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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Infrarot- oder Wärmeabbildungssysteme
und insbesondere auf einen Wärmedetektor
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wärmeabbildungssysteme
werden häufig
verwendet, um Feuer, eine sich überhitzendes
Maschinenanlage, Flugzeuge, Fahrzeuge und Leute zu erfassen und
temperaturempfindliche industrielle Prozesse zu kontrollieren. Wärmeabbildungssysteme
arbeiten im Allgemeinen durch Erfassen der Differenzen der Wärmestrahlungsdichte
verschiedener Objekte in einer Szene und durch Anzeigen der Differenzen
als visuelles Bild der Szene.
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Die
Basiskomponenten eines Wärmeabbildungssystems
umfassen im Allgemeinen eine Optik zum Sammeln und Fokussieren von
Wärmestrahlung
von einer Szene, einen Wärmedetektor
mit mehreren Wärmesensoren
zum Umwandeln von Wärmestrahlung
in ein elektrisches Signal und Elektronik zum Verstärken und
Verarbeiten des elektrischen Signals in eine visuelle Anzeige oder
zur Speicherung in einem geeigneten Medium. Ein Unterbrecher ist
häufig
in einem Wärmeabbildungssystem
enthalten, um den Detektor mit der Szene durch Wechselspannung zu
koppeln. Der Unterbrecher erzeugt eine konstante Hintergrundstrahlungsdichte,
die ein Referenzsignal vorsieht. Der elektronische Verarbeitungsabschnitt
des Wärmeabbildungssystems
subtrahiert das Referenzsignal vom gesamten Strahlungsdichtesignal,
um ein Signal mit minimaler Hintergrundvorspannung zu erzeugen.
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Die
Wärmesensoren
eines Wärmeabbildungssystems
können,
in einer Brennebenenmatrix angeordnet sein. Die Brennebenenmatrix
und ihre zugehörigen
Wärmesensoren
sind häufig
mit einem Substrat einer integrierten Schaltung mit einer entsprechenden
Matrix von Kontaktstellen und einer Wärmeisolationsstruktur, die
zwischen der Brennebenenmatrix und dem Substrat der integrierten
Schaltung angeordnet ist, gekoppelt. Die Wärmesensoren definieren die
jeweiligen Bildelemente oder Pixel des resultierenden Wärmebildes.
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Eine
Art von Wärmesensor
umfasst ein wärmeempfindliches
Element, das aus einem pyroelektrischen Material gebildet ist, das
einen elektrischen Polarisationszustand und/oder eine Änderung
der Dielektrizitätskonstante
in Abhängigkeit
von Temperaturänderungen
des pyroelektrischen Materials in Reaktion auf eine einfallende
Infrarotstrahlung aufweist. Ein Paar von Dünnschichtelektroden sind im
Allgemeinen auf entgegengesetzten Seiten des pyroelektrischen Materials
angeordnet, um als kapazitive Platten zu wirken. In dieser Anordnung
wirkt das pyroelektrische Material als Dielektrikum oder Isolator,
der zwischen den kapazitiven Platten angeordnet ist. Folglich sind
die Elektroden wirksam, um die durch das pyroelektrische Material
in Reaktion auf Änderungen
der Temperatur erzeugte Ladung zu messen. Wie vorher erörtert, kann
die Ladung oder das elektrische Signal zu einer visuellen Anzeige
verstärkt
und verarbeitet werden.
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Die
Ausgangsstelle zur Herstellung eines Wärmesensors ist typischerweise
ein Wafer aus Silicium oder einem anderen geeigneten Material. Der
Wafer kann einen Durchmesser von etwa 150 Millimetern (6 Zoll) und
eine ungefähre
Dicke von 660 Mikrometern (26 Millizoll) aufweisen. Die Materialien,
die die Wärmesensoren
bilden, können
auf dem Wafer in Schichten abgeschieden und nach Bedarf entfernt
werden.
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EP-A-0 454 398 offenbart
einen Wärmesensor
mit einer Matrix von aufgehängten
ebenen Detektoren, wobei jeder Detektor ein organisches pyroelektrisches
Element zwischen einer oberen Nichrom-Elektrode und einer unteren
Goldelektrode aufweist.
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WO-A-93 09414 offenbart
einen Wärmesensor
mit einer Matrix von aufgehängten
ebenen Detektoren, wobei jeder Detektor einen Stapel einer unteren
Mikrobrücke
aus Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, einer unteren Elektrode
aus Platin, einem anorganischen pyroelektrischen Element, das aus
Bleititanat besteht, und einer oberen Platinelektrode aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Problem bei der Herstellung von Wärmesensoren mit Dünnschichtelektroden
besteht jedoch darin, dass sich die Elektroden häufig während der Verarbeitung nach
der Abscheidung verformen. Von Dünnschichtelektroden
ist beispielsweise bekannt, dass sie Erhebungen oder ähnliche
Verformungen entlang Oberflächen entwickeln,
die an der pyroelektrischen Schicht anliegen. Die Verformungen führen zu
einem elektrischen Kriechstrom durch die pyroelektrische Schicht
und die Dünnschichtelektroden.
Dieser Kriechstrom verschlechtert das elektrische Signal und die
visuelle Anzeige, die vom Wärmesensor
erhalten wird.
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Folglich
ist auf dem Fachgebiet ein Bedarf für eine verbesserte Dünnschichtelektrode
entstanden. Die vorliegende Erfindung schafft eine Dünnschichtelektrode,
die die Nachteile und Probleme, die mit früheren Dünnschichtelektroden verbunden
sind, im Wesentlichen beseitigt oder verringert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die untere Elektrode eine feste Lösung von mindestens zwei Komponenten,
die eine erhöhte
Beständigkeit
gegen die Bildung von Erhebungen auf der Oberfläche der unteren Elektrode schafft.
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Das
dielektrische Element ist ein wärmeempfindliches
Element. Das wärmeempfindliche
Element ist benachbart zur ersten Dünnschichtelektrode angeordnet
und die zweite Dünnschichtelektrode
ist benachbart zum wärmeempfindlichen
Element entgegengesetzt zur ersten Dünnschichtelektrode angeordnet.
Außerdem kann
eine Stützstruktur
vorgesehen sein, um die erste Dünnschichtelektrode
in beabstandeter Beziehung zur Oberfläche eines Substrats abzustützen. Die
Stützstruktur
kann mindestens zwei Stützen,
die sich von der Oberfläche
des Substrats erstrecken, und ein Paar von gabelförmigen Armen,
die sich jeweils von einer Elektrode erstrecken und mit den jeweiligen
Stützen
verbunden sind, umfassen.
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Das
wärmeempfindliche
Element umfasst ein pyroelektrisches Material. Das pyroelektrische
Material kann Bleilanthanzirconattitanat sein. Überdies kann die feste Lösung die
Komponenten von Platin und Rhodium umfassen. In einer speziellen
Ausführungsform
kann die feste Lösung
fünfundachtzig
(85) Prozent Platin und fünfzehn
(15) Prozent Rhodium umfassen.
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Wichtige
technische Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen das Schaffen
einer verbesserten Dünnschichtelektrode.
Insbesondere umfasst die untere Elektrode eine feste Lösung von
mindestens zwei Komponenten. Die feste Lösung schafft eine erhöhte Beständigkeit
gegen die Bildung von Erhebungen und anderen Verformungen auf der
Oberfläche
der unteren Elektrode.
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Noch
ein weiterer wichtiger technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung
umfasst das Schaffen einer verbesserten Elektrodenanordnung mit
einem dielektrischen Element und einem Paar von Dünnschichtelektroden.
Insbesondere ist die untere Elektrode relativ glatt, um den elektrischen
Kriechstrom durch das dielektrische Element und zwischen der unteren
und der oberen Elektrode zu verringern. Die Verringerung des elektrischen
Kriechstroms verbessert das von der Elektrodenanordnung erhaltene
elektrische Signal.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nun auf die
folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
Bezug genommen, in denen:
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1 das
Blockdiagramm ist, das die Komponenten von einer Ausführungsform
eines Wärmeabbildungssystems
zeigt, das gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist;
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2 eine
isometrische Ansicht des Wärmedetektors
von 1 ist, die eine Brennebenenmatrix zeigt, die an
einem Substrat einer integrierten Schaltung entgegengesetzt zu einem
Wärmeelement
montiert ist;
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3 eine
detaillierte isometrische Ansicht der Brennebenenmatrix von 2 ist,
die eine Matrix eines Wärmesensors
zeigt;
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4 eine
detaillierte isometrische Ansicht von einem der Wärmesensoren
von 3 ist, die ein wärmeempfindliches Element zeigt,
das zwischen einem Paar von Dünnschichtelektroden
angeordnet ist; und
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5A-C
eine Reihe von Aufrissansichten im Schnitt sind, die verschiedene
Stufen der Herstellung des Wärmesensors
von 4 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am besten verstanden,
indem nun auf 1-5 der
Zeichnungen genauer Bezug genommen wird, in denen sich gleiche Ziffern
in den ganzen verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen. 1 zeigt
ein schematisches Block diagramm eines Wärmeabbildungssystems 12,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist. Während
des Betriebs erfasst, verarbeitet und zeigt das Wärmeabbildungssystem 12 das
Wärmebild
einer Szene 14 an.
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Das
Wärmeabbildungssystem 12 kann
besonders nützlich
sein, wenn eine Abbildung mittels visueller Wellenlängen nicht
zur Verfügung
steht, wie z. B. im Dunkeln, oder wenn die Sicht durch Rauch, Staub
oder andere Teilchen beeinträchtigt
ist. Unter solchen Bedingungen kann das Wärmeabbildungssystem 12 Wärmestrahlung
im Infrarotfenster erfassen. Das Infrarotfenster ist ein Wellenlängenbereich
im Infrarotspektrum, in dem eine gute Übertragung von elektromagnetischer
Strahlung durch die Atmosphäre
besteht. Die typischen Infrarotdetektoren erfassen Infrarotstrahlung
in den Spektralbändern
von 3 bis 5 Mikrometer (mit einer Energie von 0,4 bis 0,25 eV) und
von 8 bis 14 Mikrometer (mit einer Energie von 0,16 bis 0,09 eV).
Das Spektralband von 3-5 Mikrometer wird im Allgemeinen als "nahes Infrarotband" bezeichnet, während das
Spektralband von 8 bis 14 Mikrometer als "fernes Infrarotband" bezeichnet wird. Infrarotstrahlung
zwischen dem nahen und dem fernern Infrarotband kann normalerweise
auf Grund der Atmosphärenabsorption
desselben nicht erfasst werden. Das Wärmeabbildungssystem 12 ist
jedoch auch während
des Tages und, wenn die Sicht mittels der visuellen Wellenlängen zur
Verfügung
steht, nützlich.
Das Wärmeabbildungssystem 12 kann
beispielsweise verwendet werden, um Feuer, eine sich überhitzende
Maschinerie, Flugzeuge, Fahrzeuge und Leute zu erfassen und temperaturempfindliche
industrielle Prozesse zu kontrollieren.
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Wie
in 1 gezeigt, kann das Wärmeabbildungssystem 12 eine
Linsenanordnung 16 in optischer Verbindung mit einem Wärmedetektor 18 umfassen.
Die Linsenanordnung 16 fokussiert oder richtet Wärmestrahlung,
die von der Szene 14 emittiert wird, auf den Wärmedetektor 18.
Die Linsenanordnung 16 kann eine oder mehrere Linsen umfassen,
die aus einem Material bestehen, das Wärmestrahlung durchlässt, wie
z. B. Germanium. Die Konstruktion der Linsenanordnung 16 kann
in Abhängigkeit
von der speziellen Verwendung des Wärmeabbildungssystems 12 verändert werden.
Die Linsenanordnung 16 kann beispielsweise eine konstante
oder variable F-Zahl aufweisen und/oder kann eine Linse mit einzelnem
Blickfeld oder eine Zoomlinse sein.
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Der
Wärmedetektor 18 kann
gekühlt
oder ungekühlt
sein. Ein gekühlter
Wärmedetektor
wird bei Tieftemperaturen wie z. B. bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff
betrieben, um die gewünschte
Empfindlichkeit gegen eine Veränderung
der Infrarotstrahlung zu erhalten. In Fällen, in denen ein ungekühlter Detektor 18 verwendet
wird, wird häufig
ein Unterbrecher 20 zwischen der Linsenanordnung 16 und
dem Wärmedetektor 18 angeordnet.
Vorzugsweise sind die Linsenanordnung 16, der Wärmedetektor 18 und
der Unterbrecher 20 innerhalb eines zugehörigen Gehäuses (nicht
dargestellt) enthalten. Der Wärmedetektor 18 kann
auch innerhalb einer Vakuumumgebung oder einer Umgebung mit Gas
mit niedriger Wärmeleitfähigkeit
enthalten sein.
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Der
Unterbrecher 20 kann durch einen Signalprozessor 22 gesteuert
werden, um die Übertragung
des Wärmebildes
zum Wärmedetektor 18 periodisch
zu unterbrechen. Verschiedene Arten von mechanischen und/oder elektrischen
Unterbrechern 20 können
bei der vorliegenden Erfindung zufrieden stellend verwendet werden.
Der Unterbrecher 20 kann beispielsweise eine Drehscheibe
mit Öffnungen
sein, die Infrarotstrahlung periodisch blockieren und durchlassen.
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Die
Anordnung der Linsenanordnung 16 und des Unterbrechers 20 in
Bezug auf den Wärmedetektor 18 wird
unter Verwendung von gut bekannten Prinzipien der optischen Konstruktion
durchgeführt,
wie auf Wärmeabbildungssysteme
angewendet. Wie vorher beschrieben, fokussiert die Linsenanordnung 16 die
von der Szene 14 emittierte Wärmestrahlung auf den Wärmedetektor 18.
Der Wärmedetektor 18 setzt
die eingehende Wärmestrahlung
in entsprechende elektrische Signale für die Verarbeitung um.
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Die
elektrischen Signale des Wärmedetektors 18 können zum
Signalprozessor 22 geleitet werden, der die elektrischen
Signale in Videosignale zur Anzeige zusammenfügt. Wie vorher beschrieben,
kann der Signalprozessor 22 auch den Betrieb des Unterbrechers 20 synchronisieren.
Diese Synchronisation ermöglicht, dass
der Signalprozessor 22 eingehende Wärmestrahlung subtraktiv verarbeitet,
um feste Hintergrundstrahlung zu beseitigen. Die Ausgabe des Signalprozessors 22 ist
häufig
ein Videosignal, das betrachtet, weiterverarbeitet, gespeichert
oder dergleichen werden kann.
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Das
Videosignal des Signalprozessors 22 kann auf einem lokalen
Monitor 24 betrachtet werden oder zur Anzeige in einen
entfernten Monitor 26 eingespeist werden. Der lokale Monitor 24 kann
ein Okular, das einen elektronischen Sucher enthält, eine Katodenstrahlröhre oder
dergleichen sein. Ebenso kann der entfernte Monitor 26 eine
elektronische Anzeige, eine Katodenstrahlröhre wie z. B. ein Fernsehgerät oder eine
andere Art von Vorrichtung, die in der Lage ist, das Videosignal
anzuzeigen, sein. Das Videosignal kann auch auf einem Speichermedium 28 für den späteren Abruf
gespeichert werden. Das Speichermedium 28 kann eine Kompaktdisk,
ein Festplattenlaufwerk, ein Direktzugriffsspeicher oder irgendeine
andere Art von Medium sein, das in der Lage ist, elektronische Videosignale
für den
späteren
Abruf zu speichern. Monitore und Speichermedien sind auf dem Fachgebiet
gut bekannt und werden daher hierin nicht weiter beschrieben.
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Die
elektrische Leistung zum Betreiben des Wärmeabbildungssystems 12 kann
von einer Leistungsversorgung 30 geliefert werden. Die
Leistungsversorgung 30 liefert elektrische Leistung direkt
zum Unterbrecher 20, zum Wärmedetektor 18, zum
Signalprozessor 22 und zum lokalen Monitor 24.
Elektrische Leistung kann auch zur Linsenanordnung 16 geliefert
werden, wenn beispielsweise ein Motor verwendet wird, um die Linsenanordnung 16 zu
zoomen.
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2 ist
eine detaillierte Ansicht des Wärmedetektors 18.
Der Wärmedetektor 18 kann
eine Brennebenenmatrix 32 umfassen, die an einem Substrat 34 montiert
ist. In einer Ausführungsform
kann die Brennebenenmatrix 32 eine Anzahl von Wärmesensoren 36 umfassen,
die in einer Matrix angeordnet sind. Die Menge und der Ort der Wärmesensoren 36 hängen von
der für
die Brennebenenmatrix 32 gewünschten N-mal-M-Konfiguration
ab.
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Die
Konfiguration der Brennebenenmatrix 32 variiert im Allgemeinen
für verschiedene
Arten von Wärmedetektoren 18.
In einem "starrenden" Wärmedetektor
wird beispielsweise das ganze Wärmebild
auf eine große
Brennebenenmatrix fokussiert. Im Gegensatz dazu verwendet ein "Abtast"-Wärmedetektor
einen Spiegel oder ein ähnliches
Mittel, um aufeinander folgende Abschnitte des Wärmebildes über eine kleine Brennebenenmatrix
zu überstreichen.
Gewöhnlich,
obwohl für
die Erfindung nicht notwendig, bestehen beide Arten von Wärmedetektoren 18 aus
einer Anzahl von Wärmesensoren 36,
wobei die Ausgabe von jedem Wärmesensor 36 einen
Abschnitt der betrachteten Szene 14 darstellt. Die Ausgabe
von jedem Wärmesensor 36 in der
Brennebenenmatrix 32 kann bei spielsweise ein einzelnes
Pixel des gesamten Bildes darstellen. Diese Ausführungsform kann zur Verwendung
in Verbindung mit visuellen Anzeigen mit hoher Dichte besonders
vorteilhaft sein.
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Das
Substrat
34 kann ein Substrat einer integrierten Schaltung
sein, das die erforderlichen elektrischen Kopplungen und die erforderliche
Schaltungsanordnung vorsieht, um das auf der Brennebenenmatrix
32 erzeugte
Wärmebild
zu verarbeiten. Das Substrat
34 der integrierten Schaltung
kann aus Silicium, keramischem Aluminiumoxid oder anderen geeigneten
Materialien die sowohl chemisch als auch thermisch mit den mehreren
Schichten kompatibel sind, die auf der Oberfläche
66 (
4)
des Substrats
34 der integrierten Schaltung gebildet werden,
gebildet sein. Weitere Informationen hinsichtlich Wärmesensoren,
die auf einem zugrunde liegenden Substrat einer integrierten Schaltung
montiert sind, sind vom
US-Patent
Nr. 4 143 269 , erteilt an McCormack, et al., mit dem Titel "Ferroelectric Imaging
System" und vom
US-Patent Nr. 5 021 663 , erteilt
an Hornbeck, mit dem Titel "Infrared
Detector" offenbart.
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Ein
Wärmeelement 38 kann
vorgesehen sein, um das Substrat 34 der integrierten Schaltung
auf einer konstanten vordefinierten Temperatur zu halten. Die konstante
Temperatur verhindert, dass Umgebungs- oder intern erzeugte Temperaturgradienten
die Wärmesensoren 36 beeinflussen,
und stellt folglich eine Grundlinie bereit, mit der die Wärmeenergie
der Szene 14 genau gemessen werden kann. Die erforderlichen
elektrischen Kopplungen und die erforderliche Schaltungsanordnung
zum Steuern des Wärmeelements 38 kann
durch das Substrat 34 der integrierten Schaltung bereitgestellt
werden. In einem solchen Fall kann das Wärmeelement 38 mit
dem Substrat 34 der integrierten Schaltung entgegengesetzt
zur Brennebenenmatrix 32 gekoppelt sein.
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3 stellt
eine detaillierte Ansicht der vorher beschriebenen Brennebenenmatrix 32 dar.
In dieser Ausführungsform
umfasst die Brennebenenmatrix 32 eine Matrix von Wärmesensoren 36.
Jeder Wärmesensor 36 bildet
ein diskretes Element der Brennebenenmatrix 32. Die Wärmesensoren 36 können durch
einen Satz von sich schneidenden Schlitzen 40 getrennt
sein, die um den Umfang von jedem Wärmesensor 36 vorgesehen
sind. Die Schlitze 40 sehen einen hohen Grad an Netzform
zwischen benachbarten Wärmesensoren 36 vor,
was die Wärmeausbreitung
zwischen den Pixelelementen wesentlich verringert.
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Die
Wärmesensoren 36 können Wärmestrahlung
unter Verwendung von verschiedenen Verfahren erfassen. Die Wärmesensoren
können
beispielsweise auf der Erzeugung einer Ladung auf Grund einer Änderung
der Temperatur, die sich aus der Wärmestrahlung, die die Wärmesensoren 36 erhitzt,
ergibt, basieren. Alternativ können
die Wärmesensoren 36 auf
der Erzeugung einer Ladung auf Grund einer Photon-Elektron-Wechselwirkung
innerhalb des zum Bilden der Wärmesensoren 36 verwendeten
Materials basieren. Dieser letztere Effekt wird manchmal interner
photoelektrischer Effekt genannt. Die Wärmesensoren 36 können auch
auf der Änderung
des Widerstandes eines dünnen
Leiters basieren, die durch den Erwärmungseffekt der Wärmestrahlung
verursacht wird. Solche Wärmesensoren 36 werden
manchmal als Solometer bezeichnet. Es ist selbstverständlich,
dass diese und andere Arten von Wärmesensoren 36 gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können.
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4 stellt
eine detaillierte Ansicht von einem der Wärmesensoren 36 dar.
Jeder Wärmesensor 36 kann
eine Elektrodenanordnung mit einem dielektrischen Element, das zwischen
einem Paar von elektrisch leitenden Elementen angeordnet ist, sein.
Zusätzlich
zu Wärmesensoren
kann die Elektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung für einen
dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen nicht flüchtigen
Speicher und dergleichen verwendet werden. Für die Bequemlichkeit des Lesers
wird die Elektrodenanordnung in der Ausführungsform des Wärmesensors 36 beschrieben.
In dieser Ausführungsform
kann das dielektrische Element ein wärmeempfindliches Element 50 sein.
Das wärmeempfindliche
Element 50 kann zwischen einem ersten elektrisch leitenden
Element 52 und einem zweiten elektrisch leitenden Element 54 angeordnet
sein.
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In
einer Ausführungsform
ist das wärmeempfindliche
Element 50 vorzugsweise aus pyroelektrischen Materialien
ausgebildet. Die pyroelektrischen Materialien können auch ferroelektrische
Materialien sein, wie z. B. Bariumstrontiumtitanat (BST), Bariumtitanat
(BT) und Antimonsulfojodid (SbSI), oder irgendein Blei enthaltendes
ferroelektrisches Material, einschließlich Bleititanat (PT), Bleilanthantitanat
(PLT), Bleizirconattitanat (PZT), Bleilanthanzirconattitanat (PLZT),
Bleizinkniobat (PZN), Bleistrontiumtitanat (PSrT) und Bleiscandiumtantalat
(PST). In dieser Ausführungsform
erzeugt das wärmeempfindliche
Element 50 eine Ladung in Reaktion auf eine Temperaturänderung.
Es ist jedoch selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung die Ausbildung des wärmeempfindlichen
Ele ments 50 aus einem beliebigen wärmeempfindlichen Material in
Erwägung zieht,
das eine zufrieden stellende Reaktion auf Wärmestrahlung bereitstellt.
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Die
Dicke des wärmeempfindlichen
Elements 50 kann in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
der Wärmestrahlung,
für deren
Erfassung das Wärmeabbildungssystem 12 ausgelegt
ist, variieren. Das wärmeempfindliche
Element 50 ist vorzugsweise ein dünner Film, um das Reaktionsvermögen auf
die Wärmestrahlung und
die Übertragung
einer erzeugten Ladung zu den elektrisch leitenden Elementen 52 und 54 zu
verbessern.
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Das
erste elektrisch leitende Element 52 und das zweite elektrisch
leitende Element 54 können
auf entgegengesetzten Seiten des wärmeempfindlichen oder pyroelektrischen
Elements 50 angeordnet sein. In dieser Anordnung fungieren
die elektrisch leitenden Elemente 52 und 54 als
Elektroden, die Ladungen empfangen, die vom pyroelektrischen Element 50 in
Reaktion auf Wärmestrahlung
erzeugt werden. Folglich stehen die Elektroden 52 und 54 in
elektrischer Verbindung mit dem pyroelektrischen Element 50,
das eine kapazitive Kopplung umfasst.
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Die
elektrisch leitenden Elemente oder Elektroden 52 und 54 können Dünnschichtelektroden
sein. Dünnschichtelektroden 52 und 54 sind
im Allgemeinen bevorzugt, da sie theoretisch für Wärmestrahlung durchlässig sein
können.
Dünnschichtelektroden
sind auch bevorzugt, da sie absorbierte Wärmeenergie nicht vom pyroelektrischen
Element 50 rauben. Außerdem
kann die Dünnschichtelektrode 52 undurchlässig sein, wenn
die Infrarotstrahlung in einer Kammer 68 des Wärmesensors 36 absorbiert
wird.
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Ein
Problem bei Dünnschichtelektroden
besteht jedoch darin, dass sie sich häufig während der Bearbeitung nach
der Abscheidung verformen. Dies gilt insbesondere für die erste
Dünnschichtelektrode 52,
die hohen Temperaturen zwischen 350 Grad Celsius und 800 Grad Celsius
ausgesetzt werden kann. Die hohen Temperaturen können eine durch die Temperatur
induzierte Spannung während
der Ausbildung des pyroelektrischen Elements 50 verursachen.
Folglich kann die Dünnschichtelektrode 52 Erhebungen
oder ähnliche
Verformungen entlang der Oberfläche
der Dünnschichtelektrode 52 entwickeln,
die am pyroelektrischen Element 50 anliegt. Die Verformungen
führen
zu einem elektrischen Kriechstrom durch das pyroelektrische Element 50 und
zwischen den Dünn schichtelektroden 52 und 54.
Dieser Kriechstrom verschlechtert das elektrische Signal und die
visuelle Anzeige, die vom Wärmesensor 36 erhalten
wird.
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Ein
signifikantes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Konstruktion
der ersten Elektrode 52 aus einer festen Lösung. Eine
feste Lösung
ist eine Lösung
in einem kristallinen Zustand, in dem zumindest eine Atomposition
mehr als eine Atomspezies aufnehmen kann. Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch
von zwei oder mehr Komponenten. Die Komponenten der festen Lösung sollten
vorzugsweise eine hohe Austrittsarbeit aufweisen und sollten miteinander
und mit dem pyroelektrischen Element 50 kompatibel sein.
Die Austrittsarbeit einer Komponente ist die Energie, die erforderlich
ist, um ein Elektron zu befreien. Typischerweise ist eine Austrittsarbeit
von etwa 4 eV oder darüber
für die
Gesamtheit annehmbar. Komponenten sind kompatibel, wenn sie nicht
nachteilig miteinander oder mit dem pyroelektrischen Element 50 in
Wechselwirkung treten.
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In
einer Ausführungsform,
wie nachstehend im Einzelnen beschrieben, kann die erste Elektrode 52 eine
feste Lösung
aus Platin und Rhodium umfassen. Es ist selbstverständlich,
dass andere Komponenten, die miteinander und mit dem pyroelektrischen
Element 50 kompatibel sind und die eine annehmbare Austrittsarbeit
aufweisen, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können.
Andere feste Lösungen
können
Ir-Rh mit 0-10 % Rh, Ir-Ru
mit 0-40 % Ir und 60-100 % Rn, Ir-Rd mit 0-10 % Pd, Pd-Pt mit 0-10
% Pd und 95 bis 100 Pt, Ag-Au mit 0-100 % Ap und An, Ag-Pd mit 0-100
% Ag und Pd, Ag-In mit 0-20 % In, Au-Pt mit 0-100 % Pt und Ir-Pt
mit 0-5 % Pt sein. Ferner ist es selbstverständlich, dass einzelne Komponenten
eine niedrigere Austrittsarbeit aufweisen können, vorausgesetzt, dass die
Austrittsarbeit der Gesamtheit annehmbar ist.
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Die
feste Lösung
der ersten Elektrode 52 schafft eine erhöhte Beständigkeit
gegen die Bildung von Erhebungen und anderen Verformungen auf der
Oberfläche
der ersten Elektrode 52. Folglich bleibt die Oberfläche der
ersten Elektrode 52 relativ glatt im ganzen Prozess der
Herstellung des pyroelektrischen Elements 50 und anderer
Teile der Brennebenenmatrix 32. Die glatte Oberfläche der
ersten Elektrode 52 verringert den elektrischen Kriechstrom
zwischen dem pyroelektrischen Element 50 und der ersten
Elektrode 52. Die Verringerung des Kriech stroms verbessert
das elektrische Signal und die visuelle Anzeige, die vom Wärmesensor 36 erhalten
wird.
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Die
zweite Elektrode 54 kann auch aus einer festen Lösung konstruiert
werden. Alternativ kann die zweite Elektrode 54 aus verschiedenen
Ein-Komponenten-Materialien gebildet werden, die elektrisch leitend sind.
Die zweite Elektrode 54 kann beispielsweise aus Palladium
oder Platin oder aus leitenden Oxiden wie z. B. Rutheniumoxid (RuO2) oder Lanthanstrontiumkobaltoxid (LSCO)
ausgebildet werden.
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Der
Wärmesensor 36 ist über dem
Substrat 34 der integrierten Schaltung vorzugsweise selbsttragend. Wie
durch 4 gezeigt, erstreckt sich ein erster Tragarm 56 vorzugsweise
von der ersten Elektrode 52. Ein zweiter Tragarm 58 erstreckt
sich vorzugsweise von der zweiten Elektrode 54. In einer
weiteren Ausführungsform
kann das wärmeempfindliche
Element 50 in separate Abschnitte unterteilt sein und die
Tragarme 56 und 58 können sich von derselben Elektrode 52 oder 54 erstrecken.
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Für viele
Anwendungen ist der Tragarm 56 vorzugsweise aus derselben
Art von Material wie die erste Elektrode 52 gebildet. Ebenso
ist der Tragarm 58 vorzugsweise aus derselben Art von Material
wie die zweite Elektrode 54 gebildet. Die Tragarme 56 und 58 können jedoch
aus einem anderen Material als die Elektroden 52 und 54 gebildet
sein. Außerdem
kann die Dicke der Tragarme 56 und 58 verändert werden,
um die Wärmeleitung
zwischen den Elektroden und dem Substrat 34 der integrierten
Schaltung zu steuern. Das wärmeempfindliche
Material kann über
dem Tragarm 56 und unter dem Tragarm 58 angeordnet
sein.
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Die
Länge,
Breite und Dicke der Tragarme 56 und 58 können ausgewählt werden,
um ihre Beständigkeit
gegen die Übertragung
von Wärmeenergie
zwischen dem Wärmesensor 36 und
dem Substrat 34 der integrierten Schaltung zu verstärken. In
einer Ausführungsform
können
beispielsweise Schlitze 60 und 62 zwischen jedem
Tragarm ausgebildet werden und folglich eine zusätzliche Wärmeisolation zwischen den Tragarmen
und ihren zugehörigen
Elektroden schaffen. In dieser Ausführungsform kann die Wärmeisolation
jedes Tragarms durch Verlängern
des gabelförmigen
Tragarms erhöht
werden. Die Wärmeisolation
kann maximiert werden, indem jeder Tragarm entlang entgegengesetzter
Hälften
des Umfangs der Elektroden voll ausgedehnt wird.
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Ein
Paar von Stützen 64 kann
vorgesehen sein, um die gabelförmigen
Arme 56 und 58 und folglich den Wärmesensor 36 in
einer beabstandeten Beziehung zu einer Oberfläche 66 des Substrats 34 der
integrierten Schaltung abzustützen.
Die Stützen 64 können jeweils
einen der gabelförmigen
Tragarme abstützen.
Die Stützen 64 werden
vorzugsweise aus einem Material gebildet, das elektrisch leitend
ist. In dieser Ausführungsform
kann jede Stütze 64 elektrische
Signale von ihrer jeweiligen Elektrode zu einer Kontaktstelle 70 des
Substrats 34 der integrierten Schaltung übertragen.
Folglich sehen die Stützen 64 sowohl
eine mechanische Abstützung
als auch einen Signalflussweg zur zugehörigen Kontaktstelle 70 vor.
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Eine
Kammer 68 kann durch den Spalt zwischen der Unterseite
der ersten Elektrode 52 und der Oberfläche 66 des Substrats 34 der
integrierten Schaltung gebildet werden. Das pyroelektrische Element 50 kann Wärmestrahlung
direkt oder teilweise, nachdem die Strahlung durch die Kammer 68 hindurchgetreten
und am Substrat 34 der integrierten Schaltung reflektiert
ist, absorbieren. Für
eine Ausführungsform,
in der Wärmestrahlung
teilweise nach dem Reflektieren am Substrat 34 der integrierten
Schaltung absorbiert wird, können die
Abmessungen der Kammer 68 in Abhängigkeit von der Wellenlänge der
Wärmestrahlung,
für deren
Erfassung das Wärmeabbildungssystem 12 ausgelegt
ist, verändert
werden. Die Kammer 68 entspricht vorzugsweise etwa einem
Viertel der ausgewählten
Wärmestrahlungswellenlänge. Wenn
das Wärmeabbildungssystem 12 dazu
ausgelegt ist, Wärmestrahlung
mit einer Wellenlänge
von 7,5 bis 14 Mikrometer zu erfassen, besitzt die Kammer 68 folglich
vorzugsweise eine Höhe
von ungefähr
zwei oder drei Mikrometer. In dieser Ausführungsform können die
Elektroden 52 und 54 für die Wärmestrahlung durchlässig sein.
Die Fähigkeit,
die Position der Unterseite der ersten Elektrode 52 in
Bezug auf die Oberfläche 68 des
integrierten Substrats 34 zu verändern, verbessert die Reaktionsfähigkeit
des Wärmesensors 36 auf
Wärmestrahlung.
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5A-C
stellen verschiedene Schritte während
des Prozesses der Herstellung der Wärmesensoren 36 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 5A gezeigt,
kann eine Matrix von Kontaktstellen 70 auf der Oberfläche 66 des
Substrats 34 der integrierten Schaltung angeordnet werden,
um elektrische Signale zu empfangen, die von den Wärmesensoren 36 erzeugt
werden. Wie vorher beschrieben, kann das Substrat 34 der
integrierten Schaltung aus Silicium oder anderen geeigneten Materialien
gebildet werden, die sowohl chemisch als auch thermisch mit den
mehreren Schichten kompatibel sind, die auf den Oberflächen 66 des
Substrats 34 der integrierten Schaltung gebildet werden.
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Eine
Opferschicht 72 kann auf dem Substrat 34 der integrierten
Schaltung abgeschieden werden. Während
des Herstellungsprozesses bildet die Opferschicht 72 eine
Basis, auf der die Wärmesensoren 36 in beabstandeter
Beziehung zum Substrat 34 der integrierten Schaltung ausgebildet
werden können.
Folglich kann die Opferschicht 72 nach der Bearbeitung
entfernt werden, um die Kammer 68 zu ergeben.
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Die
Opferschicht sollte eine Dicke gleich der gewünschten Höhe der Kammer 68 aufweisen.
Wie vorher beschrieben, entspricht die Höhe der Kammer vorzugsweise
einem Viertel der ausgewählten
Wärmestrahlungswellenlänge. Wenn
die Wärmesensoren 36 Wärmestrahlung
mit einer Wellenlänge
von 7,5 bis 14 Mikrometer erfassen sollen, sollte die Opferschicht
folglich mit einer Dicke von ungefähr zwei bis drei Mikrometer abgeschieden
werden. Die Opferschicht 72 ist vorzugsweise Siliciumdioxid
(SiO2) oder Polyimid oder eine ähnliche
Art von Material, das mit der Herstellung der Wärmesensoren 36 kompatibel
ist. Ein Material ist mit der Herstellung der Wärmesensoren 36 kompatibel,
wenn es nicht unmäßig schrumpft
oder sich ausdehnt oder verbrennt, schmilzt oder mit anderem Material
in einem Ausmaß in
Wechselwirkung tritt, dass es die Bearbeitung stört. Das Material der Opferschicht 72 ist
vorzugsweise auch durch Trockenätzverfahren
entfernbar.
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Eine
erste Schicht von elektrisch leitendem Material 75 kann
als nächstes
auf der Opferschicht 72 ausgebildet werden. Wie nachstehend
beschrieben, bildet die erste Schicht aus elektrisch leitendem Material 75 die
erste Elektrode 52. Gemäß der Erfindung
wird die erste Schicht aus elektrisch leitendem Material 75 aus einer
festen Lösung
konstruiert. Wie vorher beschrieben, ist eine feste Lösung eine
Lösung
in einem kristallisierten Zustand, in dem mindestens eine Atomposition
mehr als eine Atomspezies aufnehmen kann. Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch
von zwei oder mehr Komponenten. Die Komponenten der festen Lösung weisen
vorzugsweise eine hohe Austrittsarbeit auf und sollten miteinander
und mit anderen Materialien des Wärmesensors 36 kompatibel
sein.
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Die
Austrittsarbeit einer Komponente ist die Energie, die erforderlich
ist, um ein Elektron zu befreien. Typischerweise ist eine Austrittsarbeit
von etwa 4 eV oder darüber
für eine
Komponente annehmbar.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die feste Lösung
fünfundachtzig
(85) Prozent Platin und fünfzehn (15)
Prozent Rhodium. Die relative Menge von Platin kann zwischen etwa
neunundneunzig (99) Prozent und etwa einem (1) Prozent verändert werden.
Die relative Menge an Rhodium kann zwischen etwa einem (1) Prozent
und etwa neunundneunzig (99) Prozent verändert werden. Es ist selbstverständlich,
dass die feste Lösung
zusätzliche
oder andere Komponenten mit einer annehmbaren Austrittsarbeit, die
miteinander und mit anderen Materialien der Brennebenenmatrix 32
kompatibel sind, umfassen kann. Andere feste Lösungen können Ir-Rh mit 0-10 % Rh, Ir-Ru
mit 0-40 % Ir und 60-100 % Rn, Ir-Pd mit 0-10 % Pd, Pd-Pt mit 0-10
% Pd und 95 bis 100 Pt, Ag-Au mit 0-100 % Ap und An, Ag-Pd mit 0-100
% Ag und Pd, Ag-In mit 0-20 % In, Au-Pt mit 0-100 % Pt und Ir-Pt
mit 0-5 % Pt sein. Ferner ist es selbstverständlich, dass einzelne Komponenten
eine niedrigere Austrittsarbeit aufweisen können, vorausgesetzt, dass die
Austrittsarbeit der Gesamtheit annehmbar ist.
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Eine
Schicht aus wärmeempfindlichem
Material 80 kann als nächstes
auf der ersten Schicht aus elektrisch leitendem Material 75 gebildet
werden. Wie nachstehend beschrieben, bildet die Schicht aus wärmeempfindlichem
Material 80 das wärmeempfindliche
Element 50. In einer Ausführungsform wird die Schicht
aus wärmeempfindlichem
Material 80 vorzugsweise aus einem pyroelektrischen Material
gebildet, wie z. B. Bariumstrontiumtitanat (BST) und Antimonsulfojodid
(SbSI). In anderen Ausführungsformen
können
Blei enthaltende ferroelektrische Materialien, einschließlich Bleititanat
(PT), Bleilanthantitanat (PLT), Bleizirconattitanat (PZT), Bleilanthanzirconattitanat
(PLZT), Bleizinkniobat (PZN), Bleistrontiumtitanat (PSrT) und Bleiscandiumtantalat
(PST), verwendet werden, um die wärmeempfindliche Schicht 80 zu
bilden. Die Auswahl von Material für die wärmeempfindliche Schicht 80 hängt von
der Art von Wärmesensor 36,
der auf dem Substrat 34 der integrierten Schaltung gebildet
wird, ab.
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Eine
zweite Schicht von elektrisch leitendem Material 85 kann
auf der wärmeempfindlichen
Schicht 80 entgegengesetzt zur ersten Schicht von elektrisch
leitendem Material 75 gebildet werden. Die zweite Schicht von
elektrisch leiten dem Material 85 bildet die zweite Elektrode 54.
Die zweite Schicht von elektrisch leitendem Material 85 kann
aus einer festen Lösung
oder verschiedenen Arten von Materialien wie z. B. Palladium oder Platin
gebildet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch, dass andere
Arten von elektrisch leitendem Material in Abhängigkeit von der Art von Wärmesensor 36,
der auf dem Substrat 34 der integrierten Schaltung gebildet
wird, verwendet werden.
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Verschiedene
Verfahren können
verwendet werden, um die Dünnfilmschicht 72, 75, 80 und 85 zu
bilden. Häufig
werden diese Verfahren in zwei Gruppen unterteilt – Filmwachstum
durch Wechselwirkung einer durch Dampf abgeschiedenen Spezies mit
einem zugehörigen
Substrat und Filmbildung durch Abscheidung ohne Verursachen von Änderungen
des zugehörigen
Substrats. Die erste Gruppe von Dünnschichtwachstumsverfahren
umfasst eine thermische Oxidation und Nitridierung von Ein-Kristall-Silicium
und Polysilicium. Die Bildung von Siliziden durch direkte Reaktion
von abgeschiedenem Metall und des Substrats ist auch häufig in
der ersten Gruppe von Dünnschichtwachstumsverfahren
enthalten.
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Die
zweite Gruppe von Dünnschichtwachstumsverfahren
kann ferner in drei Unterklassen von Abscheidung unterteilt werden.
Die erste Unterklasse wird häufig
als chemische Gasphasenabscheidung (CVD) bezeichnet, bei der feste
Filme auf einem Substrat durch chemische Reaktion von Gasphasenchemikalien,
die die gewünschten
Bestandteile für
die zugehörige
Dünnfilmschicht
enthalten, gebildet werden. Die zweite Unterklasse wird häufig als
physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) bezeichnet, bei der die
gewünschte Dünnfilmschicht
physikalisch von einer Quelle verlagert wird, um einen Dampf zu
bilden und ihn über
einen Bereich mit verringertem Druck zum Substrat zu transportieren.
Die verlagerte Schicht wird dann kondensiert, um die gewünschte Dünnfilmschicht
zu bilden. Die dritte Unterklasse beinhaltet typischerweise das
Beschichten des Substrats mit einer Flüssigkeit, die dann getrocknet
wird, um die gewünschte
Dünnfilmschicht
zu bilden. Die Bildung von Dünnfilmschichten
durch PVD umfasst solche Prozesse wie Sputtern, Verdampfung und Molekularstrahlepitaxie.
Aufschleudern ist eines der am üblichsten
verwendeten Verfahren für
die Abscheidung von Flüssigkeiten
auf einem Substrat, um eine Dünnfilmschicht
zu bilden.
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Dünnfilmschichten
können
auch zufrieden stellend gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Verfahren, wie z.
B. Eintauchen, Gasphasenabscheidung durch Sputtern oder MOCVD und
Sol/Gel oder organische Metallzersetzung (MOD) durch Aufschleudern
gezüchtet
werden. Prozesse sollten ausgewählt
werden, um die gewünschten
elektrischen und thermischen Eigenschaften für die resultierenden Wärmesensoren 36 herzustellen.
Außerdem
kann in Abhängigkeit
von der Art von Materialien, die verwendet werden, um die Schichten 72, 75, 80 und 85 auszubilden,
eine oder mehrere Pufferschichten oder Schutzschichten (nicht dargestellt)
zwischen der Oberfläche 66 des
Substrats 34 der integrierten Schaltung und/oder Schichten 72, 85, 80 und 85 angeordnet
werden.
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Die
verschiedenen Verfahren können
integriert werden, um die Herstellung der Wärmesensoren 36 auf
dem Substrat 34 der integrierten Schaltung unter Verwendung
von Prozessen zu ermöglichen,
die mit der Herstellung von höchstintegrierten
Schaltungen verbunden sind. Die Materialverwendung und der Gesamtprozess,
die effizient mit der Herstellung einer Brennebenenmatrix 32 verbunden
sind, können
wesentlich verbessert werden. Die wärmeempfindliche Schicht 80 wird
beispielsweise vorzugsweise mit ungefähr derselben Dicke gebildet,
wie für
die wärmeempfindlichen
Elemente 50 erwünscht.
Folglich wurde die Möglichkeit
einer Polierbeschädigung,
die mit vorherigen Verfahren verbunden ist, die zum Bilden von wärmeempfindlichen
Elementen aus pyroelektrischen Materialien verwendet werden, wesentlich
verringert oder beseitigt.
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Für Anwendungen,
in denen die wärmeempfindliche
Schicht 80 aus einem pyroelektrischen Material wie z. B.
Bleilanthanzirconattitanat (PLZT) gebildet wird, kann es erwünscht sein,
die Schicht 80 vor oder nach dem Aufbringen der zweiten
Schicht von elektrisch leitendem Material 85 auszuheilen.
Die Ausheilung der Schicht 80 ist im Allgemeinen erforderlich,
um die gewünschten
pyroelektrischen Eigenschaften herzustellen, die für die resultierenden
Wärmesensoren 36 erforderlich
sind. Die Ausheilungstemperatur für Bleilanthanzirconattitanat
(PLZT) kann nicht niedriger als 700 °C sein. Folglich umfasst ein
wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung das Schaffen der festen
Lösung
der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75, um die Ausheilung
der wärmeempfindlichen
Schicht 80 mit einer Verringerung oder Abwesenheit von
Erhebungen oder ande ren Verformungen, die auf der ersten Schicht
von elektrisch leitendem Material 75 gebildet werden, zu
ermöglichen.
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Wie
vorher erörtert,
stellt die feste Lösung
eine erhöhte
Beständigkeit
gegen die Bildung von Erhebungen und anderen Verformungen auf der
Oberfläche
der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75 während der
Herstellung des wärmeempfindlichen
Elements 50 und der anderen Teile der Brennebenenmatrix 32 bereit.
Die glatte Oberfläche
der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75 verringert
den elektrischen Kriechstrom von einer Elektrode zur anderen durch
das wärmeempfindliche
Element 50. Die Verringerung des Kriechstroms verbessert
das elektrische Signal und die visuelle Anzeige, die von den Wärmesensoren 36 erhalten
wird.
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Wie
am besten durch 5B gezeigt, kann ein Paar von
Kontaktlöchern 90 für jeden
Wärmesensor 36 gebildet
werden. Die Kontaktlöcher 90 werden
vorzugsweise unter Verwendung von anisotropem Ätzen oder anderer photolithographischer
Verfahren gebildet. Die Stütze 64 kann
durch Füllen
der Kontaktlöcher 90 mit
einem Stützmaterial
gebildet werden. Für
eine Anwendung kann das Stützmaterial 95 Platin
sein. Andere Arten von Material können jedoch für die Stütze 64 in
Abhängigkeit
von der Art von Wärmesensoren 36,
die hergestellt werden sollen, sowie den Temperaturen und Prozessen,
die an der Herstellung beteiligt sind, verwendet werden.
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Wie
durch 5C gezeigt, können nach
dem Bilden der gewünschten
Schichten von Material 72, 75, 80 und 85 auf
der Oberfläche 66 des
Substrats 34 der integrierten Schaltung und der Stützen 64 in
den Schichten einzelne Wärmesensoren 36 auf
dem Substrat 34 der integrierten Schaltung definiert werden.
Wie vorher erörtert,
wird die Opferschicht 72 während der Bearbeitung entfernt,
um den Hohlraum 68 zu bilden. Verschiedene photolithographische
Verfahren, einschließlich
anisotropen Ätzprozessen,
können
verwendet werden, um die gewünschten
Wärmesensoren 36 zu
definieren. In Abhängigkeit
von der Art von Materialien, die zum Bilden der Schichten 75, 80 und 85 verwendet
werden, können
die anisotropen Ätzprozesse
Ionenfräsen
auf Sauerstoffbasis, reaktives 10-nenätzen
(RIE) oder ein magnetisch verstärktes
reaktives Ionenätzen
(MERIE) umfassen.
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In
den resultierenden Wärmesensoren 36 wird
die erste Elektrode 52 vorzugsweise aus der ersten Schicht
von elektrisch leitendem Material 75 gebildet. Das wärmeempfindliche
Element 50 wird vorzugsweise aus dem wärmeempfindlichen Element 50 vorzugsweise
aus der wärmeempfindlichen
Schicht 80 gebildet. Die zweite Elektrode 54 wird
vorzugsweise aus der zweiten Schicht von elektrisch leitendem Material 85 gebildet. Die
Stützen 64 werden
aus dem Stützmaterial 95 in
den Kontaktlöchern 90 gebildet.
In einer Ausführungsform kann
sich die Stütze 64 für die untere
Elektrode 52 an der unteren Elektrode vorbei bis zur Höhe der Stütze 64 der
oberen Elektrode erstrecken. Die Stützen 64 ruhen auf
den Kontaktstellen 70.
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Außerdem umfassen
die Wärmesensoren 36 vorzugsweise
den Hohlraum 68 zwischen der ersten Elektrode 52 und
der Oberfläche 66 des
Substrats 34 der integrierten Schaltung. Wie vorher erörtert, weist
der Hohlraum 68 vorzugsweise eine Höhe auf, die etwa einem Viertel
der Wellenlänge
der einfallenden Infrarotstrahlung entspricht, die von den Wärmesensoren 36 erfasst
wird. Für
eine Anwendung weisen die Stütze 64 und
der zugehörige
Hohlraum 68 eine Höhe
von ungefähr
zweieinhalb Mikrometer auf.
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Die
einzige nachstehende Tabelle stellt einen Überblick über einige Ausführungsformen
in den Zeichnungen bereit.
| Zeichnungs-element | Bevorzugter
oder spezieller Begriff | Allgemeiner
Begriff | Alternative
Begriffe |
| 16 | Bahnanordnung | Optik | |
| 20 | Unterbrecher | Vorrichtung,
die den Strahl der Strahlung unterbricht | |
| 22 | Signalprozessor | Elektronik | |
| 24 | Monitor | Anzeige | Elektronischer
Sucher, Katodenstrahl-röhre |
| 32 | Brennebenenmatrix | Matrix von
Wärmesensoren |
| 34 | Substrat
einer integrierten Schaltung | Silicium-Umschaltmatrix | |
| 36 | Pyroelektrische
Sensoren | Elektrodenanordnung, Wärmesensoren | Bolometer |
| 50 | Pyroelektrisches
Element | Wärmesensor,
dielektrisches Element | Bariumstrontiumtitanat (BST),
Bariumtitanat (BT) und Antimonsulfojodid (SbSI) oder irgendein Blei
enthaltendes ferroelektrisches Material, einschließlich Bleititanat
(PT), Bleilanthantitanat (PLT), Bleizirconattitanat (PZT), Bleilanthan-zirconattitanat (PLZT),
Bleizinkniobat (PZN), Bleistrontiumtitanat (PSrT) und Bleiscandiumtantalat
(PST). |
| 52 | Erste
Dünnschicht-elektrode aus Platin
und Rhodium | Erstes
elektrisch leitendes Element aus fester Lösung von zwei oder mehr Komponenten | |
| 54 | Zweite
Dünnschicht-elektrode | Zweites
elektrisch leitendes Element | Feste
Lösung
aus zwei oder mehr Komponenten, können Platin und Rhodium sein |
| 64 | Stütze | Mechanische
Stütze | |
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde,
können
verschiedene Änderungen
und Modifikationen einem Fachmann vorgeschlagen werden. Es ist beabsichtigt,
dass die vorliegende Erfindung solche Änderungen und Modifikationen,
die innerhalb den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, umfasst.