JP2002533668A - 構造的に安定した赤外線ボロメーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による赤外線ボロメーターは、集積回路を含む基板（１１２）、1対の接続端子（１１４）、及び保護層（１１６）を有する駆動基板レベル（１１０）と、1対のアンカー部（１２２ａ）、1対の脚部（１２２ｂ）、1つの高架部（１２２ｃ）を含む支持橋脚（１２２）及び支持橋脚の上部に形成された1対の伝導線（１２４）を有する支持レベル（１２０）と、吸収体（１３２）に取囲まれたボロメーター要素（１３６）、吸収体の下部に位置する反射層（１３４）及び吸収体の上部に位置するIR吸収コーティング（１３８）を有する吸収レベル（１３０）と、吸収レベルと支持レベルの間に位置する1対のポスト（１４０）とを含み、ここでそれぞれのポスト上部は吸収体の中央部に取り付けられ、下部は支持橋脚の高架部に取り付けられる。吸収レベルには溝（２０１）がその縁に沿って、またはその近傍に形成され、吸収レベルに蓄積された応力が解放されることを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、赤外線ボロメーターに関し、特に、構造的に安定した赤外線ボロメ
ーターに関する。

【０００２】 （背景技術） ボロメーターは、放射熱流束に露出された材料(いわゆる、ボロメーター要素)
の抵抗変化に基づいたエネルギー検出器である。前記ボロメーター要素は、金属
や半導体材料から作られる。金属の場合、温度に応じて高くなる典型的な抵抗率
変化は、根本的に担体移動度の変化に起因するものである。高い抵抗率の半導体
ボロメーター要素では、温度に応じて自由担体密度が指数関数的に変化し、相対
的に大きい敏感度を得ることができる。しかし、ボロメーターに用いられる半導
体の薄膜製造は難しい。

【０００３】 図1は米国出願番号09/207,054の「INFRARED BOLOMETER WITH AN ENHANCED STR
UCTURAL STABILITY AND INTEGRITY」という名称の3層構造ボロメーター1を説明
する斜視図であり、図2は図1の3層構造ボロメーター1のA-A線における断面図で
ある。前記ボロメーター1は駆動基板レベル10、支持レベル20、1対のポスト40、
及び吸収レベル30を含む。

【０００４】 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。それぞれの接続端子14は、集積回路に電気的に接続され
、保護層16は基板12を覆っている。

【０００５】 支持レベル20は絶縁物質からなる支持橋脚22及び電気的に導体である物質で作
られた1対の伝導線24を含む。支持橋脚22は1対のアンカー部22a、1対の脚部22b
及び高架部22cを含む。駆動基板レベル10に固定されたそれぞれのアンカー部22a
はビアホール(via hole)26を含み、これを介してそれぞれの伝導線24の一端は駆
動基板レベル10のそれぞれの接続端子14に電気的に接続されており、前記それぞ
れの脚部22bは高架部22cを支持し、その上の各伝導線24の他端は互いに電気的に
接続されていない。また、高架部22cは駆動基板レベル10と吸収レベル30の間の
熱交換を最小化する目的で、蛇行状をなすべく形成される。

【０００６】 吸収レベル30は吸収体32に取囲まれたボロメーター要素36、吸収体32の下部に
形成された反射層34、及び吸収体32の上部に形成された赤外線吸収コーティング
38(以下、IR吸収コーティング38)を含む。前記反射膜34は金属からなり、透過さ
れた赤外線を四角形の吸収体32に戻すために用いられる。IR吸収コーティング38
は吸収効率を高めるために用いられる。

【０００７】 それぞれのポスト40は吸収レベル30と支持レベル20の間に位置し、それぞれの
ポスト40の上部は吸収体32の中央部に取り付けられ、その下部は支持橋脚22の高
架部22cに取り付けられる。それぞれのポスト40は絶縁物質44に取囲まれており
、金属で作られた電管42を含む。前記電管42の上端がボロメーター要素36の一端
に電気的に接続され、下端は支持レベル20の対応する伝導線24に電気的に接続さ
れることによって、吸収レベル30のボロメーター要素36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る
。

【０００８】 赤外線放射エネルギーにさらされると、ボロメーター要素34の抵抗が増加し、
それに伴って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で
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。

【０００９】 前記ボロメーターの主たる欠点の一つは、その形成過程で蓄積された応力が解
放されることによる構造的な不安定性である。例えば、図3に示すように、四角
形状を有する吸収体32がその中心部でポスト40によって支持されるので、内部の
応力がその各々のコーナー部から矢印で示す向きに解放されようとするので、吸
収体32の全体的な形状を変形させ、赤外線ボロメーター1の構造的な完全性に悪
影響を与える。

【００１０】 （発明の開示） 従って、本発明の目的は、構造的に安定した赤外線ボロメーターを提供するこ
とにある。

【００１１】 本発明の一側面によると、赤外線ボロメーターが提供され、前記赤外線ボロメ
ーターは、基板及び1対の接続端子を含む駆動基板レベル、その端が駆動基板レ
ベルと固定される支持橋脚及び1対の伝導線を有する支持レベルと、吸収体及び
吸収体に取囲まれたボロメーター要素を含み、その変形防止のために側縁（side
edge）に沿ってまたはその近傍に溝が形成された吸収レベルと、吸収レベルと
支持レベルの間に位置し、それぞれが電管を有する1対のポストとから構成され
、それぞれのポストの上端が吸収体の下部中央部に、下端が支持橋脚に取り付け
られることによって、ボロメーター要素の両端がそれぞれの電管及び伝導線を介
してそれぞれの接続端子に電気的に接続されることを特徴とする。

【００１２】 （発明を実施するための最良の形態） 図4及び図5は、それぞれ本発明の赤外線ボロメーター100を示す斜視図及び断
面図である。

【００１３】 本発明の赤外線ボロメーター100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。

【００１４】 前記駆動基板レベル110は集積回路(図示せず)を含む基板112、1対の接続端子1
14及び保護層116を有する。それぞれの金属製接続端子114は、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は基盤112を覆っている。

【００１５】 支持レベル120は、例えばシリコン窒化物(SiN_X)、シリコン酸化物(SiO₂)また
はシリコン室化酸化物(SiO_XN_Y)のような絶縁物質で作られた支持橋脚122及びチ
タン(Ti)のような電気的に導体である物質で作られた1対の伝導線124を含む。前
記支持橋脚122は、1対のアンカー部122a、1対の脚部122b、及び1つの高架部122c
を含む。それぞれのアンカー部122aは前記駆動基板レベル110に固定されており
、ビアホール(via hole)126を含み、これを介して前記それぞれの伝導線124の一
端が駆動基板レベルのそれぞれの接続端子114に電気的に接続される。それぞれ
の脚部112bは高架部122cを支持し、前記高架部122cにおいて、各伝導線124の他
端は互いに電気的に接続されていない。また、高架部122cは蛇行状をなし、それ
により前記駆動基板レベル110と吸収レベル130の間の熱交換を最小化する。

【００１６】 前記吸収レベル130は、吸収体132に取囲まれたボロメーター要素136、吸収体1
32の下部に形成された反射膜134、及び吸収体132の上部に位置するIR吸収コーテ
ィング138を含む。吸収レベル130は側縁に沿って、またはその近傍に形成された
接続溝201を有する。溝201は、吸収レベル130が変形することを防止するべく一
体化されている。さらに詳しくは、吸収レベル130にその形成過程で集積した応
力が解放されることを妨げることで、赤外線ボロメーターが構造的に変形するこ
とを防ぐ。吸収体132は低い熱伝導率を有するシリコン窒化物(SiN_X)、シリコン
酸化物(SiO₂)またはシリコン窒化酸化物(SiO_XN_Y)のような絶縁物質からなる。例
えば、アルミニウムまたは白金のような金属で作られた反射層134は、吸収体132
を通過した赤外線を吸収体132に戻すために用いられる。例えば、ブラックゴー
ルド(black gold)で作られたIR吸収コーティング138は、吸収効率を高めるため
に用いられる。本発明のボロメーター要素136は正の抵抗温度係数(TCR)を有する
物質、例えばチタンで作られている。

【００１７】 それぞれのポスト140は、吸収レベル130及び支持レベル120の間に形成され、
ここで前記それぞれのポスト140の上部は吸収体132の中央部に取り付けられ、下
部は支持橋脚122の高架部122cに取り付けられる。それぞれのポスト140は、例え
ばシリコン窒化物(SiN_X)、シリコン酸化物(SiO_X)、またはシリコン窒化酸化物(S
iO_XN_Y)で作られた絶縁物質144に取囲まれており、金属、例えばチタン(Ti)で作
られた電管142を含む。それぞれの電管142の上端が対応するボロメーター要素13
6の一端に電気的に接続されており、下端は対応する支持レベル120の伝導線124
に電気的に接続されていることにより、吸収レベル130のボロメーター要素136の
両端は、前記電管142、伝導線124、及び接続端子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。

【００１８】 赤外線エネルギーにさらされると、前記ボロメーター要素136の抵抗が変化し
、そ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。

【００１９】 前記赤外線ボロメーターにおいて吸収レベルに形成された溝が、その形成過程
に於いて吸収レベルに蓄積された応力の解放を妨げることで、赤外線ボロメータ
ーが構造的に変形することを防ぐので、赤外線ボロメーターが構造的に変形する
ことを防ぐ。

【００２０】 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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の赤外線ボロメーター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ーを説明するA-A線断面図である。

【図３】 従来の発明による吸収層の変形を説明する斜視図である。

【図４】 本発明による赤外線ボロメーターを説明する斜視図である。

【図５】 図4に示した赤外線ボロメーターを説明するB-B線断面図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線ボロメーターであって、 基板及び1対の接続端子を含む駆動基板レベルと、 前記駆動基板レベルにその端部が固定されている1つの支持橋脚及び1対の伝導
   線を含む支持レベルと、 吸収体及び前記吸収体に取囲まれたボロメーター要素を含み、その変形防止の
   ために溝が側縁（side edge）に沿ってまたはその近傍に形成された吸収レベル
   と、 前記吸収レベルと前記支持レベルの間に位置し、それぞれが電管を含む1対の
   ポストとから構成され、それぞれの前記ポストの上端が前記吸収体の下方中央部
   に取り付けられ、その下端が前記支持橋脚に取り付けられることによって、前記
   ボロメーター要素の両端がそれぞれ前記電管及び前記伝導線を介してそれぞれ接
   続端子と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ー。
2. 【請求項２】 前記支持橋脚は1対のアンカー部、1対の脚部、及び1つの
   高架部を含むことを特徴とする請求項1に記載のボロメーター。
3. 【請求項３】 前記それぞれのアンカー部は前記駆動基板レベルに固定さ
   れることを特徴とする請求項2に記載のボロメーター。
4. 【請求項４】 前記それぞれのアンカー部はビアホールを含み、これを介
   して前記それぞれの伝導線の一端が対応する接続端子に電気的に接続されており
   、他端が対応する前記支持橋脚の前記高架部で電気的に接続されていないことを
   特徴とする請求項2に記載のボロメーター。
5. 【請求項５】 前記支持橋脚の前記高架部が蛇行状をなすことを特徴とす
   る請求項2に記載のボロメーター。
6. 【請求項６】 前記それぞれのポストの上端は前記吸収体の中央部に取り
   付けられ、下端は前記支持橋脚の前記高架部に取り付けられることを特徴とする
   請求項1に記載のボロメーター。
7. 【請求項７】 前記吸収体の下部に形成された反射層をさらに含むことを
   特徴とする請求項1に記載のボロメーター。
8. 【請求項８】 前記吸収体の上部に形成されるIR吸収コーティングをさら
   に含むことを特徴とする請求項1に記載のボロメーター。
9. 【請求項９】 3層構造赤外線ボロメーターであって、 吸収体及び前記吸収体に取囲まれたボロメーター要素を有し、その内部に蓄積
   された応力の解放を妨げるための溝を有することで、前記吸収レベルの変形を防
   ぐことを特徴とするボロメーター。