JP2003529068A - 放射熱を検出するための装置および該装置の製造方法並びに装置の適用 - Google Patents
放射熱を検出するための装置および該装置の製造方法並びに装置の適用Info
- Publication number
- JP2003529068A JP2003529068A JP2001571060A JP2001571060A JP2003529068A JP 2003529068 A JP2003529068 A JP 2003529068A JP 2001571060 A JP2001571060 A JP 2001571060A JP 2001571060 A JP2001571060 A JP 2001571060A JP 2003529068 A JP2003529068 A JP 2003529068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- focusing
- detection
- radiant heat
- semiconductor material
- detection window
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 100
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 4
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100219325 Phaseolus vulgaris BA13 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004121 SrRuO Inorganic materials 0.000 description 1
- QAKZFDCCFWBSGH-UHFFFAOYSA-N [Ru].[Sr] Chemical compound [Ru].[Sr] QAKZFDCCFWBSGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical group [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
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
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
-
- 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
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0806—Focusing or collimating elements, e.g. lenses or concave mirrors
-
- 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
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0881—Compact construction
- G01J5/0884—Monolithic
-
- 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
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/024—Special manufacturing steps or sacrificial layers or layer structures
-
- 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
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/04—Casings
- G01J5/046—Materials; Selection of thermal materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
本発明は、放射熱を延期的な信号（４）に変換するための少なくとも１つの熱検出素子（２）を備えた放射熱（３）検出装置に関している。この装置は、放射熱を検出素子に集束する少なくとも１つの集束素子（１２）を有している。この集束素子は、例えば珪素などの半導体材料からなるレンズである。有利には、この集束素子は半導体材料からなる、放射熱の検出ウインドウに集積化されている。
Description
【０００１】
本発明は、放射熱を電気的な信号に変換するための少なくとも１つの熱検出素
子を備えた放射熱の検出のための装置に関している。その他に本発明は、この装
置を製造するための方法と該装置の適用にも関している。
子を備えた放射熱の検出のための装置に関している。その他に本発明は、この装
置を製造するための方法と該装置の適用にも関している。
【０００２】
前述した形式の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願 DE 196 45 036 A1
明細書から公知である。ここでは熱検出素子が、珪素からなる支持体（基板）に
接続されている。この検出素子は、焦電検出素子である。それは、２つの電極と
、該電極間に配設された焦電感応性材料を有する焦電層を備えた層構造を有して
いる。この材料とはジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）である。これらの電極は、
例えば白金または放射熱を吸収するクロムニッケル合金からなっている。
明細書から公知である。ここでは熱検出素子が、珪素からなる支持体（基板）に
接続されている。この検出素子は、焦電検出素子である。それは、２つの電極と
、該電極間に配設された焦電感応性材料を有する焦電層を備えた層構造を有して
いる。この材料とはジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）である。これらの電極は、
例えば白金または放射熱を吸収するクロムニッケル合金からなっている。
【０００３】
本発明の課題は、放射熱の検出のための装置において、前記従来技法に比べて
既存の放射熱をさらに有効に利用できるように改善を行うことである。
既存の放射熱をさらに有効に利用できるように改善を行うことである。
【０００４】
前記課題を解決するために、放射熱を電気信号に変換する少なくとも１つの熱
検出素子を有する放射熱検出装置が提案される。この装置は、放射熱を検出素子
上に収束させるために半導体材料を備えた少なくとも１つの収束素子が存在して
いることで特徴付けられる。
検出素子を有する放射熱検出装置が提案される。この装置は、放射熱を検出素子
上に収束させるために半導体材料を備えた少なくとも１つの収束素子が存在して
いることで特徴付けられる。
【０００５】
この収束によって、検出すべき放射熱が集めら検出素子上に配向される。それ
により、検出素子の同じ基準面のもとで、従来技法に比べてより多くの放射熱が
検出素子に到達する。その結果として放射熱よりも大きな電気信号と共に大きな
感度も得られる。
により、検出素子の同じ基準面のもとで、従来技法に比べてより多くの放射熱が
検出素子に到達する。その結果として放射熱よりも大きな電気信号と共に大きな
感度も得られる。
【０００６】
装置によって検出が可能な放射熱（赤外線ビーム）は、特に１μｍ以上の波長
を有している。有利には放射熱の波長は、５μｍ〜１５μｍの範囲から選択され
る。
を有している。有利には放射熱の波長は、５μｍ〜１５μｍの範囲から選択され
る。
【０００７】
熱検出素子は、放射熱の形態の熱エネルギーを電気的エネルギーに変換するの
に用いられる。この熱検出素子は、例えばゼーベック効果または焦電効果に基づ
いてる。それに対する前提は、検出素子の相応の効果を引き起こすそれぞれの熱
感応性材料による放射熱の吸収である。この吸収は熱感応性材料によって直接行
われる。しかしながら放射熱を検出素子の電極によって吸収させることも考えら
れる。さらに放射熱を検出素子の直ぐ近くで吸収対象によって吸収させ、それに
よって受入れられた熱量を熱感応性材料への対流ないし熱伝導によって与えるこ
とも可能である。吸収対象は、エネルギ伝達部として機能する。
に用いられる。この熱検出素子は、例えばゼーベック効果または焦電効果に基づ
いてる。それに対する前提は、検出素子の相応の効果を引き起こすそれぞれの熱
感応性材料による放射熱の吸収である。この吸収は熱感応性材料によって直接行
われる。しかしながら放射熱を検出素子の電極によって吸収させることも考えら
れる。さらに放射熱を検出素子の直ぐ近くで吸収対象によって吸収させ、それに
よって受入れられた熱量を熱感応性材料への対流ないし熱伝導によって与えるこ
とも可能である。吸収対象は、エネルギ伝達部として機能する。
【０００８】
収束素子は、放射熱が吸収のために検出素子および/または吸収対象に向けら
れるように考慮することを目的としている。この場合収束素子は、ミラーの形態
が考えられる。このミラーは、放射熱に対して高い反射作用を有する表面を有し
ている。
れるように考慮することを目的としている。この場合収束素子は、ミラーの形態
が考えられる。このミラーは、放射熱に対して高い反射作用を有する表面を有し
ている。
【０００９】
特に有利な実施例によれば、収束素子は、レンズである。このレンズは、検出
素子の方向に、ないしは吸収対象の方向で放射熱に対して所定の透過率を有して
いる。この透過率は、可及的に高い。透過率は５０％以上であり、特に有利には
７０％〜ほぼ１００％である。
素子の方向に、ないしは吸収対象の方向で放射熱に対して所定の透過率を有して
いる。この透過率は、可及的に高い。透過率は５０％以上であり、特に有利には
７０％〜ほぼ１００％である。
【００１０】
別の有利な構成例によれば、収束素子を有している検出ウインドウが検出素子
に放射熱を照射するために設けられている。この検出ウインドウは、放射熱が検
出素子および/または吸収対象へ入射できるように配慮するものである。収束素
子はさらに放射熱の収束にも寄与する。有利にはこの検出ウインドウが収束素子
と同じ透過特性を有する。この収束素子は、検出ウインドウに集積化されてもよ
いし、それ自体が検出ウインドウであってもよい。
に放射熱を照射するために設けられている。この検出ウインドウは、放射熱が検
出素子および/または吸収対象へ入射できるように配慮するものである。収束素
子はさらに放射熱の収束にも寄与する。有利にはこの検出ウインドウが収束素子
と同じ透過特性を有する。この収束素子は、検出ウインドウに集積化されてもよ
いし、それ自体が検出ウインドウであってもよい。
【００１１】
別の有利な実施例によれば、検出ウインドウおよび/または収束素子は、ゲル
マニウムおよび/または珪素のグループから選択された半導体材料を有している
。この材料は、放射熱に対して十分な透過率である５μｍ〜１５μｍの波長を有
している。この収束素子ないし検出ウインドウは、この半導体材料から直接形成
されている。
マニウムおよび/または珪素のグループから選択された半導体材料を有している
。この材料は、放射熱に対して十分な透過率である５μｍ〜１５μｍの波長を有
している。この収束素子ないし検出ウインドウは、この半導体材料から直接形成
されている。
【００１２】
さらに別の実施例によれば、収束素子を備えた検出ウインドウを有する支持体
および/または収束素子を備えた検出ウインドウを有する検出素子ケーシングが
設けられる。この検出ウインドウは、特にこの支持体に集積される。この場合こ
の支持体自体が検出ウインドウとして機能する。検出素子への照射は、この支持
体を貫通して行われる。それに対して代替的に検出素子の照射は、支持体とは反
対側の方向から行われる。それに対して支持体は例えばケーシング内に配設され
る。このケーシングは、検出ウインドウを備えた壁部を有している。このケーシ
ングは例えば、検出素子を外的影響から保護するための被覆を有している。この
外的影響とは、例えばほこりや湿気、検出素子を腐食させるような苛性の化学薬
品などである。このような外的影響によれば検出素子の機能性が損なわれる可能
性がある。
および/または収束素子を備えた検出ウインドウを有する検出素子ケーシングが
設けられる。この検出ウインドウは、特にこの支持体に集積される。この場合こ
の支持体自体が検出ウインドウとして機能する。検出素子への照射は、この支持
体を貫通して行われる。それに対して代替的に検出素子の照射は、支持体とは反
対側の方向から行われる。それに対して支持体は例えばケーシング内に配設され
る。このケーシングは、検出ウインドウを備えた壁部を有している。このケーシ
ングは例えば、検出素子を外的影響から保護するための被覆を有している。この
外的影響とは、例えばほこりや湿気、検出素子を腐食させるような苛性の化学薬
品などである。このような外的影響によれば検出素子の機能性が損なわれる可能
性がある。
【００１３】
特に有利な実施例によれば、熱検出素子は焦電素子である。この焦電検出素子
は、焦電性感応材料を有する焦電層からなっている。この材料は例えばセラミッ
ク、例えばニオブ酸リチウム（LiNbO３）やジルコン酸チタン酸鉛である。また
強誘電体ポリマー、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）も考えられる。焦
電性感応材料を備えた焦電層は、２つの相対向した側にそれぞれ少なくとも１つ
の電極層を有している。この電極層の電極材料としては、例えば白金や合金めっ
きが上げられる。またクロムニッケル合金や導電性酸化物、例えばストロンチウ
ム・ルテニウム（SrRuO３）も考えられる。検出素子は、例えば辺の長さが２５
μｍ〜２００μｍの矩形状の基準面を有している。
は、焦電性感応材料を有する焦電層からなっている。この材料は例えばセラミッ
ク、例えばニオブ酸リチウム（LiNbO３）やジルコン酸チタン酸鉛である。また
強誘電体ポリマー、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）も考えられる。焦
電性感応材料を備えた焦電層は、２つの相対向した側にそれぞれ少なくとも１つ
の電極層を有している。この電極層の電極材料としては、例えば白金や合金めっ
きが上げられる。またクロムニッケル合金や導電性酸化物、例えばストロンチウ
ム・ルテニウム（SrRuO３）も考えられる。検出素子は、例えば辺の長さが２５
μｍ〜２００μｍの矩形状の基準面を有している。
【００１４】
特に有利な実施例によれば、多数の収束素子を備えた少なくとも１つの収束ア
レイが設けられる。有利には、多数の検出素子を備えた検出器アレイも同時に備
える。その際に収束素子ないし検出素子は、収束アレイないし検出器アレイのピ
クセルである。これらのアレイは、例えばそれらの素子の行列形状の配置構成に
よって表わされる。素子の行形状の配置構成のもとでは、これらの素子が一次元
的に１つの方向に分配される。行列形状の配置構成の場合には、二次元的な分配
が存在する。集束アレイおよび/または検出器アレイは、例えば２０×２０の個
々の素子からなる。その他にも素子の任意の配分やフラットな配分も考えられる
。
レイが設けられる。有利には、多数の検出素子を備えた検出器アレイも同時に備
える。その際に収束素子ないし検出素子は、収束アレイないし検出器アレイのピ
クセルである。これらのアレイは、例えばそれらの素子の行列形状の配置構成に
よって表わされる。素子の行形状の配置構成のもとでは、これらの素子が一次元
的に１つの方向に分配される。行列形状の配置構成の場合には、二次元的な分配
が存在する。集束アレイおよび/または検出器アレイは、例えば２０×２０の個
々の素子からなる。その他にも素子の任意の配分やフラットな配分も考えられる
。
【００１５】
検出器アレイを用いることによって放射熱の局所分解能を得ることが可能であ
る。特にその場合には、集束素子が正確に検出器アレイの検出素子に対応付けら
れる。放射熱は、集束素子によって検出素子に対してのみ集束される。それによ
り、高められた局所分解能が達成できる。その際検出素子には多数の集束素子が
対応付けられる。
る。特にその場合には、集束素子が正確に検出器アレイの検出素子に対応付けら
れる。放射熱は、集束素子によって検出素子に対してのみ集束される。それによ
り、高められた局所分解能が達成できる。その際検出素子には多数の集束素子が
対応付けられる。
【００１６】
局所分解能の付加的な引き上げは、集束素子を放射熱に関して相互に絶縁させ
ることによって達成できる。例えば個々の集束素子の間にそれぞれ１つの不透明
な層、すなわち非透過性の層が配設される。この種の層は、例えば反射性の高い
金属層である。しかしながらその他にも収束素子を相互に分離させて配置するこ
とも考えられる。１つの収束素子から隣接する別の収束素子への放射熱の遷移の
際には少なくとも２つの位相の移行が存在する。すなわち１つの収束素子から他
の収束素子へ移行する放射熱の熱レベルが失われ、それに伴って放射熱の検出の
局所分解能は高まる。
ることによって達成できる。例えば個々の集束素子の間にそれぞれ１つの不透明
な層、すなわち非透過性の層が配設される。この種の層は、例えば反射性の高い
金属層である。しかしながらその他にも収束素子を相互に分離させて配置するこ
とも考えられる。１つの収束素子から隣接する別の収束素子への放射熱の遷移の
際には少なくとも２つの位相の移行が存在する。すなわち１つの収束素子から他
の収束素子へ移行する放射熱の熱レベルが失われ、それに伴って放射熱の検出の
局所分解能は高まる。
【００１７】
本発明の課題は既に前述したように放射熱の検出のための装置の製造方法によ
っても解決される。この方法によれば、半導体材料を有する検出ウインドウに検
出素子に放射熱を照射させるための、半導体材料を有する検出ウインドウに少な
くとも１つの収束素子が半導体材料と共に形成される。
っても解決される。この方法によれば、半導体材料を有する検出ウインドウに検
出素子に放射熱を照射させるための、半導体材料を有する検出ウインドウに少な
くとも１つの収束素子が半導体材料と共に形成される。
【００１８】
特に有利な実施例によれば、ゲルマニウムおよび/または珪素のグループから
選択された半導体材料が用いられる。特に珪素のケースでは、マイクロマシニン
グ技法から多岐に亘る電気回路の集積化のための構造化手段が公知である。例え
ば支持体内には、検出素子によって生成された電気信号の読出しと処理あるいは
転送のための読出し装置が集積化され得る。この読出し装置は、例えばＣＭＯＳ
技法（Complementary Metalloxyde Semiconductors)から公知の方法によって製
造される。
選択された半導体材料が用いられる。特に珪素のケースでは、マイクロマシニン
グ技法から多岐に亘る電気回路の集積化のための構造化手段が公知である。例え
ば支持体内には、検出素子によって生成された電気信号の読出しと処理あるいは
転送のための読出し装置が集積化され得る。この読出し装置は、例えばＣＭＯＳ
技法（Complementary Metalloxyde Semiconductors)から公知の方法によって製
造される。
【００１９】
集束素子の製造のための方法は、特に以下の方法ステップを含んでいる。すな
わち、 ａ）フォトレジストを有するレジスト層を、半導体材料を有する検出ウインドウ
の表面に被着させ、 ｂ）前記レジスト層のフォトリソグラフィ用の構造化を行い、その際フォトレジ
ストを備えた円筒状レジストが検出ウインドウの表面に生じ、 ｃ）フォトレジストを備えた円筒状レジストをフォトレジストを備えた球冠状レ
ジストに変形させ、 ｄ）フォトレジストと半導体材料のエッチングを実施し、その際集束素子は、球
冠状の形態が検出ウインドウでエッチングされるることによって生じる。
わち、 ａ）フォトレジストを有するレジスト層を、半導体材料を有する検出ウインドウ
の表面に被着させ、 ｂ）前記レジスト層のフォトリソグラフィ用の構造化を行い、その際フォトレジ
ストを備えた円筒状レジストが検出ウインドウの表面に生じ、 ｃ）フォトレジストを備えた円筒状レジストをフォトレジストを備えた球冠状レ
ジストに変形させ、 ｄ）フォトレジストと半導体材料のエッチングを実施し、その際集束素子は、球
冠状の形態が検出ウインドウでエッチングされるることによって生じる。
【００２０】
フォトレジスト層の被着は、例えば検出ウインドウの表面へのフォトレジスト
の吹き付けまたは電気泳動塗装によって行われる。その際特に２μｍ〜１００μ
ｍの領域から選択された層厚さのフォトレジストが用いられる。電気泳動的な構
造化は、例えば型板を用いた露光、あるいは集束性の光ビーム（例えばレーザー
ビーム）を用いた露光によって行われる。円筒状レジストは、例えば矩形の基本
面を有している。特に円筒状レジストの基準面は丸い。
の吹き付けまたは電気泳動塗装によって行われる。その際特に２μｍ〜１００μ
ｍの領域から選択された層厚さのフォトレジストが用いられる。電気泳動的な構
造化は、例えば型板を用いた露光、あるいは集束性の光ビーム（例えばレーザー
ビーム）を用いた露光によって行われる。円筒状レジストは、例えば矩形の基本
面を有している。特に円筒状レジストの基準面は丸い。
【００２１】
フォトレジストを用いた円筒状レジストの変形は、例えば円筒状シリンダの混
合によって行われる。その際フォトレジストは加熱され、通流可能な状態にもた
らされる。フォトレジストを有する球冠状部が生じる。この球冠状部は、部分的
に球状、つまり不完全な球状である。この球冠状部の直径は、例えば０.１ｍｍ
〜２ｍｍの範囲で選択される。球冠状部の直径は有利には、対応する検出素子に
整合される。その際には検出素子上に収束され検出素子によって吸収もされ得る
放射熱の量が考慮される。この放射熱における量は、例えば検出素子の基準面に
依存する。
合によって行われる。その際フォトレジストは加熱され、通流可能な状態にもた
らされる。フォトレジストを有する球冠状部が生じる。この球冠状部は、部分的
に球状、つまり不完全な球状である。この球冠状部の直径は、例えば０.１ｍｍ
〜２ｍｍの範囲で選択される。球冠状部の直径は有利には、対応する検出素子に
整合される。その際には検出素子上に収束され検出素子によって吸収もされ得る
放射熱の量が考慮される。この放射熱における量は、例えば検出素子の基準面に
依存する。
【００２２】
エッチングのもとでは、フォトレジストも半導体材料も除去される。そして球
冠状部の形態が検出ウインドウに形成される。その結果として収束素子が０.２
ｍｍから２ｍｍの直径を有する。収束素子の高さは、そのように生成されるレン
ズの形態で例えば２０μｍである。レンズの実際の大きさは、例えば集束に必要
な集束位置に従う。エッチングは、特に等方性で行われる。しかしながら異方性
で行うことも可能である。
冠状部の形態が検出ウインドウに形成される。その結果として収束素子が０.２
ｍｍから２ｍｍの直径を有する。収束素子の高さは、そのように生成されるレン
ズの形態で例えば２０μｍである。レンズの実際の大きさは、例えば集束に必要
な集束位置に従う。エッチングは、特に等方性で行われる。しかしながら異方性
で行うことも可能である。
【００２３】
本発明の別の観点によれば、前述した放射熱の検出のための装置の適用があげ
られる。この場合は、放射熱が集束素子に入射し、収束素子から伝送されて検出
素子上に収束され、検出素子において電気的な信号に変換される。この適用によ
れば、検出素子の照射は、支持体によってあるいは支持体に指示する側によって
行われる。支持体は支持体単体として機能するか、検出ウインドウと収束素子を
備えた支持体として機能する。当該装置は、検出器アレイを有しており、放射熱
の検出は、局所分解能で行われる。局所分解能は、例えば既存センサに対して有
利であり、それを用いて人物の存在が空間内で検出される。
られる。この場合は、放射熱が集束素子に入射し、収束素子から伝送されて検出
素子上に収束され、検出素子において電気的な信号に変換される。この適用によ
れば、検出素子の照射は、支持体によってあるいは支持体に指示する側によって
行われる。支持体は支持体単体として機能するか、検出ウインドウと収束素子を
備えた支持体として機能する。当該装置は、検出器アレイを有しており、放射熱
の検出は、局所分解能で行われる。局所分解能は、例えば既存センサに対して有
利であり、それを用いて人物の存在が空間内で検出される。
【００２４】
総合的にまとめると本発明によれば従来技法に比べて以下の利点に結び付く。
【００２５】
：半導体材料を有する集束素子を用いて、放射熱の量を高めて検出素子にもたら
す。
す。
【００２６】
：集束素子は、簡単かつ低コストで放射熱を検出するための装置の検出ウインド
ウに集積される。
ウに集積される。
【００２７】
；その際大きな利点は、支持体内への集束素子の集積化である。それによって装
置のコンパクトな構造が可能となる。
置のコンパクトな構造が可能となる。
【００２８】
；集束アレイと検出器アレイを用いることによりさらに高い局所分解能が得られ
る。
る。
【００２９】
以下では複数の実施例とそれに所属の図面に基づいて、放射熱の検出のための
装置を説明する。図面は概略図であって、縮尺的に忠実な写像を表すものではな
い。
装置を説明する。図面は概略図であって、縮尺的に忠実な写像を表すものではな
い。
【００３０】
図面
図１は、検出素子を備えた放射熱の検出のための装置の断面図であり、
図２は、収束アレイと検出器アレイを備えた、放射熱の検出のための装置の断面
図であり、 図３は、収束アレイと検出器アレイを備えた、放射熱の検出のための装置の断面
図であり、 図４は、放射熱の検出のための装置の製造方法を表した図である。
図であり、 図３は、収束アレイと検出器アレイを備えた、放射熱の検出のための装置の断面
図であり、 図４は、放射熱の検出のための装置の製造方法を表した図である。
【００３１】
実施例
本発明による熱放出検出のための装置１は、行形状に配置された５つの焦電性
の検出素子２からなる検出器アレイ９を有している。検出素子２は、ジルコン酸
チタン酸鉛の層１５からなっている（図１参照）。この層１５の対向側には、そ
れぞれ１つの電極１６，１７が設けられている。これらの電極１６，１７は白金
からなっている。前記検出素子は、辺の長さが５０μｍの矩形状の基準面を有し
ている。この検出素子２は、半導体材料の珪素６からなる支持体５上に配設され
ている。この支持体５と検出素子２の間には、電気的および熱的な絶縁層８が設
けられている。この絶縁層８は、層状構造を有している。支持体５と検出素子２
の熱的絶縁のために、当該絶縁層８内には、支持体５に当接するように中空空間
１８が存在している。この中空空間１８は、真空でかつ検出素子２の基準面に亘
ってえん罪質得る。さらに絶縁層８は、中空空間１８を支持するポリシリコンか
らなる支持層１９を有している。これに対しては代替的に窒化珪素からなる支持
層１９が設けられていてもよい。酸化珪素からなる層２０は、絶縁層８の遮蔽な
いしは中空空間１８および支持層１９のカバーを形成している。さらに読取り装
置２１が設けられており、この読取り装置２１は、検出素子２の電気信号を増幅
している。増幅された信号は、この読取り装置２１によって転送される。
の検出素子２からなる検出器アレイ９を有している。検出素子２は、ジルコン酸
チタン酸鉛の層１５からなっている（図１参照）。この層１５の対向側には、そ
れぞれ１つの電極１６，１７が設けられている。これらの電極１６，１７は白金
からなっている。前記検出素子は、辺の長さが５０μｍの矩形状の基準面を有し
ている。この検出素子２は、半導体材料の珪素６からなる支持体５上に配設され
ている。この支持体５と検出素子２の間には、電気的および熱的な絶縁層８が設
けられている。この絶縁層８は、層状構造を有している。支持体５と検出素子２
の熱的絶縁のために、当該絶縁層８内には、支持体５に当接するように中空空間
１８が存在している。この中空空間１８は、真空でかつ検出素子２の基準面に亘
ってえん罪質得る。さらに絶縁層８は、中空空間１８を支持するポリシリコンか
らなる支持層１９を有している。これに対しては代替的に窒化珪素からなる支持
層１９が設けられていてもよい。酸化珪素からなる層２０は、絶縁層８の遮蔽な
いしは中空空間１８および支持層１９のカバーを形成している。さらに読取り装
置２１が設けられており、この読取り装置２１は、検出素子２の電気信号を増幅
している。増幅された信号は、この読取り装置２１によって転送される。
【００３２】
第１の実施例によれば、検出器アレイ９とは反対側にある支持体５の表面に、
５つの収束素子１２を備えた収束アレイ１３が配設されている（図２）。収束素
子１２の各々は、珪素６からなるレンズである。これらの収束素子１２は支持体
の一部でもある。熱放出３による検出素子の照射は、支持体５の側から行われる
。この実施例では支持体５自体は、収束素子１２を有する検出ウインドウ７であ
る。各検出素子２には１つの収束素子１２が対応付けされている。それぞれ放射
熱３の所定の部分は、収束素子１２によってそれぞれ１つの検出素子１２に収束
される。この場合放射熱３は、収束素子１２に入射し、対応する検出素子２へ収
束され、そして検出素子２の内部で電気信号４に変換される。
５つの収束素子１２を備えた収束アレイ１３が配設されている（図２）。収束素
子１２の各々は、珪素６からなるレンズである。これらの収束素子１２は支持体
の一部でもある。熱放出３による検出素子の照射は、支持体５の側から行われる
。この実施例では支持体５自体は、収束素子１２を有する検出ウインドウ７であ
る。各検出素子２には１つの収束素子１２が対応付けされている。それぞれ放射
熱３の所定の部分は、収束素子１２によってそれぞれ１つの検出素子１２に収束
される。この場合放射熱３は、収束素子１２に入射し、対応する検出素子２へ収
束され、そして検出素子２の内部で電気信号４に変換される。
【００３３】
さらに別の実施例によれば、検出器アレイ９の保護のために当該検出器アレイ
を覆うケーシング１０が設けられている（図３）。このケーシングは、検出ウイ
ンドウ７として機能する壁部を有している。検出ウインドウ７は、検出器アレイ
９に対向的に配設されている。検出ウインドウ７には集束アレイ１３が集積化さ
れる。この集束アレイ１３並びに検出ウインドウ７は珪素６からなっている。
を覆うケーシング１０が設けられている（図３）。このケーシングは、検出ウイ
ンドウ７として機能する壁部を有している。検出ウインドウ７は、検出器アレイ
９に対向的に配設されている。検出ウインドウ７には集束アレイ１３が集積化さ
れる。この集束アレイ１３並びに検出ウインドウ７は珪素６からなっている。
【００３４】
集束素子１２の製造のために、検出ウインドウ７として用いられている１ｍｍ
厚さの珪素プレートの表面２２に、２０μｍの厚さのフォトレジストからなるレ
ジスト層２３が塗布される（図４の方法ステップ４１）。このレジスト層２３は
、フォトリソグラフィー手法で構造化される（方法ステップ４２）。その際円筒
状レジスト２４は、丸い基準面を有して形成される。さらなるステップでは円筒
状レジスト２４の球冠形状２５への変形が行われる（方法ステップ４３）。その
後でこの球冠形状部のフォトレジストと珪素の等方性エッチング処理が行われる
（方法ステップ４４）。その際には球冠状形状部の形態が珪素からなる検出ウイ
ンドウ７内へマッピングされる。各球冠形状部からはそれぞれレンズ１２が形成
される。これらの各球冠形状部の直径は、、約２００μｍ、高さは２０μｍであ
る。
厚さの珪素プレートの表面２２に、２０μｍの厚さのフォトレジストからなるレ
ジスト層２３が塗布される（図４の方法ステップ４１）。このレジスト層２３は
、フォトリソグラフィー手法で構造化される（方法ステップ４２）。その際円筒
状レジスト２４は、丸い基準面を有して形成される。さらなるステップでは円筒
状レジスト２４の球冠形状２５への変形が行われる（方法ステップ４３）。その
後でこの球冠形状部のフォトレジストと珪素の等方性エッチング処理が行われる
（方法ステップ４４）。その際には球冠状形状部の形態が珪素からなる検出ウイ
ンドウ７内へマッピングされる。各球冠形状部からはそれぞれレンズ１２が形成
される。これらの各球冠形状部の直径は、、約２００μｍ、高さは２０μｍであ
る。
【図１】
検出素子を備えた放射熱の検出のための装置の断面図である。
【図２】
収束アレイと検出器アレイを備えた、放射熱の検出のための装置の断面図であ
る。
る。
【図３】
収束アレイと検出器アレイを備えた、放射熱の検出のための装置の断面図であ
る。
る。
【図４】
放射熱の検出のための装置の製造方法を表した図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｊ 5/04 Ｇ０１Ｊ 5/04
5/08 5/08 Ｂ
Ｈ０１Ｌ 37/02 Ｈ０１Ｌ 37/02
(72)発明者 アクセル シューベルト
ドイツ連邦共和国 ミュンヘン ゾマーシ
ュトラーセ 25
(72)発明者 ベルンハルト ヴィンクラー
ドイツ連邦共和国 ミュンヘン ラーヴェ
ンスブルガー リング 28
Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA13 BA32 BA36
BB06 DA20
2G066 BA01 BA02 BA04 BA22 BA55
Claims (12)
- 【請求項１】 放射熱（３）を電気的な信号（４）に変換するための少なく
とも１つの熱検出素子（２）を備えた、放射熱（３）検出のための装置において
、 検出素子（２）上へ放射熱（３）を集束させるための半導体材料（６）を有し
た少なくとも１つの集束素子（１２）が設けられていることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記集束素子（１２）は、レンズである、請求項１記載の装
置。 - 【請求項３】 前記集束素子（１２）を有する検出ウインドウ（７）が、検
出素子（２）を熱ビームで照射するために設けられている、請求項１または２記
載の装置。 - 【請求項４】 前記検出ウインドウ（７）および/または集束素子（１２）
は、ゲルマニウムおよび/または珪素グループから選択された半導体材料（６）
を有している、請求項３記載の装置。 - 【請求項５】 集束素子（１２）を備えた検出ウインドウ（７）を有する支
持体（５）および/または集束素子（１２）を備えた検出ウインドウ（７）を有
する、検出素子（２）ケーシングが設けられている、請求項３または４記載の装
置。 - 【請求項６】 多数の集束素子（１２）を備えた少なくとも１つの集束アレ
イ（１３）が設けられている、請求項１から５いずれか１項記載の装置。 - 【請求項７】 多数の検出素子（２）を備えた少なくとも１つの検出器アレ
イ（９）が設けられており、前記集束アレイ（１３）の集束素子（１２）の各々
は検出器アレイ（９）の検出素子（２）に対応付けられている、請求項６記載の
装置。 - 【請求項８】 検出素子（２）に放射熱（３）を照射するために、半導体材
料を備えた検出ウインドウ（７）内に、半導体材料（６）を有する少なくとも１
つの集束素子（１２）が形成されるようにしたことを特徴とする、請求項１から
８いずれか１項に記載の放射熱検出のための装置の製造方法。 - 【請求項９】 ゲルマニウムおよび/または珪素グループから選択された半
導体材料（６）が用いられる、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 集束素子（１２）の製造手法が、以下の方法ステップを含
み、 ａ）フォトレジストを有するレジスト層（２３）を、半導体材料を有する検出ウ
インドウ（７）の表面（２２）に被着させ、 ｂ）前記レジスト層（２３）のフォトリソグラフィ用の構造化を行い、その際フ
ォトレジストを備えた円筒状レジスト（２４）が検出ウインドウ（７）の表面（
２２）に生じ、 ｃ）フォトレジストを備えた円筒状レジスト（２４）をフォトレジストを備えた
球冠状レジスト（２５）に変形させ、 ｄ）フォトレジストと半導体材料のエッチングを実施し、その際集束素子（１２
）は、球冠状の形態が検出ウインドウ（７）でエッチングされることによって生
じる、請求項８または９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記エッチングは、等方性に行われる、請求項１０記載の
方法。 - 【請求項１２】 放射熱が、 i）集束素子状に入射され、 ii）集束素子から伝達されて検出素子へ集束され、 iii）検出素子において延期的信号に変換される、ことを特徴とする、請求項１
から７に記載の放射熱検出のための装置の適用。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10015687 | 2000-03-29 | ||
| DE10015687.8 | 2000-03-29 | ||
| PCT/DE2001/001083 WO2001073386A1 (de) | 2000-03-29 | 2001-03-21 | Vorrichtung zur detektion von wärmestrahlung, verfahren zur herstellung und verwendung der vorrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003529068A true JP2003529068A (ja) | 2003-09-30 |
Family
ID=7636882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001571060A Withdrawn JP2003529068A (ja) | 2000-03-29 | 2001-03-21 | 放射熱を検出するための装置および該装置の製造方法並びに装置の適用 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030164450A1 (ja) |
| EP (1) | EP1269129A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003529068A (ja) |
| WO (1) | WO2001073386A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007121194A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Nec Corp | 光検出素子 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006518464A (ja) * | 2003-01-31 | 2006-08-10 | マイクロン インフラレッド インコーポレイテッド | 赤外線撮像装置 |
| KR100538996B1 (ko) * | 2003-06-19 | 2005-12-27 | 한국전자통신연구원 | 적외선 흡수층으로 실리콘 산화막을 사용한 적외선 센서및 그 제조 방법 |
| US7193202B2 (en) * | 2004-09-23 | 2007-03-20 | Vrije Universiteit Brussel | Photovoltage detector |
| US7902517B1 (en) | 2008-06-18 | 2011-03-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Semiconductor neutron detector |
| DE102013114202A1 (de) * | 2013-12-17 | 2015-06-18 | Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg | PYROMETER und Verfahren zur Temperaturmessung |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5401968A (en) * | 1989-12-29 | 1995-03-28 | Honeywell Inc. | Binary optical microlens detector array |
| GB2248964A (en) * | 1990-10-17 | 1992-04-22 | Philips Electronic Associated | Plural-wavelength infrared detector devices |
| KR0141447B1 (ko) * | 1993-09-22 | 1998-07-01 | 모리시타 요이찌 | 초전형 적외선센서 |
| US5677200A (en) * | 1995-05-12 | 1997-10-14 | Lg Semicond Co., Ltd. | Color charge-coupled device and method of manufacturing the same |
| US5701008A (en) * | 1996-11-29 | 1997-12-23 | He Holdings, Inc. | Integrated infrared microlens and gas molecule getter grating in a vacuum package |
| US5853960A (en) * | 1998-03-18 | 1998-12-29 | Trw Inc. | Method for producing a micro optical semiconductor lens |
| US6271900B1 (en) * | 1998-03-31 | 2001-08-07 | Intel Corporation | Integrated microlens and color filter structure |
-
2001
- 2001-03-21 US US10/240,241 patent/US20030164450A1/en not_active Abandoned
- 2001-03-21 WO PCT/DE2001/001083 patent/WO2001073386A1/de not_active Application Discontinuation
- 2001-03-21 JP JP2001571060A patent/JP2003529068A/ja not_active Withdrawn
- 2001-03-21 EP EP01921227A patent/EP1269129A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007121194A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Nec Corp | 光検出素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1269129A1 (de) | 2003-01-02 |
| WO2001073386A1 (de) | 2001-10-04 |
| US20030164450A1 (en) | 2003-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7288765B2 (en) | Device for detecting infrared radiation with bolometric detectors | |
| KR100386484B1 (ko) | 개구율이 높아지도록 실드를 구비한 열형 적외선 검출기 | |
| US8941063B2 (en) | Thermal detector, thermal detection device, electronic instrument, and thermal detector manufacturing method | |
| JP5842118B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP5636787B2 (ja) | 熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器 | |
| US5929441A (en) | Low mass optical coating for thin film detectors | |
| JP5988020B2 (ja) | 固体撮像素子及びその製造方法 | |
| CN113328003B (zh) | 一种红外探测器及其制备方法 | |
| JP5255873B2 (ja) | 光検出器 | |
| JP2012026861A (ja) | 熱型検出器、熱型検出装置及び電子機器 | |
| CN113328002B (zh) | 一种红外探测器及其制备方法 | |
| JP2003529068A (ja) | 放射熱を検出するための装置および該装置の製造方法並びに装置の適用 | |
| CN113659027B (zh) | 一种红外探测器及其制备方法 | |
| US11209353B2 (en) | Infrared device | |
| JP2000146686A (ja) | 赤外線固体撮像素子 | |
| JP2910448B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2012037407A (ja) | 焦電型検出器、焦電型検出装置及び電子機器 | |
| JP5691502B2 (ja) | 熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法 | |
| CN107478336A (zh) | 太赫兹成像阵列芯片及其制作方法、成像系统 | |
| JP2010101675A (ja) | 赤外線撮像素子およびその製造方法 | |
| JP2004093535A (ja) | 熱型赤外線固体撮像装置およびその製造方法 | |
| CN113659028B (zh) | 一种红外探测器及其制备方法 | |
| JP6413070B2 (ja) | 赤外線検出素子、及び赤外線検出装置 | |
| JP5655556B2 (ja) | 熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法 | |
| JP6249381B2 (ja) | 赤外線検出素子及びこれを備える赤外線検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |