JP2000019010A - ３層構造の赤外線ボロメータ - Google Patents
３層構造の赤外線ボロメータInfo
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Landscapes
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- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 各層がより向上されたフィルファクタを有す
る、３層構造の赤外線ボロメータを提供する。 【解決手段】 本発明の３層構造の赤外線吸収ボロメー
タは、基板212 、この基板212上に形成される少なくと
も一対の接続端子214 、及び基板212 を取囲む保護層21
6 を有する駆動マトリックス層210 と、各対が導電線26
5 を有する少なくとも一対の支持ブリッジ240 を有し、
各導電線265 の一端が該当接続端子214 に電気的に接続
されている支持層220 と、吸収剤295 によって取囲まれ
る蛇紋形状のボロメータ要素285 を有する吸収層230
と、支持層220 と吸収層230 との間に位置し、絶縁物質
によって取囲まれる電気導管272 を有する少なくとも一
対のポスト270 とを含む。
る、３層構造の赤外線ボロメータを提供する。 【解決手段】 本発明の３層構造の赤外線吸収ボロメー
タは、基板212 、この基板212上に形成される少なくと
も一対の接続端子214 、及び基板212 を取囲む保護層21
6 を有する駆動マトリックス層210 と、各対が導電線26
5 を有する少なくとも一対の支持ブリッジ240 を有し、
各導電線265 の一端が該当接続端子214 に電気的に接続
されている支持層220 と、吸収剤295 によって取囲まれ
る蛇紋形状のボロメータ要素285 を有する吸収層230
と、支持層220 と吸収層230 との間に位置し、絶縁物質
によって取囲まれる電気導管272 を有する少なくとも一
対のポスト270 とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線ボロメータ
に関し、特に、３層構造の赤外線ボロメータに関する。
に関し、特に、３層構造の赤外線ボロメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】ボロメータは所定の波長領域の電子放射
エネルギーを測定する機器であって、放射の加熱効果に
よって起こる薄い導体（所謂、ボロメータ要素）の抵抗
の変化を利用する。このボロメータ要素は、金属と半導
体によって作られる。金属において、抵抗値は基本的に
キャリアの移動量の変化のため変化し、典型的には温度
が上がるほど低くなる。自由キャリアの密度が温度に対
して指数関数に変化する高抵抗の半導体ボロメータ要素
によって、高感度を具現し得るが、ボロメータに用いら
れる半導体を薄膜型に製造することには困難さがある。
エネルギーを測定する機器であって、放射の加熱効果に
よって起こる薄い導体（所謂、ボロメータ要素）の抵抗
の変化を利用する。このボロメータ要素は、金属と半導
体によって作られる。金属において、抵抗値は基本的に
キャリアの移動量の変化のため変化し、典型的には温度
が上がるほど低くなる。自由キャリアの密度が温度に対
して指数関数に変化する高抵抗の半導体ボロメータ要素
によって、高感度を具現し得るが、ボロメータに用いら
れる半導体を薄膜型に製造することには困難さがある。
【０００３】図１及び図２は、各々２層(two-level) 構
造のボロメータ10を説明するための断面図及び斜視図で
あって、米国特許第5,300,915 号明細書に「THERMAL SE
NSOR」との名称で開示されている。このボロメータ10は
浮上型マイクロブリッジ検出層11（上位層）と下位層12
とよりなる。下位層12は、上面の平坦な半導体基板13
（例えば、単結晶シリコン基板）を有する。半導体基板
13の上面14には、ダイオードと、Ｘ及びＹ軸バスライン
と、接続端子と、Ｘ及びＹ軸バスラインの端部に位置す
る接触パッドとを有する集積回路15が通常のシリコン集
積回路技法によって設けられている。この集積回路15は
けい素窒化物よりなる保護層16で覆われる。谷ストリッ
プ17は上位層11によって覆われていない領域である。
造のボロメータ10を説明するための断面図及び斜視図で
あって、米国特許第5,300,915 号明細書に「THERMAL SE
NSOR」との名称で開示されている。このボロメータ10は
浮上型マイクロブリッジ検出層11（上位層）と下位層12
とよりなる。下位層12は、上面の平坦な半導体基板13
（例えば、単結晶シリコン基板）を有する。半導体基板
13の上面14には、ダイオードと、Ｘ及びＹ軸バスライン
と、接続端子と、Ｘ及びＹ軸バスラインの端部に位置す
る接触パッドとを有する集積回路15が通常のシリコン集
積回路技法によって設けられている。この集積回路15は
けい素窒化物よりなる保護層16で覆われる。谷ストリッ
プ17は上位層11によって覆われていない領域である。
【０００４】上位層11は、けい素窒化物層20と、蛇紋(s
erpentine)形状（曲がりくねった形状）の金属抵抗経路
21と、けい素窒化物層20及び金属抵抗経路21上に形成さ
れるけい素窒化物層22と、けい素窒化物層22上に形成さ
れる赤外線吸収コーティング23とより形成される。下側
に延びているけい素窒化物層20′及び22′は製造の際同
時に形成され、上位層11を支持する４つの斜め支持脚を
構成する。この斜め支持脚の個数は４個以外としてもよ
い。上位層11と下位層12との間には大気状態の空洞26が
形成される。しかし、製造工程の際、空洞26には、けい
素窒化物層20、20′及び22、22′が蒸着されるまで、易
溶解性ガラスまたは他の溶解性材料が基本的に満たされ
ていた。その後、溶解性ガラスは次第に溶解されて空洞
26は空き状態になる。
erpentine)形状（曲がりくねった形状）の金属抵抗経路
21と、けい素窒化物層20及び金属抵抗経路21上に形成さ
れるけい素窒化物層22と、けい素窒化物層22上に形成さ
れる赤外線吸収コーティング23とより形成される。下側
に延びているけい素窒化物層20′及び22′は製造の際同
時に形成され、上位層11を支持する４つの斜め支持脚を
構成する。この斜め支持脚の個数は４個以外としてもよ
い。上位層11と下位層12との間には大気状態の空洞26が
形成される。しかし、製造工程の際、空洞26には、けい
素窒化物層20、20′及び22、22′が蒸着されるまで、易
溶解性ガラスまたは他の溶解性材料が基本的に満たされ
ていた。その後、溶解性ガラスは次第に溶解されて空洞
26は空き状態になる。
【０００５】図３は、図１中の浮上型マイクロブリッジ
検出層（上位層)11 の平面図であって、赤外線吸収コー
ティング23及びけい素窒化物層22を透視して、蛇紋形状
の金属抵抗経路21が現れるように示されている。抵抗経
路21a及び21ｂの各端部は、斜めエリア30に沿って下方
向に延在して、下位層12上のパッド31、32に各々電気的
に接続されることになる。また、図３に示したように、
窒化物ウィンドウカット35、36、37がけい素窒化物層2
0、22から開放されて、りん酸ガラス(phos-glass)が溶
解されて下位層にアクセスされるようする。このような
窒化物ウィンドウカット35、36、37の幅は狭く、画素の
側に隣接して形成される。こうして、検出層に利用可能
なエリアを最大化して、フィルファクタ(fill-factor）
を極大化する。また、４つの支持脚は適当な支持力や断
熱のために、必要によって長く短く形成してもよい。
検出層（上位層)11 の平面図であって、赤外線吸収コー
ティング23及びけい素窒化物層22を透視して、蛇紋形状
の金属抵抗経路21が現れるように示されている。抵抗経
路21a及び21ｂの各端部は、斜めエリア30に沿って下方
向に延在して、下位層12上のパッド31、32に各々電気的
に接続されることになる。また、図３に示したように、
窒化物ウィンドウカット35、36、37がけい素窒化物層2
0、22から開放されて、りん酸ガラス(phos-glass)が溶
解されて下位層にアクセスされるようする。このような
窒化物ウィンドウカット35、36、37の幅は狭く、画素の
側に隣接して形成される。こうして、検出層に利用可能
なエリアを最大化して、フィルファクタ(fill-factor）
を極大化する。また、４つの支持脚は適当な支持力や断
熱のために、必要によって長く短く形成してもよい。
【０００６】しかしながら、前述した従来のボロメータ
は図２に示したように、浮上型マイクロブリッジ検出層
11と同一の層(level；レベル) に支持脚が取り付けられ
るため、赤外線の吸収のための全体面積を減らすことに
なり、最適のフィルファクタを具現することが困難であ
るという不都合がある。
は図２に示したように、浮上型マイクロブリッジ検出層
11と同一の層(level；レベル) に支持脚が取り付けられ
るため、赤外線の吸収のための全体面積を減らすことに
なり、最適のフィルファクタを具現することが困難であ
るという不都合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主な
目的は、各層がより向上されたフィルファクタを有す
る、３層構造の赤外線ボロメータを提供することにあ
る。
目的は、各層がより向上されたフィルファクタを有す
る、３層構造の赤外線ボロメータを提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、３層構造の赤外線吸収ボロメー
タであって、基板、前記基板の上に形成される少なくと
も一対の接続端子を有する駆動マトリックス層と、各対
が導電線を有する少なくとも一対のブリッジを有し、前
記各導電線の一端が該当接続端子に電気的に接続されて
いる支持層と、吸収剤によって取囲まれるボロメータ要
素を有する吸収層と、前記支持層と前記吸収層との間に
位置し、絶縁物質によって取囲まれる電気導管を有する
少なくとも一対のポストとを含み、前記吸収層における
前記ボロメータ要素の各端部が前記各電気導管及び前記
各導電線を通じて前記接続端子に電気的に接続されてい
ることを特徴とする３層構造の赤外線ボロメータが提供
される。
めに、本発明によれば、３層構造の赤外線吸収ボロメー
タであって、基板、前記基板の上に形成される少なくと
も一対の接続端子を有する駆動マトリックス層と、各対
が導電線を有する少なくとも一対のブリッジを有し、前
記各導電線の一端が該当接続端子に電気的に接続されて
いる支持層と、吸収剤によって取囲まれるボロメータ要
素を有する吸収層と、前記支持層と前記吸収層との間に
位置し、絶縁物質によって取囲まれる電気導管を有する
少なくとも一対のポストとを含み、前記吸収層における
前記ボロメータ要素の各端部が前記各電気導管及び前記
各導電線を通じて前記接続端子に電気的に接続されてい
ることを特徴とする３層構造の赤外線ボロメータが提供
される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施例につい
て図面を参照しながらより詳しく説明する。図４は本発
明による３層(three-level) 構造の赤外線ボロメータ20
1 の斜視図であり、図５は図４中のＩ−Ｉ線に沿って取
った断面図である。図４及び図５中で同一の構成要素に
は同一の参照番号を付して説明する。
て図面を参照しながらより詳しく説明する。図４は本発
明による３層(three-level) 構造の赤外線ボロメータ20
1 の斜視図であり、図５は図４中のＩ−Ｉ線に沿って取
った断面図である。図４及び図５中で同一の構成要素に
は同一の参照番号を付して説明する。
【００１０】本発明の赤外線ボロメータ201 は、図４及
び図５に示すように、駆動マトリックス層(active matr
ix level)210、支持層(support level)220、少なくとも
一対のポスト270 及び吸収層(absorption level)230 よ
り構成される。駆動マトリックス層210 は、集積回路
（図示せず）を有する基板212 、一対の接続端子214 、
及び保護層216 を備える。金属よりなる各接続端子214
は、基板212 の上部に形成される。例えば、窒化ケイ素
(Si3N4) よりなる保護層216 は基板212 を覆う。一対の
接続端子214 は集積回路に電気的に接続されている。
び図５に示すように、駆動マトリックス層(active matr
ix level)210、支持層(support level)220、少なくとも
一対のポスト270 及び吸収層(absorption level)230 よ
り構成される。駆動マトリックス層210 は、集積回路
（図示せず）を有する基板212 、一対の接続端子214 、
及び保護層216 を備える。金属よりなる各接続端子214
は、基板212 の上部に形成される。例えば、窒化ケイ素
(Si3N4) よりなる保護層216 は基板212 を覆う。一対の
接続端子214 は集積回路に電気的に接続されている。
【００１１】支持層220 は窒化ケイ素(SiNx ）よりなる
一対の支持ブリッジ240 を有し、各支持ブリッジ240 の
上部には導電線265 が形成される。各支持ブリッジ240
はアンカー部242 、脚部244 及び浮上部246 に分けられ
る。アンカー部は、導電線265 の一端が接続端子214 に
電気的に接続されるようする貫通孔252 を有し、脚部24
4 は浮上部246 を支持する。
一対の支持ブリッジ240 を有し、各支持ブリッジ240 の
上部には導電線265 が形成される。各支持ブリッジ240
はアンカー部242 、脚部244 及び浮上部246 に分けられ
る。アンカー部は、導電線265 の一端が接続端子214 に
電気的に接続されるようする貫通孔252 を有し、脚部24
4 は浮上部246 を支持する。
【００１２】吸収層230 は蛇紋形状のボロメータ要素28
5 と吸収剤295 の上部に形成される赤外線吸収コーティ
ング297 とを有し、このボロメータ要素285 は熱吸収材
料（例えば、窒化ケイ素）よりなる吸収剤295 によって
取囲まれている。ボロメータ要素285 及び導電線265 向
けの材料を選択するにあっては、製造工程及び材料特性
を考慮することが大事である。ボロメータの性能を向上
させるために、ボロメータ要素285 は温度係数の大きい
抵抗(TCR) 、小さい熱伝導性、小さい1/f ノイズを有す
るべきである。このため、チタン(Ti)が導電線265 及び
ボロメータ要素285 の材料として用いられている。
5 と吸収剤295 の上部に形成される赤外線吸収コーティ
ング297 とを有し、このボロメータ要素285 は熱吸収材
料（例えば、窒化ケイ素）よりなる吸収剤295 によって
取囲まれている。ボロメータ要素285 及び導電線265 向
けの材料を選択するにあっては、製造工程及び材料特性
を考慮することが大事である。ボロメータの性能を向上
させるために、ボロメータ要素285 は温度係数の大きい
抵抗(TCR) 、小さい熱伝導性、小さい1/f ノイズを有す
るべきである。このため、チタン(Ti)が導電線265 及び
ボロメータ要素285 の材料として用いられている。
【００１３】各ポスト270 は吸収層230 と支持層220 と
の間に位置し、金属（例えば、チタン）よりなる電気導
管272 を有し、例えば、窒化ケイ素(SiNx ）のような絶
縁物質274 によって取囲まれる。電気導管272 の上端は
ボロメータ要素285 の一端に電気的に接続され、下端は
支持ブリッジ240 上の導電線265 に電気的に接続され
る。こうして、吸収層230 におけるボロメータ要素285
の両端が、電気導管272、導電線265 及び接続端子214
を通じて、駆動マトリックス層210 の集積回路に電気的
に接続される。赤外線エネルギーが吸収されるとき、ボ
ロメータ要素285の抵抗値が変化することなり、電圧ま
たは電流を変化させる。こうして変化された電流や電圧
は集積回路によって増幅され、検出回路（図示せず）を
通じて読出可能である。
の間に位置し、金属（例えば、チタン）よりなる電気導
管272 を有し、例えば、窒化ケイ素(SiNx ）のような絶
縁物質274 によって取囲まれる。電気導管272 の上端は
ボロメータ要素285 の一端に電気的に接続され、下端は
支持ブリッジ240 上の導電線265 に電気的に接続され
る。こうして、吸収層230 におけるボロメータ要素285
の両端が、電気導管272、導電線265 及び接続端子214
を通じて、駆動マトリックス層210 の集積回路に電気的
に接続される。赤外線エネルギーが吸収されるとき、ボ
ロメータ要素285の抵抗値が変化することなり、電圧ま
たは電流を変化させる。こうして変化された電流や電圧
は集積回路によって増幅され、検出回路（図示せず）を
通じて読出可能である。
【００１４】上記において、本発明の好適な実施の形態
について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱すること
なく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱すること
なく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００１５】
【発明の効果】従って、本発明によれば、支持ブリッジ
を吸収層の下に設けることによって、吸収層として赤外
線をより広い範囲で吸収するようして、ボロメータのフ
ィルファクタをより一層向上させることができる。
を吸収層の下に設けることによって、吸収層として赤外
線をより広い範囲で吸収するようして、ボロメータのフ
ィルファクタをより一層向上させることができる。
【図１】従来の２層構造のマイクロブリッジボロメータ
の概略的な断面図である。
の概略的な断面図である。
【図２】図１中の２層構造のマイクロブリッジボロメー
タの斜視図である。
タの斜視図である。
【図３】図１中の浮上型マイクロブリッジ検出層の平面
図である。
図である。
【図４】本発明による３層構造の赤外線ボロメータの斜
視図である。
視図である。
【図５】図４中のＩ−Ｉ線に沿って取った赤外線ボロメ
ータの概略的な断面図である。
ータの概略的な断面図である。
10 ２層構造のボロメータ 11 浮上型マイクロブリッジ検出層（上位層) 12 下位層 13、 212 半導体基板 14 半導体基板の上面 15 集積回路 16、216 保護層 17 谷ストリップ 20、20′、22、22′ けい素窒化物層 21 蛇紋形状の金属抵抗経路 21a 、21b 抵抗経路 23、297 赤外線吸収コーティング 26 空洞 30 斜めエリア 31、32 パッド 35、36、37 窒化物ウィンドウカット 201 ３ 層構造の赤外線ボロメータ 210 駆動マトリックス層 214 接続端子 220 支持層 230 吸収層 240 支持ブリッジ 242 アンカー部 244 脚部 252 貫通孔 265 導電線 270 ポスト 272 電気導管 285 蛇紋形状のボロメータ要素 295 吸収剤 297 赤外線吸収コーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 亨圭 大韓民国大田広域市儒城区九城洞373−１ 韓国科学技術院内 (72)発明者 朱 相伯 大韓民国ソウル特別市中区南大門路５街 541番地 大宇電子株式會社 ビデオリサ ーチセンター内 Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA12 BB50 BE08 2G066 BA09 BA55 BA60
Claims (15)
- 【請求項１】 ３層構造の赤外線吸収ボロメータであっ
て、 基板、前記基板の上に形成される少なくとも一対の接続
端子を有する駆動マトリックス層と、 各対が導電線を有する少なくとも一対のブリッジを有
し、前記各導電線の一端が該当接続端子に電気的に接続
される支持層と、 吸収剤によって取囲まれるボロメータ要素を有する吸収
層と、 前記支持層と前記吸収層との間に位置し、絶縁物質によ
って取囲まれる電気導管を有する少なくとも一対のポス
トとを含み、 前記吸収層における前記ボロメータ要素の各端部が前記
各電気導管及び前記各導電線を通じて前記接続端子に電
気的に接続されていることを特徴とする３層構造の赤外
線ボロメータ。 - 【請求項２】 前記各ブリッジが、前記導電線の一端が
前記接続端子に電気的に接続されるようにする貫通孔を
有するアンカー部、脚部及び浮上部を備えることを特徴
とする請求項１に記載の３層構造の赤外線ボロメータ。 - 【請求項３】 前記一対の接続端子が、金属よりなるこ
とを特徴とする請求項1 に記載の３層構造の赤外線ボロ
メータ。 - 【請求項４】 前記駆動マトリックス層が、保護層をさ
らに有することを特徴とする請求項１に記載の３層構造
の赤外線ボロメータ。 - 【請求項５】 前記保護層が、窒化ケイ素よりなること
を特徴とする請求項４に記載の３層構造の赤外線ボロメ
ータ。 - 【請求項６】 前記導電線が、金属よりなることを特徴
とする請求項１に記載の３層構造の赤外線ボロメータ。 - 【請求項７】 前記導電線が、前記ブリッジの上部に位
置することを特徴とする請求項6に記載の３層構造の赤
外線ボロメータ。 - 【請求項８】 前記電気導管の上端が前記ボロメータ要
素の一端に電気的に接続され、その下端は前記導電線の
他端に電気的に接続されていることを特徴とする請求項
１に記載の３層構造の赤外線ボロメータ。 - 【請求項９】 前記電気導管が、金属よりなることを特
徴とする請求項１に記載の３層構造の赤外線ボロメー
タ。 - 【請求項１０】 前記ボロメータ要素が、蛇紋形状に構
成されることを特徴とする請求項１に記載の３層構造の
赤外線ボロメータ。 - 【請求項１１】 前記ボロメータ要素が、金属よりなる
ことを特徴とする請求項10に記載の３層構造の赤外線ボ
ロメータ。 - 【請求項１２】 前記導電線、前記電気導管及び前記ボ
ロメータ要素が、同一の金属よりなることを特徴とする
請求項１に記載の３層構造の赤外線ボロメータ。 - 【請求項１３】 前記導電線、前記電気導管及び前記ボ
ロメータ要素が、チタン（Ti）よりなることを特徴とす
る請求項12に記載の３層構造の赤外線ボロメータ。 - 【請求項１４】 前記絶縁物質及び前記吸収剤が、同一
の物質よりなることを特徴とする請求項１に記載の３層
構造の赤外線ボロメータ。 - 【請求項１５】 前記吸収剤及び前記絶縁物質が、窒化
ケイ素よりなることを特徴とする請求項１４に記載の３
層構造の赤外線ボロメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10176954A JP2000019010A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | ３層構造の赤外線ボロメータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10176954A JP2000019010A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | ３層構造の赤外線ボロメータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000019010A true JP2000019010A (ja) | 2000-01-21 |
Family
ID=16022632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10176954A Pending JP2000019010A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | ３層構造の赤外線ボロメータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000019010A (ja) |
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