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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/692,406, eingereicht am 23. August 2012, deren gesamter Inhalt hier als Referenz eingearbeitet ist.
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Bereich
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Diese Offenbarung bezieht sich auf MEMS-(Mikroelektronische-Mechanische-)Bolometer, und spezieller ausgedrückt, auf das Aufbauen eines MEMS-Bolometers, um die Strahlungsabsorption in einem gewünschten Bereich von Wellenlängen zu erhöhen.
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Hintergrund
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Ein Bolometer ist eine Art thermischer Sensor, welcher eine Änderung in der Temperatur eines Objektes abtastet bzw. erfasst, basierend auf einer Änderung in der elektromagnetischen Strahlung, welche von dem Objekt ausgesendet wird. Typischerweise sind Bolometer konfiguriert, um Strahlung im Infrarotbereich zu detektieren, welche eine Wellenlänge von ungefähr drei bis zwölf Mikrometer (3–12 μm) besitzt.
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Die meisten Bolometer beinhalten einen Absorber, um die Strahlung, welche von dem Objekt ausgesendet ist, zu detektieren/zu empfangen. Von den verschiedenen Materialien, welche für das Bilden des Absorbers verfügbar sind, werden Metalle typischerweise nicht als geeignet betrachtet. Dies liegt daran, dass im Allgemeinen Metalle beim Abschirmen/Reflektieren von Infrarotstrahlungen sehr gut sind. Es wurde jedoch entdeckt, dass ultradünne Schichten, zum Beispiel ungefähr zehn Nanometer (~10 nm), von Metallen als gute Absorber für Infrarotstrahlung agieren. Aufgrund des Absorbierens der Strahlung erwärmt sich eine ultradünne Schicht von Metall und weist eine Änderung im elektrischen Widerstand auf, welche durch eine externe Schaltung überwacht wird, um eine Änderung in der Temperatur eines Objektes abzutasten bzw. zu erfassen.
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Wenn ein Absorber benutzt wird, welcher aus einer unperforierten, ultradünnen Schicht aus Metall gebildet ist, weist das Bolometer eine verhältnismäßig enge Bandbreite und eine mäßige Kapazität für das Absorbieren der einfallenden Strahlung auf. Die Bandbreite des Bolometers bezieht sich auf den Bereich von Wellenlängen, welche durch den Absorber detektierbar sind. Die Kapazität für die Absorption des Bolometers bezieht sich auf den Prozentsatz der einfallenden Strahlung, welche von dem Absorber absorbiert ist. Idealerweise absorbiert ein Bolometer 100% der einfallenden Strahlung über eine breite Bandbreite hinweg. Bekannte Bolometer jedoch erreichen diese idealen Spezifikationen nicht.
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Entsprechend besteht ein Bedarf, den Aufbau der Bolometer weiter zu verbessern, um die Bandbreite und die Kapazität für das Absorbieren der einfallenden Strahlung zu erhöhen, was dadurch zu einem effizienteren Bolometer führt.
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Zusammenfassung
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Entsprechend einer Ausführungsform der Offenbarung, beinhaltet ein Halbleitersensor ein Substrat und einen Absorber. Das Substrat beinhaltet wenigstens eine reflektierende Komponente. Der Absorber ist von der wenigstens einen reflektierenden Komponente durch einen Abstand beabstandet. Der Absorber definiert eine Vielzahl von Öffnungen, wobei jede eine maximale Weite besitzt, welche geringer oder gleich zu dem Abstand ist.
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Entsprechend zu einer anderen Ausführungsform der Offenbarung, beinhaltet ein Verfahren des Bildens eines Halbleitersensors das Beabstanden eines Absorbers von wenigstens einer reflektierenden Komponente um einen Abstand, und das Bilden einer Vielzahl von Öffnungen in dem Absorber. Jede Öffnung aus der Vielzahl von Öffnungen definiert eine maximale Weite, welche geringer als der Abstand ist. Der Abstand basiert auf einer Wellenlänge der Strahlung, und der Abstand ist geringer als die Wellenlänge der Strahlung. Entsprechend sind die Öffnungen Öffnungen kleiner als die Wellenlänge bzw. unterhalb der Wellenlänge.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile, ebenso wie andere, sollen schließlich für Fachleute durch den Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen offensichtlich sein, in welchen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Halbleitersensors entsprechend dem Stand der Technik ist, wobei ein Absorber, beabstandet von einem Reflektor, beinhaltet ist;
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2 ein Graph ist, welcher ein Absorptionsspektrum des Halbleitersensors der 1 zeigt;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Halbleitersensors ist, wie er hier beschrieben ist, welcher einen Absorber beinhaltet, welcher von einem Reflektor beabstandet ist, wobei der Absorber eine Vielzahl von Öffnungen unterhalb der Wellenlänge definiert;
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4 ein Graph ist, welcher ein Absorptionsspektrum des Halbleitersensors der 3 zeigt;
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5 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Halbleitersensors ist, wie er hier beschrieben ist, welcher eine gefurchte Reflektorschicht beinhaltet;
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6 ein Graph ist, welcher ein Absorptionsspektrum des Halbleitersensors der 5 zeigt;
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7 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Halbleitersensors ist, wie er hier beschrieben ist, welcher eine gefurchte Reflektorschicht beinhaltet, welche durch Bedampfen mit einer Schicht aus Aluminium beschichtet ist;
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8 ein Graph ist, welcher ein Absorptionsspektrum des Halbleitersensors der 7 zeigt;
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9 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Halbleitersensors ist, wie er hier beschrieben ist, wobei er eine gefurchte Reflektorschicht beinhaltet, welche durch Bedampfen mit einer Schicht aus Aluminium und einer Absorberschicht beschichtet ist, welche Öffnungen definiert, welche unterschiedliche maximale Weiten besitzen;
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10 ein Graph ist, welcher ein Absorptionsspektrum des Halbleitersensors der 9 zeigt;
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11 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Halbleitersensors ist, wie er hier beschrieben ist, welcher einen Absorber beinhaltet, welcher eine Vielzahl von Öffnungen unterhalb der Wellenlänge und einen Reflektor beinhaltet, welcher eine Vielzahl von Öffnungen unterhalb der Wellenlänge definiert; und
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12 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Halbleitersensors ist, wie er hier beschrieben ist, welcher einen Absorber beinhaltet, welcher eine Vielzahl von Öffnungen unterhalb der Wellenlänge und einen Reflektor beinhaltet, welcher eine Vielzahl von Öffnungen unterhalb der Wellenlänge definiert.
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Beschreibung
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Zum Fördern des Verständnisses der Prinzipien der Offenbarung wird nun Bezug auf die Ausführungsformen genommen, welche in den Zeichnungen dargestellt sind und in der folgenden geschriebenen Spezifikation beschrieben sind. Es ist davon auszugehen, dass damit keine Begrenzung des Umfangs der Offenbarung beabsichtigt ist. Es ist ferner davon auszugehen, dass diese Offenbarung jegliche Veränderungen und Modifikationen zu den dargestellten Ausführungsformen beinhaltet und ferner Anwendungen der Prinzipien der Offenbarung beinhaltet, welche normalerweise bei einem Fachmann auftreten, auf welchen sich diese Offenbarung bezieht.
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Wie in 1 gezeigt wird, beinhaltet ein MEMS-Bolometer 100 entsprechend dem Stand der Technik einen Absorber 104 und ein Substrat 106, welches einen Reflektor 108 beinhaltet. Der Absorber 104 ist typischerweise eine ultradünne Schicht/Folie aus Platin, welche eine Dicke von ungefähr 10 Nanometern (10 nm) besitzt. In der Ausführungsform der 1 definiert der Absorber 104 eine Länge 116 und eine Breite 120 von ungefähr fünfzig Mikrometern (50 μm). Der Absorber 104 ist von der Reflektorschicht 108 durch einen Abstand 112 beabstandet, welcher ungefähr drei Mikrometer (3 μm) beträgt. 1 ist nicht maßstäblich gezeichnet.
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Der Reflektor 108 ist eine reflektierende Komponente, welche von der Absorberschicht 104 beabstandet ist. Der Reflektor 108 ist typischerweise entweder aus Platin oder Aluminium gebildet. Verglichen zu dem Absorber 104 ist der Reflektor 108 vergleichsweise dick, wobei er eine Dicke von ungefähr fünfhundert Nanometer (500 nm) besitzt. Der Reflektor 108 ist ungefähr von der gleichen Größe in der Fläche, wie der Absorber 104.
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Im Gebrauch wird das Bolometer 100 einer Strahlung ausgesetzt, typischerweise in dem Infrarotbereich. Die Strahlung wird auf den Reflektor 108 gerichtet. Wenigstens ein Teilbereich der einfallenden Strahlung wird durch den Reflektor 108 auf den Absorber 104 reflektiert. Der Absorber 104 unterliegt einer Änderung in Reaktion auf die Strahlung, welche darauf reflektiert wird. Die Änderung in dem Absorber 104 wird durch eine externe Schaltung (nicht gezeigt) detektiert/überwacht, um die Temperatur eines Objektes (nicht zeigt) zu bestimmen, von welchem die Strahlung ihren Ursprung hat.
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2 stellt ein Absorptionsspektrum des Bolometers 100 in dem Infrarotbereich der Strahlung dar. Unter Berücksichtigung eines Bereiches von Wellenlängen, welche sich ungefähr acht Mikrometer (8 μm) bis vierzehn Mikrometer (14 μm) erstrecken, absorbiert das Bolometer 100 ungefähr 29% der Strahlung bei acht Mikrometern und ungefähr 17% der Strahlung bei vierzehn Mikrometern. Der Absorptionsprozentsatz nimmt ab, wenn die Wellenlänge von acht Mikrometern (8 μm) auf vierzehn Mikrometer (14 μm) zunimmt. Das Bolometer 100 weist einen maximalen Absorptionsprozentsatz 130 von ungefähr 70% der Strahlung für ungefähr 6,5 Mikrometer (6,5 μm) auf. Ferner weist das Bolometer 100 eine Hohlraumresonanz in der Wellenlängenzone 134 auf, welche, wie nachfolgend beschrieben, verhältnismäßig eng ist.
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In dem neuartigen und nicht offensichtlichen Bolometer 200 (3), welches hier beschrieben ist, wird die Struktur des Bolometers modifiziert, um eine Breitband-Strahlungsabsorption in dem Infrarotbereich zu erreichen. Im Speziellen ist das Bolometer 200 speziell geeignet, um Infrarotstrahlung in einem Wellenlängenbereich von acht Mikrometern bis vierzehn Mikrometern zu absorbieren.
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Wie in 3 gezeigt wird, beinhaltet ein Halbleitersensor, welcher als ein MEMS-Bolometer 200 gezeigt wird, einen Absorber 204, welcher von einem Reflektor 208 beabstandet ist. Wie nachfolgend beschrieben wird, ist das Bolometer 200 konfigurierbar, um jegliche gewünschte Wellenlänge von Strahlung zu absorbieren/zu detektieren.
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Der Absorber 204, welcher hier auch als eine Absorberschicht bezeichnet wird, ist typischerweise eine ultradünne Schicht/Folie aus Platin, welche eine Dicke von ungefähr zehn Nanometern (10 nm) besitzt. In der Ausführungsform der 1 definiert der Absorber 204 eine Länge 216 und eine Breite 220 von ungefähr fünfzig Mikrometern (50 μm). In einer weiteren Ausführungsform ist der Absorber 204 aus einem beliebigen Metall gebildet und besitzt eine beliebige Größe, Form und Dicke, wie dies von den Fachleuten gewünscht ist. Der Absorber 204 wird gezeigt, dass er im Allgemeinen flach ist, jedoch kann der Absorber in einer anderen Ausführungsform jegliche Konfiguration besitzen, wie dies von Fachleuten gewünscht wird, wobei gebogene, kurvenförmige und andere nicht ebene Konfigurationen beinhaltet sind.
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Der Absorber 204 ist von dem Reflektor 208 durch einen Abstand 212 beabstandet, welcher ungefähr drei Mikrometer (3 μm) beträgt. Der Abstand 212 wird basierend auf einer gewünschten Wellenlänge von Strahlung (oder einem Bereich von Wellenlängen der Strahlung) ausgewählt, welche durch das Bolometer 200 zu detektieren sind. 3 ist nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Der Abstand 212 in der beispielhaften Ausführungsform ist geringer als eine Wellenlänge (oder die kürzeste Wellenlänge in einem Bereich von Wellenlängen), welche durch das Bolometer 200 zu detektieren ist. Der Bereich zwischen dem Absorber 204 und dem Reflektor 208 wird als ein Hohlraum 224 bezeichnet; entsprechend wird der Abstand 212 auch hier als ein Hohlraumabstand bezeichnet. In einer weiteren Ausführungsform ist der Abstand 212 zwischen ungefähr 0,5 Mikrometern (0,5 μm) und zehn Mikrometern (10 μm) oder irgendein anderer Abstand, wie dies von Fachleuten gewünscht wird.
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Der Absorber 204 definiert eine Vielzahl von im Allgemeinen kreisförmigen Öffnungen 220, welche sich vollständig durch den Absorber 204 (die perspektivische Ansicht der 3 lässt die Öffnungen ein wenig elliptisch erscheinen) erstrecken. Der Absorber 204 der 3 beinhaltet sechs Zeilen mit sechs der Öffnungen 220 in jeder Zeile, so dass die Öffnungen 220 in einem rechteckigen Feld angeordnet sind. In einer anderen Ausführungsform definiert der Absorber 204 einhundert der Öffnungen 220, welche in zehn Zeilen von jeweils zehn Öffnungen angeordnet sind. In noch einer weiteren Ausführungsform definiert der Absorber 204 jegliche Anzahl der Öffnungen 220, welche in jeglicher Konfiguration angeordnet sind und durch einen jeglichen Abstand beabstandet sind, welcher von Fachleuten gewünscht wird. Auch die Öffnungen 220 können jegliche Form besitzen, wie dies von Fachleuten gewünscht wird, wie zum Beispiel rechteckig, elliptisch und dreieckig. Die Öffnungen 220 in einer Ausführungsform sind für jegliche Substanz außer Luft wählbar. In einer anderen Ausführungsform sind die Öffnungen 220 wenigstens teilweise mit einer Substanz gefüllt, wie dies von Fachleuten gewünscht wird.
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Jede Öffnung 220 definiert eine maximale Weite 228 von ungefähr drei Mikrometern (3 μm). Da die Öffnungen 220 im Allgemeinen kreisförmig sind, entspricht die maximale Weite 228 dem Durchmesser der Öffnungen 220. In der Ausführungsform der 3 ist jede Öffnung 220 im Wesentlichen identisch; jedoch in einer weiteren Ausführungsform besitzen einige Öffnungen unterschiedliche maximale Weiten (siehe 9). Die Öffnungen 220 sind voneinander durch einen Abstand 232 von ungefähr zwei Mikrometern (2 μm) beabstandet. Die maximale Weite 228 ist geringer als oder gleich zu dem Abstand 212.
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Der Reflektor 208, welcher hier auch als eine Reflektorschicht bezeichnet wird, ist typischerweise entweder aus Platin oder Aluminium gebildet. Verglichen mit dem Absorber 204, ist der Reflektor 208 vergleichsweise dick und definiert eine Dicke von ungefähr fünfhundert Nanometern (500 nm). Der Reflektor 208 besitzt nahezu die gleiche Größe an Fläche wie der Absorber 104. Der Reflektor 208 ist im Allgemeinen unperforiert. In einer weiteren Ausführungsform wird der Reflektor 208 aus irgendeinem Material gebildet und definiert jegliche Abmessung und Form, wie dies von Fachleuten gewünscht wird.
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Ein verfahren des Herstellens des Bolometers 200 beinhaltet das Bilden des Absorbers 204 und des Reflektors 208. Als Nächstes ist der Absorber 204 von dem Reflektor 208 durch den Abstand 212 beabstandet. Dann werden die Öffnungen 220 in dem Absorber 204 gebildet, wobei ein Prozess benutzt wird, wie er von den Fachleuten gewünscht wird. Die Öffnungen 220 sind so bemessen, dass die maximale Weite 228 geringer als der Abstand 212 ist, wodurch die Öffnungen als Öffnungen ”kleiner als die Wellenlänge” hergestellt werden. Wenn die Öffnungen 220 der Strahlung ausgesetzt werden müssen, welche einen Bereich von Wellenlängen und entsprechende Frequenzen aufweisen, dann werden die Öffnungen 220 so bemessen, dass die maximale Weite geringer als die kürzeste Wellenlänge des gewünschten Wellenlängenbereiches ist.
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Im Betrieb wird das Bolometer 200 der Strahlung ausgesetzt, typischerweise in dem Infrarotbereich. Die Strahlung ist auf den Reflektor 208 gerichtet. Wenigstens ein Teilbereich der einfallenden Strahlung wird durch den Reflektor 208 auf den Absorber 204 reflektiert.
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4 stellt das Absorptionsspektrum des Bolometers 200 in einem Infrarotbereich der Strahlung dar. Indem ein Wellenlängenbereich berücksichtigt wird, welcher sich von ungefähr acht Mikrometern (8 μm) bis vierzehn Mikrometer (14 μm) erstreckt, absorbiert das Bolometer 200 ungefähr 95% der Strahlung bei acht Mikrometern und ungefähr 35% der Strahlung bei vierzehn Mikrometern. Der Absorptionsprozentsatz nimmt ab, wenn die Wellenlänge von acht Mikrometern (8 μm) auf vierzehn Mikrometer (14 μm) zunimmt. Das Bolometer 200 weist einen maximalen Absorptionsprozentsatz 240 von ungefähr 95% bei einer optischen Resonanzzone auf, welche bei ungefähr 8,0 Mikrometern (8,0 μm) zentriert ist. Außerdem weist das Bolometer 200 eine Hohlraumresonanzzone 244 zwischen ungefähr 7,5 Mikrometern und 8,5 Mikrometern auf.
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Verglichen mit dem Bolometer 100, welches einen unperforierten Absorber 104 besitzt, weist das Bolometer 200 mit Öffnungen 220 unterhalb der Wellenlänge einen größeren maximalen Absorptionsprozentsatz 240 auf (vgl. 130 der 2 bis 240 der 4). Zusätzlich ist die Hohlraumresonanz 244 in dem Bolometer 200 verglichen mit der Hohlraumresonanz 134 des Bolometers 100 breiter. Im Speziellen werden die Breite der Hohlraumresonanz 244 und des maximalen Absorptionsprozentsatzes 240 erhöht, wenn die maximale Breite 228 der Öffnungen 220 ungefähr gleich zu dem Abstand 212 ist. Außerdem zeigt der Graph der 4, dass die Öffnungen 220, unterhalb der Wellenlänge, auf die FWHM (Volle Halbwertbreite) der optischen Resonanz zwischen dem Absorber 204 und dem Reflektor 208 zunehmen.
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Wenn die maximale Weite 228 der Öffnungen 220 reduziert wird, engt sich die Hohlraumresonanz 244 ein, und der maximale Absorptionsprozentsatz 240 nimmt ab. Im Speziellen, wenn die maximale Breite der Öffnungen 220 auf null reduziert wird, konvergieren die Ergebnisse in Richtung der Ergebnisse, welche von einem unperforierten Absorber 104 erzielt werden, wie dies in 2 ausgedruckt ist.
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Wie in 5 gezeigt wird, beinhaltet eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Bolometers 300 eine Absorptionsschicht 304, welche von einer gestuften Reflektorschicht 308 beabstandet ist. Die Absorptionsschicht 304 ist identisch zu der Absorptionsschicht 204 der 3 und definiert eine Vielzahl von Öffnungen 306, welche identisch zu den Öffnungen 220 ist.
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Die Reflektorschicht 308 beinhaltet sechs obere Segmente 312 und fünf untere Segmente 316. Die Segmente 312, 136 werden auch als reflektierende Komponenten bezeichnet. Eine obere Oberfläche 314 der Segmente 312 definiert eine obere Ebene, und eine obere Oberfläche 318 der Segmente 316 definiert eine untere Ebene. Die Segmente 312 liegen zwischen den Segmenten 316. Die Segmente 312 und die Segmente 316 definieren eine Breite 328 von ungefähr 2,5 Mikrometern (2,5 μm) und sind aus einem Material mit einem hohen Index hergestellt. Die Breite 328 ist geringer als eine maximale Weite 332 der Öffnungen in dem Absorber 304.
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Die oberen Oberfläche 134 der oberen Ebene sind von den oberen Oberfläche 318 der unteren Ebene um einen Abstand 339 beabstandet. Der Abstand 330 ist ungefähr fünf Mikrometer (5,0 μm). In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Reflektorschicht 308 jegliche Anzahl von Segmenten 312, 316, wie dies von Fachleuten gewünscht wird. Zusätzlich könne die Segmente 312, 316 jegliche Breite besitzen, und der Abstand 330 hat jegliche Größe, wie dies von Fachleuten gewünscht wird. Entsprechend besitzen in einer Ausführungsform, die Segmente 312 eine unterschiedliche Breite als die Segmente 316. Die Segmente 312, 316 in einer anderen Ausführungsform sind aus einem beliebigen Material gebildet, wie dies von Fachleuten gewünscht wird.
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Die obere Ebene der Segmente 312 und die untere Ebene der Segmente 316 arbeiten jeweils als ein Reflexionsgitter mit einem hohen Kontrast. Ein Material von niedrigem Index ist zwischen den Segmenten 312, 316 und den Segmenten 316 zwischengelagert, um die Position davon aufrechtzuerhalten. Die Segmente 312, 316 sind aus Platin, Aluminium oder irgendeinem Material gebildet, wie dies von Fachleuten gewünscht wird.
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Die Absorberschicht 304 ist von der oberen Ebene um einen Abstand 320 beabstandet (einem ersten Hohlraumabstand), welcher gleich zu ungefähr drei Mikrometern (3 μm) ist. Die Absorptionsschicht 304 ist von der zweiten Ebene um einen Abstand 324 (einem zweiten Hohlraumabstand) beabstandet, welcher gleich zu ungefähr acht Mikrometern (8 μm) ist.
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6 stellt ein Absorptionsspektrum des Bolometers 300 in dem Infrarotbereich der Strahlung dar. Indem man einen Bereich von Wellenlängen berücksichtigt, welcher sich von ungefähr sechs Mikrometern (6 μm) bis vierzehn Mikrometern (14 μm) erstreckt, weist das Bolometer 300 eine erste optische Resonanzzone 305, eine zweite optische Resonanzzone 354 und drei Zonen destruktiver Interferenz 358, 362, 366 auf. Das Bolometer 300 weist zwei optische Resonanzzonen 350, 354, aufgrund des gestuften Reflektors 308, auf, wobei zwei Oberflächen definiert werden (d. h. die obere Oberfläche und die untere Oberfläche). Bei der ersten optischen Resonanzzone 350 absorbiert das Bolometer 300 ungefähr 75% der Strahlung bei ungefähr sieben Mikrometern (7,9 μm). Bei der zweiten optischen Resonanzzone 354 absorbiert das Bolometer ungefähr 60% der Strahlung bei ungefähr 8,5 Mikrometern. Der Absorptionsprozentsatz bildet einen Durchbruch zwischen den optischen Resonanzzonen 350, 354, welcher einer der Zonen 362 der destruktiven Interferenz ist. Da die Wellenlänge der Strahlung von ungefähr neun Mikrometern (9 μm) auf vierzehn Mikrometer (14 μm) zunimmt, nimmt der Absorptionsprozentsatz allmählich ab. Beide Segmente 312, 316 arbeiten simultan, um die Strahlung zu reflektieren und um das Absorptionsspektrum zu bilden.
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Die Wellenlängen, bei welchen die Zonen 358, 362, 366 der destruktiven Interferenz auftreten, sind, wenigstens zum Teil, basierend auf den Abständen 320, 324. Im Speziellen basiert die Zone 358 der destruktiven Interferenz auf dem Abstand 320 und tritt bei der Hälfte der einfallenden Wellenlänge (λ/2) auf. Demnach beeinträchtigt in dem dargestellten Beispiel die Zone 358 der destruktiven Interferenz die Strahlung, welche eine Wellenlänge von ungefähr sechs Mikrometern (6 μm) besitzt. Die Zone 362 der destruktiven Interferenz basiert auf dem Abstand 324 und tritt bei dem vollen Wert der einfallenden Wellenlänge (λ) auf. Demnach beeinträchtigt in dem dargestellten Beispiel die Zone 362 der destruktiven Interferenz die Strahlung, welche eine Wellenlänge von ungefähr sechs Mikrometern (6 μm) besitzt. Die Zone 366 der destruktiven Interferenz basiert auf dem Abstand 324 und tritt bei der Hälfte der einfallenden Wellenlänge (λ/2) auf. Demnach beeinträchtigt in dem dargestellten Beispiel die Zone 366 die Strahlung, welche eine Wellenlänge von ungefähr sechzehn Mikrometern (16 μm) besitzt.
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Der Reflektor 308, welcher zwei Schichten besitzt, erreicht ein filterähnliches Ansprechverhalten in dem Absorptionsspektrum, welches abhängig von dem Abstand 320 und dem Abstand 324 ist, neben anderen Faktoren.
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In einer anderen Ausführungsform sind die Segmente 312, 316 aus fünfhundert Nanometer dicken ”Streifen” aus Silicium gebildet, welche in der Gitterkonfiguration mit hohem Kontrast der 5 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform zeigt das Absorptionsansprechverhalten ein filterähnliches Ansprechverhalten, das ähnlich zu dem Absorptionsspektrum ist, welches in 6 gezeigt ist.
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In noch einer weiteren Ausführungsform sind die Segmente 312, 316 aus fünfhundert Nanometer dicken ”Streifen” aus Silicium gebildet, welche in der Gitterkonfiguration mit hohem Kontrast der 5 gebildet sind. Die Segmente 312, 316 werden durch eine gefurchte Struktur 410 (siehe 7) gestützt, welche aus Siliciumdioxid gebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Segmente 312, 316 und die gefurchte Struktur 410 integral aus Silicium gebildet und sind in der Gitterkonfiguration mit hohem Kontrast der 5 angeordnet.
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In einer anderen Ausführungsform sind die Segmente 312, 316 und die gefurchte Struktur 410 integral aus Aluminium gebildet und sind in der Gitterkonfiguration mit hohem Kontrast der 5 angeordnet.
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Wie in 7 gezeigt wird, beinhaltet eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Bolometers 400 eine Absorberschicht 404, welche von einer gestuften Reflektorschicht 408 beabstandet ist. Die Absorberschicht 404 ist identisch zu der Absorberschicht 204 der 3 und definiert eine Vielzahl von Öffnungen 406, welche identisch zu den Öffnungen 220 ist.
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Der Reflektor 408 beinhaltet ein Substrat, welches als eine gefurchte Struktur 410 bezeichnet wird, und eine Schicht aus Material 424, welche darauf abgelagert ist. Die gefurchte Struktur 410 definiert fünf Furchen bzw. Gräben 412, welche im Allgemeinen parallel zueinander sind. Die gefurchte Struktur 410 ist aus Silicium gebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Struktur 410 aus Siliciumdioxid, Aluminium oder irgendeinem anderen Material gebildet, wie dies von Fachleuten gewünscht wird. Auch in einer anderen Ausführungsform definiert die gefurchte Struktur 410 jede gewünschte Anzahl von Furchen 412 jeglicher Form oder Konfiguration.
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Das Material 424 ist eine Metallschicht, welche auf der gefurchten Struktur 410 durch Sputtern bzw. Aufdampfen oder durch irgendeinen Ablagerungsprozess abgelagert ist, welcher von den Fachleuten gewünscht wird. Das Material 424 ist Aluminium, Platin oder ein anderes Metall, wie dies von Fachleuten gewünscht wird. Das Material definiert sechs obere Oberflächen 416, fünf untere Oberflächen 420 und eine Vielzahl von vertikalen Oberflächen 428. Die oberen Oberfläche 416 definieren eine obere Ebene, und die unteren Oberflächen 420 definieren eine untere Ebene. Die oberen Oberflächen 416 definieren eine Breite 432 von ungefähr 2,5 Mikrometern (2,5 μm) Weite. Die unteren Oberflächen 420 sind geringfügig enger. Die oberen Oberflächen 416 sind von dem Absorber 204 durch den Abstand 406 beabstandet, welcher ungefähr drei Mikrometer (3 μm) ist. Die unteren Oberflächen 420 sind von dem Absorber 204 durch den Abstand 414 beabstandet, welcher ungefähr sechs Mikrometer (6 μm) ist. Die oberen Oberfläche 416 sind von den unteren Oberflächen 420 durch einen Abstand 430 beabstandet. Der Abstand 430 beträgt ungefähr fünf Mikrometer (5 μm). Die vertikalen Oberflächen 428 verbinden die oberen Oberfläche 416 mit den unteren Oberflächen 420. Das Material 424 besitzt eine Dicke 436 von ungefähr fünfhundert Nanometern, so dass das Material 424 dicker als die Eindringtiefe der Strahlung auf dem Material 424 ist. Solange das Material 424 dicker als die Eindringtiefe der Strahlung ist, ist die Zusammensetzung der gefurchten Struktur 410 egal
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8 stellt das Absorptionsspektrum des Bolometers 400 in dem infraroten Bereich der Strahlung dar. Berücksichtigt man einen Bereich der Wellenlängen, welcher sich von ungefähr sechs Mikrometern (6 μm) bis vierzehn Mikrometern (14 μm) erstreckt, weist das Bolometer 400 einen optischen Resonanzpunkt 450, zwei destruktive Interferenzpunkte 458, 466 und einen Durchlassbereich 470 auf. Aufgrund der Abstände 406, 414 weist das Bolometer 400 eine gemischte optische Resonanzzone 450 auf, sogar obwohl der Reflektor 408 gestuft ist. Bei dem Zentrum der optischen Resonanzzone 450 absorbiert das Bolometer 400 ungefähr 95% der Strahlung bei 7,5 Mikrometern (7,5 μm).
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8 zeigt auch, dass die Absorptionsreaktion bei der destruktiven Interferenzzone 458 im Vergleich zu der destruktiven Interferenzzone 358 der 6 auf ungefähr 0% Absorption heruntergebracht worden ist. In ähnlicher Weise wurde die Absorption bei der destruktiven Interferenzzone 466 auf ungefähr 0% Absorption nach unten gebracht, verglichen zu der destruktiven Interferenzzone 366 der 6. Das Reduzieren der Absorption bei den destruktiven Interferenzzonen 458, 466 von λ/2 ist aufgrund des Materials 424 und der Abstände 406, 410, neben anderen Faktoren.
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Der Durchlassbereich 470 weist eine Spitzenabsorption bei dem optischen Resonanzpunkt 450 auf und verjüngt sich herunter zu den Grenzen davon.
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Wie in 9 gezeigt wird, beinhaltet ein MEMS-Bolometer 500 einen Absorber 504 und einen gestuften Reflektor 508. Der Reflektor 508 ist identisch zu dem Reflektor 408 der 7. Der Reflektor 508 beinhaltet ein Material 512, welches identisch zu dem Material 424 ist, und definiert eine Vielzahl von oberen Oberflächen 516 und eine Vielzahl von unteren Oberflächen 520. Die oberen Oberflächen 516 sind identisch zu den oberen Oberflächen 416, und die unteren Oberflächen 520 sind identisch zu den unteren Oberflächen 420.
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Der Absorber 504 ist von den oberen Oberflächen 516 durch einen Abstand 506 beabstandet, welcher ungefähr drei Mikrometer (3 μm) beträgt. Der Absorber 504 ist von den unteren Oberflächen 520 durch einen Abstand 510 beabstandet, welcher ungefähr sechs Mikrometer (6 μm) beträgt.
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Der Absorber 504 definiert eine Vielzahl von Öffnungen 514, 518, welche sich vollständig durch den Absorber 504 erstrecken. Die Öffnungen 514 sind im Allgemeinen kreisförmig (die perspektivische Ansicht der 9 lässt die Öffnungen geringfügig elliptisch erscheinen). Jede Öffnung 514 definiert eine maximale Weite 524 von ungefähr vier Mikrometern (4 μm). Die Öffnungen 518 sind auch im Allgemeinen kreisförmig. Jede Öffnung 518 definiert eine maximale Weite 528 von ungefähr zwei Mikrometern (2 μm). Da die Öffnungen 514, 518 im Allgemeinen kreisförmig sind, entsprechen die maximalen Weiten 524, 528 den Durchmessern der Öffnungen 514, 518. Die maximale Weite 524 ist kleiner als oder gleich zu dem Abstand 510, und die maximale Weite 528 ist geringer als oder gleich zu dem Abstand 506.
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10 zeigt ein Absorptionsspektrum des Bolometers 500 der 9. Wie gezeigt wird, weitet das Mischen der Öffnungen 514, 518 unterhalb der Wellenlänge der unterschiedlichen maximalen Weiten 524, 528 mit dem gestuften Reflektor 508, welcher das Material 512 besitzt, einen Durchlassbereich 570 der Reaktion im Vergleich zu dem Durchlassbereich von 450, welcher in 8 gezeigt wird.
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11 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bolometers 600, welches einen Absorber 604 und einen Reflektor 608 beinhaltet. Der Absorber 604 definiert eine Vielzahl von Öffnungen 612 durch diesen. Der Reflektor 608 definiert auch eine Vielzahl von Öffnungen 616 durch diesen. Der Absorber 604 ist von dem Reflektor 608 durch einen Abstand 620 beabstandet. Die Öffnungen 612 sind mit den Öffnungen 616 justiert. Die Öffnungen 616 dienen dazu, die Hohlraumresonanz einer Absorptionsreaktion (nicht gezeigt) des Bolometers 600 zu verbreitern. Die Öffnungen 612, 616 definieren eine maximale Weite 624, welche geringer als der Abstand 620 ist. 11 ist nicht maßstäblich gezeichnet.
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12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bolometers 700, welches einen Absorber 704 und einen Reflektor 708 beinhaltet. Der Absorber 704 definiert eine Vielzahl von Öffnungen 712 durch diesen. Der Reflektor 708 definiert auch eine Vielzahl von Öffnungen 716 durch diesen. Der Absorber 704 ist von dem Reflektor 708 durch einen Abstand 720 beabstandet. Die Öffnungen 712 sind nicht zu den Öffnungen 716 justiert, wie dies durch die Position 724 (welche als Scheinbild gezeigt wird) der einen der Öffnungen 716 auf dem Absorber 704 gezeigt wird. Die Öffnungen 716 dienen dazu, die Hohlraumresonanz der Absorptionsreaktion des Bolometers 700 zu verbreitern. Die Öffnungen 712, 716 definieren eine maximale Weite 728, welche geringer als der Abstand 720 ist. 12 ist auch nicht maßstäblich gezeichnet.
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Während die Offenbarung im Detail in den Zeichnungen und der vorhergegangenen Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, sollte das gleiche als erläuternd und nicht restriktiv im Charakter betrachtet werden. Es ist davon auszugehen, dass nur die bevorzugten Ausführungsformen präsentiert worden sind und dass gewünscht wird, dass alle Veränderungen, Modifikationen und weiteren Anwendungen, welche in den Geist der Offenbarung fallen, geschützt werden.
