JP2009128362A - Sensor element for spectroscopic or optical measurement and method for manufacturing the same - Google Patents

Sensor element for spectroscopic or optical measurement and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the cost and convenience of a sensor element for spectroscopic or optical measurement and a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: A sensor element for spectroscopic/optical measurement includes: a sensor chip 2 having a measuring device 3 for sensing a beam 10; a cap chip 6 fixed to a sensor chip via a vacuum-sealing connector 5; a free space 7 formed between the cap chip and the measuring device and sealed with the connector 5; and a Fresnel zone structure 12 that focuses the incident beam 10 on the measuring device. A Fresnel lens is not realized as a three-dimensional structure on an upper surface of the chip but realized inside of the cap chip. That is, the Fresnel zone structure is formed inside of the cap chip. Therefore, the present invention makes it possible to realize a Fresnel lens, integrated on a cap wafer, which has a flat surface. It is possible to avoid a Fresnel lens taking the form of a three-dimensional structure and to realize the Fresnel lens in a cap wafer or a cap chip. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、分光式または光学式測定に対するセンサエレメントであって、該センサエレメントは、ビームに感応する測定装置を備えたセンサチップと、該センサチップに少なくとも1つの真空密の接続体において固定されているキャップチップと、該キャップチップと前記測定装置との間に形成されていて、少なくとも1つの真空密の接続体によってシールされている自由空間と、入射ビームを前記測定装置に集束するためのフレネルゾーンストラクチャとを有している形式のものに関する。本発明は更に、この種のセンサエレメントの作製方法にも関する。   The invention relates to a sensor element for spectroscopic or optical measurement, the sensor element being fixed in a sensor chip with a measuring device sensitive to the beam and at least one vacuum-tight connection to the sensor chip. A cap tip, a free space formed between the cap tip and the measuring device and sealed by at least one vacuum-tight connector, and for focusing an incident beam on the measuring device It relates to a type having a Fresnel zone structure. The invention further relates to a method for producing such a sensor element.

MEMS(Mikro-Elektro-Mechanisches-System)ベースド赤外線センサはとりわけ、ガス濃度を求めるための分光式測定のために使用される。このためにこれらは、殊に真空化された金属ケーシング、殊にTOケーシングにおいて使用される。その際チップはケーシングの底部に置かれている。ケーシングはハーメチックシールされたメタルキャップによって封止されており、キャップ内に光学的ウィンドウが集積されている。この場合光学的ウィンドウはビーム集束のためのレンズとしても実現することができる。   MEMS (Mikro-Elektro-Mechanisches-System) based infrared sensors are used inter alia for spectroscopic measurements for determining gas concentrations. For this, they are used in particular in evacuated metal casings, in particular in TO casings. In this case, the chip is placed at the bottom of the casing. The casing is sealed with a hermetically sealed metal cap, and an optical window is integrated in the cap. In this case, the optical window can also be realized as a lens for beam focusing.

この形式の形態は比較的大きくかつコストが高い。従って、センサチップがハーメチックシールされて載着されたキャップチップによってシールされている集積されたセンサが公知である。このようにカバーされたセンサは一般に、付加的な光学エレメントと一緒に、センサと光学エレメントとの間に規定の距離を置いて形成されていて、ビーム集束のための適当な光学素子が実現されるようになっている。   This type of form is relatively large and costly. Therefore, integrated sensors are known in which the sensor chip is sealed by a cap chip mounted hermetically sealed. Sensors covered in this way are generally formed with additional optical elements, with a defined distance between the sensors and the optical elements, so that suitable optical elements for beam focusing are realized. It has become so.

更に、ビーム集束をフレネルレンズによって形成することが公知であり、その際チップの上面に3次元のストラクチャが形成される。連続するシリコンと空気により屈折率の高い急激な変化が実現され、場所に依存した有効屈折率が設定されることになる。こうして集束作用および付加的な回折作用が実現されるので、通過する電磁ビームはスペクトルに分解される。この場合レンズストラクチャは、関連もしくは重要な測定波長のみが測定装置の活性面に投影されかつ、従って付加的なフィルタエレメントは必要ない。   Furthermore, it is known to form the beam focus with a Fresnel lens, in which case a three-dimensional structure is formed on the upper surface of the chip. A rapid change with a high refractive index is realized by the continuous silicon and air, and an effective refractive index depending on the location is set. A focusing action and an additional diffractive action are thus realized, so that the passing electromagnetic beam is decomposed into a spectrum. In this case, the lens structure projects only the relevant or important measurement wavelengths onto the active surface of the measuring device and therefore no additional filter elements are required.

この場合この形式の3次元のストラクチャは関連の波長に応じてμmより僅かな領域において実現されている。レンズ面に液体が達する場合、レンズ作用およびフィルタ作用はもはや生じていない。この場合このように実現されている3次元のストラクチャによって、レンズ面が洗浄されるもしくはその上の液体を完全に蒸発させることが妨げられる。この形式のようにストラクチャサイズが小さい場合、粘着力に基づいて、著しい露滴形成が発生する可能性がある。この場合殊にオートモービルの領域において水滴および油滴のような種々の物質による汚染が生じる可能性がある。   In this case, this type of three-dimensional structure is realized in a region smaller than μm, depending on the wavelength concerned. When the liquid reaches the lens surface, lens action and filter action no longer occur. In this case, the three-dimensional structure realized in this way prevents the lens surface from being washed or from completely evaporating the liquid thereon. When the structure size is small as in this type, significant dew formation may occur based on the adhesive force. In this case, contamination can occur with various substances such as water and oil droplets, especially in the area of automobiles.

本発明の課題は、このような従来技術の欠点を克服した、冒頭に述べた形式のセンサエレメントおよびその作製方法を提供することである。   The object of the present invention is to provide a sensor element of the type mentioned at the outset and a method for its production which overcomes the drawbacks of the prior art.

本発明によれば、フレネルレンズは3次元のストラクチャとしてチップの上面に実現されているのではなく、キャップチップ内部に実現される。ストラクチャは殊に関連の領域のドーピングによって実現することができる。従って、本発明によれば、キャップのウェハに集積された、フラットな表面を有するフレネルレンズを実現することができる。   According to the present invention, the Fresnel lens is not realized on the upper surface of the chip as a three-dimensional structure, but is realized inside the cap chip. The structure can be realized in particular by doping the relevant regions. Therefore, according to the present invention, a Fresnel lens having a flat surface integrated on a cap wafer can be realized.

本発明は、ドーピングにより非常に高い屈折率差を実現することができるという認識に基づいている。屈折率は誘電率に比例しているので、材料の高いドーピングにより屈折率の大きな急激な変化を実現することができるので、フレネルレンズに対して3次元のストラクチャを回避することができかつキャップウェハもしくはキャップチップ内の実現が可能である。こうして、従来技術において発生した、3次元ストラクチャ化された表面の問題は生じないことになる。本発明によれば、外部から到来する物質の固着が困難でありかつその光学的特性が水および油による汚れのような外部に付着する物質に依存しないまたはほんの僅かしか依存しないフラットな表面を実現することができる。更に、汚染の完全な蒸発による洗浄が可能であり、並びに場合によっては機械的な損傷のおそれなしに簡単な機械的な洗浄も可能である。   The present invention is based on the recognition that very high refractive index differences can be realized by doping. Since the refractive index is proportional to the dielectric constant, a large drastic change in the refractive index can be realized by high doping of the material, so that a three-dimensional structure can be avoided for the Fresnel lens and the cap wafer. Or realization in a cap chip is possible. Thus, the three-dimensional structured surface problem that occurred in the prior art does not occur. According to the present invention, it is possible to realize a flat surface in which the material coming from the outside is difficult to fix and whose optical properties are independent or only slightly dependent on the externally attached material such as water and oil stains. can do. Furthermore, cleaning by complete evaporation of the contamination is possible, and in some cases simple mechanical cleaning is possible without the risk of mechanical damage.

本発明による連続する、同心のリングストラクチャとしての種々異なってドーピングされた領域、殊に弱くドーピングされた領域および強くドーピングされた領域により、ストラクチャにわたった場所に依存した有効屈折率が実現される。その結果として、比較的高い有効屈折率を有しているもしくは比較的高くドーピングされた領域が相互に比較的大きな半径方向の距離を有しているラテラル方向に見て外側の領域に入射するビームは、リングストラクチャの中央に入射するビームより強く屈折され、これにより入射ビームを感応する測定装置もしくはその感応ストラクチャに集中させることができる本発明の集束作用、ひいてはフレネルレンズ作用が実現される。   The differently doped regions as continuous, concentric ring structures according to the invention, in particular weakly doped regions and heavily doped regions, provide an effective refractive index depending on the location across the structure. . As a result, a beam that is incident on an outer region viewed laterally having a relatively high effective refractive index or a relatively highly doped region having a relatively large radial distance from each other. Is refracted more strongly than the beam incident on the center of the ring structure, thereby realizing the focusing action and thus the Fresnel lens action of the present invention that can concentrate the incident beam on the measuring device or the sensitive structure.

本発明によれば殊に領域のドーピングが設定されているが、ドーピングに対して択一的に、種々異なっている屈折率を有する領域をキャップチップの基板において基本的に例えばSi材料の酸化または窒化のような化学的な変化によって生成することができる。   According to the invention, the doping of the region is set in particular, but alternatively, with a different refractive index, regions with different refractive indices are basically formed on the substrate of the cap chip, for example by oxidation of Si material. It can be produced by chemical changes such as nitriding.

本発明によれば殊に、赤外線領域、殊にCO2、窒素酸化物などのようなガスの吸収波長の領域における放射に対する設計が重要である。その場合このためにストラクチャを適当なオーダにおいてストラクチャ化することができる。こうして本発明によれば殊に、CO2のIR放射の吸収性を測定するための分光式センサを使用して、CO2含有冷媒または自動車の内部空気におけるCO2の蓄積を求めることができる。   According to the invention, the design for radiation is particularly important in the infrared region, in particular in the region of the absorption wavelength of gases such as CO2, nitrogen oxides and the like. In this case, the structure can be structured in an appropriate order for this purpose. Thus, according to the invention, it is possible in particular to determine the accumulation of CO2 in a CO2-containing refrigerant or in the interior air of a motor vehicle using a spectroscopic sensor for measuring the absorption of CO2 IR radiation.

従って本発明のセンサエレメントはビームを集束するための付加的な光学手段なしに、すなわち光路における付加的なレンズなしにも実現することができる。   The sensor element of the invention can thus be realized without additional optical means for focusing the beam, i.e. without an additional lens in the optical path.

更に本発明のフレネルゾーンストラクチャは有利にも、感応する測定装置における中心波長の周辺の波長領域の入射ビームだけを集束するので、付加的な波長選択フィルタエレメントは必要でない。   Furthermore, since the Fresnel zone structure of the present invention advantageously focuses only the incident beam in the wavelength region around the central wavelength in the sensitive measuring device, no additional wavelength selective filter element is required.

本発明によれば、センサウェハおよびキャップウェハが別個にストラクチャ化されておりかつ後に結合することができ、その結果個々のセンサエレメントを個別化により作製することができるウェハレベルでの作製が可能である。   According to the present invention, the sensor wafer and the cap wafer are separately structured and can be joined later, so that wafer level fabrication is possible where individual sensor elements can be fabricated by individualization. .

次に本発明を図示の実施亭に基づいて詳細に説明する。   Next, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.

本発明のセンサエレメント1はIRビームに感応する測定装置3を有するセンサチップ2を有している。センサチップ2には、低温で溶融するガラス材料から成る真空密のシールガラス接続体5を介してキャップチップ6が固定されている。キャップチップ6はその下面にKOHエッチングにより形成された空洞7を有している。つまり空洞は測定装置3とキャップチップ6との間に、真空が形成されている自由空間7を形成している。   The sensor element 1 of the present invention has a sensor chip 2 having a measuring device 3 sensitive to an IR beam. A cap chip 6 is fixed to the sensor chip 2 via a vacuum-tight seal glass connector 5 made of a glass material that melts at a low temperature. The cap chip 6 has a cavity 7 formed on the lower surface thereof by KOH etching. That is, the cavity forms a free space 7 in which a vacuum is formed between the measuring device 3 and the cap chip 6.

測定装置3はこのようなものとして公知でありかつ例えばサーモパイルストラクチャを有していることができ、このためにセンサチップ2における熱的なアイソレーションのために空洞4が形成されているようにすることができる。更に測定装置3はホトダイオード、ホト抵抗または関連のビームに対して感応する別のエレメントを有していることができ、その際にこの形式のエレメントに対して空洞4は必要ではない。   The measuring device 3 is known as such and can have a thermopile structure, for example, so that a cavity 4 is formed for thermal isolation in the sensor chip 2. be able to. Furthermore, the measuring device 3 can have a photodiode, a photoresistor or another element sensitive to the associated beam, in which case the cavity 4 is not necessary for this type of element.

本発明によれば、キャップチップ6の上面8はフラットにもしくは平坦に実現されている。下面9も空洞7の上方の領域において有利にはフラットに実現されている。キャップチップ6には、入射ビーム10を集束するためのフレネルゾーンレンズ12が形成されている。フレネルゾーンレンズ12は殊に図3から分かるリング形状のストラクチャによりドーピングされた領域14とドーピングされていない領域15とから形成される。これら領域はキャップチップ6の上面8に実現されている。この場合例えばキャップチップ6のpドーピングされたシリコンにおいて低くnドーピングされた領域14が形成されるようにすることができる。有利には、領域14は高ドーピングされており、すなわちnドーピングされており、その結果チップ6の領域14とその間に位置する領域15との間にドーピングの高い差異が生じている。誘電率εと屈折率nとの比例関係により、高い濃度差に基づいて屈折率の著しい差異が実現される。 According to the present invention, the upper surface 8 of the cap chip 6 is realized flat or flat. The lower surface 9 is also advantageously flat in the region above the cavity 7. The cap chip 6 is formed with a Fresnel zone lens 12 for focusing the incident beam 10. The Fresnel zone lens 12 is formed in particular from a doped region 14 and an undoped region 15 with a ring-shaped structure as can be seen in FIG. These regions are realized on the upper surface 8 of the cap chip 6. In this case, for example, a low n-doped region 14 can be formed in the p-doped silicon of the cap chip 6. Advantageously, the region 14 is highly doped, i.e. n + doped, resulting in a high doping difference between the region 14 of the chip 6 and the region 15 located therebetween. Due to the proportional relationship between the dielectric constant ε and the refractive index n, a significant difference in refractive index is realized based on a high density difference.

図3の正確なリングストラクチャは、リングストラクチャにおいて回折作用を有するフレネルゾーンレンズ12もしくはフレネルゾーンプレートの原理によって定められている。焦点距離に比べて大きな物体距離、すなわちIR光源の、フレネルゾーンレンズ12からの非常に大きな距離に基づいて(殊に平行なビーム入射、すなわち物体距離は無限である)、それぞれの半径riおよび交番する屈折率niを有するリングRiに対して関連の測定波長がλでありかつ上面8と測定装置3との垂直方向の距離がHである場合次式

Figure 2009128362
が成り立ち、その際にi=1,2,3,…である。 The exact ring structure of FIG. 3 is defined by the principle of a Fresnel zone lens 12 or Fresnel zone plate having a diffractive action in the ring structure. Based on the large object distance compared to the focal length, i.e. the very large distance of the IR light source from the Fresnel zone lens 12 (especially the parallel beam incidence, i.e. the object distance is infinite), the respective radius ri and alternating For a ring Ri having an index of refraction ni where the associated measurement wavelength is λ 0 and the vertical distance between the top surface 8 and the measuring device 3 is H
Figure 2009128362
Where i = 1, 2, 3,...

従って半径riを有するリングRiは交番する領域14および領域15である。従って半径ri、すなわち領域14,15の、光軸A(ただしi=1,2,3,…)に対するラテラル方向の距離は外側に向かって拡大していく。ここのリングRiの幅aiは外側に向かって減少する。ラテラルな領域14の垂直方向の高さは有利には一定とすることができる。   Accordingly, the ring Ri having the radius ri is the alternating region 14 and region 15. Accordingly, the radius ri, that is, the distance in the lateral direction of the regions 14 and 15 with respect to the optical axis A (where i = 1, 2, 3,...) Increases outward. The width ai of the ring Ri here decreases toward the outside. The vertical height of the lateral region 14 can advantageously be constant.

ビーム10は、比較的高い有効屈折率を有しているラテラル方向に外側の領域において、リングストラクチャの中心におけるよりも強く屈折される。フレネルゾーンプレートから公知の収束もしくは集束作用が生じ、その際図2および3に図示の、ドーピングされた領域14のストラクチャは、測定装置3がまさに関連の測定波長λ、例えばCO2の吸収波長に対してだけフレネルゾーンレンズ12の焦点に来るように選択されている。有利にはその他の波長は抑圧され、もしくは測定波長λの周辺の波長領域Δλの入射ビームだけが感応する測定装置3に集束され、その結果別の波長固有のフィルタは必要ない。 The beam 10 is refracted more strongly in the laterally outer region having a relatively high effective refractive index than in the center of the ring structure. Fresnel zone plate known convergent or focusing action occurs from the illustrated in the case 2 and 3, structures of the doped region 14, the measuring device 3 is very related measurement wavelength lambda 0, for example, the absorption wavelength of CO2 It is selected to come to the focal point of the Fresnel zone lens 12 only. The other wavelengths are preferably suppressed or only the incident beam in the wavelength region Δλ around the measuring wavelength λ 0 is focused on the sensitive measuring device 3, so that no separate wavelength-specific filter is required.

従って上面8と測定装置3との垂直方向の距離は、測定波長λ、ドーピングされた領域14のリングストラクチャの幾何学的な形態iを考慮した領域14,15の屈折率並びにキャップチップ6の下面8での光屈折に依存して適当に選択されている。 Accordingly, the vertical distance between the upper surface 8 and the measuring device 3 is such that the measurement wavelength λ 0 , the refractive index of the regions 14 and 15 taking into account the geometric form i of the ring structure of the doped region 14 and the cap chip 6. It is appropriately selected depending on the light refraction at the lower surface 8.

従って図示のセンサエレメント1は付加的なレンズ、ミラーまたはその他の集束作用をする光学手段を有していない。入射するIRビーム10の集束は、関連の測定波長λもしくは中心波長としての測定波長λ周辺の波長領域Δλにおいてフレネルゾーンレンズの原理に従って専ら屈折、回折および干渉によって行われる。 The illustrated sensor element 1 therefore does not have additional lenses, mirrors or other optical means for focusing. The focusing of the incident IR beam 10 is carried out exclusively by refraction, diffraction and interference according to the principle of a Fresnel zone lens in the relevant measurement wavelength λ 0 or the wavelength region Δλ around the measurement wavelength λ 0 as the central wavelength.

IRビーム10に代わって、フレネルゾーンレンズ12は基本的に可視光線に対して設計されていてもよい。   Instead of the IR beam 10, the Fresnel zone lens 12 may basically be designed for visible light.

本発明のセンサエレメント1は殊に広帯域の用途に対して、例えば例えば領域8乃至14μmの波長に対して関連している表面温度センサとして設計されていてもよい。   The sensor element 1 according to the invention may be designed in particular as a surface temperature sensor, which is relevant for broadband applications, for example for wavelengths in the region 8 to 14 μm.

作製は本発明によればウェハレベルにおいて行うことができる。センサウェハ2およびキャップウェハ6がストラクチャ化され、その際キャップウェハ6において裏面からKOHエッチングにより空洞7が形成されかつ上面8からドーピングされた領域14がドーピング法、例えばイオン植え込みまたはその他のドーピング法により、場合により適当なマスク技術により形成される。次いで、キャップウェハがセンサウェハにシールガラス接続体5を用いて固定されかつ個別センサエレメント1がウェハスタック体の個別化もしくは鋸引きにより作製される。   Fabrication can be done at the wafer level according to the present invention. The sensor wafer 2 and the cap wafer 6 are structured, in which the cavity 14 is formed from the back surface by KOH etching and the doped region 14 from the top surface 8 is doped by a doping method, for example ion implantation or other doping methods. In some cases, it is formed by an appropriate mask technique. Next, the cap wafer is fixed to the sensor wafer using the seal glass connector 5 and the individual sensor element 1 is produced by individualizing or sawing the wafer stack.

本発明のセンサエレメントを回路支持体に取り付けた状態で示す縦断面略図1 is a schematic longitudinal sectional view showing a sensor element of the present invention attached to a circuit support. 本発明のキャップチップの縦断面略図Schematic cross-sectional view of the cap chip of the present invention キャップチップの平面略図Plan view of cap chip

符号の説明Explanation of symbols

1 センサエレメント、 2 センサチップ、 3 測定装置、 5 接続体、 6 キャップチップ、 7 空洞、 8 上面、 9 下面、 10 ビーム、 12 フレネルゾーンストラクチャもしくはレンズ、 14 ドーピングされた領域、 15 ドーピングされていない領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor element, 2 Sensor chip, 3 Measuring apparatus, 5 Connection body, 6 Cap chip, 7 Cavity, 8 Upper surface, 9 Lower surface, 10 Beam, 12 Fresnel zone structure or lens, 14 Doped area, 15 Undoped region

Claims (15)

分光式または光学式測定に対するセンサエレメントであって、該センサエレメントは、
ビーム(10)に感応する測定装置(3)を備えたセンサチップ(2)と、
該センサチップ(2)に少なくとも1つの真空密の接続体(5)において固定されているキャップチップ(6)と、
該キャップチップ(6)と前記測定装置(3)との間に形成されていて、少なくとも1つの真空密の接続体(5)によってシールされている自由空間(7)と、
入射ビーム(10)を前記測定装置(3)に集束するためのフレネルゾーンストラクチャ(12)と
を有している形式のものにおいて、
前記フレネルゾーンストラクチャ(12)は前記キャップチップ(6)に形成されている
ことを特徴とするセンサエレメント。
Sensor element for spectroscopic or optical measurement, the sensor element comprising:
A sensor chip (2) with a measuring device (3) sensitive to the beam (10);
A cap chip (6) fixed to the sensor chip (2) by at least one vacuum-tight connector (5);
A free space (7) formed between the cap tip (6) and the measuring device (3) and sealed by at least one vacuum-tight connector (5);
In the form of a Fresnel zone structure (12) for focusing an incident beam (10) onto the measuring device (3),
Sensor element characterized in that the Fresnel zone structure (12) is formed in the cap chip (6).
前記キャップチップ(6)の上面(8)はフラットに形成されている
請求項1記載のセンサエレメント。
2. A sensor element according to claim 1, wherein the upper surface (8) of the cap chip (6) is formed flat.
前記キャップチップ(6)の下面(9)はフラットに形成されている
請求項1記載のセンサエレメント。
2. A sensor element according to claim 1, wherein the lower surface (9) of the cap chip (6) is formed flat.
前記フレネルゾーンストラクチャ(12)は前記キャップチップ(6)の上面(8)および/または下面(9)に接して形成されている
請求項1から3までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
The sensor element according to any one of claims 1 to 3, wherein the Fresnel zone structure (12) is formed in contact with the upper surface (8) and / or the lower surface (9) of the cap chip (6).
前記フレネルゾーンストラクチャ(12)は前記キャップチップ(6)にドーピングされた領域(14)を有している
請求項1から4までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
Sensor element according to any one of the preceding claims, wherein the Fresnel zone structure (12) has a region (14) doped in the cap chip (6).
前記フレネルゾーンストラクチャ(12)は異なってドーピングされている領域(14,15)から成る交番するリング(Ri)から形成されている
請求項5記載のセンサエレメント。
Sensor element according to claim 5, characterized in that the Fresnel zone structure (12) is formed of alternating rings (Ri) consisting of differently doped regions (14, 15).
前記上面(8)および/または下面(9)にリング形状のドーピングされた領域(14)が形成されており、該領域の間に、前記キャップチップ(6)の基板材料の領域(15)が残っている
請求項6記載のセンサエレメント。
A ring-shaped doped region (14) is formed on the upper surface (8) and / or the lower surface (9), and a region (15) of the substrate material of the cap chip (6) is formed between the regions. The sensor element according to claim 6 remaining.
前記ドーピングされた領域(14)は高ドーピングされており、有利には前記キャップチップ(6)の基板材料とは反対の導電形でドーピングされている
請求項5から7までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
The doped region (14) is highly doped, preferably doped with a conductivity type opposite to the substrate material of the cap chip (6). Sensor element.
前記ドーピングされた領域(14)は実質的に同じ垂直方向の高さ(h)によって形成されている
請求項5から8までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
Sensor element according to any one of claims 5 to 8, wherein the doped region (14) is formed by substantially the same vertical height (h).
前記ドーピングされた領域(14)の幅(ai)は半径方向において外側に減少している
請求項5から9までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
Sensor element according to any one of claims 5 to 9, wherein the width (ai) of the doped region (14) decreases outward in the radial direction.
前記フレネルゾーンレンズ(12)は中心測定波長λの周辺の波長領域(Δλ)の入射ビーム(10)を前記測定装置(3)に集束する
請求項1から10までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
The Fresnel zone lens (12) focuses an incident beam (10) in a wavelength region (Δλ) around a central measurement wavelength λ 0 onto the measurement device (3). Sensor element.
前記感応する測定装置(3)はIRビーム(10)に対して感応しかつ前記フレネルゾーンレンズ(12)は入射するIRビーム(10)を集束する
請求項1から11までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
The sensitive measuring device (3) is sensitive to an IR beam (10) and the Fresnel zone lens (12) focuses the incident IR beam (10). Sensor element.
センサエレメントは例えば領域8乃至14μmの波長に対して、表面温度センサとして形成されている
請求項1から12までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
The sensor element according to any one of claims 1 to 12, wherein the sensor element is formed as a surface temperature sensor, for example, with respect to a wavelength in a region of 8 to 14 µm.
センサエレメントは光学装置およびスペクトルフィルタとしてフレネルゾーンレンズ(12)だけを有しておりかつ別の、ビーム(10)を集束しかつ波長選択性の光学装置を有していない
請求項1から13までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
14. The sensor element has only a Fresnel zone lens (12) as an optical device and a spectral filter and does not have another optical device that focuses the beam (10) and is wavelength selective. The sensor element according to any one of the above.
請求項1から14までのいずれか1項記載のセンサエレメントの作製方法において、少なくとも次のステップ:
複数の感応測定装置(3)を有するセンサウェハ(2)を作製し、
キャップウェハ(6)を、
複数の空洞(7)を形成するために該キャップチップ(6)の裏面(9)をエッチングし、
該キャップチップ(6)の上面(8)を、種々異なっている半径(ri)を有する半径方向の、同心リング(14)を有するフレネルゾーンレンズ(12)としてストラクチャ化する、殊にドーピングする
ことによってストラクチャ化し、かつ
それぞれフレネルレンズストラクチャ(12)が感応測定装置(3)の上方に配置されているように、前記キャップウェハ(6)を前記センサウェハ(2)に載着しかつ真空密の接続体(5)において真空密の接続しかつこうして形成されたウェハスタック体を複数のセンサエレメント(1)に個別化する
を有している方法。
15. The method for producing a sensor element according to any one of claims 1 to 14, wherein at least the following steps:
A sensor wafer (2) having a plurality of sensitive measuring devices (3);
Cap wafer (6)
Etching the back surface (9) of the cap chip (6) to form a plurality of cavities (7);
Structuring, in particular doping, the upper surface (8) of the cap chip (6) as a Fresnel zone lens (12) with radial, concentric rings (14) with different radii (ri). And the cap wafer (6) is mounted on the sensor wafer (2) and vacuum-tightly connected so that each Fresnel lens structure (12) is arranged above the sensitive measuring device (3). A method comprising vacuum-tightly connecting in the body (5) and individualizing the wafer stack body thus formed into a plurality of sensor elements (1).
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