FR2620531A1 - THERMAL DETECTOR IN NETWORK - Google Patents
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Abstract
L'invention a trait aux détecteurs thermiques. Le réseau détecteur thermique, du type comprenant des éléments détecteurs discrets 1 dont chacun est supporté par une couche support commune 7, et monté en contact thermique avec un collecteur 3 correspondant en un matériau absorbant du rayonnement, la surface de chaque collecteur 3 étant plus grande que la surface de l'élément détecteur 1 correspondant, est essentiellement caractérisé en ce que le contact entre chaque collecteur 3 et la couche support 7 est limité à une zone disposée sensiblement à l'intérieur de la périphérie de l'arête du détecteur 3 et à l'écart par rapport à cette dernière. Application à la réalisation de réseaux détecteurs dans l'infrarouge.The invention relates to thermal detectors. The thermal detector network, of the type comprising discrete detector elements 1, each of which is supported by a common support layer 7, and mounted in thermal contact with a corresponding collector 3 made of a radiation-absorbing material, the area of each collector 3 being larger that the surface of the corresponding detector element 1 is essentially characterized in that the contact between each collector 3 and the support layer 7 is limited to a zone disposed substantially inside the periphery of the edge of the detector 3 and away from the latter. Application to the production of infrared detector networks.
Description
l La présente invention concerne des perfectionnements aux détecteursThe present invention relates to improvements to detectors
thermiques et, plus particulièrement, aux réseaux de détecteurs thermiques infrarouges. Dans un détecteur thermique, l'énergie du rayonnement incident absorbé augmente la température de chaque élément détec- and, more particularly, to infrared thermal detector networks. In a thermal detector, the energy of the incident radiation absorbed increases the temperature of each sensing element.
teur. Cette augmentation de température entraîne des chan- tor. This increase in temperature leads to changes in
gements dans les propriétés du détecteur qui dépendent de la température, celle-ci pouvant être contrôlée pour détecter le rayonnement incident. Les détecteurs thermiques in the sensor properties that depend on the temperature, which can be controlled to detect incident radiation. Thermal detectors
spécialement intéressants dans le présent. contexte com- especially interesting in the present. context
prennent les détecteurs pyro-électriques et/ou les détec- take the pyroelectric detectors and / or
teurs diélectriques de bolomètre sous la forme d'un réseau bidimensionnel associé par interface à un dispositif d'exploration à semi-conducteur afin de fournir un réseau compact de stockage à l'état solide et non refroidi pour dielectric bolometer capacitors in the form of a two-dimensional network interfaced to a semiconductor scanning device to provide a solid and uncooled compact storage array for
la formation d'images thermiques et d'applications con- the formation of thermal images and applications
nexes. Il existe un intérêt croissant dans l'obtention de bonnes performances des détecteurs thermiques en réseaux bidimensionnels à pas fin (par exemple des réseaux de x 100 éléments et davantage, à des pas de 100 um ou annexes. There is increasing interest in obtaining good performance of thermal detectors in two-dimensional, fine-pitched arrays (e.g., networks of x 100 elements and more, at steps of 100 μm or
moins) qui s'approchent des limites physiques fondamen- less) approaching the fundamental physical limits
tales pour un détecteur thermique, cette performance étant évaluée par exemple en termes de rapport signal/bruit du réseau détecteur. Pour obtenir ces possibilités, il est for a thermal detector, this performance being evaluated for example in terms of signal-to-noise ratio of the detector network. To obtain these possibilities, it is
tout d'abord nécessaire de rendre maximal le signal prove- first of all, to make the signal
nant du détecteur (la réponse) en rendant optimale la structure du dispositif et en choisissant de manière detector (the answer) by optimizing the structure of the device and choosing
appropriée le matériau du détecteur (par exemple en choi- the detector material (for example, by choosing
sissant un matériau présentant un coefficient élevé de réponse), en rendant optimal le schéma d'exploitation électronique et en diminuant au maximum toutes les sources de bruit associées par exemple à la perte diélectrique du matériau détecteur ainsi que les sources de bruit dans a material with a high coefficient of response), making the electronic operating scheme optimal and by minimizing as much as possible all the sources of noise associated for example with the dielectric loss of the detector material as well as the sources of noise in
le circuit électronique de lecture ou d'exploitation. the electronic reading or operating circuit.
Cependant, lorsque ces sources de bruit sont suffisamment réduites, on approche un bruit de limite physique qui est déterminé par la conductance thermique de la structure et par le rendement du recueil ou de la réception du rayonnement ainsi que de l'absorption dans les cellules unitaires. Cette valeur du bruit de limitation, ou limite de bruit de fluctuation thermique, est donnée par l'expres- sion: Equivalent bruit de fluctuation 2 thermique (N.E.P.) = KT2GH n o GH est la conductance thermique totale d'un élément du réseau, n est le rendement de réception du rayonnement et l'absorption dans la surface de la cellule élémentaire, K est la constante de Boltzmann et T est la température absolue. However, when these noise sources are sufficiently reduced, a physical limit noise is approached which is determined by the thermal conductance of the structure and the radiation collection or reception efficiency as well as the absorption in the unit cells. . This value of the limiting noise, or thermal fluctuation noise limit, is given by the expression: Thermal fluctuation noise 2 equivalent (NEP) = KT2GH no GH is the total thermal conductance of a network element, n is the radiation reception efficiency and the absorption in the surface of the elementary cell, K is the Boltzmann constant and T is the absolute temperature.
On peut en outre montrer que la contribution élec- In addition, it can be shown that the
trique à la puissance d'équivalent bruit de fluctuation to the power of equivalent noise fluctuation
thermique est proportionnelle à YH/n o YH est l'admit- thermal is proportional to YH / n o YH is the admit-
tance thermique d'un élément du réseau, dont une partie est constituée par le terme jWCH o w est la fréquence angulaire de fonctionnement du dispositif et CH est la capacitance thermique de l'élément. Cette expression implique que des faibles épaisseurs d'éléments détecteurs sont nécessaires de telle sorte que wCH soit plus petit ou de l'ordre de la conductance thermique, la part réelle de YH dans la gamme de fréquences de fonctionnement. En pratique, les valeurs de conductance thermique totale inférieures à 0,2 w au 2 K-1 sont nécessaires, avec des rendements de réception et d'absorption du rayonnement approchant l'unité, pour des pas égaux ou inférieurs à pm et des épaisseurs d'éléments inférieures à 15 um (et de préférence inférieures à 8 um) afin que la limite de bruit de fluctuation thermique fournisse encore des performances utiles pour des fréquences de fonctionnement de l'ordre de 10 à 50 Hz. Pour d'autres fréquences, l'épaisseur préférée varie de façon inverse par rapport thermal energy of a network element, a part of which is constituted by the term jWCH where w is the angular frequency of operation of the device and CH is the thermal capacitance of the element. This expression implies that small thicknesses of detector elements are necessary such that wCH is smaller or of the order of thermal conductance, the actual part of YH in the operating frequency range. In practice, total thermal conductance values below 0.2 w at 2 K-1 are required, with radiation reception and absorption efficiencies approaching unity, for steps equal to or less than pm and thicknesses. elements less than 15 μm (and preferably less than 8 μm) so that the thermal fluctuation noise limit still provides useful performance for operating frequencies of the order of 10 to 50 Hz. For other frequencies , the preferred thickness varies inversely with respect to
à la fréquence.at the frequency.
Un détecteur pyroélectrique, présentant un NEP amé- A pyroelectric detector, presenting a perfect NEP
lioré, est décrit dans la demande de brevet britannique lioré, is described in the British patent application
n 2 100 058 de 1982. Dans cette demande, un élément détec- No 2 100 058 of 1982. In this application, a detection element
teur thermique est monté en position adjacente à un élément thermal unit is mounted adjacent to an element
absorbant de surface plus grande et il est supporté élas- absorbent surface and it is supported elastically
tiquement sur une ou plusieurs pellicules flexibles. La connexion électrique est fournie par des conducteurs qui on one or more flexible films. The electrical connection is provided by drivers who
dépassent latéralement sur les surfaces internes des pelli- protrude laterally on the internal surfaces of
cules. Alors que cet agencement peut être prolongé longi- cles. While this arrangement can be prolonged
tudinalement sous la forme d'un réseau à une dimension, in the form of a one-dimensional network,
le besoin d'un prolongement latéral, comme mentionné ci- the need for a lateral extension, as mentioned above.
dessus, interdit généralement une réalisation bidimension- above, generally prohibits a two-dimensional
nelle à pas fin.fine-pitched.
Un réseau détecteur bidimensionnel intégré est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 162 420 de 1979. Dans ce dispositif cependant, les éléments ne sont An integrated two-dimensional detector array is described in U.S. Patent No. 4,162,420, 1979. In this device, however, the elements are not
pas réticulés. Le plan du détecteur est distant d'un cir- not crosslinked. The plane of the detector is distant from a cir-
cuit d'exploitation au silicium mais électriquement con- cooked with silicon but electrically
necté à ce dernier, au moyen d'une série de tiges métalli- nected to the latter, by means of a series of metal rods
ques (à section carrée de 10 pm avec 25 pm de longueur). (square section of 10 pm with 25 pm length).
L'utilisation de matériaux métalliques sous cette forme, ainsi que le manque de réticulation, si traduit par un dispositif présentant une isolation thermique relativement The use of metallic materials in this form, as well as the lack of crosslinking, if translated by a device having a relatively thermal insulation
médiocre et une intermodulation thermique entre les élé- mediocre and thermal intermodulation between
ments adjacents.adjacent areas.
Jusqu'à maintenant il existe donc un problème pour la réalisation d'un important réseau détecteur intégré infrarouge So far there is a problem for the realization of a large integrated infrared detector network
bidimensionnel à pas fin, présentant une isolation thier- two-dimensional, fine-pitched, thermally insulated
mique satisfaisante et une intermodulation faible. satisfactory performance and low intermodulation.
La présente invention vise donc à fournir des struc- The present invention therefore aims to provide structures
tures de détecteurs ainsi que des procédés correspondants detectors and corresponding processes
de traitement pour des réseaux détecteurs thermiques bidi- for two-dimensional thermal detector networks
mensionnels importants dans lesquels un degré élevé d'iso- important dimensions in which a high degree of iso-
lation thermique (GH faible) est combiné avec un rendement thermal equation (low GH) is combined with
élevé de réception et d'absorption du rayonnement. high reception and absorption of radiation.
Conformément à l'invention, un réseau détecteur thermique comprend des éléments détecteurs thermiques discrets disposés selon un réseau bidimensionnel, chaque élément étant supporté sur une face d'une couche d'un matériau élastique à faible conductivité thermique, qui est également destinée à espacer lesdits éléments les uns par rapport aux autres, la face opposée de ladite couche According to the invention, a thermal detector network comprises discrete thermal detector elements arranged in a two-dimensional array, each element being supported on one side of a layer of an elastic material with low thermal conductivity, which is also intended to space said elements with respect to each other, the opposite face of said layer
portant une structure commune d'électrode qui est en con- carrying a common electrode structure which is in compliance
tact avec chaque élément et forme des interconnexions entre eux au moyen de pistes électriquement conductrices et à résistance thermique élevée, chaque élément ayant un élément d'électrode en contact avec une surface interne dudit élément, chaque élément d'électrode étant connecté au moyen d'une liaison à un circuit d'entrée d'un support semi-conducteur de telle sorte que les organes de liaison agissent pour supporter la couche par rapport au support, tact with each element and form interconnections with each other by means of electrically conductive tracks and high thermal resistance, each element having an electrode element in contact with an inner surface of said element, each electrode element being connected by means of a connection to an input circuit of a semiconductor medium such that the connecting members act to support the layer with respect to the support,
et chaque élément étant associé à un absorbeur de rayonne- and each element being associated with a radiation absorber
ment.is lying.
Les organes de Iiaison peuvent être à faible conduc- The components of the housing may be of low conductivity
tivité thermique. Ils peuvent être disposés en une posi- thermal activity. They can be arranged in a posi-
tion située entre les éléments respectifs et le support. between the respective elements and the support.
Suivant une variante, les organes de liaison peuvent être According to a variant, the connecting members can be
disposés de manière adjacente aux côtés des éléments res- adjacent to the sides of the remaining elements
pectifs, s'étendant directement entre le support et la couche. La présente invention fournit également des procédés poles, extending directly between the support and the layer. The present invention also provides methods
de traitement pour les organes ci-dessus. De telles struc- treatment for the organs above. Such structures
tures, comme mentionné plus haut, peuvent être réalisées en traitant des couches brutes de matériau détecteur, ou as mentioned above, can be achieved by processing raw layers of detector material, or
bien elles peuvent être formées par des techniques impli- well they can be formed by implicit techniques
quant des pellicules minces.as thin films.
Ces structures et procédés perfectionnés conviennent pour les réseaux détecteurs de bolomètres diélectriques et pyroélectriques qui mettent en oeuvre des matériaux monocristallins ou des céramiques d'oxyde ferroélectrique, matériaux tels que: titanate de baryum-strontium; niobate de plomb-magnésium; tantalate de plomb-scandium; niobate These improved structures and methods are suitable for dielectric and pyroelectric bolometer detector arrays that employ monocrystalline materials or ferroelectric oxide ceramics, materials such as: barium-strontium titanate; lead-magnesium niobate; lead-scandium tantalate; niobate
de plomb-fer; tungstate de plomb-fer; ainsi que zirco- lead-iron; lead-iron tungstate; as well as zircon
nate de plomb/niobate de plomb-fer.lead nate / lead-iron niobate.
La séparation physique complète des éléments du détecteur du matériau détecteur thermique du réseau assure une conductance thermique faible et une intermodulation The complete physical separation of the sensor elements from the thermal sensor material of the network ensures low thermal conductance and intermodulation
thermique faible entre les éléments. weak thermal between the elements.
La couche support est de préférence en un matériau polymère. Les matériaux polymères conviennent le mieux pour la couche support ainsi bien entendu que pour toute autre caractéristique impliquant un support ou une liaison mécanique mais devant également présenter la faible conductance thermique nécessaire. Les matériaux polymères, étant généralement constitués par des matériaux isolants ayant une structure moléculaire complexe, fréquemment agencés de manière à former un solide amorphe plutôt que The support layer is preferably of a polymeric material. The polymeric materials are most suitable for the support layer and of course for any other characteristic involving a support or a mechanical connection but must also have the low thermal conductance required. Polymeric materials generally consist of insulating materials having a complex molecular structure, frequently arranged to form an amorphous solid rather than
cristallin, présentent les valeurs de conductivité thermi- crystal, show the values of thermal conductivity
que les plus faibles à la température ambiante parmi les than the lowest at room temperature among the
classes de solides comme indiqué dans le tableau ci-dessous. classes of solids as shown in the table below.
Classe de matériau Gamme de conductivité thermique W.M l. K-1 Métaux 10400 Semi-conducteurs 1-200 Solides cristallins minéraux 2-200 Solides amorphes minéraux 0,8-2,0 Polymères organiques 0,1-0,4 Une classe préférée de matériaux polymères pour la Material class Thermal conductivity range W.M l. K-1 Metals 10400 Semiconductors 1-200 Mineral Crystalline Solids 2-200 Mineral Amorphous Solids 0.8-2.0 0.1-0.4 Organic Polymers A preferred class of polymeric materials for
couche support est constituée par la famille des poly- support layer is constituted by the family of poly-
imides des polymères à haute température. On peut en trou- imides high temperature polymers. We can find
ver des exemples parmi les substances qui ont été dévelop- examples of the substances that have been developed
pées intensivement à l'heure actuelle comme revêtements diélectriques de passivation et d'intercouche pour les circuits intégrés de silicium. Un exemple particulier de matériau polyimide qui s'est montré avantageux dans ce cas est constitué par le polyimide dit "PIQ" fabriqué par la firme Hitachi. L'utilisation d'un matériau support en pellicule de polyimide, qui est résistant et flexible avec une température élevée de transition vitreuse et une bonne adhérence sur les surfaces métalliques ou d'oxyde est entièrement compatible avec les matériaux ferro- électriques mentionnés ci-dessus ainsi qu'avec la liaison par soudure planaire, technique préférée pour le but présentement recherché. Les pellicules de polyimide sont appliquées par revêtement et réticulées en particulier entre Currently, they are extensively used as dielectric passivation and interlayer coatings for silicon integrated circuits. A particular example of a polyimide material which has proved advantageous in this case is the so-called "PIQ" polyimide manufactured by the firm Hitachi. The use of a polyimide film backing material, which is strong and flexible with a high glass transition temperature and good adhesion to metal or oxide surfaces, is fully compatible with the ferroelectric materials mentioned above. as well as with the planar welding connection, a preferred technique for the purpose currently sought. The polyimide films are coated and cured, in particular between
300 et 350 C. On peut réaliser des épaisseurs de revête- 300 and 350 C. Coating thicknesses can be
ment de l'ordre de 0,2 um, les revêtements inférieurs au micron étant préférés. La différence de coefficients de dilatation thermique de la pellicule de polyimide et des oxydes ferro-électriques formant les éléments détecteurs (.50 ppm.K-1 et moins de 10 ppm.K -1) place la pellicule support sous légère tension positive après refroidissement 0.2 micron, with sub-micron coatings being preferred. The difference in thermal expansion coefficients of the polyimide film and the ferroelectric oxides forming the detector elements (.50 ppm.K-1 and less than 10 ppm.K -1) places the support film under slight positive tension after cooling.
provenant du stade de réticulation. Cette propriété main- from the crosslinking stage. This property
tient la pellicule tendue après réticulation et se traduit par une faible microphonie. D'autres matériaux polymères holds the film taut after crosslinking and results in low microphony. Other polymer materials
possibles destinés à constituer une pellicule support com- possible to form a composite support film
prennent les polyamides, les polyuréthannes (y compris les types à réticulation sous UV) et les polymères déposés take polyamides, polyurethanes (including UV curing types) and polymers deposited
à partir d'une phase vapeur (par exemple le parylène). from a vapor phase (for example parylene).
L'utilisation d'une structure à éléments discrets, montée sur une couche support de polymère, qui est sous légère tension, assure une réponse microphonique très faible. Un certain degré d'activité piezo-électrique est inhérent aussi bien dans les matériaux pyro-électriques que diélectriques de bolomètres sous l'influence du champ de polarisation appliqué et l'étude du détecteur doit être The use of a discrete element structure, mounted on a polymer support layer, which is under slight voltage, provides a very low microphonic response. A certain degree of piezoelectric activity is inherent both in the pyroelectric and dielectric materials of bolometers under the influence of the applied bias field and the study of the detector must be
conduite afin de minimiser ce mode de réponse non sou- conduct to minimize this unspoken
haitable.visable.
La structure absorbante de rayonnement mentionnée Absorbent radiation structure mentioned
ci-dessus peut être formée à partir d'une pellicule métal- above can be formed from a metal film
lique résistante mince ayant une impédance convenant à a thin, resilient carrier having an impedance
celle de l'espace libre (377 10) qui peut également ser- that of free space (377 10) which can also be used
vir comme électrode commune. Une telle pellicule absorbe vir as a common electrode. Such a film absorbs
% du rayonnement incident à large bande. Des revête- % of broadband incident radiation. Coats
ments anti-réflexion peuvent être ajoutés afin d'augmenter le rendement d'absorption sur une bande de longueur d'onde Anti-reflection elements can be added to increase the absorption efficiency over a wavelength band
plus limitée. Pour augmenter encore le rendement d'absorp- more limited. To further increase the absorption efficiency
-7 2620531-7 2620531
tion dans la bande intéressante, on peut utiliser une couche d'électrode active d'élément métallique réflecteur In the band of interest, it is possible to use a reflective metal element active electrode layer.
sur la face opposée de l'élément détecteur tout en con- on the opposite side of the detector element while
naissant les propriétés optiques dans l'infrarouge des matériaux de la structure et en contrôlant l'épaisseur de l'élément détecteur. On peut obtenir des rendements de 0,6 à 0,8 dans la bande infrarouge de 8 à 14 "m pour the infrared optical properties of the materials of the structure and by controlling the thickness of the detector element. Yields of 0.6 to 0.8 in the infrared band of 8 to 14
de telles structures multicouches. Cependant, une struc- such multilayer structures. However, a structure
ture de couche d'absorption préférée comprend du noir métallique tel que du noir de platine, qui présente un The preferred absorption layer comprises a metallic black such as platinum black which has a
rendement d'absorption proche de l'unité dans une struc- absorption efficiency close to unity in a structure
ture de masse thermique très faible. very low thermal mass.
Tandis que les éléments absorbants peuvent être d'une surface égale à celle des éléments détecteurs respectifs, While the absorbent elements may be of a surface equal to that of the respective sensor elements,
les surfaces absorbantes et de détection dans des struc- Absorbent and detection surfaces in structures
tures de détecteurs en réseaux réticulés peuvent varier de façon indépendante. En effet, la nature indépendante de ces deux structures peut être exploitée pour obtenir Detectors in cross-linked networks may vary independently. Indeed, the independent nature of these two structures can be exploited to obtain
un rendement élevé de réception et d'absorption du rayon- a high efficiency of reception and absorption of
nement, combiné avec un degré élevé d'isolation thermique combined with a high degree of thermal insulation
des éléments détecteurs.detector elements.
Les matériaux d'électrodes préférés, en particulier pour les pistes d'interconnexions entre les éléments et vers les liaisons sur les éléments, comprennent les métaux, les alliages métalliques, les cermets et les alliages métalliques amorphes présentant une haute résistivité thermique, présentent une bonne adhérence sur les autres matériaux de la structure et peuvent être dessinés pour former des pistes étroites. A titre d'exemple on peut citer le chrome anodisé, ainsi que les pellicules métalliques d'alliage nickel-chrome, de cermets chrome_ silice et de nickel_indium amorphe. De telles pellicules, nécessitées à une faible épaisseur (par exemple de 10 à pm) et à une largeur faible (par exemple de 2 à 10 um), peuvent être déposées au moyen d'un certain nombre de techniques de dépôt thermique comprenant l'évaporation The preferred electrode materials, particularly for the interconnecting tracks between the elements and to the connections on the elements, include metals, metal alloys, cermets and amorphous metal alloys having a high thermal resistivity, exhibit good adhesion to other materials of the structure and can be drawn to form narrow tracks. By way of example, mention may be made of anodized chromium as well as metal films of nickel-chromium alloy, of chromium-silica cermets and of amorphous nickel-indium. Such films, required at a small thickness (for example from 10 to 10 μm) and at a small width (for example from 2 to 10 μm), can be deposited by means of a number of thermal deposition techniques including evaporation
sur filaments et par faisceau électronique, ou la pulvéri- on filaments and electron beam, or the spraying
sation. Les procédés de pulvérisation, et en particulier tion. Spraying processes, and in particular
les procédés de pulvérisation par magnétron,sont préfé- magnetron sputtering methods are preferably
rables. Une électrode comprenant l'un des métaux ci-dessus, avec un revêtement d'un métal inerte à haute conductivité électrique tel que l'or, est généralement nécessaire pour rable. An electrode comprising one of the above metals, with a coating of an inert metal with high electrical conductivity such as gold, is generally required for
le dépôt de noirs métalliques tels que le noir de platine. the deposition of metallic blacks such as platinum black.
Le métal inerte et à haute conductivité peut être éliminé des pistes d'interconnexion des éléments après le dépôt Inert and high conductivity metal can be removed from the interconnecting tracks of the elements after deposition
du noir afin d'éliminer la dérivation thermique associée. black to eliminate the associated thermal shunt.
Des ouvertures ou des trous de passage ouverts dans la pellicule support polymère au-dessus des éléments sont souhaitables afin d'assurer un bon contact thermique entre l'absorbant et l'élément détecteur. Si l'on utilise une structure d'absorption à pellicule mince équilibrée en impédance, la pellicule support de polymère peut également Open openings or through holes in the polymeric support film above the elements are desirable to provide good thermal contact between the absorbent and the sensor element. If an impedance balanced thin film absorption structure is used, the polymer support film can also be
servir comme revêtement anti-réflexion pour l'absorbant. serve as an anti-reflection coating for the absorbent.
D'autres caractéristiques et avantages de la présen- Other features and advantages of the present
te invention ressortiront mieux de la description qui va the invention will come out better from the description that will
suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe d'un réseau détecteur thermique intégré selon une forme de réalisation de la présente invention; la figure 2 représente une vue en coupe détaillée d'une cellule unitaire du réseau de la figure 1, montrant en détail la structure de son organe de liaison; la figure 3 représente une vue en coupe d'un réseau FIG. 1 is a sectional view of an integrated thermal detector array according to one embodiment of the present invention; Figure 2 shows a detailed sectional view of a unit cell of the network of Figure 1, showing in detail the structure of its connecting member; FIG. 3 represents a sectional view of a network
détecteur thermique intégré selon une variante de réalisa- integrated thermal detector according to a variant of
tion de la présente invention;of the present invention;
les figures 4 et 5 représentent des vues respective- Figures 4 and 5 show respective views of
ment en coupe et en plan d'une partie d'une forme de réa- in section and plan of a part of a form of
lisation préférée du réseau représenté sur la figure précé- preferred embodiment of the network shown in the preceding figure.
dente;toothed;
les figures 6 et 7 représentent des vues schémati- Figures 6 and 7 show schematic views of
ques en coupe des réseaux illustrés sur les figures précé- in section of the networks illustrated in the preceding figures.
dentes, montrant le détail de construction et d'assemblage dentes, showing construction and assembly details
93 262053193 2620531
à partir du matériau brut; etfrom the raw material; and
les figures 8 et 9 représentent des vues schémati- Figures 8 and 9 show schematic views of
ques en coupe d'une préforme et d'un réseau correspondant in section of a preform and a corresponding network
au traitement par pellicule mince.thin film treatment.
Le réseau détecteur thermique intégré représenté The integrated thermal detector network represented
sur la figure 1 comprend un grand nombre d'éléments détec- in FIG. 1 comprises a large number of detecting elements
teurs thermiques 1, dont chacun est discret et espacé en 1, each of which is discrete and spaced in
formation de réseau au moyen d'une couche support élasti- network formation by means of an elastic support layer
que 3 en un matériau à faible conductivité thermique. Cette only 3 in a material with low thermal conductivity. This
couche forme un support suffisant et une intégrité méca- layer provides sufficient support and mechanical integrity.
nique suffisante pour l'ensemble. Sur une surface inté- sufficient for the whole. On an integrated surface
rieure de la couche 3, est disposée une structure 5 d'élec- layer 3 is arranged a structure 5 of elec-
trode commune qui forme interconnexion entre les éléments au moyen de liaisons 7 électriquement conductrices et à résistance thermique élevée. La face opposée de chaque élément 1 porte une électrode individuelle 9. La structure de réseau avec élément supporté est disposée au-dessus d'un support semi-conducteur 11 et des organes de liaison 13, qui forment également support et connexion électrique, sont compris entre chaque élément 1 et le support 11. Ces organes de liaison fournissent une continuité électrique entre les électrodes 9 des éléments et les plaquettes 15 common trode which forms interconnection between the elements by means of electrically conductive links 7 and high thermal resistance. The opposite face of each element 1 carries an individual electrode 9. The network structure with supported element is disposed above a semiconductor support 11 and connecting members 13, which also form a support and electrical connection, are included between each element 1 and the support 11. These connecting members provide electrical continuity between the electrodes 9 of the elements and the plates 15
d'entrée correspondantes des circuits interfaces d'exploi- corresponding input circuits of the operating interfaces
tation intégrés sur le support semi-conducteur 11. A chaque on the semiconductor medium 11. At each
élément détecteur 1, correspond une plaquette 17 de maté- detector element 1 corresponds to a plate 17 of material
riau absorbant thermique sur la surface-opposée de la couche 3. Le contact thermique entre chaque élément 1 et l'absorbant 17 est ainsi réalisé, la conduction thermique effective étant fournie à travers le support (la couche) heat-absorbing material on the opposite surface of the layer 3. The thermal contact between each element 1 and the absorbent 17 is thus achieved, the effective thermal conduction being provided through the support (the layer)
ou par l'intermédiaire d'ouvertures métallisées du support. or via metallized openings of the support.
Comme représenté sur la figure 2, chaque organe de As shown in FIG. 2, each organ of
liaison 13 est en une structure composite et disposé au- link 13 is in a composite structure and disposed
dessous de chaque élément 1, ce qui combine les impératifs contradictoires de l'interconnexion électrique et de l'isolation thermique. Cette structure composite peut être réalisée par exemple en formant une structure 'Mése19 en un matériau à faible conductivité thermique tel qu'un below each element 1, which combines the contradictory requirements of electrical interconnection and thermal insulation. This composite structure can be made for example by forming a Messe structure 19 in a material with low thermal conductivity such that a
26205312620531
polymère, immédiatement au-dessous du détecteur 1, et en polymer, immediately below the detector 1, and
disposant une piste métallique 21 mince et à haute résis- having a metal track 21 thin and high resistance
tance thermique à la partie supérieure du mésa 19. Le mésa temperature at the top of the mesa 19. The mesa
19 en polymère métallisé est alors lié et connecté élec- 19 in metallized polymer is then connected and electrically connected.
triquement à la plaquette d'entrée 15 du support 11 d'ex- ploitation au moyen par exemple d'une liaison de soudure to the input plate 15 of the support 11 for operation by means of, for example, a solder connection
23 et d'une métallisation de surface 25, 27. Cette struc- 23 and a surface metallization 25, 27. This structure
ture peut également être utilisée dans une forme inversée, c'est-à-dire avec la liaison de soudure 23 en position adjacente à l'élément détecteur thermique 1 et le mésa It can also be used in an inverted form, that is with the solder connection 23 adjacent to the thermal detector element 1 and the mesa
de polymère 19 adjacent au support d'exploitation 11. of polymer 19 adjacent to the operating support 11.
Cependant, cette structure est moins favorable car la liaison de soudure 23 agit alors en charge thermique sur However, this structure is less favorable because the solder connection 23 then acts in thermal load on
l'élément détecteur 1 et réduit la réponse en conséquence. the detector element 1 and reduces the response accordingly.
On peut choisir une gamme de matériaux polymères pour former la structure mésa polymère 19. Les polyimides conviennent particulièrement pour la forme inversée de la structure mésa o le mésa 19 est situé sur le support 11. Les polyimides conviennent moins pour la structure mésa originale, du fait que le cycle de réticulation qui est impliqué peut entraîner certaines difficultés dans A range of polymeric materials can be selected to form the polymeric mesa structure 19. The polyimides are particularly suitable for the inverted form of the mesa structure where the mesa 19 is located on the support 11. The polyimides are less suitable for the original mesa structure, the fact that the cross-linking cycle that is involved can lead to some difficulties in
la séquence du processus attaché au dispositif. L'utili- the sequence of the process attached to the device. The utili-
sation d'un produit photorésistant "Novolac", qui peut être dessiné puis coulé et réticulé pour former un mésa 19 avec un profil à arête arrondie pour faciliter la métallisation ultérieure, est préférable pour la structure selon la figure 2. Dans ce cas, il est souhaitable de The addition of a "Novolac" photoresist, which can be drawn and then cast and cross-linked to form a mesa 19 with a rounded edge profile to facilitate subsequent metallization, is preferable for the structure according to FIG. 2. In this case, is desirable to
mettre en oeuvre un traitement de stabilisation par rayon- implement a radiation stabilization treatment
nement (UV rayons X ou faisceau électronique) ou bien chimique (par exemple une immersion dans une solution de formaldéhyde acidifiée) afin de réticuler la résine Novolac et de stabiliser les dimensions de la structure mésa avant (X-ray UV or electron beam) or chemical (eg immersion in an acidified formaldehyde solution) in order to cross-link the Novolac resin and stabilize the dimensions of the mesa structure before
la métallisation et l'opération finale de liaison par sou- metallization and the final binding operation by
dure.tough.
L'adoption d'une structure par points o les liai- The adoption of a point structure where links
sons 13 sont disposées au-dessous de chaque élément 1 sounds 13 are arranged below each element 1
implique que l'élément lui-même peut couvrir une propor- implies that the element itself can cover a proportion
11 2Z62053111 2Z620531
tion importante de la surface disponible de la cellule élémentaire. On peut montrer qu'on obtient un compromis optimal entre le facteur de réception (c'est-à-dire le rendement de la réception) et l'intermodulation thermique entre des éléments adjacents 1 pour des surfaces égales de l'absorbant 17 et de l'élément 1, sur un élément présentant un rapport intervalle/largeur de 4/1 équivalant significant increase in the available area of the elementary cell. It can be shown that an optimal compromise is achieved between the reception factor (i.e. the reception efficiency) and thermal intermodulation between adjacent elements 1 for equal areas of the absorbent 17 and Element 1, on an element having a ratio interval / width of 4/1 equivalent
à un rendement de réception de rayonnement de 0,64. L'uti- at a radiation reception efficiency of 0.64. The UTI
lisation d'un collecteur à noir de platine à surface agrandie (voir figure 4) et/ou de structures à collecteur à grande surface du type XAC, peut encore fournir un gain supplémentaire important dans le rendement de réception sans compromettre l'isolation thermique. Un rendement de réception et d'absorption approchant 0,9 peut être obtenu de cette manière, en particulier pour des structures ayant The use of an enlarged platinum black collector (see FIG. 4) and / or XAC-type large surface collector structures can still provide a significant additional gain in receiving efficiency without compromising thermal insulation. A reception and absorption efficiency approaching 0.9 can be obtained in this way, in particular for structures having
un pas de 100 "m ou moins.a step of 100 "or less.
Une variante de structure de réseau est représentée sur la figure 3. Dans cet exemple, l'isolation thermique An alternative network structure is shown in FIG. 3. In this example, the thermal insulation
de l'élément 1 par rapport au support du circuit d'exploi- of element 1 relative to the support of the operating circuit
tation (la source de chaleur dominante dans les deux structures) et entre les éléments adjacents 1, est obtenue simultanément au moyen d'une enveloppe 3 en une bande de suppport polymère autour de chaque élément 1. Les éléments individuels i de cette structure sont plus petits que ceux tation (the dominant heat source in the two structures) and between the adjacent elements 1, is obtained simultaneously by means of an envelope 3 in a polymer support strip around each element 1. The individual elements i of this structure are more small ones
de la structure à liaison par points (figure 1) et l'enve- of the point-link structure (Figure 1) and the enve-
loppe support polymère 3 est proportionnellement plus loppe polymer support 3 is proportionately more
grande. Les liaisons 13 qui forment les connexions élec- great. The links 13 which form the electrical connections
triques à partir des électrodes 9 d'éléments avec le cir- from the electrodes 9 of elements with the cir-
cuit 15 d'exploitation sont placées par-dessus l'enveloppe 3 et il n'est plus essentiel d'incorporer des structures de barrières thermiques additionnelles (mésas) dans les liaisons 13 comme c'était le cas pour la structure par points. Dans cette structure, la conductance thermique The burners are placed over the envelope 3 and it is no longer essential to incorporate additional thermal barrier structures (mesas) in the links 13 as was the case for the dot structure. In this structure, thermal conductance
totale est compromise par rapport au rendement de récep- total is compromised with respect to the
tion de rayonnement (pour le cas o les surfaces de radiation (for the case where the surfaces of
l'élément 1 et de l'absorbant 17 sont égales) et un dia- element 1 and absorbent 17 are equal) and a dia-
mètre optimal d'élément est d'environ 0,6 par rapport à la largeur de cellule élémentaire, donnant un facteur de réception de cellules élémentaires (ou un rendement de la réception du rayonnement) d'environ 0, 35. Les valeurs de la conductance thermique totale et latérale pour cette structure à pellicule de polymère sont sensiblement infé- rieures à celles de la structure à liaison par points The optimal element meter is about 0.6 relative to the elementary cell width, giving an elementary cell reception factor (or a radiation reception efficiency) of about 0.35. total and lateral thermal conductance for this polymer film structure are substantially less than that of the dot-bonded structure
(figure 1) à un pas donné et pour des géométries de struc- (Figure 1) at a given step and for structural geometries
ture praticables,ce qui fournit alors une performance résultante supérieure du dispositif à condition que le feasible, which then provides a higher resultant performance of the device provided that the
rendement de réception du rayonnement puisse être augmen- radiation reception efficiency can be increased
té. Une forme de réalisation préférée de structure de réseau détecteur thermique bidimensionnel avec pellicule comprend un collecteur 17' (PBXAC) au noir de platine et à surface augmentée, comme représenté sur la figure you. A preferred embodiment of a two-dimensional film thermal detector array structure comprises a platinum black and enhanced surface collector 17 '(PBXAC) as shown in FIG.
4. Il y a particulièrement lieu de noter que cette struc- 4. It is particularly noteworthy that this structure
ture préférée comprend le troncage des coins donnant des éléments octogonaux plutôt que carrés, ce qui augmente la longueur des pistes 29 de métallisation en pellicule mince qui relient chaque électrode 9 d'élément à chaque connexion de liaison 13 sur le circuit d'exploitation 15, en donnant une nouvelle augmentation d'isolation thermique avec une perte minimale de surface absorbante. Cette piste 29 de pellicule mince est disposée entre l'électrode 9 d'élement sur une pellicule polymère 31 d'isolement The preferred embodiment comprises truncating the corners giving octagonal rather than square elements, which increases the length of the thin film metallization tracks 29 which connect each element electrode 9 to each connection connection 13 on the operating circuit 15. giving a further increase in thermal insulation with minimal loss of absorbent surface. This track 29 of thin film is disposed between the electrode 9 of element on a polymeric film 31 isolated
jusqu'au point o les liaisons 13 sont placées. L'utilisa- to the point where the links 13 are placed. The utilisa-
tion de quatre connexions 7 d'électrode commune doit être également remarquée. Alors que deux connexions par élément 1, plus des liaisons supplémentaires à l'extrémité de chaque rangée d'éléments, sont suffisantes pour une connexion commune complète, une certaine redondance est Four common electrode connections 7 must also be noted. While two connections per element 1, plus additional links at the end of each row of elements, are sufficient for a full common connection, some redundancy is
utile avec les géométries à piste fine qui sont souhai- useful with fine-track geometries that are desirable
tables dans ces structures à pas fin. L'utilisation de trois à quatre connexions 7 communes est par conséquent désirable. A nouveau, la liaison par soudure planaire est adoptée comme procédé préféré de réalisation des liaisons tables in these structures with fine pitch. The use of three to four common connections is therefore desirable. Again, the planar solder connection is adopted as a preferred method of bonding
13 entre le réseau et le circuit 15 d'exploitation élec- 13 between the network and the electrical exploitation circuit
13 262053113 2620531
tronique. Cette technique convient particulièrement pour la structure montée avec pellicule,du fait que le procédé tronics. This technique is particularly suitable for the film-mounted structure, since the process
de liaison par soudure implique qu'aucune pression méca- welding link means that no mechanical pressure
nique ne soit appliquée (comme c'est nécessaire dans tout procédé de liaison en phase solide tel que la liaison à This is necessary in any solid phase bonding process such as bonding to
l'indium), et qui pourrait être incompatible avec l'empla- indium), which could be incompatible with the location
cement des liaisons sur une pellicule polymère flexible. bonding to a flexible polymeric film.
Au contraire, le procédé de liaison par soudure repose sur l'action de mouillage naturel de la soudure fondue sur la métallisation 25, 27 mouillable, réalisée sur les deux composants pour former les liaisons 13. Le rapport de la largeur à la longueur de la liaison par soudure, avec une hauteur de liaison comparable au diamètre de la plaquette mouillable de soudure, permet à chaque élément In contrast, the solder bonding method relies on the natural wetting action of the molten solder on the wettable metallization 25, 27 performed on the two components to form the bonds 13. The ratio of the width to the length of the solder connection, with a bond height comparable to the diameter of the wettable seal pad, allows each element
détecteur thermique 1 d'être physiquement espacé du sup- thermal sensor 1 to be physically spaced from the
port il du circuit d'exploitation, à condition que l'épais- the operating circuit, provided that the thickness of the
seur de l'élément soit inférieure à la hauteur de la liai- the element is less than the height of the link
son de soudure. Cet impératif de géométrie de liaison cor- welding sound. This imperative of connection geometry cor-
respond au besoin d'épaisseurs d'éléments très faibles responds to the need for very small thicknesses of elements
comme indiqué plus haut.as indicated above.
On donnera maintenant des exemples de procédés de fabrication de réseaux détecteurs thermiques avec les structures décrites ci-dessus. Ces procédés, tout en contenant certaines caractéristiques nouvelles, ne sont pas nécessairement les seuls procédés ou les seules séquences opératoires au moyen desquelles de tels réseaux peuvent être fabriqués. On décrira des procédés convenant pour les réseaux détecteurs préparés à partir de matériaux Examples of methods of manufacturing thermal detector arrays will now be given with the structures described above. These methods, while containing some novel features, are not necessarily the only processes or the only operating sequences by which such networks can be made. Processes suitable for detector arrays prepared from
ferro-électriques bruts et à partir de pellicules ferro- Ferro-electric raw materials and ferro-film
électriques minces déposées. Comme caractéristiques particu- thin electric wires deposited. As particular characteristics
lières, on peut citer des procédés d'attaque ou d'amincissement sélectif et de réticulation, des structures nouvelles pour former des supports mécaniques des réseaux et des procédés Examples of such methods include etching or selective thinning and cross-linking, new structures for forming mechanical supports for networks and processes.
d'alignement de dispositifs hybrides. alignment of hybrid devices.
Les structures des réseaux détecteurs thermiques bidimensionnels du type à liaison par points et montés avec pellicule polymère, tels que réalisés à partir de i,4l 2620531 matériaux bruts amincis, sont illustrés sur les figures 6 et 7. Ces figures montrent les arêtes de la structure du réseau ainsi qu'une partie du réseau lui-même. Les arêtes de la structure comprennent un rebord 33 formant cadre de base relativement épais et nonréticulé autour de l'ensemble du réseau détecteur. Ce rebord forme un cadre support mécanique suffisamment rigide pour le support de polymère ou la pellicule 3. Il forme également une région de la structure qui peut être mise en contact lors du The structures of the two-dimensional thermal sensing arrays of the dot-bond type and mounted with polymeric film, such as made from thinned raw materials, are illustrated in Figures 6 and 7. These figures show the edges of the structure. network and part of the network itself. The edges of the structure comprise a rim 33 forming a relatively thick and non-reticular base frame around the entire detector network. This rim forms a sufficiently rigid mechanical support frame for the polymer support or the film 3. It also forms a region of the structure that can be brought into contact during the
montageainsi qu'un emplacement pour une rangée ou davan- and a location for a row or more
tage de liaisons par soudure 35 d'un diamètre sensiblement solder linkages 35 of substantially
plus grand que les liaisons par soudure 23 du réseau lui- greater than the solder connections 23 of the network itself.
même. Ces liaisons par soudure 35 sont destinées à aligner automatiquement la structure hybride pendant le montage, even. These solder connections 35 are intended to automatically align the hybrid structure during assembly,
en particulier à aligner le réseau de l'ensemble de liai- in particular to align the network of the entire
son 23 à faible diamètre sur le support 11. its 23 small diameter on the support 11.
Une séquence possible de fabrication pour ces dispo- A possible sequence of manufacture for these arrangements
sitifs, comme représenté sur les figures 6 et 7, comprend l'orientation, le découpage, le recouvrement et le polis sage du matériau ferroélectrique brut, soit sous la forme d'un cristal unique, soit sous la forme d'une céramique As shown in FIGS. 6 and 7, this includes the orientation, cutting, coating and polishing of the ferroelectric raw material, either in the form of a single crystal or in the form of a ceramic.
polycristalline, afin de former une pastille à faces paral- polycrystalline, to form a pellet with parallel faces
lèles de l'épaisseur désirée pour le rebord non réticulé 33 du dispositif. La zone à partir de laquelle le réseau the desired thickness for the uncrosslinked rim 33 of the device. The area from which the network
réticulé doit être réalisée est alors amincie sélective- crosslinked must be achieved is then thinned selectively-
ment à l'épaisseur finale du dispositif. Les techniques d'amincissement sélectif convenables peuvent comprendre différents procédés d'attaque chimique humide et sèche, par exemple une attaque chimique renforcée optiquement the final thickness of the device. Suitable selective thinning techniques may include various wet and dry etch methods, for example, optically enhanced etching
ou une attaque par faisceau ionique, en fonction du maté- ion beam attack, depending on the
riau et de sa forme cristalline. L'attaque par faisceau ionique présente l'avantage de constituer un procédé d'attaque relativement universel et il est par conséquent préféré dans de nombreux cas. Les zones qui ne doivent pas être amincies sont masquées de façon convenable par rapport aux agents d'attaque, en utilisant par exemple un masque en feuille métallique ou une couche de produit riau and its crystalline form. Ion beam attack has the advantage of being a relatively universal etching method and is therefore preferred in many cases. Areas that should not be thinned are suitably masked from the etchants, for example using a foil mask or a product layer
AS4 2620531AS4 2620531
photorésistant, selon le procédé d'attaque chimique. photoresist, according to the etching process.
Les différentes couches nécessaires pour ce qui deviendra la face 37 de rayonnement incident du dispositif The different layers necessary for what will become the face 37 of incident radiation of the device
sont alors ajoutées dans des puits sélectivement amincis. are then added to selectively thinned wells.
Ces puits comprennent généralement une couche d'arrêt d'attaque pour l'opération ultérieure de réticulation, la couche 3 de film ou pellicule polymère support, les couches 5 d'électrodes communes et la structure absorbante 17 de l'infrarouge. On retourne alors la pastille et l'on ajoute les électrodes élémentaires 9 ainsi que les couches These wells generally comprise an etch stop layer for the subsequent crosslinking operation, the support polymer film or film layer 3, the common electrode layers and the infrared absorbent structure 17. The pellet is then returned and the elementary electrodes 9 and the layers are added.
de masquage de réticulation. La réticulation est de préfé- crosslinking masking. The crosslinking is preferably
rence réalisée par un procédé d'attaque anisotropique tel by an anisotropic etching process such as
* qu'une attaque par faisceau ionique ou par ions réactifs.* an attack by ion beam or reactive ions.
On peut choisir convenablement les matériaux de masquage et les couches d'arrêt d'attaque en fonction du matériau Masking materials and etch layers can be suitably chosen depending on the material
à attaquer, du procédé d'attaque et de la géométrie appli- to attack, the attack process and the geometry
quée. Un ensemble de puits 39 peut être attaqué chimique- cated. A set of wells 39 can be chemically attacked
ment au-dessous du rebord support 33 en même temps que below the support rim 33 at the same time as
la réticulation de l'élément du réseau, pour accepter ulté- crosslinking of the network element, to accept later
rieurement les liaisons de soudure 35 d'alignement à dia- the solder linkages to the dia.
mètre plus grand. Les puits attaqués 39 conviennent parti- meter bigger. Wells attacked 39 are particularly suitable
culièrement pour la structure montée avec pellicule,comme représenté sur la figure 7. Si les liaisons par soudure especially for the film-mounted structure, as shown in FIG.
23, 35 sont définies sur la moitié de la pastille de sili- 23, 35 are defined on half of the silicon pellet.
cium d'exploitation du dispositif hybride final, lesdits operation of the final hybrid device, the said
puits 39 peuvent également contribuer à l'alignement méca- wells 39 may also contribute to the mechanical alignment
nique des constituants avant de faire fondre la soudure pour achever la liaison du dispositif hybride. Lorsque la réticulation est achevée, la couche d'arrêt d'attaque components before melting the weld to complete the hybrid device bond. When the crosslinking is complete, the attack stop layer
agit pour protéger le support ou la pellicule 3 sous- acts to protect the substrate or film
jacente de polymère. La couche d'arrêt d'attaque, ayant polymer core. The attack stop layer, having
servi dans ce butpeut alors être éliminée si on le désire. served for this purpose can then be eliminated if desired.
Lorsque la réticulation est achevée, on peut ajouter When the crosslinking is complete, we can add
les différentes couches nécessaires pour le côté de con- the different layers necessary for the side of con-
nexion de l'élément de la structure. Celles-ci peuvent comprendre une couche polymère d'isolation 31, l'électrode élémentaire 9 et les couches polymères mésa 19, les pistes nexion of the element of the structure. These may comprise a polymer insulation layer 31, the elementary electrode 9 and the polymer layers 19, the tracks
A,4 2620531A, 4 2620531
21 d'interconnexion élément/circuit, ainsi que les pla- 21 element / circuit interconnection, as well as
quettes de métallisation mouillables 25, 27 destinées à accepter les liaisons par soudure 23. Un jeu correspondant de plaquettes 27 mouillables de métallisation est disposé sur les plaquettes d'entrée 15 sur le circuit d'exploita- tion de silicium. Les bossages de soudure 23 peuvent être définis sur l'un et l'autre des constituants du dispositif hybride. Les matériaux ferro-électriques qui forment les éléments sensibles du réseau détecteur thermique peuvent également être déposés de façon appropriée directement sous la forme d'une pellicule mince à l'épaisseur désirée de l'élément actif, ce qui peut éviter les processus potentiellement coûteux de croissance cristalline, de fabrication de céramiques, d'orientation, de découpage, de recouvrement et de polissage inhérents à l'utilisation de matériaux bruts pour ces dispositifs. Les procédés de Wettable metallization pads 25, 27 for accepting solder connections 23. A corresponding set of wettable metallization pads 27 are provided on the input pads 15 on the silicon operating circuit. The solder bosses 23 may be defined on either component of the hybrid device. The ferroelectric materials which form the sensitive elements of the thermal detector network can also be appropriately deposited directly in the form of a thin film at the desired thickness of the active element, which can avoid potentially costly processes. crystalline growth, ceramic production, orientation, cutting, coating and polishing inherent in the use of raw materials for such devices. The processes of
dépôt de pellicules minces de tels matériaux ferro- deposition of thin films of such ferro-
électriques comprennent la pulvérisation à partir de. electric ones include spraying from.
cibles composées, le dépôt en phase vapeur métal-produit organique (MCCVD) ainsi que la décomposition in situ de films précurseurs métal-produit organique déposé (par exemple des films produits par le procédé sol-gel ou par metal-organic vapor phase deposition (MCCVD) as well as the in situ decomposition of deposited metal-organic precursor films (eg films produced by the sol-gel process or by
hydrolyse in situ de solutions complexes agitées métal- in situ hydrolysis of complex solutions agitated metal-
produit organique). De tels films peuvent être polycris- organic product). Such films can be polycrystalline
tallins avec différents degrés d'orientations cristallo- tallins with different degrees of crystallo-
graphiques préférés, ou de nature monocristalline en fonc- favorite graphics, or monocrystalline in nature
tion des conditions de dépôt et/ou de décomposition. Comme paramètres particulièrement importants à cet égard, on peut citer la température de dépôt ou de décomposition ainsi que la nature du support sur lequel on dépose ces films. Ces procédés, pour des matériaux relativement complexes comme les oxydes ferro-électriques cités plus haut, impliquent généralement des températures de dépôt ou de décomposition supérieures à 400 C, en particulier si des films hautement cristallins avec orientation préférée ou des films monocristallins sont souhaités. Pour 41/% d2620531 deposition and / or decomposition conditions. Particularly important parameters in this regard include the deposition or decomposition temperature and the nature of the support on which these films are deposited. These processes, for relatively complex materials such as ferroelectric oxides mentioned above, generally involve deposition or decomposition temperatures above 400 C, particularly if highly crystalline films with preferred orientation or monocrystalline films are desired. For 41 /% d2620531
cette raison, le dépôt direct sur une structure d'isola- this reason, the direct deposit on an isola-
tion thermique appropriée déjà en place sur le dispositif d'exploitation est généralement difficile, le dépôt de film est par conséquent réalisé de préférence sur un support temporaire convenable. Un support 41 avec un film ferro-électrique 43 déposé et une couche barrière 45 est illustré sur la figure 8. Le choix du matériau de support In this case, the appropriate thermal setting already in place on the operating device is generally difficult, the film deposition is therefore preferably carried out on a suitable temporary support. A support 41 with a deposited ferroelectric film 43 and a barrier layer 45 is illustrated in FIG. 8. The choice of support material
réfractaire approprié peut supprimer la contrainte de tem- appropriate refractory may remove the time constraint
pérature du procédé de dépôt mentionné ci-dessus et peut également permettre des vérifications pour le contrôle of the above-mentioned deposition process and may also allow verifications for the control
de la structure du film. Des matériaux de support appro- of the structure of the film. Appropriate support materials
priés peuvent comprendre des matériaux amorphes (par exemple le quartz fondu) et les oxydes cristallins et autres composés minéraux. Les substrats monocristallins par exemple spinelle, saphir, oxyde de magnésium, zircon cubique, chlorure de sodium et fluorure de lithium) sont particulièrement intéressants du fait qu'ils permettent These may include amorphous materials (eg, fused quartz) and crystalline oxides and other inorganic compounds. Monocrystalline substrates for example spinel, sapphire, magnesium oxide, cubic zircon, sodium chloride and lithium fluoride) are particularly interesting because they allow
une croissance épitaxiale des pellicules ou films ferro- epitaxial growth of ferro-film or film
électriques monocristallins, si les paramètres de la maille monocrystalline electrical, if the parameters of the mesh
ou les espacements de la maille sont convenablement équi- or the spacings of the mesh are suitably equi-
librés. Les pellicules ferro-électriques monocristallines free. Monocrystalline ferroelectric films
à orientation correcte peuvent fournir un matériau beau- correctly oriented can provide a beautiful material
coup plus convenable (par exemple grâce à une perte diélectrique inférieure à celle du film polycristallin more suitable shot (eg due to a lower dielectric loss than the polycrystalline film
équivalent).equivalent).
La couche barrière 45 représentée sur la figure 8 The barrier layer 45 shown in FIG. 8
peut être nécessaire afin d'éviter une interaction chimi- may be necessary in order to avoid a chemical interaction
que entre le film en cours de croissance et le substrat et/ou pour contribuer à la nucléation du film. La couche barrière 45 peut elle-même être déposée sur le support 41 de manière à fournir l'orientation préférée ou à former une couche épitaxiale monocristalline. L'orientation préférée ou la nature monocristalline de cette couche barrière peut se translater sur le film ferro-électrique qui s'y développe. La couche barrière 45 peut également être utilisée pour obtenir une transition graduelle entre Af29 2620531 that between the film being grown and the substrate and / or to contribute to the nucleation of the film. The barrier layer 45 may itself be deposited on the support 41 so as to provide the preferred orientation or to form a monocrystalline epitaxial layer. The preferred orientation or monocrystalline nature of this barrier layer can be translated on the ferroelectric film that develops there. Barrier layer 45 can also be used to obtain a gradual transition between Af29 2620531
le paramètre de maille du support 41 et celui du film ferro- the mesh parameter of the support 41 and that of the ferro-film
électrique 43, dans le cas o intervient une croissance épitaxiale. Comme exemple de couche barrière 45 on peut citer le platine métallique, qui peut être déposé avec une orientation préférée sur du quartz fondu ou déposé sous forme d'un film épitaxial sur un oxyde de magnésium 43, in the case where occurs epitaxial growth. An example of a barrier layer 45 is platinum metal, which can be deposited with a preferred orientation on fused quartz or deposited in the form of an epitaxial film on a magnesium oxide.
monocristallin par pulvérisation.monocrystalline spray.
Après le dépôt du film ferro-électrique mince 43 d'épaisseur requise sur'le support 41, on peut alors traiter cette structure de façon tout à fait similaire à la structure préparée à partir du matériau brut,comme représenté sur la figure 9. La couche support 41 est attaquée chimiquement à partir de la zone active du réseau, de manière appropriée au matériau choisi du support, mais elle est retenue autour du périmètre de la structure afin de former le cadre support 33 plus épais et non réticulé pour le film ou la pellicule polymère support 3 qui porte le réseau détecteur. La couche barrière 45 peut être After depositing the thin ferroelectric film 43 of required thickness on the support 41, this structure can then be treated in a manner quite similar to the structure prepared from the raw material, as shown in FIG. support layer 41 is chemically etched from the active area of the array, suitably to the selected material of the support, but is retained around the perimeter of the structure to form the thicker and uncrosslinked support frame 33 for the film or the polymer support film 3 which carries the detector network. The barrier layer 45 can be
comprise dans la structure du réseau ou éliminée si on. included in the network structure or eliminated if one.
le désire. Le traitement suit par ailleurs une voie entiè- the desire. The treatment also follows a complete pathway
rement similaire à celle décrite plus haut et se traduit similar to the one described above and translates
par une structure similaire physiquement. by a similar structure physically.
D'autres variantes de structures peuvent être déri- Other structural variants can be derived from
vées de celles décrites ci-dessus et sont également comprises dans la portée de la présente invention. A titre d'exemple particulier, on peut citer la mise en oeuvre d'autres dispositions pour la concentration et/ou la réception du rayonnement infrarouge incident sur les éléments détecteurs 1. Ainsi, des structures optiques réfractrices ou réfléchissantes comprenant des lentilles optiques à immersion, individuelles et miniaturiséesainsi que des structures de concentration par réflexion à faces those described above and are also within the scope of the present invention. By way of a particular example, mention may be made of the implementation of other arrangements for the concentration and / or the reception of the incident infrared radiation on the detector elements 1. Thus, refractive or reflective optical structures comprising immersion optical lenses , individual and miniaturized as well as face reflection concentration structures
planes ou courbes, peuvent être comprises dans le montage. planes or curves, can be included in the assembly.
De telles structures peuvent être réalisées par exemple Such structures can be made for example
par attaque photochimique ou par attaque chimique aniso- by photochemical etching or by chemical etching
tropique de silices monocristallines avec revêtement ulté- of single-crystal silica with subsequent coating
rieur d'antiréflexion convenable ou de métallisation. suitable antireflection or metallization.
De telles structures de concentration peuvent également être assemblées avec le dispositif hybride et sensiblement aligné avec lui en utilisant la liaison par soudure planaire. Such concentration structures can also be assembled with the hybrid device and substantially aligned with it using the planar weld bond.
SC0 2620531SC0 2620531
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