獲得熱電特性，并充分地將壓電噪聲抑制到很低。此外，可以根據(jù)添加條件提高熱電特性。圖3是紅外成像裝置100的示意性俯視圖，在紅外成像裝置中，均具有與圖1所示
的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)的紅外檢測(cè)元件IOdO1,^io1,......IO2a.....IO3a.....IOffl,n)被設(shè)置
成mXn陣列，并實(shí)現(xiàn)了 mXn的多像素化。另外，圖4是示出每個(gè)紅外檢測(cè)元件IOu(K)1,
......IOffl,n)的結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖4示出的實(shí)例中，與圖1的情況類(lèi)似地在基板11上形
成支撐電絕緣層12、第一電極14、熱電層15以及第二電極16。并且，第一電極14的一端在支撐電絕緣層12的一個(gè)側(cè)面上(例如，在基板11側(cè)上)延伸，并且還連接至在基板11 和支撐電絕緣層12之間的部分區(qū)域中形成的端子導(dǎo)出部14a。另外，在位置遠(yuǎn)離第一電極 14的延伸側(cè)的另一端，第二電極16類(lèi)似地在基板11側(cè)上延伸，并連接至在基板11和支撐電絕緣層12之間的、在與端子導(dǎo)出部14a的位置不同的位置處形成的端子導(dǎo)出部16a。例如，端子導(dǎo)出部Ha和16a中的一個(gè)接地，并且端子導(dǎo)出部1 和16a中的另一個(gè)連接至將在隨后描述的電荷控制部中的電壓轉(zhuǎn)換器、開(kāi)關(guān)電路等(未示出)。因此，在每個(gè)熱電層15 的表面上生成的電荷以信號(hào)形式被取出。注意，在第二電極16延伸的部分中，例如，可以在熱電層15和第一電極14的側(cè)面與第二電極16的延伸部之間形成由與支撐電絕緣層12的材料相同的材料制成的絕緣層 12a。此外，還可以采用通過(guò)沉積犧牲層(未示出)、蝕刻去除等在第一電極14及熱電層15 的側(cè)面與第二電極16的延伸部之間設(shè)置空間部的結(jié)構(gòu)。并且，圖4示出了其中通過(guò)利用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)(各向異性蝕刻)方法等使元件彼此隔開(kāi)，從而設(shè)置空間部的實(shí)例。然而，例如，還可以在每相鄰的兩個(gè)元件之間形成由與支撐電絕緣層12的材料相同的材料或具有低導(dǎo)熱率的絕緣材料制成的元件隔離層。同樣，還可以共用地設(shè)置跨接于多個(gè)紅外檢測(cè)元件10之間的支撐電絕緣層12。當(dāng)以這種方式在每相鄰的兩個(gè)紅外檢測(cè)元件10之間形成絕緣層等時(shí)，可以抑制每個(gè)紅外檢測(cè)元件10的振動(dòng)，因此可以增大機(jī)械強(qiáng)度。如上所述，由于每個(gè)紅外檢測(cè)元件IOdO1,......IOffl, n)的光接收面積減小到落在
1 X IO2 μ m2至1 X IO4 μ m2的范圍內(nèi)，因此即使在幾萬(wàn)個(gè)紅外檢測(cè)元件10被二維地設(shè)置成陣列時(shí)，也可以微型化整個(gè)紅外成像裝置的尺寸。注意，雖然圖3示出的實(shí)例采用二維地設(shè)置紅外檢測(cè)元件10的結(jié)構(gòu)，但是還可以采用紅外檢測(cè)元件10 —維地設(shè)置成一行的結(jié)構(gòu)。即使在紅外檢測(cè)元件10以這種方式設(shè)置成一維陣列時(shí)，也可以微型化紅外成像裝置的最長(zhǎng)部分的尺寸。另外，熱電層15并不限于單層結(jié)構(gòu)。因此，熱電層15還可以設(shè)置為兩層或更多層的形式，并且還可以采用通過(guò)空間部等形成的層疊結(jié)構(gòu)。在這種情況下，可以提高光接收區(qū)域的紅外線(xiàn)吸收效率，并且可以以良好的S/N比獲得更高的輸出。(2)紅外檢測(cè)元件的第一變形例(在基板和第一電極之間設(shè)置中間層的結(jié)構(gòu))圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第一變形例的紅外檢測(cè)元件20的示意性結(jié)構(gòu)的截面圖。紅外檢測(cè)元件20具有在基板21上依次層壓支撐電絕緣層22、中間層23、 第一電極M、熱電層25以及第二電極沈的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，將具有低導(dǎo)熱率并有助于晶體取向性的材料用作中間層23。通過(guò)利用CVD方法或?yàn)R射方法形成的MgO層可以用作具有這種功能的層。也就是說(shuō)，由MgO制成的中間層23設(shè)置在第一電極M的正下方，從而熱電層25 設(shè)置在第一電極對(duì)上，使得統(tǒng)一了晶體取向性特性。因此，獲得了高熱電特性。另外，由于MgO的導(dǎo)熱率比電極材料低，因此MgO使得熱量幾乎不泄漏。因此，保持了熱電特性并且可以獲得高靈敏度。注意，除了 MgO之外，只要該材料是一種導(dǎo)熱率低并為熱電層25提供了良好晶體取向特性的材料，其都可以用作中間層23的材料?？梢允沟没?1、支撐電絕緣層22、第一電極M、熱電層25以及第二電極沈的材料及其設(shè)置方法與圖1示出的情況中的那些相同。另外，使得熱電層35的光接收面積、厚度以及組分與圖1示出的情況中的那些相同，從而針對(duì)通過(guò)微型化的多像素化，可以充分地獲得熱電特性，并可以抑制壓電噪聲。而且，設(shè)置了幾千至幾萬(wàn)個(gè)紅外檢測(cè)元件20，從而使得可以以高分辨率捕獲紅外圖像。注意，當(dāng)將Pt用作第一電極M的材料時(shí)，使得第一電極M的厚度小于由MgO制成的中間層23的厚度，從而可以獲得如下效果。Pt的導(dǎo)熱率為7. IX IOW ^nT1 'IT1,而MgO 的導(dǎo)熱率為5. 9X IOW · πΓ1 · Γ1。因此，在設(shè)置了由MgO制成的中間層的情況下，而不是在熱電層25和支撐電絕緣層22之間的整個(gè)部分由用Pt制成的第一電極M組成的情況下， 幾乎不從熱電層25泄漏熱量。特別地，使得中間層23的厚度充分大于第一電極M的厚度，從而可以增強(qiáng)抑制導(dǎo)熱的效果，可以保持熱電特性，因此可以獲得高靈敏度。當(dāng)中間層 23的厚度大于第一電極M的厚度的兩倍時(shí)，可以充分地獲得抑制導(dǎo)熱的效果。特別地，中間層23的厚度優(yōu)選地設(shè)定為在50nm以上。另一方面，當(dāng)中間層23太厚時(shí)，設(shè)置中間層23 所花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此，中間層23的厚度優(yōu)選地設(shè)定為在200nm以下。因此，可以抑制熱電特性降低。另外，由于就材料而言MgO比Pt更廉價(jià)，因此還可以降低成本。(3)紅外檢測(cè)元件的第二變形例(設(shè)置了空間部的結(jié)構(gòu))接下來(lái)，將參照?qǐng)D6描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第二變形例的紅外檢測(cè)元件 30的示意性結(jié)構(gòu)。如圖6所示，紅外檢測(cè)元件30具有在基板31上依次層壓支撐電絕緣層 32、第一電極34、熱電層35以及第二電極36的結(jié)構(gòu)。使得基板31、第一電極34以及第二電極36的材料及其設(shè)置方法與圖1和圖5中示出的情況中的每一個(gè)的那些都相同。另外， 使得熱電層35的光接收面積、厚度以及組分與圖1和圖5示出的情況中的每一個(gè)的那些都相同，從而對(duì)于通過(guò)微型化的多像素化，可以充分地獲得熱電特性并可以抑制壓電噪聲。另一方面，例如，支撐電絕緣層32分別在平面形狀是四邊形的第一電極34的四個(gè)角的正下方形成棱柱形。在支撐電絕緣層32當(dāng)中限定在平面中具有所謂的十字形的空間部39。也就是說(shuō)，在這種情況下，獲得中空結(jié)構(gòu)，使得在基板31和熱電層35的正下方的第一電極34之間限定空間部39。由于通過(guò)采用這種中空結(jié)構(gòu)，熱量幾乎不能從熱電層35通過(guò)支撐電絕緣層32傳送到基板31，因此可以增強(qiáng)隔熱特性。并且，抑制了熱的影響，從而可以獲得高靈敏度而不削弱熱電特性。也就是說(shuō)，結(jié)合如上所述構(gòu)成的熱電層35的光接收面積、厚度以及材料，可以以更高級(jí)的靈敏度和高分辨率捕獲紅外圖像。圖7A至圖7F分別是示出圖6所示的紅外檢測(cè)元件30的制造方法中的制造過(guò)程的截面圖。首先，如圖7A所示，通過(guò)利用CVD方法等，在由Si等制成的基板31的整個(gè)表面上設(shè)置由SW2或低壓Si (OC2H5)4(四乙基原硅酸鹽，LP-TE0S)制成的絕緣層132。接下來(lái)， 如圖7B所示，通過(guò)利用RIE方法等，去除成為圖6示出的空間部39的區(qū)域中的絕緣層132 的部分，例如，如圖6所示，從而形成具有了棱柱形等的支撐電絕緣層32。支撐電絕緣層32 的形狀并不限于棱柱形。因此，除此之外，還可以為支撐電絕緣層32適當(dāng)?shù)剡x擇圓柱形、平面中為多邊形的柱形、非均勻形狀等。接下來(lái)，如圖7C所示，通過(guò)利用CVD方法等，在包括柱狀支撐電絕緣層32的表面的整個(gè)表面上設(shè)置犧牲層38。犧牲層38的材料需要對(duì)支撐電絕緣層32的材料具有蝕刻選擇性，因此，例如，可以利用多-Si等。注意，在完成犧牲層38 的設(shè)置后，可以適當(dāng)?shù)貓?zhí)行熱處理。執(zhí)行熱處理使得改善了犧牲層38的膜質(zhì)量，并且可以對(duì)經(jīng)由第一電極34設(shè)置在犧牲層38上的熱電層35的晶體取向性施加影響。接下來(lái)，如圖7D所示，通過(guò)利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)方法等執(zhí)行平坦化處理，用于使得犧牲層38的上表面和支撐電絕緣層32的上表面近乎彼此是齊平的。并且，如圖7E所示，由Pt等制成的第一電極34設(shè)置在已經(jīng)通過(guò)利用濺射方法等平坦化的犧牲層38和支撐電絕緣層32上。隨后，通過(guò)利用CVD方法等在第一電極34上設(shè)置熱電層35。使得熱電層 35的材料和厚度與參照?qǐng)D1等描述的情況中的那些相同。另外，由Pt等制成的第二電極 36設(shè)置在熱電層35上。然后，如圖7F所示，通過(guò)利用氟化氙等蝕刻掉犧牲層38，從而在支撐電絕緣層32當(dāng)中形成空間部39。最后，通過(guò)利用RIE方法等使一個(gè)像素的支撐電絕緣層 32、第一電極34、熱電層35以及第二電極36形成圖樣，從而形成具有圖6中所示的平面四邊形狀的圖案的紅外檢測(cè)元件。通過(guò)執(zhí)行上述處理，可以在基板31上形成均在圖6中示出的多個(gè)紅外檢測(cè)元件30。圖8示出了在基板31上設(shè)置多個(gè)紅外檢測(cè)元件30的實(shí)例。雖然圖8中僅示出了 2行X2列總共四個(gè)元件，但本發(fā)明并不限于此。也就是說(shuō)，可以設(shè)置幾千至幾萬(wàn)個(gè)紅外檢測(cè)元件30。注意，雖然圖8示出的實(shí)例示出了每個(gè)像素均變成支柱的支撐電絕緣層32彼此分開(kāi)的情況，但是本發(fā)明不限于此。也就是說(shuō)，可以共用地設(shè)置一個(gè)跨接在多個(gè)像素之間的柱狀支撐電絕緣層32。在該情況下，由于可以使得柱狀支撐電絕緣層32的寬度很大，因此可以增大機(jī)械強(qiáng)度。另外，還可以抑制任一個(gè)紅外檢測(cè)元件30的振動(dòng)。注意，例如，如圖9所示，可以分別在第一電極34和第二電極36上設(shè)置與圖4示出的情況中描述的那些相同的延伸部以及端子導(dǎo)出部3 和36a。在圖9中，與圖6至圖 8中的那些部分對(duì)應(yīng)的部分分別用相同的參考標(biāo)號(hào)表示，并且為了簡(jiǎn)化此處省略其重復(fù)描述。例如，可以設(shè)置基板31的延伸部，以與支撐電絕緣層32中的任意一個(gè)的側(cè)面接觸。另外，可以在第二電極36的端子導(dǎo)出部36a的延伸部與熱電層35及第一電極34之間設(shè)置由與支撐電絕緣層32的材料相同的絕緣材料制成的延伸電極3 等。或者，作為替代，還可以通過(guò)利用犧牲層設(shè)置空間部。例如，在該情況下，僅需在圖7A示出的處理之前預(yù)先在基板31上形成端子導(dǎo)出部3 和36a。另外，僅需在圖7E示出的第一電極34的設(shè)置處理完成之后，臨時(shí)形成第一電極34的延伸部，之后，在進(jìn)行圖7示出的處理之后追加用于形成支撐電絕緣層32的延伸部32a以及第二電極36的延伸部的處理。以這種方式形成的支撐電絕緣層32被設(shè)置在熱電層35的下部，可以這樣說(shuō)， 被設(shè)置在像素的正下方，從而獲得從下側(cè)支撐像素的結(jié)構(gòu)。為此，不同于如日本專(zhuān)利第 3，608，298和3，763，822號(hào)中描述的其中紅外檢測(cè)元件的側(cè)面突出的橋結(jié)構(gòu)，保持了整個(gè)紅外檢測(cè)元件30的硬度。也就是說(shuō)，在日本專(zhuān)利第3，608，298和3，763，822號(hào)中描述的橋結(jié)構(gòu)中，橋從橫向連接至紅外檢測(cè)元件的側(cè)面，并且整個(gè)紅外檢測(cè)元件由橋支撐。因此，在紅外檢測(cè)電極的正下方?jīng)]有設(shè)置支撐部。為此，整個(gè)紅外檢測(cè)電極容易受振動(dòng)等的影響而彎曲。當(dāng)整個(gè)紅外檢測(cè)元件彎曲時(shí)，在熱電層中生成由應(yīng)變應(yīng)力引起的壓電輸出噪聲。因此，當(dāng)在熱電型紅外檢測(cè)元件中采用這種橋結(jié)構(gòu)時(shí)，難以提高S/N比。另一方面，當(dāng)如圖6所示在紅外檢測(cè)元件30的下表面設(shè)置多個(gè)支撐電絕緣層32時(shí)，由于保持了紅外檢測(cè)元件30的硬度，因此幾乎不發(fā)生撓曲。也就是說(shuō)，可以抑制紅外檢測(cè)元件30的自身振動(dòng)。為此，可以抑制熱電層35中由于應(yīng)變應(yīng)力的壓電輸出噪聲，因此可以增大S/N比。另外，當(dāng)柱狀支撐電絕緣層32僅以這種方式設(shè)置在下部時(shí)，不同于采用橋結(jié)構(gòu)的情況，可以省略在四周設(shè)置的支撐結(jié)構(gòu)以及橋結(jié)構(gòu)所需的面積。為此，獲得了這樣的優(yōu)勢(shì) 可以充分地增大用以接收紅外線(xiàn)的有效像素面積，并且還可以增大相同基板面積內(nèi)獲得的輸出。并且，當(dāng)在熱電型紅外檢測(cè)元件中采用橋結(jié)構(gòu)時(shí)，在某些情況下，整個(gè)紅外檢測(cè)元件被用于獲得極化狀態(tài)的加熱所變形。因此，當(dāng)設(shè)置了大量紅外檢測(cè)元件時(shí)，引起了這樣的問(wèn)題，即，在紅外檢測(cè)元件中產(chǎn)生偏差，因此不良率變大。通常在100°C至250°C的溫度下執(zhí)行5至30分鐘的用于獲得熱電材料的極化狀態(tài)的熱處理。注意，在還使用由I^b(ZrxTih) O3表示的化合物以外的熱電材料的情況下，需要相同的熱處理。因此，當(dāng)將如在日本專(zhuān)利第 3，608，四8號(hào)中描述的橋結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用到熱電型紅外檢測(cè)元件時(shí)，有可能出現(xiàn)橋結(jié)構(gòu)變形并且整個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件通過(guò)加熱而傾斜，即，光接收區(qū)域傾斜。在設(shè)置了大量紅外檢測(cè)元件的情況下，當(dāng)部分光接收區(qū)域被傾斜時(shí)，入射光的入射角在每相鄰的兩個(gè)像素之間有偏差，可以這樣說(shuō)，有效光接收面積變得不均一，因此可能難以精確地獲得紅外圖像。另一方面，支撐電絕緣層32被形成為要設(shè)置在圖6示出的熱電層35的正下方的柱狀結(jié)構(gòu)，從而可以抑制或避免由用于獲得極化狀態(tài)的這種加熱引起的這種變形。因此，即使在設(shè)置了幾千至幾萬(wàn)個(gè)紅外檢測(cè)元件30時(shí)，也能使熱電特性一致，可以抑制不良率，并且可以提高紅外成像裝置的生產(chǎn)率。舉例說(shuō)明支撐電絕緣層32的優(yōu)選形狀和設(shè)置，例如，當(dāng)熱電層35的厚度為3μπι 并且光接收面積(表面積)為300 μ m2時(shí)，變成支柱的支撐電絕緣層32可以具有寬度為 3 μ m并且截面為正方形的棱柱形。使熱電層35的平面形狀是四邊形，并且將這種柱狀支撐電絕緣層32設(shè)置在熱電層35的四個(gè)角的正下方，從而可以充分地抑制由于振動(dòng)等引起的應(yīng)變，并且可以將壓電輸出抑制到可忽略的程度。注意，當(dāng)使支撐電絕緣層32用以接觸第一電極34的面積相對(duì)于光接收面積的比例很大時(shí)，由于支撐電絕緣層32的導(dǎo)熱性，熱電特性降低。另一方面，當(dāng)該比例太小時(shí)，不能充分地獲得減小由于應(yīng)變抑制引起的壓電特性的效果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱電層35的光接收面積被設(shè)定在1 X IO2 μ m2至1 X IO4 μ m2范圍內(nèi)，并且其厚度被設(shè)定在0. 8 μ m至10 μ m的范圍內(nèi)時(shí)，該比例被設(shè)定在0. 1至0. 4的范圍內(nèi)，從而可以充分地確保熱電特性，并且可以抑制由壓電特性引起的噪聲。注意，可以不考慮光接收面積而適當(dāng)?shù)剡x擇變成支柱的支撐電絕緣層32的平面形狀和設(shè)置。為此，例如，當(dāng)光接收面積相對(duì)寬因此容易發(fā)生撓曲時(shí)，還可以采用使得支撐電絕緣層32設(shè)置在光接收區(qū)域的中央的結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步抑制振動(dòng)。注意，同樣在該實(shí)例中，可以包含圖5示出的中間層23作為支撐電絕緣層32。例如，由MgO制成的中間層(未示出)插入由SiO2等制成的支撐電絕緣層32的下部與基板 31之間，從而可以增強(qiáng)隔熱特性，并且可以使得在中間層上面形成的熱電層35的晶體取向性良好。因此，可以進(jìn)一步提高熱電特性，并可以提高靈敏度。(4)紅外檢測(cè)元件的第三變形例(形成兩層電極的結(jié)構(gòu))接下來(lái)，將參照?qǐng)D10描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第三變形例的紅外檢測(cè)元件40。在此情況下，如圖10所示，在基板41上依次形成支撐電絕緣層42、第一電極44、熱電層45以及第二電極46?？梢允沟没?1、支撐電絕緣層42以及第二電極46的材料與圖1等中示出的情況中的那些相同。此外，還使得熱電層45的材料、厚度和光接收面積與圖 1等中示出的情況中的那些相同，從而對(duì)于通過(guò)微型化的多像素化，可以充分地獲得熱電特性，并且可以抑制壓電噪聲。設(shè)置了幾千至幾萬(wàn)個(gè)紅外檢測(cè)元件40，從而使得可以以高分辨率捕獲紅外圖像。并且，在這種情況下，針對(duì)第一電極44采用了(例如)依次設(shè)置由Ti、TiO2等制成的基層4 和Pt層44b的兩層結(jié)構(gòu)。在將Si系列材料用于支撐電絕緣層42的情況下， 當(dāng)Pt層44b直接設(shè)置在支撐電絕緣層42上時(shí)，難以獲得良好的接合特性。另一方面，通過(guò)利用濺射方法等設(shè)置要插入Pt層44b和支撐電絕緣層42之間的由Ti、Ti&等制成的基層 44a，從而使得可以改善接合特性。注意，類(lèi)似地，即使當(dāng)如圖5所示的第一實(shí)施方式的第一變形例一樣，由MgO等制成的中間層23設(shè)置在支撐電絕緣層22和第一電極M之間時(shí)，由 Ti、TiO2等制成的基層也可以設(shè)置在第一電極M中，從而使得可以改善接合特性。另外，即使如圖6所示采用中空結(jié)構(gòu)時(shí)，第一電極34也可以以這種方式被形成為具有兩層結(jié)構(gòu)。無(wú)論如何，基層44a的厚度被設(shè)定在IOnm至200nm的范圍內(nèi)，從而可以吸收基層4 下面的支撐電絕緣層42的表面的微小梯狀部。為此，可以抑制對(duì)在基層4 上經(jīng)Pt層44b形成的熱電層45的晶體取向性的影響，因此可以抑制熱電特性的降低。根據(jù)第一實(shí)施方式的第三變形例，可以使得第一電極44與支撐電絕緣層42的接合特性良好。因此，可以抑制產(chǎn)生諸如剝離的麻煩，并且可以抑制當(dāng)設(shè)置大量紅外檢測(cè)元件 40時(shí)形狀的偏差。為此，即使在設(shè)置了用于幾百至幾萬(wàn)個(gè)像素的紅外檢測(cè)元件40時(shí)，也可以抑制由形狀的偏差引起的熱電性能的非均勻性，可以抑制不良率，并且可以提高紅外成像裝置的生產(chǎn)率。(5)紅外檢測(cè)元件的第四變形例(設(shè)置了紅外吸收膜的結(jié)構(gòu))接下來(lái)，將參照?qǐng)D11描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的第四變形例的紅外檢測(cè)元件50。在該情況下，如圖11所示，在基板51上依次形成支撐電絕緣層52、第一電極M、熱電層陽(yáng)以及第二電極56?？梢允沟没?1、支撐電絕緣層52以及第一電極M和第二電極56的材料和形成方法與圖1等中示出的情況中的那些相同。此外，還使熱電層55的材料、厚度和光接收面積與圖1等中示出的情況中的那些相同，從而可以抑制由壓電引起的噪聲，可以充分地獲得熱電特性，并且可以以高靈敏度捕獲紅外圖像。此外，在第一實(shí)施方式的第四變形例中，在第二電極56上設(shè)置紅外吸收層57。例如，優(yōu)選地將表面發(fā)射率在 60%以上，優(yōu)選地在75%以上，并且更優(yōu)選地在90%以上的材料用作紅外吸收層57的材料。例如，給出了有機(jī)染料、有機(jī)溶劑可溶性染料、油溶性染料、分散性染料、靜態(tài)染料、光致變色染料、遠(yuǎn)紅外吸收樹(shù)脂組成物、遠(yuǎn)紅外吸收油墨、遠(yuǎn)紅外吸收涂覆材料等作為表面發(fā)射率在60%以上的材料。除此之外，青藍(lán)染料銨鹽型化合物、金屬配位化合物、蒽醌系列化合物、酞菁類(lèi)、萘酞菁等也可以用作表面發(fā)射率在60%以上的材料。設(shè)置這種紅外吸收層57 的結(jié)果是可以增大吸收紅外光的效率并且可以進(jìn)一步提高靈敏度。注意，可以將以這種方式設(shè)置紅外吸收層57的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于參照?qǐng)D1以及圖4至圖10描述的每種情況，因此可以類(lèi)似地進(jìn)一步提高靈敏度。2.第二實(shí)施方式(紅外成像裝置)
(1)紅外成像裝置的基本構(gòu)造接下來(lái)，將參照?qǐng)D12描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的紅外成像裝置。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的紅外成像裝置200的基本構(gòu)造的示意框圖。紅外成像裝置200 包括紅外檢測(cè)元件70和聚光部71。在該情況下，雖然紅外檢測(cè)元件70對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的紅外檢測(cè)元件10，但是也可以將根據(jù)第一實(shí)施方式的第一至第四變形例中的任意紅外檢測(cè)元件用作紅外檢測(cè)元件70。而且，聚光部71將來(lái)自外部的紅外線(xiàn)會(huì)聚至紅外檢測(cè)元件70。另外，紅外成像裝置200包括電荷控制部72和信號(hào)處理電路73。在該情況下，電荷控制部72控制通過(guò)向紅外檢測(cè)元件70發(fā)射紅外線(xiàn)獲得的電荷的輸出，即，控制電荷的存儲(chǔ)、放電等。并且，信號(hào)處理電路73將來(lái)自紅外檢測(cè)元件70的輸出轉(zhuǎn)換成信號(hào)， 從而獲得基于紅外圖像的視頻(圖像)信號(hào)。不對(duì)聚光部71特別加以限制，只要聚光部71會(huì)聚來(lái)自將捕獲其圖像的對(duì)象的紅外線(xiàn)等并形成對(duì)應(yīng)于紅外線(xiàn)的圖像即可。在該情況下，可以將一個(gè)鏡片用作聚光部71，或者還可以將包括兩個(gè)以上鏡片的透鏡組用作聚光部71。或者，聚光部71還可以被構(gòu)造為包括其中設(shè)置了對(duì)應(yīng)于一個(gè)像素或多個(gè)像素的微透鏡(多個(gè)微鏡頭)的透鏡陣列。給出Ge透鏡、Si透鏡等作為用于會(huì)聚紅外線(xiàn)的透鏡材料。在紅外檢測(cè)元件70中接收由聚光部71會(huì)聚的紅外線(xiàn)。然而，當(dāng)將捕獲其圖像的對(duì)象保持停止時(shí)，不會(huì)引起由于接收的紅外線(xiàn)的量上的變化而發(fā)生的溫度變化，不會(huì)生成電荷，因此不能獲取紅外圖像。為此，可以在紅外檢測(cè)元件70和其圖像將被捕獲的對(duì)象之間設(shè)置用于周期性地控制入射紅外線(xiàn)的斷路器。而且，驅(qū)動(dòng)電路(未示出)根據(jù)電荷控制部 72的控制來(lái)驅(qū)動(dòng)斷路器以調(diào)制紅外線(xiàn)，從而使得具有特定角頻率的紅外線(xiàn)入射到紅外檢測(cè)元件70。因此，即使在其圖像將被捕獲的對(duì)象保持停止時(shí)，也引起了對(duì)應(yīng)于得到的紅外線(xiàn)的量的溫度變化，致使生成紅外圖像所對(duì)應(yīng)的電荷，從而使得可以獲得視頻信號(hào)(圖像信號(hào))。例如，可以將用于機(jī)械地打開(kāi)和關(guān)閉的快門(mén)機(jī)構(gòu)、與液晶快門(mén)一樣用于電性地控制紅外線(xiàn)的透射區(qū)域和阻擋區(qū)域的機(jī)構(gòu)等用作斷路器。注意，斷路器(快門(mén))的驅(qū)動(dòng)周期對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的幀頻。雖然在30fps的情況下，基本上以30Hz操作快門(mén)，但是可以以例如60、120、或MOHz的雙倍速度、四倍速度、或八倍速度來(lái)操作快門(mén)。當(dāng)在每幀頻獲得了以這種方式被平均化的輸出時(shí)，將意外的噪聲平均化從而去除，因此使得可以獲得穩(wěn)定的輸出數(shù)據(jù)。另外，還可以響應(yīng)近代TV的高速幀頻。注意，在可以排除對(duì)其圖像將被捕獲的靜態(tài)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)的情況下，諸如在紅外成像裝置200 設(shè)置在活動(dòng)體上的情況下，還可以采用不設(shè)置斷路器而直接檢測(cè)紅外線(xiàn)的構(gòu)造。根據(jù)從電荷控制部72中設(shè)置的定時(shí)發(fā)生器生成的將輸出到信號(hào)處理電路73的開(kāi)始脈沖、時(shí)鐘脈沖等，與斷路器的操作同步地連續(xù)控制生成的電荷，以對(duì)應(yīng)于以這種方式捕獲的對(duì)象的圖像。信號(hào)處理電路73具有電荷-電壓轉(zhuǎn)換電路、噪聲校正電路、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路等。而且，信號(hào)處理電路73執(zhí)行諸如對(duì)來(lái)自紅外檢測(cè)元件70的輸出信號(hào)的相關(guān)雙采樣的信號(hào)處理?？筛鶕?jù)需要將視頻信號(hào)記錄在諸如存儲(chǔ)器的記錄介質(zhì)(未示出)中，并且在諸如液晶顯示裝置的監(jiān)視器上顯示對(duì)應(yīng)于視頻信號(hào)的紅外圖像。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的紅外成像裝置200中使用的紅外檢測(cè)元件70中，熱電層的光接收面積被設(shè)定在1 X IO2 μ m2至1 X IO4 μ m2的范圍內(nèi)，并且其厚度被設(shè)定在0.8μπι至ΙΟμπι的范圍內(nèi)。并且，在上述組成式(1)中，作為主要成分的化合物材料的組分摩爾比χ設(shè)定在0. 57 < χ < 0. 93的范圍內(nèi)。因此，可以設(shè)置幾千至幾萬(wàn)個(gè)像素。 并且，雖然紅外檢測(cè)元件70是微型的并且很薄，但是可以獲得充分的熱電特性，并且可以在抑制壓電噪聲的同時(shí)以良好的S/N比生成電荷。因此，可以以高靈敏度和高分辨率獲得基于紅外圖像的視頻信號(hào)。(2)紅外成像裝置的第一變形例(設(shè)置了溫度控制部的構(gòu)造)接下來(lái)，將參照?qǐng)D13描述根據(jù)第二實(shí)施方式的第一變形例的紅外成像裝置300。 在圖13示出的情況下，在圖12示出的紅外成像裝置200中另外設(shè)置用于控制紅外檢測(cè)元件70的溫度的溫度控制部74。在圖13中，與圖12的那些部分對(duì)應(yīng)的部分分別用相同的參考標(biāo)號(hào)表示，并且為了簡(jiǎn)化將省略其重復(fù)描述。根據(jù)上述組成式⑴形成的、組成熱電層1505、35、…)的化合物具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。為此，通過(guò)控制紅外檢測(cè)元件的溫度，在鐵電三方相(ferroelectric rhombohedral phase)的低溫相和高溫相之間的邊界附近的結(jié)晶相中發(fā)生相變。在相變溫度附近可以進(jìn)一步增強(qiáng)熱電特性，因此靈敏度增加。因此，獲得了高性能紅外成像裝置，其中，通過(guò)將熱電層15的溫度控制到相變溫度附近，可以可靠地確保熱電特性，并且可以充分地抑制壓電噪聲，因此具有高靈敏度。圖14是表示當(dāng)上述組成式(1)中的組分摩爾比χ被設(shè)定為0. 4時(shí)熱電系數(shù)相對(duì)于溫度的變化的曲線(xiàn)。當(dāng)組分摩爾比X被設(shè)定為0. 4時(shí)，可知，在40°C的溫度，發(fā)生相變并且熱電系數(shù)達(dá)到最大值。也就是說(shuō)，在該情況下，可知，僅需執(zhí)行冷卻或加熱，使得紅外檢測(cè)元件70的溫度變得接近40°C。例如，當(dāng)紅外成像裝置300的內(nèi)部設(shè)備的溫度的最大值是 80°C時(shí)，設(shè)置諸如包括適于_40°C的冷卻功能的水冷或氣冷機(jī)構(gòu)的溫度控制部74，從而使得熱電系數(shù)接近最大值，因此可以獲得更高的熱電特性。與此相反，可以考慮內(nèi)部設(shè)備溫度和溫度控制部74的性能、成本等來(lái)選擇紅外檢測(cè)元件70中的熱電層15(25、35、...)的成分。在這種情況下，無(wú)需使用昂貴的冷卻機(jī)構(gòu)就可以獲得最大熱電特性。設(shè)置適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂撇?4，以對(duì)應(yīng)紅外檢測(cè)元件70的熱電層15(25、35、...)，從而可以充分地確保熱電特性，可以抑制壓電噪聲，因此可以以高靈敏度和高分辨率獲得基于紅外圖像的視頻信號(hào)。3.具體實(shí)例接下來(lái)，將給出關(guān)于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的實(shí)例的紅外檢測(cè)元件和根據(jù)比較例的紅外檢測(cè)元件中的輸出實(shí)例的描述。當(dāng)分別具有圖1、圖3和圖4中示出的結(jié)構(gòu)的紅外檢測(cè)元件10均被設(shè)置在圖12中示出的紅外成像裝置200中時(shí)，以輸出波形曲線(xiàn)的形式獲得的輸出實(shí)例。每個(gè)紅外檢測(cè)元件10中的熱電層15的上述組成式(1)中的組分摩爾比 χ被設(shè)定為0.6。另外，熱電層15的光接收面積為200μπι2并且其厚度為3μπι。另外，根據(jù)比較例的每個(gè)紅外檢測(cè)元件的熱電層的上述組成式(1)中的組分摩爾比χ被設(shè)定為0.4， 并且使得其光接收面積和厚度與根據(jù)實(shí)例的每個(gè)紅外檢測(cè)元件10的熱電層15的光接收面積和厚度相同。在實(shí)例和比較例中，均將溫度設(shè)定為40°C的培爾特元件用作檢測(cè)對(duì)象的熱源。圖15A示出了來(lái)自根據(jù)每個(gè)實(shí)例的紅外成像裝置中的一個(gè)像素的波形，并且圖15B示出了來(lái)自每個(gè)比較例的一個(gè)像素的波形。根據(jù)圖15A和圖15B示出的波形圖，可知，在使用具有本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的紅外檢測(cè)元件的紅外成像裝置中獲得了具有大S/N比的輸出信號(hào)。另一方面，可知，在每個(gè)比較例中，噪聲輸出大，因此沒(méi)有獲得良好的S/N比。
注意，在上述本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方式中，在紅外檢測(cè)元件的熱電層中使用其成分由I^b(ZrxTih) O3(0. 57 < χ < 0. 93)表示的化合物。另一方面，可知，另外在使用其中用Ba、Cd、Sr、或Sn代替&的化合物的情況下，類(lèi)似地，選擇適當(dāng)組分摩爾比χ的范圍， 從而類(lèi)似地，可以抑制壓電輸出，可以獲得充分的熱電特性，因此可以以高靈敏度和高分辨率獲得紅外圖像。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求和其他因素進(jìn)行各種修改、組合、子組合和替換。本申請(qǐng)包含涉及于2010年4月觀日在日本專(zhuān)利局提交的日本在先專(zhuān)利申請(qǐng)JP 2010-104289中公開(kāi)的主題，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
權(quán)利要求
1.一種紅外檢測(cè)元件，包括 基板；支撐電絕緣層，形成在所述基板上； 第一電極，形成在所述支撐電絕緣層上； 熱電層，形成在所述第一電極上；以及第二電極，形成在所述熱電層上，其中，所述熱電層具有1 X IO2 μ m2至1 X IO4 μ m2的光接收面積，具有0. 8 μ m至10 μ m的厚度，并且其中包含表示為1 (ZrxTi1JO3的化合物作為主要成分，其中，0. 57 < χ < 0. 93。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外檢測(cè)元件，其中，導(dǎo)熱率低于所述第一電極的材料的導(dǎo)熱率的中間層設(shè)置在所述支撐電絕緣層和所述第一電極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外檢測(cè)元件，其中，所述中間層由通過(guò)利用化學(xué)氣相沉積方法或?yàn)R射方法形成的MgO制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的紅外檢測(cè)元件，其中，所述中間層的厚度大于所述第一電極的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的紅外檢測(cè)元件，其中，將所述支撐電絕緣層設(shè)置為對(duì)多個(gè)紅外檢測(cè)元件是共用的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的紅外檢測(cè)元件，其中，空間部形成在所述支撐電絕緣層的一部分中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外檢測(cè)元件，其中，所述空間部形成在所述熱電層的中央部的正下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的紅外檢測(cè)元件，其中，所述第一電極至少包括 Pt層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紅外檢測(cè)元件，其中，所述第一電極由用Ti或TiO2制成的基層以及形成在所述基層上的Pt層組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的紅外檢測(cè)元件，其中，所述基層的厚度在IOnm至200nm的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的紅外檢測(cè)元件，進(jìn)一步包括在所述第二電極的上部的紅外吸收膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的紅外檢測(cè)元件，其中，所述紅外吸收膜由表面發(fā)射率在 60%以上的有機(jī)材料制成。
13.一種紅外成像裝置，包括 多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件；聚光部，被構(gòu)造為將紅外線(xiàn)會(huì)聚到所述多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件； 電荷控制部，被構(gòu)造為控制通過(guò)所述紅外線(xiàn)的照射在所述多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件中獲得的電荷的輸出；以及信號(hào)處理電路，用于將來(lái)自所述多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件的輸出轉(zhuǎn)換成信號(hào)，從而獲得紅外圖像，所述多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件中的每一個(gè)都包括 基板；支撐電絕緣層，形成在所述基板上； 第一電極，形成在所述支撐電絕緣層上； 熱電層，形成在所述第一電極上；以及第二電極，形成在所述熱電層上，其中，所述熱電層具有1 X IO2 μ m2至1 X IO4 μ m2的光接收面積，具有0. 8 μ m至10 μ m的厚度，并且其中包含表示為1 (ZrxTi1JO3的化合物作為主要成分，其中，0. 57 < χ < 0. 93。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的紅外成像裝置，進(jìn)一步包括溫度控制部，被構(gòu)造為控制所述多個(gè)熱電型紅外檢測(cè)元件中的每一個(gè)的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的紅外成像裝置，其中，所述溫度被控制為接近所述熱電層的材料中的鐵電三方相的低溫相和高溫相之間的相變溫度。
全文摘要
本文公開(kāi)了一種紅外檢測(cè)元件和紅外成像裝置。該紅外檢測(cè)元件包括基板，在基板上形成的支撐電絕緣層，在支撐電絕緣層上形成的第一電極，在第一電極上形成的熱電層以及在熱電層上形成的第二電極，其中，熱電層具有1×102μm2至1×104μm2的光接收面積，具有0.8μm至10μm的厚度，并且其中包含表示為Pb(ZrxTi1-x)O3的化合物作為主要成分，其中，0.57＜x＜0.93。
文檔編號(hào)G01J5/02GK102255038SQ201110101169
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者椛澤秀年, 若林稔 申請(qǐng)人:索尼公司