DE112011101444T5

DE112011101444T5 - Temperatursensoreinrichtung und Strahlungsthermometer, der diese Vorrichtung verwendet, Herstellungsverfahren für Temperatursensorvorrichtungen, Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule, die einen Fotoresistfilm und ein Strahlungsthermometer unter Benutzung dieser Thermosäule verwendet, sowie Herstellungsverfahren einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule

Info

Publication number: DE112011101444T5
Application number: DE112011101444T
Authority: DE
Inventors: Nobuo Tanaka; Hironori Shimobayashi; Mitsuteru Kimura
Original assignee: TOHOKU Gakuin; HME CO Ltd
Current assignee: TOHOKU Gakuin; HME CO Ltd
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2013-04-11
Also published as: JP5824690B2; JP2015227880A; US9759613B2; CN102947683A; WO2011136203A1; CN102947683B; JPWO2011136203A1; US20140036953A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperatursensorvorrichtung zu schaffen unter Verwendung einer Thermosäule, wobei die Gesamtzahl n von Thermoelementen hierauf gesteigert werden kann, ohne den inneren Widerstand der Thermosäule r zu erhöhen, sodass sich insbesondere ein hoher Ausgangspegel und ein hohes S/N-Verhältnis erzielen lässt, ein hochsensitives Strahlungsthermometer unter Verwendung der Vorrichtung, und ferner ein Verfahrung zum Herstellen der Vorrichtung unter Verwendung organischen Materials für Dünnfilme um eine Thermosäule zu bilden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine standardisierte kostengünstige multimehrlagen Dünnfilm-Thermosäule zu schaffen, ein Stahlungsthermometer mit hoher Sensitivität sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser Vorrichtung. Die Temperatursensorvorrichtung ist eine Vorrichtung, wobei eine Thermosäule, gebildet auf einem Dünnfilm, thermisch gegen ein Substrat isoliert ist, angeordnet in einem Themperatursensorteil; der Dünnfilm ist als multi-mehrlagiger Dünnfilm gebildet, eine mehrlagige Thermosäule ist auf jedem mehrlagigem Dünnfilm gebildet, und das Substrat wirkt als Wärmesenke, die eine Verbindungstelle der Bezugstemperatur der Thermosäule ist. Jede mehrlagige Thermosäule wird aufeinander folgend in Reihe geschaltet, um eine Composit-Thermosäule zu bilden, sodass der Ausgang der Vorrichtung steigt. Diese Composit-Thermosäule wird als Temperatursensorvorrichtung benutzt, um ein Strahlungsthermometer zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die erste Erfindung der vorlegenden Anmeldung betrifft eine Technik zum Steigern der Sensitivität einer Thermosäule, die ein Temperatursensor ist, durch Bilden eines mehrlagigen Dünnfilms. Die erste Erfindung umfasst einen Temperatursensor als thermischen Infrarotsensor, der eine Lichtstrahlung wie Infrarotlicht empfängt, einen Temperatursensor, der die Temperaturänderung eines Fluides erfasst, eine Temperatursensoreinrichtung, die die Sensitivität steigert, basierend auf der Thermosäule, die als Temperatursensor für eine Wärmeanalyse verwendet wird, und ein Herstellungsverfahren eines Strahlungsthermometers sowie einer Temperatursensoreinrichtung. Die zweite Erfindung der vorliegenden Anmeldung betrifft eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule, wobei ein Temperatur erfassender Bereich aus mehrlagigen Dünnfilmen hergestellt ist, um die Sensitivität einer Thermosäule als Temperatursensor zu steigern. Zum Bilden einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule werden Fotoresistfilme verwendet, weil es einfacher ist mehrlagige Dünnfilme von gewünschter Größe und Gestalt zu bilden, und besonders weil es leichter ist, ein Loch zu bilden, das die Thermosäulen verbindet, jede hiervon angeordnet auf und unter einem mehrlagigen Dünnfilm. Die zweite Erfindung verwendet eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule unter Verwendung eines Fotoresistfilms, was niedrige Herstellungskosten einer Thermosäule hoher Sensivität und hoher Genauigkeit ermöglicht, verwendet für Anwendungen wie als Temperatursensor mit hoher Sensitivität als thermischer Infrarotsensor, der Lichtstrahlung wie Infrarotlicht empfängt, einen Temperatursensor, der die Temperatur sowie deren Änderung eines Fluides eingeschlossen Gas erfasst, der Strömungsgeschwindigkeit der Fluides und so weiter, und einen Temperatursensor zur Wärmeanalyse und so weiter. Auch die zweite Erfindung verwendet ein Strahlungsthermometer unter Verwendung einer Thermosäule sowie ein Herstellungsverfahren für eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule.
HINTERGRUNDWISSEN
(HINTERGRUNDWISSEN ZUR ERSTEN ERFINDUNG)
Eine Thermosäule ist ein Sensor vom Thermotypus, auch ein Temperaturdifferenzsensor, der derart konfiguriert ist, dass er eine größere thermoelektrische Kraft erzielt, die ein Sensorausgang ist, für eine gegebene Temperaturdifferenz ΔT zum Verbinden einer Mehrzahl von Thermoelementen in Reihe.
Ein Thermotypsensor wird als Absoluttemperatursensor eingestuft, wie ein Thermistor, und ein Temperaturdifferenzsensor wie ein Thermoelement und eine Thermosäule. Ein Temperaturdifferenzsensor erfasst nur eine Temperaturdifferenz, sodass ein Null-Balance-Verfahren auf diese Art von Sensor angewandt werden kann, wobei eine Temperaturdifferenz eines Punktes von einer Referenztemperatur eines gegebenen Punktes genau erfasst werden kann, und deshalb ein Thermotypsensor mit hoher Genauigkeit verwendet werden kann (Patentdokument 1). Deshalb wird eine Thermosäule allgemein verwendet als Hochtemperatur-Infrarottemperatursensor wie ein aurales Thermometer (Patentdokument 2).
Bei einer gegebenen Temperaturdifferenz ΔT ist der Ausgangslevel einer Thermosäule, umfassend eine Kombination von Thermoelementen, hergestellt aus demselben thermoelektrischen Material, proportional der Anzahl der Thermoelemente. Als Beispiel wird ein Fall genommen, wobei eine Thermosäule für ein lichtaufnehmendes Teil eines Infrarotsensors verwendet wird. Wird eine Thermosäule an einem isometrischen lichtaufnehmenden Teil gebildet, so nimmt der Ausgangslevel der Thermosäule zu, wenn die Gesamtanzahl n der Thermoelemente zunimmt, jedoch muss dann die Weite eines jeden Thermoelementes enger werden. Eine heiße Verbindung eines Thermoelementes, nämlich eine Verbindung beim Aufnehmen eines Infrarotlichtes von einem Objekt mit einer Temperatur größer als Umgebungstemperatur, wird im Bereich des Zentrums einer lichtaufnehmenden Membran gebildet, die ein Dünnfilm in Gestalt einer gegen ein Substrat thermisch isolierte Membran ist. Eine kalte Verbindung eines Thermoelementes wird gebildet bei einer Wärmesenke, die die lichtaufnehmende Membran umgibt und trägt, selbst dann, wenn eine einfache Berechnung im Falle einer vollständigen Abdeckung einer lichtaufnehmenden Membran durch eine Thermosäule mit insgesamt n-Thermoelementen zeigt, dass jedes Thermoelement mit einer Breite von 1/n eines Paares von Bezugs-Thermoelementen gebildet werden muss. Außerdem werden n-Thermoelemente in Reihe geschaltet, sodass der innere Widerstand r mit einer Rate ansteigt, die proportional zum Quadrat von n über dem inneren Widerstand eines Paares von Bezugs-Thermoelementen ist. Die Richtigkeit der Regel vom Quadrat von n wird annähernd bestätigt durch ein Experiment, ausgeführt bei einer Testproduktion. Hierbei ist der innere Widerstand r viermal größer, wenn die Gesamtzahl von Thermoelementen n auf das zweifache ansteigt. Der höhere innere Widerstand r steigert das Johnson-Geräusch, was bei der Anwendung als Sensor nicht wünschenswert ist. Das S/N-Verhältnis einer Thermosäule als Sensor nimmt ab, aufgrund des Anstiegs des inneren Widerstandes r, was Beschränkungen bezüglich der Gesamtzahl von Thermoelementen r verschärft. Demgemäß bestand das zu lösende Problem darin, wie man die Gesamtzahl von Thermoelementen r steigern kann, und gleichzeitig den inneren Widerstand r für einen isometrischen Bereich unter Verwendung desselben thermoelektrischen Materiales niedrig halten kann.
Allgemein gesprochen weist ein thermoelektrisches Material mit hoher Widerstandsfähigkeit einen hohen Seebeck-Koeffizienten auf. Auch wurden Anstrengungen unternommen, den Ausgang einer Thermosäule ohne Steigerung der Gesamtzahl n von Thermoelementen zu erhöhen. Zwischen dem Ausgang einer Thermosäule und dem S/N-Verhältnis müssen Abstriche gemacht werden, je nach dem inneren Widerstand r. Demgemäß wurde eine Thermosäule im mittleren Bereich hergestellt.
(Zweite Erfindung)
Als erste Patentanmeldung hat der Anmelder eine Erfindung mit dem Titel gemacht „Temperatursensorvorrichtung, Strahlungsthermometer, der diese Einrichtung verwendet, sowie Herstellungsverfahren für eine Temperatursensorvorrichtung” ( JP-A-2010-100 578 ), welche die ursprüngliche Patentanmeldung einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule ist. Die Erfindung wurde veröffentlicht als Composit-Thermosäule, gebildet als mehrlagige Dünnfilme, wobei mehrlagige Thermosäulen über Durchgangsbohrungen eines jeden mehrlagigen Dünnfilms in Reihe geschaltet sind, wobei mehrlagige Thermosäulen gebildet werden, wobei zahlreiche Thermoelemente aus Bi und Sb als thermoelektrisches Material auf einen mehrlagigen Dünnfilm aufgebracht und sodann in Reihe geschaltet werden, wobei der mehrlagige Dünnfilm PET ist (Polyethylenterephthalat) mit einer Dicke von 5 μm als organisches Material. Dabei gibt es bei der veröffentlichten Technik einige Probleme, die für die Massenherstellung beseitigt werden müssen. So ist beispielsweise ein Herstellungsverfahren konzipiert, mit Prozessschritten wie dem Aufkleben einer Mehrzahl von PET-Filmen zum Bilden mehrlagiger Dünnfilme, und ein Verfahren zum Bilden von Durchgangsbohrungen zwecks Verbindens einer oberen mehrlagigen Thermosäule mit einer unteren; Silber-Klebstoffe sind für eine solche Verbindung ungünstig.
Weiterhin besteht bei dieser Technik das folgende Problem: Wird als anorganisches Material etwas anderes als ein Fotoresistfilm ausgewählt, wie Siliziumoxid als Material eines jeden mehrlagigen Dünnfilms, so sind zahlreiche Verfahrensschritte notwendig, wie das Bilden eines jeden mehrlagigen Dünnfilms, das Herstellen eines Fotoresistfilms, das Verfahren des Belichtens des Fotoresistfilms und das Herstellen von Mustern hiervon, ein Verfahren zum Ätzen und zum Entfernen aller mehrlagiger Dünnfilme unter Verwendung des Fotoresistfilms als Ätzmaske, und ein Verfahren zum Entfernen der Fotoresistmaske, wobei das Wiederholen dieser Verfahren aufgrund der multiplen Struktur weiterhin die Anzahl von Verfahrensschritten und Herstellungskosten steigert, was zu einer teuren mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule führt.
Beim herkömmlichen Herstellungsprozess einer Thermosäule muss eine Aussparung, durch welche ein Dünnfilm gegen ein Substrat thermisch isoliert wird, im fast letzten Schritt des Verfahrens hergestellt werden. Eine anisotropische Ätzlösung (Ätzmittel) aus Silikon ist stark alkalisch und löst organische Materialien sowie die meisten Metalle. Deswegen müssen Materialien für Dünnfilme zur thermischen Separation von Substrat ausgewählt werden aus Materialien, die nicht durch das Ätzmittel gelöst werden. Demgemäß verbleiben nur Materialien, die nicht durch das Ätzmittel gelöst werden für den Dünnfilm, verwendet für die thermische Trennung vom Substrat, was eine starke Beschränkung des Herstellungsprozesses nach sich zieht.
LISTE VON PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung 2002-573629 ( WO 2002/075262 )
Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung 2004-31684

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
(Erste Erfindung)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperatursensorvorrichtung unter Verwendung einer Thermosäule zu schaffen, wobei die Gesamtanzahl von Thermoelementen gesteigert werden kann, ohne den inneren Widerstand der Thermosäule r nennenswert zu steigern, sodass sich ein hoher Ausgangslevel und ein hohes S/N-Verhältnis ergibt, ein hochsensitives Strahlungsthermometer unter Verwendung der Vorrichtung, und ein Herstellungsverfahren der Vorrichtung unter Verwendung organischen Materiales für Dünnfilme zum Bilden der Thermosäule.
(Zweite Erfindung)
Der ersten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren anzugeben, wobei mehrlagige Dünnfilme laminierter Thermosäulen mittels organischer Materiales aufgebaut werden, um einen hohen Abgabelevel und ein hohes S/N-Verhältnisses zu erzielen, um die Gesamtanzahl von Thermoelementen anzuheben, ohne den inneren Widerstand merklich zu steigern, und eine Temperatursensoreinrichtung leicht herzustellen; die Temperatursensoreinrichtung verwendet die Thermosäulen, umfassend die mehrlagigen Dünnfilme, hergestellt durch das Herstellungsverfahren; und ein hochsensitives Strahlenthermometer, das die Vorrichtung verwendet.
(Zweite Erfindung)
Der zweiten Erfindung liegt die Erfindung zugrunde, die zuvor genannten Probleme zu lösen und eine standardisierte kostengünstige mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule hoher Sensitivität zu schaffen, ein Strahlungsthermometer hoher Sensitivität unter Verwendung der Thermosäule, mittels der folgenden Merkmale: Die mehrlagigen Dünnfilme, aufgebaut aus mehrlagigen, gegen ein Substart isolierten Dünnfilmen mittels einer Aussparung, lassen sich leicht in eine gegebene Form, Dicke und Größe bringen; Durchgangsbohrungen lassen sich in einer bestimmten Position auf einen Mehrlagen-Dünnfilm bilden; obere Thermosäulen lassen sich leicht über die Durchgangslöcher anschließen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
(Erste Erfindung)
Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Temperatursensoreinrichtung gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung, wobei eine oder mehrere zusammengesetzte Thermosäulen auf einen oder mehrere Temperatursensorteile aufgesetzt werden; dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnfilm ausgestattet ist mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen mehrlagigen Dünnfilmen, dass die mehrlagigen Thermosäulen jeweils auf mehrlagigen Dünnfilmen gebildet sind, um die mehrlagigen Dünnfilme zu bilden, und dass eine oder zwei Verbindungen, entweder eine kalte Verbindung oder eine Messstelle von Thermoelementen, die die mehrlagigen Thermosäulen bilden, auf dem Substrat gebildet wird, und dass die andere Verbindung gebildet wird, indem in den mehrlagigen Dünnfilmen gegen das Substrat mit einer größeren Wärmekapazität als der Dünnfilm als Wärmesenke dient, und dass die mehrlagigen Thermosäulen, die auf den mehrlagigen Dünnfilmen gebildet sind, nacheinander in Reihe geschaltet sind, um eine Composit-Wärmesäule zu bilden, um den Ausgang der Composit-Wärmesäule zu steigern
Bisher wurde eine Thermosäule, verwendet für eine Temperatursensorvorrichtung, mit einer Struktur hergestellt, wobei ein Dünnfilm in Gestalt einer Membran oder eines Cantilevers auf einem Substrat gebildet wird. Das Substrat wirkt als Wärmesenke. Der Dünnfilm arbeitet als temperaturerfassendes Teil wie ein Infrarotlicht-erfassendes Teil, und Thermoelemente sind in einer Gruppierung angeordnet und in Reihe geschaltet, sodass die thermoelektrische Kraft addiert und maximiert wird; die Thermoelemente sind aus thermoelektrischem Material hergestellt mit einem hohen Seebeck-Koeffizienten, im Gegensatz zu einer Polarität der thermoelektrischen Kraft des Dünnfilmes in Form eines sehr dünn gestalteten Dünnfilms. Eine konventionelle Thermosäule ist jedoch aus Thermoelementen hergestellt, gebildet als zweidimensionale Gruppierung auf einem einlagigen Dünnfilm in Gestalt einer Membran oder eines Cantilever, das als Infrarot aufnehmendes Teil dient. Demgemäß gibt es eine Beschränkung bezüglich der Gesamtanzahl der Thermoelemente n zum Bilden einer Thermoelementgruppierung mit vielen Thermoelementen (anders gesagt eine Gruppierung mit n-Thermoelementen) auf einem gegebenen Bereich eines temperaturerfassenden Teiles und berührungsfrei zueinander.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich eine Thermoelement-Gruppierung als dreidimensionale Gruppierung herstellen mittels Laminierens von multiplen Dünnfilmen mit einem lichtaufnehmenden Teil, das einen isometrischen Bereich hat. Wird die Gruppierung verwendet als Infrarotsensor, beispielsweise wenn die Anzahl von Thermoelementen m ist, gebildet auf einem mehrlagigen Dünnfilm (wenn die Anzahl von Thermoelementen a eine mehrlagige Thermosäule darstellt, und die Anzahl multipler Lagen k ist, so ist die Gesamtzahl von Thermoelementen n = m × k, was gleich der Gesamtzahl von Thermoelementen entspricht, die eine Composit-Thermosäule bilden. Demgemäß ist der innere Widerstand aller Thermoelemente (eine Composit-Thermosäule) ganz einfach das k-fache des inneren Widerstands von Thermoelementen auf jedem mehrlagigen Dünnfilm (eine mehrlagige Thermosäule). Diese Einzelheiten sollen nachstehend beschrieben werden:
Es soll angenommen werden, dass jener Bereich eines temperaturerfassenden Teiles, der als Infrarot aufnehmendes Teil arbeitet, konstant ist. Sodann werden die Widerstände r₁ und r_k miteinander verglichen, wobei ein Widerstand r₁ der innere Widerstand einer Thermosäule ist, gebildet aus allen Thermoelementen für eine herkömmliche Thermosäule, wobei n Paare von Thermoelementen auf einem einlagigen Dünnfilm gebildet werden, und ein Widerstand r_k der innere Widerstand einer Composit-Thermosäule gemäß der Erfindung ist, wobei Thermoelemente unterteilt und gebildet werden auf k gelagerten Dünnfilmen und m Paaren von Thermoelementen (eine mehrlagige Thermosäule), und auf jedem mehrlagigen Dünnfilm gebildet werden. Zum Vergleich: Die inneren Widerstände werden wie folgt berechnet, basierend auf r_a, wobei r_a der innere Widerstand eines Paares von Thermoelementen ist, wenn nur ein Paar von Thermoelementen auf dem gesamten Bereich eines isometrischen temperaturerfassenden Teiles gebildet ist, um den inneren Widerstand zu minimieren.
Der innere Widerstand eines Paare von Thermoelementen r_o1, gebildet bei einer herkömmlichen Thermosäule, wobei n-Paare von Thermoelementen gebildet werden auf einem nur einlagigen Dünnfilm, wird berechnet mit der Formel r_o1 = n × r_a. Der innere Widerstand von n-Paaren von Thermoelementen r₁, die gebildet sind, wird berechnet durch den folgenden Ausdruck 1.
[Ausdruck 1]
Bei einer Composit-Thermosäule, wobei Thermoelemente geteilt und auf K-mehrlagigen Dünnfilmen gebildet sind, und m-Paare von Thermoelementen, die eine mehrlagige Thermosäule darstellen, auf jedem mehrlagigen Dünnfilm gebildet sind, wird der innere Widerstand einer mehrlagigen Thermosäule r_ok pro Lage eines jeden mehrlagigen Dünnfilms berechnet als r_ok = m × r_a. Beträgt die Gesamtzahl der Thermoelemente n in der Composit-Thermosäule k × m, so wird der innere Widerstand von n-Paaren von Composit-Thermosäulen r_k widergegeben durch den folgenden Ausdruck 2.
[Ausdruck 2]
Bei einer mehrlagigen Thermosäule gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei k mehrlagige Dünnfilme laminiert und Thermoelemente hiervon unterteilt und auf diesen Filmen gebildet werden, ist demgemäß der innere Widerstand der mehrlagigen Thermosäule gleich dem Quadrat^th jener der konventionellen Thermosäule, die auf einem einlagigen Dünnfilm gebildet ist, selbst dann, wenn die Gesamtzahl von Thermoelementen n, die eine Composit-Thermosäule darstellen, gebildet auf einem isometrischen lichtaufnehmenden Bereich, dieselbe wie bei einer konventionellen Thermosäule ist. Ist beispielsweise k 3, das heißt werden dreilagige Dünnfilme laminiert, so lässt sich der innere Widerstand berechnen als ein Neuntel jenes der konventionellen Thermosäule. Die Verringerung des inneren Widerstandes einer Composit-Thermosäule auf diese Weise stellt die Verringerung des S/N-Verhältnisses eines Temperatursensors, der eine weitere Erhöhung der Verstärkung erlaubt, und damit die Sensitivität steigert.
Thermoelement, das eine mehrlagige Thermosäule bildet, weist eine kalte und eine heiße Verbindungsstelle auf. Wird es beispielsweise als Infrarotsensor verwendet, das Infrarotlicht aufnimmt, so ist eine Verbindungsstelle, gebildet auf einem Substrat mit großer Wärmekapazität, eine kalte Verbindungsstelle, und eine Verbindungsstelle, gebildet auf einem Dünnfilm, thermisch isoliert gegen ein Substrat ist eine heiße Verbindungsstelle, wenn Infrarotlicht von einem Objekt mit höherer Temperatur als das Substrat aufgenommen wird. Wird im Gegensatz hierzu Infrarotlicht von einem Objekt aufgenommen, das eine niedrigere Temperatur als das Substrat hat, so wird der Film durch die größere Wärmeemission des Dünnfilms heruntergekühlt, und damit die auf dem Substrat hergestellte Verbindungsstelle zu einer heißen Verbindungsstelle. Das Substrat hat eine größere Wärmekapazität als der Dünnfilm, der das Licht aufnimmt. Sodann wird das Substrat als Wärmesenke verwendet, und die Substrattemperatur wird verwendet als Bezugstemperatur für die Thermosäule.
Thermoelemente, die eine Thermosäule bilden, lassen sich in Reihe oder parallel oder in der Kombination dieser beiden schalten. Sämtliche Thermoelemente sind jedoch vorzugsweise in Reihe geschaltet, um die thermoelektrische Kraft einer Composit-Thermosäule mit zwei Terminals bei einer gegebenen Temperaturdifferenz ΔT zu maximieren.
Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei mehrlagige Dünnfilme hauptsächlich aus anorganischen Dünnfilmen hergestellt sind. Dabei bedeutet „hauptsächlich-anorganisch-basierten Materialien”, dass mehr als oder gleich wenigstens 80 Prozent der mehrlagigen Dünnfilme aufgebaut sind aus thermoelektrischen Materialien gebildet sind, die die Thermosäule bilden.
Dünnfilm in Gestalt einer Membran oder eines Cantilevers für ein Infrarot lichtaufnehmendes Teil wird häufig mittels eines Verfahrens gebildet, wobei ein Silizium-Einkristall als anorganisches Material typischerweise für ein Substrat verwendet wird, ein Siliziumoxid-Dünnfilm oder ein Silizium-Nitrid-Dünnfilm wird mittels einer Aussparung gebildet und auf das Substrat aufgebracht, und ein Thermoelement-Gruppierungsmuster wird auf dem Dünnfilm gebildet unter Verwendung von p-Typ oder n-Typ-BiTe, oder Bi und Sb, was ein thermoelektrisches Material ist. Der Dünnfilm lässt sich auch durch einen anderen Prozess bilden, wobei ein SOI-Substrat hergestellt wird, eine Dünnsiliziumschicht, die das SOI-Substrat bildet, wird als Dünnfilm in Gestalt einer Membran oder eines Cantilevers für ein Infrarot lichtaufnehmendes Teil gebildet, eine Verunreinigung wie Bor wird gedopt und in die Siliziumschicht diffundiert, um eine stark gedopte p-Typ-Schicht für eines von thermoelektrischen Materialien diffundiert, die ein Thermoelement bilden, ein dünner Siliziumoxid-Film (SiO₂-Film) als isolierende Schicht wird hierauf gebildet, und ein dünner Al-Film oder eine n-Typus-Polysiliziumschicht wird gebildet und für das andere der thermoelektrischen Materialien bemustert. Gemäß der Erfindung lässt sich eine Composit-Thermosäule bilden durch Laminieren eines Dünnfilms in Gestalt einer Membran oder eines Cantilever, gebildet unter Verwendung solcher anorganischer Materialien, und ein dünner Siliziumoxid-Film (SiO₂-Film) wird als isolierende Schicht gebildet. Bei Anwendung dieser Verfahren lässt sich eine Composit-Thermosäule mit sehr vielen Thermoelementen bilden; bei dem Prozess werden beispielsweise Polysilizium-Schichten aufeinanderfolgend abgelegt, um eine mehrlagige Struktur zu bilden; es wird eine Mehrzahl von Thermoelementen (eine mehrlagige Thermosäule) auf jeder Lage gebildet, mittels einer isolierenden Schicht wie einem Thermooxidfilm oder ein Plasmaoxidfilm auf der Fläche, und die Thermoelemente werden in Reihe geschaltet über verbindende Teile zwischen dem oberen und dem unteren Dünnfilm an Kontaktbohrungen.
Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 3 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei die mehrlagigen Dünnfilme hauptsächlich aus organischen Dünnfilmen hergestellt sind. Hierbei bedeutet „hauptsächlich aus organischen Dünnfilmen”, dass mehr als oder wenigstens gleich 80 Prozent der mehrlagigen Dünnfilme aufgebaut sind aus organischen Materialien, ausgenommen thermoelektrischen Materialien, die die Thermosäule bilden, und zwar auch dann, wenn anorganische Materialien verwendet werden für einen Teil der mehrlagigen Dünnfilme zum Verstärken oder Bereitstellen von Isolationsschichten.
Eine herkömmliche Thermosäule, verwendet für eine Infrarotsensorvorrichtung, ist bekannt, wobei mehrere Thermoelemente aus Bi und Sb als thermoelektrisches Material in Reihe geschaltet auf einem organischen Dünnfilm wie dem vorgenannten Dünnfilm verwendet werden, der ein PET-Film (Polethylenterephthalatfilm) von etwa 5 μm Dicke ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrlagige Thermosäulen auf dem Film laminiert, so wie dies gemacht wird für hauptsächlich organisch basierende Materialien.
Wie oben beschrieben, können die meisten organischen Materialien wie PET-Filme als sehr dünne Filme mit sehr niedriger Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden, somit vorzugsweise verwendet für lichtaufnehmende Teile wie für einen Infrarotsensor. Die meisten organischen Materialien haben Schmelzpunkte unter oder gleich 300°C, und einen solchen Erweichungspunkt, dass sie durch thermisches Kompressionsbinden miteinander verbunden werden können. Auch ist es leicht, Bohrungen in den organischen Film einzubringen oder den Film zu schneiden unter Verwendung eines erhitzten Stabes oder Blattes aus Metall oder Keramik zu schneiden.
Eine Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 4 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei die mehrlagigen Dünnfilme durch Klebstoffe aneinander gebunden werden, um den Dünnfilm in Gestalt eines einzigen Bogens zu erzeugen.
Werden mehrlagige Dünnfilme aus anorganischen Materialien hergestellt, so lassen sie sich durch Sputtern oder mittels CVD ohne Verwenden eines Klebstoffes bilden. Werden mehrlagige Dünnfilme, die mehrlagige Dünnfilme bilden, unabhängig voneinander gebildet, bevor alle mehrlagigen Thermosäulen sich hierauf befinden, und miteinander verbunden, um einen einzigen Bogen aus mehrlagigen Dünnfilmen zu bilden, so kann ein niedrigschmelzendes Glas als Klebstoff verwendet werden, falls notwendig. Auf jedem Dünnfilm lässt sich durch Sputtern, Vakuumverdampfen oder CVD eine niedrigschmelzende Glasschicht aufbringen. Ein Dünnfilm wird ausgerichtet und platziert auf dem anderen Dünnfilm, und sodann erhitzt, damit das Glas schmilzt und die Dünnfilme bildet. Auch lassen sich Dünnfilme binden durch Beschichten mit Flüssigglas oder, falls notwendig, dünnen organischen Klebstoffschichten hierauf, sowie unter Erhitzen und Aufbringen eines Druckes. Sodann werden mehrlagige Dünnfilme gebunden. Sie umfassen Composit-Thermosäulen. Sie können an ein Substrat angeheftet werden, um eine Temperatursensorvorrichtung zu bilden. In diesem Falle muss die elektrische Verbindbarkeit zwischen mehrlagigen Thermosäulen mit Sorgfalt ausgewählt und durchgeführt werden.
Werden mehrlagige Dünnfilme aus organischen Materialien hergestellt, so werden alle mehrlagigen Dünnfilme wie PET-Dünnfilm, die mehrlagige Dünnfilme bilden, zuvor mit jeder mehrlagigen Thermosäule, die sich hierauf befindet, unabhängig gebildet und aneinandergebunden, um einen einzigen Bogen aus mehrlagigen Dünnfilmen zu bilden; die Filme können durch thermisches Fusionsbinden ohne Verwenden eines Klebstoffes miteinander verbunden werden. Auch können Adhäsionslagen in Form von sehr dünnen Filmen (vorgeformte feste Klebstoffbogen) als Klebstoff für die thermische Fusionsbindung verwendet werden. Ferner können Dünnfilme gebunden werden durch Erhitzen unter Druck nach Aufbringen eines Klebstoffes wie einem auf Epoxybasis beruhenden flüssigen Klebstoff von einer Stärke von gleich oder weniger als einem μm Dicke; jeder mehrlagige Dünnfilm wird ausgerichtet und platziert auf dem anderen mehrlagigen Dünnfilm. Klebstoffe, die eine Polymerisationsreaktion von epoxybasierten Materialien verwenden, sind zum Binden mehrlagiger Dünnfilme mit großen Flächen zu bevorzugen, und zwar deshalb, weil das Verdampfen von Lösungsmitteln nicht notwendig ist und lediglich Temperatur und Reaktionszeit kritische Faktoren sind.
Mehrlagige Dünnfilme lassen sich mit Klebstoffen bilden wie einem Lösungsmittel, das organische oder anorganische Materialien löst, die die Filme bilden durch Lösen eines Teiles eines jeden Materials. Von solchen Lösungsmitteln wie ein Lösungsmittel enthaltend Hydrofluorsäure für Siliziumoxide lösen die Oberflächenschicht des Dünnfilms, während sie gleichzeitig in den Film hineindiffundieren. Lösungsmittel dieser Art lassen sich verwenden zum Binden anorganischer oder organischer mehrlagiger Dünnfilme.
Eine Temperatursensoreinrichtung nach Anspruch 5 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei eine Zwischenlagenverbindung zwischen mehrlagigen Thermosäulen elektrisch verbunden wird durch Durchgangsbohrungen der entsprechenden mehrlagigen Dünnfilme, gebildet an Elektroden der mehrlagigen Thermosäulen.
Werden mehrlagige Dünnfilme unter Verwendung von Klebstoff miteinander verbunden, und müssen Elektroden, auf dem oberen Dünnfilm und auf dem unteren Dünnfilm, elektrisch miteinander verbunden werden, sodass alle mehrlagigen Thermosäulen, die auf jedem mehrlagigen Dünnfilm gebildet sind, in Reihe geschaltet werden, so muss der Klebstoff mit Sorgfalt aufgebracht werden, sodass er die Elektrode beschichtet, nicht aber die Durchgangsbohrungen der oberen und der unteren mehrlagigen Dünnfilme, angeordnet an Positionen entsprechend den Elektroden, um eine elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen.
Auf diese Weise ist es zu bevorzugen, die Elektroden von mehrlagigen Thermosäulen, gebildet auf oberen und unteren Dünnfilmen, über Durchgangsbohrungen in den oberen mehrlagigen Dünnfilmen elektrisch zu verbinden. Dies ist vorteilhaft, da die Elektroden der mehrlagigen Thermosäulen auf den oberen mehrlagigen Dünnfilmen leicht verbunden werden können unter Anwendung leitfähiger Klebstoffe und so weiter, wenn sie auf der Peripherie von Durchgangsbohrungen der oberen mehrlagigen Dünnfilme gebildet sind.
Eine Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 6 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei eine Mehrzahl von Temperatursensorteilen auf dem Substrat in Form einer Gruppierung angeordnet werden.
Gemäß der Erfindung kann eine Mehrzahl von Temperatursensorteilen auf demselben Substrat gebildet werden, eine Mehrzahl von Ausgängen einer jeden Composit-Thermosäule kann differenziell verstärkt werden, oder eine Temperaturverteilung kann gemessen werden unter Verwendung der Temperatursensorteile, die in Form einer Gruppierung angeordnet sind. Wird diese Vorrichtung beispielsweise für einen Infrarotsensor verwendet, so kann sie als Bildsensor oder als Detektor für Wärmequellen an verschiedenen Stellen eingesetzt werden. Eine Verbindungsstelle (eine Kaltverbindung oder eine Heißverbindung) einer jeden mehrlagigen Thermosäule der Composit-Thermosäule wird auf demselben Substrat mit großer Wärmekapazität gebildet, das eine hochgenaue Temperaturmessung durch eine Thermosäule ermöglicht, da die Bezugstemperaturen eines jeden Temperatursensorteiles dieselben sind.
Wird beispielsweise die oben genannte Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Temperatursensorteilen auf demselben Substrat gebildet und angewandt für den Temperatursensor eines auralen Thermometers, so lässt sich die Temperatur einer Trommelmembran, welche höher ist, als die Temperatur einer aurisexterna als höchste Temperatur der gemessenen auralen Temperaturverteilung messen. Auf diese Weise lässt sich ein Messfehler der Körpertemperatur zufolge der Variation des Einfallswinkels bei Einführen eines Sensors in das Ohr minimieren.
Eine Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 7 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei die temperaturerfassenden Teile ausgestattet sind mit wenigstens einem Dünnfilmheizer zusammen mit den Thermosäulen.
Eine Composit-Thermosäule, gebildet auf mehrlagigen Dünnfilmen und thermisch isoliert gegen ein Substrat ist ein hochsensitiver Sensor. Ein Sensor vom Typ Wärmeleitung lässt sich herstellen durch Bilden der Composit-Thermosäule mit einem Dünnfilmerhitzer auf mehrlagigen Dünnfilmen. Ein Sensor zur Wärmeleitung ist ein Sensor, der eine Änderung der thermischen Leitfähigkeit eines Fluids erfasst, wie Gas oder Flüssigkeit, die mit einem Dünnfilm in Kontakt steht, erhitzt durch den Dünnfilmerhitzer. Er kann verwendet werden für einen Strömungssensor, einen Luftdrucksensor (umfassend einen Vakuumsensor), einen Gassensor, umfassend einen Wasserstoffsensor oder einen Feuchtigkeitssensor, und einen extrem kompakten thermischen Analysator, der eine Änderung der Enthalpie von Material unter Prüfung durch Abtasten eines Mikroerhitzers. Als Dünnfilmerhitzer lässt sich ein Dünnfilm-Widerstandskörper wie ein Metallkörper oder ein Dünnfilm-Thermoelement verwenden. Auch kann der Dünnfilm nicht nur ein anorganischer Dünnfilm sein, sondern auch ein organischer Dünnfilm aus PET oder Vinylchlorid und so weiter, da ein Temperaturanstieg von höchstens 10°C erforderlich ist für die Aufheiztemperatur eines Dünnfilmerhitzers (Mikroerhitzer). Auch die Verwendung des Sensors vom Leitungstyp ist nicht beschränkt auf das Messen physikalischer Eigenschaften durch Messen einer Änderung der Temperatur von mehrlagigen Dünnfilmen entsprechend einer Änderung der thermischen Leitfähigkeit eines Fluids der Umgebung während des Aufheizens durch den Dünnfilmerhitzer. In manchen Fällen wird bevorzugt eine Änderung der thermischen Leitfähigkeit von Fluid in einer Umgebung während der Abkühlperiode am Ende des Aufheizens durch den Dünnfilmerhitzer gemessen.
Eine Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 8 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei ein Substrat gebildet wird, das als Sensor verwendet wird, um die Temperatur auf dem Substrat zu erfassen.
Eine Thermosäule ist ein Temperaturdifferenzsensor. Ein Absoluttemperatursensor wie ein Platinwiderstandskörper oder ein Thermistor sind notwendig zum Messen einer absoluten Temperatur. In diesem Falle ist es zu bevorzugen, die Temperatur eines Substrates zu messen, das die Bezugstemperatur eines jeden Temperatursensorteiles der Thermosäule ist, und zwar mittels eines Absoluttemperatursensors. Die Vorrichtung ist demgemäß eine Vorrichtung, bei welcher ein Absoluttemperatursensor auf einem Substrat gebildet wird. Besteht das Substrat aus Halbleitermaterial, so lässt sich eine auf dem Substrat gebildete Diode als Temperatursensor verwenden. Auch kann von den Materialien, die die Thermosäule bilden, Material mit großem Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes als Widerstandstemperatursensor verwendet werden.
Eine Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 9 der Erfindung ist eine Vorrichtung als Infrarotsensor, wobei die Temperatursensorteile-Funktionen als Infrarotlicht aufnehmende Teile verwendet werden, und die Vorrichtung als Infrarotsensor verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Dünnfilmen im Infrarot aufnehmenden Teil als Temperatursensorteile laminiert; sodann kann eine Thermosäule (eine Composit-Thermosäule) mit einer dreidimensionalen Thermoelement-Gruppierung hergestellt werden. Wie oben erwähnt, lässt sich daher eine Infrarotsensorvorrichtung mit sehr geringem inneren Widerstand verwirklichen für die gesamte Anzahl von Thermoelementen hierauf als isometrische Infrarot aufnehmende Teile. Ganz allgemein gesprochen wird der interne Widerstand eines Sensors dominiert durch das Johnson-Geräusch. Deshalb muss der innere Widerstand des Sensors auf jeden Fall klein sein, um einen Sensor mit einem hohen S/N-Verhältnis zu erhalten. Ein besonderer Absorptionsfilm wie ein Gold Back und so weiter kann an einem lichtaufnehmenden Teil wie einem Infrarotabsorptionsfilm gebildet werden. Ist aber von mehrlagigen Dünnfilmen im gewünschten Infrarotteil des Spektrums so braucht ein solcher spezieller Absorptionsfilm nicht gebildet zu werden.
Eine Temperatursensorvorrichtung gemäß Anspruch 10 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei das lichtaufnehmende Teil des Dünnfilms ausgestattet ist mit einem Infrarotabsorptionsfilm; ein thermisch leitender Dünnfilm, der Wärme, aufgenommen vom lichtaufnehmenden Teil, überträgt, wird gebildet und erstreckt sich bis zu einer Kontaktstelle, die im Infrarotlicht aufnehmenden Teil gebildet ist, eingeschlossen das Zentrum des lichtaufnehmenden Teiles der mehrlagigen Thermosäule, gebildet auf jedem mehrlagigen Dünnfilm.
Um eine Temperatursensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Infrarotsensoreinrichtung zu benutzen, muss ein Infrarot-Absorptionsfilm mit einem Absorptionsband im gewünschten Infrarotteil des Spektrums in der Einrichtung gebildet werden. Wird die Infrarotsensoreinrichtung für ein Aural-Thermometer verwendet, so werden am besten Absorptionsfilme mit einem Absorptionsband von 8–14 mμ Wellenlänge verwendet, entsprechend einem Infrarotteil des Spektrums bei 37°C, was der menschlichen Körpertemperatur entspricht. Hat der zuvor erwähnte mehrlagige Dünnfilm selbst das Absorptionsband, so lässt sich der mehrlagige Dünnfilm als Absorptionsfilm verwenden. In manchen Fällen wird ein Infrarot-Absorptionsfilm oft getrennt vom mehrlagigen Dünnfilm gebildet im Hinblick auf die Dicke des Filmes.
Gold Black wird oft verwendet für einen Infrarotabsorptionsfilm, und es wird hierfür auch ein poröser Cr- oder Ni-Dünnfilm verwendet. Die Funktion eines Infrarotabsorptionsfilms besteht darin, Infrarotlicht aufzunehmen, in Wärme umzuwandeln, und die Temperatur eines Dünnfilms zu steigern im Bereich, der eine Kontaktstelle des lichtaufnehmenden Teiles einer Thermosäule hat. Es gibt eine obere Grenze bezüglich der Anzahl von Thermoelementen in einer mehrlagigen Thermosäule auf jedem mehrlagigen Dünnfilm. Idealerweise bildet man die Kontaktpunkte von Thermoelementen, die eine mehrlagige Thermosäule darstellen, im Bereich des Zentrums des Dünnfilmes eines lichtaufnehmenden Teiles, in der Praxis werden alle Kontaktpunkte einer Gruppierung von Thermoelementen an einer Stelle außerhalb des Zentrums des Dünnfilmes gebildet, im Hinblick auf das Verhältnis zwischen dem Bereich eines jeden Kontaktpunktes und der Anzahl von Thermoelementen. Im Allgemeinen wird ein Infrarotabsorptionsfilm auf allem über dem Dünnfilm gebildet, der ein lichtaufnehmendes Teil ist. Das Zentrum des Dünnfilmes wird sodann auf die höchste Temperatur durch Aufnehmen von Infrarotlicht erhitzt. Eine Infrarotsensorvorrichtung mit hoher Sensitivität lässt sich herstellen durch Bilden und Erstrecken eines thermisch leitenden Dünnfilms bis zu einer Kontaktstelle der Gruppierung von Thermoelementen einer mehrlagigen Thermosäule, gebildet im Bereich eines Dünnfilms, der thermisch vom Substrat getrennt ist, eingeschlossen nahe dem Zentrum des Teiles, von jedem mehrlagigen Dünnfilm. Außerdem reicht es aus, dass ein Infrarotabsorptionsfilm als multi-mehrlagiger Dünnfilm gebildet wird. Ein Bilden auf dem mehrlagigen Dünnfilm ist nicht notwendig.
Eine Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 11 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei der wärmeleitende Film auf der gegenüberliegenden Seite des Dünnfilms vom Infrarotlicht aufnehmenden Teil gebildet wird.
Es versteht sich, dass ein thermisch leitender Dünnfilm und ein Infrarotabsorptionsfilm auf derselben Seite auf dem Dünnfilm des lichtaufnehmenden Teiles gebildet werden können. Nach dem Bilden eines thermisch leitenden Dünnfilms kann beispielsweise hierauf ein Infrarotabsorptionsfilm gebildet werden. Für den thermisch leitenden Film wird am besten elektrisch hochleitendes Metall verwendet. Es ist jedoch auch möglich, einen Kurzschluss in der Gruppierung von Thermoelementen herzustellen, wenn ein thermisch leitender Dünnfilm auf der Seite der Gruppierung von Thermoelementen gebildet wird, was eine Thermosäule des lichtaufnehmenden Teiles bildet. Dieses Problem lässt sich vermeiden durch Bilden eines thermisch leitenden Dünnfilms auf der gegenüberliegenden Seite des Dünnfilms des lichtaufnehmenden Teiles vom Infrarotabsorptionsfilm.
Eine Temperatursensoreinrichtung gemäß Anspruch 10 der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung, wobei eine Mehrzahl von Temperatur erfassenden Teilen auf einem Licht aufnehmenden Teil wie einem Infrarotsensor gebildet werden, die thermisch gegen das Substrat isoliert und aufgebaut sind aus Dünnfilmen, die thermisch gegeneinander isoliert sind.
Die Vorrichtung ist am besten gestaltet zur Messung der Temperaturverteilung des Objektes unter Testbedingungen oder der Temperaturdifferenz im Messbereich. Auch ist es vorteilhaft, die Vorrichtung kleiner als die Vorrichtung mit der Mehrzahl von lichtaufnehmenden Teilen zu machen.
Ein Strahlungsthermometer gemäß Anspruch 11 der vorliegenden Erfindung ist ein Thermometer, gekennzeichnet dadurch, dass es Infrarotlicht aufnimmt, emittiert von einem Objekt, um die Temperatur oder die Temperaturverteilung des Objektes anzuzeigen, basierend auf den Signalen der Temperatursensoreinrichtung.
Die Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung wird als Infrarotsensorvorrichtung verwendet und angewandt auf Strahlungsthermometer. Die Vorrichtung kann die Temperatur des im Test befindlichen Objektes messen. Auch kann sie verwendet werden als Bildsensor zum Messen der Temperaturverteilung und zum Visualisieren ihres Bildes. Auch kann sie verwendet werden als Aural-Thermometer zum Messen tympanischer Temperatur und die Körpertemperatur im Display zeigen. Da die Vorrichtung mit hoher Sensitivität angeordnet werden kann, lässt sie sich als Gassensor einsetzen unter Verwendung des Infrarotabsorptionsverhaltens spezifischer Gase wie Kohlendioxid.
Ein Herstellungsverfahren einer Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 13 gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Temperatursensorvorrichtung, wobei eine Composit-Thermosäule auf ein Temperatursensorteil aufgebracht wird. Die Composit-Thermosäule wird gebildet durch Laminieren mehrlagiger Thermosäulen, gebildet auf organischen mehrlagigen Dünnfilmen, umfassend:
einen mehrlagigen Thermosäulen-Herstellungsprozess für jede Lage unter Bildung der mehrlagigen Thermosäulen auf organischen mehrlagigen Dünnfilmen, wobei die Anzahl der mehrlagigen Dünnfilme bestimmt ist durch eine geeignete Laminierung;
ein Verfahren zum Herstellen von Durchgangsbohrungen, wobei Durchgangsbohrungen für die elektrische Leitung von Elektroden an gewünschten Positionen der mehrlagigen Dünnfilme gebildet werden;
ein Überlappungs-Bindungsverfahren zum Überlappen und Binden der organischen mehrlagigen Dünnfilme zum Bilden eines organischen mehrlagigen Dünnfilms;
ein Leitungsherstellungsprozess zum Schaffen elektrischer Leitungen zwischen oberen und unteren Elektroden mittels Durchgangsbohrungen, sodass die mehrlagigen Thermosäulen, die auf mehrlagigen Dünnfilmen gebildet sind, in Reihe geschaltet sind;
ein Substratbindeprozess, wobei eine Gruppierung von Substraten und der organische mehrlagige Dünnfilm aneinander gebunden werden und die Gruppierung von Substraten als Wärmesenke für gebildete Temperatursensorvorrichtungen arbeitet;
ein Vorrichtungstrennverfahren zum Trennen der gebildeten Temperatursensorvorrichtungen.
Werden mehrlagige Thermosäulen auf jedem mehrlagigen Dünnfilm gebildet und dabei organische Dünnfilme verwendet, die laminiert sind zum Bilden von Composit-Thermosäulen, so ist es häufig schwierig, mehrlagige Dünnfilme durch Sputtern oder CVD zu bilden, das verwendet wird für eine konventionelle Mikrobearbeitungstechnik unter Verwendung organischer Dünnfilme. Eine neue Technik zum Bilden mehrlagiger Dünnfilme ist notwendig, um die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen. Ein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ist ein Verfahren, wobei eine Mehrzahl organischer Filme wie PET-Filme mit mehrlagigen Thermosäulen, die hierauf gebildet sind, hergestellt wird, worauf diese Filme laminiert werden, um eine Composit-Thermosäule für eine Temperatursensorvorrichtung zu schaffen.
Um die genannte Aufgabe zu lösen, ist eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 14 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrlagiger Dünnfilm, thermisch isoliert gegen ein Substrat mittels einer Aussparung, aus mehrlagigen Dünnfilmen aufgebaut ist, das mehrlagige Thermosäulen auf den mehrlagigen Dünnfilmen gebildet wird, dass die mehrlagigen Thermosäulen auf dem oberen Film in Reihe mit mehrlagigen Thermosäulen auf dem unteren Film über Durchgangsbohrungen, gebildet auf den mehrlagigen Dünnfilmen, verbunden werden, das wenigstens eine Thermosäule hierauf gebildet wird, dass die mehrlagigen Dünnfilme, die den mehrlagigen Dünnfilm bilden, hauptsächlich aus Fotoresistfilm gebildet werden, dass die Durchgangsbohrungen durch Belichten und Entwickeln auf dem Fotoresistfilm gebildet werden.
Gemäß dieser Beschreibung wird eine Thermosäule, die auf jedem mehrlagigen Dünnfilm gebildet ist, der einen mehrlagigen Dünnfilm bildet, thermisch isoliert vom Substrat, und wird als „mehrlagige Thermosäule” bezeichnet.
Der mehrlagige Dünnfilm lässt sich genau und leicht mit einer Gestalt, Dicke und Größe herstellen, gestaltet entsprechend der Verwendung der Fotolithographie, da der mehrlagige Dünnfilm hauptsächlich aus Fotoresistfilm besteht. Es lassen sich Durchgangsbohrungen genau und leicht an den gewünschten Positionen auf den Fotoresistfilm herstellen, der als mehrlagiger Dünnfilm arbeitet, bestimmt durch das Harzmuster nach der Fotolithographie und dem Entwicklungsprozess, sodass mehrlagige Thermosäulen auf dem oberen und unteren Film leicht verbunden werden können. Diese Fotolithographie wird nicht nur auf Muster thermoelektrischen Materials von Thermosäulen angewandt, sondern auch auf Muster von Aussparung und Ausschneiden des Sensorchips vom Substrat, demgemäß reproduzierbare Vorrichtungs-Abmessungen und Sensor-Charakteristika. Allgemein gesprochen weist ein Dünnfilm aus Fotoresist elektrische Isolationseigenschaften und eine niedrige thermische Leitfähigkeit auf, da aus organischem Material bestehend. Eine Composit-Thermosäule gemäß der Erfindung wird gebildet durch Laminieren mehrlagiger Dünnfilme, hergestellt aus Fotoresistfilm, um einen multi-mehrlagigen Dünnfilm zu bilden und mehrlagige Thermosäulen, gebildet auf jedem mehrlagigen Film in Reihe mittels Durchgangsbohrungen miteinander zu verbinden.
Ein Thermoelement, das eine mehrlagige Thermosäule bildet, weist eine kalte Verbindungsstelle und eine heiße Verbindungsstelle auf. Wird beispielsweise ein Thermoelement als Infrarotsensor verwendet, der Infrarotlicht aufnimmt, so ist ganz allgemein eine kalte Verbindungsstelle eine Verbindungsstelle gebildet auf einem Substrat mit einer hohen Wärmekapazität, und eine heiße Verbindungsstelle ist eine Verbindungsstelle, gebildet auf einem Dünnfilm, der thermisch gegen das Substrat isoliert ist, wenn Infrarotstrahlen aufgenommen werden, emittiert von einem Objekt mit höherer Temperatur als die Temperatur des Substrates. Wird jedoch Infrarotlicht emittiert von einem Objekt mit höherer Temperatur als die Temperatur des Substrates, so erhöht sich die Wärmedissipation von einem Dünnfilm eines lichtaufnehmenden Teiles, um den Dünnfilm abzukühlen; eine heiße Verbindungsstelle ist eine Verbindungsstelle gebildet auf dem Substrat, und eine kalte Verbindungsstelle ist eine Verbindungsstelle gebildet auf dem Dünnfilm. Ein Substrat wird als Wärmesenke verwendet, da dies eine größere Wärmekapazität als ein Dünnfilm als lichtaufnehmendes Teil aufweist und die Temperatur des Substrates wird als Bezugstemperatur verwendet.
Wird eine Composit-Thermosäule mit einem mehrlagigen Dünnfilm auf einem isometrischen Temperatursensorteil gebildet, so lässt sich die Anzahl der Thermoelemente steigern für die Anzahl von Laminierungen mit niedrigem inneren Widerstand, verglichen mit einer Thermosäule, gebildet auf einem mehrlagigen Dünnfilm. Deshalb lässt sich eine große Ausgangsspannung von der Thermosäule gemäß der Steigerung der Thermoelemente erzielen. Eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule mit hoher Sensitivität kann demgemäß geschaffen werden.
Jede obere und untere mehrlagige Thermosäule wird über Durchgangsbohrungen, gebildet auf einem mehrlagigen Film meist als Fotoresistfilm in Reihe geschaltet. In einem solchen Falle ist es zu bevorzugen, Durchgangsbohrungen in den mehrlagigen Dünnfilmen an den verschiedenen Stellen von Durchgangsbohrungen zu platzieren, die an mehrlagigen Dünnfilmen gerade darunter gebildet sind. Unter diesem Gesichtspunkt ist es wichtig, das Muster einer mehrlagigen Thermosäule so zu gestalten, dass die Positionen der Durchgangsbohrungen voneinander verschieden sind, und dass alle mehrlagigen Thermosäulen gemeinsam in Reihe geschaltet sind, um eine Composit-Thermosäule zu bilden.
Thermoelemente, die jeweils mehrlagige Thermosäulen bilden, können in Reihe geschaltet werden, parallel, oder in einer Kombination hieraus. Insbesondere sind alle diese Thermoelemente vorzugsweise ganz einfach in Reihe geschaltet, um die thermoelektrische Kraft der Composit-Thermosäule mit zwei Terminalen bei einer gegebenen Temperaturdifferenz ΔT zu steigern.
Eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach Anspruch 15 der Erfindung ist eine Thermosäule, gekennzeichnet dadurch, dass der multi-mehrlagige Dünnfilm gebildet ist in einem Opferbereich, und dass die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gegen ein Substrat isoliert ist durch eine Aussparung, die durch Entfernen vom Opferbereich gebildet ist.
Ein Opferbereich wird allgemein eine Opferschicht bezeichnet, wenn diese die Gestalt eines Laminates hat. Dies ist jedoch bei der Erfindung nicht immer der Fall. Somit wird es als Opferbereich bezeichnet. Das Material des Opferbereiches wird Opfermaterial genannt. Ein Opferbereich wird erzeugt durch Anwenden einer Ätzlösung (Ätzmittel), das nicht einen Fotoresistfilm löst, sondern das Opfermaterial. Das Opfermaterial ist Material aus einem multi-mehrlagigen Dünnfilm. Ist das Opfermaterial beispielsweise Kupfer, so lässt sich als Ätzlösung eine Eisenchloridlösung anwenden. Ein Opferbereich kann beispielsweise aus einer elektrischen Platierung oder einer nicht-elektrischen Platierung aus Ni, Zn, Cu und so weiter gebildet werden. Auch kann ein Opferbereich dadurch gebildet werden, dass die Aussparung mit Opfermaterial niedrigen Schmelzpunktes gefüllt wird, beispielsweise mit Zn und so weiter, das erhitzt und gelöst wird. Auch kann ein Opferbereich gebildet werden mittels Tränkens eins Substrates mit einer Aussparung in einem Schmelzzinkplatierbehälter. In diesem Falle wird der belichtete Bereich einer Aussparung mit einer Siliziumkristallebene, umgeben von einer (111) Ebene leicht gebildet durch anisotropes Ätzen unter Verwendung eines Hydrazins, da ein thermischer Oxidfilm eines Einkristallsiliziums und so weiter verwendet wird als Ätzmaske. Dieser belichtete Bereich wird platiert mit lichtelektrolytischer Platierung aus Ni.
Sodann wird dieser Bereich in einem Schmelzzinkplatierbehälter getränkt, enthaltend Material mit einem Flussmittel bei geringer Schmelztemperatur, um die Benetzbarkeit zwischen nicht-elektrolytischem Ni und Zink zu steigern, und um die Aussparung mit Zink auszufüllen. Der gesamte Bereich, ausgenommen die Siliziumaussparung, wird mit Siliziumoxidfilm während des nicht-elektrolytischen Ni-Platierprozesses bedeckt. Es ist vorteilhaft, das Zink, welches nicht Opfermaterial ist, lediglich auf der nicht-elektrolytischen Ni-Platierebene verbleibt. Auch kann beispielsweise verdünnte Salzsäure als Ätzlösung verwendet werden. Auch wird häufig die Elektrode einer Composit-Thermosäule belichtet. Sodann ist es notwendig, ein Elektrodenmaterial auszuwählen, das widerstandsfähig gegen Ätzlösungen ist. Es versteht sich, dass das Material der Elektroden einer Thermosäule wahlweise ausgewählt werden kann, wenn die Elektroden bedeckt oder geschützt werden unter Verwendung von Fotoresist anderer Typen, deren Entwicklungslösung das Fotoresist nicht lösen, das einen multi-mehrlagigen Film bildet.
Eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 16 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 16 gekennzeichnet ist dadurch, dass der Opferbereich durch Füllen von Opfermaterial in die Aussparung gebildet wird, mit einer gegebenen Größe auf dem Substrat.
Eine vorgefertigte Aussparung gegebener Größe auf einem Substrat eines Siliziumeineinkristalles wird beispielsweise verfüllt mit Metall wie Zink als Opfermaterial. Sodann wird ein Fotoresistfilm einer gegebenen Dicke spin-beschichtet für eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule. Ein Film mit zwei unterschiedlichen thermoelektrischen Materialien für eine mehrlagige Thermosäule (beispielsweise Sb und Bi) wird beispielsweise durch Sputtern gebildet. Sodann werden auf dem Film Muster gebildet, um eine mehrlagige Thermosäule durch Fotolithographie zu erzeugen, unter Verwendung eines Fotoresistfilms, der vom Fotoresistfilm mit dem mehrlagigen Dünnfilm verschieden ist. Sodann wird ein Fotoresistfilm für einen mehrlagigen Dünnfilm wiederum spin-beschichtet mit einer gegebenen Dicke, und es werden Durchgangsbohrungen für das elektrische Leiten zwischen den oberen und den unteren Lagen oder Ätzbohrungen zum Ätzen des Opferbereiches gebildet durch Belichten und Entwickeln des Fotoresistfilms. Sodann wird der Sputter-Ablageprozess oder Herstellungsprozess einer mehrlagigen Thermosäule wiederholt, um eine Composit-Thermosäule zu bilden. Sodann wird der Opferbereich durch eine Ätzlösung entfernt durch die Ätzbohrungen auf dem Opferbereich. Durch diesen Prozess erscheint die vorgefertigte Aussparung, und ein mehrlagiger Dünnfilm für eine Composit-Thermosäule wird thermisch gegen das Substrat isoliert. Sodann werden Verdrahtungen zu Elektroden hergestellt und die Composit-Thermosäule ist vollendet.
Eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 15 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei das Substrat aus einem Einkristallsilizium besteht.
Einkristallsilizium ist das bevorzugte Material für das Substrat einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule, da eine Aussparung hoher Dimensionsgenauigkeit durch anisotropes Ätzen erzeugt werden kann, unter Verwendung der Kristalle. Eine elektronische Komponente wie eine Diode oder ein Transistor oder ein IC lassen sich auf dem Kristall bilden, und ein Isolationsfilm lässt sich leicht bilden; dies ist ein Material hohen Wärmewiderstandes und hoher Dauerhaftigkeit.
Eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 16 der Erfindung ist eine Einrichtung, wobei die Dicke des mehrlagigen Dünnfilms wirksam gesteigert wird in einer Reflexion von Einbuchtungen und Ausbuchtungen im Opferbereich, und die Biegesteifigkeit des mehrlagigen Dünnfilms wird verbessert.
Fotoresistfilm, der verwendet wird für einen mehrlagigen Dünnfilm ist allgemein ein dünnes und elastisches organisches Material. Dieses kann eine Verformung oder Verbiegung bei einer Brückenbildung erfahren. Um dieses Problem zu lösen, wird ein hartes Material zur Verstärkung verwendet, das verschieden ist von jenem des mehrlagigen Dünnfilms, beispielsweise ein anorganisches Material wie ein Silizium-Dünnfilm ein Aluminium-Dünnfilm oder ein Silizium-Nitrid-Dünnfilm einer Sputter-Ablage. Die Festigkeit des Mehrlagen-Dünnfilms mit einer Floating-Struktur aufgrund einer Aussparung lässt sich verbessern.
Wird eine SOI-Lage (Silizium auf Isolator) als Substrat verwendet, so lässt sich die SOI-Lage verwenden als Dünnfilm zur Verstärkung. Ein mehrlagiger Dünnfilm aus Fotoresistfilm wird auf der SOI-Lage gebildet, und hierauf kann eine Composit-Thermosäule gebildet werden. Es wird eine Aussparung ohne Entfernen der SOI-Lage gebildet. Die Aussparung kann mit Opfermaterial wie Zink ausgefüllt werden. Eine SOI-Lage ist wärmebeständig bis zu einer gewissen Temperatur. Deshalb kann hierauf ein Dünnfilmerhitzer gebildet werden. Zur Anwendung bei einem Absoluttemperatursensor oder einem Dünnfilmerhitzer lassen sich eine Diode oder ein Transistor verwenden. Auch kann hierauf eine integrierte Schaltung gebildet werden.
Eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach Anspruch 18 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei die Dicke des mehrlagigen Dünnfilms wirksam erhöht wird in einer Reflektion von Kavitäten oder Konvexitäten gebildet auf dem Opferbereich, und die Biegesteifigkeit des mehrlagigen Dünnfilms wird gesteigert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Dicke des mehrlagigen Dünnfilms wirksam gesteigert, um die Biegesteifigkeit des mehrlagigen Dünnfilms zu erhöhen. Es werden ein oder mehrere Gräben gebildet, beispielsweise mittels Ätztechnik unter Verwendung von Fotolithographie im Opferbereich aus Zink, und es wird ein mehrlagiger Dünnfilm für die mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gebildet durch Beschichten des Fotoresistfilms. Geht man so vor, so wird eine Aussparung als Querschnittsgestalt gebildet auf dem Fotoresistfilm in einer Reflektion der Gräben. Nach demselben Prinzip wird die Biegesteifigkeit einer gewellten Zinnplatte verbessert. Die Dicke des Fotoresistfilms wird wirksam entlang der Biegerichtung vergrößert und die Biegesteifigkeit verbessert. Ein mehrlagiger Dünnfilm kann nicht nur aus einem Fotoresistfilm hergestellt werden, sondern auch verstärkt werden durch Bilden weiterer Dünnfilme. Ganz allgemein ist die Biegesteifigkeit proportional dem Quadrat der Dicke, sodass die Biegesteifigkeit achtmal höher wird, wenn die wirksame Dicke zweimal größer wird. Kavitäten und Konvexitäten, gebildet auf dem Opferbereich, bedeutet entweder Kavitäten oder Konvexitäten, oder beide zusammen, und wird ganz einfach ausgedrückt als „Kavitäten und Konvexitäten”.
Eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 17 der Erfindung ist eine Einrichtung, wobei eine Mehrzahl von Composit-Thermosäulen in Gestalt einer Gruppierung auf dem Substrat angeordnet ist.
Durch Platzieren einer Mehrzahl von Composit-Thermosäulen in Gestalt einer Gruppierung auf demselben Substrat lässt sich eine Thermosäule verwenden für die Messung der Temperatur eines Zielobjektes, und die andere lässt sich verwenden für die Messung einer spezifischen Temperatur, die als Bezugstemperatur dient, beispielsweise dann, wenn zwei Composit-Thermosäulen unabhängig voneinander arbeiten.
Auch kann eine Anzahl von Composit-Thermosäulen in Gestalt einer zweidimensionalen Gruppierung platziert werden, wobei jede verwendet wird als Pixel eines Bildsensors. Werden beispielsweise die Composit-Thermosäulen verwendet für Infrarotsensoren eines Aural-Thermometers, so kann die Temperaturverteilung eines Ohres gemessen werden, wobei die Temperatur eines äußeren Ohres geringer als diejenige eines Trommelfells ist. Sodann lässt sich die Temperatur eines Trommelfells als höchste Temperatur in der Temperaturverteilung messen. Auf diese Weise lässt sich ein Messfehler einer Temperatur aufgrund der Differenz des Einführwinkels in das Ohr minimieren. Es versteht sich, dass zahlreiche andere Anwendungen möglich sind, beispielsweise als Gasströmungsmesser oder als Flüssigkeitsströmungsmesser oder für die Kombination eines Erhitzers gebildet auf dem Substrat und der Thermosäulen, platziert stromaufwärts und stromabwärts des Erhitzers.
Eine Composit-Thermosäule, die gebildet ist auf einem mehrlagigen Dünnfilm, thermisch isoliert gegen ein Substrat, ist hochsensitiv. Ein thermischer Leitungssensor kann erzeugt werden durch Bilden der Composit-Thermosäule und eines Dünnfilmerhitzers auf dem mehrlagigen Dünnfilm. Ein thermischer Leitungssensor ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Änderung des thermischen Leitverhältnisses von Fluid wie Gas oder Flüssigkeit in Kontakt mit dem Dünnfilm durch Erhitzen des Filmes unter Verwendung des Dunnfilmerhitzers. Es lässt sich verwenden als Strömungssensor, als Atmosphärendrucksensor mit einem Vakuumsensor, als Gassensor mit einem Wasserstoffsensor oder als Feuchtigkeitssensor, als extrem kompakter thermischer Analysator zum Erfassen einer Änderung der Enthalpie von Material durch thermisches Scanning eines Dunnfilmerhitzers und so weiter. Als Dünnfilmerhitzer lassen sich ein Dünnfilmwiderstand oder ein Metallwiderstand oder ein Dünnfilm-Thermoelement verwenden. Auch die Heiztemperatur eines Dunnfilmerhitzers (ein Mikroerhitzer) ist meistens ein Temperatursprung von etwa 10°C. Deswegen lässt sich ein Fotoresistfilm verwenden für einen mehrlagigen Dünnfilm. Auch ist die Funktion als thermischer Leitungssensor nicht beschränkt auf das Messen verschiedener physikalischer Mengen durch Messen der Temperaturänderung eines mehrlagigen Dünnfilms, basierend auf einer Änderung der thermischen Leitfähigkeit eines Fluids in der Umgebung. Manchmal ist es in höherem Maße wünschenswert, eine Änderung der thermischen Leitfähigkeit eines Fluids während eines Abkühlprozesses unmittelbar nach dem Ende des Erhitzens zu messen, und zwar durch den Dünnfilmerhitzer in Gestalt einer Erhitzungsgeräuschvermeidung sowie einer Identifizierung eines Fluids.
Eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach Anspruch 31 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei ein Absolut-Temperatursensor auf dem Substrat gebildet und als Sensor zum Messen der Temperatur des Substrates verwendet wird.
Eine Thermosäule ist ein Temperaturdifferenzsensor. So wird ein Absoluttemperatursensor oft notwendig sein zum Anzeigen einer absoluten Temperatur. Besonders eine der Verbindungsstellen wie eine Kaltverbindungsstelle einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule wird vorzugsweise gebildet auf einem Substrat mit hoher Wärmekapazität und hoher Wärmeleitfähigkeit. Insbesondere dann, wenn eine Thermosäule verwendet wird für ein Strahlungsthermometer, so ist es notwendig, eine Bezugstemperatur der Thermosäule zu haben, weshalb ein Absoluttemperatursensor notwendig ist. Als Absoluttemperatursensor werden ein temperatursensitiver Widerstand, ein Thermistor, eine Diode und ein Transistor gern benutzt. Wird ein Einkristallsiliziumsubstrat verwendet, so lassen sich eine Diode oder ein Transistor unmittelbar auf dem Substrat bilden, und es kann ein temperaturempfindlicher Widerstandsdünnfilm oder ein Thermistor auf einem Siliziumoxidfilm, gebildet auf dem Substrat, verwendet werden. Auch können einige Widerstände aus thermoelektrischen Materialien mit hohem Temperaturkoeffizienten des Widerstands als Temperatursensoren verwendet werden von Widerständen, die die Thermosäule bilden. Wie oben beschrieben, wird eine der Verbindungsstellen wie eine Kaltverbindungsstelle einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule vorzugsweise gebildet auf einem Substrat. In diesem Falle wird die andere Verbindungsstelle wie eine Heißverbindungsstelle auf dem mehrlagigen Dünnfilm gebildet, thermisch isoliert gegen das Substrat. Ist die Temperatur des mehrlagigen Dünnfilms, thermisch gegen das Substrat isoliert, geringer, als die Temperatur des Substrates, so wird entsprechend der Natur einer Thermosäule eine Kaltverbindung in diesem Film und eine Heißverbindung auf dem Substrat gebildet.
Eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 19 der Erfindung ist eine Einrichtung, wobei ein Halbleitersubstrat verwendet und eine integrierte Schaltung mit einem Verstärker auf dem Substrat gebildet ist.
Wird als Substrat ein Halbleiter wie ein Einkristallsilizium gewählt, und wird auf dem Substrat eine Aussparung gebildet, so können auf demselben Substrat eine Mehrzahl von Schaltungen wie ein Verstärker, eine arithmetische Schaltung und weiterhin eine Treiberschaltung und so weiter gebildet werden. Auch können Strahlenthermometer, ein Bildsensor, ein Flusssensor und so weiter vorgesehen werden durch Bilden eines Systems auf demselben Substrat unter Verwendung der IC-Technik.
Eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 20 der Erfindung ist eine Einrichtung, wobei einige der Verbindungen der Composit-Thermosäule in einen Infrarot aufnehmenden Teil gebildet und die Einrichtung verwendet wird für eine thermische Infrarotsensoreinrichtung.
Eine der Verbindungsstellen der Composit-Thermosäule wie eine Heißverbindungsstelle wird auf dem Dünnfilm eines Infrarot aufnehmenden Teiles wie eines Temperatursensorteiles gemäß der Erfindung gebildet, sodann wird eine Mehrzahl von Filmen laminiert, um eine Composit-Thermosäule mit einer dreidimensionalen Gruppierung von Thermoelementen zu bilden. Damit wird eine Infrarotsensorvorrichtung aus einer mehrlagigen Thermosäule mit sehr geringem inneren Widerstand in Bezug auf die Gesamtzahl von Thermoelementen, gebildet auf einem isometrischen Infrarot aufnehmenden Teil verwirklicht. Auch jeder mehrlagige Dünnfilm, der den multi-mehrlagigen Dünnfilm bildet, wird unter Anwendung von Fotoresistfilmen gebildet; deshalb lassen sich sehr kleine Durchgangsbohrungen mit hoher Genauigkeit bilden. Ein Temperatursensorteil, das ein Infrarot aufnehmendes Teil aufweist, ist ein multi-mehrlagiger Dünnfilm, platziert in einem Bereich, der thermisch gegen das Substrat isoliert ist. Auch kann ein spezifischer Absorptionsfilm wie ein Gold Black am lichtaufnehmenden Teil als Infrarotabsorptionsfilm gebildet werden. Hat der multi-mehrlagige Dünnfilm ein gewünschtes Absorptionsband in einem Infrarotwellenlängenbereich, so ist es nicht notwendig, einen spezifischen Absorptionsfilm wie einen Gold Black zu bilden durch Anwenden dieses multi-mehrlagigen Dünnfilms.
Ein Strahlungsthermometer nach Anspruch 24 der Erfindung ist eine Vorrichtung, wobei unter Verwendung der multi-mehrlagigen Thermosäule nach Anspruch 10 der Erfindung die Temperatur und die Temperaturverteilung eines Objekts im Display wiedergegeben werden können, basierend auf Ausgangssignalen der Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule, erzeugt durch Aufnehmen eines Infrarotlichtes vom Objekt.
Auch kann eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung angewandt werden für ein Strahlungsthermometer, um die Temperatur eines Objektes bei der Messung zu erfassen, und für einen Bildsensor zum Visualisieren der Temperaturverteilung sowie deren Bildes. Auch kann die Thermosäule angewandt für ein Aural-Thermometer, um die Körpertemperatur durch Messen der Trommelfelltemperatur abzubilden. Auch kann die Thermosäule angewandt werden für einen nicht-dispersiven Infrarotanalysator (einen nicht-dispersiven Infrarotgasanalysator), unter Verwendung der hohen Sensitivität. Die Thermosäule mit einer Infrarotlichtquelle ist ein vielversprechender Ansatz für einen Gassensor unter Verwendung der Infrarotabsorption eines spezifischen Gases wie Kohlendioxid.
Um die Thermosäule als Strahlungsthermometer zu verwenden, muss ein Infrarot-Absorptionsfilm gebildet werden, der ein Absorptionsband im gewünschten Infrarotlicht-Wellenlängenbereich auf der Thermosäule aufweist. Um beispielsweise eine Infrarotsensoreinrichtung für ein Aural-Thermometer zu verwenden, kann der zuvor genannte mehrlagige Dünnfilm selbst aus einem Siliziumnitridfilm oder einem Siliziumoxidfilm hergestellt werden, da ein Siliziumnitridfilm und ein Siliziumoxidfilm ein Absorptionsband im Bereich von 8–14 μm haben, was 37°C der menschlichen Körpertemperatur entspricht. Ein Problem besteht jedoch darin, ob eine geeignete Dicke des Filmes erzeugt werden kann oder nicht. Deshalb wird in vielen Fällen ein separater Infrarotlicht-Absorptionsfilm gebildet.
Gold Black-Film wird oft verwendet für einen Infrarotlicht-Absorptionsfilm; auch können ein poröser Chrom-Dünnfilm und ein Ni-Dünnfilm verwendet werden. Die Funktion eines Infrarotlicht-Absorptionsfilms besteht darin, Infrarotlicht aufzunehmen, Infrarotlicht in Wärme umzuwandeln, und die Temperatur eines Dünnfilms in jenem Bereich zu steigern oder abzusenken, wo sich die Verbindungsstelle der Thermosäule im lichtaufnehmenden Teil befindet. Es gibt einige Beschränkungen bezüglich der Anzahl von Thermoelementen in einer mehrlagigen Thermosäule, gebildet auf jedem mehrlagigen Dünnfilm. Deshalb ist es wünschenswert, die Verbindungsstelle einer Thermoelementgruppierung, die eine mehrlagige Thermosäule bildet, im Bereich des zentralen Bereiches im lichtaufnehmenden Teil zu bilden an einer Stelle außerhalb des Zentrums des Dünnfilms, im Hinblick auf das Verhältnis zwischen dem Bereich eines jeden Kontaktpunktes und der Anzahl von Thermoelementen. Generell wird ein Infrarotlicht-Absorptionsfilm über der ganzen Fläche des Dünnfilmes gebildet, was ein lichtaufnehmendes Teil ist, und der Zentralbereich des Dünnfilms ist jener Bereich, welcher auf die höchste Temperatur erhitzt wird durch Aufnehmen von Infrarotlicht. Infrarotsensorvorrichtung mit hoher Sensitivität lässt sich erzeugen durch Bilden eines wärmeleitenden Dünnfilms, der die hohe Temperatur des zentralen Bereiches leitet, sodass der Film so viele Verbindungsstellen der Thermoelementgruppierung einer mehrlagigen Thermosäule, gebildet auf den Dünnfilmen, abdeckt, die thermisch gegen das Substrat isoliert sind, von jedem mehrlagigen Dünnfilm, eingeschlossen die Nachbarschaft des zentralen Bereiches. Außerdem kann ein Infrarotlicht aufnehmender Film in einem multi-mehrlagigen Dünnfilm gebildet werden, somit nicht notwendigerweise auf jedem mehrlagigen Dünnfilm.
Bei einem Strahlungsthermometer gemäß der Erfindung wird Infrarotlicht von einem Zielobjekt im lichtaufnehmenden Teil absorbiert, das ein Temperatursensorteil ist, und das Licht wird umgewandelt in Wärme unter Verwendung einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule. Sodann werden die Temperatur und die Temperaturverteilung eines Objektes abgebildet, basierend auf dem elektrischen Ausgangssignal der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule, verursacht durch die Temperaturänderung. Die Temperatur des Zielobjektes kann gemessen und visualisiert werden als Temperaturverteilung, oder deren Bild durch Verwendung des Thermometers als Bildsensor. Auch kann die Körpertemperatur durch Messen der Trommelfelltemperatur abgebildet werden unter Verwendung der Vorrichtung als Aural-Thermometer. Auch ist eine Anwendung als Gassensor möglich unter Verwendung einer Infrarotabsorption eines spezifischen Gases wie Kohlendioxid, da die Vorrichtung eine hohe Sensitivität aufweist. Ein Kompakt-Strahlungsthermometer gemäß der Erfindung lässt sich schaffen, wenn eine integrierte Schaltung auf einem Einkristallsiliziumsubstrat gebildet wird, das auch verwendet wird als Sensortyp für die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule.
Ein Herstellungsverfahren einer mehrlagigen Thermosäule nach Anspruch 25 der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule, umfassend: ein Verfahren zum Herstellen eines Opferbereiches, wobei ein Opferbereich auf einem Substrat gebildet wird;
ein Verfahren zum Beschichten eines Fotoresists, weil ein Fotoresistfilm den Opferbereich und das Substrat abdeckt;
ein Verfahren zum Bemustern eines Fotoresists, wobei das Fotoresistmuster gebildet wird durch Belichten eines Fotoresistfilmes;
ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Thermosäule unter Bildung einer mehrlagigen Thermosäule;
ein Verfahren zum Wiederholen einer Sequenz der oben beschriebenen Verfahrensschritte vom Fotoresist-Beschichtungsverfahren zum Herstellen der mehrlagigen Thermosäule zum Bilden eines multi-mehrlagigen Dünnfilms;
sodann der Prozess des Entfernens des Opferbereiches.
Der Verfahrensschritt des Bildens eines Opferbereiches wird im Allgemeinen ausgeführt durch Füllen von Opfermaterial in eine Aussparung durch die bekannte Platiertechnik wie eine nicht-elektrolytische Nickel-Platierung, Kupfer-Platierung, Zink-Platierung, oder die Kombination aus diesen, oder durch Bilden eines Opferbereiches auf dem Substrat. Die Fläche, auf welcher der Opferbereich nach diesem Prozess gebildet wird, weist häufig eine Ausbeulung auf. Um diese Ausbeulung zu entfernen, ist es zu bevorzugen, die Fläche durch physikalisches Polieren im Opferbereich zu planieren. Auch ist es zu bevorzugen, falls notwendig, Kavitäten oder Konvexitäten oder diese beiden durch Fotolithographie zu erzeugen. Weiterhin ist es zu bevorzugen, Gräben im Multi-Mehrlagenfilm aus Fotoresist zu bilden, anschließend zu beschichten, sodass die Biegefestigkeit des Filmes verstärkt wird. Es ist wichtig, den Film mit einer Stärke auszustatten, erhöht entlang der wirksamen Biegerichtung. Kavitäten oder Konvexitäten werden vorzugsweise in jenem Bereich gebildet, in welchem mehrlagige Thermosäulen des multi-mehrlagigen Films nicht in maximalem Ausmaß gebildet sind, um eine Abkopplung der mehrlagigen Thermosäulen zu vermeiden. Sodann werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
der Fotoresist-Beschichtungsprozess zum Beschichten des Fotoresistfilms;
das Bemustern der Durchgangsbohrungen unter Entwicklung von Mustern zum Bilden von Durchgangsbohrungen nach dem Bestimmen mehrlagiger Dünnfilmbereiche;
das Herstellen von mehrlagigen Thermosäulen, wobei mehrlagige Thermosäulen gebildet werden;
das Wiederholen einer Sequenz der oben genannten Verfahrensschritte;
sodann nach dem Wiederholen Laminieren der mehrlagigen Thermosäulen, wobei eine Composit-Thermosäule vorgefertigt wird. Es versteht sich, dass bei diesen Verfahrensschritten jede der mehrlagigen Thermosäulen auf der oberen und der unteren Lage gebildet werden, die elektrisch miteinander verbunden werden durch Durchgangsbohrungen im mehrlagigen Dünnfilm, sodass dann wenigstens eine Composit-Thermosäule gebildet wird und die Muster der Ausgangsterminale in einem Substratbereich gebildet werden. Sodann wird ein Verfahrensschritt des Entfernens des Opferbereiches ausgeführt durch Eindringen lassen eines Ätzmittels in den Opferbereich durch Ätzen der Bohrungen, die vorgeformt sind auf einem Multi-Mehrlagenfilm eines Fotoresist auf einer Aussparung gebildet auf der Fläche des Substrates oder in einer Aussparung, angeordnet auf der Rückseite des Substrates. Sodann wird die Herstellung der mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule vervollständigt durch die Verfahrensschritte der Verdrahtungsanbindung von der Ausgangselektrode oder der Packung.
VORTEILE DER ERFINDUNG
(Erste Erfindung)
Eine Composit-Thermosäule wird gebildet durch Laminieren von k mehrlagigen Dünnfilmen mit Thermosäulen, während die isometrischen Dünnfilme platziert werden im Temperatursensorteil in einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung. Dies hat den Vorteil, dass der innere Widerstand kleiner wird im Verhältnis zu k-ten Teil im Quadrat der konventionellen Thermosäule, gebildet auf einem mehrlagigen Dünnfilm; eine Temperatursensorvorrichtung mit großem S/N-Verhältnis lässt sich erzielen, mit Thermoelementen derselben Anzahl n, wie konventionelle Thermoelemente.
Eine Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung lässt sich verwenden als ein Blatt des Temperatursensorteiles durch Laminieren einer Mehrzahl von Dünnfilmen, in welchem die mehrlagige Thermosäule gebildet ist. Auch kann eine Thermosäule hochsensitiv sein, wenn ein größerer Ausgang erzeugt wird, wenn eine oder mehrere Thermoelemente für dieselbe Temperaturdifferenz ΔT zwischen Verbindungen zusammengesetzt sind. Der Vorteil liegt darin, dass eine Temperatursensoreinrichtung hoher Sensitivität und relativ niedrigem Widerstands verwendet werden können durch dreidimensionale Expansion einer Composit-Thermosäule mit insgesamt n Thermoelementen mittels Laminieren.
Am besten bildet man Elektroden aus mehrlagigen Thermosäulen auf dem oberen mehrlagigen Dünnfilm um die Durchgangsbohrungen herum, gebildet auf dem oberen mehrlagigen Dünnfilm bei der Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung, sodass elektrische Zwischenlager-Leiter durch Verwendung von leitfähigem Klebstoff und dergleichen leicht erzeugt werden können.
Ein Temperaturerfassen mit hoher Genauigkeit lässt sich mit einer Temperaturvorrichtung gemäß der Erfindung erzielen, da alle Kaltverbindungsstellen oder Heißverbindungsstellen aller mehrlagiger Thermosäulen einer Composit-Thermosäule auf demselben Substrat mit hoher Wärmekapazität gebildet werden, und die Bezugstemperaturen aller Thermosäulen, die Temperaturdifferenzsensoren sind, gleich sind.
Bei einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung lässt sich wenigstens ein Dünnfilmerhitzer (ein Mikroerhitzer) auf dem mehrlagigen Dünnfilm bilden, wobei eine Composit-Thermosäule gebildet ist. Eine solche Konfiguration hat den Vorteil, dass physikalische Mengen mit hoher Sensitivität und hoher Genauigkeit gemessen werden können, wie eine Fluidströmung, eine Verunreinigungskonzentration, der atmosphärische Druck sowie verschiedene thermische physikalische Mengen durch Wärmeanalyse unter Anwendung für einen thermischen Leitungssensor.
Bei einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung wird eine Konfiguration gebildet, wobei eine Mehrzahl von Temperatursensorteilen auf demselben Substrat gebildet werden, was den Vorteil hat, dass die Ausgänge einer jeden Composit-Thermosäule verwendet werden kann als Eingänge eines Differenzialverstärkers, oder sie werden gebildet in Gestalt einer Gruppierung sodass eine Temperaturverteilung gemessen werden kann, um die höchste oder niedrigste Temperatur im gemessenen Bereich zu erfassen.
Die Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung lässt sich verwenden als thermischer Infrarotsensor, somit als Thermometer oder Bildsensor mit hoher Sensitivität als Strahlungstemperatur.
Ein Herstellungsverfahren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst einen Verfahrensschritt zum Bilden mehrlagiger Thermosäulen auf jedem mehrlagigen Dünnfilm, meist hergestellt aus organischen Dünnfilmen, und die Filme zu laminieren, hat die Vorteile, dass ein organischer Dünnfilm mit geringer thermische Leitfähigkeit wie ein PET-Film, der als sehr dünner Film gebildet wird, verwendet werden kann, und dass Durchgangsbohrungen leicht herstellbar sind, und dass die Vorrichtungen leicht isoliert werden können, und dass eine Niedrigpreis-Temperatursensorvorrichtung mit hoher Sensitivität und hohem S/N-Verhältnis leicht herstellbar ist.
(Zweite Erfindung)
Die zweite Erfindung hat die nachstehend beschriebenen Wirkungen zusätzlich zu den Wirkungen der ersten Erfindung. Die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der zweiten Erfindung, wobei mehrlagige Dünnfilme, die die multi-mehrlagigen Dünnfilme bilden, thermisch gegen das Substrat durch einen Fotoresistfilm isoliert sind, meist aus Fotoresistfilm hergestellt sind, die Vorteile haben, das winzige Durchgangsbohrungen mit hoher Genauigkeit leicht gebildet werden können durch Bemustern, basierend auf einem Belichtungs- und Entwicklungsprozess des Fotoresistfilms selbst, wobei jede mehrlagige Thermosäule leicht in Reihe geschaltet werden kann über die Durchgangsbohrungen; weiterhin lässt sich die Anzahl der Prozessschritte verringern, um den multi-mehrlagigen Dünnfilm zu erzeugen unter Verwendung eines Fotoresistfilms, der direkt bemustert werden kann durch Belichten und Entwickeln.
Bei der mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung kann ein Opferbereich gebildet werden durch Füllen von Opfermaterial in die Aussparung genauer Abmessungen, vorgeformt auf dem Substrat, sodass es einfach ist, eine Composit-Thermosäule thermisch von einem Substrat zu trennen durch Entfernen des Opferbereiches mittels eines Ätzprozesses. Selbst dann, wenn ein Siliziumsubstrat verwendet und eine Aussparung auf dem Substrat unter Verwendung eines anisotropen Ätzmittels verwendet wird, das ein stark alkalisches Ätzmittel ist, ist es nicht notwendig, dass das stark alkalische Ätzmittel den Opferbereich ätzt, um den mehrlagigen Dünnfilm als Fotoresistfilm thermisch vom Substrat. Dies hat den Vorteil eines weiten Bereiches von Optionen zur Auswahl der Kombination von Opfermaterial und seinem Ätzmittel.
Bei einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung wird ein kristallines Substrat wie Siliziumeinkristall verwendet. Sodann lässt sich eine Aussparung genauer Abmessungen leicht bilden unter Verwendung einer Kristallorientierungsebene. Die Größe des Bereiches, die gegen das Substrat aus multi-mehrlagigem Dünnfilm thermisch isoliert ist, ist demgemäß sehr genau und der Größe der Aussparungen bestimmbar. Dies hat den Nachteil einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule von sehr genauem und gleichmäßigem thermischem Ansprechen.
Bei der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung kann ein kristallines Substrat wie ein Siliziumeinkristall verwendet werden. Sodann lässt sich eine Aussparung genauer Abmessungen leicht bilden unter Anwendung der Kristallorientierungsebene. Demgemäß ist die Größe des Bereiches, der thermisch gegen das Substrat aus multi-mehrlagigem Dünnfilm gebildet ist, sehr genau abgegrenzt entsprechend der Größe der Aussparung. Dies hat den Vorteil, dass eine Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule geschaffen werden kann mit einem sehr genauen und gleichmäßigem thermischem Ansprechverhalten.
Bei der Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung lässt sich die Biegesteifigkeit des multi-mehrlagigen Dünnfilms leicht steigern durch effektives Steigern der Dicke des multi-mehrlagigen Dünnfilms in einer Reflektion einer auf dem Opferbereich gebildeten Konkavität und Konvexität. Die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass der Temperatursensorteil, der ein schwebender Dünnfilm ist, thermisch isoliert gegen das Substrat mittels einer Aussparung im multi-mehrlagigen Dünnfilm eines Fotoresistfilms, verstärkt werden kann, um einer Verformung zu widerstehen, durch Auswahl des Fotoresistmaterials und bei Unterstützung des Dünnfilms zur Verstärkung.
Die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass das Temperatursensorteil, welches ein schwebender Dünnfilm ist, thermisch gegen das Substrat isoliert ist mittels einer Aussparung im multi-mehrlagigen Dünnfilm eines Fotoresistfilms und verstärkt werden kann, um einer Verformung durch Auswahl des Fotoresistmaterials sowie unter der Unterstützung eines Dünnfilms zu verstärken.
Bei der Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung mit Verwendung des Opferbereiches gebildet auf dem Substrat kann ein Temperatursensorteil gebildet werden, der ein schwebender Dünnfilm ist, thermisch isoliert gegen ein Substrat des multi-mehrlagigen Dünnfilms aus dem Fotoresistfilm. Auch lassen sich Kreisläufe als integrierte Kreisläufe in einem Substratbereich unter dem schwebenden Temperatursensorteil bilden. Auf diese Weise kann eine kompakte multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule hergestellt werden, die als System verwendet werden kann. Insbesondere dann, wenn eine Gruppierung von zweidimensionalen infrarotsensorlicht-aufnehmenden Teilen gebildet wird unter Verwendung dieses schwebenden Temperatursensorteils als Mikropixel eines Bildsensors, wird eine integrierte Schaltung als Signalprozessschaltung eines jeden Pixels vorzugsweise gebildet in einem Substratbereich unter dem schwebenden Temperatursensorteil. Diese Konfiguration erlaubt es dem Infrarotlicht aufnehmenden Teil mit einem wirksamen großen lichtaufnehmenden Bereich einen Bildsensor mit hervorragender Auflösung und hoher Sensitivität zu schaffen.
Bei der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung kann ein kristallines Substrat wie ein Siliziumeinkristall verwendet werden, was es möglich macht, ausgereifte IC-Technik zu verwenden. Die Thermosäule hat den Vorteil, dass eine kompakte Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule hoher Sensitivität sowie ein Strahlungsthermometer, die diese verwendet, geschaffen werden kann, da integrierte Schaltungen wie ein Verstärker, ein Arbeitsschaltkreis, ein Regelkreis und so weiter oder ein System falls notwendig auf dem Substrat einer konventionellen multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gebildet werden können.
Bisher wurde ein teures SOI-Substrat als Substrat für eine Thermosäule verwendet. Die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der vorliegenden Erfindung hat jedoch den Vorteil, dass eine kostengünstige Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule verwendet werden kann, einfach durch Verwenden eines kostengünstigen Siliziumeinkristalls.
Bei der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung wird eine Verbindungsstelle (eine Kaltverbindungsstelle oder eine Heißverbindungsstelle) einer jeden mehrlagigen Thermosäule der Composit-Thermosäule auf demselben Substrat mit hoher Wärmekapazität gebildet, was es ermöglicht, einen sehr genauen Temperatursensor zu schaffen, da die Bezugstemperaturen eines jeden Temperatursensorteiles der Thermosäulen gleich ist, was ein Temperaturdifferenzsensor ist.
Die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass physikalische Mengen mit hoher Sensitivität und hoher Genauigkeit gemessen werden können, so wie eine Fluidströmung, Verunreinigungskonzentrationen, atmosphärischer Druck sowie verschiedene thermische physikalische Quantitäten, gemessen durch Wärmeanalyse unter Anwendung für einen thermischen Leitersensor, da wenigstens ein Dünnfilmerhitzer (ein Mikroerhitzer) anders als eine Composit-Thermosäule gebildet werden kann auf dem multi-mehrlagigen Dünnfilm einem anderen multi-mehrlagigen Dünnfilm, platziert nahe dem Film, wo die Composit-Thermosäule gebildet ist.
Bei der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung können eine Mehrzahl von Temperatursensorteilen auf demselben Substrat gebildet werden, und jeder Ausgang der Composit-Thermosäulen kann unterschiedlich verstärkt werden, oder die Temperaturverteilung kann gemessen werden unter Verwendung der Temperatursensorteile, angeordnet in Gestalt einer Gruppierung. Durch Anwendung dieser Vorrichtung können sich die höchsten oder die niedrigsten Temperaturen extrahieren, sodass die Vorrichtung anwendbar ist für ein Aural-Thermometer auris extern kann mit geringem Messfehler gemessen werden.
Das Herstellungsverfahren der Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung umfasst die notwendigen Verfahrensschritte zum Bilden mehrlagiger Thermosäulen auf jedem mehrlagigen Dünnfilm, meist hergestellt aus einem Fotoresistfilm, und zum Laminieren der mehrlagigen Dünnfilme. Der Fotoresistfilm ist meistens aus einem organischen Material mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Er kann leicht als sehr dünner Film erzeugt werden, und es lassen sich Durchgangsbohrungen mit hoher Genauigkeit leicht erzeugen. Deshalb kann ein multi-mehrlagiger Dünnfilm, thermisch isoliert gegen ein Substrat, verwendet für ein Temperatursensorteil, leicht gebildet werden durch Anwenden eines Opferbereiches unter Verwendung einer Aussparung, die mit hoher Genauigkeit vorgeformt ist. Deshalb hat das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung den Vorteil, dass eine sehr einheitliche Sensorvorrichtung mit geringer Variabilität, hoher Sensitivität und raschem Ansprechverhalten gebildet wird, dass sich die Vorrichtungsisolierung leicht erreichen lässt, und dass eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule zu geringem Preis mit hohem S/N-Verhältnis geschaffen werden kann. Insbesondere dann, wenn ein billiges Siliziumeinkristallsubstrat verwendet wird als Substitut für ein SOI-Substrat, so ergibt sich der Vorteil, dass eine kompakte, niedrigpreisige multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule mit einer integrierten Schaltung erzeugt werden kann.
1 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes, das eine Ausführungsform zeigt, die das Konzept einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung erläutert, angewandt bei einer thermischen Infrarotsensoreinrichtung (Ausführungsform 1) der ersten Erfindung.
2 ist ein Umrissliniendiagramm im Querschnitt entlang der X-X-Linie der Temperatursensoreinrichtung gemäß der ersten Erfindung, gezeigt in 1 (Ausführungsform 1 der ersten Erfindung).
3 ist ein Strukturdiagramm einer jeden mehrlagigen Thermosäule, die eine Composit-Thermosäule mit mehrlagigen Dünnfilmen der Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung darstellt, angewandt bei einer thermischen Infrarotsensoreinrichtung, die drei verschiedene Typen von mehrlagigen Dünnfilmen zeigt mit einem mehrlagigen Thermosäulenstruktur (a), (b) und (c), wobei ein anorganischer Dünnfilm für jeden Dünnfilm verwendet wird (Ausführungsform 1 der ersten Erfindung).
4 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes einer Ausführungsform, um eine Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung zu erläutern, wobei eine Composit-Thermosäule aufgebaut ist aus Licht empfangenden Teilen, deren jedes zwei mehrlagige Dünnfilme aufweist (Ausführungsform 2 der ersten Erfindung).
5 ist ein auseinandergenommenes Strukturdiagramm einer jeden mehrlagigen Thermosäule, die eine Composit-Thermosäule bildet, mit mehrlagigen Dünnfilmen einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung, angewandt bei einer thermischen Infrarotsensoreinrichtung, die drei verschiedene Typen von mehrlagigen Dünnfilmen zeigt mit mehrlagigen Thermosäulenstruktur (a), (b) und (c), wobei ein organischer Dünnfilm für jeden Dünnfilm verwendet wurde (Ausführungsform 3 der ersten Erfindung).
6 ist ein Umriss einer Ausführungsform, um das Konzept einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung zu erläutern, und zwar für eine thermische Infrarotsensoreinrichtung, wobei ein organischer Dünnfilm für jeden Dünnfilm verwendet wird (Ausführung 3 der ersten Erfindung).
7 ist ein Strukturdiagramm einer Ausführungsform, wobei ein organischer Dünnfilm für jeden Dünnfilm einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird; eine Mehrzahl von Mustergruppierungen einer mehrlagigen Thermosäule, gebildet auf jedem mehrlagigen Dünnfilm, ist aus einem organischen Dünnfilm gebildet. 7(a) zeigt eine Draufsicht der auf einen Rahmen geklebten Struktur. 7(b) zeigt ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm der Struktur entlang der Linie X-X (Ausführungsform 3 der ersten Erfindung).
8 ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm, wobei eine Composit-Thermosäule gebildet ist durch Laminieren und Verbinden einer gegebenen Anzahl von Lagen eines Mehrlagen-Dünnfilms (drei Lagen in diesem Diagramm), hergestellt aus jedem mehrlagigen Dünnfilm mittels eines Rahmens, auf welchen eine Mehrzahl von Mustergruppierungen einer mehrlagigen Thermosäule gebildet ist, gezeigt als Querschnitts-Umrissliniendiagramm in 7(b), wobei eine Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung unter Verwendung eines organischen Dünnfilms gebildet ist (Ausführungsform 3 der ersten Erfindung).
9 ist ein Umrisslinien-Strukturdiagramm um eine Ausführungsform einer Substratgruppierung zu zeigen, wobei ein Mehrlagen-Dünnfilm einer jeden Composit-Thermosäule fixiert ist, wobei jeder mehrlagige Dünnfilm einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung unter Verwendung eines organischen Dünnfilms gebildet ist. 9(a) ist eine Draufsicht der Struktur, und 9(b) ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm entlang der X-X-Linie, wobei Pin-Elektroden nicht auf der X-X-Linie angeordnet sind, sondern der Einfachheit halber als auf der Linie liegend, um deren Querschnittsgestalt zu zeigen (Ausführungsform 3 der ersten Erfindung).
10 bezieht sich auf eine Ausführungsform einer thermischen Infrarotsensoreinrichtung unter Verwendung organischer Dünnfilme für jeden mehrlagigen Dünnfilm einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung, und zwar als Querschnitts-Umrissliniendiagramm entlang einer Linie, die durch die Position einer Pin-Elektrode dann verläuft, wenn eine Substratgruppierung gemäß 9 angeschlossen ist an eine Composit-Thermosäule, wobei drei Lagen eines Mehrlagen-Dünnfilms gemäß 8 laminiert und verbunden sind (Ausführungsform 3 der ersten Erfindung).
11 ist ein schematisches Diagramm eines Strahlungsthermometers, wobei eine Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung als Infrarotsensoreinrichtung verwendet wird (Ausführungsform 4 der ersten Erfindung).
12 ist ein schematisches Diagramm eines Sensors vom Typus der thermischen Leitung, wobei eine Temperatursensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird als Dünnfilmerwärmer, gebildet mit einer Composit-Thermosäule auf demselben mehrlagigen Dünnfilm (Ausführungsform 5 der ersten Erfindung).
13 ist ein Blockschaltbild, das die charakteristischen Verfahrensschritte veranschaulicht, um das Herstellungsverfahren einer Temperatursensoreinrichtung zu zeigen, wobei organische Dünnfilme für jeden mehrlagigen Dünnfilm einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden (Ausführungsform 6 der ersten Erfindung).
14 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes einer Ausführungsform, um das Konzept einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung zu zeigen, angewandt für eine thermische Infrarotsensoreinrichtung (Ausführungsform 7 der zweiten Erfindung).
15 ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm entlang der Linie X-X in 14 einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung (Ausführungsform 7 der zweiten Erfindung).
16 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes einer Ausführungsform der Struktur jeder mehrlagigen Thermosäule 13, die eine Composit-Thermosäule 14 eines mehrlagigen Dünnfilms 15 in einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung bildet, angewandt bei einer thermischen Infrarotsensoreinrichtung. Drei mehrlagige Dünnfilme 12 aus Fotoresistfilm sowie die Bodenlage (a), die Zwischenlage (b) und die Oberlage (c) einer mehrlagigen Thermosäule, hierauf gebildet, sind gezeigt (Ausführungsform 7 der zweiten Erfindung).
17 ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm eines Siliziumsubstrates 1, wobei eine Aussparung 10 mit einem metallischen Material wie Zink als Opfermaterial eines Opferbereiches 8 ausgefüllt ist, nachdem die Aussparung 10 auf einem Siliziumeinkristallsubstrat während des Verfahrensschrittes zum Erzeugen einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung gebildet wird (Ausführungsform 7 der zweiten Erfindung).
18 ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm eines Substrates 1, wobei ausbeulende Teile des Opferbereiches 8 poliert und planiert werden, nachdem eine Aussparung 10 mit metallischem Material ausgefüllt wurde, beispielsweise Zink als Opfermaterial eines Opferbereiches 8, so wie in 17 gezeigt, oder es wird eine Gussform, umfassend die Aussparung 10 gebildet und planiert, nachdem der Opferbereich mit erhitztem und geschmolzenem Opfermaterial abgedeckt wird durch eine Ebene, wenn eine Aussparung 10 mit Opfermaterial des Opferbereiches 8 gefüllt ist (Ausführungsform 7 der zweiten Erfindung).
19(a) ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes um eine weitere Ausführungsform zu zeigen und ein Substrat dann zu zeigen, wenn eine Aussparung 10 mit metallischem Material ausgefüllt ist, beispielsweise Zink als Opfermaterial des Opferbereiches 8, nachdem eine Aussparung 10 auf dem Siliziumeinkristallsubstrat 1 gebildet wurde während des Verfahrensschrittes zum Erzeugen einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung. 19(b) ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm entlang der Linie Y-Y, wobei eine Einbeulung und eine Ausbeulung 9 gebildet werden (in diesem Diagramm ist nur der konkave Bereich gezeigt), die Biegesteifigkeit wird verstärkt durch Steigern der effektiven Dicke eines Mehrlagen-Dünnfilms 15 aus hierauf gebildetem Fotoresistfilm (Ausführungsform 8 der zweiten Erfindung).
20(a) ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes, das eine Ausführungsform zeigt, wobei eine mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gebildet wird durch Bilden einer Einbuchtung und einer Ausbuchtung 9 im Opferbereich in 19, und 20(b) ist eine Querschnittsansicht des Diagrammes entlang der Linie Y-Y (Ausführungsform 8 der zweiten Erfindung).
21 ist eine Querschnittsansicht eines Umrissliniendiagrammes, das eine weitere Ausführungsform zeigt, um eine Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung zu veranschaulichen, wobei ein Opferbereich 8 gebildet ist durch Füllen mit Opfermaterial wie Zink einer Ausnehmung, das in Dickenrichtung des Substrates 1 eindringt, was verschieden ist von einer Aussparung 10, die nicht in das Substrat 1 eindringt, so wie in den 15 oder 18 gezeigt (Ausführungsform 9 der zweiten Erfindung).
22 ist eine Querschnittsansicht eines Umrissliniendiagrammes einer weiteren Ausführungsform, um eine Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung zu erläutern, wobei eine Aussparung 10 auf einem Substrat 1 gebildet ist, und ein Mehrlagen-Dünnfilm 15 mit einer Composit-Thermosäule 14 wird auf dem Substrat gebildet (Ausführungsform 10 der zweiten Erfindung).
23 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes einer weiteren Ausführungsform, um eine Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung zu erläutern, wobei eine Composit-Thermosäule 14 mit einem Dünnfilmerhitzer 35 gebildet ist, um einen Sensor vom Typ thermischer Leitung zu bilden, um einen Flusssensor anzuwenden, um den Fluss eines Fluids wie eines Gases zu messen (Ausführungsform 11 der zweiten Erfindung).
24 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes einer Ausführungsform, wobei ein Strahlungsthermometer hergestellt wird durch Verwenden einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung, angewandt bei einem thermischen Infrarotsensor, wobei zwei Composit-Thermosäulen 14A und 14B auf derselben Aussparung dicht platziert sind (Ausführungsform 12 der zweiten Erfindung).
25 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes einer Ausführungsform eines Strahlungsthermometers, angewandt bei einem Bildsensor unter Verwendung einer Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung, wobei eine Composit-Thermosäulengruppierung 140 auf demselben Substrat gebildet wird, wie eine Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäulengruppierung (Ausführungsform 13 der zweiten Erfindung).
26 ist ein Blockschaltbild, das einen charakteristischen Verfahrensschritt veranschaulicht, um ein Herstellungsverfahren einer Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen (Ausführungsform 14 der zweiten Erfindung).
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2, 2A, 2B: Dünnfilm
3: Thermosäule
5, 5A, 5B: Temperatursensorteil
6: Thermoelement
7: lichtaufnehmendes Teil
8: Opferbereich
9: konvex und konkav
10: Aussparung
11: Durchgangsbohrung
12, 12A, 12B, 12C: Mehrlagen-Dünnfilm
13, 13A, 13B, 13C: Mehrlagen-Thermosäule
14, 14A, 14B: Composit-Thermosäule
15, 15A, 15B: Mehrlagen-Dünnfilm
16: thermoelektrischer Umwandlungskörper A
17: thermoelektrischer Umwandlungskörper B
18: Kontaktpunkt A
19: Kontaktpunkt B
20: Interconnection
21, 21A, 21B: Elektrodenterminal A
22, 22A, 22B: Elektrodenterminal B
23: Elektrode
24: Verbindungsteil zwischen dem oberen Dünnfilm und dem unteren Dünnfilm
25: Infrarot-Absorptionsfilm
26: thermisch leitender Dünnfilm
27: Klebstoff
28: Isolationsschicht
29: elektrisch leitendes Material
30: Kontaktbohrung
31, 31A, 31B, 31C: Rahmen
32: Pin-Elektrode
33: externes Elektrodenterminal
34: Absoluttemperatur-Sensor
35: Dünnfilmerhitzer
36: Schlitz
41: Substratgruppierung
42: Substratgruppierungs-Anschlussteil
50: Infrarotsensoreinrichtung
55: Strahlungsthermometer
60: Gegenstand unter Temperaturmessung
65: Heizelektrode
70: Linsensystem (lichtaufnehmende Gruppierung)
91: Filmplattierung
100: verstärkender Dünnfilm
110: integrierende Schaltung
121: vertikale Scanning-Schaltung
122: horizontale Scanning-Schaltung
140: Composit-Thermosäulengruppierung

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Zahlreiche Ausführungsformen der Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung werden im Folgenden in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Bevorzugte Ausführungsform 1)
1 ist eine Draufsicht auf ein Umrissliniendiagramm zum Zeigen einer Ausführungsform zur Erklärung des Konzeptes einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung, angewandt bei einer thermischen Infrarotsensorvorrichtung, und 2 ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm entlang der Linie X-X der Vorrichtung von 1. 1 ist ein Diagramm bei Anwendung der Vorrichtung für eine thermische Infrarotsensorvorrichtung. Ein Infrarotabsorptionsfilm 25 und ein thermisch leitender Dünnfilm 26, gebildet auf dem lichtaufnehmenden Teil 27, sind zum besseren Verständnis aus dem Diagramm entfallen. Ein Dünnfilm 2 ist als Membran auf Substrat 1 gebildet und thermisch gegen das Substrat mittels einer Aussparung isoliert. Eine Thermosäule 3 ist auf dem Dünnfilm 2 gebildet. Dieser Dünnfilm ist ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 gemäß der Erfindung und es sind mehrlagige Thermosäulen 13 (13A, 13B und 13C) auf jedem mehrlagigen Dünnfilm 2 (12A, 12B und 12C) gebildet, die den multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 bilden. Die oberen und die unteren mehrlagigen Thermosäulen 13 sind laminiert durch Klebstoff 27 oder durch thermische Fusion gebunden und in Reihe geschaltet mittels leitender Teile 24 des oberen und unteren Dünnfilms, und der Ausgang der Vorrichtung ist an einem Elektrodenterminal A21 und B22 vorgesehen an externe Schaltkreise, um die thermisch elektromotorische Kraft der Vorrichtung zu steigern. Außerdem ist eine Verbindungsstelle A18 einer jeden mehrlagigen Thermosäule 13 auf dem Substrat 1 platziert, mit hoher Wärmekapazität, die als Wärmesenke dient, und die andere Verbindungsstelle B19 ist platziert in der Nähe des Zentrums der Membran, die als lichtaufnehmendes Teil 7 arbeitet. Der zentrale Teil der Membran ist klein. So wird in der Praxis ein wärmeleitender Dünnfilm 26 in dem Bereich gebildet, der das Zentrum der Membran umfasst. Eine Verbindungsstelle B19 ist hierauf gebildet. Der Dünnfilm 26 ist aus metallischem Dünnfilm oder einem wärmeleitenden Körper hergestellt, um Wärme bei Temperaturanstieg zufolge eines Infrarotlichtes, aufgenommen von einem heißen Körper und nahe des Zentrums der Membran vom zentralen Teil zu dem umgebenden Teil zu leiten, und umgekehrt, wenn Infrarotlicht aufgenommen wird von einem kalten Körper.
Wird eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung angewandt für eine thermische Infrarotsensorvorrichtung, so ist die Vorrichtung gebildet mit einer Struktur, wobei ein Infrarot aufnehmendes Element 7 gebildet wird. Ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 ist thermisch gegen das Substrat isoliert durch eine Aussparung 10. Der Dünnfilm 15 ist angeschlossen an jeden mehrlagigen Dünnfilm 12 (12A, 12B und 12C), wo jede mehrlagige Thermosäule 13 (13A, 13B und 13C) gebildet ist. Alle diese mehrlagigen Dünnfilme 12 können aus anorganischen Materialien wie Siliziumdioxid-Filmen Silizium-Nitrid-Filmen oder die Kombination hieraus gebildet werden, oder aus organischen Materialien wie Kunststoff-Dünnfilme wie zum Beispiel PET-Filme. Auch ist jede mehrlagige Thermosäule 13 (13A, 13B und 13C) aus Thermoelementen 6 gebildet, die aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dünnfilmen hergestellt sind. Sie können als Thermoelemente 6 gebildet sein, entweder aus anorganischem oder organischem thermoelektrischem Material. Die Thermoelemente 6 bestehen im Allgemeinen aus Dünnfilmen der Kombination von Halbleiter, Halbmetall oder Metall mit positivem und negativem Seebeck-Koeffizienten.
3 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes von drei unterschiedlichen Typen von mehrlagigen Dünnfilmen mit mehrlagigen Thermosäulenmustern (a), (b) und (c), um eine Composit-Thermosäule zu erläutern durch Zerlegen in zwei mehrlagige Thermosäulen, gebildet auf jedem mehrlagigen Dünnfilm, was eine Composit-Thermosäule mit multi-mehrlagigen Dünnfilmen bildet, wenn eine Temperatursendevorrichtung gemäß der Erfindung, angewandt für die oben genannte thermische Infrarotsensorvorrichtung, mit jedem mehrlagigen Dünnfilm 12 so wie in 1 und 2 gezeigt, aus einem anorganischen Material wie Siliziumdioxid-Film, Silizium-Nitrid-Film oder eine Kombination aus diesen beiden hergestellt ist.
3(a) ist ein Diagramm einer thermischen Infrarotsensorvorrichtung. Hierbei ist ein mehrlagiger Dünnfilm 12A gebildet aus Oxinitrid-Dünnfilm (einem gemischten Film aus Siliziumoxid und Silizium-Nitrid), dessen Ausdehnungskoeffizient angepasst ist auf denselben wie von Siliziumeinkristall, gebildet aus CVD auf einem Substrat 1 aus Siliziumeinkristall. Dieser mehrlagige Dünnfilm 12A ist ein elektrisch und thermisch isolierender Film 28. Zusätzlich bei dieser Figur ist eine Ausführungsform gezeigt, wobei ein Polysilizium-Dünnfilm vom p-Typus als thermisch leitender Körper A16 eines Thermoelementes 6 hierauf gebildet ist durch CVD, einem Aluminium-Dünnfilm, gebildet hierauf durch Sputtern, und bemustert zum Bilden einer mehrlagigen Thermosäule 13A. Ein mehrlagiger Dünnfilm 12B, 12C ist in jeder Figur gebildet. Ein thermisch leitender Körper A, B ist hierauf gebildet, um eine mehrlagige Thermosäule 13B, 13C zu bilden. Ist ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 aus drei Lagen, so wie bei dieser Ausführungsform gezeigt, gebildet, so sind die Positionen einer Elektrode 23, eines Elektrodenterminals A21, eines Elektrodenterminals B22 und so weiter notwendigerweise derart angeordnet, dass sie für jeden mehrlagigen Dünnfilm 12A, 12B und 12C durch Musterveränderung verschieden sind und alle mehrlagigen Thermosäulen 13A, 13B, 13C über Anschlussteile 24 zwischen dem oberen und dem unteren Dünnfilm in Reihe geschaltet sind.
Wird eine weitere Infrarotsensorvorrichtung einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung aus einem anorganischen Dünnfilm 2 hergestellt, so wie oben erwähnt, so ist es nicht immer notwendig, Klebstoff 27 zum Laminieren dieser Filme zu benutzen, da die mehrlagigen Dünnfilme 12A, 12B und 12C, die einen Dünnfilm 2 bilden, aus CVD gebildet werden können. Jeder mehrlagige Dünnfilm muss sehr dünn sein, beispielsweise von 0,1 μm, unter Anwendung bekannter Fotolithographietechnik. Der wärmeleitende Körper A16, B16 kann sehr kompakt sein, was bedeutet, dass jede mehrlagige Thermosäule 13A, 13B und 13C eine Dicke von 1 μm und eine Breite von 2 μm aufweist.
Es ist vorteilhaft, dass nach dem Bilden einer Isolationslage 28 auf einem dünnen mehrlagigen Film 12 ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 gebildet wird durch Bilden einer mehrlagigen Thermosäule 13 hierauf, da hierbei eine größere Auswahlmöglichkeit einer mehrlagigen Thermosäule 13 und eines wärmeleitenden Körpers A, B besteht. Auch kommt es häufig vor, dass eine isolierende Lage 28 nicht nur elektrisch sondern auch thermisch isoliert, was zum Tragen einer sehr dünnen mehrlagigen Thermosäule 13 vorteilhaft ist.
Eine thermische Infrarotsensorvorrichtung als Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung, gebildet auf die oben beschriebene Weise, verwendend ein Fensterteil oder ein Filter wie ein Siliziumeinkristallfilter, das transparent ist in einem gewünschten Infrarotwellenlängenbereich, montiert in einem Metall- oder Kunststoffpaket und angeheftet an ein bekanntes Terminal zum Erzeugen eines externen Ausgangs. Es versteht sich, dass die Vorrichtung als integriertes Modul benutzt werden kann, die eine Temperatursensorvorrichtung umfasst, wobei ein Verstärker, der ein elektrisches Ausgangssignal verstärkt, oder ein Absoluttemperatursensor 34 wie ein Thermistor oder eine p-n-Diode auf dem Substrat 1 angewandt werden können.
(Bevorzugte Ausführungsform 2)
4 ist eine Draufsicht auf ein Umrissliniendiagramm einer Struktur zum Zeigen einer Ausführungsform, wobei eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung angewandt wird für eine Infrarotsensorvorrichtung. Dabei wird ein Dünnfilm 2 als Temperatursensorteil 5 am lichtempfangenden Teil 7 aus anorganischem Material verwendet, so wie bei den zuvor genannten 2 und 3 erläutert. Bei dieser Ausführungsform werden Dünnfilme 2A und 2B als zwei Temperatursensorteile 5A und 5B in Gestalt eines Cantilevers im selben lichtaufnehmenden Teil 7 gebildet. Es werden Composit-Thermosäulen 14A und 14B hergestellt aus multi-mehrlagigen Dünnfilmen 15A und 15B, jeweils mit drei mehrlagigen Filmen. Es werden weiterhin multi-mehrlagige Dünnfilme 15A und 15B aus mehrlagigen Thermosäulen 13 gebildet, jeweils mit einem mehrlagigen Dünnfilm 12. So wird zum Beispiel eine p-n-Verbindungsdiode auf dem Substrat 1 gebildet als Absoluttemperatursensor, um eine absolute Temperatur des Substrates als Bezugstemperatur zu messen. Die Ausgänge der beiden verschiedenen Composit-Thermosäulen 14A und 14B können an entsprechenden Terminalelektroden 21A, 21B und Terminalelektroden 22A, 22B abgegriffen werden. In dieser Draufsicht des Umrissliniendiagrammes sind Explosionsansichten wie einer mehrlagigen Thermosäule 13 entlang der Dickenrichtung jedes Multi-Mehrlagen-Dünnfilms 15, 15A und 15B sowie ein Infrarotabsorptionsfilm 25 aus Gründen der Klarheit weggelassen.
Eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Punkten eines zu messenden Objektes können gemessen werden durch Verwendung eines Infrarotlinsensystemes, da zwei Temperatursensorteile 5A und 5B in Form eines Cantilevers gebildet sind. Auch lässt sich eine Temperatur mit hoher Genauigkeit messen durch Aufnehmen von Infrarotlicht, wenn ein Temperatursensorteil 5A abgeschirmt wird gegen Infrarotlicht, und das andere Temperatursensorteil 5B Infrarotlichteinfall von einem der Messung unterzogenen Punkt unterworfen wird. Die Differenz dieser Ausgänge lässt sich differenziell verstärken und erfassen.
Das oben erwähnte Beispiel betrifft jenen Fall, wenn zwei Temperatursensorteile 5A und 5B in Gestalt eines Cantilevers vorliegen. Jedoch lässt sich eine Mehrzahl von Temperatursensorteilen 5 in Gestalt einer matrixartigen Gruppierung auf demselben lichtaufnehmenden Teil 7 bilden und als Bildsensor mit einer Gruppierung von Infrarotsensor-Vorrichtungen hoher Sensitivität und hoher Genauigkeit verwenden.
Die oben erwähnte Ausführungsform 2 betrifft jenen Fall, wobei Dünnfilme 2A und 2B als zwei Temperatursensorteile 5A und 5B in Gestalt eines Cantilevers am selben lichtaufnehmenden Teil 7, und zwei Composit-Thermosäulen 14A und 14B gebildet sind. Sind die beiden Dünnfilme 2A und 2B, die thermisch gegeneinander isoliert sind, aus organischem Material wie PET-Film auf demselben lichtaufnehmenden Teil 7 angeordnet, und ist ein Schlitz zwischen diesen und zwei Dünnfilmen 2A und 2B vorgesehen, so können zwei entsprechende Temperatursensorteile 5A und 5B thermisch isoliert werden. Sind die Dünnfilme 2A und 2B aus organischem Material wie PET-Dünnfilm hergestellt, und thermisch gegeneinander isoliert, so ist es sehr schwierig aus Festigkeitsgründen zwei Dünnfilme 2A und 2B in Gestalt eines Cantilevers zu bilden und mehr als zwei getrennte Filme 2 zu bilden, ungleich dem Fall, bei welchem anorganisches Material verwendet wird. Deshalb ist ein Paar Dünnfilme 2A und 2B mit einem Schlitz 36 zu bevorzugen. In diesem Falle ist es zu bevorzugen, einen Dünnfilm 2 des lichtaufnehmenden Teiles 7 in Gestalt einer Membran auszubilden, um den Dünnfilm 2 wie ein Kunststoff-Dünnfilm in einer Richtung zu erstrecken und die Längsrichtung des Schlitzes 36 derart auszuwählen, dass diese der Erstreckungsrichtung entspricht, da die Weite des Schlitzes 36 einen hohen Widerstand bildet.
(Bevorzugte Ausführungsform 3)
5 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform einer thermischen Infrarotsensorvorrichtung zeigt, wobei alle mehrlagigen Dünnfilme 12A, 12B und 12C aus organischen Dünnfilmen in den 5(a), 5(b) und 5(c) hergestellt sind. Dabei handelt es sich um Diagramme zum Veranschaulichen der Muster dreier mehrlagiger Dünnfilme 12A, 12B und 12C sowie deren mehrlagige Thermosäulen 13A, 13B und 13C, um eine Composit-Thermosäule 14 zu veranschaulichen durch Zerlegen einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in mehrlagige Thermosäulen 13A, 13B und 13C, die auf jedem mehrlagigen Dünnfilm 12A, 12B und 12C gebildet sind, die die Composit-Thermosäule 14 mit dem mehrlagigen Dünnfilm 15 der Vorrichtung bilden. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Umrissliniendiagrammes einer Temperatursensoreinrichtung, umgeben von einem isolierenden Bereich, wobei ein mehrlagiger Dünnfilm 15 an das Substrat 1 mittels eines Epoxyklebstoffes 27 angebunden ist. Dabei sind drei mehrlagige Dünnfilme 12A, 12B und 12C mit mehrlagigen Thermosäulen 13A, 13B, 13C gemäß 5 laminiert und gebunden unter Verwendung von beschichtendem Klebstoff 27, der auch als isolierende Schicht 28 zum Bilden der Filme 15 dient. In dieser Figur sind ein Infrarotabsorptionsfilm 25 und ein wärmeleitender Dünnfilm 26 wie ein Metallfilm gezeigt. Außerdem ist die Figur eine Querschnittansicht eines Umrissliniendiagrammes entlang der Linie, die durch eine Pin-Elektrode 32 einer Infrarotsensorvorrichtung verläuft, mit einem externen Elektrodenterminal 33, um den Ausgang der Vorrichtung abzugeben. Auch läuft eine Pin-Elektrode 32 durch den multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 durch eine Durchgangsbohrung 11 hindurch. Die Durchgangsbohrung 11 ist ausgefüllt mit elektrisch leitendem Material 29 wie einer leitenden Taste, um eine elektrische Leitung zur Elektrode 23 sicherzustellen.
Um eine Infrarotsensorvorrichtung als billige Temperatursensorvorrichtung herzustellen, im Hinblick auf das Herstellungsverfahren eines jeden mehrlagigen Dünnfilms 12A, 12B und 12C unter Verwendung organischen Dünnfilms wie eines PET-Films, ist es zu bevorzugen, eine Composit-Thermosäule 14 mit den folgenden Verfahrensschritten herzustellen:
Gruppierungsherstellungsverfahrensschritt zum Herstellen von Gruppierungen von mehrlagigen Thermosäulen 13A, 13B, 13C in großen Stückzahlen auf einem organischen Dünnfilmbogen wie einem PET-Film, der jedem mehrlagigen Dünnfilm 12A, 12B, 12C entspricht, beispielsweise wie in 7 gezeigt;
Gruppierungslaminierverfahrensschritt zum Laminieren dieser Gruppierungen zum Bilden eines multi-mehrlagigen Dünnfilms 15, wie in 8 gezeigt;
Gruppierungsverbindungsverfahrensschritt zum Verbinden dieser Gruppierungen in Reihe über Anschlussteile zwischen dem oberen Dünnfilm und dem unteren Dünnfilm, sodass thermoelektrische Kraft aufaddiert und gesteigert wird. Organische Filme wie ein PET-Film können als Bogen mit einer Dicke von etwa 4 um gebildet werden und haben eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit. Eine thermische Infrarotsensorvorrichtung hoher Sensitivität lässt sich durch Anwendung dieser Filme erzeugen.
Ein wärmeleitender Körper A16 eines Thermoelementes 6, das mehrlagige Thermosäulen 13A, 13B und 13C bildet, kann beispielsweise aus Bi bestehen. Ein wärmeleitender Körper B17 kann zum Beispiel aus Sb bestehen durch Vakuumablagerung durch eine Maske entsprechend jedem Muster, um jede mehrlagige Thermosäule 13 (13A, 13B, 13C) als Gruppierung zu bilden. Die 7(a), (b) zeigen die Vorrichtungsstruktur, wobei ein Rahmen 31 auf jeden mehrlagigen Dünnfilm 12A, 12B, 12C aufgeklebt ist durch Verwenden eines Klebstoffes 27, zum Beispiel aus Epoxymaterial, zum Bilden eines multi-mehrlagigen Dünnfilms 15 durch Laminieren und Bilden eines jeden mehrlagigen Dünnfilms 12 und eine gleichmäßige Spannung aufzubringen auf sowie das Handhaben eines jeden mehrlagigen Dünnfilms 12A, 12B, 12C. 7(a) ist eine Draufsicht auf ein Umrissliniendiagramm eines jeden mehrlagigen Dünnfilms 12, aufgeklebt durch einen Rahmen 31, und 7(b) ist eine Querschnittsansicht des Umrissliniendiagramms entlang der Linie X-X. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Umrissliniendiagrammes, wobei ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 gebildet ist durch mehrlagige Dünnfilme 12A, 12B, 12C, ausgerichtet und laminiert nach dem gleichförmigen Strecken mit jedem Rahmen 31. Ein Klebstoff 27 wie ein Epoxymaterial ist am besten anders als ein Klebstoff, der aushärtet unter Verwendung der Verdampfung eines Lösungsmittels, weil der erstere aushärtet durch Polymerisationsreaktion. Es versteht sich, dass alle mehrlagigen Dünnfilme 12A, 12B, 12C aus organischem Dünnfilm hergestellt sind wie PET und aneinandergebunden werden können durch Wärmefusion.
9 zeigt ein Diagramm einer Substratgruppierung 41, fixiert an einem mehrlagigen Dünnfilm 15, wobei jeder mehrlagige Film 12A, 12B, 12C gemäß 8, so wie oben beschrieben, laminiert und gebunden ist. 9(a) zeigt eine Draufsicht auf ein Umrissliniendiagramm der Substratgruppierung 41, und 9(b) zeigt eine Schnittansicht des Umrissliniendiagrammes entlang einer Linie, die durch eine Pin-Elektrode 32 verläuft. Jedes Substrat 1, das die Substratgruppierung 41 darstellt, ist über ein Substratgruppierungs-Anschlussteil 42 miteinander verbunden. Dieses Anschlussteil ist dünn ausgeführt, damit es leicht schneidbar ist. Zwei Pin-Elektroden 32 sind auf jedem Substrat 1 gebildet, um als Ausgangsterminale 33 verwendet zu werden.
10 zeigt eine Schnittansicht eines Umrissliniendiagrammes entlang einer Linie, die durch eine Pin-Elektrode 32 dann verläuft, wenn ein mehrlagiger Dünnfilm 15 gebildet ist durch Bilden eines jeden mehrlagigen Dünnfilms 2A, 2B, 2C, die laminiert und gebunden sind nachdem sie gleichmäßig gestreckt sind; jeder Rahmen 31 ist so angebracht, wie in 8 gezeigt, und eine Substratgruppierung 41 ist ausgerichtet und aufgeklebt. Bei dieser Ausführungsform wird eine Temperatur vorzugsweise als Bezugstemperatur verwendet. Die von einem Absoluttemperatur-Sensor 34, wie zum Beispiel einem Platin-Dünnfilmwiderstand, einen Thermistor, eine p-n-Junctiondiode und so weiter, ist (bevorzugte Ausführungsform 4).
(Bevorzugte Ausführungsform 4)
11 ist ein Konzeptdiagramm eines Strahlungsthermometers, wobei eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung als Infrarotsensorvorrichtung verwendet wird. Diese Vorrichtung ist ein Strahlungsthermometer 55, wobei eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Infrarotsensorvorrichtung verwendet wird, um abgestrahltes Infrarotlicht, emittiert von einem Objekt bei Temperaturmessung 60 zu erfassen. Ein Strahlungsthermometer 55 mit hoher Sensitivität kann verwendet werden unter Anwendung einer Infrarotsensorvorrichtung mit hoher Sensitivität. Ein Strahlungsthermometer 55 empfängt Infrarotlicht, emittiert von einem Objekt während einer Temperaturmessung 60, um dessen Temperatur oder Temperaturverteilung zu messen, mit einem Linsensystem 70 wie einer Germanium-Linse oder einer Fresnel-Linse sowie einer Infrarotsensorvorrichtung gemäß der Erfindung, angeordnet in der Focalebene. Wird eine Infrarotsensorgruppierung als Infrarotsensorvorrichtung eingesetzt, so kann sie als Bildsensor verwendet werden, um eine Temperaturverteilung zu messen. Werden eine oder mehrere Infrarotsensorvorrichtungen vorgesehen, so lässt sich eine Temperatur an einer bestimmten Stelle messen, oder die Stelle höchster Temperatur eines Objektes bei Temperaturmessung 60.
Weiterhin ist ein Strahlungsthermometer 55 ausgestattet mit einem Verstärkerkreis zum Verstärken eines Signals aus einer Infrarotsensorvorrichtung, einer arithmetischen Schaltung zum Wiedergeben der Temperatur durch Signalprocessing, Konvertieren in Temperaturverteilung, und Erzeugen eines Bildes und einer Wiedergabe; weiterhin ein Displayteil zum Wiedergeben der Anzahl oder des Bildes der Temperatur. Diese Schaltungen können mittels bekannter Technik verwirklicht werden, sodass auf die Erklärung von Einzelheiten verzichtet werden kann.
(Bevorzugte ausführungsform 5)
12 ist ein schematisches Diagramm eines thermischen Leitersensors. Hierbei wird eine Temperatursensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Dünnfilmerhitzer 35 verwendet, gebildet mit einer Composit-Thermosäule 14 auf demselben mehrlagigen Dünnfilm 15. Diese Reihe von Musterformationen lässt sich mit bekannter Foto-Lithografie-Technik darstellen. Nach diesen Verfahrensschritten wird eine Aussparung 10 gebildet durch Ätzen auf der Rückseite des Substrates 1. Sodann werden Schlitze gebildet, und ein mehrlagiger Dünnfilm 15 lässt sich herstellen, der thermisch gegen das Substrat isoliert ist. Die Gestalt des mehrlagigen Dünnfilms kann die Struktur eines Cantilevers haben, oder eine Struktur, wobei Schlitze in eine Membran gebildet sind. Auf diese Weise ist es zu bevorzugen, einen mehrlagigen Film 15 herzustellen durch Bilden einer mehrlagigen Thermosäule 13 auf einer isolierenden Schicht 28, nachdem die isolierende Schicht auf einem mehrlagigen Dünnfilm 12 gebildet ist, da sehr dünne mehrlagige Dünnfilm-Thermosäulen 13 getragen werden können.
Wird eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung angewandt für einen wärmeleitenden Sensor, so kann ein Gasdurchsatz durch Änderung des Ausgangs der Composit-Thermosäule 14 gemessen werden, basierend auf der Änderung der Temperatur, wenn ein Dünnfilmerhitzer 35 betrieben wird von elektrischem Strom eines Wertes, der aus einem Temperaturanstieg resultiert, beispielsweise etwa 10°C oberhalb Raumtemperatur bei Windstille; der multi-mehrlagige Dünnfilm 15 wird im Gasstrom belichtet, und die Wärme des erwärmten Filmes 15 wird abgeführt, um den Film herunterzukühlen. Bei diesem Mechanismus lässt sich ein Gasströmungssensor verwenden.
(Bevorzugte ausführungsform 6)
13 ist ein Blockschaltbild, das einen Verfahrensschritt darstellt, um ein Herstellungsverfahren zum Erläutern einer Temperatursensoreinrichtung zu veranschaulichen, wobei organische Dünnfilme für jeden mehrlagigen Dünnfilm einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden. Ein Herstellungsverfahren einer Temperatursensoreinrichtung, wobei eine Composit-Thermosäule, gebildet durch Laminieren mehrlagiger Thermosäulen auf jedem mehrlagigen Dünnfilm eines organischen Dünnfilms gebildet werden, wird auf einem Temperatursensorteil angeordnet, nach dem folgenden Verfahren:
ein Verfahren für mehrlagige Thermosäulen, wobei mehrlagige Thermosäulen auf jedem organischen mehrlagigen Dünnfilm gebildet werden, wobei die Anzahl der mehrlagigen Dünnfilme bestimmt wird im Hinblick auf eine geeignete Laminierung;
ein Prozess zum Herstellen von Durchgangsbohrungen, wobei Durchgangsbohrungen für die elektrische Leitung von Elektroden an gewünschten Positionen eines jeden mehrlagigen Dünnfilms gebildet werden;
ein Verfahren zum Überlappen-Binden organischer mehrlagiger Dünnfilme, zum Bilden eines mehrlagigen Dünnfilms;
ein Verfahren zum Leiten, wobei elektrische Leiter zwischen oberen und unteren Elektroden mittels Durchgangsbohrungen hergestellt werden, sodass alle mehrlagigen Thermosäulen, gebildet auf mehrlagigen Dünnfilmen, in Reihe geschaltet werden;
ein Verfahren zum Substrat-Binden, wobei eine Substratgruppierung und der organische Mehrlagen-Dünnfilm aneinander gebunden werden, und die Substratgruppierung als Wärmesenke für bestimmte Temperatursensoreinrichtungen arbeitet;
Trennen der einzelnen Temperatursensoreinrichtungen.
Wird der gegen Substrat 1 thermisch isolierte mehrlagige Dünnfilm 12 als organischer Dünnfilm gebildet, wie zum Beispiel ein PET-Film, so ist es schwierig, einen mehrlagigen Dünnfilm 15 mittels CVD zu bilden, das oft zum Bilden anorganischer Dünnfilme verwendet wird. Deshalb ist es ein weniger kostspieliges Verfahren, alle mehrlagigen Dünnfilme aufzukleben und zu verbinden, nachdem jede mehrlagige Thermosäule 13A, 13B, 13C auf jedem mehrlagigen Dünnfilm 12 (12A, 12B, 12C) gebildet ist. Eine Erklärung bezüglich des Verfahrensschrittes des Bildens einer mehrlagigen Thermosäule wurde bei dem obigen Ausführungsbeispiel bereits gegeben, sodass sie hier entfallen kann.
Beim Verfahren zum Herstellen von Durchgangsbohrungen ist eine elektrische Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Dünnfilm einer jeden mehrlagigen Thermosäule 13A, 13B und 13C notwendig, wenn ein mehrlagiger Dünnfilm 15 gebildet werden soll, da jeder mehrlagige Dünnfilm 12 elektrisch isoliert ist. Sodann wird eine Durchgangsbohrung 11 für das Verbindungsteil zwischen dem oberen und dem unteren Dünnfilm 24 benötigt. Außerdem wird die Durchgangsbohrung 11 benötigt für das elektrische Anschließen an ein externes Elektrodenterminal 33 zum Schaffen eines Ausgangs zu externen Schaltungen und zu einer Pin-Elektrode 32. Verwendet man Filme wie PET-Filme, so lässt sich außerdem eine Durchgangsbohrung 11 leicht dadurch bilden, dass ein Pin oder eine blattförmige Vorrichtung verwendet wird, die auf etwa 400°C erhitzt wird. Außerdem lässt sich die Durchgangsbohrung auch ganz einfach stanzen. Beim Laminier-Lagen-Bindeprozess werden laminierte Lagen dadurch gebunden, dass Epoxy-Klebstoffe 27 oder thermische Schmelzverbindung angewandt wird.
Beim Leitungsverfahren können elektrisch leitende Materialien 29 wie leitende Klebstoffe für das Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Elektroden 23 oder anderen Filmelektroden verwendet werden.
Beim Substrat-Bindeverfahren kann ein fast nicht-flüssiger Epoxy-Klebstoff 27 gut eingesetzt werden. Bei einer Substratgruppierung wird eine Anzahl von Temperatursensoreinrichtungen als Gruppierung gebildet. Beim Einrichtungsisolationsverfahren wird zunächst ein mehrlagiger Dünnfilm 15 abgeschnitten durch Verwendung eines blattförmigen erhitzten Werkzeuges. Sodann wird eine Substratgruppierung 21 abgetrennt. Eine Substratgruppierung 41 aus Kunststoff lässt sich leicht abschneiden durch Verwenden metallischer Klingen, da das Substratgruppierungs-Verbindungsteil eng und von geringer Festigkeit ist.
Bei der obigen Ausführungsform soll derjenige Fall erläutert werden, bei dem eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung als thermische Infrarotsensorvorrichtung verwendet wird. Die Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung ist die am meisten bevorzugte Vorrichtung zum Erfassen der Differenz der Temperatur unter Verwendung als Temperatursensor statt als Infrarotsensorvorrichtung. So kann beispielsweise ein wärmeleitender Sensor gebildet werden durch Bilden einer Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Mikroerhitzer auf einem Dünnfilm 2, der thermisch gegen ein Substrat 1 in Gestalt einer Membran oder eines Cantilevers isoliert ist. Durch Verwenden dieses Wärmeleitsensors kann ein extrem kompakter Wärmeleitsensor hoher Sensitivität und hoher Genauigkeit (zum Beispiel mit einem Temperatursensorteil von 100 μm²) als Strömungssensor, ein Atmosphärendrucksensor (umfassend einen Vakuumsensor), einen Gassensor, umfassend eine Wasserstoffsensor und einen Feuchtigkeitssensor, einen kompakten thermischen Analysator, um die Änderung der Enthalpie eines Materials durch Temperaturscanning eines Mikroerhitzers zu erfassen.
Eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch anwendbar ist für weitere und verschiedene Ausführungsformen, abgewandelt in verschiedener Hinsicht, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle diese Abwandlungen gehören zur vorliegenden Erfindung.
(Zweite Erfindung)
(Bevorzugte Ausführungsform 7)
14 ist eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes zum Zeigen einer Ausführungsform zwecks Erläuterung des Konzeptes einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung, angewandt für eine thermische Infrarotsensorvorrichtung. 15 ist eine Querschnittsansicht X-X. Ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 aus Fotoresistfilm wird als Brückenstruktur über eine Aussparung 10 auf dem Substrat 1 gebildet, wobei das Substrat 1 thermisch gegen die Aussparung 10 isoliert ist. Es werden mehrlagige Thermosäulen 13 (13A, 13B, 13C) auf mehrlagigen Dünnfilmen 12 (12A, 12B, 12C) gebildet, weitgehend hergestellt aus Fotoresistfilmen, die diesen multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 bilden. Diese Thermosäulen werden in Reihe geschaltet mittels Anschlussteilen 24 zwischen dem oberen Dünnfilm und dem unteren Dünnfilm unter Verwendung von Durchgangsbohrungen 11, vorgesehen am Fotoresistfilm selbst, der aus fotosensitiven Material besteht durch Belichten und Entwickeln, sodass die thermoelektrische Kraft der Thermosäulen 13 auf die oberen und unteren Lagen einwirkt. Diese Thermosäulen sind insgesamt aneinander angeschlossen, um eine Composit-Thermosäule 14 zu bilden, die ein Signal abgibt, basierend auf der thermoelektrischen Kraft der Composit-Thermosäule von einem Elektrodenterminal A21 und einem Elektrodenterminal B22. Der multi-mehrlagige Dünnfilm 15 lässt sich leicht bilden durch spin-beschichtete mehrlagige Dünnfilme 12 aus Fotoresistfilmen. Diese Fotoresistfilme haben eine starke Adhäsionskraft zueinander. Andere Klebstoffe sind somit nicht notwendig. Ein Fotoresistfilm ist fotosensitiv, sodass er leicht versehen werden kann mit gewünschten Mustern bei hoher Genauigkeit. Sodann können eine Elektrode als Terminal, beispielsweise ein Elektrodenterminal A21 und ein Elektrodenterminal B22 belichtet werden, und es können Durchgangsbohrungen 11 auf jedem mehrlagigen Dünnfilm 12 bei großer Genauigkeit gebildet werden. Außerdem wird eine Verbindungsstelle A18 (zum Beispiel eine Kaltverbindungsstelle) einer jeden mehrlagigen Thermosäule 13 auf das Substrat 1 mit hoher Wärmekapazität aufgebracht, das als Wärmesenke dient, und die andere Verbindungsstelle B19, beispielsweise eine Heißverbindungsstelle, wird im Bereich des Zentrums der Brückenstruktur aufgebracht, die als Temperatursensorteil 5 im lichtaufnehmenden Teil 7 auf dem multi-mehrlagigen Dünnfilm 15, thermisch isoliert gegen Substrat 1 arbeitet. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Punkt höchster Temperatur im Bereich des Zentrums der Brückenstruktur des lichtaufnehmenden Teiles 7. Um diesen Bereich auf gleichförmiger Temperatur zu halten, ist ein wärmeleitender Dünnfilm 26 im Bereich des Zentrums vorgesehen, unter Verwendung eines metallischen Dünnfilms oder eines Wärmeleiters und so weiter, und die Verbindungsstelle B19 befindet sich auf dem Film.
Wird eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung verwendet als thermische Infrarotsensorvorrichtung, so ist ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 thermisch gegen ein Substrat über eine Aussparung 10 isoliert. Film 15 ist an jeden der mehrlagigen Dünnfilme (12A, 12B, 12C) gebunden, wobei jede mehrlagige Thermosäule 13 (13A, 13B, 13C) gebildet ist auf einem Infrarotlicht aufnehmenden Teil 7. Alle mehrlagigen Thermosäulen 13, (13A, 13B, 13C) sind gebildet aus Thermoelementen 6 mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dünnfilmen. Sie können auch gebildet werden aus Thermoelementen 6, hergestellt aus anorganischen oder organischen thermoelektrischem Material. Im Allgemeinen sind sie gebildet aus Thermoelementen 6, hergestellt aus Dünnfilmen, ausgewählt aus der Kombination von Halbleitern mit positivem und negativem Seebeck-Koeffizienten, Halbmetallen wie Sb und Bi und metallischen Dünnfilmen.
Bei einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung ist ein Opferbereich 8 gebildet durch Füllen von Opfermaterial wie Zink in einer Aussparung 10, zuvor gebildet am Substrat 1, so wie in den 14 und 15 gezeigt, und wird als Substrat 1 mit einem Opferbereich 8 nach einem Einebnungsprozess verwendet. Falls notwendig, wird auf dem Substrat 1 ein Dünnfilm 100 zur Verstärkung vorgesehen. Es wird ein Fotoresistfilm durch Spin-Beschichtung gebildet, der als multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 zurückbleibt. Sodann werden Muster von Durchgangsbohrungen mit hoher Genauigkeit unter Anwendung von deren Fotosensitivität gebildet. Es wird ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 und eine Composit-Thermosäule 14 gebildet. Film 15 umfasst alle mehrlagigen Dünnfilme 12 und alle mehrlagigen Thermosäulen 13. Durch Entfernen des Opferbereiches 8 mittels Ätzens (Bereich 8 ist in den 14 und 15 nicht gezeigt, sondern nur Aussparung 11) wird eine Aussparung 10 gebildet, und zwar durch Ätzen von Bohrungen 37 im belichteten Bereich zwischen dem multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 und einem Bereich, in welchem ein Siliziumoxidfilm 51 auf dem Substrat ist.
16 zeigt eine Draufsicht eines Umrissliniendiagrammes von jeder mehrlagigen Thermosäule 13, die eine Composit-Thermosäule eines multi-mehrlagigen Films in einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung bildet, angewandt für eine thermische Infrarotsensorvorrichtung und in einem Stadium, bevor mehrlagige Dünnfilme 12 aus Fotoresistfilmen hergestellt und ein multi-mehrlagiger Dünnfilm gegen ein Substrat thermisch isoliert wird. Bei einer Ausführungsform sind drei mehrlagige Dünnfilme und die Bodenlage (a), die Zwischenlage (b) und die Oberlage (c) einer mehrlagigen hierauf gebildeten Thermosäule gezeigt.
In dem in 16(a) gezeigten Diagramm einer thermischen Infrarotsensorvorrichtung ist ein Substrat hergestellt, wobei eine Aussparung 10 zuvor auf dem Substrat gebildet und mit demselben Material gefüllt wird, wie jenem des Opferbereiches 8, sowie Zink, und planiert; falls notwendig wird zur Verstärkung ein Dünnfilm 100 hierauf gelegt. Der verstärkende Dünnfilm 100 besteht vorzugsweise aus hartem Material wie einem Siliziumoxidfilm mit einer Stärke von etwa 1 μm. Der mehrlagige Dünnfilm 12A ist am besten aus einem Polyamid-Negativ-Fotoresistfilm durch Spin-Beschichtung hergestellt. Der mehrlagige Dünnfilm 12A aus Fotoresistfilm wirkt auch als elektrisch und thermisch isolierende Schicht 28. Jeder mehrlagige Dünnfilm 12 hat den Vorteil, dass ein gewünschtes Muster gebildet werden kann durch die Verfahren des Belichtens, Entwickelns und thermischen Aushärtens. Gleichzeitig können Durchgangsbohrungen 11 mit hoher Genauigkeit an einer bestimmten Position hergestellt werden, um eine elektrische Leitung zwischen der oberen und der unteren Schicht 12 zu bilden. Bei dieser Figur ist eine Ausführungsform gezeigt, wobei ein Bi-Dünnfilm als ein wärmeleitender Körper A16 der Thermosäule 6 hierauf durch Vakuumablagerung gebildet wird. Das Muster des Objektes A16 ist gebildet durch eine Liftoff-Technik eines positiven Fotoresists, und ein Sb-Dünnfilm als anderer wärmeleitender Körper B17 ist gebildet durch Vakuumablagerung, und das Muster des Objektes B17 ist gebildet auf dieselbe Weise zum Herstellen einer mehrlagigen Thermosäule. Bei 16(b) und 16(c) ist eine Vorrichtungsstruktur gezeigt, wobei ein mehrlagiger Dünnfilm 12B, 12C gebildet ist, ferner ist ein wärmeleitender Körper A, B aus thermoelektrischem Material gebildet, der hierauf liegt, um eine mehrlagige Thermosäule 13B, 13C herzustellen, so wie im Falle gemäß 16(a). Dies gilt für diese Ausführungsform, wobei ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 aus drei Lagen dünner Filme 12 gebildet ist. Es wird eine Composit-Thermosäule 14 dadurch gebildet, dass alle mehrlagigen Thermosäulen 13A, 13B, die jeweils auf mehrlagigen Dünnfilmen 12 gebildet sind, in Reihe geschaltet werden mittels Anschlussteilen 24 zwischen dem oberen und dem unteren Dünnfilm, angeordnet in Durchgangsbohrungen 11 im mehrlagigen Dünnfilm 12. Um eine Elektrode 23 zu bilden, werden ein Elektrodenterminal A21, ein Elektrodenterminal B22, ein Dünnfilm durch Vakuumablagerung oder Sputtern aus Al oder oxidationswiderstandsfähigem Au gebildet, und die jeweiligen Muster werden auf diesem metallischen Film hergestellt unter Anwendung eines positiven Fotoresists, der ein negatives Fotoresist, das jeden mehrlagigen Dünnfilm 12 bildet, nicht löst.
17 ist ein Querschnitt-Umrissliniendiagramm eines Substrates, wobei eine Aussparung 10 mit metallischem Material wie Zink als Opfermaterial eines Opferbereiches 8 gefüllt wird, nachdem eine Aussparung 10 auf einem Siliziumeinkristallsubstrat in der Mitte eines Verfahrensschrittes gebildet ist zum Erzeugen einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung. Die Aussparung 10 wird als Graben von der Gestalt einer vierseitigen Pyramide ausgeführt, umgeben von 111. Hierbei werden ein anisotropisches Silizium-Ätzmittel wie eine wässrige Hydrazin-Lösung auf der Oberfläche des Substrates 1 sowie eine Ätzmaske aus einem thermisch oxidierten SiO₂-Film auf 100-Ebene des Siliziumeinkristallsubstrats 1 gebildet. Es wird ein thermisch oxidierter SiO₂-Film auf 100-Ebene des Siliziumeinkristallsubstrats 1 verwendet. Falls das Ätzen abgestoppt wird, wenn die Tiefe des Grabens ausreicht, bevor dieser die Gestalt der vierseitigen Pyramide aufweist, so kann eine Aussparung 10 von einem Querschnitt gebildet werden, der eine sogenannte fast trapezoidale Gestalt mit einem flachen Boden hat. Eine Querschnittsstruktur, bei der ein Opferbereich 8 mit einer mit Zink und so weiter ausgefüllten Aussparung vorhanden ist, ist in 17 gezeigt. Als metallisches Material zum Ausfüllen des Opferbereiches 8 ist Material mit einer Schmelztemperatur zu bevorzugen, die so niedrig wie möglich ist, größer als die höchste Temperatur beim Verfahrensschritt des Bildens eines Fotoresistfilms, um sie beim Schmelzen einzufüllen, was leicht geätzt werden kann durch ein Ätzmittel, das einen Fotoresistfilm nicht löst. Es versteht sich, dass es keine Beschränkung bezüglich des Schmelzpunktes gibt, wenn ein Opferbereich durch Plattieren gefüllt wird. Um den Bereich durch Schmelzen auszufüllen, ist Zink als Material zu bevorzugen, weil es einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist und leicht durch verdünnte Salzsäure geätzt werden kann. Es ist möglich, das Siliziumsubstrat durch nicht-elektrolytisches M-Plattieren zu füllen. So lassen sich die Seitenwände der Aussparung 10 mit einer Zinkschmelze mit verbesserten Benetzungseigenschaften nach dem Plattieren nicht nicht elektrolytischem Ni auf der Seitenwand der Aussparung 10 füllen. Eine Aussparung 10 kann natürlich mit einer Cu-Plattierung gefüllt werden, um einen Opferbereich 8 zu bilden.
18 ist ein Querschnitts-Umrissliniendiagramm eines Substrates, wobei ausgebeulte Teile des Opferbereiches 8 poliert und planiert werden, nachdem die Aussparung 10 mit einem metallischen Material wie Zink als Opfermaterial eines Opferbereiches ausgefüllt wurde, sowie in 17 gezeigt. Auch kann ein Formgießen der Aussparung 10 und Planieren des Opferbereiches mit erhitztem und geschmolzenem Opfermaterial zum Erzeugen einer planaren Ebene verwendet werden, wenn eine Aussparung 10 mit Opfermaterial des Opferbereiches 8 gefüllt ist. Man beachte, dass Material für den Opferbereich wie Zink nicht außerhalb der Aussparung 10 auf dem Substrat deponiert wird. Selbst wenn es deponiert wird, ist es besser, die Fläche des Substrates durch Polieren zu bereinigen, bis die Höhe des Opferbereiches 8 auf der Aussparung 10 dieselbe Höhe erlangt, wie das Substrat 1 selbst. Bleibt Opfermaterial des Opferbereiches 8 auf der Fläche des Substrates außerhalb der Aussparung 10 zurück, so ist Aufmerksamkeit erforderlich, falls ein mehrlagiger Dünnfilm 15 hierauf gebildet ist. Film 15 wird sodann während eines Verfahrensschrittes des Entfernens vom Opferbereich 8 durch Ätzen abgeschält
Eine thermische Infrarotsensorvorrichtung als multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung, hergestellt so wie oben beschrieben, wird als Vorrichtung zusammengefügt durch Montieren mit einem Window-Element oder einem Filter in einem metallischen oder Kunststoffpaket, und an bekannte Terminals angeschlossen, um elektrische Signale abzugeben. Das Window-Element oder das Filter sind im gewünschten Infrarotwellenbereich transparent, beispielsweise ein Si-Einkristallfilter. Es versteht sich, dass die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule als integriertes Modul behandelt werden, wenn andere Schaltkreise oder Vorrichtungen auf demselben Substrat 1 gebildet sind, wie eine Verstärker zum verstärken elektrischer Signale, um Thermistor oder ein Absoluttemperatursensor 34 wie eine pn-Verbindungsdiode.
19(a) ist eine Ansicht eines Umrissliniendiagrammes zum Veranschaulichen eines weiteren Ausführungsbeispieles. Es zeigt ein Substrat 10, wobei eine Aussparung 10 mit metallischem Material wie Zink als Opfermaterial eines Opferbereiches 8 befüllt wird, nachdem die Aussparung 10 auf den Siliziumeinkristallsubstrat 1 in der Mitte eines Verfahrensschrittes zum Herstellen einer multi-mehrlagigen Dünnfilmthermosäule gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
19(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie Y-Y, wobei eine Kavität und eine Konvexität 9 gebildet werden (nur der Konkave-Bereich ist hier gezeigt). Die Biegesteifigkeit wird verstärkt durch Verstärken der effektiven Dicke eines multi-mehrlagigen Dünnfilms aus Fotoresistfilm, der hierauf gebildet ist
In 19 sieht man eine Aussparung, gefüllt mit einem Metall wie Zink als Opfermaterial des Opferbereiches 8, so dass die Aussparung 19 tatsächlich nicht hohl ist. Dieser Bereich ist jedoch ein Bereich, der eine Aussparung 10 sein wird, so wie in 20 gezeigt, und zwar durch Ätzen des Opferbereiches 8. Auch ist dies jener Bereich, wo eine Aussparung 10 gebildet wurde. Deshalb ist es als Aussparung 10 angegeben.
Wie in 18 gezeigt und oben beschrieben, wird ein Opferbereich 8 gebildet durch Einfüllen von Opfermaterial in die Aussparung 10 des Substrates 1, und es werden eine Kavität und eine Konvexität 9 gebildet (nur den Konkave-Bereich ist in dieser Darstellung gezeigt), und zwar nach der Planierung. Dies lässt sich einfach mittels Fotolithographie durchführen. Die Tiefe der Konkavität und der Konvexität 9 lässt sich bestimmen durch Justierung der Ätzzeitdauer des Opfermateriales unter Verwendung eines Ätzmittels wie verdünnter Salzsäure.
20(a) zeigt eine Ausführungsform, bei welcher eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung gebildet wird durch Bilden einer Konkavität und einer Konvexität 9 auf dem Opferbereich in 19, um eine thermische Infrarotsensorvorrichtung ähnlich der Ausführungsform 1, so wie in den 14 und 15 gezeigt.
20b) ist eine Schnittansicht gemäß der Linie Y-Y. Der Unterschied zwischen den 14 und 17 besteht nur darin, dass eine Konkavität und eine Konvexität gebildet und die Biegesteifigkeit des multi-mehrlagigen Dünnfilms 15 in 20 verstärkt ist. Demgemäß kann auf die Erläuterung von Funktion, Wirkung und Verhalten als Sensor hier verzichtet werden.
(Bevorzugte ausführungsform 9)
21 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform zeigt, um eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung zu veranschaulichen. Hierbei ist ein Opferbereich 8, gebildet durch Einfüllen von Opfermaterial wie Zink in eine Aussparung 10 eindringend in Dickenrichtung des Substrates 1, was verschieden ist von der Aussparung 10, die nicht in das Substrat 1 eindringt, wie in den 15 oder 18 gezeigt. Aussparung 10 ist in dieser Figur gezeigt, da dies jene Prozessstufe ist, wobei Opfermaterial entfernt wird, um die Aussparung 10 zu bilden, obgleich sie derzeit nicht hohl, sondern mit Zink als Opfermaterial des Opferbereiches 8 in 21 gefüllt ist.
21 zeigt eine Struktur, wobei ein plattierter Film 91 im Voraus gebildet wird durch ein Ni-nichtelektrolytisches Plattieren auf einer belichteten Silicium 111-Ebene auf dem Substrat 1 mit einer Aussparung 10. In diese wird Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zink durch Heißschmelzen eingefüllt. Es lässt sich Einfüllen durch Ausziehen des Substrates nach dem Tränken in einem Container mit einer metallischen Flüssigkeit in dem Gemisch aus metallniedrigem Schmelzpunktes. Es fließt während einer gewissen Zeitspanne. Sodann wird ein Opferbereich 8, gebildet durch Befüllen der Aussparung 10 mit metallniedrigem Schmelzpunktes wie Zink, was eine erneute Behandlung des Substrates ist. Eine thermische Infrarotsensorvorrichtung kann durch anschließende Verfahren durchgeführt werden, so wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 erläutert.
(Bevorzugte ausführungsform 10)
22 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform zum Erläutern einer Multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung. Hierbei wird eine Aussparung 10 auf einem Substrat 1 gebildet, und es wird ein Multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 mit einer Composit-Thermosäule 14 auf dem Substrat gebildet.
Die in 22 gezeigte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Substrates 1 eine integrierte Schaltung 110 gebildet werden kann, gerade unterhalb der Aussparung 10, wo ein Siliziumeinkristall verwendet wird für das Halbleitersubstrat 1 gemäß einer ausgereiften Integrationstechnik. Auf den Substrat werden eine integrierte Schaltung 110 wie eine arithmetische Schaltung, eine Speicherschaltung, eine Driverschaltung eines Sensors usw., ein Absoluttemperatursensor 14 unter Verwendung einer Diode oder ein Transistor gebildet.
Es wird mit dem folgenden Verfahren ein Multi-mehrlagiger Dünnfilm hergestellt. Der Film wird meist aus Fotoresistantfilm gebildet mit einer Composit-Thermosäule 14, gebildet auf der Aussparung. Zunächst wird ein Opferbereich mit einem Verfahren von gegebener Gestalt gebildet, die eine Aussparung 10 darstellen wird, durch Ätzen des Opferbereiches 8 auf einem Siliziumoxidfilm 51 gebildet auf dem Siliziumeinkristallsubstrat 1, wo die oben erwähnte integrierte Schaltung 110 und der Absoluttemperatursensor 34 angeordnet werden. Sodann wird bei dieser Ausführungsform ein Verstärkungsdünnfilm 100 wie ein Siliziumnitridfilm durch Sputtern oder dergleichen auf dem Substrat 1 abgelagert. Siliziumnitrid ist ein hartes Material und lässt sich Ätzen, während der darunterliegende Siliziumoxidfilm 51 unlöslich ist. Während des Ablageverfahrens sollte eine Substrattemperatur justiert werden, um Spannung im Substrat zu vermeiden. Kurz nach diesem Prozess kann der Dünnfilm 100 mit einer gegebenen Gestalt mittels Fotolitografie bemustert werden. Stattdessen kann der verstärkende Dünnfilm 100 mit einer gewissen Gestalt bemustert werden, wobei das Muster des Multi-mehrlagigen Dünnfilms als Ätzmaske verwendet wird. Der Opferbereich 8 wird gleichzeitig entfernt, multi-mehrlagiger Dünnfilm gebildet und der obere isolierende Film 28 bemustert wurde. Ist der verstärkende Dünnfilm 100 gebildet, so wird jede mehrlagige Thermosäule 13A, 13B, 13C aufeinanderfolgend auf jedem mehrlagigen Dünnfilm 12A, 12B, 12C durch Musterbildung und Laminierung gebildet, um eine Composit-Thermosäule 14 zu bilden. Bei dieser Ausführungsform sind eine isolierende Schicht 28 und ein mehrlagiger Dünnfilm 12 aus einem identischen Fotoresist-Musterbildung und Laminierung gebildet, um eine Composit-Thermosäule 14 zu bilden. Außerdem sind bei dieser Ausführungsform eine isolierende Schicht 28 und ein mehrlagiger Dünnfilm aus identischem Fotoresistfilm gebildet. Fotoresistfilme für jeden mehrlagigen Dünnfilm 12A, 12B und 12C sowie eine isolierende Schicht 28 werden durch Spin-Beschichtung oder Beschichtung ähnlich einem Planierungsprozess oder durch Sprühbeschichtung gebildet, wenn die Tiefe der Aussparung 10 groß ist. Weiterhin wird eine Verbindungsstelle A18 (beispielsweise eine Kaltverbindung) einer jeden mehrlagigen Thermosäule 13A, 13B, 13C mit großem Überlappen auf dem Substrat gebildet. Hierbei wird der Dünnfilm eines jeden Wärmeleiters der Gruppierung von Thermoelementen 6 platziert und erstreckt sich über die Querschnittsebene in der Aussparung 10. Der Dünnfilm steht in engem Kontakt mit dem Substrat 1. Die andere Verbindungsstelle B19 (beispielsweise eine Heißverbindung) einer eben mehrlagigen Thermosäule 13A, 13B, 13C gebildet, und zwar nahe dem zentralen Bereich, wo sich der Punkt höchster Temperatur befindet, im multi-mehrlagigen Film 15. Damit wird eine Brücke über die Aussparung 10 bei Aufnahme von Infrarotlicht gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist eine Struktur der Vorrichtung gezeigt, wobei ein wärmeleitender Dünnfilm 26 in der Nähe des Zentrums des multi-mehrlagigen Dünnfilms gebildet wird zum Sammeln und Verstärken von Wärme. Der Infrarotabsorptionsfilm 25 kann durch Verdampfen von gold black nach dem Bilden der Aussparung 10 durch Entfernen des Opferbereiches 8 gebildet werden, als letzten Verfahrensschritt zum Bilden dieser Dünnfilme. Je nach Auswahl von Materialen für den Infrarotabsorptionsfilm 25 lässt sich Film 25 natürlich vor der Bildung der Aussparung 10 bilden.
Eine Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der vorliegenden Erfindung wie in 22 dargestellt lässt sich als Strahlungsthermometer verwenden. Es kann auf dem Substrat eine Integrationsschaltung 110 abgebildet werden, wie zum Beispiel eine Verstärkerschaltung zum Verstärken von Signalen der Komposit-Thermosäule 14, eine arithmetische Schaltung oder eine Speicherschaltung zum Verarbeiten von Signalen zum Wiedergeben von Temperaturen, umwandeln in Temperaturverteilung oder anzeigen. Weiterhin kann eine Displayeinheit zum nummerischen oder bildlichen Wiedergeben einer Temperatur hierauf gebildet werden, um ein Strahlungsthermometer zu schaffen. Diese Schaltungen lassen sich mit bekannter Technik erzeugen, so dass sich eine Beschreibung im Einzelnen erübrigt.
23 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform zum Erläutern einer Multi-Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung, wobei eine Komposit-Thermosäule mit einem Dünnfilmerhitzer gebildet ist, um einen thermisch leitenden Sensor zur Anwendung als Strömungssensor geschaffen wird, um die Strömung eines Fluids oder eines Gases zu messen.
Wird eine multi-mehrlagige-Dünnfilm-Thermosäule als wärmeleitender Sensor oder Gasströmungssensor verwendet, um die Strömung von Gas zu messen, so wird dem Dünnfilmerhitzer 35 elektrischer Strom eingespeist über die Heizelektrode 65 mit Stromwerten resultierend aus dem Anstieg einer Temperatur, beispielsweise etwa 10°C über Raumtemperatur bei Windstille. Wird der multi-mehrlagige-Dünnfilm 15 in der Gasströmung belichtet, so wird von den erhitzten multi-mehrlagigen Dünnfilmen 15A, 15B Wärme abgezogen, um die Filme zu kühlen. Der Gasströmungsdurchsatz lässt sich messen durch Anwenden geeichter Daten durch Messen der Änderung im Ausgang der Komposit-Thermosäulen 14A, 14B. Mit diesem Mechanismus lässt sich ein Gasdurchsatzsensor herstellen.
Bei dieser Ausführungsform sind in den Multi-mehrlagigen-Dünnfilmen 15 Schlitze eingebracht. Eine Komposit-Thermosäule 14A und eine Komposit-Thermosäule 14B sind jeweils auf dem multi-mehrlagigen Dünnfilm 15A auf dem multi-mehrlagigen Dünnfilm 15B auf der stromaufwärtigen Seite Nähe dem Zentrum der Brückenstruktur gebildet, wo der Dünnerhitzer 35 gebildet ist. Ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 im zentralen Bereich, wo der Dünnfilmerhitzer 35 angeordnet ist, ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15A sowie eine multi-mehrlagiger Dünnfilm 15B sind beidseits des Filmes 15 angeordnet und verbunden durch den selben multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 im Bereich des Zentrums der Brückenstruktur. Die Filme 15A und 15B erhalten Wärme vom Dünnfilmerhitzer 35 über diesen Anschlussteil und die Temperatur des Filmes steigt an. Bei Windstille ist die Temperatur der Verbindungsstelle (eine heiße Verbindung) nähe des Zentrums des Filmes 15A, 15B fast konstant. Bei einer Temperatur von mehreren Grad Celsius liegt die Temperatur unter der Temperatur des Dünnfilmerhitzers 35. In der Umgebung eines strömenden Gases wird Film 15A auf der stromabwärtigen Seite durch den Dünnfilmerhitzer 35 weiter erhitzt, jedoch wird Film 15B an der stromaufwärtigen Seite durch die umgebende Gasströmung heruntergekühlt, und die Temperatur fällt ab. Es kann ein sehr kleiner Gasdurchsatz oder eine Änderung des Gasdurchsatzes dadurch gemessen werden, dass vorbereitete Eichdaten benutzt und die Differenz zwischen den Ausgängen der Komposit-Thermosäulen 14A, 14B gemessen werden, jeweils gebildet auf den multi-mehrlagigen Thermosäulen 15A, 15B. Es versteht sich, dass ein Gasdurchsatz durch Verwendung eines einzigen Datenausgangs der Komposit-Thermosäule 14A, 14B gemessen werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird ein Absoluttemperatursensor 34 auf einem Ciliziumsubstrat 1 gebildet.
(Bevorzugte Ausführungsform 12)
24 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform, wobei ein Strahlungsthermometer hergestellt wird durch Verwenden einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung, angewandt als thermischer Infrarotsensor, wobei zwei Komposit-Thermosäulen 14A und 14B auf der selben Aussparung angeordnet sind.
Ein Auralthermometer lässt sich herstellen durch Verwenden einer mutli-mehrlagigen-Dünnfilm-Thermosäule durch Messen der Infrarotstrahlung, emittiert von einem Objekt, dessen Temperatur zu messen ist. So können beispielsweise die verschiedenen Temperaturen eines Trommelfelles und eines Außenohrs mit zwei Komposit-Thermosäulen 14A, 14B gemessen werden, angeordnet in einer einzigen Aussparung, und die höhere Temperatur lässt sich als Temperatur des Trommelfells betrachten.
Eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung lässt sich anwenden als Infrarotsensor-Vorrichtung mit sehr hoher Sensitivität. Dabei wird ein Strahlungsthermometer verwendet. Ein nicht-dispersiver Infrarot-Gas-Analysator kann dadurch gebildet werden, dass ein Bandpassfilter 1 verwendet wird, das nur eine spezifische Absorptions-Wellenlänge eines zu messenden Gases angewandt wird, wie eines Kohlenstoffgases, sowie ein Bandpassfilter 2, das eine Wellenlänge überträgt, die vom Gas im Bereich der spezifischen Wellenlänge nicht absorbiert wird. Es wird Infrarotlicht, das durch das Bandpassfilter 1 bzw. das Bandpassfilter 2 hindurchgetreten ist, aufgenommen von der Komposit-Thermosäule 14A und der Komposit-Thermosäule 14B. Die Konzentration des zu messenden Gases lässt sich durch Heranziehen dieser Ausgänge messen.
Eine Vorrichtungsstruktur mit zwei Komposit-Thermosäulen 14A, 14B, gebildet auf derselben Aussparung 10, ist in 24 dargestellt. Die Anzahl der Komposit-Thermosäulen 14 lässt sich leicht steigen auf drei oder vier Komposit-Thermosäulen.
(Bevorzugte Ausführungsform 13)
25 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Strahlungsthermometers darstellt, angewandt als Bildsensor unter Verwendung einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung, wobei eine Gruppierung von Komposit-Thermosäulen 140 auf dem selben Substrat gebildet ist, wie eine Gruppierung einer mehrlagigen-Dünnfilm-Thermosäule.
Eine Gruppierung von Aussparungen 10 trennt thermisch jeden multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 vom Substrat 1. Dabei ist jede Komposit-Thermosäule 14 eine Gruppierung von Komposit-Thermosäulen 140 gebildet mit Aussparungen 10, gebildet auf dem Substrat 1, wie im Ausführungsbeispiel 1 gezeigt, oder eine Gruppierung von Aussparungen 10, gebildet über das Substrat 1, sowie in 22 für die Ausführungsform 4 gezeigt. Die Gruppierung von Aussparungen, gebildet über das Substrat 1, ist zu bevorzugen zum Verkleinern, da eine integrierte Schaltung zum Verarbeitung von Signalen aus einer Schaltung wie eine vertikale Scanning-Schaltung 121 oder eine horizontale Scanning-Schaltung 122 auf der Fläche des Substrates gerade unterhalb der Aussparung 10 gebildet werden können, während es schwierig ist, diese herzustellen.
Bei dieser Ausführungsform kann ein gewünschtes lichtaufnehmendes Teil dadurch ausgewählt werden, dass eine vertikale Scanning-Schaltung 121 und eine horizontale Scanning-Schaltung 122 in einem Bildsensor geregelt werden, gebildet auf dem Siliciumeinkristallsubstrat 1. Der Bildsensor hat eine lichtaufnehmende Gruppierung 70, wobei jedes infrarotaufnehmende Teil 7 als Pixel des Sensors in Gestalt einer zweidimensionalen Gruppierung auf einer x-y-Ebene platziert sind. Das horizontale und das vertikale Scanning arbeiten sodann als Bildsensor unter Verwendung dieser Schaltungen. Ausgangssignale der Composit-Thermosäulen 14, gebildet auf jedem lichtaufnehmenden Teil 7, werden von einer integrierten Schaltung als Verstärker und als arythmetische Schaltung verarbeitet, angeordnet auf demselben Substrat 1. Sie werden verarbeitet durch eine andere integrierte Schaltung als Bildsensor-Display auf dem Substrat 1, um ein Bild auf einer Display-Vorrichtung auf dem Substrat 1 abzubilden.
Das oben beschriebene Strahlungsthermometer hat ein Linsensystem wie eine Germaniumlinse oder eine Fresnel-Linse. Das lichtaufnehmende Teil 7 der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule einer Gruppierung von Composit-Thermosäulen 140 gemäß der Erfindung in der Brennebene nimmt Infrarotlicht auf, emittiert von einem Objekt, dessen Temperatur zu messen ist. Es misst die Temperatur oder die Temperaturverteilung und bildet die Temperatur einer bestimmten Position oder die Temperaturverteilung um diese Position herum ab und gibt deren Bild wieder.
Wird die oben beschriebene multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule als thermische Infrarotsensorvorrichtung oder als Infrarotbildsensor verwendet, so wird dessen lichtaufnehmendes Teil 7 oder die Gruppierung 70 von lichtaufnehmenden Teilen in Gas bei einem Druck von 1 atm belichtet. Die Sensitivität der Vorrichtung wird kleiner aufgrund der Wärmleitung zum umgebenden Gas. Demgemäß ist es zu bevorzugen, die Vorrichtung in einer vakuumdichten Packung anzuordnen, um das lichtaufnehmende Teil 7 oder die Gruppierung 70 von lichtaufnehmenden Teilen, angeordnet in einer Vakuum-Umgebung zu benutzen.
(Bevorzugte ausführungsform 14)
26 ist ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen der charakteristischen Verfahrensschritte zur Erläuterung eines Herstellungsverfahren einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung.
Das Verfahren zum Herstellen umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
das Verfahren zum Herstellen des Opferbereiches, nach dem Bilden einer bestimmten Aussparung mit einer gegebenen Gestalt, Bilden eines Opferbereiches 8 auf einem Substrat 1 durch Ausfüllen der Aussparung;
das Fotoresist Beschichtungsverfahren zum Beschichten eines Fotoresistfilms, der den Opferbereich 8 und das Substrat 1 abdeckt;
das Fotoresist-Bemusterungsverfahren zum Bemustern des Fotoresistfilms durch Belichtung;
das Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Thermosäule, wobei eine mehrlagige Thermosäule gebildet wird;
das Wiederholen der Verfahrensschritte vom Fotoresist-Beschichtungsprozess zum Prozess zum Herstellen der mehrlagigen Thermosäule zwecks Bildens eines mehrlagigen Dünnfilms 15;
darauffolgend das Verfahren zum Entfernen der Opferregion, wobei die Opferregion 8 entfernt wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule verwendet als thermische Infrarotsensor-Vorrichtung. Es soll jener Fall erläutert werden, bei welchem ein Dünnfilmerhitzer 35 gebildet wird, um einen wärmeleitenden Sensor zur Anwendung als Gasdurchsatzsensor zu schaffen. Durch Verwenden eines wärmeleitenden Sensors wird ein extrem kompakter wärmeleitender Sensor hoher Sensibilität und höchster Genauigkeit geschaffen (zum Beispiel mit einem Temperatursensorteil von 100 μm² ^>) als Strömungssensor, als Atmosphärendrucksensor (eingeschlossen einen Vakuumsensor) oder als Gassensor, umfassend einen Wasserstoffsensor und einen Feuchtigkeitssensor, einen extrem kompakten thermischen Analysator zum Erfassen der Änderung der Enthalpie von Material durch Temperatur-Scanning eines Mikroerhitzers.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird vor allem jener Fall erläutert, wobei ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 mit einer Brückenstruktur verwendet wird. Jedoch kann ein multi-mehrlagiger Dünnfilm 15 in Gestalt einer Membran oder eines Cantilevers gebildet und thermisch gegen das Substrat 1 isoliert werden.
Ein wärmeleitender Sensor kann gebildet werden durch Bilden einer Komposit-Thermosäule 14, die eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung mit einem Dünnfilmerhitzer 35 ist. Durch Verwenden dieses wärmeleitenden Sensors lässt sich ein extrem kompakter wärmeleitender Sensor mit hoher Sensibilität und hoher Genauigkeit schaffen (beispielsweise mit einem Temperatursensorteil von 100 μm²>) als Strömungssensor, als Atmosphärendrucksensor (eingeschlossen einen Vakuum-Sensor), als Gassensor mit einem Wasserstoffsensor und mit einem Feuchtigkeitssensor, als extrem kompakter thermischer Analysator zum Erfassen der Änderung der Enthalpie eines Materials durch Temperatur-Scanning eines Mikroerhitzers.
Eine Komposit-Thermosäule 14 kann auf einem multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 gebildet werden, meist aus einem Photoresistfilm, der unabhängig hergestellt ist für einen Temperatursensor, und der nach dem ein Dünnfilmerhitzer 35 separat auf einem anorganischen Dünnfilm gebildet ist, der hochtemperaturresistent ist, wie eine SOI-Lage oder ein Siliziumoxidfilm, wobei eine Vorrichtung in einer Hochtemperaturumgebung von etwa 500°C verwendet wird. Ein Dünnfilmerhitzer 35 lässt sich separat in jenem Bereich formen, wobei ein Siliziumoxidfilm 51 beispielsweise in Gestalt eines Cantilever oder auf der Fläche des Substrates gebildet ist.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird eine Vorrichtungsstruktur verwendet, wobei ein Siliziumeinkristall als Material für das Substrat 1 gezeigt ist. Es versteht sich, dass Halbleitermaterial wie Germanium, Siliziumgermanium, Galliumarsenid, Galliumphospid, Siliziumcarbid als Material verwendet werden können. Aluminiumsubstrat oder Glassubstrat wie Quarz lassen sich verwenden, es sei denn, dass Kristallinität verwendet wird, oder eine integrierte Schaltung kann auf dem Substrat 1 gebildet sein.
Eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule unter Verwendung eines Photoresistfilms gemäß der Erfindung, ein Strahlungsthermometer, der eine solche verwendet, und ein Herstellungsverfahren der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule sind nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere verschiedene Ausführungsformen anwendbar ist, abgewandelt in zahlreichen Richtungen, immer wieder ohne den Geist und den Umfang der Erfindung zu verlassen. Alle diese Varianten gehören zur Erfindung.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
(Erste Erfindung)
Wie oben erwähnt, ist eine Temperatursensorvorrichtung gemäß der Erfindung eine Temperatursensorvorrichtung, die kompakt und zu niedrigen Kosten herstellbar ist. Sie weist eine Thermosäule 6 in einem Temperatursensorteil 5 auf. Die Thermosäule 6 ist aus einem Dünnfilm 2 gebildet, thermisch isoliert gegen das Substrat. Dünnfilm 2 umfasst eine Mehrzahl von multi-mehrlagigen Dünnfilmen 15, die miteinander verbunden sind; jeder Dünnfilm 12 des Filmes 15 umfasst mehrlagige Thermosäulen 13. Für den Dünnfilm 2 lässt sich anorganisches als auch organisches Material verwenden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung lässt sich anwenden für einen thermischen Infrarotsensor oder einen Strömungssensor als Temperatursensorvorrichtung mit hohem S/N-Behältnis.
Demgemäß ist die Vorrichtung vielversprechend für die Anwendung als Infrarotlichtstrahlungsthermometer, wobei eine kleine Temperaturdifferenz gemessen werden soll bei hoher Genauigkeit und hoher Sensitivität, besonders als Temperaturdifferenzsensor eines Auralthermometers. Sie ist bestens geeignet für einen Strömungssensor, der einen sehr kleinen Durchsatz von Flüssigkeit oder Gas erfasst, einen Gasdetektor für Wasserstoffgas usw. durch Messen einer sehr kleinen Menge von Wärme in einem Sensor aus brennbarem Gas wie Wasserstoffgas usw., einen wärmeleitenden Gassensor, ein Pirani-Messer, einen Thermo-Feuchtigkeitssensor, einen Drucksensor wie einen atmosphärischen Sensor.
(Die zweite Erfindung)
Wie oben erwähnt, ist eine multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß der Erfindung eine Temperatursensorvorrichtung, die eine hohe Sensitivität aufweist, die kompakt ist und die bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann, um die Differenz der Temperatur zu erfassen, wobei eine Thermosäule 13 im Temperatursensor Teil 5 angeordnet ist. Die Thermosäule 3 ist auf einem multi-mehrlagigen Dünnfilm 15 gebildet, der meistens aus einem Fotoresistfilm besteht, thermisch gegen das Substrat 1 isoliert. Film 15 weist eine Mehrzahl laminierter mehrlagiger Dünnfilme 12 auf, wobei mehrlagige Thermosäulen 13 entsprechend gebildet sind. Die mehrlagigen Thermosäulen 13 auf der oberen und der unteren Lage lassen sich leicht in Reihe schalten, unter Verwendung von Durchgangsbohrungen 11 im Fotoresistfilm selbst. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung lässt sich anwenden als thermischer Infrarotsensor mit hoher Sensitivität oder als Strömungssensor wie als Temperatursensorvorrichtung mit einem hohen S/N-Verhältnis, das nur Temperaturdifferenzen erfasst. Demgemäß ist die Vorrichtung vielversprechend für die Anwendung als Infrarotlicht-Strahlungsthermometer. Hierbei müssen nur kleine Temperaturdifferenzen bei hoher Genauigkeit und hoher Sensitivität erfasst werden, besonders als Temperaturdifferenzsensor eines Auralthermometers. Die Erfindung ist am besten geeignet für einen Strömungssensor, der einen sehr kleinen Durchsatz einer Flüssigkeit oder eines Gases erfasst, einen Gasdetektor für Wasserstoffgas usw., durch Messen einer sehr geringen erzeugten Wärmemenge bei einem Sensor für brennbares Gas wie Wasserstoffgas usw., einen wärmeleitenden Gassensor, einem Pirani-Messer, einem thermischen Feuchtigkeitssensor, einem Drucksensor wie einen atmosphärischen Sensor.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-100578 A [0006]
JP 2002-573629 [0009]
WO 2002/075262 [0009]
JP 2004-31684 [0009]

Claims

Eine Temperatursensorvorrichtung, wobei eine oder mehrere Composit-Thermosäulen auf ein oder mehrere temperaturerfassende Teile aufgelegt wird, wobei die Composit-Thermosäulen aus mehrlagigen Dünnfilmen hergestellt sind, umfassend eine Mehrzahl von mehrlagigen Thermosäulen, die thermisch gegen ein Substrat isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnfilm ausgestattet ist mit einer Mehrzahl von angeschlossenen mehrlagigen Dünnfilmen, dass die mehrlagigen Thermosäulen jeweils gebildet werden auf mehrlagigen Dünnfilmen, die die mehrlagigen Dünnfilme darstellen, dass eine oder zwei Verbindungsstellen, entweder eine kalte Verbindung oder eine heiße Verbindung von Thermoelementen, die die mehrlagigen Thermosäulen bilden, auf dem Substrat gebildet werden, dass die andere Verbindungsstelle im Bereich gebildet wird, der thermisch gegen das Substrat in den mehrlagigen Dünnfilmen isoliert ist, dass das Substrat, das eine größere Wärmekapazität als der Dünnfilm aufweist, als Wärmesenke dient, dass die mehrlagige Thermosäule, die auf den mehrlagigen Dünnfilmen gebildet sind, in Reihe geschaltet sind, um eine Composit-Thermosäule zu bilden, und um den Ausgang der Composit-Thermosäule zu erhöhen.
Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die multi-mehrlagigen Dünnfilme hauptsächlich aus anorganischen Dünnfilmen hergestellt sind.
Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die multi-mehrlagigen Dünnfilme hauptsächlich aus organischen Dünnfilmen hergestellt sind.
Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die multi-mehrlagigen Dünnfilme durch Klebstoffe miteinander verbunden sind, um den Dünnfilm in Gestalt eines Bogens zu erzeugen.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagenverbindung zwischen den mehrlagigen Thermosäulen elektrisch aneinander angeschlossen sind über Durchgangsbohrungen der entsprechenden mehrlagigen Dünnfilme, gebildet auf Elektroden der mehrlagigen Thermosäulen.
Temperatursensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensorteile als Gruppierung auf dem Substrat gebildet sind.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensorteile ausgestatte sind mit wenigstens einem Dünnfilmerhitzer zusammen mit den Thermosäulen.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer Absoluttemperatur-Sensorvorrichtung auf dem Substrat gebildet ist und als Sensor zum Erfassen der Temperatur des Substrates dient.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Sensorteile als Infrarotlichtauffangende Teile dienen und die Vorrichtung als Infrarotsensor verwandet wird.
Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht aufnehmende Teil des Dünnfilms mit einem Infrarotabsorptionsfilm ausgestattet ist, und dass ein thermisch leitender Dünnfilm, durch welchen Wärme überführt wird, aufgenommen am lichtaufnehmenden Teil, gebildet wird und sich erstreckt bis zu einer Kontaktstelle, die im infrarotaufnehmenden Teil gebildet ist, eingeschlossen das Zentrum des lichtaufnehmenden Teiles, der mehrlagigen Thermosäule, gebildet auf jedem mehrlagigen Dünnfilm.
Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitende Dünnfilm auf der gegenüberliegenden Seite des Dünnfilms gebildet ist, angeordnet im lichtaufnehmenden Teil, vorm Infrarotlichtabsorptionsfilm.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus dem Dünnfilm hergestellt ist, wobei ein lichtaufnehmendes Teil eines Infrarotsensors ausgestattet ist mit einer Mehrzahl von Temperatursensorteilen, thermisch gegen das Substrat isoliert, und das die Temperatursensorteile thermisch gegen einander isoliert sind.
Strahlungsthermometer, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung der Temperatursensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, das Strahlungsthermometer ein Infrarotlicht aufnimmt, emittiert von einem Element, um die Temperatur oder die Temperaturverteilung des Objektes wiederzugeben, basierend auf den Signalen von der Temperatursensorvorrichtung.
Verfahrung zum Herstellen einer Temperatursensorvorrichtung, wobei einer Composit-Thermosäule auf ein Temperatursensorteil aufgelegt wird, wobei die Composit-Thermosäule gebildet ist durch laminieren mehrlagiger Thermosäulen, gebildet auf organischen mehrlagigen Dünnfilmen, umfassend: Ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Thermosäule für jede Lage, die die mehrlagigen Thermosäulen auf den organischen mehrlagigen Dünnfilmen bildet, wobei die Anzahl der mehrlagigen Dünnfilme bestimmt wird für eine entsprechende Laminierung; Ein Verfahren zum Herstellen von Durchgangsbohrungen, wobei Durchgangsbohrungen zur elektrischen Leitung von Elektroden an gewünschten Positionen der mehrlagigen Dünnfilme gebildet werden; Ein Verfahren zum Überlappen/Binden der organischen mehrlagigen Dünnfilme zur Bildung eines organischen multi-mehrlagigen Dünnfilms; Ein Verfahren zum Herstellen elektrischer Leitungen zwischen oberen und unteren Elektroden über die Durchgangsbohrungen, sodass die mehrlagigen Thermosäulen, gebildet auf den mehrlagigen Dünnfilmen, in Reihe geschaltet werden; Ein Verfahren zum Substratbinden, wobei eine Gruppierung von Substraten und die organischen multi-mehrlagigen Dünnfilme verbunden werden und die Substrat-Gruppierung als Wärmesenke für das Bilden von Temperatursensorvorrichtungen dient; Ein Verfahren zum Trennen der gebildeten Temperatursensorvorrichtungen.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule, dadurch gekennzeichnet, dass ein multi-mehrlagiger Dünnfilm, thermisch isoliert gegen ein Substrat durch eine Aussparung, aufgebaut ist aus mehrlagigen Dünnfilmen, dass mehrlagige Thermosäulen auf den mehrlagigen Dünnfilmen gebildet werden, und dass die mehrlagigen Thermosäulen auf dem oberen Film in Reihe mit den mehrlagigen Thermosäulen auf dem unteren Film über Durchgangsbohrungen verbunden sind, gebildet auf den mehrlagigen Dünnfilmen, und dass wenigstens eine Komposit-Thermosäule hierauf gebildet ist, und dass die mehrlagigen Dünnfilme, die die multi-mehrlagigen Dünnfilme bilden, hauptsächlich aus Photoresistfilm gebildet sind und dass die Durchgangsbohrungen durch Belichten und Entwickeln des Photoresistfilms hergestellt werden.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der multi-mehrlagige Dünnfilm auf einem Opferbereich gebildet wird, und dass die multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule thermisch gegen ein Substrat isoliert ist durch eine Aussparung, die durch Entfernen des Opferbereichs gebildet ist.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferbereich gebildet ist durch Füllen von Opfermaterial in die Aussparung, gebildet in einer gegebenen Größe auf dem Substrat.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem Einkristallsilizium gebildet ist.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der multi-mehrlagige Dünnfilm steht.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des multi-mehrlagigen Dünnfilms wirksam erhöht wird in einer Reflektion von Konkavitäten und Konvexitäten, gebildet auf dem Opferbereich, und dass die Biegefestigkeit des multi-mehrlagigen Dünnfilms gesteigert wird.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Komposit-Thermosäulen in Gestalt einer Gruppierung auf das Substrat aufgelegt wird.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absoluttemperatursensor auf dem Substrat gebildet ist, und als Sensor zum Messen der Temperatur des Substrates verwendet wird.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleitersubstrat verwendet und eine integrierte Schaltung umfassend einen Verstärker auf dem Substrat gebildet ist.
Multi-mehrlagige Dünnfilm-Thermosäule nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Verbindungsstellen der Komposit-Thermosäule gebildet ist auf einem infrarotaufnehmenden Teil, und dass die Vorrichtung verwendet wird als thermische Infrarotsensorvorrichtung.
Strahlungsthermometer, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule nach Anspruch 24 die Temperatur und die die Temperaturverteilung eines Objektes dargestellt werden können, basierend auf Ausgangssignale aus der multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule, erzeugt durch Aufnehmen von Infrarotlicht von dem Objekt.
Verfahren zum Herstellen einer multi-mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule, umfassend: Herstellen eines Opferbereichs unter Bindung eines Opferbereiches auf einem Substrat; Herstellen einer Photoresistbeschichtung zum Beschichten des Photoresistfilms, der den Opferbereich und das Substrat bedeckt; Bemustern des Photoresist, wobei Photoresistmuster durch Belichten eines Photoresistfilmes erzeugt werden; Herstellen einer mehrlagigen Thermosäule zum Bilden einer mehrlagigen Thermosäule; Wiederholen einer Sequenz der oben beschrieben Photoresist-Beschichtung zum Verfahren zum Herstellen einer Thermosäule, um einen multi-mehrlagigen Dünnfilm zu bilden; Verfahren zum anschließenden Entfernen des Opferbereiches.