JP2002533666A - 赤外線ボロメータ - Google Patents
赤外線ボロメータInfo
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Classifications
-
- 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
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
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Abstract
(57)【要約】
ポストの傾きを構造的に補償できる本発明の赤外線ボロメータは、基板及び１対の接続端子を含む駆動基板レベルと、それぞれの支持橋脚がアンカー部、脚部、及び高架部からなり、アンカー部は駆動基板に固定されており、高架部は駆動基板レベルと離隔されており、それぞれの支持橋脚の高架部は外側部から片持ちされる内側部を含む、１対の支持橋脚及び１対の伝導線を有する支持レベルと、吸収体に取囲まれたボロメータ要素を含む吸収レベルと、支持橋脚の内側の頂部に位置し、且つそれぞれが電線管を含む１対のポストとを含み、ボロメータ要素のそれぞれの端は、対応する伝導線及び電線管を介して対応する接続端子に電気的に接続されている。
Description
【０００１】 技術分野 本発明は、赤外線ボロメータに関し、特に、ポストの傾きを構造的に補償でき
る赤外線ボロメータに係る。
る赤外線ボロメータに係る。
【０００２】 発明の背景 放射検出器とは、検出器の活動領域に入射する放射エネルギー量に応じた出力
信号を発生させる装置である。赤外線検出器とは、電磁スペクトルの赤外線領域
の放射を感知可能な放射エネルギー検出器である。このような赤外線検出器には
2つの形式、即ちボロメータを含む熱検出器及び光子(photon)検出器が存在する
。
信号を発生させる装置である。赤外線検出器とは、電磁スペクトルの赤外線領域
の放射を感知可能な放射エネルギー検出器である。このような赤外線検出器には
2つの形式、即ちボロメータを含む熱検出器及び光子(photon)検出器が存在する
。
【０００３】 光子検出器は、検出器の変換(transducer)領域に入射され、そこで電子と相互
に作用する光子数に基づいて作動する。光子検出器は電子と光子の間の直接的な
相互作用によって作動するため、ボロメータと比較して応答速度が速く、感度が
高い。しかし、光子検出器は低い温度でのみ良好に作動するという欠点を有して
おり、追加的冷却装置が必要となる。
に作用する光子数に基づいて作動する。光子検出器は電子と光子の間の直接的な
相互作用によって作動するため、ボロメータと比較して応答速度が速く、感度が
高い。しかし、光子検出器は低い温度でのみ良好に作動するという欠点を有して
おり、追加的冷却装置が必要となる。
【０００４】 一方、ボロメータは、放射エネルギーの吸収による検出器の変換領域の温度変
化に基づいて作動する。ボロメータは、すなわちボロメータ要素と呼ばれる物質
の抵抗変化を出力信号として供給するが、この抵抗変化は変換領域における温度
に比例する。ボロメータ要素は、金属及び半導体の両方で製作されてきた。金属
の場合、抵抗は、概ね温度と共に減少する典型的な担体移動度の変化に応じて変
化する。自由キャリア密度が温度の指数関数である高い固有抵抗の半導体ボロメ
ータ要素では、より大きな感度が得られる。
化に基づいて作動する。ボロメータは、すなわちボロメータ要素と呼ばれる物質
の抵抗変化を出力信号として供給するが、この抵抗変化は変換領域における温度
に比例する。ボロメータ要素は、金属及び半導体の両方で製作されてきた。金属
の場合、抵抗は、概ね温度と共に減少する典型的な担体移動度の変化に応じて変
化する。自由キャリア密度が温度の指数関数である高い固有抵抗の半導体ボロメ
ータ要素では、より大きな感度が得られる。
【０００５】 図１及び図２は米国出願番号09/120,364の「BOLOMETER HAVING AN INCREASED
FILL FACTOR」という名称の3層構造ボロメータ100を説明する斜視図及び断面図
である。前記ボロメータ100は駆動基板レベル10、支持レベル20、１対のポスト4
0、及び吸収レベル30を有する。
FILL FACTOR」という名称の3層構造ボロメータ100を説明する斜視図及び断面図
である。前記ボロメータ100は駆動基板レベル10、支持レベル20、１対のポスト4
0、及び吸収レベル30を有する。
【０００６】 駆動基板レベル10は集積回路（図示せず）を含む基板12、１対の接続端子14、
及び保護層16を有する。それぞれの金属製接続端子14は、基板12の上部に配置さ
れる。例えば、シリコン窒化物(SiNX)からなる保護層16が基板12を覆っている。
１対の接続端子14は集積回路に電気的に接続されている。
及び保護層16を有する。それぞれの金属製接続端子14は、基板12の上部に配置さ
れる。例えば、シリコン窒化物(SiNX)からなる保護層16が基板12を覆っている。
１対の接続端子14は集積回路に電気的に接続されている。
【０００７】 支持レベル20はシリコン窒化物(SiNX)で作られる１対の支持橋脚22を含み、そ
れぞれの支持橋脚22の上部には伝導線24が形成されている。それぞれの支持橋脚
22はアンカー部22a、脚部22b及び高架部22cを含み、アンカー部22aにはビアホー
ル(via hole)26が形成され、これを介して伝導線24の一端が接続端子14に電気的
に接続されており、前記脚部22bは高架部22cを支持する。
れぞれの支持橋脚22の上部には伝導線24が形成されている。それぞれの支持橋脚
22はアンカー部22a、脚部22b及び高架部22cを含み、アンカー部22aにはビアホー
ル(via hole)26が形成され、これを介して伝導線24の一端が接続端子14に電気的
に接続されており、前記脚部22bは高架部22cを支持する。
【０００８】 吸収レベル30は吸収体31によって取囲まれたボロメータ要素32、及び吸収体31
の上部に形成されたIR吸収コーティング33を有する。吸収体31は、ボロメータ要
素32を形成する前後にシリコン窒化物を蒸着することによって加工され、ボロメ
ータ要素32を取囲むようになる。また、製造の容易さより、ボロメータ要素32の
材料としてはチタン（Ti）が選択された。蛇行形状は前記ボロメータ要素32に高
い抵抗を与える。
の上部に形成されたIR吸収コーティング33を有する。吸収体31は、ボロメータ要
素32を形成する前後にシリコン窒化物を蒸着することによって加工され、ボロメ
ータ要素32を取囲むようになる。また、製造の容易さより、ボロメータ要素32の
材料としてはチタン（Ti）が選択された。蛇行形状は前記ボロメータ要素32に高
い抵抗を与える。
【０００９】 それぞれのポスト40は吸収レベル30と支持レベル20の間に形成される。それぞ
れのポスト40は金属、例えばチタン（Ti）で作られた電管42が、例えばシリコン
窒化物（SiNX）で作られた絶縁物質44によって取囲まれている。前記電管42の上
端が蛇行状をなすボロメータ要素32の一端に電気的に接続されており、下端が支
持橋脚22上にある前記伝導線24に電気的に接続されていることにより、吸収レベ
ル30の蛇行状をなすボロメータ要素32の両端は電管42、伝導線24及び接続端子14
を介して駆動基板レベル10の集積回路に電気的に接続されている。
れのポスト40は金属、例えばチタン（Ti）で作られた電管42が、例えばシリコン
窒化物（SiNX）で作られた絶縁物質44によって取囲まれている。前記電管42の上
端が蛇行状をなすボロメータ要素32の一端に電気的に接続されており、下端が支
持橋脚22上にある前記伝導線24に電気的に接続されていることにより、吸収レベ
ル30の蛇行状をなすボロメータ要素32の両端は電管42、伝導線24及び接続端子14
を介して駆動基板レベル10の集積回路に電気的に接続されている。
【００１０】 赤外線放射エネルギーにさらされると、蛇行状をなすボロメータ要素32の抵抗
が増加し、これに伴い電流及び電圧が変化する。変化した電流若しくは電圧が集
積回路によって増幅され、増幅された電流若しくは電圧が検出回路（図示せず）
によって読み取られる。
が増加し、これに伴い電流及び電圧が変化する。変化した電流若しくは電圧が集
積回路によって増幅され、増幅された電流若しくは電圧が検出回路（図示せず）
によって読み取られる。
【００１１】 前記赤外線ボロメータにおいて、支持レベルの支持橋脚はその長さが延長され
るカンチレバー状で設置されることによって、駆動基板レベルと吸収レベルの間
の熱交換が減少するが、そのカンチレバー構造には依然として問題点がある。赤
外線ボロメータの1つの問題点は、蒸着工程に固有の要素である、支持橋脚に発
生する弾性応力である。支持橋脚に弾性応力、例えば引張応力を印加すると、支
持橋脚のアンカー部は駆動基板レベルに固定されているので、支持橋脚の高架部
が応力を解消するために凹面の曲率で湾曲し、従って高架部の上部に形成された
ポストが傾けられ、前記吸収体が曲がるようになる。
るカンチレバー状で設置されることによって、駆動基板レベルと吸収レベルの間
の熱交換が減少するが、そのカンチレバー構造には依然として問題点がある。赤
外線ボロメータの1つの問題点は、蒸着工程に固有の要素である、支持橋脚に発
生する弾性応力である。支持橋脚に弾性応力、例えば引張応力を印加すると、支
持橋脚のアンカー部は駆動基板レベルに固定されているので、支持橋脚の高架部
が応力を解消するために凹面の曲率で湾曲し、従って高架部の上部に形成された
ポストが傾けられ、前記吸収体が曲がるようになる。
【００１２】 発明の開示 従って、本発明の目的は、ポストの傾きを構造的に補償できる赤外線ボロメー
タを提供することにある。
タを提供することにある。
【００１３】 本発明の一実施態様によると、基板及び１対の接続端子を含む駆動基板レベル
と、１対の支持橋脚及び１対の伝導線を有する支持レベルであって、支持橋脚の
各々はアンカー部、脚部及び高架部からなり、アンカー部は駆動基板レベルに取
付けられ、高架部は駆動基板レベルと離隔され、且つ外側部から延在するカンチ
レバー状をなす内側部を含む、支持レベルと、吸収体に取囲まれているボロメー
タ要素を含む吸収レベルと、支持橋脚の内側部の上部に配置された、各々が電管
を有する１対ポストとを含み、ボロメータ要素の各端は対応する伝導線及び電管
を介して対応する接続端子に電気的に接続されることを特徴とする赤外線ボロメ
ータが提供される。
と、１対の支持橋脚及び１対の伝導線を有する支持レベルであって、支持橋脚の
各々はアンカー部、脚部及び高架部からなり、アンカー部は駆動基板レベルに取
付けられ、高架部は駆動基板レベルと離隔され、且つ外側部から延在するカンチ
レバー状をなす内側部を含む、支持レベルと、吸収体に取囲まれているボロメー
タ要素を含む吸収レベルと、支持橋脚の内側部の上部に配置された、各々が電管
を有する１対ポストとを含み、ボロメータ要素の各端は対応する伝導線及び電管
を介して対応する接続端子に電気的に接続されることを特徴とする赤外線ボロメ
ータが提供される。
【００１４】 発明を実施するための形態 図３は本発明による赤外線ボロメータ200を示す斜視図であり、図４は赤外線
ボロメータ200を説明する断面図、図５は支持橋脚が曲げられたときの赤外線ボ
ロメータを説明する断面図である。ここで、図３乃至５の同一部分には同一参照
番号を付して説明する。
ボロメータ200を説明する断面図、図５は支持橋脚が曲げられたときの赤外線ボ
ロメータを説明する断面図である。ここで、図３乃至５の同一部分には同一参照
番号を付して説明する。
【００１５】 図３及び図４に示す本発明のボロメータ200は、駆動基板レベル110、支持レベ
ル120、１対のポスト140及び吸収レベル130を含む。
ル120、１対のポスト140及び吸収レベル130を含む。
【００１６】 駆動基板レベル110は集積回路（図示せず）を含む基板112、１対の接続端子11
4及び保護層116を有する。金属で作られる接続端子114は、それぞれ基板112の上
部に位置し、集積回路に電気的に接続されている。例えば、シリコン窒化物(SiN X )で作られた保護層116は、赤外線ボロメータ200の製造工程の間、接続端子114
及び集積回路が化学的、物理的損傷を受けないように保護するために、基板112
を覆っている。
4及び保護層116を有する。金属で作られる接続端子114は、それぞれ基板112の上
部に位置し、集積回路に電気的に接続されている。例えば、シリコン窒化物(SiN X )で作られた保護層116は、赤外線ボロメータ200の製造工程の間、接続端子114
及び集積回路が化学的、物理的損傷を受けないように保護するために、基板112
を覆っている。
【００１７】 支持レベル120は、例えばシリコン窒化物(SiNX)、シリコン酸化物(SiO2)、ま
たはシリコン窒化酸化物(SiOXNY)のような絶縁物質で作られる１対の支持橋脚12
2、及び金属、例えばチタン(Ti)で作られた１対の伝導線124を含み、ここでそれ
ぞれの伝導線124は、対応する指示橋脚122の上部に位置する。それぞれの支持橋
脚122はアンカー部122a、脚部122b及び高架部122cを含む。アンカー部122aはビ
アホール(via hole)126を含み、このビアホールを介してそれぞれの伝導線124の
一端が対応する接続端子114に電気的に接続されている。そして、脚部122bは高
架部122cを支持する。高架部122cは外側部302及び内側部301から構成されており
、ここで内側部301の一方の側面301aは外側部302と接続されており、内側部301
のもう一方の側面301bはギャップ303によって外側部302と離隔されることによっ
て、前記内側部301は前記外側部302からカンチレバー状をなすようになる。
たはシリコン窒化酸化物(SiOXNY)のような絶縁物質で作られる１対の支持橋脚12
2、及び金属、例えばチタン(Ti)で作られた１対の伝導線124を含み、ここでそれ
ぞれの伝導線124は、対応する指示橋脚122の上部に位置する。それぞれの支持橋
脚122はアンカー部122a、脚部122b及び高架部122cを含む。アンカー部122aはビ
アホール(via hole)126を含み、このビアホールを介してそれぞれの伝導線124の
一端が対応する接続端子114に電気的に接続されている。そして、脚部122bは高
架部122cを支持する。高架部122cは外側部302及び内側部301から構成されており
、ここで内側部301の一方の側面301aは外側部302と接続されており、内側部301
のもう一方の側面301bはギャップ303によって外側部302と離隔されることによっ
て、前記内側部301は前記外側部302からカンチレバー状をなすようになる。
【００１８】 吸収レベル130は、吸収体131に取囲まれたボロメータ要素132、吸収体131の下
部に形成された反射膜133、及び吸収体131の上部に形成されたIR吸収コーティン
グ134を含む。前記吸収体131は、熱伝導率の低い絶縁物質、例えばシリコン窒化
物(SiNX)、シリコン酸化物(SiOX)、またはシリコン窒化酸化物(SiOXNY)を、ボロ
メータ要素132を取囲むようにボロメータ要素132を形成する前後に蒸着して形成
する。例えば、チタンのような金属で作られたボロメータ要素132は、蛇行状を
なす。反射膜133は、金属、例えばアルミニウムまたは白金で作られており、透
過した赤外線を吸収体131に戻すために用いられる。IR吸収コーティング134は、
例えばブラックゴールド(black gold)のような物質で作られており、入射する赤
外線の吸収効率を増強するために用いられる。
部に形成された反射膜133、及び吸収体131の上部に形成されたIR吸収コーティン
グ134を含む。前記吸収体131は、熱伝導率の低い絶縁物質、例えばシリコン窒化
物(SiNX)、シリコン酸化物(SiOX)、またはシリコン窒化酸化物(SiOXNY)を、ボロ
メータ要素132を取囲むようにボロメータ要素132を形成する前後に蒸着して形成
する。例えば、チタンのような金属で作られたボロメータ要素132は、蛇行状を
なす。反射膜133は、金属、例えばアルミニウムまたは白金で作られており、透
過した赤外線を吸収体131に戻すために用いられる。IR吸収コーティング134は、
例えばブラックゴールド(black gold)のような物質で作られており、入射する赤
外線の吸収効率を増強するために用いられる。
【００１９】 それぞれのポスト140は、吸収レベル130の吸収体131の下部及び支持レベル120
の支持橋脚の内側部301の上部に位置する。それぞれのポスト140は、例えばシリ
コン窒化物(SiNX)、シリコン酸化物(SiOX)、またはシリコン窒化酸化物(SiOXNY)
のような絶縁物質144に取囲まれた、例えばチタン(Ti)のような金属からなる電
管142を含む。それぞれの電管142の上端がボロメータ要素132の一端に電気的に
接続され、且つ下端が支持橋脚122の上部の伝導線124に電気的に接続されること
によって、吸収レベル130のボロメータ要素132の両端は対応する電管142、対応
する伝導線124、及び対応する接続端子114を介して駆動基板レベル110の集積回
路に電気的に接続されている。
の支持橋脚の内側部301の上部に位置する。それぞれのポスト140は、例えばシリ
コン窒化物(SiNX)、シリコン酸化物(SiOX)、またはシリコン窒化酸化物(SiOXNY)
のような絶縁物質144に取囲まれた、例えばチタン(Ti)のような金属からなる電
管142を含む。それぞれの電管142の上端がボロメータ要素132の一端に電気的に
接続され、且つ下端が支持橋脚122の上部の伝導線124に電気的に接続されること
によって、吸収レベル130のボロメータ要素132の両端は対応する電管142、対応
する伝導線124、及び対応する接続端子114を介して駆動基板レベル110の集積回
路に電気的に接続されている。
【００２０】 赤外線エネルギーにさらされると、前記ボロメータ要素132の抵抗が変化し、
これに伴い電流及び電圧が変化する。変化した電流若しくは電圧が集積回路によ
って増幅され、増幅された電流若しくは電圧は検出回路（図示せず）によって読
み取られる。
これに伴い電流及び電圧が変化する。変化した電流若しくは電圧が集積回路によ
って増幅され、増幅された電流若しくは電圧は検出回路（図示せず）によって読
み取られる。
【００２１】 図５は赤外線ボロメータ200の支持橋脚122を説明する断面図であり、ここで支
持橋脚122に発生する弾性応力は、支持橋脚122が曲がることによって解消される
。内側部301及び外側部302は、それに印加された引張応力によって凹面の曲率で
湾曲する。内側部301の連結側面301aにおいて、その曲率における接線Bは水平直
線Aと第１角（θ１）をなし、ここで第１角（θ１）は内側部301の初期角として
作用する。連結側面301aの反対側にある内側部301の分離側面301bにおいて、そ
の曲率における接線Cは接線Bに対して第2角（−θ２）をなす。ポスト140は前記
内側部301の分離側面301bの上部に位置するので、前記ポスト140の傾斜角（θ３
）は、第１角（θ１）と第２角（−θ２）の和である。内側部301の長さと外側
部302の長さが同様であるので、ポスト140の傾斜角（θ３）はほとんど０に近接
するようになり、従って、前記ポスト140の傾きを垂直に構造的に補償し、前記
吸収体131が曲がることを防止できる。
持橋脚122に発生する弾性応力は、支持橋脚122が曲がることによって解消される
。内側部301及び外側部302は、それに印加された引張応力によって凹面の曲率で
湾曲する。内側部301の連結側面301aにおいて、その曲率における接線Bは水平直
線Aと第１角（θ１）をなし、ここで第１角（θ１）は内側部301の初期角として
作用する。連結側面301aの反対側にある内側部301の分離側面301bにおいて、そ
の曲率における接線Cは接線Bに対して第2角（−θ２）をなす。ポスト140は前記
内側部301の分離側面301bの上部に位置するので、前記ポスト140の傾斜角（θ３
）は、第１角（θ１）と第２角（−θ２）の和である。内側部301の長さと外側
部302の長さが同様であるので、ポスト140の傾斜角（θ３）はほとんど０に近接
するようになり、従って、前記ポスト140の傾きを垂直に構造的に補償し、前記
吸収体131が曲がることを防止できる。
【００２２】 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。
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。
【図１】 従来の赤外線ボロメータを説明する斜視図である。
【図２】 図１に示した従来の赤外線ボロメータを説明するA-A線断面図である。
【図３】 本発明による赤外線ボロメータを説明する斜視図である。
【図４】 図３に示した本発明による赤外線ボロメータを説明するB-B線断面図である。
【図５】 支持橋脚が曲げられたときの赤外線ボロメータを説明する断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA12 BA32 BB24 CA13 2G066 BA09 BA51 BA55 BB09
Claims (5)
- 【請求項１】 赤外線ボロメータであって、 基板及び１対の接続端子を含む駆動基板レベルと、 １対の支持橋脚及び１対の伝導線を有する支持レベルであって、前記支持橋脚
の各々はアンカー部、脚部及び高架部からなり、前記アンカー部は前記駆動基板
レベルに取付けられ、前記高架部は前記駆動基板レベルと離隔され、且つ外側部
からカンチレバー状をなす内側部を含む、支持レベルと、 吸収体に取囲まれているボロメータ要素を含む吸収レベルと、 前記支持橋脚の内側部の上部に配置された、各々が電管を有する１対ポストと
を含み、 前記ボロメータ要素の各端は前記対応する伝導線及び電管を介して対応する接
続端子に電気的に接続されることを特徴とする赤外線ボロメータ。 - 【請求項２】 前記それぞれの支持橋脚において、前記内側部の一方の側
面は前記外側部に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ボロ
メータ。 - 【請求項３】 前記支持橋脚の各々において、前記内側部の他方の側面は
前記外側部とギャップによって離隔されていることを特徴とする請求項２に記載
の赤外線ボロメータ。 - 【請求項４】 前記吸収レベルは前記吸収体の下部に形成された反射膜を
更に含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ボロメータ。 - 【請求項５】 前記吸収レベルは前記吸収体の上部に形成されたIR吸収コ
ーティングを含むことを特徴とする請求項４に記載の赤外線ボロメータ。
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