JP2011237433A - 経時温度変化の変換を行うトランスデューサ、このトランスデューサを組み込んである電子チップ、およびこの電子チップの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 このトランスデューサは、測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極(40)と、導電性の下部電極(42)と、上部電極と下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、経時温度変化に対応する電位差を発生させるために、上部電極と下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層(44)とを備えており、焦電材料層の少なくとも一層は、III−V窒化物をベースにしている層である。
【選択図】図4
Description
− 測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極と、
− 導電性の下部電極と、
− 上部電極と下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、温度変化に対応する電位差を発生させるために、上部電極と下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層。
− ΔTは、温度変化であり、
− ΔPは、温度変化ΔTに対して得られる電位差である。
a)焦電係数が約40μC/m2/Kであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの重合体。
b)焦電係数が約350μC/m2/Kである、頭字語LZT(チタン酸ジルコン酸鉛)で知られているセラミックスなどのセラミックス。
c)頭字語TGS(硫酸トリグリシン)またはLiTaO3で知られている結晶などの結晶。
・ 焦電材料は、窒化アルミニウムをベースにしている。
・ 上部電極は、モリブデンまたはチタンで作られている。
・ 上部電極は、焦電材料層に接している面と反対側の上面だけが酸化されている導電性の金属で作られており、したがって、この上面の色は、上部電極が酸化されていない場合に比して変更されている。
・ トランスデューサは、少なくとも下部電極、焦電材料層および上部電極を積み上げられた基板を有している。
− モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)は、摩耗および化学的腐食に対して強い耐性を有する材料であるから、モリブデンまたはチタンで上部電極を作製することによって、トランスデューサの保護が強化される。
− 上部電極の酸化によって、トランスデューサを熱的に絶縁しがちなニスやカラーペイントに頼らずに、単純な方法でトランスデューサの感知面に色を付けることができる。
− 経時温度変化から電位差への変換を行う少なくとも1つの上述のトランスデューサと、
− トランスデューサの下部電極、および/または上部電極の作製のための層と同じ層のエッチングによって形成された帯状抵抗体の形態を呈しており、かつ電流を流されることによって、トランスデューサの焦電材料層を加熱する少なくとも1つのレジスタであって、帯状抵抗体は、下部電極および/または上部電極を、空間的に分離した少なくとも2つのプレートに分割するように、これらのプレートの間を通っているレジスタと、
− 帯状抵抗体が形成されている層の高さの上方/下方で、空間的に分離したプレート同士を短絡させるために用いられている導電ピン。
− 電子チップは、温度パターンをもたらす物体を載せることができる検知面を形成するように、互いに近接して配置された複数のトランスデューサから成るマトリクスを有しており、
− トランスデューサの各々の上部電極または下部電極は、最大で0.5mm2の表面積を有しており、この上部電極または下部電極の中心は、隣接するトランスデューサの上部電極または下部電極の中心から、最長で0.5mmだけ隔てられている。
− 互いに極めて近接して配置された、サイズの小さな多数のトランスデューサを用いることによって、指紋の検出が可能になる。
− 同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して、同時に、この基板上に導電性の下部電極を、被着プロセスおよびエッチングプロセスによって形成するステップと、
− 同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して、同時に、少なくとも一層の焦電材料層を、該焦電材料層の少なくとも一層はIII−V窒化物をベースとして作製されるように、被着プロセスによって形成するステップと、
− 機械的な外部応力が存在していない場合にも発生する、経時温度変化に対応する電位差を、焦電材料層から検出することを可能にするために、導電性の上部電極を、同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、被着プロセスおよび/またはエッチングプロセスによって形成するステップと、
− 製造された各電子チップを機械的に分離するために、基板の切断を行うステップ。
− この方法は、同一の基板上に製造された全電子チップのトランスデューサの全てに対して同時に、上部電極の、焦電材料層が形成されている側と反対側の上面の酸化を行うステップを含んでいる。
− 温度変化を電位差に変換することができるトランスデューサ。
− このトランスデューサに接する物体を加熱することができる加熱レジスタ。
− 読み取るべき1つ以上の検出ピクセルPijの選択。
− 選択された1つ以上の検出ピクセルの加熱レジスタの制御。
− 選択された1つ以上の検出ピクセルのトランスデューサによって測定された温度変化の読み取り。
− Cは、焦電材料層44の厚さであり、
− yは、焦電材料層44を作るために用いられた焦電材料の焦電係数であり、
− ε0およびεrは、それぞれ真空の絶対誘電率および用いられた焦電材料の比誘電率である。
ΔT2=ΔT1−(ΔT2ref−ΔT1ref)(ΔT1−ΔTc)/(ΔT1ref−ΔTcref)
3 電子チップ
4 検知面
6 指
8 凸部
10 凹部
14 読み取り回路
16 基板
20 電子計算機
22 有線リンク
24 駆動モジュール
26 処理モジュール
28 較正サブモジュール
30 メモリ
40 上部電極
42 下部電極
44 焦電材料層
46 加熱レジスタ、パッド
48 導電トラック
49 保護層
52〜55 第1ストランド
56〜58 第2ストランド
60〜62 プレート
64、66 端
70 垂直ピン、追加層
71、72 垂直ピン
80、82 トランジスタ
84 アナログ増幅器
86 アナログ/デジタルコンバータ
88 揮発性メモリ
C 厚さ
Pij 検出ピクセル
Pcij 較正ピクセル
Pnij 通常ピクセル
t0、t1 時刻
ΔT1、ΔT2、ΔTc、ΔTd、ΔT1ref、ΔT2ref、ΔTcref 温度変化
Vr リセット電位
Claims (10)
- 測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極(40)と、
導電性の下部電極(42)と、
前記上部電極と前記下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、前記経時温度変化に対応する電位差を発生させるために、前記上部電極と前記下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層(44)とを備えている、経時温度変化から電位差への変換を行うトランスデューサであって、
前記焦電材料層の少なくとも一層は、III−V窒化物をベースにしている層であることを特徴とするトランスデューサ。 - 前記焦電材料層の少なくとも一層は、窒化アルミニウムをベースにしている層である、請求項1に記載のトランスデューサ。
- 前記上部電極(40)は、モリブデンまたはチタンで作られている、請求項1または2に記載のトランスデューサ。
- 前記上部電極(40)は、前記焦電材料層に接している面と反対側の上面だけが酸化されている導電性の金属で作られており、したがって、この上面の色は、前記上部電極が酸化されていない場合に比して変更されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 少なくとも前記下部電極、前記焦電材料層および前記上部電極を積み上げられた基板(16)を有している、請求項1〜4のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記焦電材料層(44)の厚さは0.5μmまたは0.6μmまたは1μmを超過している、請求項1〜5のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 経時温度変化から電位差への変換を行う少なくとも1つの、請求項1〜6のいずれか1つに記載のトランスデューサと、
前記トランスデューサの下部電極および/または上部電極の作製のための層と同じ層のエッチングによって形成された帯状抵抗体の形態を呈しており、かつ電流を流されることによって、前記トランスデューサの焦電材料層(44)を加熱する少なくとも1つのレジスタ(46)であって、前記帯状抵抗体は、前記下部電極および/または上部電極を、空間的に分離した少なくとも2つのプレート(60、61、62)に分割するように、該プレートの間を通っているレジスタと、
前記帯状抵抗体が形成されている層の高さの上方/下方で、前記空間的に分離した前記プレート同士を短絡させるために用いられている導電ピン(70、71、72)とを備えている、温度パターンを検出するための電子チップ。 - 前記電子チップは、温度パターンをもたらす物体を載せることができる検知面(4)を形成するように、互いに近接して配置された複数のトランスデューサから成るマトリクスを有しており、
前記トランスデューサの各々の上部電極(40)または下部電極(42)は、最大で0.5mm2の表面積を有しており、該上部電極または下部電極の中心は、隣接するトランスデューサの上部電極または下部電極の中心から、最長で0.5mmだけ隔てられている、請求項7に記載の電子チップ。 - 各々が、少なくとも1つの、請求項1〜6のいずれか1つに記載のトランスデューサと、該トランスデューサから読み取りを行うための回路とを備えている複数の電子チップを集合的に製造する方法であって、
同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、該基板上に導電性の下部電極を、被着プロセス(104)およびエッチングプロセス(106)によって形成するステップと、
前記同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、少なくとも一層の焦電材料層を、被着プロセス(108)によって形成するステップと、
機械的な外部応力が存在していない場合にも発生する、経時温度変化に対応する電位差を、前記焦電材料層から検出することを可能にするために、導電性の上部電極を、前記同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、被着プロセス(112)および/またはエッチングプロセスによって形成するステップと、
製造された各電子チップを機械的に分離するために、前記基板の切断(118)を行うステップとを含んでいる方法において、
前記焦電材料層の被着プロセス(108)において、前記焦電材料層の少なくとも一層は、III−V窒化物をベースとするように作製されることを特徴とする方法。 - 前記同一の基板上に製造された全電子チップのトランスデューサの全てに対して同時に、前記上部電極の、前記焦電材料層が形成されている側と反対側の上面の酸化を行うステップを含んでいる、請求項9に記載の方法。
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