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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Infrarotlichtquelle, die Infrarot durch Generieren von Wärme durch ein zuführen von Energie zu einem Widerstand emittiert.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Als eine bisher bekannte Infrarotlichtquelle ist ein Aufbau, in dem ein Filament, das einen Widerstand ausbildet, das an einem Einkristallsilicium bereitgestellt ist, das als ein Substrat dient, mit einem Isolationsfilm gezeigt. Ferner emittiert die Infrarotlichtquelle Infrarot unter Verwendung von Wärmeenergie, die durch Energie Zuführen zu dem Filament generiert wird. Darüber hinaus wird eine Infrarotlichtquelle vorgeschlagen, bei der das Einkristallsilicium unmittelbar unterhalb des Filaments unter Verwendung eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) weggeätzt wird und ein wärmegenerierender Abschnitt ist als ein Wärmeisolationsaufbau ausgebildet, wodurch eine Energieeffizienz gesteigert wird (siehe zum Beispiel PTL 1).
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Auch ist eine Infrarotlichtquelle vorgeschlagen worden, in der das Einkristallsilicium unmittelbar unterhalb des wärmegenerierenden Abschnitts der Infrarotlichtquelle unter Verwendung von Bulk-MEMS in derselben Weise wie in PTL 1 weggeätzt ist und der wärmegenerierende Abschnitt und ein Elektrodenpad, das an der Seite des Trägersubstrats bereitgestellt ist, elektrisch via einem Trägerkörper verbunden sind, der eine Säule ausbildet, wodurch eine Wärmeisolationscharakteristik verbessert wird, was folglich eine Wärmegenerierungseffizienz verbessert (siehe zum Beispiel PTL 2).
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Jedoch unterscheiden sich die Infrarotlichtquellen in den PTL Dokumenten in ihrem Emissionsvermögen entsprechend einem Filamentmaterial, das einen wärmegenerierenden Körper ausbildet, oder dem Material des Widerstands. Deshalb, um eine stabile hochwarme Emission in einem Infrarotwellenlängenbereich herzustellen, ist es nötig, zusätzlich ein Stabilisierungselement für das Emissionsvermögen bereitzustellen (zum Beispiel Silikonit (PTL 1)), einen hochemittierenden Film (zum Beispiel schwarzen Kohlenstoff, Gold, Platin, Chrom oder Siliciumcarbid (PTL 2)) oder dergleichen bereitzustellen.
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Das heißt, dass die Infrarotlichtquelle bisher zwei Komponenten benötigt hat; einen wärmegenerierenden Abschnitt und ein Stabilisierungselement für ein Emissionsvermögen oder einen hochemittierenden Film, was folglich einen zwei Klassen-Aufbau ausbildet. Deshalb waren komplexe und spezielle Herstellungsschritte nötig, um die gewünschte Funktion und Leistung zu erhalten. Darüber hinaus ist es nötig, ein Stabilisierungselement für ein Emissionsvermögen oder einen hochemittierenden Film in jedem Aufbau bereitzustellen, um eine hocheffiziente Infrarotlichtquelle bereitzustellen, was in einem Aufbau resultiert, der nicht geeignet ist, um die Kosten der Lichtquelle zu reduzieren.
- PTL 1: JP-A-2001-221689
- PTL 2: JP-A-2005-140594
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Für jede der Infrarotlichtquellen, die in PTL 1 und PTL 2 offenbart sind, ist neben einem wärmegenerierenden Widerstand (ein Filament (PTL 1), einem Polykristallinsilicium oder einem Metallmaterial (PTL 2)) ein Stabilisierungselement für ein Emissionsvermögen (Silikonit (PTL 1)) oder einem hochemittierenden Film (schwarzer Kohlenstoff, Gold, Platin, Chrom oder Siliciumcarbid (PTL 2)) als eine Komponente nötig, um ein Emissionsvermögen zu verbessern, um eine Wärmestrahlung auszuführen. Deshalb wird der Aufbau der Infrarotlichtquelle selber kompliziert und ist folglich nicht geeignet um Kosten zu reduzieren.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung, die gemacht wurde, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, weist als ein Ziel auf, eine Infrarotlichtquelle bereitzustellen, in welcher es möglich ist, ein Emissionsvermögen zu verbessern ohne zusätzlich einen Film bereitzustellen, der einer hohen Emission zuträgt, indem die Form der vorderen Oberfläche eines Bereichs (ein Infrarotemissionsabschnitt) der Infrarotlichtquelle, von welchem Infrarot emittiert wird, entworfen wird und Vorsprünge an der vorderen Oberfläche des Infrarotemissionsabschnitts bereitgestellt sind.
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Eine Infrarotlichtquelle entsprechend der Erfindung beinhaltet ein Trägersubstrat; einen Widerstand, der an der Seite einer Hauptoberfläche des Trägersubstrats via einem Isolationsfilm ausgebildet ist; mehrere Vorsprünge die an der einen Hauptoberflächenseite des Trägersubstrats ausgebildet sind; und einen Schutzfilm, der als eine Schicht auf dem Widerstand und die Vorsprünge geschichtet ist. Der Widerstand ist an derselben Ebene in einem Bereich des Trägersubstrats angeordnet, in welcher die mehreren Vorsprünge und der Widerstand ausgebildet sind, und Infrarot wird durch Wärme, die durch Zuführen von Energie zu dem Widerstand generiert wird, emittiert.
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Entsprechend der Infrarotlichtquelle der Erfindung ändern sich die Vorsprünge in dem Bereich (Infrarotemissionsabschnitt) des Trägersubstrats, von dem das Infrarot emittiert wird, zu Schwarz in einem sichtbaren Bereich, und es ist möglich, ein hohes Emissionsvermögen zu erhalten, dass nahe dem einer schwarzen Körperoberfläche ist.
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Das Vorgenannte und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung klarer, wenn diese zusammen mit den begleitenden Figuren betrachtet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Infrarotlichtquelle entsprechend Ausführungsform 1 der Erfindung.
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2A, bis 2D sind Diagramme, die einen Herstellungsfluss der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 1 der Erfindung zeigen, wobei die Infrarotlichtquelle in der Reihenfolge der Schritte von 2A, 2B, 2C und 2D hergestellt ist.
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3 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
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4A bis 4D sind Diagramme, die einen Fluss einer Herstellung einer Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 2 der Erfindung zeigen, wobei die Infrarotlichtquelle in der Reihenfolge der Schritte von 4A, 4B, 4C und 4D hergestellt wird.
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5 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt.
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6 ist ein Diagramm, das eine Infrarotlichtquelle der Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
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7 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
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8 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
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9 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
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10 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
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11 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle nach Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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Es wird unter Verwendung von 1 bis 3 eine Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 1 der Erfindung beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 1 der Erfindung. 2A bis 2D sind Schnittansichten, die einen Fluss einer Herstellung der Infrarotlichtquelle 100 zeigen. Auch 3 ist eine Schnittansicht, die ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle 100 zeigt.
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Wie in 1 gezeigt, weist Infrarotlichtquelle 100 eine Konfiguration auf, in welcher ein Infrarotemissionsabschnitt 101 an der Seite einer Hauptoberfläche eines Trägersubstrats 200 eingebaut ist, das aus einem blanken Siliciumsubstrat ausgebildet ist. Der Infrarotemissionsabschnitt 101 ist äquivalent zu einem Bereich an dem Trägersubstrat 200 von dem Infrarot emittiert wird. Ferner ist der Infrarotemissionsabschnitt 101 in einem planaren Abschnitt eines vorbestimmten Bereichs an dem Trägersubstrat 200 eingebaut. In dem Beispiel von 1 ist der planare Abschnitt, der zu einer vorbestimmten Tiefe von der einen Hauptoberfläche an der oberen Seite des Trägersubstrats abgetragen ist, wie in der Ebene von 1 gezeigt, in einer leitenden Schicht, einer isolierenden Schicht und dergleichen gestaltet, wodurch der Infrarotemissionsabschnitt 101 ausgebildet wird, der Infrarot emittiert. Ausführungsform 2, die hiernach beschrieben wird, zeigt ein Beispiel, wobei ein vorbestimmter Bereich der einen Hauptoberfläche, welche die vordere Oberfläche des Trägersubstrats 200 ist, als der ebene Abschnitt definiert ist, in welchem der Infrarotemissionsabschnitt 101 einzubauen ist.
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Ferner ist eine Konfiguration, welche die Infrarotlichtquelle 100 der Erfindung auszeichnet, mehrere Vorsprünge, die an dem Infrarotemissionsabschnitt 101 bereitgestellt sind. Die Vorsprünge sind vorsprungsförmige Abschnitte, die von dem ebenen Abschnitt des Infrarotemissionsabschnitt 101 zu der Seite hervorstehen, zu welcher Infrarot emittiert wird, und in einem Zustand ausgebildet sind, in welchem die mehreren Vorsprünge von dem ebenen Abschnitt hervorstehen. Ferner ist ein Aufbau, in dem die Vorsprünge an dem Infrarotemissionsabschnitt 101 bereitgestellt sind, wodurch die vordere Oberfläche des Infrarotemissionsabschnitts 101 aufgeraut wird, angepasst.
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In der Infrarotlichtquelle 100 sind die mehreren Vorsprünge an der vorderen Oberfläche des Infrarotemissionsabschnitts 101 bereitgestellt, um zu dem Infrarotemissionsabschnitt 101 eine Funktion hinzuzufügen, die gleich der eines hochemittierenden Films oder eines Stabilisierungselements eines Emissionsvermögens ist. Die Vorsprünge, die an der vorderen Oberfläche des Infrarotemissionsabschnitts 101 bereitgestellt sind, ändern sich in einem sichtbaren Bereich zu Schwarz und der Abschnitt, in welchem die Vorsprünge bereitgestellt send, erlangt ein Emissionsvermögen, das nahe dem einer schwarzen Körperoberfläche ist. Das heißt, es ist einfach. eine Balance zwischen einer Verbesserung der Leistung und einer Vereinfachung des Aufbaus der Infrarotlichtquelle 100 zu erreichen ohne einen hochemittierenden Film oder ein Stabilisierungselement für ein Emissionsvermögen zu verwenden, und es ist möglich, die Infrarotlichtquelle 100 zu erhalten, die eine hohe Sensitivität aufweist und einfach herzustellen ist.
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Ein Bondingpadabschnitt, der elektrisch mit einem Widerstand verbunden ist, der in dem Infrarotemissionsabschnitt 101 ausgebildet ist, existiert in einem Bereich des Trägersubstrats 200, der ein anderer als der Infrarotemissionsabschnitt 101 ist, aber da die vorliegende Anmeldung die Erfindung betrifft, die sich auf den Aufbau des Infrarotemissionsabschnitts 101 bezieht, wird die Beschreibung des Bondingpadabschnitts von den Figuren ausgelassen.
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Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, unter Verwendung der 2A, bis 2D und ein Schnittaufbau des Infrarotemissionsabschnitts 101 erklärt.
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2A bis 2D sind Diagramme, die einen Herstellungsfluss zeigen, die den A-A Schnitt der Infrarotlichtquelle 100 von 1 zeigen. 2A bis 2D zeigen Herstellungsschritte von 2A bis 2D und ein Querschnittsaufbau der Infrarotlichtquelle 100, die zum Schluss entsprechend 2D erhalten wird. Die Schritte des Herstellens der Infrarotlichtquelle 100 werden im Folgenden in Reihenfolge beschrieben.
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Zuerst wird in dem Schritt von 2A ein blankes Siliciumsubstrat als das Trägersubstrat 200 vorbereitet.
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Als nächstes werden in dem Schritt von 2B Vorsprünge 202 ausgebildet und ein ebener Abschnitt 201, in welchem eine Metallleitungsschicht auszubilden ist, die den Widerstand ausbildet, wird in einem Bereich des Trägersubstrats 200 ausgebildet, in welchem der Infrarotemissionsabschnitt 101 einzubauen ist. In diesem Schritt werden die Vorsprünge 202 gleichzeitig wie das Ausbilden des ebenen Abschnitts 201 unter Verwendung von zum Beispiel einer Fotograviertechnik ausgebildet. Insbesondere wird ein Lackmuster auf einer Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 ausgebildet und das Trägersubstrat 200 wird ausgewählt weggeätzt, wobei das Lackmuster als eine Ätzmaske dient, wodurch die Vorsprünge 202 überbleiben, die aus einer Siliciumsäulenstruktur ausgebildet sind in Position unmittelbar unterhalb der Ätzmaske und der andere Bereich wird auf eine vorbestimmte Tiefe abgetragen und bildet folglich den ebenen Abschnitt 201 aus, in welchem der Widerstand und dergleichen eingebaut sind. Das heißt, dass die vordere Oberfläche des ebenen Abschnitts 201 an der einen Hauptoberflächenseite des Trägersubstrats 200 auf eine vorbestimmte Tiefe von der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 zu der inneren Seite des Substrats abgetragen wird und die mehreren Vorsprünge 202, die von der vorderen Oberfläche des ebenen Abschnitts 201 hervorstehen, zu einer Höhe ausgebildet sind, die bis zu der Höhe der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 ausgebildet ist.
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Als ein Trockenätzverfahren, das in dem Schritt ausgeführt wird, der in 2B gezeigt ist, existiert zum Beispiel ein Siliciumtiefätzen, das eine induktivgekoppelte Plasmaätzeinreichtung (ICP) verwendet. Darüber hinaus ist es durch Optimieren der Ätzbedingungen auch möglich, die Vorsprünge 202 auszubilden, ohne eine Lackmaske zu verwenden.
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Darauf folgt der Schritt von 2C. In dem Schritt von 2C wird ein Isolationsfilm 203 an der oberen Oberfläche des Trägersubstrats 200 deponiert, sodass dieser die Vorsprünge 202, die in dem Schritt von 2B ausgebildet wurden, abdeckt. Der Isolationsfilm 203 ist ein Siliciumnitritfilm, ein Siliciumoxidfilm oder dergleichen, der unter Verwendung von zum Beispiel einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) ausgebildet wird und auch eine Funktion als einen Schutzfilm auf weist. Als nächstes wird ein Widerstand 204, der eine Metallverdrahtungsschicht ist, die Wärme generiert, indem sie mit Energie versorgt wird, direkt als eine Schicht auf dem Isolationsfilm 203 durch Gestalten ausgebildet. In diesem Gestaltungsschritt kann ein leitender Film, der als eine Schicht auf dem Isolationsfilm 203 abgeschieden wird, zu dem Widerstand 204 einer vorbestimmten Form unter Verwendung einer Fotograviertechnik oder dergleichen verarbeitet werden, wodurch der andere Abschnitt weggeätzt wird, was lediglich einen Abschnitt des leitenden Films überlässt, der die Metallverdrahtungsschicht (eine Elektrode) ausbildet. Hierbei ist das Material des Widerstands 204, der die Metallverkabelungsschicht ausbildet, nicht besonders beschränkt, solange das Material ein metallisches Material mit einem hohen Schmelzpunkt wie Titan oder Chrom ist und darüber hinaus ein Siliciumfilm ist, der einen relativ geringen Widerstand aufweist, oder dergleichen.
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In dem Infrarotemissionsabschnitt 101, da der Widerstand 204 an derselben Ebene ausgebildet ist, ist es möglich den Widerstand 204 mit hoher Präzision im Vergleich mit einem Gestalten des Widerstands 204 auf einem unebenen Oberflächenabschnitt zu gestalten und folglich ist es möglich, einen Zustand, in dem Energie zugeführt wird, zu stabilisieren, nachdem die Infrarotlichtquelle 100 vollständig ist.
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Darauf folgt der Schritt von 2D. In dem Schritt, der in 2D gezeigt ist, wird ein Schutzfilm 205 (ein Passivierungsfilm) ausgebildet, um das Ganze der Infrarotlichtquelle 100 inklusive eines Signalverarbeitungsschaltungsabschnitts (nicht dargestellt) abzudecken, was folglich den Infrarotemissionsabschnitt 101 der Infrarotlichtquelle 100 vervollständigt.
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Der Schutzfilm 205, der in dieser Stufe ausgebildet ist, ist zum Beispiel ein Siliciumnitritfilm und kann durch ein CVD-Verfahren ausgebildet sein. Der Siliciumnitritfilm, der den Schutzfilm 205 ausbildet, ist zum Zweck des Schützens der Infrarotlichtquelle 100 gegen physikalisch fließende Gegenstände wie fremde Gegenstände oder Blockieren der Feuchtigkeit in der Atmosphäre ausgebildet. Der Schutzfilm 205 ist nicht auf einen Siliciumnitritfilm beschränkt, solange der Film aus einem Material hergestellt ist, das dieselbe Funktion aufweist. Der Siliciumnitritfilm weist die Charakteristik auf, ein spezifisches Band einer Wellenlänge zu absorbieren. Deswegen wird der Schutzfilm 205 verwendet, indem dieser zu einem so dünnen Film wie möglich ausgebildet wird, aber nur bis zu dem Maß, dass die vorgenannten Weise der Funktion als ein Schutzfilm nicht eingeschränkt wird. Selbstverständlich ist das Material, das für den Schutzfilm 205 verwendet werden kann nicht auf den Siliciumnitritfilm beschränkt und keine spezielle Beschränkung bezüglich des Materials ist aufgestellt, solang das Material eine hohe Transmission in einem Infrarotbereich hat und die Funktion als ein Schutzfilm nicht beeinträchtigt ist.
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In dieser Weise ist die Infrarotlichtquelle 100 vervollständigt.
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Die Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist ein Aufbau, in dem, nachdem die Vorsprünge 202, die aus Siliciumsäulenaufbauten ausgebildet sind, in dem ebenen Abschnitt 201 des Trägersubstrats 200 ausgebildet sind, welches den Infrarotemissionsabschnitt 101 ausbildet und die vordere Oberfläche des Trägersubstrats 200 ist, mit dem Isolationsfilm 203 bedeckt ist, der leitende Film (Metallschicht) auf den Isolationsfilm 203 geschichtet und in einem vorbestimmten Muster gestaltet ist, dadurch den Widerstand 204 bildet und der Widerstand 204 durch den Schutzfilm 205 bedeckt ist.
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In dem Aufbau, wenn der Widerstand 204 Wärme generiert, indem Energie zugeführt wird, wird die Wärme zu den Seiten der Vorsprünge 202 transferiert, die folglich Infrarot emittieren und es ist möglich das Emissionsvermögen im Vergleich mit einer Infrarotlichtquelle eines Aufbaus, in dem kein Vorsprung 202 ausgebildet ist, zu verbessern.
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Das heißt, dass in dem Aufbau kein Bedarf für einen hochemittierenden Film oder einem Stabilisierungselement für ein Emissionsvermögen besteht, das bisher nötig war. Ferner ist es möglich die Balance zwischen einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit und einer Vereinfachung des Aufbaus der Infrarotlichtquelle 100 zu erreichen und folglich ist es möglich eine Infrarotlichtquelle bereitzustellen, die eine hohe Leistungsfähigkeit aufweist und einfach herzustellen ist.
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Der Aufbau der Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 1 in 2D kann auch verwendet werden, indem dieser in der Weise, wie in 3 gezeigt, geändert wird. Das heißt, in dem Beispiel von 2D ist der Widerstand 204 in den Bereich des ebenen Abschnitts 201 verteilt, in dem kein Vorsprung 202 ausgebildet ist, jedoch ist es auch gut einen Zustand zu erhalten, in dem der Widerstand 204 auch in dem Bereich ausgebildet ist, in welchem die Vorsprünge 202 ausgebildet sind, und das Ganze der Vorsprünge 202 abdeckt, wie in der Schnittansicht von 3 gezeigt. Sogar mit der Infrarotlichtquelle 100 von 3 ist es möglich vorteilhafte Effekte äquivalent zu denen der Infrarotlichtquelle 100 von 2A bis 2D zu erhalten. Darüber hinaus, sogar wenn ein Aufbau angepasst ist, in dem der Widerstand einen Abschnitt der mehreren Vorsprünge 202 abdeckt, obwohl nicht dargestellt, ist es möglich, vorteilhaft Effekte äquivalent zu denen der Infrarotlichtquelle 100 von 2A bis 2D zu erhalten.
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Hierbei kann die Infrarotlichtquelle 100, die in der Erfindung erhalten wurde, als eine Lichtquelle von zum Beispiel einem Infrarotdetektionssensor wie einem Infrarotgasanalysegerät verwendet werden, das Messungen unter Verwendung von Infrarot durchführt, und kann auch als eine Lichtquelle verwendet werden, die darauf abzielt, mit Infrarot zu heizen.
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Ausführungsform 2
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Als nächstes wird unter Verwendung von 4A bis 4D und 5 eine Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 2 der Erfindung beschrieben.
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In Ausführungsform 1 wurde ein Beispiel beschrieben, in dem der Infrarotemissionsabschnitt 101 in dem ebenen Abschnitt 201 eingebaut ist, der auf eine vorbestimmte Tiefe von einer Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 abgetragen ist. In Ausführungsform 2 wird ein vorbestimmter Bereich der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 verwendet, indem es als der planare Abschnitt 201 gewählt ist, ohne das Substrat zu ätzen. Ferner, anstelle eines Ausbildens der Vorsprünge 202 durch selektives Entfernen des Substrats, ist ein Merkmal, dass solche Vorsprünge durch Ausbilden von Überhängen ausgebildet sind, die den gleichen vorteilhaften Effekt erzielen, wie die Vorsprünge an der oberen Oberfläche des Isolationsfilms 203 oder des Widerstands 204, die an der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 geschichtet sind. Vorsprünge, die an der vorderen Oberfläche eines Isolationsfilms 400 ausgebildet sind, sind als Überhänge 401 in 4B bis 4D gezeigt, und Vorsprünge, die an der vorderen Oberfläche des Widerstands 204 ausgebildet sind, sind als Überhänge 204a in 5 gezeigt.
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Als nächstes wird unter Verwendung von 4A bis 4D ein Verfahren zum Herstellen der Infrarotlichtquelle 100 nach Ausführungsform 2, wobei der Infrarotemissionsabschnitt 101 in der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 eingebaut ist, und ein Schnittaufbau des Infrarotemissionsabschnitts 101 detailliert beschrieben.
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4A bis 4D sind Diagramme, die einen Herstellungsfluss zeigen, der Schnitte äquivalent zu dem A-A Abschnitt der Infrarotlichtquelle 100 von 1 zeigt. 4A bis 4D zeigen Herstellungsschritte von 4A bis 4D und einen Schnittaufbau der Infrarotlichtquelle 100, die am Ende erhalten wird, entspricht 4D. Die Schritte der Herstellung der Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 2 werden im Folgenden in entsprechender Reihenfolge beschrieben.
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Zuerst wird in dem Schritt von 4A ein blankes Siliciumsubstrat als das Trägersubstrat 200 vorbereitet. Ferner, um die elektrische Isolation zwischen dem Trägersubstrat 200 und dem Widerstand 204 sicherzustellen, der in dem folgenden Schritt auszubilden ist, wird ein Siliciumnitritfilm oder ein Siliciumoxidfilm als der Isolationsfilm 400 an der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 unter Verwendung eines CVD-Verfahrens oder dergleichen abgeschieden. Hierbei ist der Isolationsfilm 400 nicht auf den Siliciumnitritfilm oder Siliciumoxidfilm beschränkt, solange das Material die elektrische Isolation sicherstellen kann. Auch das Verfahren des Abscheidens des Isolationsfilms 400 ist nicht auf ein CVD-Verfahren beschränkt und es existiert kein Problem zum Beispiel ein Wärmebehandlungsverfahren oder ein Sputterverfahren zu verwenden.
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Als nächstes folgt der Schritt von 4B. In dem Schritt von 4B wird eine Oberflächenbehandlung an einem Bereich des ebenen Abschnitts 201 implementiert, der den Infrarotemissionsabschnitt 101 des Isolationsfilms 400, der an der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats in dem Schritt von 4A abgeschieden ist, unter Verwendung zum Beispiel einer Ionenstrahlätztechnik (IBE) ausbildet. In der Oberflächenbehandlung des Isolationsfilms 400 durch eine IBE-Einrichtung durch physikalisches Verarbeitens des Bereichs durch Ionenstrahlung werden eine große Anzahl von leicht hervorstehenden Überhängen (die Mikrovorsprünge sind und äquivalent zu Vorsprüngen) an der vorderen Oberfläche des Isolationsfilms 400 ausgebildet.
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In dieser Weise werden die Mikroüberhänge 401 an der vorderen Oberfläche des Isolationsfilms 400 an dem ebenen Abschnitt 201 bereitgestellt, welcher dem Infrarotemissionsabschnitt 101 ausbildet.
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In dem vorher beschriebenen Beispiel wurde die Oberflächenbehandlung durch die IBE-Einrichtung als ein Beispiel der Verarbeitungsbehandlung zum Ausbilden von Vorsprüngen dargestellt, aber die Verarbeitungsbehandlung ist nicht auf eine IBE-Behandlung beschränkt und es existiert kein Problem eine andere Technik zu verwenden, solange die Technik eine Technik ist, wie z.B. Sandstrahlen, wodurch Mikrovorsprünge durch Aufrauen der vorderen Oberfläche des Isolationsfilms 400 ausgebildet werden können.
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Darauf folgt der Schritt von 4C. In dem Schritt von 4C ist eine Metallschicht, welche den Widerstand 204 der Infrarotlichtquelle 100 ausbildet, durch ein Sputterverfahren abgeschieden und selektiv zu einem gewünschten Muster mit einem Lack als eine Ätzmaske unter Verwendung zum Beispiel einer Fotograviertechnik verarbeitet. Hierbei sind das Material und das Abscheiden des Widerstands 204 nicht besonders beschränkt, solange wie das Material ein Siliciumfilm, der einen relativ geringen Widerstand aufweist, oder dergleichen ist, abgesehen von einem metallischen Material mit einem hohen Schmelzpunkt wie Titan oder Chrom.
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Darauf folgt der Schritt aus 4D. In dem Schritt aus 4D wird der Schutzfilm 205 geschichtet, um das gesamte der einen Hauptoberflächenseite des Trägersubstrats 200 der Infrarotlichtquelle 100 abzudecken, wodurch der Infrarotemissionsabschnitt 101 der Infrarotlichtquelle 100 vervollständigt ist. Der Schutzfilm 200 kann zum Beispiel durch Abscheiden eines Siliciumnitritfilms unter Verwendung eines CVD-Verfahrens, wie in Ausführungsform 1 gezeigt, ausgebildet sein und kann auch aus einem anderen Material ausgestaltet sein, das dieselben Eigenschaften aufweist.
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In dieser Weise ist es möglich eine Infrarotlichtquelle 100 zu erhalten, bei der der Infrarotemissionsabschnitt 101 an der einen Hauptoberfläche des Trägersubstrats 200 eingebaut ist.
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In dieser Weise ist es mit der Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 2 der Erfindung möglich, die große Anzahl von Überhängen 401 (die Mikrovorsprünge sind und äquivalent zu Vorsprüngen sind) durch Behandeln der vorderen Oberfläche des Isolationsfilms 400 auszubilden, der an dem Infrarotemissionsabschnitt 101 des Trägersubstrats 200 abgeschieden ist.
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Wie in 4C gezeigt sind die Vorsprünge 401 in einem Bereich des ebenen Abschnitts 201 bereitgestellt, welcher den Infrarotemissionsabschnitt 101 ausbildet, der sich von einem Bereich an dem Isolationsfilm 400 unterscheidet, in welchem der Widerstand 204 auszubilden ist. In diesem Aufbau ist es möglich ein Infrarotemissionsvermögen durch die Überhänge 401 zu verbessern, die an der vorderen Oberfläche des Isolationsfilms 400 ausgebildet sind, ohne einen hochemittierenden Film oder ein Stabilisierungselement für ein Emissionsvermögen zu verwenden, was bisher nötig war. Das heißt, entsprechend der Ausführungsform 2 ist es auch möglich die Balance zwischen einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit und einer Vereinfachung des Aufbaus der Infrarotlichtquelle 100 zu erreichen und folglich ist es möglich eine Infrarotlichtquelle, die eine hohe Leistungsfähigkeit aufweist und einfach herzustellen ist, in derselben Weise wie in Ausführungsform 1, bereitzustellen.
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Auch kann der Aufbau der Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 2, die in 4D gezeigt ist, verwendet werden, um in derselben Weise, wie in 5 gezeigt, geändert zu werden. 5 ist eine Schnittansicht, die ein Modifikationsbeispiel der Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 2 zeigt. In dem Beispiel von 4D sind die Überhänge 401, die äquivalent zu den Vorsprüngen sind, an der oberen Oberfläche des Isolationsfilms 400 ausgebildet, jedoch sind in dem Modifikationsbeispiel die Überhänge 204a (Mikrovorsprünge) äquivalent zu Vorsprüngen, die an der oberen Oberfläche des Widerstands 204 durch Verarbeiten der vorderen Oberfläche des Widerstands 204 zu einer rauen Oberfläche ausgebildet sind, wie in der Schnittansicht von 5 gezeigt. Selbstverständlich ist es möglich, wenn die Überhänge 204a, die Vorsprünge bilden, an der oberen Oberfläche des Widerstands 204 ausgebildet sind, das Emissionsvermögen im Vergleich wenn keine Überhänge 204a ausgebildet sind zu verbessern.
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Auch können die Überhänge 401 und Überhänge 204a verwendet werden, indem diese kombiniert werden und nachdem die Überhänge 204a als Vorsprünge an der oberen Oberfläche des Widerstands 204 ausgebildet sind, werden die Überhänge 401 an der oberen Oberfläche der Isolationsschicht 400, wie in 4D gezeigt, ausgebildet, und durch Aufrauen von beiden der jeweiligen vorderen Oberfläche des Isolationsfilms 400 und des Widerstands 204 ist es möglich, das Infrarotemissionsvermögen im Vergleich mit nur einer der zwei vorderen aufgerauten Oberflächen zu verbessern.
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Ausführungsform 3
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In Ausführungsformen 1 und 2 wurde der Aufbau beschrieben, in dem das Emissionsvermögen der Infrarotlichtquelle 100 durch Ausbilden des Infrarotemissionsabschnitts 101 verbessert wurde, der die Vorsprünge an der einen Hauptoberflächenseite des Trägersubstrats 200 aufweist.
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In Ausführungsform 3 wird unter Verwendung von 6 bis 11 ein Modifikationsbeispiel gezeigt, in dem es möglich ist die Emissionseffizienz der Infrarotlichtquellen 100 der Ausführungsformen 1 und 2 weiter zu verbessern. Eine Infrarotlichtquelle 100 der Ausführungsform 3, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Fehlstellenabschnitt 206, der unmittelbar unterhalb eines Abschnitts des Trägersubstrats 200 ausgebildet ist, welcher den Infrarotemissionsabschnitt 101 ausbildet, einen Wärmeisolationsaufbau anpasst, welcher die Effizienz der Wärmegenerierung durch Zuführen von Energie zu dem Widerstand 204 verbessert und einen Wärmeübertrag unterdrückt.
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Die Basiskonfiguration der Infrarotlichtquelle 100 in Ausführungsform 3 ist die gleiche wie die Aufbauten und Herstellungsverfahren, die in Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben wurden. In Ausführungsform 3 wird eine Beschreibung gegeben, welche das Augenmerk auf die Modifikationen von Ausführungsformen 1 und 2 fokussiert.
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Die Infrarotlichtquelle 100 von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist so, dass der Fehlstellenabschnitt 206 in einem Bereich des Trägersubstrats ausgebildet ist, der unmittelbar unterhalb des Infrarotemissionsabschnitts 101 in der Weise, wie in 6 bis 11 gezeigt, ist, unter Verwendung zum Beispiel von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH).
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Die Tiefe des Fehlstellenabschnitts 206, der in dem Abschnitt des Trägersubstrats 200 unterhalb des Infrarotemissionsabschnitts 101 ausgebildet ist, kann eine beliebige Tiefe haben und keine besondere Beschränkung existiert bezüglich der Tiefe solange die Tiefe so ist, dass der Infrarotemissionsabschnitt 101 und das Trägersubstrat 200 getrennt werden können. Darüber hinaus ist auch das Verfahren zum Ätzen des Trägersubstrats 200 nicht auf Verwenden von TMAH beschränkt und es existiert kein Problem im Verwenden eines Trockenätzverfahrens unter Verwendung eines fluorbasierten Gases oder dergleichen.
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6 zeigt eine Schnittansicht, in der ein Fehlstellenabschnitt 206 in der Infrarotlichtquelle 100 ausgebildet ist, die in 2A bis 2D der Ausführungsform 1 gezeigt ist. Ferner ist in 6, indem das Trägersubstrat 200 durch ein Verfahren geätzt ist, wie durch Verwenden von TMAH, von der hinteren Oberflächenseite des Trägersubstrats 200 zu der einen Hauptoberflächenseite, von welcher Infrarot emittiert wird, der Fehlstellenabschnitt 206, der in dem Trägersubstrat 200 bereitgestellt ist, bis zu einer Tiefe ausgebildet, welche die eine Hauptoberflächenseite des Trägersubstrats 200 nicht erreicht.
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Hierin wird in Ausführungsform 1 beschrieben, dass das blanke Siliciumsubstrat als das Trägersubstrat 200 verwendet wird, aber wenn ein Silicium auf Isolator (SOI) Substrat anstelle des blanken Siliciumsubstrats verwendet wird, dient eine Boxschicht (ein eingebetteter Oxidfilm) des SOI Substrats als ein Ätzstopper, folglich ist es einfach, den vorteilhaften Effekt zu erhalten, das Trägersubstrat 200 einfach herzustellen.
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7 zeigt eine Schnittansicht, wenn ein Fehlstellenabschnitt 206 ausgebildet ist von einer Richtung, die sich von der in 6 unterscheidet, in der Infrarotlichtquelle 100, die in 2A bis 2D der Ausführungsform 1 gezeigt sind. Ferner ist in 7, indem das Trägersubstrat 200 durch ein Verfahren wie Verwenden eines TMAH geätzt wird, der Fehlstellenabschnitt 206, der in dem Trägersubstrat 200 bereitgestellt ist, zu der hinteren Oberflächenseite von der einen Hauptoberflächenseite, von welcher Infrarot emittiert wird, zu einer Tiefe ausgebildet, welche nicht die hintere Oberfläche des Trägersubstrats 200 erreicht.
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Die Vorsprünge 202, die durch Ätzen des Trägersubstrats 200 ausgebildet sind, wurden als Basisformabschnitte verwendet, wenn der Isolationsfilm 203 und der Schutzfilm 205 geschichtet werden, jedoch nachdem die Filme ausgebildet sind, werden diese entfernt, wenn die Fehlstellenabschnitte 206 ausgebildet werden und werden zu vorsprungsförmigen Fehlstellenabschnitte 202a ausgebildet. Sogar nachdem die Vorsprünge 202 entfernt werden, existiert keine Änderung in dem Aufbau, wobei der Isolationsfilm 203 und der Schutzfilm 205, die in der Form der Vorsprünge hervorstehen, in den Infrarotemissionsabschnitt 101 bereitgestellt sind und es ist möglich die Infrarotlichtquelle 100 zu erhalten, die eine effiziente Infrarotemission in derselben Weise wie in 6 bereitstellen kann.
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8 zeigt eine Schnittansicht, wenn ein Fehlstellenabschnitt 206 in der Infrarotlichtquelle 100 ausgebildet ist, die in 4A bis 4D der Ausführungsform 2 gezeigt ist, in einem Zustand, in dem der Fehlstellenabschnitt 206 das Trägersubstrat 200 von der einen Hauptoberflächenseite zu der hinteren Oberflächenseite des Trägersubstrats 200 läuft. In dieser Weise, sogar durch Wegätzen des Bereichs des Trägersubstrats 200, in welchem der Infrarotemissionsabschnitt 101 auszubilden ist, in einem Zustand, in welchem der Fehlstellenabschnitt 206 durch das Trägersubstrat 200 läuft, ist es möglich, den Wärmetransfer zu dem Trägersubstrat 200 zu unterdrücken und ein Infrarotemissionsvermögen um einen Wert zu verbessern, der gleich dem Ausmaß ist, bis zu dem es möglich ist die Wärmeherstellungseffizienz im Vergleich mit Ausführungsform 2 zu verbessern.
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9 zeigt eine Schnittansicht, wenn ein freigelegter Abschnitt 206 in der Infrarotlichtquelle 100 ausgebildet ist, die in 4A bis 4D der Ausführungsform 2 gezeigt ist, in einem anderen Zustand als in 8. Ferner ist dadurch, dass das Trägersubstrat 200 durch zum Beispiel ein TMAH Verfahren von der Hauptoberflächenseite, von welcher Infrarot emittiert wird, zu der hinteren Oberflächenseite des Trägersubstrats 200 geätzt wird, der freigelegte Abschnitt 206, der in dem Trägersubstrat 200 bereitgestellt ist, ist bis zu einer Tiefe ausgebildet, welche nicht die hintere Oberflächenseite des Trägersubstrats 200 erreicht.
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10 zeigt eine Schnittansicht, in der ein freigelegter Abschnitt 206 einer Form, in welcher der freigelegte Abschnitt 206 zu einer Tiefe, welche nicht die eine Hauptoberfläche erreicht, von der hinteren Oberflächenseite zu der einen Hauptoberflächenseite des Trägersubstrats 200 abgetragen ist, der in der Infrarotlichtquelle 100, die in 5 von Ausführungsform 2 gezeigt ist, ausgebildet ist. Der freigelegte Abschnitt 206 in 10 kann durch Ätzen des Trägersubstrats 200 von der hinteren Oberflächenseite des Trägersubstrats 200 unter Verwendung eines Verfahrens wie TMAH ausgebildet werden.
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Darüber hinaus ist es möglich das Herstellen der Infrarotlichtquelle 100, die in 10 gezeigt ist, durch Verwenden eines SOI Substrats als das Trägersubstrat 200 in derselben Weise, wie in der Infrarotlichtquelle 100, die in 6 gezeigt ist, zu vereinfachen.
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11 ist eine Schnittansicht der Infrarotlichtquelle 100, die in 5 von Ausführungsform 2 gezeigt ist und zeigt einen Zustand, in welchem ein freigelegter Abschnitt 206 ausgebildet ist, in welchem der freigelegte Abschnitt auf eine Tiefe, welche nicht die hintere Oberfläche erreicht, von der einen Hauptoberflächenseite zu der hinteren Oberflächenseite des Trägersubstrats 200 abgetragen wird. Wie in 11 gezeigt, kann der freigelegte Abschnitt 206 durch Ätzen des Trägersubstrats 200 von der einen Hauptoberflächenseite unter Verwendung eines Verfahrens wie TMAH ausgebildet werden.
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Jede der Infrarotlichtquellen 100, die in 6 bis 11 gezeigt sind, ist eine solche, in welcher der freigelegt Abschnitt 206 durch Wegätzen eines Abschnitts des Trägersubstrats 200 ausgebildet ist, der unterhalb des Infrarotemissionsabschnitts 101 positioniert ist, welcher der Bereich ist, von dem Infrarot emittiert wird. Darum ist es möglich einen Wärmeübertrag zu unterdrücken und folglich möglich die Wärmegenerierungseffizienz zu verbessern, es ist möglich, das Infrarotemissionsvermögen im Vergleich mit einer Infrarotlichtquelle 100, die keinen freigelegten Abschnitt 206 in dem Trägersubstrat ausgebildet aufweist, zu verbessern.
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Darum ist es möglich eine Infrarotlichtquelle bereitzustellen, die eine hohe Leistungsfähigkeit aufweist und einfach herzustellen ist im Vergleich mit bisher bekannten Infrarotlichtquelle 100.
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Die Erfindung ist so, dass die individuellen Ausführungsformen frei kombiniert werden können und eine der einzelnen Ausführungsformen kann geeignet modifiziert oder ausgelassen werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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Verschieden Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich sein, ohne von dem Umfang und der Idee dieser Erfindung abzuweichen und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die darstellenden Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2001-221689 A [0005]
- JP 2005-140594 A [0005]
