FI112005B - Sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde - Google Patents

Sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde Download PDF

Info

Publication number
FI112005B
FI112005B FI955657A FI955657A FI112005B FI 112005 B FI112005 B FI 112005B FI 955657 A FI955657 A FI 955657A FI 955657 A FI955657 A FI 955657A FI 112005 B FI112005 B FI 112005B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
radiation source
radiation
layer
source according
filaments
Prior art date
Application number
FI955657A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI955657L (fi
FI955657A0 (fi
Inventor
Ari Lehto
Martti Juhani Blomberg
Altti Kaleva Torkkeli
Stefan Martin Lindblad
Original Assignee
Valtion Teknillinen
Vaisala Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valtion Teknillinen, Vaisala Oy filed Critical Valtion Teknillinen
Priority to FI955657A priority Critical patent/FI112005B/fi
Publication of FI955657A0 publication Critical patent/FI955657A0/fi
Priority to DE69615635T priority patent/DE69615635T2/de
Priority to EP96660084A priority patent/EP0776023B1/en
Priority to JP8311951A priority patent/JPH09184757A/ja
Priority to US08/754,128 priority patent/US5827438A/en
Publication of FI955657L publication Critical patent/FI955657L/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI112005B publication Critical patent/FI112005B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K7/00—Lamps for purposes other than general lighting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J3/108—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/16—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor the conductor being mounted on an insulating base

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

112005 Sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde.
Infrapunasäteilijöitä käytetään optisessa analyysissä infrapunasäteilylähteenä ja eräissä muissa sovelluksissa lämmön lähteinä. Edellisiä on useita tyyppejä, esim. "globar", hehkulamppu ja paksukalvosäteilijä. IR-säteilijästä lähtevää säteilyä voidaan moduloida muuttamalla lähteen lämpötilaa siihen syötetyn tehon avulla tai käyttämällä mekaanista säteen katkojaa, ns. 5 chopperia ja pitämällä samalla lähteen lämpötila mahdollisimman vakiona.
Jos säteen moduloimiseen käytetään mekaanisesti liikkuvaa katkojaa, on laitteen vikaantumisväli tavallisesti katkojan mekanismin määräämä, tyypillisesti vuodesta kahteen vuotta jatkuvassa käytössä. Sähköisesti moduloidun lähteen vikaantumisväli saadaan paljon 10 pidemmäksi.
Keksintö on tarkoitettu käytettäväksi optisessa analyysissä sähköisesti nopeasti moduloitavana ; . _ termisenä säteilylähteenä.
: 15 Tunnetun tekniikan mukaisesti tunnetaan useita tapoja toteuttaa terminen säteilylähde.
: : ‘: "Globar" on nimensä mukaisesti tanko, joka hehkuu. Tanko on tavallisesti tehty keraamisesta : : : aineesta, jota lämmitetään sähkövirran avulla. Globar on tyypillisesti muutaman millimetrin paksuinen ja muutaman sentin pituinen, joten sen terminen aikavakio on useita sekunteja.
· Globaria ei yleensä moduloida siihen syötetyn tehon avulla. Tarvittava sähköteho on :: ·' 20 tyypillisesti useista wateista sataan wattiin. Globarin johdannainen on keraaminen tanko, jonka *: · ·: ympärille on kierretty vastuslanka. Termisesti se on samankaltainen globarin kanssa.
·· Hehkulamppu on sähköisesti moduloitavissa muutamaan kymmeneen hertsiin asti, mutta : ·.: lampun lasikupu absorboi infrapuna-alueen säteilyä ja tummuu ajan mittaan, mistä seuraa, että 25 lampun intensiteetti pienenee ajan kuluessa. Tarvittava sähköteho on tyypillisesti wateista 2 112005 kymmeniin watteihin.
Paksukalvosäteilijä on tyypillisesti aluminasubstraatille tehty paksukalvovastus, jota kuumennetaan sähkövirralla. Sen koko on tyypillisesti muutama neliömillimetri ja paksuus 5 puolisen millimetriä. Sen terminen aikavakio on tyypillisesti sekuntiluokkaa ja tehontarve watteja.
Mikroelektroniikan ja mikromekaniikan tunnetut valmistustekniikat tarjoavat mahdollisuuden valmistaa pienikokoisia sähköisesti moduloituja valolähteitä piistä1,2,3. Nämä ovat 10 rakenteeltaan yksi- tai monikiteisestä piistä tehtyjä ohutkalvoja, tyypillisesti n. mikrometrin paksuja ja satoja mikrometrejä pitkiä. Niiden leveyttä voi vaihdella mikrometreistä kymmeniin mikrometreihin. Tällaisen hehkulangan lämpökapasiteetti on niin pieni, että modulaatiotaajuus voi olla satoja hertsejä. Pii on puhtaana huonosti sähköäjohtava. Lisäämällä siihen seosaineita, esim. booria tai fosforia, saadaan sille hyvä sähkönjohtavuus. Boorin huono puoli on se, että 15 sen ns. aktivaatiotaso riippuu siitä lämpötilasta missä piihehkulanka on aikaisemmin ollut. Tästä seuraa, että aktivaatiotaso hakeutuu aina uuteen tasapainotilaan, mikä tarkoittaa sitä, että hehkulangan vastus muuttuu ajan funktiona ja siten myös siihen syötetty teho, ellei tehonsyöttöä ole erikseen vakioitu. Suurin seostus, mikä voidaan tehdä boorilla on n. 5* 1019 /cm3. Muita tunnettuja seostusaineita ovat arseeni ja antimoni. Näitä käytettäessä ongelmaksi 20 muodostuu riittävän suurien seostuskonsentraatioiden tekeminen, jotta saataisiin : matalajännitekäyttöön sopiva johtavuus.
Viitteessä 1 mainittu hehkulanka on seostettu fosforilla siten, että sen neliövastus on yli 50 Ω/neliö. Hehkulanka on 100 pm pitkä ja 20 pm leveä sekä 1,2 pm irti substraatista. Tässä - 25 rakenteessa häviöteho ilmaraon yli substraattiin on erityisen suuri ja vaarana on ‘ ‘ * hehkulangan tarttuminen pohjaan langan taipuessa lämmitettäessä. Sekä booriseostuksen että fosforiseostuksen ongelmana on seosaineiden migraatio. Tämä näkyy siten, että hehkulankaan tulee kuuma alue langan toiseen päähän siihen, mistä seosaineet ovat *:* siirtyneet pois. Seurauksena on intensiteettijakautuman jatkuva hidas muuttuminen, mikä ;/-j 30 näkyy pitkän ajan epästabiilisuutena.
3 112005
Viitteessä 2 mainittu hehkulanka on kapseloitu ohutkalvoikkunalla ja hehkulanka on vakuumissa palamisen estämiseksi. Tällainen ikkuna ei voi olla muutamaa kymmentä mikrometriä leveämpi, joten hehkun kokonaispinta-ala ja siten sen säteilemä teho jäävät pieniksi. Substraattiin on syövytetty V-ura langan kiinnitarttumisen estämiseksi.
5
Viitteessä 3 mainittu IR-säteilijä on kooltaan 100 pm kertaa 100 pm ja siinä kaksi ''meandering" polypiivastusta lämmityselementtinä. Tällainen rakenne pyrkii vääntyilemään lämmitettäessä, eikä suuripinta-alaisia elementtejä voi tehdä tällä periaatteella. Vaikka lämmityselementti onkin yhtenäinen, substraatin syövytyksessä 10 syntyvistä kaasukuplista ei tarvitse huolehtia, sillä elementin koko on pieni verrattuna sen ympärillä oleviin aukkoihin.
Tässä rakenteessa lämpötilajakauma ei ole kovinkaan hyvä, kuten viitteen kuviosta 2 ilmenee.
15
Polypiistä tehtyyn seostettuun hehkulankaan liittyy karakteristinen lämpötila, jonka yläpuolella langan vastuksen lämpötilakerroin muuttuu negatiiviseksi ts. lanka pyrkii ottamaan lisää virtaa lämpötilan noustessa. Tällaista komponenttia ei voi ohjata jännitteellä : : . vaan virralla. Tämän tyyppisiä hehkulankoja ei myöskään voi kytkeä suoraan rinnan 20 säteilylähteen pinta-alan lisäämiseksi, sillä virta pyrkii kulkemaan sen hehkulangan läpi, : jonka vastus on matalin, ts. lämpötila korkein. Saijaan kytkentä puolestaan nostaa !,· · käyttöjännitteen moninkertaiseksi. Booriseostuksella ei saada kovinkaan korkeita !,: : karakteristisia lämpötiloja, suurella seostuskonsentraatiolla voi päästä n. 600 °C. Jos hehkulangan käyttölämpötila on tätä korkeampi, langan resistanssi muuttuu ajan funktiona.
’ *; / 25 Viitteen4 mukaisessa ratkaisussa hehkulanka on tehty ohutkalvometallista. Oksidoitumisen ’. estämiseksi hehkulanka on kapseloitu vakuumiin.
Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan puutteellisuudet ja ..' aikaansaada aivan uudentyyppinen sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde.
V·: 30
Keksintö perustuu siihen, että hehkulankojen materiaalina käytetään metallia, esim.
4 112005 wolframia, titaaniwolframia, tantaalia tai molybdeenia, joka päällystetään kauttaaltaan oksidoitumisen estävällä, yhtenäisellä, tasomaisella eristekalvolla, esim. piinitridillä. Tällöin ei tarvita vakuumikapselia hehkulankojen ympärillä. Metallihehkulangassa ei esiinny migraatioilmiötä niillä virrantiheyksillä, joilla hehkulanka on tarkoitettu toimivaksi. 5 Tästä seuraa, että metallihehkulangan pitkän ajan stabiilisuus on huomattavasti parempi kuin boori- tai fosforiseostetun monikiteisen piihehkulangan. Metallin infrapunaemissiviteetti on kuitenkin paljon huonompi kuin seostetun piin, joten tässä keksinnössä metallilangat tehdään hyvin kapeiksi, ja niiden ainoa tehtävä on lämmittää varsinaisesti lämpösäteilyä synnyttävä kerros, esim. seostettu polypii, joka on sähköä 10 johtava materiaali. Tämä on täysin sähköisesti eristetty metallihehkulangoista. Koska piinitridi on huonosti lämpöä johtava materiaali, sitä voidaan edullisimmin käyttää tukirakenteena, joka muodostaa yhtenäisen itsekantavan kalvon substraattipiihin asti. Myös polypiikerros on kauttaaltaan päällystetty piinitridillä.
15 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle säteilylähteelle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.
20 Keksinnön mukaisella rakenteella saavutetaan paljon suurempi intensiteetti kuin sellaisella ! rakenteella, jossa säteilevä osa muodostuu erillisistä hehkulangoista. Tässä rakenteessa !, · · säteilevä alue on yhtenäinen ja sen ala siten maksimaalisen suuri.
' < · t : :
Koska säteilyaluetta lämmittävät metallihehkulangat voidaan tehdä kapeiksi ja pitkiksi, on ';; #: 25 keksinnön mukaisen säteilijän tarvitsema jännite helposti sovitettavissa sille jännitealueelle, *. * millä muukin elektroniikka toimii.
Kaivorakenteiden yhtenäisyydestä seuraa, että keksinnön mukainen rakenne on erittäin luja ...T mekaanisesti. Se kestää hyvin substraattikiekon läpisyövytyksen ja kiekon sahauksen.
*· '· 30 Valmistuksen saanto on lähellä 100%.
5 112005
Koska kalvojen paksuutta voi säätää laajoissa rajoissa, voidaan kerrosten interferenssiominaisuuksilla säätää lähteen säteilemää spektrin muotoa ilman, että kapeat metallihehkulangat vaikuttavat siihen. Edullinen mitoitus on sellainen, missä kalvot muodostavat λ/2- kerroksen tai sen kokonaislukuisen monikerran halutulle aallonpituudelle. 5 Tällöin säteily piikittyy halutulle kohdalle.
Pienikokoisen säteilylähteen lämpötilan mittaaminen on vaikea tehtävä, koska säteilevän alueen lämpötila ei ole tasaisesti jakautunut. Emissiviteetti voi olla lämpötilan funktio, mikä edelleen vaikeuttaa mittausta. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa lämpötila mitataan 10 erillisellä vastuksella, joka on integroitu rakenteeseen ja jonka lämpötilakerroin tunnetaan. Vastuksen arvo mitataan nelipistemittauksella, jolloin voidaan mitata pelkästään säteilijän kuumimman kohdan lämpötila. Lämpötilan mittaus on hyödyllinen vertailtaessa erilaisia säteilijäkonstruktioita ja pidettäessä huolta siitä, ettei säteilijän lämpötila ole käytössä liian korkea, millä seikalla on elinaikaa lyhentävä vaikutus.
15
Koska lämmitykseen käytetyt metallihehkulangat ovat erittäin kapeat, ne voidaan sijoittaa säteilykerroksen päälle. Niillä ei ole tällöin merkittävää emissiviteettiä pienentävää vaikutusta, mutta niihin on helppo tehdä sähköinen kontakti pinnan kautta, koska vain ; . ylimpään eristekalvoon on tehtävä aukko.
20 J : j Kaivorakenteessa olevilla paineentasausreijillä voidaan pienentää kaivorakenteeseen I,: : kohdistuvaa mekaanista rasitusta, jos säteilijä pitää kiinnittää tiiviisti alustaan.
ί * «
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten • i ♦ :;; / 25 suoritusesimerkkien avulla.
Kuviot la ja Ib esittävät yläkuvantoina kahta rinnakkaista keksinnön mukaista termistä . ’ säteilylähdettä.
» » · 30 Kuviot 2a ja 2b esittävät yläkuvantoina kahta rinnakkaista, lämpötilan mittauksella toteutettua termistä säteilylähdettä.
6 112005
Kuviot 3a ja 3b esittävät leikkauksia A ja B kuvioista la ja Ib.
Kuvioissa la ja Ib on esitetty termisen sähköisesti moduloitavan säteilylähteen kaksi versiota. Kuviossa iso valkoinen suorakaide on piipala 13, katkoviivoitettu valkoinen 5 suorakaide 14 on reikä, jonka peittää kaivorakenne. Hehkulankametalli 10 on piirretty mustalla ja siihen kontaktin tekevä metallointi 15 viivoituksella. Alue 11 on säteilykerros. Hehkulangat 10 on kytketty rinnan ja sähkö tuodaan metallointeihin 15. Kuviossa la lankojen 10 tiheys kasvaa reunoille mentäessä ja ne ovat sähköisesti rinnan. Kuviossa Ib langat ovat tasavälein, mutta ne on kytketty osittain sarjaan jännitteen nostamiseksi. 10 Leikkaukset A ja B viittaavat kuvioihin 3a ja 3b.
Tarvittavien kalvojen kasvatus voidaan tehdä mikroelektroniikasta tunnetuilla standardiprosesseilla5. Säteilevä alue 11 voi olla esim. 1 mm2 kokoinen. Hehkulangat 10 ovat koko pituudeltaan eristekalvon sisällä. Hehkulankarakenne 10 on myös itsekantava. 15 Substraattikiekko 13 syövytetään kokonaan läpi hehkulankojen 10 kohdalta aloittaen kiekon 13 takapinnalta. Hehkulangan 10 mitat voivat olla esim. paksuus 0,1-1 pm ja leveys 2-10 pm sekä lankojen väli 20- 50 pm. Langat 10 kuumenevat niissä kulkevan sähkövirran vaikutuksesta. Tarvittava jännite riippuu hehkulankojen pituuden ja poikkileikkauksen alan : : : suhteesta ja niiden sähköisestä kytkennästä. Jännite on tyypillisesti voltista muutamaan *.·' 20 volttiin.
·’·' ‘ Metallihehkulangat 10 on kapseloitu kokonaan eristeen sisään, jolloin sen t * ·
' * * oksidoitumisnopeus määrää hehkulangan eliniän. Jos säteilylähdettä käytetään alle 800 °C
, t lämpötilassa normaali huoneilmassa, sen elinaika on useita vuosia käytettäessä piinitridiä « » t 25 eristeenä. Mitään erityistä vakuumitilaa ja siihen liittyvää ikkunaa ei tarvita.
Hehkulankojen 10 alla oleva aukko 14 voidaan tehdä KOH:n vesiliuoksella. Syövytteenä voidaan käyttää myös etyleenidiaminin vesiliuosta, jossa on hieman pyrokatekolia. Myös *; · · tetrametyyliammoniumhydroksidia (TMAH) voidaan käyttää.
30
Koska hehkulankojen 10 päällä ei ole ikkunaa, hehkulangalle tuleva orgaaninen lika palaa 7 112005 pois. Hehkulangan leveyssuuntaista lämpötilajakautumaa voidaan säätää lankojen tiheyden avulla. Tasainen lämpötilajakautuma saadaan, jos lankojen 10 tiheys kasvaa reunoja kohti. Hehkulankojen pituussuuntaista lämpötilajakaumaa voidaan parantaa kaventamalla lankoja päitä kohti, jolloin tehotiheys siellä kasvaa.
5 Säteilylähteen suurin modulaationopeus riippuu sen häviötehon suuruudesta. Pääasiallinen tehohäviö tapahtuu johtumalla ilmaan ja lankojen päiden kautta piisubstraattiin. Säteilyn osuus häviötehosta on muutama prosentti, joten hehkulangan lämpötila on lähes lineaarinen siihen syötetyn tehon funktio. Tällä lähteellä päästään helposti kymmenen millisekunnin 10 termiseen aikavakioon, eli sitä voidaan moduloida sähköisesti pariin sataan hertsiin asti.
Kuvioissa 2a ja 2b on esitetty säteilijän sellaiset periaatteelliset rakenteet, joissa on mukana lämpötilan mittaus. Kuviossa 2a osa hehkulankaa 10 toimii lämpötilan mukaan muuttuvana vastuksena 16, jonka arvo mitataan nelipistekytkennällä. Kontaktien 1-2 kautta ajetaan 15 lämmitysvirta ja jännitehäviö mitataan kontaktien 3-4 kautta. Kuviossa 2b lämpötilan mittaus on täysin erotettu hehkulankoja 10 kuumentavasta virtapiiristä. Lämmitysvirta ajetaan kontaktien 1-2 kautta, mittausvirta kontaktien 5-6 kautta ja jännitehäviö mitataan kontakteista 3-4. Lämpötilaa mittaavan langan 17 pituutta on lisäksi kasvatettu tekemällä : · siihen taitoksia. Tällaista säteilijää voi käyttää referenssinä vertailtaessa valmistettuja f: 20 säteilijöitä.
: : i Jos säteilijä liimataan tiiviisti kiinni alustaan, sen sisällä oleva paine kasvaa aina kun ! · * : säteilijä on kuuma. Tämä johtuu siitä, että ontelon sisällä oleva ilmakin lämpenee. Paine pullistaa kaivorakennetta ulospäin ja aiheuttaa siihen mekaanista rasitusta. Tämän ';;,: 25 välttämiseksi säteilijä voidaan varustaa kuvion 2a mukaisilla paineentasausreijillä 30, jotka I · f voivat sijaita nitridikalvon alueella.
t ··*»** » * . ’ Kuviossa 3 on esitetty säteilylähteen tarkempi kerrosrakenne. Alustana on tavallisimmin . (100)-suuntainen substraattipii 13, jonka pinnalle on kasvatettu eristekerros 22, tyypillisesti ' 30 200 nm paksu piinitridi. Sen pinnalle on kasvatettu n. 1 pm paksuinen säteilykalvo 11, tyypillisesti seostettu polypiikalvo, joka toimii termisenä säteilijänä. Tämän kerroksen 8 112005 päällä on ohut n. 50 nm paksu eristekerros 24, joka on tyypillisesti piinitridiä, ja sen päällä n. 400 nm paksu metallikerros, joka on tyypillisesti vvolframia, joka kuvioidaan hehkulangoiksi 10 ja kontaktialueiksi mikroelektroniikasta tunnetuilla litografia- ja plasmaetsaustekniikoilla. Tämän jälkeen kasvatetaan ylin n. 200 nm paksu eristekalvo 26, 5 joka on tyypillisesti piinitridiä. Eristekerrosten 22 ja 26 tehtävänä on estää hehkulangan 10 metallin ja säteilykerroksen 11 hapettuminen. Eristekerroksen 24 tehtävänä on eristää säteilykerros 11 sähköisesti metallikerroksesta 10.
Elimet sähkön syöttämiseksi muodostuvat metalloinneista 15, jotka voivat edullisimmin olla 10 alumiinia. Nämä muodostavat ohmisen kontaktin hehkulankametalliin 10 ylimpään eristekalvoon 26 esim. plasmaetsaamalla avattujen aukkojen kautta. Muita mahdollisia metalleja ovat esim. kulta ja palladium.
Eristemateriaaleina voi edullisimmin käyttää piinitridiä, jonka oksidoitumisnopeus on 15 erittäin pieni. Muita sopivia materiaaleja ovat esim. piidioksidi ja alumiinioksidi. Eristemateriaali tarkoittaa tässä yhteydessä sähköistä eristettä. Keksinnön mukaisesti on edullista, että kukin kerros on termisesti mahdollisimman johtava. Hehkulangan metallina ‘. voi käyttää edullisimmin wolframia. Muita sopivia aineita ovat titaaniwolframi, tantaali ja : · molybdeeni.
·· * ϊ'ί 20 » » j Kaikki mainitut materiaalit ovat esimerkinomaisia. On selvää, että materiaalien parantuessa : · voidaan keksinnön mukaisessa rakenteessa käyttää muitakin materiaaleja.
Kerrosten 22, 11, 24 ja 26 yhteinen paksuus voidaan mitoittaa siten, että ne toimivat * * ' : 25 interferometrinä halutulla IR-aallonpituudella, jolloin säteilyspektrin muotoa voidaan > « säätää. Substraattipii 13 on syövytetty lopuksi pois hehkulangan 10 alta, jolloin muodostuu s · * · aukko 14. Kuopan 14 seinien kaltevuuskulma riippuu valitun substraattipiin kidesuunnista. Syövytys tapahtuu substraatin alapinnan kautta.
« • »* I » · > • ’** 30 Säteilyä lähettävä säteilykerros 11, joka on esim. seostettua polypiitä, voidaan muotoilla vapaasti sovelluksen mukaan. Seosatomeina käytetään tavallisimmin booria, fosforia tai 9 112005 arseenia.
1. H. Guckel and D. W. Burns, "Integrated transducers based on black-body radiation from heated polysilicon films", Transducers '85, 364-6 (June 11-14, 1985) 2. Carlos H. Mastrangelo, James Hsi-Jen Yeh, and Richard S. Muller: "Electrical and optical characteristics of vacuum sealed polysilicon microlamps", IEEE Transactions on Electron Devices, 39, 6, 1363-75 (June 1992) 3. M. Parameswaran, A. M. Robinson, D.L. Blackburn, M. Gaitan and J. Geist, "Micromachined thermal radiation emitter from a commercial CMOS process"; IEEE Electron Device Lett.,12, 2, 57-59 (1991) 4. Semiconductor International, p.17, November 1992 5. S.M. Sze,"VLSI Technology", McGraw-Hill Book Company, Third printing 1985, chapters 5 and 6 * · t * 4

Claims (14)

112005
1. Sähköisesti moduloitavissa oleva, kerrosrakenteinen terminen säteilylähde, joka käsittää 5 - substraatin (13), - substraatin (13) päälle muodostetun ensimmäisen eristekerroksen (22), - ensimmäisen eristekerroksen (22) päälle muodostetun säteilykerroksen 10 (11), - säteilykerroksen (11) päälle muodostetun toisen eristekerroksen (24), toisen eristekerroksen päälle muodostetun ensimmäisen 15 (hehkulanka)metallikerroksen (10), josta on muodostettu niin kapeat metalliset hehkulangat (10), että lämpösäteilyn pääasialliseksi lähteeksi muodostuu säteilykerros (11), • ’; - ensimmäisen metallikerroksen päälle muodostetun kolmannen : : 20 eristekerroksen (26), ja ·,; · - kolmannen eristekerroksen (26) päälle muodostetun toisen •. · · metallikerroksen (15) kontaktointia varten, : ·' 25 tunnettu siitä,että • · *. 1 .* - eristekerrokset (22,24,26) ovat piinitridiä ja sulkevat hehkulangat (10) ’···’ täysin sisälleen. ’ · “ · 30
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että substraattipiihin (13) on syövytetty aukko (14) säteilykerroksen (11) kohdalle. 112005
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että säteilykerros (11) on monikiteistä piitä.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että säteilykerros (11) on 5 seostettua monikiteistä piitä.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että ensimmäinen metallikerros (10) on wolframia tai titaaniwolframia tai tantaalia tai molybdeeniä.
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että eriste- ja säteilykerrosten yhteinen optinen paksuus on λ/2 tai sen kokonaislukujen monikerta halutulle aallonpituudelle.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että yksittäiset 15 hehkulangat (10) on kytketty sähköisesti rinnan.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että yksittäiset : hehkulangat (10) on kytketty sähköisesti sarjaan. » »* • · . 20
9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että yksittäiset *; hehkulangat (10) on kytketty johonkin rinnan- Saijaan yhdistelmään. * I · * I * f
· : : 10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että yksittäiset hehkulangat (10) kapenevat päitä kohti mentäessä. Γ\: 25
‘* 11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että yksittäisten : ‘: hehkulankojen (10) tiheys kasvaa reunoja kohti mentäessä. I I t
•: * ·: 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että säteilylähteessä on ·;··: 30 elimet (16,17) lämpötilan mittaamista varten.
13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että säteilylähteessä on 112005 yksi tai useampia paineentasausreikiä (30).
14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että hehkulankojen (10) leveys on tyypillisesti n. 2-10 pm, paksuus 0,1-1 pm ja lankojen väli n. 20-50 pm. * · I * · · » · ,3 112005
FI955657A 1995-11-24 1995-11-24 Sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde FI112005B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI955657A FI112005B (fi) 1995-11-24 1995-11-24 Sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde
DE69615635T DE69615635T2 (de) 1995-11-24 1996-11-15 Elektrisch modulierbare Wärmestrahlungsquelle
EP96660084A EP0776023B1 (en) 1995-11-24 1996-11-15 Electrically modulatable thermal radiant source
JP8311951A JPH09184757A (ja) 1995-11-24 1996-11-22 電気変調可能な熱放射源
US08/754,128 US5827438A (en) 1995-11-24 1996-11-22 Electrically modulatable thermal radiant source with specific filament

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI955657A FI112005B (fi) 1995-11-24 1995-11-24 Sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde
FI955657 1995-11-24

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI955657A0 FI955657A0 (fi) 1995-11-24
FI955657L FI955657L (fi) 1997-05-25
FI112005B true FI112005B (fi) 2003-10-15

Family

ID=8544434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI955657A FI112005B (fi) 1995-11-24 1995-11-24 Sähköisesti moduloitavissa oleva terminen säteilylähde

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5827438A (fi)
EP (1) EP0776023B1 (fi)
JP (1) JPH09184757A (fi)
DE (1) DE69615635T2 (fi)
FI (1) FI112005B (fi)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19808132B4 (de) * 1997-02-27 2009-10-29 Ust Umweltsensortechnik Gmbh Bauelement zum Senden und Empfangen von infraroter Strahlung
US5955839A (en) * 1997-03-26 1999-09-21 Quantum Vision, Inc. Incandescent microcavity lightsource having filament spaced from reflector at node of wave emitted
US6796866B2 (en) * 1999-07-08 2004-09-28 California Institute Of Technology Silicon micromachined broad band light source
WO2002080620A1 (en) * 2001-03-28 2002-10-10 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) High temperature micro-hotplate
ITTO20010341A1 (it) * 2001-04-10 2002-10-10 Fiat Ricerche Sorgente di luce a matrice di microfilamenti.
EP1679735B1 (en) * 2003-10-27 2010-06-02 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Infrared light emitting device and gas sensor using same
DE602004011386T2 (de) * 2003-11-20 2009-01-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Dünnschichtheizelement
NO321281B1 (no) * 2004-09-15 2006-04-18 Sintef Infrarod kilde
DE102004046705A1 (de) * 2004-09-24 2006-03-30 Eads Deutschland Gmbh Mikromechanisch hergestellter Infrarotstrahler
GB0500393D0 (en) * 2005-01-10 2005-02-16 Univ Warwick Microheaters
JP2006331752A (ja) * 2005-05-25 2006-12-07 Matsushita Electric Works Ltd 赤外線放射素子
US7846391B2 (en) 2006-05-22 2010-12-07 Lumencor, Inc. Bioanalytical instrumentation using a light source subsystem
WO2007141826A1 (ja) 2006-05-26 2007-12-13 Nalux Co., Ltd. 赤外光源
WO2007139022A1 (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Nalux Co., Ltd. 赤外光源およびその製造方法
US7709811B2 (en) 2007-07-03 2010-05-04 Conner Arlie R Light emitting diode illumination system
US8098375B2 (en) 2007-08-06 2012-01-17 Lumencor, Inc. Light emitting diode illumination system
JP2010145296A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Panasonic Electric Works Co Ltd 赤外線放射素子及びその製造方法
US8242462B2 (en) 2009-01-23 2012-08-14 Lumencor, Inc. Lighting design of high quality biomedical devices
US8859303B2 (en) * 2010-01-21 2014-10-14 Cambridge Cmos Sensors Ltd. IR emitter and NDIR sensor
US9214604B2 (en) 2010-01-21 2015-12-15 Cambridge Cmos Sensors Limited Plasmonic IR devices
US8410560B2 (en) * 2010-01-21 2013-04-02 Cambridge Cmos Sensors Ltd. Electromigration reduction in micro-hotplates
US8389957B2 (en) 2011-01-14 2013-03-05 Lumencor, Inc. System and method for metered dosage illumination in a bioanalysis or other system
US8466436B2 (en) 2011-01-14 2013-06-18 Lumencor, Inc. System and method for metered dosage illumination in a bioanalysis or other system
JP5639528B2 (ja) * 2011-04-21 2014-12-10 パナソニック株式会社 赤外線放射素子、赤外線光源
EP2786401B1 (en) * 2011-12-01 2018-08-01 Koninklijke Philips N.V. A structural design and process to improve the temperature modulation and power consumption of an ir emitter
US9103528B2 (en) 2012-01-20 2015-08-11 Lumencor, Inc Solid state continuous white light source
CN104285500B (zh) 2012-05-08 2017-11-28 Ams传感器英国有限公司 红外线发射器与ndir传感器
CN104272086B (zh) * 2012-05-09 2017-05-03 松下知识产权经营株式会社 红外线辐射元件
US9217561B2 (en) 2012-06-15 2015-12-22 Lumencor, Inc. Solid state light source for photocuring
JP2014032078A (ja) * 2012-08-02 2014-02-20 Panasonic Corp 赤外線放射素子
EP2762865A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-06 Sensirion Holding AG Chemical sensor and method for manufacturing such a chemical sensor
TW201432860A (zh) * 2013-02-01 2014-08-16 眾智光電科技股份有限公司 晶片型紅外線發射器封裝件
JP6242229B2 (ja) * 2014-02-10 2017-12-06 矢崎総業株式会社 赤外光源
KR102650793B1 (ko) * 2014-02-10 2024-03-26 필립모리스 프로덕츠 에스.에이. 유체 투과성 히터 조립체를 구비한 에어로졸 발생 시스템
CN104817054B (zh) * 2015-05-05 2016-08-17 广州大学 微弹簧式悬臂梁自带均热板微加热器及其制备工艺
DE102015222072B4 (de) * 2015-11-10 2019-03-28 Robert Bosch Gmbh Heizvorrichtung für MEMS-Sensor
FI127446B (fi) * 2016-10-28 2018-06-15 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Infrapunalähetin, jossa on kerrosrakenne
US10299344B2 (en) * 2017-08-15 2019-05-21 Davorin Babic Dual emission layer solid state infrared emitter apparatus and method of use thereof
US10680150B2 (en) * 2017-08-15 2020-06-09 Dragan Grubisik Electrically conductive-semitransparent solid state infrared emitter apparatus and method of use thereof
US10883804B2 (en) 2017-12-22 2021-01-05 Ams Sensors Uk Limited Infra-red device
US10636777B2 (en) 2017-12-22 2020-04-28 Ams Sensors Uk Limited Infra-red device
US11067422B2 (en) 2018-03-28 2021-07-20 Cambridge Gan Devices Limited Thermal fluid flow sensor
US10593826B2 (en) 2018-03-28 2020-03-17 Cambridge Gan Devices Limited Infra-red devices
US20230137163A1 (en) * 2021-10-28 2023-05-04 Tamron Co., Ltd. Thermal radiation element, thermal radiation element module, and thermal radiation light source

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68921124T2 (de) * 1988-08-25 1995-07-20 Toshiba Lighting & Technology Heizstreifen.
US5021711A (en) * 1990-10-29 1991-06-04 Gte Products Corporation Quartz lamp envelope with molybdenum foil having oxidation-resistant surface formed by ion implantation
US5285131A (en) * 1990-12-03 1994-02-08 University Of California - Berkeley Vacuum-sealed silicon incandescent light
US5464966A (en) * 1992-10-26 1995-11-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Micro-hotplate devices and methods for their fabrication
FI101911B (fi) * 1993-04-07 1998-09-15 Valtion Teknillinen Sähköisesti moduloitava terminen säteilylähde ja menetelmä sen valmist amiseksi
FI110727B (fi) * 1994-06-23 2003-03-14 Vaisala Oyj Sähköisesti moduloitava terminen säteilylähde

Also Published As

Publication number Publication date
US5827438A (en) 1998-10-27
JPH09184757A (ja) 1997-07-15
DE69615635T2 (de) 2002-07-11
EP0776023B1 (en) 2001-10-04
EP0776023A2 (en) 1997-05-28
FI955657L (fi) 1997-05-25
DE69615635D1 (de) 2001-11-08
EP0776023A3 (en) 1997-11-05
FI955657A0 (fi) 1995-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI110727B (fi) Sähköisesti moduloitava terminen säteilylähde
FI101911B (fi) Sähköisesti moduloitava terminen säteilylähde ja menetelmä sen valmist amiseksi
US5827438A (en) Electrically modulatable thermal radiant source with specific filament
US4338281A (en) Thin film semiconductor gas sensor having an integrated heating element
US7106167B2 (en) Stable high temperature sensor system with tungsten on AlN
US7312096B2 (en) Nanotube semiconductor structures with varying electrical properties
KR102294826B1 (ko) 적외선 방사 소자
US7378656B2 (en) Infrared radiation element and gas sensor using it
US10674567B2 (en) Micro-heating conductor
US4701664A (en) Mercury arc lamp suitable for inclusion in a flow cytometry apparatus
US5245246A (en) Gas discharge lamp temperature control
JPH1151893A (ja) 接触燃焼式ガスセンサ
US5868497A (en) Thermocouple for use in an apparatus for manufacturing a semiconductor device
JPH0640847U (ja) マイクロ化した赤外線分析計用赤外光源
US3069644A (en) Bolometers
SU1703998A1 (ru) Теплоэлектрический вакуумметр
JP2001052902A (ja) Ptc特性を有する導電性糸による面状発熱体およびその製造方法
JPH079411B2 (ja) 雰囲気検出装置
JPH08122118A (ja) 熱式マイクロフローセンサ
KR20250167029A (ko) 발열 구조 및 에어로졸 생성 장치
JPH05281072A (ja) ピラニ真空計
JP2026515055A (ja) 発熱構造およびエアロゾル発生装置
SU267221A1 (ru) Насадок термоанемометра
SU1040358A1 (ru) Датчик теплоэлектрического манометра сопротивлени
GB2143949A (en) Filament support

Legal Events

Date Code Title Description
GB Transfer or assigment of application

Owner name: VAISALA OY

MM Patent lapsed