红外线检测元件、以及红外线检测装置、压电体元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及红外线检测元件W及红外线检测装置、和压电体元件。
【背景技术】
[0002] 作为红外线检测元件，已知量子型红外线检测元件和热型红外线检测元件运两 种。其中，量子型红外线检测元件由于W半导体的带隙的形式捕捉红外线而灵敏度高、响应 速度快。然而，量子型红外线检测元件在使用时需要向液氮溫度冷却，而需要设置冷却单元 因而大型且价格昂贵。另外，量子型红外线检测元件还有波长选择性，缺乏对远红外线的响 应性。
[0003] 热型红外线检测元件有:利用根据溫度变化而在表面产生电荷的热电体材料的热 电型红外线检测元件、利用根据溫度变化而电阻值发生变化的电阻福射热计材料的电阻福 射热计型红外线检测元件、利用因溫度差而产生热电动势的塞贝克效应的热电偶(热电堆） 型红外线检测元件等。
[0004] 其中，热电型红外线检测元件由于在热型红外线检测元件中输出信号大、输出的 杂音低因而S/^比高。此外，热电型红外线检测元件成本低且能够进行人体检测，因此被广 泛用作削减自动照明、设备的耗电的自动开关。
[0005] 热电型红外线检测元件利用强电介质的热电效果。强电介质层若受到红外线照射 则溫度上升，根据伴随该溫度变化的极化率的变化，而强电介质层的表面电荷发生变化。红 外线检测装置将该表面电荷的变化W红外线检测元件的输出信号的形式输出，从而检测红 外线。
[0006] 为了提高红外线的受光灵敏度，有时按照溫度上升相对于入射红外线能量变大的 方式，相比于强电介质层的受光面积减薄强电介质层的厚度，或者形成热容量高的基板，或 者形成减小基板本体与强电介质层的接触部分的结构。
[0007] 另外，作为热电型红外线检测元件的热电材料，优选热电系数丫的值高、相对介电 常数Er的值小，由此红外线检测性能提高。
[000引图10是专利文献1公开的W往的红外线检测元件500的正面截面图。红外线检测元 件500具备:气孔率为20% W上的多孔质的强电介质陶瓷32、夹持强电介质陶瓷32的致密质 的强电介质陶瓷33、和连接于致密质强电介质陶瓷33的电极34。强电介质陶瓷32、33是将热 电系数比较大的铁酸铅(PT)系或铁酸错酸（W下称为PZT)系的陶瓷粒子的浆料制成生片 后，对该生片进行烧结而形成的。
[0009] 红外线检测元件500中，气孔率高的多孔质强电介质陶瓷32设置于中央部，因而与 由具有与多孔质强电介质陶瓷32相同体积的致密质的强电介质陶瓷33构成的红外线检测 元件相比，由于气孔31而相对介电常数Er变小，结果红外线检测性能提高。
[0010] 错铁酸铅等强电介质是具有由通式AB化表示的巧铁矿型结构的氧化物，除了优异 的热电性之外，显示出强诱电性、压电性、电气光学特性。由运样的强电介质而成的压电体 元件利用该压电效果，被用于压电传感器、压电致动器。
[0011] 强电介质在内部具有自发分极，在其表面产生正电荷和负电荷。在大气中的定常 状态下与大气中的分子所具有的电荷结合而表面变为中性状态。若对该强电介质施加外 压，则由强电介质根据外压的量在表面出现的表面电荷发生变化。压电传感器将该表面电 荷的变化W电信号的形式输出，来检测对强电介质施加的压力、强电介质的变位。
[0012] 压电传感器的灵敏度能够通过增大压电体元件的压电常数(压电d常数)Cd和由相 对介电常数Er表示的压电输出功率常数(压电g常数)CdAr而提高。
[0013] 另外，若对强电介质施加电压，则根据其电压而强电介质伸缩，能够在伸缩的方向 或垂直于该方向的方向产生变位。压电致动器能够利用该变位使对象物变位。
[0014] 现有技术文献 [00巧]专利文献
[0016] 专利文献1:日本特开平8-62038号公报
【发明内容】
[0017] 红外线检测元件具备具有下部电极层、设于下部电极层上的检测层、和设于检测 层上的上部电极层的检测层叠体。检测层具有柱状的晶体结构。在检测层，设有偏布于晶体 结构的晶界的多个气孔。
[0018] 该红外线检测元件具有高红外线检测性能。
【附图说明】
[0019] 图1是实施方式中的红外线检测元件的上面示意图。
[0020] 图2A是图1所示红外线检测元件的线IIA-IIA上的截面示意图。
[0021] 图2B是图1所示红外线检测元件的线IIB-IIB上的截面示意图。
[0022] 图2C是图1所示红外线检测元件的线IIC-IIC上的截面示意图。
[0023] 图3是表示实施方式中的红外线检测元件的检测层的截面的透射型电子显微镜照 片的图。
[0024] 图4是图3所示检测层的示意图。
[0025] 图5是实施方式中的红外线检测元件的实施例的检测层的X射线衍射图谱图。
[0026] 图6是实施方式中的红外线检测元件的实施例的检测层的X射线衍射图谱图。
[0027] 图7是实施方式中的红外线检测装置的区块图。
[0028] 图8是实施方式中的其它红外线检测元件的截面示意图。
[0029] 图9是实施方式中的压电体元件的截面示意图。
[0030] 图10是现有的红外线检测元件的正面截面图。
【具体实施方式】
[0031] 图1是实施方式中的红外线检测元件1000的上面示意图。图2A、图2B和图2C分别是 图1所示红外线检测元件1000的线IIA-IIA JIB-IIB JIC-IIC上的截面示意图。图2A所示位 置Aa、Ab与图1所示位置Aa、Ab分别相同。红外线检测元件1000具备检测层叠体1、基板5和梁 部2。梁部2与基板5连接，保持检测层叠体1。
[0032] 检测层叠体1具备：下部电极层7、设置于下部电极层7的上面7A上的检测层8、和设 置于检测层8的上面8A上的上部电极层9。检测层8的下面SB位于下部电极层7的上面7A上。
[0033] 基板5具有作为一个主面的上面5A、和作为另一主面的下面5B。在基板5的上面5A 设有凹状的空桐4。空桐4在基板5的上面5A具有开口的开口部4A。在基板5的上面5A于空桐4 的开口部4A的周边设有框部3。
[0034] 需要说明的是，空桐4可W设置于基板5的上面5A的中央，但不限于该配置。空桐4 可W与基板5的下面5B连通而开口。空桐4的截面形状可W为半球形状、S角形状、多角形 状、梯形形状等。
[0035] 检测层叠体1设置于空桐4的开口部4A。通过利用梁部2将检测层叠体1与框部3的 一部分连接，检测层叠体1按照离开包围空桐4的基板5的表面的方式被支承。因此，检测层 叠体1对于基板5具有高热绝缘性。
[0036] 实施方式中的红外线检测元件1000中，检测层叠体1具备中间层6。中间层6在基板 5的上面5A上形成，即，中间层6的下面6B位于基板5的上面5A上。中间层6与基板5的上面5A 基本平行地延伸，构成梁部2和检测层叠体1的一部分。检测层叠体1的下部电极层7设置于 中间层6的上面6A上。但是，检测层叠体1可W没有中间层6,运种情况下，下部电极层7位于 基板5的上面5A上。
[0037] 检测层8在下部电极层7的上面7A上形成，由沿正方晶系的（OOl)面取向的PZT(错 铁酸铅)而成。像运样检测层8是沿作为分极轴方向的(001)方向选择性地取向的结晶，因而 能够增大热电系数丫。
[0038] PZT的组成优选为作为正方晶系的组成的化与Ti的摩尔比Zr/Ti为30/70附近，也 可W使用正方晶系与菱形晶系的相分界处（准同型相界）附近的组成（摩尔比Zr/Ti为53/ 47)、或PbTi〇3,只要摩尔比Zr/Ti为0/100~70/30即可。
[0039] 检测层8的构成材料可W使用WPZT为主成分的巧铁矿型氧化物强电介质，例如， 可W举出WPZT为主成分将1^曰^3、5'、抓、1旨、111、211、41等元素置换为?21'的元素的一部分的 材料。
[0040] 作为检测层8的其它构成材料，可W使用PMN(化（Mgi/3Nb2/3)〇3)、PZN(Pb(Zm/ 3抓2/3)〇3)。
[0041] 图3是后述的实施例的红外线检测元件的检测层的截面的透射型电子显微镜 (Transmission Electron Microscope, W下称为TEM)照片，图4为模写图3的TEM照片的示 意图。
[0042] 如图2A、图4所示，检测层8具有柱状的晶体结构。柱状的结晶21沿连结下部电极层 7与上部电极层9间的纵向延伸。晶界22在柱状的结晶21间存在，沿纵向延伸。
[0043] 在检测层8设有多个气孔10、11。多个气孔10、11具有形成于晶界22的多个晶界气 孔10。沿纵向延伸的多个晶界22中的至少一个晶界22中形成多个晶界气孔10,也可W形成 一个晶界气孔10。
[0044] 另一方面，结晶21中存在没有气孔或包含气孔的情况，少于晶界气孔10。在结晶21 中可W形成有结晶气孔11。结晶气孔11无规地形成于检测层8。
[0045] 如图3所示，形成于检测层8的气孔在通过TEM观察结晶截面的照片时，可W作为白 色对比度来确认。
[0046] 此处，晶界气孔10是在晶界22的区域可W观察到至少一部分的气孔。结晶气孔11 是离开晶界22且完全包裹于一个结晶21内的气孔。
[0047] 在检测层8中，气孔10、11偏布于晶界22。
[0048] 气孔偏布于晶界22是指，设置于检测层8的晶界气孔10的数量大于设置于检测层8 的结晶气孔11的数量。即，晶界气孔10的数量相对于晶界气孔10的数量与结晶气孔11的数 量的合计之比即晶界气孔10的偏布率超过50 %。
[0049] 检测层8中的晶界气孔10与结晶气孔11的数量可W使用检测层8中的规定区域的 各自的数量，由该规定区域与检测层8的体积比算出。该规定区域可W根据算出精度等来适 当设定。例如，作为规定区域，可W使用检测层8中的沿纵向平行的等间隔的多个结晶截面， 更具体来说可W使用检测层8的中央附近、间隔为20nm的等间隔的结晶截面。
[0050] 通过在检测层8设置多个气孔，能够减小检测层8的相对介电常数Er。进一步，检测 层8的气孔10、11偏布于晶界22,由此检测层8的结晶性不受损，因而能够提高热电系数丫。 因此，本实施方式的红外线检测元件1000能够减小相对介