DE69830622T2

DE69830622T2 - Mit einem schlangenartigen spannungsausgleichenden element versehenes bolometer

Info

Publication number: DE69830622T2
Application number: DE69830622T
Authority: DE
Inventors: Sang B. Jung-Gu JU
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd; Dongbu Daewoo Electronics Corp
Current assignee: WiniaDaewoo Co Ltd
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: JP2002523768A; DE69830622D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Infrarotbolometer und insbesondere ein Infrarotbolometer, das ein gewundenes belastungsausgleichendes Element darin enthält.
STAND DER TECHNIK
Bolometer sind Energiedetektoren, die auf einer Widerstandsänderung von Materialien (Bolometerelemente genannt) basieren, die einem Strahlungsfluß ausgesetzt sind. Die Bolometerelemente sind sowohl aus Metallen als auch Halbleitern hergestellt. Im Falle von Metallen beruht die Widerstandsänderung im wesentlichen auf einer Variation der Ladungsträgerbeweglichkeit, die typischerweise mit der Temperatur abnimmt. Im Gegensatz hierzu kann eine größere Empfindlichkeit in hochohmigen Halbleiterbolometerelementen erzielt werden, in denen die Dichte der freien Ladungsträger eine exponentielle Funktion der Temperatur ist; die Dünnfilmherstellung von Halbleiterelementen für den Aufbau von Bolometern ist jedoch eine schwierige Aufgabe.
In den 1 und 2 sind eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittansicht gezeigt, die ein Bolometer 100 darstellen, wobei das Bolometer 100 eine Aktivmatrixebene 110, eine Trägerebene 120, wenigstens ein Paar Ständer 170 und eine Absorptionsebene 130 umfaßt.
Die Aktivmatrixebene 110 weist ein Substrat 112 mit einer integrierten Schaltung (nicht dargestellt), ein Paar Verbindungsanschlüsse 114 und eine Schutzschicht 116 auf. Jeder der Verbindungsanschlüsse 114, die aus einem Metall hergestellt sind, ist oben auf dem Substrat 112 angeordnet. Die Schutzschicht 116, die beispielsweise aus Siliziumnitrid (SiN_x) hergestellt ist, bedeckt das Substrat 112. Das Paar Verbindungsanschlüsse 114 ist elektrisch mit der integrierten Schaltung verbunden.
Die Trägerebene 120 weist ein Paar Brücken 140 auf, die aus einem isolierenden Material, z.B. Siliziumoxid, hergestellt sind, wobei jede der Brücken 140 eine auf deren Oberseite ausgebildete Leitungsverbindung 165 aufweist. Ein Ende der Leitungsverbindung 165 ist elektrisch mit dem jeweiligen Verbindungsanschluß 114 durch ein Durchloch 157 verbunden.
Die Absorptionsebene 130 ist mit einem aus Titan (Ti) hergestellten Bolometerelement 185, einem aus einem isolierenden Material, z.B. Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumoxynitrid (SiO_xN_y) hergestellten Absorber 195 und einer oben auf dem Absorber 195 ausgebildeten IR-Absorberbeschichtung 197 ausgestattet. Das Bolometerelement 185 hat eine gewundene Form zum Vergrößern seines Widerstandes.
Jeder der Ständer 170 ist zwischen der Absorptionsebene 130 und der Trägerebene 120 angeordnet. Jeder der Ständer 170 weist eine aus einem Metall, z.B. Titan (Ti) hergestellte elektrische Leitung 172 auf und ist von einem isolierenden Material 174 umgeben, das z.B. aus Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumoxynitrid (SiO_xN_y) hergestellt ist. Das obere Ende der elektrischen Leitung 172 ist elektrisch mit einem Ende des gewundenen Bolometerelementes 185 verbunden und das untere Ende der elektrischen Leitung 172 ist elektrisch mit der Leitungsverbindung 165 auf der Brücke 140 verbunden, derart, daß beide Enden des gewundenen Bolometerelementes 185 in der Absorptionsebene 130 mit der integrierten Schaltung der Aktivmatrixebene 110 über die elektrischen Leitungen 172, die Leitungsverbindungen 165 und die Verbindungsanschlüsse 114 elektrisch verbunden sind. Beim Aussetzen einer Infrarotstrah lung ändert sich der Widerstand des gewundenen Bolometerelementes 185, wodurch sich ein Strom und eine Spannung entsprechend ändern. Der geänderte Strom oder Spannung wird durch die integrierte Schaltung verstärkt, derart, daß der verstärkte Strom oder Spannung von einer Detektionsschaltung (nicht gezeigt) ausgelesen wird.
Mit dem oben beschriebenen Infrarotbolometer 100 sind einige Nachteile verbunden. Da die Absorptionsebene 130 vom Aufbau her asymmetrisch ist, die Länge des in Zeilenrichtung ausgebildeten Bolometerelementes ist unterschiedlich zu dem in Spaltenrichtung ausgebildeten Bolometerelementes 185, wird beispielsweise die innerhalb des Absorbers 195 aufgebaute Druckbelastung ungleichmäßig verteilt, was zu einem Verbiegen des Absorbers 195 in eine Richtung führt, wie in 3 gezeigt, was wiederum die gesamte Absorptionseffizienz des Infrarotbolometers 100 vermindert.
Die Druckschrift JP-A-10122950 offenbart einen Wärmeinfrarotdetektor mit einem belastungsvermindernden Aufbau.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Infrarotbolometer mit einem gewundenen belastungsausgleichenden Element bereitzustellen, das die Wirkung der ungleichmäßig verteilten Druckbelastung innerhalb eines Absorbers kompensiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Infrarotbolometer bereitgestellt, das alle in Anspruch 1 dargelegten Merkmale umfasst. Die unabhängigen Ansprüche definieren zusätzliche Ausführungsbeispiele.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die obigen und weiteren Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung deutlich, in der:
1 eine perspektivische Ansicht zeigt, die ein bereits offenbartes Infrarotbolometer darstellt;
2 eine schematische Querschnittansicht ist, die das in 1 gezeigte Infrarotbolometer entlang A-A zeigt;
3 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Absorptionsebene des in 1 gezeigten Infrarotbolometers darstellt;
4 eine schematische Querschnittansicht ist, die ein Infrarotbolometer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 eine Aufsicht ist, die eine Absorptionsebene des in 4 gezeigten Infrarotbolometers darstellt;
6 eine schematische Querschnittansicht eines Infrarotbolometers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
7 eine Aufsicht ist, die eine Absorptionsebene des in 6 gezeigten Infrarotbolometers darstellt.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
In 4 und 6, und 5 und 7 sind schematische Querschnittansichten von Infrarotbolometern 200 und Aufsichten auf deren Absorptionsebene 230 gemäß zweier Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es sei bemerkt, daß gleiche Teile in den 4, 5, 6 und 7 mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt sind.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt das in 4 gezeigte erfindungsgemäße Bolometer 200 eine Aktivmatrixebene 210, eine Trägerebene 220, wenigstens ein Paar Säulen 260 und eine Absorptionsebene 230.
Die Aktivmatrixebene 210 weist ein Substrat 212 mit einer integrierten Schaltung (nicht dargestellt), wenigstens ein Paar Verbindungsanschlüsse 214 und eine Schutzschicht 216 auf. Die aus einem Metall hergestellten Verbindungsanschlüsse 214 sind oben auf dem Substrat 212 angeordnet und elektrisch mit der integrierten Schaltung des Substrats 212 verbunden. Die aus beispielsweise Siliziumnitrid (SiN_x) hergestellte Schutzschicht 216 bedeckt das Substrat 212.
Die Trägerebene 220 weist wenigstens ein Paar Brücken 240 auf, die aus einem isolierenden Material, z.B. Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumoxynitrid (SiO_xN_y) hergestellt sind, und wenigstens ein Paar Leitungsverbindungen 255, die aus einem Metall, z.B. Titan (Ti) hergestellt sind. Jede der Leitungsverbindungen 255 ist oben auf der jeweiligen Brücke 240 angeordnet, wobei ein Ende der Leitungsverbindung 255 elektrisch mit dem entsprechenden Verbindungsanschluß 214 durch ein Durchloch 245 verbunden ist.
Die Absorptionsebene 230 ist mit einem gewundenen Bolometerelement 285, das von einem Absorber 295 umgeben ist, einem gewundenen belastungsausgleichenden Element 275, das unten am Absorber 295 angeordnet ist, und einer IR-Absorberschicht 297 ausgestattet, die oben auf dem Absorber 295 angeordnet ist. Der Absorber 295 ist aus einem isolierenden Material hergestellt, z.B. Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumoxynitrid (SiO_xN_y). Das gewundene Bolometerelement 285 ist aus einem Metall hergestellt, z.B. Titan (Ti).
5 ist eine Aufsicht auf die Absorptionsebene 230. Die Figur ist derart dargestellt, als ob die darüber liegende IR-Absorberschicht 297 und der darüber liegende Absorber 295 transparent wären, so daß das gewundene belastungsausgleichende Element 275 und das gewundene Bolometerelement 285 sichtbar werden. Das gewundene belastungsausgleichende Element 275 und das gewundene Bolometerelement 285 sind in ihrer Form identisch und aus dem gleichen Material hergestellt. Von oben betrachtet ist das gewundene Bolometerelement 285 oben auf dem gewundenen belastungsausgleichenden Element 275 angeordnet und gegenüber diesem um 90° gedreht.
Zurückkehrend zu 4 ist jede der Säulen 260 zwischen der Absorptionsebene 230 und der Trägerebene 220 angeordnet. Jede der Säulen 260 umfaßt einen elektrischen Leiter 262, der aus einem Metall, z.B. Titan (Ti) hergestellt und von einem isolierenden Material 264 umgeben ist, das z.B. aus Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumoxynitrid (SiO_xN_y) hergestellt ist. Das obere Ende der elektrischen Leitung 262 ist elektrisch mit einem Ende des gewundenen Bolometerelementes 285 verbunden und das untere Ende der elektrischen Leitung 262 ist elektrisch mit der Leitungsverbindung 255 auf der jeweiligen Brücke 240 verbunden, derart, daß beide Enden des gewundenen Bolometerelementes 285 in der Absorptionsebene 230 elektrisch mit der integrierten Schaltung der Aktivmatrixebene 210 über die elektrischen Leitungen 262, die Leitungsverbindungen 255 und die Anschlußverbindungen 214 verbunden sind. Wenn die Infrarotenergie absorbiert wird, steigt der Widerstand des gewundenen Bolometerelementes 285 derart, daß der gestiegene Wider stand von einer Detektionsschaltung (nicht dargestellt) ausgelesen wird.
6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mehrere deutliche Unterschiede zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel hat. Eine elektrische Leitung 262 des Paares ist elektrisch mit einem Ende des gewundenen Bolometerelementes 285 verbunden und die andere elektrische Leitung 262 des Paares ist elektrisch mit einem Ende des gewundenen belastungsausgleichenden Elementes 275 verbunden. Die anderen Enden des gewundenen Bolometerelementes 285 und des gewundenen belastungsausgleichenden Elementes 275 sind elektrisch miteinander verbunden. Dementsprechend ist das gewundene Bolometerelement 285 elektrisch mit dem gewundenen belastungsausgleichenden Teil 275 parallel derart verbunden, daß das gewundene belastungsausgleichende Element 275 auch als Bolometerelement funktioniert, und dadurch dessen Widerstand erhöht.
Im Infrarotbolometer 200 der vorliegenden Erfindung ist unten am Absorber 295 das gewundene belastungsausgleichende Element 275 ausgebildet, das eine identische Form wie das gewundene Bolometerelement 285 hat, aus dem gleichen Material wie dieses hergestellt ist und um 90° gegenüber diesem gedreht ist, um die Druckbelastung im Absorber 295 gleichmäßig zu verteilen, wodurch verhindert wird, daß sich der Absorber 230 verbiegt, damit sichergestellt werden kann, daß das Bolometer eine optimale Absorptionseffizienz hat.
Auch wenn die vorliegende Erfindung nur mit Bezug auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, sind weitere Modifikationen und Veränderungen möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Bolometer, mit: einer Aktivmatrixebene, die ein Substrat (212) und wenigstens ein Paar Verbindungsanschlüsse (214) aufweist; einer Trägerebene (220), die mit wenigstens einem Paar Brücken (240) versehen ist, wobei jede der Brücken (240) einen Leitungsverbinder (255) aufweist, und ein Ende des Leitungsverbinders (255) mit dem jeweiligen Verbindungsanschluß (214) elektrisch verbunden ist; einer Absorptionsebene (230), die ein belastungsausgleichendes Element (275), das unten am Absorber (295) ausgebildet ist, und ein Bolometerelement (285) aufweist, das vom Absorber (295) umgeben ist; und wenigstens einem Paar Säulen (216), die zwischen der Absorptionsebene (230) und der Trägerebene (220) angeordnet sind, wobei jede der Säulen (260) eine elektrische Leitung (262) aufweist, die von einem isolierenden Material (264) umgeben ist, wobei das obere Ende der elektrischen Leitung (262) mit der Absorptionsebene (230) verbunden ist und das untere Ende mit dem anderen Ende des jeweiligen Leitungsverbinders (255) elektrisch verbunden ist.
Bolometer nach Anspruch 1, bei dem das belastungsausgleichende Element die gleiche Form wie das Bolometerelement hat.
Bolometer nach Anspruch 2, bei dem das Bolometerelement und das belastungsausgleichende Element eine gewundene Form haben.
Bolometer nach Anspruch 2, bei dem das Bolometerelement und das belastungsausgleichende Element aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Bolometer nach Anspruch 4, bei dem das Material Titan (Ti) ist.
Bolometer nach Anspruch 4, bei dem das belastungsausgleichende Element um 90° gegenüber dem Bolometerelement verdreht ist.
Bolometer nach Anspruch 6, bei dem jedes Ende des Bolometerelementes der Absorptionsebene mit dem jeweiligen Verbindungsanschluß durch die jeweilige elektrische Leitung und die jeweilige Leitungsverbindung elektrisch verbunden sind.
Bolometer nach Anspruch 6, bei dem jedes Ende des Bolometerelementes und des belastungsausgleichenden Elementes mit der jeweiligen elektrischen Leitung elektrisch verbunden sind und die anderen Enden des Bolometerelementes und des bewegungsausgleichenden Elementes elektrisch miteinander verbunden sind.
Bolometer nach Anspruch 1, bei dem die Aktivmatrixebene ferner eine das Substrat bedeckende Schutzschicht aufweist.
Bolometer nach Anspruch 1, bei dem die Absorptionsebene ferner eine IR-Absorberbeschichtung aufweist, die oben auf dem Absorber ausgebildet ist.