JP2010261935A - 赤外からテラヘルツ周波数帯域の電磁放射を検出するボロメータ検出器、およびかかる検出器を備えたアレイ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射を受信するアンテナ機能と、受信した電磁力を熱量に変換する変換機能および熱測定機能を分離したボロメータ検出器。
【解決手段】ボロメータ検出器は以下を備えている：電磁放射を収集するための第１および第２の交差ボウタイアンテナ（５４、６８）と；サポートと熱的分離アーム（６２）とによって基板（５２）の上に支持されるボロメータマイクロブリッジ構造（５６）であって：収集された電磁力を熱量に変換するため前記アンテナ（５４、６８）に結合される抵抗負荷と；生成された熱量によって温度上昇可能に抵抗負荷に結合される熱測定素子。第１アンテナ（５４）はマイクロブリッジ（５６）の外側にあって抵抗負荷と容量性結合し、第２アンテナはマイクロブリッジ（５６）の中にあって抵抗負荷と抵抗結合している。
【選択図】図４

Description

本発明はアンテナベースのボロメータ検出器の分野に関し、詳細には赤外（特には3〜５μｍおよび８〜１４μｍ帯域）からテラヘルツ周波数帯域の電磁放射を検出するように設計された２個の交差ボウタイアンテナを有する検出器の分野に関する。

赤外領域の検出に関しては、多くの適用がすでに広く知られている。テラヘルツ周波数（即ち１００ＧＨｚ〜１０テラヘルツの周波数領域）に関して想定される適用には以下のものが含まれる（ただし、このリストは網羅的ではない）：
・テラヘルツ検出が解剖学的構造およびその内部で起こる化学反応の詳細にアクセスを提供する医療診断；Ｘ線、超音波のいずれもこの情報は提供しない；
・軍事および航空安全、例えば、対ステルスレーダーシステムまたは目標物識別に優れた高精度レーダーへの適用；
・大気汚染の調査および検出；サブミリ波観測は大気の化学的性質に関して重要な情報を提供するので、例えば遠赤外領域に強い吸収線を有するため従来技術では検出が難しかった三酸化二窒素のような大気汚染物質の監視に極めて高い効果を発揮する；
・化学種の識別；熟した果実から発せられるある種の化合物や産業用燃焼設備から放出される化合物など、多くの複合化合物はテラヘルツ帯域に非常にユニークな特徴を有しており、例えば爆薬や毒生産物の検出などを確実に行うことができる；
・分子または原子レベルの現象の分析；テラヘルツ分光法は、光励起、光解離、溶媒和などの仕組みについて新発見を可能にする；（例えば水素結合や分子振動）分子間相互作用、凝縮相システム、ペプチドやプロテインのような巨大分子の動力学過程、およびテラヘルツ放出に基づく技術を用いた高分子の観測と定位、の分析にも同様に適用される；
・半導体などの材料特性を調査し、その移動度、例えば超高速キャリア、キャリアフォノン相互作用、超導体、重合体、セラミックス、有機材料、および多孔質材の変遷を非破壊的に決定すること。更に、テラヘルツ帯域において、プラスチック、紙、繊維のような材料は透明であり、金属は完全反射体であり、水は高い吸収性を示す。そのため、この帯域での検出は、例えば、パッケージ製品の検査または製造工程の現場リアルタイム監視に特に適している。

・ブロードバンド電気通信；地上通信用や衛星間通信用により高いデータレートへと向かうトレンドが製造者たちのシステム開発を後押ししており、すでに数百ギガヘルツで動作している周波数が未来には数テラヘルツにまで高められるほどである。

先行技術

通常、抵抗ボロメータ検出器は赤外帯域の入射光の力を測定するが、これを得るために吸収抵抗ボロメータ素子を備えており、光束を熱流に変換することで前記素子を基準温度に対して上昇させる。この温度上昇は吸収素子の電気抵抗を変化させ、ひいては電気抵抗端末の電圧または電流を変化させる。これらの電気的変化は検出器からの出力信号を構成する。

しかしながら、吸収素子の温度は通常その環境、特に電気読出し回路を備えた基板の環境に大きく依存する。吸収素子をその環境に対しできるだけ鈍感にして検出器の感度を向上させるためには、一般的に吸収素子を基板から熱的に隔離する。

図１は、先行技術にかかる基本抵抗ボロメータ検出器１０の概略斜視図であり、この検出器１０の熱分離原理を示す。ここに示された基本検出器は、基本検出器の１または２次元アレイの一部を示す典型例である。

検出器１０は入射光を吸収する薄膜１２を備える。この薄膜１２は、２本の熱的に分離されたサポートアーム１８に取り付けられた２本の導電性ポスト１６によって基板サポート１４の上に支持される。膜１２は、例えばSiO２、SiO、SiN、ZnSまたは膜１２に機械的剛性を与える他の材料から形成される電気的絶縁層と、絶縁層の上に堆積され電気的相互接続金属層とを備える。

さらに抵抗型熱測定材料の薄層２０が、膜１２の電気的相互接続金属層、特には半導体相に作成される特に弱抵抗性または強抵抗性の多結晶または非結晶のｐ型シリコンまたはｎ型シリコンまたはバナジウム酸化物（V2O５、VO2）などの半導体層、の中央に堆積される。

そして、基板サポート１４は、通常「読出し回路」と呼ばれる、シリコンウェーハに組み込まれた電子回路を備える。読出し回路は、まず熱測定素子２０を励起（刺激）する素子を備え、次にアレイ検出器に含まれる様々な熱測定素子から得た信号のシリアル化を可能とする多重化部品を備える。

動作中、電磁波入射の影響で膜１２は温められ、得られた熱は熱測定材料２０の層に移動する。基板１４の読出し回路は、ポスト１６をバイアス電圧にさらすことで膜１２にバイアスを周期的にかけ、熱測定素子２０を流れる電流を取り出す。こうすることで、抵抗の変化、ひいてはこの変化をもたらした入射電磁波を推測する。

かかる検出器の配置と動作は従来どおりであるので、簡潔さのためにここではこれ以上の説明はしない。しかしながら、膜１２が熱分離とは別に３つの主な機能を有することについては留意されたい。３つの機能とは、放射を受信するアンテナ機能、受信した電磁力を熱量に変換する変換機能、そして生じた熱量を測定する熱測定機能である。膜１２はアンテナとして機能するので、その寸法は測定される放射波長と同じ桁におさまるように選択される。

テラヘルツ領域において波長は１ｍｍ程度にまでなるので、おおよそ同じサイズの膜が必要とされる。しかしながらこのような寸法の場合、熱量、機械的強度、そして膜の放射損失は大きな問題であり、最終的には検出器の効率に悪影響をもたらす。

このために、かかる周波数帯域に関し放射受信機能はその他の機能から分離されるのである。受信機能はこのように平面アンテナによって満たされ、電磁力を熱量に変換する機能はアンテナの抵抗負荷によって満たされる。負荷の寸法は、最適な変換を得るために、アンテナの形状とアンテナを支える層の性質に依存した、インピーダンス整合の必要条件に見合ったものとなる。抵抗負荷は、生成される熱量の測定に用いられる熱測定素子と熱的に接触する。このアセンブリは、このようにしてアンテナを有するボロメータを構成する。

かかる構成において熱測定素子はアンテナとそのサイズから独立しており、もはや入射波長には依存せず、検出器の本来的な動作を決定する（感度やS/N比のような）要素に依存し、例えばアクティブイメージングに使用するのかパッシブイメージングに使用するのかによって異なる必要事項に依存することになる。

さらに、ほとんどの場合、入射電磁放射は偏波しないので、アンテナを１つだけ使っただけでは入手可能な電磁力の全てを収集することは不可能である。非偏波電磁放射は、直交して重ね合わされるとともに直線的に偏波された２つの成分であって、各成分が波のエネルギーの半分を伝播するものだとみなすことができる。よく知られているように、入射した電磁放射を収集するための効率的方法の１つに２個の交差ボウタイアンテナの使用が挙げられる。ボウタイアンテナについては、例えば、以下のサイトから入手可能なＲ．ＰＥＲＥＺの博士論文によって説明される。

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｎｉｌｉｍ．ｆｒ／ｔｈｅｓｅｓ／２００５／ｓｃｉｅｎｃｅｓ／２００５１ｉｍｏ００５３／ｐｅｒｅｚ＿ｒ．ｐｄｆ．
米国特許文献第6,329,655号には、ミリメートル周波数帯で動作し２個の交差ボウタイアンテナ３２、３４を有するアンテナベースボロメータ３０が記載されている。このボロメータの概略上面図を図２に、概略断面図を図３に示す。

ボロメータ３０の原理は、基板サポート３６上に位置するアンテナ３２、３４と、被支持膜４０に位置し上には熱測定素子４２が設けられる抵抗負荷３８との間の容量性結合に基づく（図３）。

アンテナ３２、３４の中央上に位置し四角い層の形をした抵抗負荷３８は、実際はアンテナに向く表面を有しており、それ故に、アンテナと共にキャパシタンスを形成する。このように、アンテナ３２、３４によって収集される放射は容量性結合によって負荷３８に伝達される。

しかしながら、抵抗負荷の形状はインピーダンス整合に関して問題を生ずる。

以下の方程式が成り立つ時、インピーダンス整合、ひいては容量性結合はこの負荷に対し最適であると推定される。

ｆは放射の周波数であり、Cはアンテナ３２、３４と抵抗負荷３８との間に形成されるキャパシタンスの値であり、Rは抵抗負荷の抵抗の値である。

最適なインピーダンス整合または結合を達するためにキャパシタンスCの値を大きくするのは無意味である。なぜならそれはアンテナ３２、３４と負荷３８との間にサブミクロンの隙間があるかまたはそれらの間に大きな重なり部分があることを想定しているからである。

しかしながら、アンテナと負荷との間の距離を１００〜２００ナノメートルまで減少させることは、（機械的安定性に影響するカシミール効果や、熱電素子の熱的分離の劣化と検出器の感度低下とをもたらす重大な放射熱伝達などの）物理現象および（不要な接触を避けるために層内の残留応力を制御することや、アンテナと抵抗負荷との間に間隙を形成するのに用いられる犠牲層を制御することなど）今日の製造技術の観点から困難である。

対向する表面を大きくするために抵抗負荷のサイズを増大させることは、受信機能と変換および熱測定機能とを分離するという先に述べたものと全く同じ問題を引き起こす。結果として、装置をテラヘルツ帯域に適応させるためには、キャパシタンスCの値の自由選択は不可能である。

かかる構成においては、テラヘルツ放射に合致した最適な結合を確実にするため、抵抗負荷３８は弱い抵抗、すなわち５０Ω〜２００Ωのシート抵抗でなければならない。この抵抗は、固有な設計上の特徴により、不要ではあるが実際には最適な結合、つまり３００°Kでボディから放射される赤外線であってテラヘルツ周波数域の信号の質を損なわずに効果的に除去するのは非常に困難な赤外線との最適な結合をもたらす。

このため、２個のアンテナに関連した抵抗負荷を用い検出器の中央に方形を有する抵抗負荷を用いて、検出器と赤外放射との結合を最適に保ちつつ最適なインピーダンス整合および容量性結合を得ることは困難である。

さらに、２個のアンテナ３２、３４はいずれも基板３６の上に設けられるので、これら２個のアンテナは基板を介して連結されることとなる。これは検出器のゲインを実質的に減少させ、使用においてかなりの不満が生じる。電気接続的な理由のために、特には基板内の読出し回路と膜の熱測定素子との間に接点を組むことを容易にするために、基板は通常可能な限り薄い。

しかしながら、厚さｅは

の時の方程式e = λ4nを満たさなくてはならないので誘導率εは非常に高くなり、結果として２個の交差アンテナ間の結合が強められることになる。このため、基板を適宜選択することにより、また基板内に統合された電子的要素の配置と動作を大きく変更することなしに、アンテナ間の減結合を減らすことができない。

本発明の目的は、アンテナ間結合のない２個の交差ボウタイアンテナを備えた抵抗ボロメータ検出器を提案することにある。

この目的を達成するために提案されたボロメータ検出器は、赤外〜テラヘルツ周波数帯域の電磁放射を検出するためのものであって、以下を備えている：
・電磁放射を収集するための第１および第２の交差ボウタイアンテナ；
・収集された電磁力を熱量に変換するため前記アンテナに結合される抵抗負荷；および
・サポートと熱的分離アームとによって基板の上に支持されるボロメータマイクロブリッジ構造であって、以下を備える：
・前記抵抗負荷；および
・生成された熱量によって温度上昇可能に抵抗負荷に結合されるボロメータまたは熱測定素子。

本発明によれば、第１アンテナはマイクロブリッジの外側に位置し抵抗負荷と容量性結合され、第２アンテナはマイクロブリッジの内側に位置し負荷と抵抗結合される。

ここで、「マイクロブリッジ」という用語は、基板の上に支持される構造を意味しており、特にはボロメータ膜と第２アンテナを備える構造のことである。

言い換えれば、アンテナはマイクロブリッジと基板との間隙によってお互いに隔たれており、アンテナ間の結合、特に材料を介してのアンテナ間の結合はゆるいものとなっている。

本発明の１つの好適な実施形態によれば、抵抗負荷が金属フィルムを備え、マイクロブリッジがこの金属フィルム上の第１アンテナに向けて配置されたウィングレットを備えることで、第１アンテナと金属フィルムとの間にインピーダンス整合が得られるようにした。ウィングレットは好適には第1アンテナの中央部と同様の形状を有する。特に、ウィングレットは電気的絶縁体に覆われ、ボロメータ素子は少なくとも部分的に前記絶縁体の上に設けられ少なくとも部分的に金属フィルムと接触する。

言い換えると、ウィングレットの寸法、形状、材料は、第２アンテナとは無関係に、第１アンテナとのインピーダンス整合を最適にするように設計される。

従来技術においてアンテナの抵抗負荷はインピーダンス整合と電磁力変換とを両方のアンテナに対して行っていたが、本発明においては第１アンテナの専用のインピーダンス整合素子が追加される。インピーダンス整合機能は少なくとも部分的に変換機能から分断されているので、電磁力変換を担う抵抗素子であって例えば第２アンテナが置かれる熱測定素子を電気的に接続するために通常はマイクロブリッジに設けられる金属フィルムであるウィングレットに圧接された抵抗素子、の選択に関して、自由度が広がる。

本発明の１つの実施形態によると、抵抗負荷は金属層を備え、第２アンテナは少なくとも部分的に、例えば、通常は熱測定素子を読出し回路に電気的に接続するために設けられる金属フィルムまたは金属層に位置する。

言い換えると、抵抗フィルムは、ウィングレットおよび第１アンテナとは無関係に、第２アンテナに受信された電磁力を変換する機能を満たす。

本発明の１つの実施形態によると、第１アンテナは基板の上に位置する。

本発明の１つの実施形態によると、第１アンテナは少なくとも部分的にマイクロブリッジの上に形成される。第１アンテナは熱測定素子用のシールドを形成するので、迷放射線の吸収を制限できる。

本発明の目的は、さらに、上記のようなボロメータ検出器の１または２次元アレイを備え、赤外〜テラヘルツ周波数帯域の電磁放射を検出するアレイ検出器を提供することにある。

同一の参照符号が同一または類似の構成部分を示す付属の図面に関連する単に例示としての以下の記述により、本発明の理解はさらに容易になるであろう。
上記の先行技術に係る基本ボロメータ検出器の略斜視図である。 上記の先行技術に係るアンテナベースボロメータ検出器の略上面図である。 上記の先行技術に係るアンテナベースボロメータ検出器の略断面図である。 本発明に係るボロメータ検出器の第１実施形態を示す略斜視図である。 第１実施形態に係る検出器を図４のV‐V平面で切り取った断面図である。 第１実施形態に係る検出器を図４のVI‐VI平面で切り取った断面図である。 本発明に係るボロメータ検出器の第２実施形態を示す略斜視図である。 図７のVIII‐VIII平面で切り取った第２実施形態の検出器の略斜視図である。 第１実施形態の一部であるインピーダンス整合ウィングレットを示す略上面図である。 本発明に係る検出器の製造方法を示す略断面図である。 本発明に係る検出器の製造方法を示す略断面図である。 本発明に係る検出器の製造方法を示す略断面図である。 本発明に係る検出器の製造方法を示す略断面図である。

好適な実施形態の説明

基本検出器のアレイの一部である、本発明の第１実施形態に係る基本ボロメータ検出器５０を、図４〜図６を参照して以下に示す。

ボロメータ５０は絶縁基板５２を備え、絶縁基板５２の上には、導電材料によって形成された第１平面ボウタイアンテナ５４が、基板５２の上に２個の導電性ポスト５８によって支持されるマイクロブリッジ５６とともに堆積される。

マイクロブリッジ５６は中央部６０と、中央部６０をポスト５８へ第１アンテナ５４の主軸（V−V)に対し直角に接続する２個の熱的分離アーム６２とで構成される。

マイクロブリッジ５６は、第１電気的絶縁層６４、および導電層６６、特には絶縁層６４に堆積された金属フィルムを備える。

導電材料によって形成され、第１アンテナ５４に交差するように位置し、熱的分離アーム６２に平行な主軸（VI−VI）を有する第２ボウタイアンテナ６８は、マイクロブリッジ５６の導電層６６に形成され、中央部６０の側面のいずれかに延在する。第２ボウタイアンテナ６８はこうして導電層６６に抵抗結合される。

アンテナ５４、６８と同じ材料で形成されたウィングレット７０、７２、７４は、第１ボウタイアンテナ５４に向く表面を有する導電層６６に設けられている。ウィングレット７０、７２、７４はこのようにしてアンテナ５４と容量性結合しており、さらにアンテナ５４とインピーダンス整合を行うようになっているが、これについては以下に詳述する。

ウィングレット７０、７２、７４および中央部６０に位置する第２ボウタイアンテナ６８の一部は、電気絶縁のために、導電層６６の一部を除いて絶縁層７６に覆われる。

熱測定材料７８の層も、絶縁層７６のない部分で導電層６６と接触するように、絶縁層７６に堆積される。

基板５２は、検出器の動作する波長範囲において低い吸収係数を有する絶縁層８０と、リフレクタ８２とを備えており、層８０およびリフレクタ８２は対象となる周波数帯域にアンテナ５４、６８用の共振空洞を形成する。最後に、検出器の読出し回路を備える機能層８４が、リフレクタ８２の下に設けられる。

図７、図８は本発明に係る第２実施形態の略斜視図と断面図である。第２実施形態は、第１実施形態と第１アンテナ５４の設置に関して相違する。第１アンテナはマイクロブリッジ５６の上に、基板５２に載置されるのではなく支持構造９２によって設置される。

特に、この実施形態によると熱測定素子７８用のシールドを形成することが可能であり、迷放射線の吸収を制限できる。

より詳細には、第１アンテナ５４は、熱的分離アーム６２、ポスト５８、および熱測定素子７８と導電層６６との間の接点にシールドを形成しており、これら素子が通常８μm〜１４μm帯域の赤外放射に感応する抵抗特性を有するという事実を踏まえると、これは非常に有利なことである。

アンテナ５４、６８の抵抗負荷が導電層６６、特にはこの層の覆われていない部分に画定されることに注意されたい。

動作中、電磁放射はボウタイアンテナ５４、６８によって収集される。第１アンテナ５４によって収集された電磁力は、容量性結合によってウィングレット７０、７２、７４に伝達される。ウィングレット７０、７２、７４に伝達された電磁力は、ウィングレットが上に形成される導電層６６によって熱に変換される。

第２アンテナ６８によって収集された電磁力は、アンテナが載置される導電層６６によって直接的に変換される。導電層６６と接触関係にある熱測定要素７８の温度はこの接触のために上昇し、その抵抗は変更される。熱測定素子７８に対するバイアス電極機能も満たす導電層６６は、熱測定素子７８をバイアス電圧に当てるために定期的にバイアスを受ける。これにより電流は熱測定素子７８を介して流れその抵抗の変化が自明の方法により確実にされる。

図９に示す上面図は、第１ボウタイアンテナ５４および第２ボウタイアンテナ６８をウィングレット７０、７２、７４と共に概略で示す。長方形の第１中央ウィングレット７２はボウタイアンテナ５４の２個のウィング１００、１０２を跨ぎ、２個の横方向ウィングレット７０、７４は第１アンテナ５４の一部分である１００、１０２にそれぞれ対面する。横方向ウィングレット７０、７４は、アンテナ５４の一部分と実質的に等しい形状とサイズを有する。ウィングレットは台形状であり、反対側に位置するアンテナの台形部分と等しい形状である。その表面部分は、インピーダンス整合を得るのに必要とされるキャパシタンスCに有利に対応する。最適なインピーダンス整合はこのようにして得られる。

さらに、ウィングレット７０、７２、７４の間に位置する導電層６６の一部と、第２アンテナ６８の部分間とによって画定されるアンテナの抵抗負荷は表面積が小さい。抵抗負荷の表面積が減少されたことにより、本発明に係る検出器の（初期近似として抵抗負荷のサイズに比例する）赤外放射との結合も同様に減少される。

また、アンテナ５４、６８とウィングレットの長さ、およびそれらの台形角度８は、検出器の帯域幅を増加または減少させるように選択される。

本発明の第１実施形態に係る検出器の製造方法を図１０から図１２を参照しつつ以下に述べる。

図１０に示すように、検出器の空洞８０、８２は、読出し回路８４の上に位置するリフレクタ８２によって形成される。この読出し回路８４はたとえば、アルミニウムの層であり、絶縁体８０の層は、検出器の動作する波長範囲において可能な限り低い吸収係数を有し、例えば、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５−ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＨｆＯ２、ＳｒＴｉＯ３、またはこれらの混合物によって構成される。

層８０は１μm〜５００μmの厚さを有し、λ／（４ｎ）で表される値に調整される。

ここで、λは検出器の動作周波数範囲における波長であり、例えばこの帯域の中心波長である。

、εは層８０を構成する材料の誘導体誘電率である。

このようにして、検出対象のテラヘルツ放射用に共振空間が得られる。

電気接続部１１０は、読出し回路８４と熱測定素子７８とを電気的に接続するために、例えばポスト５８の延長として層８０を貫通する。例えば、層８０には従来技術を用いてバイアが設けられ、このように作成されたバイアは平坦化技術に関連するダマシン技術を用いてタングステン、アルミニウム、または銅などの金属によって覆われる。

アルミニウム、ケイ化タングステン、チタン、または他の材料などの導電材料によって作られた第１アンテナ５４が、従来のフォトリソグラフィ技術を用いて層８０に形成されるが、その厚さは０．１μm〜０．５μmである。

基板５２と第１アンテナ５４が作られると、例えばポリイミドで形成され０．５μm〜５μmの厚さを有する犠牲層１１２（図１１）がアンテナ５４と層８０の上に形成される。犠牲層の厚さは、基板５２に堆積される第１アンテナと、後の工程で形成されるウィングレット７０、７２、７４との間の容量性結合を高めるように選択される。この厚さは、マイクロブリッジの機械的強度（静電結合）を弱めない程度に可能な限り薄くされる。

次に、絶縁層６４が犠牲層１１２に堆積され、ついで例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｐｔ、ＮｉＣｒまたは他の材料から成る薄金属フィルム６６が絶縁層６４に堆積される。

先に述べたように、金属フィルム６６は、熱的分離アーム６２を介し熱測定素子７８に対する電力供給および読出し機能を満たすとともに、ウィングレット７０、７２、７４および第２ボウタイアンテナ６８と接触する表面を介して抵抗負荷機能を満たす。絶縁層６４および薄フィルム６６はそれぞれ０．００５μm〜０．０５μmの厚さを有し、好ましくはプラズマ化学気相成長法（PECVD)または陰極スパッタリングによって蒸着され、次いで化学エッチングまたはプラズマエッチングを施されて分離アーム６２を形成する。金属フィルム６６もまた化学エッチングまたはプラズマエッチングを施され、ウィングレット７０、７２、７４および第２アンテナ６８が形成される中央部１１４と、熱測定素子７８と接触する側部１１６とを形成し、電力供給と読み込みを行う。

金属フィルム６６のシート抵抗は、読出し回路８４に関してマイクロブリッジ５６の熱分離を効果的に得るために有利に選択される。金属フィルム６６のシート抵抗は、好適には１００Ω〜５００Ω／平方であるが、この値が選ばれる理由は、これが熱抵抗（ボロメータのアーム)を改善するために用いられる材料のアクセス抵抗の値だからである。金属フィルム６６は、接続部１１０と同様の方法で犠牲層１１２を介して設けられた導電ポスト５８と、電気接続部１１０とを介し読出し回路８４に接続される。

第２アンテナ６８およびウィングレット７０、７２、７４は、アルミニウム、ケイ化タングステン、チタン、または他の材料などの導電材料からなる。第２アンテナ６８およびウィングレット７０、７２、７４を形成するためには、まず厚さ０．１μmから０．５μmの導電材料の層を、陰極スパッタリングによって、または低圧力化学気相成長法（LPCVD)またはプラズマ化学気相成長法（PECVD)によって蒸着し、次に化学的エッチング、プラズマエッチング、またはリフトオフ技術のような方法を上記層に施す。または代わりに、アンテナおよびウィングレットが金属の多層から成るようにする。

このように形成されたアンテナ６８およびウィングレット７０、７２、７４は、電磁放射を電流に変換する領域を画定し、さらに電流を熱エネルギーに変換する金属フィルム６６の露出領域を画定する。

第２アンテナ６８およびウィングレット７０、７２、７４は、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＺｎＳ、その他材料など、絶縁体７６の層に覆われる。層７６は０．００５μm〜０．１μmの厚さを有し、ウィングレット７０、７２、７４と熱測定素子７８との間の短絡を防ぐために設けられる。層７６は、例えば陰極スパッタリングまたはプラズマ化学気相成長法（PECVD)などの低温蒸着法を用いて製造される。続いて層７６には例えば化学エッチングまたはプラズマエッチングが施され、熱測定素子７８および熱分離アーム６２が接続される金属フィルム６６の側部１１６を露出させる。

次に熱測定素子７８が、例えばスパッタリングなどの低温蒸着法を用いて、層７６および側部１１６に堆積される。熱測定素子７８を形成する材料は、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、金属材料、バナジウム酸化物、マグネタイト酸化物のような非結晶または多結晶の半導体である。この材料の抵抗の温度係数（TCR)はゼロであってはならない。言い換えると、この材料は温度に従って変化する抵抗を有する。

最後に犠牲層１１２が取り除かれるが、その性質からして、好適な取り除き方法は化学エッチングまたはプラズマエッチングである。

本発明に係る検出器を構成する材料のエッチングとは、ほとんどの場合もしくは唯一、化学エッチング法であり、適用可能な部分にはプラズマエッチングも補助的に施される。これらのエッチング方法は正確かつ再現可能である。

第１ボウタイアンテナ５４がマイクロブリッジ５６の上にあるとき、犠牲層１３０（図１３）はマイクロブリッジ５６およびマイクロブリッジを形成するために使用される第１犠牲層１１２の全域にわたって堆積される。次に犠牲層１１２、１３０がエッチングされてアンテナ５４とサポート９２を得る。サポート９２はアンテナ５４と違う材料によって形成されてよく、例えば低圧化学気相成長法（LPCVD)によって蒸着された絶縁体によって形成されてよい。最後に、上記のような導電層に堆積とエッチングが施され、その後犠牲層が取り除かれることでボウタイアンテナ５４が形成される。

本発明により以下のような効果が得られる：
ボウタイアンテナが減結合され、同一平面、同一サポートへの堆積を必要としない；
ウィングレットの恩恵により最適なインピーダンス整合が得られ、また各アンテナについて独立したインピーダンス整合が得られる；
抵抗負荷の表面積を非常に小さくできるので、初期近似としては負荷の表面積に比例する検出器と赤外照射との結合を減少させることができる。

Claims (7)

1. 赤外からテラヘルツ周波数帯域の電磁放射を検出するボロメータ検出器であって：
   電磁放射を収集するための第１および第２の交差ボウタイアンテナ（５４、６８）と；
   収集された電磁力を熱量に変換するため前記アンテナ（５４、６８）に結合される抵抗負荷（６６）と；
   サポートと熱的分離アーム（６２）とによって基板（５２）の上に支持されるボロメータマイクロブリッジ構造（５６）であって：
   前記抵抗負荷（６６）と；
   生成された熱量によって温度上昇可能に抵抗負荷（６６）に結合される熱測定素子（７８）と；を備える、ボロメータマイクロブリッジ構造と；を備え、
   第１アンテナ（５４）がマイクロブリッジ（５６）の外側にあって抵抗負荷（６６）と容量性結合し、第２アンテナ（６８）がマイクロブリッジ（５６）の中にあって抵抗負荷（６６）と抵抗結合することを特徴とする、
   ボロメータ検出器。
2. 請求項１のボロメータ検出器であって、前記抵抗負荷が金属フィルム（６６）を備え、マイクロブリッジ（５６）が金属フィルム（６６）上の第１アンテナ（５４）を向いて配置されたウィングレット（７０、７２、７４）を備えることにより、第１アンテナ（５４）と金属フィルム（６６）との間のインピーダンス整合が得られることを特徴とする。
3. 請求項２のボロメータ検出器であって、ウィングレット（７０、７２、７４）が電気的絶縁体（７６）に覆われ、熱測定素子（７８）が少なくとも部分的に前記絶縁体（７６）の上に位置し少なくとも部分的に金属フィルム（６６）と接触することを特徴とする。
4. 請求項１、請求項２、または請求項３に記載のボロメータ検出器であって、前記抵抗負荷が金属フィルム（６６）を備え、第２アンテナ（６８）が少なくとも部分的にこの金属フィルム（６６）の上に位置することを特徴とする。
5. 上記請求項のいずれかのボロメータ検出器であって、第1アンテナ（５４）が基板（５２）の上に位置することを特徴とする。
6. 請求項１〜３のいずれかのボロメータ検出器であって、第1アンテナ（５４）が少なくとも部分的にマイクロブリッジ（５６）の上に形成されることを特徴とする。
7. 赤外からテラヘルツ周波数帯域の電磁放射を検出するためのアレイ検出装置であって、上記請求項のいずれかに係るボロメータ検出器の１または２次元アレイを備えることを特徴とする。

Images