JP2006514787A - ピクセル構造及び当該ピクセル構造を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的に、赤外線検出器と該検出器を製造する方法に関するものであり、特に、ボロメータベースの焦平面アレイピクセル構造と、該ピクセル構造を製造する方法に関する。
赤外線検出器は、電気的出力を提供する様々なアプリケーションに使用されており、入射赤外線の有用な測定器である。例えば、量子検出器は、一種の赤外線検出器であり、軍用、工業および商業といった様々なアプリケーションにおいて夜間視力の目的でしばしば使用されている。量子検出器は一般的に、極低温で動作し、したがって、極低温冷却装置が必要である。この結果、極低温で動作する量子検出器は比較的複雑に設計されており、一般的にかなりの量のエネルギィを消費する。
上述した背景に照らして、本発明は、典型的には焦平面アレイの一のエレメントを形成し、間隔をあけて配置した検出器と絶縁体を有する(すなわち、熱絶縁構造)ボロメータを具えるピクセル構造を提供する。
この絶縁体は複数の脚部を有しており、ある実施例ではこの脚部が検出器の面積と絶縁体の脚部の長さを最大にして、従って、ピクセル構造の性能が最適化するように検出器の下に配置されている。これに関して、検出器の面積を最大にすることがボロメータの吸収効率を上げ、1/fノイズのレベルを低減する。さらに、ある実施例では、サーペンタイン脚部を具えるなどして、脚部の長さを長くすることで吸収効率を上げ、ボロメータの熱抵抗を上げ、基板への熱損失を最小限にしている。
更なる実施例では、熱インピーダンス脚部は、まず前記第1の犠牲層を貫通するコンタクトホールを作って、コンタクト位置を規定することによって形成される。ついで、前記第1の犠牲層の上に、少なくとも前記コンタクト位置のホール内の一部に第1の熱絶縁層が形成される。次いで、このコンタクト位置において前記第1の絶縁層を通る開口が形成される。開口を作った後に、第1の導電層が前記第1の熱絶縁層の少なくとも一部の上であって前記開口内に形成される。次いで、前記第1の熱伝導材料上に第2の熱絶縁層が形成される。本実施例では、前記コンタクト位置内に配置された第1の熱絶縁層、第1の導電層、および第2の熱絶縁層がベースアンカを構成している。
本発明を、本発明の好ましい実施例が示されている添付の図面を参照して以下により詳細に説明する。しかしながら、本発明は様々な形で具現化することができ、ここに述べる実施例に限定して解釈するべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が完全であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えられるように記載されている。全体を通して同じ符号が同じ要素に引用されている。
Claims (30)
- 輻射を検出するボロメータベースの焦平面アレイのピクセル構造において:
基板と;
ボロメータと:
を具え、当該ボロメータが、
前記基板に対してスペースを空けた関係で支持されている検出器であり、入射熱輻射を吸収するように構成されており、当該検出器の電気抵抗が検出器の温度変化に応じて変化する検出器と、
前記検出器の完全に下側に配置された複数のサーペンタイン曲線を具える絶縁体であり、当該絶縁体が前記検出器と前記基板との間に延在して、前記検出器を前記基板に対してスペースを空けた関係で支持している絶縁体と;
前記検出器と前記絶縁体との間に配置された共振層であって、当該共振層が前記検出器と前記共振層の間に規定される領域が第1の共振キャビティを形成するように配置されており、前記共振層と前記絶縁体の間に規定される領域が第2の共振キャビティを形成するように配置されている共振層と;
を具えることを特徴とするピクセル構造。 - 請求項1に記載のピクセル構造において、前記検出器と前記絶縁体が、各々の平面内に配置されており、少なくとも部分的にギャップで分離されていることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項2に記載のピクセル構造において、前記基板と前記絶縁体が、各々の平面内に配置されており、少なくとも部分的にギャップで分離されていることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項1に記載のピクセル構造において、前記検出器が酸化バナジウムを具えることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項1に記載のピクセル構造がさらに、前記基板と前記絶縁体の間に延在する複数のベースアンカを具え、前記ベースアンカが前記絶縁体を前記基板に対してスペースを空けた関係に支持することを特徴とするピクセル構造。
- 請求項5に記載のピクセル構造において、前記ベースアンカが円錐台形形状であることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項5に記載のピクセル構造において、前記ボロメータが更に、前記検出器と前記絶縁体との間に延在する少なくとも一のエレベーションアンカを具え、前記少なくとも一のエレベーションアンカが前記検出器を前記絶縁体に対してスペースを空けた関係で支持していることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項7に記載のピクセル構造において、前記少なくとも一のエレベーションアンカが、円錐台形形状であることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項1に記載のピクセル構造において、前記絶縁体が更に、前記検出器に対して少なくとも部分的に入射熱輻射を反射することを特徴とするピクセル構造。
- 請求項1に記載のピクセル構造において、前記絶縁体の複数のサーペンタイン脚部が第1の方向に延在する第1のブランチセットと、前記第1のセットの各ブランチと交差し、前記第1の方向とことなる第2の方向に延在する第2のブランチセットを具える複数のブランチを具えることを特徴とするピクセル構造。
- 基板とボロメータを具えるピクセル構造において、当該ボロメータが:
前記基板に対してスペースを空けた関係に支持されている検出器であって、当該検出器が入射熱輻射を吸収するように構成されており、前記検出器の温度変化に応じて電気抵抗が変化する検出器と;
前記検出器と前記基板との間に延在し、前記検出器を前記基板に対してスペースを空けた関係で支持する複数の二次元サーペンタイン脚部を具える絶縁体と;
前記検出器と前記絶縁体間に配置された共振層であって、前記検出器と前記共振層間に規定された領域が第1の共振キャビティを形成するように前記共振層が配置されており、また、前記共振層と前記絶縁体間に規定される領域が第2の共振キャビティを形成するように前記共振層が配置されている、共振層と;
を具えることを特徴とするピクセル構造。 - 請求項11に記載のピクセル構造において、前記絶縁体が完全に前記検出器の下側に配置されていることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項11に記載のピクセル構造において、前記絶縁体の平面的なサーペンタイン脚部が、第1の方向に延在する第1のブランチセットと、前記第1のブランチセットのそれぞれのブランチに交差し、前記第1の方向と異なる第1の方向に延在する第2のブランチセットとでなる複数のブランチを具えることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項11に記載のピクセル構造において、前記検出器と前記絶縁体がそれぞれ平面に配置されており、少なくとも部分的にギャップで分離されていることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項14に記載のピクセル構造において、前記基板と前記絶縁体がそれぞれ平面内に配置されており、少なくとも部分的にギャップで分離されていることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項11に記載のピクセル構造において、前記検出器が酸化バナジウムを具えることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項11に記載のピクセル構造が更に、前記基板と前記絶縁体の間に延在する複数のベースアンカを具え、当該ベースアンカが前記絶縁体を前記基板に対してスペースを空けた関係で支持していることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項17に記載のピクセル構造において、前記ベースアンカが円錐台形形状であることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項17に記載のピクセル構造において、前記ボロメータが更に、前記検出器と前記絶縁体の間に延在する少なくとも一のエレベーションアンカを具え、当該少なくとも一のエレベーションアンカが前記検出器を前記絶縁体に対してスペースを空けた関係で支持していることを特徴とするピクセル構造。
- 請求項19に記載のピクセル構造において、前記少なくとも一のエレベーションアンカが円錐台形形状を有することを特徴とするピクセル構造。
- 請求項11に記載のピクセル構造において、前記絶縁体が更に、少なくとも部分的に前記検出器に向けて入射熱輻射を少なくとも部分的に反射することを特徴とするピクセル構造。
- ピクセル構造の製造方法において:
基板上に第1の犠牲層を蒸着するステップと;
前記第1の犠牲層の上に複数の熱インピーダンス脚部を形成するステップと;
前記熱インピーダンス脚部の上に第2の犠牲層を蒸着するステップと;
前記第2の犠牲層の上に共振層を蒸着するステップであって、当該共振層が導電材料を具えるステップと;
前記共振層上にボロメータ材料を蒸着するステップであって、前記ボロメータ材料が入射熱輻射を吸収するものであり、前記ボロメータ材料が当該ボロメータ材料の温度変化に応じて変化する電気抵抗を有し、前記ボロメータ材料をボロメータ材料と共振層の間に規定される領域が第1の共振キャビティを形成するように蒸着するステップと;
前記第1及び第2の犠牲層を、ボロメータ材料が基板からスペースを空けるように除去するステップであって、前記第2の犠牲層を前記熱インピーダンス脚部と前記共振層の間に規定される領域が第2の共振キャビティを形成するように除去するステップと;
を具えることを特徴とするピクセル構造の製造方法。 - 請求項22に記載の方法において、前記ボロメータを蒸着するステップが、前記第1及び第2の犠牲層の除去ステップに続いて、ボロメータ材料が熱インピーダンス局部を完全にカバーするようにボロメータ材料を蒸着するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項22に記載の方法において、前記熱インピーダンス脚部を形成するステップが、サーペンタイン形状の複数の熱インピーダンス脚部を形成するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項24に記載の方法において、前記熱インピーダンス脚部を形成するステップが、第1の方向に延在する第1のブランチセットと、前記第1のブランチセットのそれぞれのブランチに交差し、前記第1の方向と異なる第1の方向に延在する第2のブランチセットとでなる複数のブランチを有する平面サーペンダイン脚部形状の複数の熱インピーダンス脚部を形成するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項22に記載の方法において、前記熱インピーダンス脚部を形成するステップが:
前記第1の犠牲層を貫通する複数のコンタクトホールを作るステップと;
前記コンタクトホール内に複数のベースアンカを形成するステップと;
前記第1の犠牲層の上に、前記ベースアンカが前記第1の犠牲層を除去するときに前記基板に対してスペースを空けた関係に前記熱インピーダンス脚部を支持するように前記ベースアンカとの機械的接続を取って前記複数の熱インピーダンス脚部を形成するステップと;
を具えることを特徴とする方法。 - 請求項26に記載の方法において、前記ベースアンカが、断面がV字形状の複数のベースアンカを形成するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項22に記載の方法において、前記熱インピーダンス脚部を形成するステップが:
前記第1の犠牲層を貫通する複数のホールを作り、これによって複数のコンタクト位置を規定するステップと;
前記第1の犠牲層の上、及び前記コンタクト位置の前記ホール内に少なくとも部分的に第1の熱絶縁層を蒸着するステップと;
前記コンタクト位置に、前記第1の熱絶縁層を通る複数の開口を作るステップと;
前記第1の熱絶縁層の少なくとも一部の上及び前記開口内に第1の導電層を蒸着するステップと;
前記第1の熱導電材料の上に第2の熱絶縁層を蒸着するステップであって、前記コンタクト位置における前記第1の熱絶縁層と、前記第1の導電層と第2の熱絶縁層の蒸着ステップが、複数のベースアンカを形成するステップと;
を具えることを特徴とする方法。 - 請求項28に記載の方法において、前記ボロメータ材料の蒸着ステップが、ボロメータ材料が前記第1の導電層と電気的通信を行うように前期ボロメータ材料を蒸着するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法が更に、前記ボロメータ材料を蒸着する前に導電層とボロメータ材料の間に電気コネクタを形成するステップを具え、当該電気コネクタを形成するステップが:
前記共振層と、前記第2の犠牲層と、第2の熱絶縁層を貫通する少なくとも一のキャビティを作り、これによって前記第1の導電層上に少なくとも一の接続位置を規定するステップと;
前記共振層の上に、また、前記少なくとも一つの接続位置において前記少なくとも一のキャビティ内に少なくとも部分的に熱絶縁層を蒸着するステップと;
前記少なくとも一つの接続位置に前記熱絶縁層を通る少なくとも一の開口を作り、前記第1の導電層を露出させるステップと;
前記露出した第1の導電層上の開口内に第2の導電層を、当該第2の導電層が前記第1の導電層と電気通信を行い、前記ボロメータ材料が前記第2の犠牲層上に蒸着されるときに、当該ボロメータ材料が前記第2の導電材料と電気的通信するように、少なくとも部分的に前記開口を超えて延在するように蒸着するステップと;
を具えることを特徴とする方法。
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