制造红外传感器材料的方法、红外传感器材料、红外传感器元件和红外图像传感器技术

本发明专利技术涉及一种制造红外传感器材料的方法，所述方法包括：通过将碳纳米管（CNT）分散在溶剂中而制备CNT分散液，使用所述CNT分散液作为原料来形成CNT薄膜，以及对所述CNT薄膜进行退火，使得电阻温度系数的绝对值在-10℃至50℃的温度下等于或大于1%/K。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造适合于非致冷型红外传感器中所使用的热辐射计材料的红外传感器材料的方法，通过所述方法制造的红外传感器材料，使用所述红外传感器材料的红外传感器元件和使用所述红外传感器元件的红外图像传感器。
技术介绍
所有材料均辐射源自于材料自身的温度的红外辐射。感测红外辐射并检测观察目标的温度的器件通常被称作红外传感器。这种微观水平的红外传感器阵列用于红外成像技术中。因为红外成像技术使得能够对观察目标的温度进行成像，因此即使在深色视野中如在夜里也可进行视频记录。因此，红外成像技术已经成为保安摄像机、监控摄像机等中的必要技术。此外，近年来，甚至用于区别由于流感而发烧的人等，红外成像技术已经引起了关注。红外辐射是具有比可见光更长的波长区域的电磁波的泛称。近红外辐射(最高达约3 μ m)、中红外福射(约3 μ m至约8 μ m)、远红外福射(约8 μ m至约14 μ m)等为红外传感器中使用的波长范围。在观察人类生活环境作为观察目标的红外传感器中，远红外辐射是特别重要的，其原因在于，空气吸收很少的远红外辐射，并且人体温度辐射约10 μ m的远红外辐射。作为红外传感器材料，其中将HgCdTe用作传感器的传感器材料的量子型红外传感器已经得到了广泛应用。然而，量子型红外传感器需要用于冷却设备温度的冷却装置，因为需要将器件温度冷却至至少液氮的温度(77K)。因此，量子型红外传感器在设备小型化上具有限制。因此，近年来，其中器件不需要冷却至低温的非致冷型红外传感器作为红外传感器材料已经得到广泛传播。作为非致冷型红外传感器，已广泛使用了热辐射计。热辐射计基于检测由器件中的温度变化造成的电阻变化的原理。特别地，作为热辐射计材料，其中氧化钒(在下文中缩写为VOx)、无定形Si等以薄膜形状形成的材料已经实现商品化。存在几种参数作为热辐射计的性能指标。称为电阻温度系数(TCR)的电阻的温度变化率(通过电阻的温度变化率除以电阻值而得到的值)和称为比电阻的参数是特别重要的。更具体地，已经需要TCR绝对值高并且低比电阻小的材料。作为用于热辐射计的材料，显示类半导体性质的材料是合适的。所述TCR变为负值。目前，也已报道了用于非致冷型热辐射计的VOx在室温下具有超过约-4%/K的TCR(参见专利文献I)。在批量生产的水平上，已经使用了具有-1.5%/Κ水平的产品。然而，在VOx中存在多种结晶相，每种结晶相显示独特的性质。在形成VOx膜时，由于其难以保持结晶相的恒定混合比等的原因，所以即使在同一晶片内，在形成阵列时，阵列间的性质差异也未必足够小。另外，当形成VOx膜时，因为需要引入专用的处理而不是普通的硅处理，因此存在生产线自身应为VOx专用线的限制。此外，存在退火温度可能升高至400°C以上的可能性，并且由此对布线等的影响令人担忧。此外，在20世纪90年代，开发了通过使用无定形Si作为传感器材料而得到的热辐射计，所述无定形Si可以通过使用硅处理的一条龙生产而获得。无定形Si在生产率方面是有利的，因为能够简化制造工艺。然而，无定形Si也具有如下问题:存在非常大的比电阻并且难以使晶体结构均匀(无定形的)。在这样的情况下，近来已经报道了使用CNT薄膜作为红外传感器材料的研究(参见专利文献I)。特别地，在CNT中，已经提出了能够有效地使用单壁纳米管(在下文中，SffNT:单壁碳纳米管)。在专利文献I中公开的SWNT薄膜例如包括通过分散在溶剂中的CNT的抽吸过滤而形成的膜，和其中原位(on the spot)构成不锈钢网作为基材的膜。特别地，已经报道了后者指示高的电阻温度系数(TCR)。此外，也已有了更清楚地显示利用性质的要点的提议，凭借所述性质，被红外传感器吸收的红外波长取决于CNT的直径(参见专利文献2)。作为改变CNT薄膜的性质的尝试，已经提出了对CNT薄膜进行退火等(参见专利文献3)。然而，专利文献3利用了将混合物混合到CNT薄膜中并且经由退火改变聚合物的性质的效果。此外，专利文献3公开了将CNT薄膜用作导电薄膜，但没有提及将CNT薄膜用作红外传感器用材料。此外，由于CNT在诸如二氯乙烷的具有高挥发性的溶剂中具有良好的分散性，因此可使用生产率比较好的方法如旋涂法、涂覆法、印刷法等。因此，CNT不必需要用于大规模处理如娃处理的设备。相关文献专利文献 美国专利7，723，684B1日本未审查专利申请2003-282924日本未审查专利申请2009-074072
技术实现思路
作为相关技术中的红外传感器材料，诸如Vox等的材料已经被商业推广。然而，硅处理并不总与形成Vox膜高度匹配，由此导致红外传感器的生产率降低。另外，作为红外传感器材料，无定形硅也被广泛推广。然而，由于仍然需要使用硅处理，因此存在难以在特定水平上提高生产率的问题。在专利文献I中公开的CNT薄膜的TCR具有高度的温度依赖性，并且因此能够在液氮的温度附近获得充分的TCR。因此，在专利文献I中公开的CNT薄膜具有在室温下不能获得充分的TCR的问题。在专利文献2中所公开的原理中，由于使用取决于SWNT直径的带隙，因此需要在低温下进行处理，如量子型红外传感器如HgCdTe。因此，专利文献2中所公开的原理不适合用于在室温附近使用。专利文献3中所公开的CNT薄膜具有如下问题:所述膜必须增厚以降低电阻，因为聚合物是主要组分。本专利技术是鉴于如上所述的这些问题而作出的并且将提供制造红外传感器材料的方法，其中通过对能够在比较低的温度下以相对更好的生产率制造的CNT薄膜进行退火处理，能够以比相关技术中的生产率相对更好的生产率制造所述红外传感器材料。根据本专利技术的制造红外传感器材料的方法包括:通过将碳纳米管(CNT)分散在溶剂中而制备CNT分散液，使用所述CNT分散液作为原料来形成CNT薄膜，和对所述CNT薄膜进行退火，使得电阻温度系数的绝对值在-10°C至50°C的温度下等于或大于1%/K。使用本专利技术的制造方法制造根据本专利技术的红外传感器材料，其中所述电阻温度系数的绝对值等于或大于1%/K。根据本专利技术的红外传感器材料包括CNT薄膜，在所述CNT薄膜中电阻温度系数的绝对值在-10°C至50°C下等于或大于1%/K。根据本专利技术的红外传感器元件使用本专利技术的红外传感器材料。根据本专利技术的红外图像传感器具有其中本专利技术的红外传感器元件以二维形式布置的构造。根据本专利技术的制造方法，因为形成了比较简单的CNT薄膜，因此能够提高工艺生产率。此外，即使通过在等于或小于300°C的比较低的温度下的退火，也能够获得具有足够大的TCR的红外传感器材料。更具体地，可以获得TCR的绝对值在-10°C至50°C下超过1%/K的红外传感器材料。在利用这种优点的情况下，不必总是使用硅基材。例如，使用诸如聚酰亚胺基材的塑料基材，也能够制造生产率好的红外传感器。附图说明参照附图，根据下述优选实施方式，上述目的和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。图1为沿线A-A’的横截面图，并且为根据本专利技术实施方式的红外传感器的一个器件的平面图。图2为红外传感器的平面图。图3为制造CN薄膜的方法的流程图。图4示出了 CNT薄 膜的表面SEM图。 图5为示出CNT薄膜的TCR的退火温度依赖性的图。图6为示出CNT薄膜的电阻的退火温度依赖性的图。具体实施方式在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：关野省治，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：
国别省市：