DE102015222961A1

DE102015222961A1 - Infrarotsensor und Infrarotsensorfeld

Info

Publication number: DE102015222961A1
Application number: DE102015222961.0A
Authority: DE
Inventors: Takaki SUGINO
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-10-06
Also published as: JP2016191585A; JP6401647B2; US20160290870A1; US9612159B2

Abstract

Es wird ein Infrarotsensor zum Erfassen von Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge offenbart. Der Infrarotsensor schließt ein Gehäuse und ein an dem Gehäuse ausgebildetes Infraroterfassungselement ein. Das Infraroterfassungselement schließt eine thermische Erfassungseinrichtung und einen an der thermischen Erfassungseinrichtung ausgebildeten Absorber ein, um Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge zu absorbieren. Die Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge werden durch die Umwandlung der Infrarotlichtstrahlen in Wärme erfasst. Ein Deckel, der an dem Gehäuse ausgebildet ist, ist bereitgestellt, um das Infraroterfassungselement zu bedecken. Der Deckel schließt einen Körper mit einer vorderen und hinteren Fläche ein, durch welche die Infrarotlichtstrahlen übertragbar sind, und einen Abschirmfilm, der an der vorderen und/oder hinteren Fläche des Körpers ausgebildet ist, um ein Fenster zu definieren. Infrarotlichtstrahlen werden an dem Abschirmfilm mit Ausnahme des Fensters reflektiert. Jeder der Infrarotlichtstrahlen, der durch das Fenster des Deckels gelangt, trifft auf dem Absorber auf.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Infrarotsensor und ein Feld aus diesem und insbesondere einen wellenlängenselektiven thermischen Infrarotsensor und ein Feld aus diesem.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein konventioneller wellenlängenselektive thermischer Infrarotsensor weist einen optischen Filter auf, der an einer Infraroterfassungseinrichtung vorgesehen ist, um Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge zu erfassen. Ein optischer Filter, der zum Beispiel Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge durch die Verwendung von Plasmonenresonanz überträgt, wird als optischer Filter eingesetzt (siehe insbesondere JP 2007-248382 A ).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein konventioneller wellenlängenselektiver thermischer Infrarotsensor, der einen optischen Filter verwendet, weist die folgenden Probleme auf. Erstens ist die Struktur des Infrarotsensors komplex, da der optische Filter zusätzlich zu einer Infraroterfassungseinrichtung bereitgestellt wird. Zweitens nimmt der Erfassungswirkungsgrad ab, da ein Teil der Infrarotlichtstrahlen absorbiert wird, während die Strahlen durch den optischen Filter gelangen. Drittens hängt der Erfassungswirkungsgrad von dem Einfallswinkel des Infrarotlichtstrahls ab, da das Ausmaß der Infrarotlichtstrahlen, die durch den optischen Filter gelangen, von dem Einfallswinkel der Infrarotlichtstrahlen abhängt. Und viertens werden eine Vielzahl von optischen Sensoren mit einer Durchlässigkeit für unterschiedliche Wellenlängen bereitgestellt, um eine Vielzahl von Infrarotlichtstrahlen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu erfassen.
Angesichts dieser Probleme wurde anstatt eines Infrarotsensors mit einem optischen Filter ein thermischer Infrarotsensor untersucht. Der thermische Infrarotsensor schließt eine sich periodisch wiederholende Struktur an einer Infraroterfassungseinrichtung zum Erzeugen von Plasmonenresonanz der Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge ein, um die Absorption der Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge zu erhöhen.
Der thermische Infrarotsensor weist jedoch das Problem eines Nachlassens der Empfindlichkeit (Signal-Rausch-Verhältnis) des Infrarotsensors auf, da die Infrarotlichtstrahlen auf der Seitenfläche der Infraroterfassungseinrichtung auftreffen, die keine sich periodisch wiederholende Struktur aufweist, und ebenso auf die Stützbeine, was in der Absorption der Infrarotlichtstrahlen mit einer anderen Wellenlänge als der spezifischen Wellenlänge resultiert.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen hochempfindlichen thermischen Infrarotsensor bereitzustellen, bei dem ein Absorber für Infrarotlichtstrahlen mit einer spezifischen Wellenlänge an dem Infrarotsensor anstatt eines optischen Filters ausgebildet ist. Dementsprechend kann der Absorption von Infrarotlichtstrahlen, die eine andere Wellenlänge als die spezifische Wellenlänge aufweisen, vorgebeugt werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt einen Infrarotsensor zum Erfassen von Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge bereit, wobei der Infrarotsensor aufweist:

a) ein Gehäuse;
b) ein Infraroterfassungselement, das an dem Gehäuse ausgebildet ist, das Infraroterfassungselement mit: einer thermischen Erfassungseinrichtung; und einem Absorber, der an der thermischen Erfassungseinrichtung ausgebildet ist und der eingerichtet ist, Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge zu absorbieren, wobei die Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge durch die Umwandlung der Infrarotlichtstrahlen in Wärme erfasst werden; und
c) ein Deckel, der an dem Gehäuse ausgebildet ist, um das Infraroterfassungselement zu bedecken, der Deckel mit: einem Körper, der eine vordere und eine hintere Fläche aufweist, durch welche die Infrarotlichtstrahlen übertragbar sind; und einem Abschirmfilm mit einem darin ausgebildeten Fenster, der an der vorderen und/oder hinteren Fläche des Körpers bereitgestellt ist, wobei die Infrarotlichtstrahlen an dem Abschirmfilm mit Ausnahme des Fensterabschnitts reflektiert werden, und jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Fenster des Deckels gelangen, auf dem Absorber auftrifft.

Die vorliegende Offenbarung stellt auch einen Infrarotsensor zum Erfassen von Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge bereit, wobei der Infrarotsensor aufweist:

a) ein Gehäuse;
b) ein Infraroterfassungselement, das an dem Gehäuse ausgebildet ist, das Infraroterfassungselement mit: einer thermischen Erfassungseinrichtung; und einem Absorber, der an der thermischen Erfassungseinrichtung ausgebildet ist und der eingerichtet ist, Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge zu absorbieren, wobei die Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge durch die Umwandlung der Infrarotlichtstrahlen in Wärme erfasst werden;
c) eine Abschirmstruktur mit einem darin ausgebildeten Fenster, die das Infraroterfassungselement bedeckt, wobei die Infrarotlichtstrahlen durch das Fenster gelangen; und
d) einen Deckel, der an dem Gehäuse ausgebildet ist, um die Abschirmstruktur abzudecken, wobei jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Fenster der Abschirmstruktur gelangen, auf dem Absorber auftrifft.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Offenbarung ein Infrarotsensorfeld bereit, bei dem die Infrarotsensoren in einem Matrixformat angeordnet sind.
In Übereinstimmung mit den Infrarotsensoren der vorliegenden Offenbarung werden die Infrarotlichtstrahlen mit Ausnahme der zur Erfassung gewünschten nicht durch das Infraroterfassungselement absorbiert. Daher kann die thermische Erfassungseinrichtung des Infraroterfassungselements mit einer hohen Empfindlichkeit realisiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Schnittansicht des wellenlängenselektiven Infrarotsensors entlang der Linie II-II in 1;
3 ist eine Draufsicht des wellenlängenselektiven Infraroterfassungselements aus 1;
4 ist eine Schnittansicht des wellenlängenselektiven Infraroterfassungselements entlang der Linie IV-IV in 3;
5 ist eine Schnittansicht eines weiteren wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine Schnittansicht eines weiteren wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine Schnittansicht eines wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung;
8 ist eine Schnittansicht eines wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine Schnittansicht eines weiteren wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung;
10 ist eine Schnittansicht eines weiteren wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung; und
11 ist eine Schnittansicht eines weiteren wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
1 ist eine perspektivische Ansicht eines wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung, der im Allgemeinen mit 100 gekennzeichnet wird. 2 ist eine Schnittansicht des wellenlängenselektiven Infrarotsensors 100 entlang der in 1 gezeigten Linie II-II.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, schließt der wellenlängenselektive Infrarotsensor 100 ein Gehäuse 10 ein, das einen Bodenabschnitt 11 und einen Seitenwandabschnitt 12 aufweist und aus einem Keramikmaterial, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, ausgebildet ist. Ein Deckel 30 ist an dem Gehäuse 10 durch ein Haftmaterial, wie zum Beispiel einem Lötmittel, einem Harz oder einer Silberpaste befestigt. Der Deckel 30 schließt einen Körper 31 ein, der Infrarotlichtstrahlen überträgt, und einen Abschirmfilm 32, der an der vorderen und hinteren Fläche des Körpers ausgebildet ist und keine Infrarotlichtstrahlen überträgt. Der Körper 31 ist beispielsweise aus Silizium oder Germanium ausgebildet. Der Abschirmfilm 32 ist aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium oder Gold, ausgebildet. Ein Abschnitt des Körpers 31, der nicht durch den Abschirmfilm 32 bedeckt ist, dient als Übertragungsfenster 33 für einen Infrarotlichtstrahl.
Das Übertragungsfenster 33 ist durch gezieltes Ätzen des Abschirmfilms 32 unter Verwendung einer Photolithographietechnik nach dem Ausbilden des Abschirmfilms 32 an der vorderen und hinteren Fläche des Körpers 31 durch Aufdampfen oder Sputtern ausgebildet. Stattdessen können die Abschirmfilme 32 durch Aufdampfen oder Sputtern unter Verwendung einer Metallmaske gezielt an dem Körper 31 ausgebildet werden.
Wie in 2 veranschaulicht, ist ein wellenlängenselektives Infraroterfassungselement 50 an dem Bodenabschnitt 11 des Gehäuses 10 ausgebildet. Obwohl 2 zwei Infraroterfassungselemente 50 zeigt, die Seite an Seite an dem Bodenabschnitt 11 ausgebildet sind, ist die Anzahl der Infraroterfassungselemente 50 nicht auf zwei beschränkt. Es ist anzumerken, dass 2, genauso wie die 5 bis 11, eine schematische Ansicht der Infraroterfassungselemente 50 zeigt und die Einzelheiten der Infraroterfassungselemente 50 in den 3 und 4 veranschaulicht werden. Das wellenlängenselektive Infraroterfassungselement 50 wird mit einem Inertgas oder Ähnlichem gefüllt und dann versiegelt bzw. abgedichtet.
3 ist eine Draufsicht des wellenlängenselektiven Infraroterfassungselements, dass im Allgemeinen mit 50 gekennzeichnet ist, und 4 ist eine Schnittansicht von diesem entlang der Linie IV-IV, die in 3 gezeigt wird. Dass wellenlängenselektive Infraroterfassungselement 50 ist ein thermischer Infrarotsensor, wie zum Beispiel ein Widerstands-Bolometer-Sensor aus Vanadiumoxid (VO_x) oder ein SOI-Dioden-Bolometer-Sensor, der das thermische Verhalten einer PN-Diode verwendet.
Das Infraroterfassungselement 50 schließt beispielsweise ein Substrat 51 aus Silizium ein. Das Substrat 51 weist eine Aussparung 60 auf. Eine thermische Erfassungseinrichtung 54 wird durch zwei Stützbeine 53 über der Aussparung 60 unterstützt.
Die thermische Erfassungseinrichtung 54 ist aus einem dielektrischen Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, ausgebildet und schließt einen Erfassungsfilm 56 und eine mit dem Erfassungsfilm 56 verbundene Drahtschicht bzw. Leiterschicht 57 ein, die in dem dielektrischen Material eingebettet sind. Der Erfassungsfilm 56 kann beispielsweise ein Vanadiumoxidfilm (VO_x-Film), der ein Bolometer ausbildet, oder eine kristalline Siliziumsschicht sein, die einen pn-Übergang ausbildet. Die Drahtschicht 57 ist beispielsweise aus einer Titanlegierung ausgebildet.
Das Stützbein 53 ist beispielsweise aus Siliziumoxid ausgebildet und schließt eine in dem Stützbein aus Siliziumoxid eingebettete Drahtschicht 57 ein. An dem die Aussparung 60 umgebenden Substrat 51 ist zum Beispiel eine dielektrische Schicht 52 aus Siliziumoxid ausgebildet. Eine Drahtschicht 58, die beispielsweise aus Aluminium ist, ist in der dielektrischen Schicht 52 ausgebildet. Ein Erfassungsfilm 56 ist über die Drahtschicht 57 mit einer Drahtschicht 58 verbunden. Das durch den Erfassungsfilm 56 erfasste elektrische Signal wird durch die Drahtschichten 57 und 58 zu einem externen Element übertragen.
An der thermischen Erfassungseinrichtung 54 ist ein Absorber 70 ausgebildet. Der Absorber 70 ist aus einem Metallfilm mit periodisch ausgerichteten konkaven Abschnitten 71 ausgebildet, wo ein Infrarotlichtstrahl mit einer bestimmten Resonanzwellenlänge gezielt auf der Grundlage von Oberflächenplasmonenresonanz absorbiert. Die konkaven Abschnitte 71 erstrecken sich nicht zu der anderen Seite des Metallfilms und sind in einer Richtung oder in Richtungen senkrecht zueinander angeordnet.
Der Absorber ist aus einem Metallfilm, wie zum Beispiel Gold, Silber oder Aluminium, ausgebildet, wo Oberflächenplasmonenresonanz einfach erzeugbar ist. Wenn ein Infrarotlichtstrahl mit einer Wellenlänge von 10 µm absorbiert wird, sind die konkaven Abschnitte 71, die jeweils eine Seitenlänge von 6 µm und eine Tiefe von 1,5 µm aufweisen, beispielsweise in einem Matrixformat mit einer sich wiederholenden Periodenlänge von 10 µm angeordnet. Die horizontale Schnittansicht des konkaven Abschnitts 71, die als Quadrat gezeigt wird, kann ein Kreis, ein Rechteck, eine Ellipse oder Ähnliches sein.
Wie in 4 veranschaulicht, ist das Übertragungsfenster 33 so in dem Deckel 30 ausgebildet, dass jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Übertragungsfenster 33 gelangen, auf dem Absorber 70 auftrifft, wenn das Gehäuse 10 mit dem Infraroterfassungselement 50 darauf durch den Deckel 30 bedeckt ist. Das heißt, dass das Übertragungsfenster 33 so gestaltet ist, das einfallende Infrarotlichtstrahlen mit einem Grenzwinkel θ (ein einfallender Infrarotlichtstrahl mit einem Einfallswinkel, der größer als der Winkel θ ist, wird vollständig reflektiert), die durch die Kante des Übertragungsfensters 33 gelangen, auf dem Absorber 70 auftreffen.
Bei dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 100 in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung ist der Deckel 30 mit dem Übertragungsfenster 33 an dem Gehäuse 10 so ausgebildet, dass jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Übertragungsfenster 33 gelangen, auf dem Absorber 70 auftreffen, der auf der thermischen Erfassungseinrichtung 54 ausgebildet ist, und weder auf die Seitenwand der thermischen Erfassungseinrichtung 54 noch auf das Stützbein 53 treffen. Folglich werden weder Infrarotlichtstrahlen an der Seitenwand der thermischen Erfassungseinrichtung 54 noch an dem Stützbein 53 absorbiert, sondern es werden nur Infrarotlichtstrahlen mit der spezifischen Wellenlänge durch den Absorber 70 absorbiert.
Folglich kann ein hochempfindlicher wellenlängenselektiver Infrarotsensor 100 mit einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis bereitgestellt werden, der letztendlich Rauschsignalkomponenten reduziert, die durch die Absorption ungewünschter Infrarotlichtstrahlen verursacht werden, welche eine andere Wellenlänge aufweisen als die spezifische Wellenlänge.
Darüber hinaus kann ein wellenlängenselektiver Infrarotsensor zu niedrigen Kosten und mit einer einfachen Struktur bereitgestellt werden, da keine komplexe MEMS-Technologie beim Herstellungsprozess und kein optischer Filter verwendet werden. Der Erfassungswirkungsgrad hängt nicht von dem Einfallswinkel ab, da kein optischer Filter verwendet wird.
Die 5 und 6 sind Schnittansichten von Abwandlungen wellenlängenselektiver Infrarotsensoren in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung, die durch die Bezugszeichen 110 bzw. 120 gekennzeichnet werden. In den 5 und 6 kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 2 verwendeten die gleichen oder entsprechende Elemente.
Bei dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 110 ist nur die hintere Fläche des Körpers 31 des Deckels 30 teilweise durch den Abschirmfilm 32 bedeckt und das Übertragungsfenster 33 für Infrarotlichtstrahlen wird durch einen Abschnitt definiert, wo kein Abschirmfilm 32 ausgebildet ist. Bei dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 120 ist nur die vordere Fläche des Körpers 31 des Deckels 30 teilweise durch den Abschirmfilm 32 bedeckt und das Übertragungsfenster 33 für Infrarotlichtstrahlen wird durch einen Abschnitt definiert, wo kein Abschirmfilm 32 ausgebildet ist.
Bei den wellenlängenselektiven Infrarotsensoren 110 und 120 trifft jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Übertragungsfenster 33 gelangen, auf dem Absorber auf, und treffen weder auf der Seitenwand der thermischen Erfassungseinrichtung noch auf dem Stützbein auf. Folglich können hochempfindliche wellenlängenselektive Infrarotsensoren 110 und 120 mit einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis bereitgestellt werden, die letztendlich Rauschsignalkomponenten reduzieren, die durch die Absorption der ungewünschten Infrarotlichtstrahlen mit einer anderen Wellenlänge als die spezifische Wellenlänge verursacht werden.
Obwohl das Infrarotsensorfeld durch die Infraroterfassungselemente 50 der 3 in einem 2×3 Matrixformat angeordnet sind, kann das Infrarotsensorfeld durch Infraroterfassungselemente mit einer anderen Struktur der vorliegenden Offenbarung ausgebildet werden. Eine Vielzahl von Infrarotlichtstrahlen mit einer unterschiedlichen Wellenlänge können gleichzeitig durch die Infraroterfassungselemente erfasst werden, die unterschiedliche Wellenlängenempfindlichkeitsbereiche aufweisen und in einem Matrixformat angeordnet sind.
Ausführungsform 2
7 ist eine Schnittansicht eines wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung, der im Allgemeinen mit 200 gekennzeichnet wird. In 7 kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 2 verwendeten die gleichen oder entsprechende Elemente.
Der wellenlängenselektive Infrarotsensor 200 weist im Vergleich mit dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 110 der Ausführungsform 1 eine Aussparung 34 auf, die in dem Übertragungsfenster 33 des Körpers 31 ausgebildet ist, um dessen Dicke zu vermindern.
Die Aussparung 34 wird über den Schritt des Ätzens des Körpers 31 ausgebildet, wobei der Abschirmfilm 32 als Ätzmaske verwendet wird. Wenn der Körper 31 aus Silizium hergestellt ist, kann die Aussparung 34 durch Nassätzen unter Verwendung von TMAH-Lösung (Tetramethylammoniumoxid-Lösung) als Ätzlösung ausgebildet werden.
Der wellenlängenselektive Infrarotsensor 200 in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung weist den Körper 31 auf, dessen Dicke bei dem Übertragungsfenster 33 vermindert ist. Dadurch wird die Menge an Infrarotabsorption während die Infrarotlichtstrahlen durch den Körper 31 gelangen, vermindert, sodass die Infrarotdurchlässigkeit erhöht werden kann. Folglich kann der hochempfindliche Infrarotsensor 200 erreicht werden.
Es ist anzumerken, dass bei dem optischen Sensor 200 jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Übertragungsfenster 33 gelangen, auf dem Absorber auftreffen, der an der thermischen Erfassungseinrichtung der Infraroterfassungselemente 50 ausgebildet ist, und dass sie weder auf der Seitenwand der thermischen Erfassungseinrichtung noch auf dem Stützbein auftreffen. Die Aussparung 34 kann in dem Körper anderer Infrarotsensoren 100 und 120 ausgebildet sein.
Ausführungsform 3
8 ist eine Schnittansicht eines wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung, die im Allgemeinen mit 300 gekennzeichnet wird. In 8 kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in der 2 verwendeten die gleichen oder entsprechenden Elemente.
Der wellenlängenselektive Infrarotsensor 300 weist im Vergleich mit dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 100 der Ausführungsform 1 eine Abschirmstruktur 80 auf, die an dem Bodenabschnitt 11 des Gehäuses 10 ausgebildet ist, um die Infraroterfassungselemente 50 zu bedecken, anstatt des Abschirmfilms 32 des Deckels 30. Die Abschirmstruktur 80 weist einen kastenförmigen Aufbau mit vier Seitenflächen und einer oberen Fläche auf, in der ein Fenster 81 ausgebildet ist. Die Abschirmstruktur 80 ist aus Metall, wie zum Beispiel Aluminium, ausgebildet.
Die Abschirmstruktur 80 wird beispielsweise durch maschinelle Verarbeitung hergestellt. Das Fenster 81 ist auf so eine Weise ausgebildet, dass die Infrarotlichtstrahlen, die nicht auf dem Deckel 30 reflektiert werden, sondern durch den Deckel 30 in dem Bereich der Fenster 81 gelangen, auf der thermischen Erfassungseinrichtung des Infraroterfassungselements 50 auftreffen.
Somit werden Infrarotlichtstrahlen weder an der Seitenwand der thermischen Erfassungseinrichtung noch an dem Stützbein absorbiert, sondern es wird nur der Infrarotlichtstrahl einer spezifischen Wellenlänge durch den Absorber absorbiert. Folglich kann ein hochempfindlicher wellenlängenselektiver Infrarotsensor mit einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis bereitgestellt werden, der letztendlich Rauschsignalkomponenten reduziert, die durch die Absorption der ungewünschten Infrarotlichtstrahlen verursacht werden, die eine andere Wellenlänge als die spezifische Wellenlänge aufweisen.
9 ist eine Schnittansicht einer Abwandlung des wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung, die im Allgemeinen durch 310 gekennzeichnet wird. In 9 kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 2 verwendeten die gleichen oder entsprechende Elemente.
Der wellenlängenselektive Infrarotsensor 310 weist im Vergleich mit dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 300 eine Aussparung auf, die in dem Körper 31 des Deckels 30 ausgebildet ist, sodass die Dicke des Körpers 31 teilweise vermindert ist. Die Aussparung 34 kann beispielsweise durch Nassätzen des Körpers 31 unter Verwendung eines Fotolacks als Ätzmaske ausgebildet werden. Die Aussparung 34 wird auf so eine Weise ausgebildet, dass die Infrarotlichtstrahlen, die durch die Aussparung 34 übertragen werden und durch das Fenster 81 der Abschirmstruktur 80 gelangen, auf die thermische Erfassungseinrichtung des Infraroterfassungselements 50 treffen.
Bei dem Infrarotsensor 310 ist das Ausmaß an Infrarotabsorption während der Übertragung der Strahlen durch den Körper 31 vermindert, sodass die Infrarotdurchlässigkeit erhöht werden kann. Folglich kann der hochempfindliche Infrarotsensor 310 erreicht werden.
Es ist anzumerken, dass die Aussparung 34 an der vorderen Fläche oder sowohl der vorderen als auch der hinteren Fläche ausgebildet sein kann, obwohl bei dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 310 die Aussparung 34 an der hinteren Fläche des Körpers 31 des Deckels 30 ausgebildet ist.
10 ist eine Schnittansicht einer weiteren Abwandlung des wellenlängenselektiven Infrarotsensors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung, die im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 320 gekennzeichnet wird. In 10 kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 2 verwendeten die gleichen oder entsprechende Elemente.
Der wellenlängenselektive Infrarotsensor 320 weist im Vergleich mit dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 100 der Ausführungsform 1 eine Abschirmstruktur 90 auf, die anstatt des Abschirmfilms 32 des Deckels 30 an dem Infraroterfassungselement 50 ausgebildet ist. Die Abschirmstruktur 90 weist eine Kastenform mit vier Seitenflächen und einer oberen Fläche auf, in der ein Fenster 91 ausgebildet ist. Die Abschirmstruktur 90 ist aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium ausgebildet.
Die Abschirmstruktur 90 wird durch die MEMS-Technik ausgebildet. In Übereinstimmung mit der MEMS-Technik wird beispielsweise eine Opferschicht auf dem Infraroterfassungselement 50 ausgebildet, und dann wird darauf eine Metallschicht ausgebildet. Danach wird die Opferschicht entfernt, um die Abschirmstruktur 90 auszubilden. Das Fenster 91 wird auf so eine Weise ausgebildet, dass die Infrarotlichtstrahlen, die nicht an dem Deckel 30 reflektiert werden, sondern durch das Fenster 91 gelangen, auf der thermischen Erfassungseinrichtung des Infraroterfassungselements 50 auftreffen.
Somit werden Infrarotlichtstrahlen weder an der Seitenwand der thermischen Erfassungseinrichtung noch an dem Stützbein absorbiert, sondern es werden nur die Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge durch den Absorber absorbiert. Folglich kann ein hochempfindlicher wellenlängenselektiver Infrarotsensor mit einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis bereitgestellt werden, der letztendlich Rauschsignalkomponenten reduziert, die durch die Absorption ungewünschter Infrarotlichtstrahlen mit einer anderen Wellenlänge als die spezifische Wellenlänge verursacht werden.
11 ist eine Schnittansicht einer Abwandlung von noch einem weiteren wellenlängenselektiven Infrarotsensor in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung, der im Allgemeinen durch 330 gekennzeichnet wird. In 11 kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 2 verwendeten gleiche oder entsprechende Elemente.
Der wellenlängenselektive Infrarotsensor 330 weist im Vergleich mit dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 320 die Aussparung 34 auf, die zusätzlich in dem Körper 31 des Deckels 30 ausgebildet ist, sodass die Dicke des Körpers 31 teilweise vermindert ist. Die Aussparung 34 kann beispielsweise durch Nassätzen des Körpers 31 unter Verwendung eines Fotolacks als Ätzmaske ausgebildet werden. Die Aussparung 34 wird auf so eine Weise ausgebildet, dass die Infrarotlichtstrahlen, die durch die Aussparung 34 übertragen werden und durch das Fenster 91 der Abschirmstruktur 90 gelangen, auf der thermischen Erfassungseinrichtung des Infraroterfassungselements 50 auftreffen.
Bei dem Infrarotsensor 330 vermindert sich das Ausmaß an Infrarotabsorption während der Übertragung von Strahlen durch den Körper 31 während die Dicke des Körpers 31 in der Aussparung 34 vermindert wird, sodass die Infrarotdurchlässigkeit erhöht werden kann. Folglich kann der hochempfindliche Infrarotsensor 330 erreicht werden.
Es ist anzumerken, dass die Aussparung 34 an der vorderen Fläche oder sowohl der vorderen als auch der hinteren Fläche ausgebildet sein kann, obwohl bei dem wellenlängenselektiven Infrarotsensor 330 die Aussparung 34 an der hinteren Fläche des Körpers 31 des Deckels 30 ausgebildet ist.
In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen 1 bis 3 der vorliegenden Offenbarung wird ein Metallfilm mit konkaven Abschnitten, die periodisch angeordnet sind, als Absorber 70 verwendet. Jedoch können andere Arten von Metallfilm verwendet werden, wie zum Beispiel ein Metallfilm mit konvexen Abschnitten, die periodisch angeordnet sind, oder ein Metallfilm mit einem darauf ausgebildeten dielektrischen Film mit Metallstrukturen, die periodisch über dem dielektrischen Film ausgebildet sind, um eine MIM-Struktur auszubilden, solange Infrarotstrahlen mit einer spezifischen Wellenlänge durch die Erzeugung von Plasmonenresonanz absorbiert werden. Darüber hinaus kann der Absorber 70 eine Struktur annehmen, bei der Siliziumnitrid oder Siliziumoxid als dielektrisches Material verwendet wird und die optische Pfadlänge von der vorderen Fläche des Absorbers 70 zu dem Erfassungsfilm 56 einem Viertel der spezifischen Wellenlänge angeglichen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-248382 A [0002]

Claims

Infrarotsensor zum Erfassen von Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge, wobei der Infrarotsensor aufweist: a) ein Gehäuse; b) ein Infraroterfassungselement, das an dem Gehäuse ausgebildet ist, das Infraroterfassungselement mit: einer thermischen Erfassungseinrichtung; und einem Absorber, der an der thermischen Erfassungseinrichtung ausgebildet ist und der eingerichtet ist, Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge zu absorbieren, wobei die Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge durch die Umwandlung der Infrarotlichtstrahlen in Wärme erfasst werden; und c) einen Deckel, der an dem Gehäuse ausgebildet ist, um das Infraroterfassungselement zu bedecken, der Deckel mit: einem Körper, der eine vordere und eine hintere Fläche aufweist, durch welche die Infrarotlichtstrahlen übertragbar sind; und einem Abschirmfilm mit einem darin ausgebildeten Fenster, der an der vorderen und/oder hinteren Fläche des Körpers bereitgestellt ist, wobei die Infrarotlichtstrahlen an dem Abschirmfilm mit Ausnahme des Fensterabschnitts reflektiert werden, wobei jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Fenster des Deckels gelangen, auf dem Absorber auftrifft.
Infrarotsensor zum Erfassen von Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge, wobei der Infrarotsensor aufweist: a) ein Gehäuse; b) ein Infraroterfassungselement, das an dem Gehäuse ausgebildet ist, das Infraroterfassungselement mit: einer thermischen Erfassungseinrichtung; und einem Absorber, der an der thermischen Erfassungseinrichtung ausgebildet ist und der eingerichtet ist, Infrarotlichtstrahlen einer spezifischen Wellenlänge zu absorbieren, wobei die Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge durch die Umwandlung der Infrarotlichtstrahlen in Wärme erfasst werden; c) eine Abschirmstruktur mit einem darin ausgebildeten Fenster, die das Infraroterfassungselement bedeckt, wobei die Infrarotlichtstrahlen durch das Fenster hindurch gelangen; und d) einen Deckel, der an dem Gehäuse ausgebildet ist, um die Abschirmstruktur zu bedecken, wobei jeder der Infrarotlichtstrahlen, die durch das Fenster der Abschirmstruktur gelangen, auf dem Absorber auftrifft.
Infrarotsensor nach Anspruch 2, bei dem die Abschirmstruktur an dem Bodenabschnitt des Gehäuses oder an dem Infraroterfassungselement ausgebildet ist.
Infrarotsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Absorber auf sich eine periodische Struktur zum Erzeugen einer Plasmonenresonanz von Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge aufweist, sodass die Infrarotlichtstrahlen der spezifischen Wellenlänge gezielt durch den Absorber absorbiert werden.
Infrarotsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Absorber ein Metallfilm mit konkaven oder konvexen Abschnitten ist, die periodisch ausgerichtet sind.
Infrarotsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Absorber eine MIM-Struktur einschließlich eines Metallfilms, eines dielektrischen Films darauf und einer periodischen Metallstruktur darauf aufweist.
Infrarotsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Deckel mit einer Aussparung ausgebildet ist, um ihn mit einem Abschnitt zu versehen, der dünner ist als andere Abschnitte, und bei dem die Infrarotlichtstrahlen, die durch die Aussparung gelangen, auf dem Absorber auftreffen.
Infrarotsensorfeld, bei dem die Infrarotsensoren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Matrixformat angeordnet sind.