JP2003500671A

JP2003500671A - ＳｉＣを用いて赤外線を検知する装置および方法

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Publication number: JP2003500671A
Application number: JP2000620682A
Authority: JP
Inventors: パーソンズ，ジェイムズ・ディー
Original assignee: ヒートロニクス
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2003-01-07
Anticipated expiration: 2020-03-20
Also published as: TW496950B; JP3303974B1; CN1189948C; EP1196953A4; AU3908100A; EP1196953A1; US6239432B1; WO2000072385A1; RU2218631C2; CN1351763A

Abstract

(57)【要約】単結晶であることが望ましいＳｉＣ（６）が、高い温度およびパワーの容量を持つ赤外線センサとして用いられる。用途は、赤外線ソース（２）からのパワーまたはエネルギを検知することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景発明の分野本発明は、赤外線（ＩＲ）の検知および抵抗の制御のためのＳｉＣの使用に関
する。関連技術の記述パイロ電気、ボロメータおよびカロリーメータの諸検出器によりＩＲレーザか
らのパワーまたはエネルギを測定するような諸用途のために、赤外線が検知され
る。一般に、パイロ電気検出器およびボロメータ検出器は、ＩＲを直接吸収する
材料を用い、パイロ電気材料はニオブ酸リチウムおよびニオブ酸タンタルを含み
、ボロメータ材料はシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、金属酸化物、セラ
ミック・サーミスタおよび種々のガラスを含む。一般に、カロリーメータ検出器
は、ＩＲ感応性吸収コーティングで被覆されねばならない材料を用いる。ＩＲを
検知する検出器の性能は、破損することなくエネルギを吸収するＩＲセンサ材料
の能力によって制限され、このことがセンサにおける最大エネルギ／パワーの強
度、最大露出時間および最小体積および面積を制限する。全てのパイロ電気、ボ
ロメータおよびカロリー材料は、限られた熱衝撃許容度を呈する。

【０００２】赤外線の直接的な吸収のため今日用いられる材料は、これら材料が熱くなり過
ぎる（約４００℃以上）か、あるいはセンサ温度があまり急激に上昇すると容易
に破壊される。中および高パワーＩＲレーザのパワーまたはエネルギ出力を検知
するには、今日の材料は、ビーム・スプリッタまたは分配媒体をレーザとセンサ
間に介挿することによってＩＲ出力エネルギの一部のみに露出される。しかし、
この結果、評価に対するパワーまたはエネルギの測定を低減することになる。更
に、中および高パワーのＩＲソース用として今日入手可能なセンサは、ファン冷
却あるいは水冷却を必要とし、かつ校正ドリフトを受ける。

【０００３】赤外線感応性材料の関連用途は、赤外線で加熱される他の材料の温度を検知す
ることにある。例えば、半導体産業において広く用いられる急激焼なまし（ＲＴ
Ａ）プロセスは、輝度ＩＲ灯を用いて半導体ウエーハ（主として、シリコン）の
温度を毎秒数百℃も上昇させる。ウエーハ温度は、現在では光学的あるいはＩＲ
高温度計を用いる遠隔検知法か、あるいは直接接触型熱電対によって監視される
。

【０００４】高温度計は、ウエーハ表面から放射される放射線をＲＴＡプロセス・チャンバ
壁面の透過ビューポートを介して吸収することによってウエーハ温度を測定する
。このような形式の温度検知は、観察されるウエーハ表面の正確な放射率を知る
必要、ウエーハ表面とビューポートまたはビューポートまたはウエーハ表面にお
ける被着間の粒子あるいは放散ガスの阻止、および汚染または化学反応または組
成の変化のようなウエーハ表面における変化を回避する要求によって制約を受け
る。

【０００５】熱電対は、その表面に接触させることによってウエーハ温度を測定する。この
ような手法の主な問題は、熱電対とウエーハとの間の反応を防止するよう熱電対
が囲われなければならないこと、ウエーハが均等処理を確保するため約１２００
ｒｐｍで回転されるので非常に困難であること、そして熱電対とウエーハ間の接
触は実際には局部温度を変化させることである。

【０００６】赤外線パワーまたはエネルギの検知のため今日用いられる材料は、理論的に温
度センサとして用いることができるが、しばしば要求される環境すなわち温度、
特に温度が１３００℃に達し得るＲＴＡ処理に生き残れない。発明の概要本発明は、ＩＲパワーおよびエネルギの検知、熱検知およびＩＲ制御バリスタ
に適応できる赤外線検出に対する斬新な手法を提供する。この新規な赤外線セン
サは、単結晶構造であることが望ましい、ＳｉＣから形成される。ＳｉＣ体は、
電気回路がＳｉＣ体へ電気信号を印加する間に赤外線を受取り、このＳｉＣ体は
電気信号に対する応答を変化することにより赤外線に応答する。ＩＲエネルギお
よび（または）パワーセンサとして用いられるとき、定電流あるいは定電圧が赤
外線を受取るＳｉＣ体へ印加され、出力回路が、ＳｉＣ体の抵抗値の関数として
この本体に入射するＩＲエネルギおよび（または）パワーの表示を行う。

【０００７】本発明はまた、ＲＴＡ処理チャンバ内のウエーハのようなテスト体の温度を検
知するのに用いることもできる。このような用途においては、ＳｉＣ体は、これ
により受取られるテスト体に関して赤外線強度が知られるように配置される。Ｉ
Ｒエネルギ／パワー・センサの場合のように、定電流あるいは定電圧がＳｉＣ体
へ供給されるが、出力回路は、ＳｉＣ抵抗の関数としてテスト体の温度表示を生
じるように校正される。

【０００８】本発明はバリスタとしても用いることができ、この場合、レーザが制御された
ＩＲビームを更に大きな回路に内蔵されるＳｉＣ体へ指向させ、レーザがＳｉＣ
体と共働して制御されたバリスタとして機能する。

【０００９】純粋ＳｉＣの電気的抵抗は、格子によるＩＲエネルギの直接的な吸収の結果生
じる正の温度係数を通常有する。その温度係数（ＴＣ）は、不純物原子を含める
ことによって「同調」させることができる。不純物原子は、格子のＩＲエネルギ
吸収帯域を付加するために用いることができる。ＩＲエネルギは、室温（赤外線
が存在しない状態）ではイオン化が不完全である電気的活性不純物原子（ドーパ
ント）により吸収することができる。格子すなわち不純物原子による直接的なＩ
Ｒエネルギの吸収は正のＴＣを生じ、ドーパントイオン化による吸収は負のＴＣ
を生じる。異なる吸収機構は異なるＩＲ波長で働くから、ＳｉＣ体は赤外線波長
の関数として所望の応答を生じるように同調することができる。

【００１０】温度検知や一部のバリスタのようなある用途においては、ＳｉＣ体はＡｌＮ基
板をもつ実装構造において固定される。Ｗ、ＷＣあるいはＷ₂Ｃを含む導電性t取
付層が、ＳｉＣ体をその本体の電極を介して基板へ電気的かつ機械的に接続する
。この取付層自体は、基板に接着されたＷ、ＷＣあるいはＷ₂Ｃ接着層と、接着
層に接着されＳｉＣ体に対する電極に結合された１つ以上の金属被膜層とを持つ
ことができ、金属被膜層は関心温度領域にわたり基板の３．５倍より大きくない
熱膨張係数を有する。前記取付層は不連続でよく、それぞれＳｉＣ体の相互に分
離された電極に接続される複数の相互に分離される取付要素からなっている。

【００１１】本発明は、非常に安定かつ再現可能な抵抗対温度特性を生じ、ファンあるいは
水冷の必要なしに少なくとも１４００℃の絶対温度および非常に急激な温度上昇
の両方に耐えることができ、堅牢であり容易に破損せず、校正をよく維持し、高
ＩＲエネルギ／パワー強度、露出時間および熱衝撃に耐える能力における改善を
もたらす。他の材料に集束されたレーザ・パルスにより誘導され得る大きな圧電
信号に従属することなく、望ましい高パワー密度処理能力のゆえに、比較的小さ
なＳｉＣデバイスを用いることができる。

【００１２】本発明の上記および他の特徴および利点については、当業者には添付図面に関
して以降の詳細な記述から明らかになるであろう。発明の詳細な記述本発明は、レーザのような赤外線ソースから放射されるＩＲパワーまたはエネ
ルギの検知、赤外線により加熱される他の本体の温度の無接触検知、および電気
回路に対する制御されたバリスタを含む用途における赤外線センサとしてＳｉＣ
を用いる。ＳｉＣは、温度と共に変化する電気抵抗を備えることが公知である。
例えば、Ｓｐｉｔｚｅｒ等の「六方炭化珪素の赤外線特性（Ｉｎｆｒａｒｅｄ
ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨｅｘａｇｏｎａｌＳｉｌｉｃｏｎＣａｒｂ
ｉｄｅ）」（ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ、第１１３巻、第１部、１９５９
年）、および「炭化物、窒化物およびホウ化物の物理学および化学（ＴｈｅＰ
ｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＣａｒｂｉｄｅｓ，Ｎｉｔ
ｒｉｄｅｓａｎｄＢｏｒｉｄｅｓ）に含まれるＷ．Ｊ．Ｃｈｏｙｋｅ著「Ｓ
ｉＣの光学的および電子的特性（ＯｐｔｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｉＣ）」（ＮＡＴＯＡＳＩＳｅｒｉｅ
ｓ、１９８９年９月１８−２２日）を参照されたい。しかし、ＳｉＣはこれまで
赤外線の検知のためには堤案されておらず、その温度特性は直接的な接触あるい
はこれに電流を通すことのいずれかにより加熱して測定されてきた。

【００１３】ＳｉＣによるＩＲ検知は、格子原子あるいは電気的に不活性な不純物原子によ
り、あるいは不完全にイオン化された電気的活性な不純物（ドーパント）のイオ
ン化により、直接的な吸収を介して行われる。支配する特定の機構は、赤外線波
長に依存する。格子原子および電気的に不活性な不純物原子により吸収される赤
外線は直接熱エネルギへ変換され、このような種類の吸収がセンサ材料の抵抗を
増加させる。不完全にイオン化された電気的に活性のある不純物イオン化により
吸収される赤外線は、ＳｉＣの抵抗を低下させる。このように、ＳｉＣ応答は、
所要の抵抗−温度係数（ＲＴＣ）を達成するように赤外線波長の関数として「同
調」することができる。本発明は多結晶ＳｉＣで実現することができるが、材料
の温度応答におけるドリフトを生じ得る粒界が存在しないので、単結晶構造が選
好される。多結晶ＳｉＣに存在する粒界は、時間経過と共に不純物を蓄積して材
料のＲＴＣを変化させ得る。

【００１４】ＳｉＣに対する赤外線の用途には、図１および図２にそれぞれ示されるビーム
・エネルギおよびパワーの検知が含まれる。このような用途は、例えば、ＩＲレ
ーザ・ビームあるいはＩＲ灯から集束された放射のエネルギまたはパワーを検知
するために用いることもできる。ＳｉＣは、破損されることなく非常に短期間に
おける非常に高いエネルギ線量を吸収することができるので、このような用途に
対して特に有利である。このように、ＳｉＣの検知面を全出力エネルギに露出し
た状態でファンまたは水冷却なしに１３００℃を越える温度に耐えて、中程度の
パワー（１０ワットないし３００ワットの範囲内のパワー）から高パワー（３０
０ワットを越えるパワー）の放射エネルギのエネルギ／パワーの検知のために用
いることができる。ＳｉＣの優れた高パワー密度処理能力は、所与のパワーに対
し、現在用いられているものに比して小さな体積のＳｉＣセンサ素子の使用を可
能にし、更に、ＳｉＣセンサ素子の比較的小さなサイズはレーザ・パルスを吸収
した後の赤外線検知に用いられる他の材料よりも迅速な自己冷却を容易にする。
更に、ＳｉＣの高い熱伝導率は、センサの全体積に吸収したエネルギの迅速な分
布をもたらし、これがセンサ素子の（センサ素子の小さな面積が高エネルギのレ
ーザ・ビームに露出されるときに生じ得る大きな側面温度勾配による）熱衝撃に
よる破損し易さを実質的に低減する。ＳｉＣ（パイロ電気材料に関して）の圧電
係数が低いことは、その高い熱伝導率（室温における銅より高い）と組合わされ
、大きな圧電信号のセンサ中の発生を集束レーザ・パルスから阻止する。一般に
、ＳｉＣの優れた熱衝撃許容度は、高エネルギを含むレーザ・パルスの吸収を許
容し、小体積および面積のセンサにおける高いエネルギ／パワー強度の赤外線に
対してを比較的長期に露出するように用いることを許容する。

【００１５】ＳｉＣは、特に単結晶ＳｉＣの場合に、校正外にドリフトを生じない非常に安
定かつ再現可能なＲＴＣを生じるようにドープすることができる。赤外線の集中
線量に繰返し露出しても、センサ特性の変化は生じない。更にまた、フォノン・
スペクトルおよび不純物のイオン化エネルギにより、ＳｉＣは、２５ミクロンに
拡張する多くの主要ＩＲ波長を直接吸収することができる。このことは、約２．
５ミクロンより長い波長を検知するのに使用されるとき、実質的に全ての赤外線
検出器により用いられるＩＲ感応性吸収コーティングを用いることを不要にする
。

【００１６】ＳｉＣの赤外線エネルギ・センサとしてＳｉＣの利用については、図１に示さ
れる。レーザ２のような赤外線ソースは、特定された波長帯域内（ここでは、単
一波長を含むように規定される）のＩＲビーム４を放射する。ＳｉＣセンサ本体
６は、望ましくはビーム全体を受取るビーム経路内に配置される。電流センサ１
０はＳｉＣに結果として生じる電流を検知するが、定電圧ソース８はＳｉＣの両
端に定電圧を印加する。

【００１７】ＳｉＣの温度は赤外線に応答して変化し、その結果として生じる抵抗の変化は
赤外線の波長、強度および露出時間に依存する。ＳｉＣ温度と所与のドーピング
・レベルに対するその抵抗値との間には固定された関係が存在するので、ＳｉＣ
温度は、電流計１０により検知されるようなＳｉＣに流れる電流の関数として検
知することができる。ＳｉＣにより吸収される赤外線エネルギとその温度との間
には、直接的な対応も存在する。従って、ＳｉＣの電流応答は、ＩＲビームのエ
ネルギと１対１の関係で変動することになる。電流計１０をＳｉＣのＲＴＣに対
して校正すると共に電流が誘起する熱の作用を打消すことにより、ＩＲビーム・
エネルギの直接的な読出しを可能にする。

【００１８】定電圧を印加して図１のような結果として生じるＳｉＣ電流を検知するよりは
、ＳｉＣの電流ではなくＳｉＣ電圧応答を出力回路で検知させて定電流を印加す
ることもできる。これは図２に示され、ＩＲエネルギよりはＩＲビームパワーを
検知するように設計されている。定電流ソース１２は定電流をＳｉＣへ供給し、
微分型電圧センサ１４はＳｉＣ体の両端に接続されている。微分型電圧センサ１
４は、ＳｉＣの抵抗値、従ってその温度が変化する瞬時レートを検出する。これ
は、ＩＲビーム４における瞬時パワーの直接的表示を与える。

【００１９】ＳｉＣセンサは、できるだけ熱遮断されるようにハウジング内に懸架されるこ
とが望ましい。このことは図３に示され、図３ではハウジング壁面が参照番号１
６により示される。ＳｉＣチップ１８は反対端部に導電性の接触電極パッド２０
ａ、２０ｂを有し、リード線２２ａ、２２ｂが鰐口のようなそれぞれのクリップ
２４ａ、２４ｂを介して、あるいはハンダ付け、またはクリップが取付けられる
電気的接触ピンにより、ＳｉＣチップ組立体に電気的かつ機械的に接続されてい
る。リード線２２ａ、２２ｂは、ＳｉＣチップを所定位置に懸架して、チャンバ
の外側から有効に熱遮断しながらチップに対する電気的アクセスを生じるように
チャンバ壁面に取付けられる。接触クリップにより懸架することは、約５００℃
を越えない中程度のパワーレーザにおいて経験されるような比較的低い温度範囲
に対しては特に有効である。クリップ電極パッド２０ａ、２０ｂは必要に応じて
、クリップをその反対側に直接接続して取り去ることができる。

【００２０】図４は、ＳｉＣが再び赤外線に露出されるシステムを示しているが、この場合
はテスト体付近の温度を検知する目的のためのものである。同図は、簡単なスケ
ール通りでないＲＴＡチャンバ２６を示す。本発明は、ＩＲ灯３０からの赤外線
の作用下で熱の急変動に遭遇する半導体ウエーハ２８、典型的にはシリコンの温
度を検知するのに用いられる。金属被膜接点３４ａ、３４ｂを両端に有するＳｉ
Ｃチップ３２は、ウエーハ２８と同じ加工プラットフォーム３６上あるいはこの
ウエーハが受ける赤外線の強さがウエーハにより受取られるものの既知の割合と
なる他の場所に配置される。

【００２１】電圧ソース４０からの定電圧が、ＳｉＣの抵抗値の関数として変動し、更には
ＳｉＣの温度を反映する電流をＳｉＣチップ３２に対して生じるように接点３４
ａ、３４ｂに跨がって印加される。この電流、従ってＳｉＣ温度は電流計４２に
よって検知される。あるいはまた、定電流ソースを用いてＳｉＣ電圧を検知する
こともできる。

【００２２】赤外線に対するＳｉＣチップの温度応答が半導体ウエーハ２８の温度応答に対
しいったん校正されると、ＳｉＣチップは、そのソースからの距離がウエーハの
距離に関して一定に維持されるので、これを同じＩＲソースに露出することによ
り無接触状態でウエーハの温度を検知するのに用いることができる。校正は、Ｓ
ｉＣチップとＩＲソースからウエーハまでおよびＳｉＣチップまでの距離間の差
から生じるウエーハとの間の赤外線強度の相違の影響を打消すのに必要な任意の
調整を含み得る。従って、電流計４２をウエーハ温度の表示を生じるように校正
して、ＳｉＣを同じ支持プラットフォーム３６におかれた同様なウエーハの温度
の検知に用いることができる。これにより、ウエーハ温度が所望の特性に従うこ
とを保証するように、ＩＲ灯３０の励起に対する制御を可能にする。この制御機
構は、ウエーハ温度の表示を制御回路４４に与える電流計４２からの出力によっ
て、放射された赤外線がウエーハを所望の温度特性に保持するようにＩＲ灯３０
に対する励起信号を更に制御することが図４に示される。

【００２３】非常に広い温度範囲、典型的には１，３００℃以上にわたりチップを所定位置
に安全に保持するＳｉＣチップ３２用の望ましい支持構造が図５に示される。Ａ
ｌＮダイ４６は、支持機構に対する基板として働く。ＳｉＣチップに対する導電
性の取付層は、基板４６上で、ＳｉＣチップの各接点に１つずつ１対の取付要素
４８ａ、４８ｂへパターン化される。この取付要素は、タングステン（Ｗ）、Ｗ
ＣあるいはＷ₂Ｃの厚膜あるいは薄膜からなるものでよい。これら要素は、重な
るＳｉＣチップと、それぞれ取付要素４８ａ、４８ｂから側方にこれと接触状態
でオフセットされる基板の電極パッド５０ａ、５０ｂとの間に電流経路を提供す
る。取付要素は、ＡｌＮダイ４６に接着し、ＳｉＣチップの接点に対するボンド
接点を生じる。Ｗ、ＷＣおよびＷ₂Ｃは、ＡｌＮ基板４６に対して付着すること
によりこのような要求を満たすものである。これらは、ＲＦ／ＤＣスパッタリン
グ、ＲＦ／ＤＣコスパッタリング、電子ビーム蒸着、および化学蒸着法などの幾
つかの異なる気相析出技術のどれかによってＡｌＮダイ表面に適正な化学量論的
作用（stociometry)で適用することができる。これらが適用されるＡｌＮ基板面
は、化学的ボンディングではなく物理的ボンディングによって付着が生じるよう
に表面は粗面処理されるべきである。膜の密度は大きくすることができ、粒界は
真空あるいはＡｒまたはＮ₂のような不活性雰囲気中で８００℃ないし１，４０
０℃の範囲内で熱てきに焼なますことにより低減することができ、密度および粒
界の成長は特定の温度において経過する時間に依存する。

【００２４】金属被膜層５２ａ、５２ｂは、必要に応じて、下層５４ａ、５４ｂを腐食から
保護し、あるいはＳｉＣチップ接点に対するボンディングを強化するために、取
付要素の断面積を増加するように、下層のＷ、ＷＣあるいはＷ₂Ｃの膜５４ａ、
５４ｂ上に被着させることができる。１つ以上の金属被膜層が用いることができ
る。約８００℃までの温度に対しては、実質的に任意の金属を用いることができ
る。プラチナは、約１，４００までに適し、金−プラチナ合金は酸化環境におい
て約１，３００℃まで、ニッケル、パラジウム、プラチナおよびこれらの合金お
よび化合物、およびニッケル−クローム合金は真空中、不活性あるいは還元環境
において約１，４００℃までに使用することができる。

【００２５】電極パッド５０ａ、５０ｂは、取付要素４８ａ、４８ｂの側面拡張を含み、同
じ基本的構造を有する。しかし、図５に示されるように、電極パッド上の被覆金
属被膜層は、リード線の取付けを容易にするため取付要素上におけるよりも大き
な厚さを有してもよい。一般に、電極パッド５０ａ、５０ｂ上のオーバーレイ金
属被膜の全厚さは、リード線径の少なくとも０．０５倍でなければならず、金属
被膜層とリード線の熱膨張係数は厳密に整合されなければならない。更にまた、
金属被膜層は、意図される温度範囲における基板の約３．５倍より大きくない温
度膨張の熱係数を持たねばならない。

【００２６】図６は、電極パッド５０ａ、５０ｂに対するリード線５６ａ、５６ｂ、電極パ
ッド５０ｂに対するリード線５６ｃ、５６ｄの取付要素に対するＳｉＣチップ１
８の取付け後の図５の支持構造を示している。ＳｉＣチップ１８は、チップ厚の
少なくとも９０％がＳｉＣであるかぎり、他の半導体材料および組成からなる薄
膜を含み得る。その接点２０ａ、２０ｂは、それぞれ取付要素４８ａ、４８ｂに
対して結合される。リード線は、平行間隔溶接法によって電極パッドに接続され
ることが望ましく、各リード線における２つの平坦エリアは、溶接ヘッドがリー
ド線に接触する場所を表わしている。

【００２７】特別の保護のため、図７に示されるようなカプセル化構造を用いることができ
る。この構造は、図６と同じものであるが、ＡｌＮ基板４６の上側部分に反応ホ
ウ珪酸塩混合物（ＲＢＭ）カプセル部５８を付加し、このカプセル部には下層の
ＳｉＣチップ１８を供給する赤外線に露出する窓６０を有する。ＲＢＭは、ホウ
珪酸塩混合物が反応されるとき、酸化界面層を形成するように化学的に反応する
ことによって下層の材料に付着する。ＲＢＭは、構造に対して加えられる熱サイ
クルの温度範囲内で、ＲＢＭの熱膨張係数がこれが包囲する材料の係数と密接に
整合するか、あるいはＲＢＭの粘度がそのリトルトン軟化点（Ｌｉｔｔｌｅｔｏ
ｎｓｏｆｔｅｎｉｎｇｐｏｉｎｔ；約１０^-ポイズ）より小さいかのいずれ
かであれば、ＲＢＭが包囲する表面上に環境バリアを形成する。

【００２８】図８は、下層のＡｌＮダイ４６に加えて、１対のより小さく相互に隔てられた
ＡｌＮダイ・カバー６２ａ、６２ｂが図６の構造上に置かれ、ＲＢＭ６４により
下層の基板４６と共に保持され、ＳｉＣチップ１８の上面の一部が赤外線に露出
される、取付構造における別の変形を示している。

【００２９】本発明の温度の検知に関する適用については、ＲＴＡとの関連において記述し
た。この温度検知能力はまた、加熱、通気および空調（ＨＶＡＣ）、空間の加熱
、乾燥および治療、食品の処理および調理、オーブンおよびトンネル炉、包装機
械、線維機械、真空成形および金属板の処理などの他の多くの用途を有する。

【００３０】先に述べたように、ＳｉＣは、種々のＩＲ波長に対するその温度応答を同調す
るようにドープすることができる。ＳｉＣはＩＶ族の化合物であるから、任意の
族のＩＩＩＡまたはＩＩＩＢ元素をＰタイプのドーパントとして用いることがで
き、任意のＶ族の元素をＮタイプのドーパントとして用いることができる。異な
る各ドーパント元素は、その活性化波長と逆である異なる活性エネルギをもつ。
特定の活性化波長は、用いるドーパントにのみ依存せず、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、８
Ｈ、１５ＲなどのＳｉＣのポリタイプにも依存し、各ポリタイプは異なるバンド
ギャップおよび電気的に活性のある不純物のイオン化エネルギを有する。

【００３１】本発明の赤外線制御型バリスタとしての使用については図９に示される。バリ
スタとして機能するＳｉＣ体６６は、バリスタ６６により接続されるサブ回路６
８、７０として示される全電気回路の一部を形成する。レーザ７２は、ＩＲビー
ム７４をバリスタ６６が感応する波長でＳｉＣ体へ指向し、制御回路７６によっ
て制御される。バリスタ６６中の格子原子および／または不純物原子により直接
吸収される赤外線波長（あるいは波長範囲）を用いて、バリスタの抵抗値はレー
ザが動作されるとき指数関数的に増加する。このような特性は、例えば、緊急な
状況において電流を遮断するのに用いることができ、あるいは制御回路７６に加
えられる他のパラメータの関数として電子装置をオン／オフするスイッチとして
用いることができる。このように、サブ回路６８、７０からの電気信号に対する
バリスタの応答は、入射する赤外線の関数として通電状態と不導状態間で変化す
る。

【００３２】このようなバリスタ用途におけるＳｉＣの利点は、その固有の高パワー能力の
ゆえに非常に高い電流を取扱うことができる回路全体の低抵抗部分として働き得
ることである。オン／オフ・スイッチに限定されるのではなく、バリスタ６６は
、正確に制御されるＩＲレーザの影響下で中間の抵抗レベルを提供するように操
作されることによって、他の方法で全体回路の機能を制御することができる。

【００３３】本発明の幾つかの実施の形態について示し記述したが、当業者は多くの変更お
よび代替的な実施の形態について着想されよう。従って、本発明は頭書の請求の
範囲に関してのみ限定されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＩＲレーザ・ビームのエネルギを検知するため用いられる本発明
の簡単な概略図である。

【図２】ＩＲレーザ・ビームのパワーを検知するため用いられる本発明の
簡単な概略図である。

【図３】本発明による懸架型ＩＲセンサの簡単な斜視図である。

【図４】ＲＴＡプロセスにおける温度センサとして用いられる本発明の簡
単な概略図である。

【図５】新規なＩＲセンサに対する取付構造の斜視図である。

【図６】ＩＲセンサおよびリード線が所定位置に配された図５に示した取
付構造の斜視図である。

【図７】ＩＲセンサを露出させる封止状態の図６で示された構造の斜視図
である。

【図８】代替的な保護構造を有する図６のＩＲセンサの斜視図である。

【図９】本発明に対するバリスタ用途のブロック図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１２月７日（２００１．１２．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線（４）を受取るよう露出されたＳｉＣＩＲ吸収本体
（６）と、電気信号を前記ＳｉＣ体へ印加するよう接続された電気回路（８、１２）と、
を備え、前記ＳｉＣ体は、前記電気回路に対する応答を変化することにより入射赤外線
に応答する、赤外線制御回路。
【請求項２】前記ＳｉＣ体は単結晶ＳｉＣを含む、請求項１記載の赤外線
制御回路。
【請求項３】前記ＳｉＣ体は第ＩＩＩ族または第Ｖ族のドーパントを含む
、請求項１記載の赤外線制御回路。
【請求項４】前記電気回路は、定電流（１２）または定電圧（８）を前記
ＳｉＣ体へ印加し、前記ＳｉＣ体の抵抗の関数として該ＳｉＣ体へのＩＲエネル
ギおよび１／またはパワー入射の表示を行う出力回路（１４、１０）を含む、請
求項１記載の赤外線制御回路。
【請求項５】前記ＳｉＣ体は、該ＳｉＣ体の赤外線に対する露出が温度の
測定が要求されるテスト体（２８）により受取られる赤外線のレベルに関して既
知であるように配置され、前記電気回路は、定電流または定電圧を前記ＳｉＣ体
へ供給し、かつ該ＳｉＣ体の抵抗の関数として前記テスト体の温度の表示を生じ
る出力回路（４２）を含む、請求項１記載の赤外線制御回路。
【請求項６】制御出力（７４）を持ち、前記ＳｉＣ体に指向されてその抵
抗をレーザ出力の関数として制御するレーザ（７２）を更に備え、前記電気回路
は前記ＳｉＣ体と共に前記レーザをバリスタとして含む、請求項１記載の赤外線
制御回路。
【請求項７】前記ＳｉＣ体は、ＡｌＮ基板（４６）含む取付構造と、該Ｓ
ｉＣ体を前記基板に電気的かつ機械的に接続するＷ、ＷＣあるいはＷ₂Ｃを含む
導電性取付層（４８ａ、４８ｂ）とに固定される、請求項１記載の赤外線制御回
路。
【請求項８】前記取付層は、前記ＳｉＣ体の相互にそれぞれ分離された部
分に接続される複数の相互に分離された取付要素（４８ａ、４８ｂ）を有する不
連続層を含む、請求項７記載の赤外線制御回路。
【請求項９】前記取付層は、前記基板に付着されたＷ、ＷＣあるいはＷ₂
Ｃ付着層（５４ａ、５４ｂ）と、前記付着層に付着されかつ前記ＳｉＣ体に対す
る電極（２０ａ、２０ｂ）に結合された金属被膜層（５２ａ、５２ｂ）とを含み
、該金属被膜層は、関係する温度領域において前記基板の約３．５倍より大きく
ない熱膨張係数を有する、請求項７記載の赤外線制御回路。
【請求項１０】前記取付層と同じ組成を持ち、前記基板に対し電気的かつ
機械的に接続されかつ前記取付層に対し電気的に接続された複数の電極パッド（
５０ａ、５０ｂ）を更に備える、請求項７記載の赤外線制御回路。
【請求項１１】前記電極パッドは前記ＳｉＣ体に対して側方に配置される
、請求項１０記載の赤外線制御回路。
【請求項１２】前記電極パッドは前記取付層の側方拡張部を含む、請求項
１１記載の赤外線制御回路。
【請求項１３】前記ＳｉＣ体は離隔された電気接点（２０ａ、２０ｂ）を
含み、前記取付層は、前記基板に付着されたＷ、ＷＣまたはＷ₂Ｃの付着層（５
４ａ、５４ｂ）と、前記付着層に付着されかつ前記ＳｉＣ体の接点に結合された
金属被膜層（５２ａ、５２ｂ）とを含み、該金属被膜層は前記電極パッドにおい
て前記取付要素におけるより大きな厚さを持つ、請求項１２記載の赤外線制御回
路。
【請求項１４】前記電極パッドに対し電気的かつ機械的に接続された導電
性リード線（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ）を更に備える、請求項１０記載
の赤外線制御回路。
【請求項１５】前記ＳｉＣ体の少なくとも一部（６０）に赤外線を受ける
ように残して、前記基板上にホウ珪酸塩混合物から形成されたカプセル部（５８
）を更に備える、請求項１４記載の赤外線制御回路。
【請求項１６】前記密閉部は、（ａ）前記ＳｉＣ体および基板の熱膨張係
数と密接に一致する熱膨張係数、または（ｂ）そのリトルトン軟化点より少ない
粘度を有する、請求項１５記載の赤外線制御回路。
【請求項１７】前記ＳｉＣ体上に延在しかつホウ珪酸塩混合物（６４）か
ら形成されたカプセル部により前記基板に対し結合される、該基板と同じ材料の
カバー（６２ａ、６２ｂ）を更に備え、前記カプセル部は前記カバーと共に、赤
外線を受けるように前記ＳｉＣ体の少なくとも一部を露出した状態に残して前記
基板の上面をカプセル化する、請求項１０記載の赤外線制御回路。
【請求項１８】前記電気回路は、前記ＳｉＣ体と電気信号を通信するよう
接続されかつ機械的に懸架されたリード線（２２ａ、２２ｂ）を含む、請求項１
記載の赤外線制御回路。
【請求項１９】赤外線（４）を受取るように露出されたＳｉＣ体（６）と
、制御電圧あるいは制御電流のいずれかを前記ＳｉＣ体へ供給するように構成さ
れた励起回路（８、１２）と、前記励起回路からの制御電圧の場合には前記ＳｉＣ体に対する電流センサ（１
０）、あるいは前記励起回路からの制御電流の場合には前記ＳｉＣ体に対する電
圧センサ（１４）を含み、関係する波長帯域内において前記ＳｉＣ体へ入射する
赤外線のパワーまたはエネルギの表示を行う出力回路と、を備える赤外線のパワーまたはエネルギ用のセンサ。
【請求項２０】前記ＳｉＣ体に対し赤外線を指向するように配置された赤
外線ソース（２）を更に備え、前記出力回路が、前記関係する波長帯域内の前記
赤外線ソースにより放射される赤外線パワーまたはエネルギの表示を行う、請求
項１９記載のセンサ。
【請求項２１】前記赤外線ソースは中位パワーあるいは高パワーのレーザ
を含む、請求項２０記載のセンサ。
【請求項２２】前記レーザはその実質的に全出力を前記ＳｉＣ体へ指向す
るように配列される、請求項２１記載のセンサ。
【請求項２３】前記ＳｉＣ体は、ドーピング・レベルにより決定される方
法でその抵抗を変更することにより前記関係する波長帯域内の赤外線に応答する
ようにドープされる、請求項１９記載のセンサ。
【請求項２４】温度が測定を要求されているテスト体体（２８）により受
取られる赤外線のレベルに関して、赤外線（３８）に対する露出が既知であるよ
うに配置されたＳｉＣ体（３２）と、制御電圧または制御電流のいずれかを前記ＳｉＣ体へ供給するように接続され
た励起回路（４０）と、前記励起回路からの制御電圧の場合には前記ＳｉＣ体に対する電流センサ（４
２）、あるいは前記励起回路からの制御電流の場合には前記ＳｉＣ体に対する電
圧センサを含み、前記ＳｉＣ体の抵抗の関数として前記テスト体の温度の表示を
行う、出力回路と、を備える赤外線に露出されるテスト体に対する無接触型温度センサ。
【請求項２５】前記テスト体は半導体を含み、該半導体を収容する急速熱
焼なまし（ＲＴＡ）チャンバ（２６）を更に備え、前記出力回路は、前記ＲＴＡ
チャンバの動作を制御（４４）する信号を提供する、請求項２４記載の温度セン
サ。
【請求項２６】操作回路（６８、７０）と、前記操作回路に内蔵されるＳｉＣ体（６６）と、赤外線（７４）を前記ＳｉＣ体へ指向させその抵抗を制御することにより前記
操作回路の動作を前記赤外線の特性の関数として制御するように配列される制御
可能ＩＲソース（７２）と、を備える赤外線制御のバリスタ回路。
【請求項２７】前記ＳｉＣ体は、前記ＩＲソースの制御下で前記操作回路
に対するスイッチとして機能するように接続される、請求項２６記載のバリスタ
回路。
【請求項２８】前記ＩＲソースは前記ＳｉＣ体の抵抗の変化を含む波長帯
域内の赤外線を放射するレーザを含む、請求項２６記載のバリスタ回路。
【請求項２９】ＳｉＣ体（６）へ電気信号を供給するステップと、前記ＳｉＣ体を加熱するため該ＳｉＣ体へ赤外線（４）を供給することにより
、前記電気信号に対する前記ＳｉＣ体の応答を制御するＳｉＣ体における抵抗変
化を誘起するステップと、を含む赤外線を用いる方法。
【請求項３０】供給された前記電気信号が電圧信号（８）または電流信号
（１２）を含み、供給された電圧信号の場合に前記ＳｉＣ体に結果として流れる
電流（１０）か、あるいは供給された電流信号の場合に前記ＳｉＣ体の両端に結
果として生じる電圧（１４）を検知して、前記赤外線のパワーまたはエネルギの
表示を取得するステップを更に含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】ＳｉＣ体と、温度の測定が要求されるテスト体とを赤外線
の直接関連するレベルに露出するステップと、前記テスト体の温度の表示として
前記電気信号に対する前記ＳｉＣ体の応答を検知するステップとを更に含む、請
求項２９記載の方法。
【請求項３２】前記ＳｉＣ体は、該ＳｉＣ体へ前記電気信号を供給する電
気回路（６８、７０）におけるバリスタ（６６）として接続され、前記ＳｉＣ体
へ供給される赤外線の強度は、該ＳｉＣ体の抵抗を制御しこれにより前記電気回
路の機能を制御するように制御（７６）される、請求項２９記載の方法。
【請求項３３】前記ＳｉＣ体は、赤外線に対するそのスペクトル応答を調
整するようにドープされる、請求項２９記載の方法。