JP3303974B1 - ＳｉＣを用いて赤外線を検知する装置および方法 - Google Patents

ＳｉＣを用いて赤外線を検知する装置および方法

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Abstract

【要約】 単結晶であることが望ましいＳｉＣ（６）が、高い温度
およびパワーの容量を持つ赤外線センサとして用いられ
る。用途は、赤外線ソース（２）からのパワーまたはエ
ネルギを検知することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の背景 発明の分野 本発明は、赤外線（ＩＲ）の検知および抵抗の制御のた
めのＳｉＣの使用に関する。 関連技術の記述 パイロ電気、ボロメータおよびカロリーメータの諸検出
器によりＩＲレーザからのパワーまたはエネルギを測定
するような諸用途のために、赤外線が検知される。一般
に、パイロ電気検出器およびボロメータ検出器は、ＩＲ
を直接吸収する材料を用い、パイロ電気材料はニオブ酸
リチウムおよびニオブ酸タンタルを含み、ボロメータ材
料はシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、金属酸化
物、セラミック・サーミスタおよび種々のガラスを含
む。一般に、カロリーメータ検出器は、ＩＲ感応性吸収
コーティングで被覆されねばならない材料を用いる。Ｉ
Ｒを検知する検出器の性能は、破損することなくエネル
ギを吸収するＩＲセンサ材料の能力によって制限され、
このことがセンサにおける最大エネルギ／パワーの強
度、最大露出時間および最小体積および面積を制限す
る。全てのパイロ電気、ボロメータおよびカロリー材料
は、限られた熱衝撃許容度を呈する。
【０００２】赤外線の直接的な吸収のため今日用いられ
る材料は、これら材料が熱くなり過ぎる（約４００℃以
上）か、あるいはセンサ温度があまり急激に上昇すると
容易に破壊される。中および高パワーＩＲレーザのパワ
ーまたはエネルギ出力を検知するには、今日の材料は、
ビーム・スプリッタまたは分配媒体をレーザとセンサ間
に介挿することによってＩＲ出力エネルギの一部のみに
露出される。しかし、この結果、評価に対するパワーま
たはエネルギの測定を低減することになる。更に、中お
よび高パワーのＩＲソース用として今日入手可能なセン
サは、ファン冷却あるいは水冷却を必要とし、かつ校正
ドリフトを受ける。
【０００３】赤外線感応性材料の関連用途は、赤外線で
加熱される他の材料の温度を検知することにある。例え
ば、半導体産業において広く用いられる急激焼なまし
（ＲＴＡ）プロセスは、輝度ＩＲ灯を用いて半導体ウエ
ーハ（主として、シリコン）の温度を毎秒数百℃も上昇
させる。ウエーハ温度は、現在では光学的あるいはＩＲ
高温度計を用いる遠隔検知法か、あるいは直接接触型熱
電対によって監視される。
【０００４】高温度計は、ウエーハ表面から放射される
放射線をＲＴＡプロセス・チャンバ壁面の透過ビューポ
ートを介して吸収することによってウエーハ温度を測定
する。このような形式の温度検知は、観察されるウエー
ハ表面の正確な放射率を知る必要、ウエーハ表面とビュ
ーポートまたはビューポートまたはウエーハ表面におけ
る被着間の粒子あるいは放散ガスの阻止、および汚染ま
たは化学反応または組成の変化のようなウエーハ表面に
おける変化を回避する要求によって制約を受ける。
【０００５】熱電対は、その表面に接触させることによ
ってウエーハ温度を測定する。このような手法の主な問
題は、熱電対とウエーハとの間の反応を防止するよう熱
電対が囲われなければならないこと、ウエーハが均等処
理を確保するため約１２００ｒｐｍで回転されるので非
常に困難であること、そして熱電対とウエーハ間の接触
は実際には局部温度を変化させることである。
【０００６】赤外線パワーまたはエネルギの検知のため
今日用いられる材料は、理論的に温度センサとして用い
ることができるが、しばしば要求される環境すなわち温
度、特に温度が１３００℃に達し得るＲＴＡ処理に生き
残れない。 発明の概要 本発明は、ＩＲパワーおよびエネルギの検知、熱検知お
よびＩＲ制御バリスタに適応できる赤外線検出に対する
斬新な手法を提供する。この新規な赤外線センサは、単
結晶構造であることが望ましい、ＳｉＣから形成され
る。ＳｉＣ体は、電気回路がＳｉＣ体へ電気信号を印加
する間に赤外線を受取り、このＳｉＣ体は電気信号に対
する応答を変化することにより赤外線に応答する。ＩＲ
エネルギおよび（または）パワーセンサとして用いられ
るとき、定電流あるいは定電圧が赤外線を受取るＳｉＣ
体へ印加され、出力回路が、ＳｉＣ体の抵抗値の関数と
してこの本体に入射するＩＲエネルギおよび（または）
パワーの表示を行う。
【０００７】本発明はまた、ＲＴＡ処理チャンバ内のウ
エーハのようなテスト体の温度を検知するのに用いるこ
ともできる。このような用途においては、ＳｉＣ体は、
これにより受取られるテスト体に関して赤外線強度が知
られるように配置される。ＩＲエネルギ／パワー・セン
サの場合のように、定電流あるいは定電圧がＳｉＣ体へ
供給されるが、出力回路は、ＳｉＣ抵抗の関数としてテ
スト体の温度表示を生じるように校正される。
【０００８】本発明はバリスタとしても用いることがで
き、この場合、レーザが制御されたＩＲビームを更に大
きな回路に内蔵されるＳｉＣ体へ指向させ、レーザがＳ
ｉＣ体と共働して制御されたバリスタとして機能する。
【０００９】純粋ＳｉＣの電気的抵抗は、格子によるＩ
Ｒエネルギの直接的な吸収の結果生じる正の温度係数を
通常有する。その温度係数（ＴＣ）は、不純物原子を含
めることによって「同調」させることができる。不純物
原子は、格子のＩＲエネルギ吸収帯域を付加するために
用いることができる。ＩＲエネルギは、室温（赤外線が
存在しない状態）ではイオン化が不完全である電気的活
性不純物原子（ドーパント）により吸収することができ
る。格子すなわち不純物原子による直接的なＩＲエネル
ギの吸収は正のＴＣを生じ、ドーパントイオン化による
吸収は負のＴＣを生じる。異なる吸収機構は異なるＩＲ
波長で働くから、ＳｉＣ体は赤外線波長の関数として所
望の応答を生じるように同調することができる。
【００１０】温度検知や一部のバリスタのようなある用
途においては、ＳｉＣ体はＡｌＮ基板をもつ実装構造に
おいて固定される。Ｗ、ＷＣあるいはＷ2Ｃを含む導電
性t取付層が、ＳｉＣ体をその本体の電極を介して基板
へ電気的かつ機械的に接続する。この取付層自体は、基
板に接着されたＷ、ＷＣあるいはＷ2Ｃ接着層と、接着
層に接着されＳｉＣ体に対する電極に結合された１つ以
上の金属被膜層とを持つことができ、金属被膜層は関心
温度領域にわたり基板の３．５倍より大きくない熱膨張
係数を有する。前記取付層は不連続でよく、それぞれＳ
ｉＣ体の相互に分離された電極に接続される複数の相互
に分離される取付要素からなっている。
【００１１】本発明は、非常に安定かつ再現可能な抵抗
対温度特性を生じ、ファンあるいは水冷の必要なしに少
なくとも１４００℃の絶対温度および非常に急激な温度
上昇の両方に耐えることができ、堅牢であり容易に破損
せず、校正をよく維持し、高ＩＲエネルギ／パワー強
度、露出時間および熱衝撃に耐える能力における改善を
もたらす。他の材料に集束されたレーザ・パルスにより
誘導され得る大きな圧電信号に従属することなく、望ま
しい高パワー密度処理能力のゆえに、比較的小さなＳｉ
Ｃデバイスを用いることができる。
【００１２】本発明の上記および他の特徴および利点に
ついては、当業者には添付図面に関して以降の詳細な記
述から明らかになるであろう。 発明の詳細な記述 本発明は、レーザのような赤外線ソースから放射される
ＩＲパワーまたはエネルギの検知、赤外線により加熱さ
れる他の本体の温度の無接触検知、および電気回路に対
する制御されたバリスタを含む用途における赤外線セン
サとしてＳｉＣを用いる。ＳｉＣは、温度と共に変化す
る電気抵抗を備えることが公知である。例えば、Ｓｐｉ
ｔｚｅｒ等の「六方炭化珪素の赤外線特性（Ｉｎｆｒａ
ｒｅｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈｅｘａｇｏｎ
ａｌ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）」（Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ、第１１３巻、第１部、１９５
９年）、および「炭化物、窒化物およびホウ化物の物理
学および化学（Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈ
ｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｃａｒｂｉｄｅｓ，Ｎｉｔｒｉ
ｄｅｓ ａｎｄ Ｂｏｒｉｄｅｓ）に含まれるＷ．Ｊ．
Ｃｈｏｙｋｅ著「ＳｉＣの光学的および電子的特性（Ｏ
ｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳｉＣ）」（ＮＡＴＯ ＡＳＩ
Ｓｅｒｉｅｓ、１９８９年９月１８−２２日）を参照
されたい。しかし、ＳｉＣはこれまで赤外線の検知のた
めには提案されておらず、その温度特性は直接的な接触
あるいはこれに電流を通すことのいずれかにより加熱し
て測定されてきた。
【００１３】ＳｉＣによるＩＲ検知は、格子原子あるい
は電気的に不活性な不純物原子により、あるいは不完全
にイオン化された電気的活性な不純物（ドーパント）の
イオン化により、直接的な吸収を介して行われる。支配
する特定の機構は、赤外線波長に依存する。格子原子お
よび電気的に不活性な不純物原子により吸収される赤外
線は直接熱エネルギへ変換され、このような種類の吸収
がセンサ材料の抵抗を増加させる。不完全にイオン化さ
れた電気的に活性のある不純物イオン化により吸収され
る赤外線は、ＳｉＣの抵抗を低下させる。このように、
ＳｉＣ応答は、所要の抵抗−温度係数（ＲＴＣ）を達成
するように赤外線波長の関数として「同調」することが
できる。本発明は多結晶ＳｉＣで実現することができる
が、材料の温度応答におけるドリフトを生じ得る粒界が
存在しないので、単結晶構造が選好される。多結晶Ｓｉ
Ｃに存在する粒界は、時間経過と共に不純物を蓄積して
材料のＲＴＣを変化させ得る。
【００１４】ＳｉＣに対する赤外線の用途には、図１お
よび図２にそれぞれ示されるビーム・エネルギおよびパ
ワーの検知が含まれる。このような用途は、例えば、Ｉ
Ｒレーザ・ビームあるいはＩＲ灯から集束された放射の
エネルギまたはパワーを検知するために用いることもで
きる。ＳｉＣは、破損されることなく非常に短期間にお
ける非常に高いエネルギ線量を吸収することができるの
で、このような用途に対して特に有利である。このよう
に、ＳｉＣの検知面の全出力エネルギに露出した状態で
ファンまたは水冷却なしに１３００℃を越える温度に耐
えて、中程度のパワー（１０ワットないし３００ワット
の範囲内のパワー）から高パワー（３００ワットを越え
るパワー）の放射エネルギのエネルギ／パワーの検知の
ために用いることができる。ＳｉＣの優れた高パワー密
度処理能力は、所与のパワーに対し、現在用いられてい
るものに比して小さな体積のＳｉＣセンサ素子の使用を
可能にし、更に、ＳｉＣセンサ素子の比較的小さなサイ
ズはレーザ・パルスを吸収した後の赤外線検知に用いら
れる他の材料よりも迅速な自己冷却を容易にする。更
に、ＳｉＣの高い熱伝導率は、センサの全体積に吸収し
たエネルギの迅速な分布をもたらし、これがセンサ素子
の（センサ素子の小さな面積が高エネルギのレーザ・ビ
ームに露出されるときに生じ得る大きな側面温度勾配に
よる）熱衝撃による破損し易さを実質的に低減する。Ｓ
ｉＣ（パイロ電気材料に関して）の圧電係数が低いこと
は、その高い熱伝導率（室温における銅より高い）と組
合わされ、大きな圧電信号のセンサ中の発生を集束レー
ザ・パルスから阻止する。一般に、ＳｉＣの優れた熱衝
撃許容度は、高エネルギを含むレーザ・パルスの吸収を
許容し、小体積および面積のセンサにおける高いエネル
ギ／パワー強度の赤外線に対してを比較的長期に露出す
るように用いることを許容する。
【００１５】ＳｉＣは、特に単結晶ＳｉＣの場合に、校
正外にドリフトを生じない非常に安定かつ再現可能なＲ
ＴＣを生じるようにドープすることができる。赤外線の
集中線量に繰返し露出しても、センサ特性の変化は生じ
ない。更にまた、フォノン・スペクトルおよび不純物の
イオン化エネルギにより、ＳｉＣは、２５ミクロンに拡
張する多くの主要ＩＲ波長を直接吸収することができ
る。このことは、約２．５ミクロンより長い波長を検知
するのに使用されるとき、実質的に全ての赤外線検出器
により用いられるＩＲ感応性吸収コーティングを用いる
ことを不要にする。
【００１６】ＳｉＣの赤外線エネルギ・センサとしてＳ
ｉＣの利用については、図１に示される。レーザ２のよ
うな赤外線ソースは、特定された波長帯域内（ここで
は、単一波長を含むように規定される）のＩＲビーム４
を放射する。ＳｉＣセンサ本体６は、望ましくはビーム
全体を受取るビーム経路内に配置される。電流センサ１
０はＳｉＣに結果として生じる電流を検知するが、定電
圧ソース８はＳｉＣの両端に定電圧を印加する。
【００１７】ＳｉＣの温度は赤外線に応答して変化し、
その結果として生じる抵抗の変化は赤外線の波長、強度
および露出時間に依存する。ＳｉＣ温度と所与のドーピ
ング・レベルに対するその抵抗値との間には固定された
関係が存在するので、ＳｉＣ温度は、電流計１０により
検知されるようなＳｉＣに流れる電流の関数として検知
することができる。ＳｉＣにより吸収される赤外線エネ
ルギとその温度との間には、直接的な対応も存在する。
従って、ＳｉＣの電流応答は、ＩＲビームのエネルギと
１対１の関係で変動することになる。電流計１０をＳｉ
ＣのＲＴＣに対して校正すると共に電流が誘起する熱の
作用を打消すことにより、ＩＲビーム・エネルギの直接
的な読出しを可能にする。
【００１８】定電圧を印加して図１のような結果として
生じるＳｉＣ電流を検知するよりは、ＳｉＣの電流では
なくＳｉＣ電圧応答を出力回路で検知させて定電流を印
加することもできる。これは図２に示され、ＩＲエネル
ギよりはＩＲビームパワーを検知するように設計されて
いる。定電流ソース１２は定電流をＳｉＣへ供給し、微
分型電圧センサ１４はＳｉＣ体の両端に接続されてい
る。微分型電圧センサ１４は、ＳｉＣの抵抗値、従って
その温度が変化する瞬時レートを検出する。これは、Ｉ
Ｒビーム４における瞬時パワーの直接的表示を与える。
【００１９】ＳｉＣセンサは、できるだけ熱遮断される
ようにハウジング内に懸架されることが望ましい。この
ことは図３に示され、図３ではハウジング壁面が参照番
号１６により示される。ＳｉＣチップ１８は反対端部に
導電性の接触電極パッド２０ａ、２０ｂを有し、リード
線２２ａ、２２ｂが鰐口のようなそれぞれのクリップ２
４ａ、２４ｂを介して、あるいはハンダ付け、またはク
リップが取付けられる電気的接触ピンにより、ＳｉＣチ
ップ組立体に電気的かつ機械的に接続されている。リー
ド線２２ａ、２２ｂは、ＳｉＣチップを所定位置に懸架
して、チャンバの外側から有効に熱遮断しながらチップ
に対する電気的アクセスを生じるようにチャンバ壁面に
取付けられる。接触クリップにより懸架することは、約
５００℃を越えない中程度のパワーレーザにおいて経験
されるような比較的低い温度範囲に対しては特に有効で
ある。クリップ電極パッド２０ａ、２０ｂは必要に応じ
て、クリップをその反対側に直接接続して取り去ること
ができる。
【００２０】図４は、ＳｉＣが再び赤外線に露出される
システムを示しているが、この場合はテスト体付近の温
度を検知する目的のためのものである。同図は、簡単な
スケール通りでないＲＴＡチャンバ２６を示す。本発明
は、ＩＲ灯３０からの赤外線の作用下で熱の急変動に遭
遇する半導体ウエーハ２８、典型的にはシリコンの温度
を検知するのに用いられる。金属被膜接点３４ａ、３４
ｂを両端に有するＳｉＣチップ３２は、ウエーハ２８と
同じ加工プラットフォーム３６上あるいはこのウエーハ
が受ける赤外線の強さがウエーハにより受取られるもの
の既知の割合となる他の場所に配置される。
【００２１】電圧ソース４０からの定電圧が、ＳｉＣの
抵抗値の関数として変動し、更にはＳｉＣの温度を反映
する電流をＳｉＣチップ３２に対して生じるように接点
３４ａ、３４ｂに跨がって印加される。この電流、従っ
てＳｉＣ温度は電流計４２によって検知される。あるい
はまた、定電流ソースを用いてＳｉＣ電圧を検知するこ
ともできる。
【００２２】赤外線に対するＳｉＣチップの温度応答が
半導体ウエーハ２８の温度応答に対しいったん校正され
ると、ＳｉＣチップは、そのソースからの距離がウエー
ハの距離に関して一定に維持されるので、これを同じＩ
Ｒソースに露出することにより無接触状態でウエーハの
温度を検知するのに用いることができる。校正は、Ｓｉ
ＣチップとＩＲソースからウエーハまでおよびＳｉＣチ
ップまでの距離間の差から生じるウエーハの間の赤外線
強度の相違の影響を打消すのに必要な任意の調整を含み
得る。従って、電流計４２をウエーハ温度の表示を生じ
るように校正して、ＳｉＣを同じ支持プラットフォーム
３６におかれた同様なウエーハの温度の検知に用いるこ
とができる。これにより、ウエーハ温度が所望の特性に
従うことを保証するように、ＩＲ灯３０の励起に対する
制御を可能にする。この制御機構は、ウエーハ温度の表
示を制御回路４４に与える電流計４２からの出力によっ
て、放射された赤外線がウエーハを所望の温度特性に保
持するようにＩＲ灯３０に対する励起信号を更に制御す
ることが図４に示される。
【００２３】非常に広い温度範囲、典型的には１，３０
０℃以上にわたりチップを所定位置に安全に保持するＳ
ｉＣチップ３２用の望ましい支持構造が図５に示され
る。ＡｌＮダイ４６は、支持機構に対する基板として働
く。ＳｉＣチップに対する導電性の取付層は、基板４６
上で、ＳｉＣチップの各接点に１つずつ１対の取付要素
４８ａ、４８ｂへパターン化される。この取付要素は、
タングステン（Ｗ）、ＷＣあるいはＷ2Ｃの厚膜あるい
は薄膜からなるものでよい。これら要素は、重なるＳｉ
Ｃチップと、それぞれ取付要素４８ａ、４８ｂから側方
にこれと接触状態でオフセットされる基板の電極パッド
５０ａ、５０ｂとの間に電流経路を提供する。取付要素
は、ＡｌＮダイ４６に接着し、ＳｉＣチップの接点に対
するボンド接点を生じる。Ｗ、ＷＣおよびＷ2Ｃは、Ａ
ｌＮ基板４６に対して付着することによりこのような要
求を満たすものである。これらは、ＲＦ／ＤＣスパッタ
リング、ＲＦ／ＤＣコスパッタリング、電子ビーム蒸
着、および化学蒸着法などの幾つかの異なる気相析出技
術のどれかによってＡｌＮダイ表面に適正な化学量論的
作用 (stociometry)で適用することができる。これらが
適用されるＡｌＮ基板面は、化学的ボンディングではな
く物理的ボンディングによって付着が生じるように表面
は粗面処理されるべきである。膜の密度は大きくするこ
とができ、粒界は真空あるいはＡｒまたはＮ2のような
不活性雰囲気中で８００℃ないし１，４００℃の範囲内
で熱てきに焼なますことにより低減することができ、密
度および粒界の成長は特定の温度において経過する時間
に依存する。
【００２４】金属被膜層５２ａ、５２ｂは、必要に応じ
て、下層５４ａ、５４ｂを腐食から保護し、あるいはＳ
ｉＣチップ接点に対するボンディングを強化するため
に、取付要素の断面積を増加するように、下層のＷ、Ｗ
ＣあるいはＷ2Ｃの膜５４ａ、５４ｂ上に被着させるこ
とができる。１つ以上の金属被膜層が用いることができ
る。約８００℃までの温度に対しては、実質的に任意の
金属を用いることができる。プラチナは、約１，４００
までに適し、金−プラチナ合金は酸化環境において約
１，３００℃まで、ニッケル、パラジウム、プラチナお
よびこれらの合金および化合物、およびニッケル−クロ
ーム合金は真空中、不活性あるいは還元環境において約
１，４００℃までに使用することができる。
【００２５】電極パッド５０ａ、５０ｂは、取付要素４
８ａ、４８ｂの側面拡張を含み、同じ基本的構造を有す
る。しかし、図５に示されるように、電極パッド上の被
覆金属被膜層は、リード線の取付けを容易にするため取
付要素上におけるよりも大きな厚さを有してもよい。一
般に、電極パッド５０ａ、５０ｂ上のオーバーレイ金属
被膜の全厚さは、リード線径の少なくとも０．０５倍で
なければならず、金属被膜層とリード線の熱膨張係数は
厳密に整合されなければならない。更にまた、金属被膜
層は、意図される温度範囲における基板の約３．５倍よ
り大きくない温度膨張の熱係数を持たねばならない。
【００２６】図６は、電極パッド５０ａ、５０ｂに対す
るリード線５６ａ、５６ｂ、電極パッド５０ｂに対する
リード線５６ｃ、５６ｄの取付要素に対するＳｉＣチッ
プ１８の取付け後の図５の支持構造を示している。Ｓｉ
Ｃチップ１８は、チップ厚の少なくとも９０％がＳｉＣ
であるかぎり、他の半導体材料および組成からなる薄膜
を含み得る。その接点２０ａ、２０ｂは、それぞれ取付
要素４８ａ、４８ｂに対して結合される。リード線は、
平行間隔溶接法によって電極パッドに接続されることが
望ましく、各リード線における２つの平坦エリアは、溶
接ヘッドがリード線に接触する場所を表わしている。
【００２７】特別の保護のため、図７に示されるような
カプセル化構造を用いることができる。この構造は、図
６と同じものであるが、ＡｌＮ基板４６の上側部分に反
応ホウ珪酸塩混合物（ＲＢＭ）カプセル部５８を付加
し、このカプセル部には下層のＳｉＣチップ１８を供給
する赤外線に露出する窓６０を有する。ＲＢＭは、ホウ
珪酸塩混合物が反応されるとき、酸化界面層を形成する
ように化学的に反応することによって下層の材料に付着
する。ＲＢＭは、構造に対して加えられる熱サイクルの
温度範囲内で、ＲＢＭの熱膨張係数がこれが包囲する材
料の係数と密接に整合するか、あるいはＲＢＭの粘土が
そのリトルトン軟化点（Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ ｓｏｆｔ
ｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ；約１０-ポイズ）より小さい
かのいずれかであれば、ＲＢＭが包囲する表面上に環境
バリアを形成する。
【００２８】図８は、下層のＡｌＮダイ４６に加えて、
１対のより小さく相互に隔てられたＡｌＮダイ・カバー
６２ａ、６２ｂが図６の構造上に置かれ、ＲＢＭ６４に
より下層の基板４６と共に保持され、ＳｉＣチップ１８
の上面の一部が赤外線に露出される、取付構造における
別の変形を示している。
【００２９】本発明の温度の検知に関する適用について
は、ＲＴＡとの関連において記述した。この温度検知能
力はまた、加熱、通気および空調（ＨＶＡＣ）、空間の
加熱、乾燥および治療、食品の処理および調理、オーブ
ンおよびトンネル炉、包装機械、線維機械、真空成形お
よび金属板の処理などの他の多くの用途を有する。
【００３０】先に述べたように、ＳｉＣは、種々のＩＲ
波長に対するその温度応答を同調するようにドープする
ことができる。ＳｉＣはＩＶ族の化合物であるから、任
意の族のＩＩＩＡまたはＩＩＩＢ元素をＰタイプのドー
パントとして用いることができ、任意のＶ族の元素をＮ
タイプのドーパントとして用いることができる。異なる
各ドーパント元素は、その活性化波長と逆である異なる
活性エネルギをもつ。特定の活性化波長は、用いるドー
パントにのみ依存せず、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１５
ＲなどのＳｉＣのポリタイプにも依存し、各ポリタイプ
は異なるバンドギャップおよび電気的に活性のある不純
物のイオン化エネルギを有する。
【００３１】本発明の赤外線制御型バリスタとしての使
用については図９に示される。バリスタとして機能する
ＳｉＣ体６６は、バリスタ６６によって接続されるサブ
回路６８、７０として示される全電気回路の一部を形成
する。レーザ７２は、ＩＲビーム７４をバリスタ６６が
感応する波長でＳｉＣ体へ指向し、制御回路７６によっ
て制御される。バリスタ６６中の格子原子および／また
は不純物原子により直接吸収される赤外線波長（あるい
は波長範囲）を用いて、バリスタの抵抗値はレーザが動
作されるとき指数関数的に増加する。このような特性
は、例えば、緊急な状況において電流を遮断するのに用
いることができ、あるいは制御回路７６に加えられる他
のパラメータの関数として電子装置をオン／オフするス
イッチとして用いることができる。このように、サブ回
路６８、７０からの電気信号に対するバリスタの応答
は、入射する赤外線の関数として通電状態と不導状態間
で変化する。
【００３２】このようなバリスタ用途におけるＳｉＣの
利点は、その固有の高パワー能力のゆえに非常に高い電
流を取扱うことができる回路全体の低抵抗部分として働
き得ることである。オン／オフ・スイッチに限定される
のではなく、バリスタ６６は、正確に制御されるＩＲレ
ーザの影響下で中間の抵抗レベルを提供するように操作
されることによって、他の方法で全体回路の機能を制御
することができる。
【００３３】本発明の幾つかの実施の形態について示し
記述したが、当業者は多くの変更および代替的な実施の
形態について着想されよう。従って、本発明は頭書の請
求の範囲に関してのみ限定されるべきものである。 ［図面の簡単な説明］
【図１】 ＩＲレーザ・ビームのエネルギを検知するた
め用いられる本発明の簡単な概略図である。
【図２】 ＩＲレーザ・ビームのパワーを検知するため
用いられる本発明の簡単な概略図である。
【図３】 本発明による懸架型ＩＲセンサの簡単な斜視
図である。
【図４】 ＲＴＡプロセスにおける温度センサとして用
いられる本発明の簡単な概略図である。
【図５】 新規なＩＲセンサに対する取付構造の斜視図
である。
【図６】 ＩＲセンサおよびリード線が所定位置に配さ
れた図５に示した取付構造の斜視図である。
【図７】 ＩＲセンサを露出させる封止状態の図６で示
された構造の斜視図である。
【図８】 代替的な保護構造を有する図６のＩＲセンサ
の斜視図である。
【図９】 本発明に対するバリスタ用途のブロック図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−144816（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−298310（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−85974（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−71121（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−310430（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−63610（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−229779（ＪＰ，Ａ) 米国特許4695733（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/00 - 31/119 H01L 35/00 - 35/34

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 赤外線（４）を受取るよう露出されたＳ
    ｉＣ ＩＲ吸収本体（６）と、 電気信号を前記ＳｉＣ体へ印加するよう接続された電気
    回路（８、１２）と、を備え、 前記ＳｉＣ体は、前記電気信号に対する応答を変化する
    ことにより入射赤外線に応答し、そしてＡｌＮ基板（４
    ６）含む取付構造と、該ＳｉＣ体を前記基板に電気的か
    つ機械的に接続するＷ、ＷＣあるいはＷ2Ｃを含む導電
    性取付層（４８ａ、４８ｂ）とに固定されることを特徴
    とする、赤外線制御回路。
  2. 【請求項２】 前記取付層は、前記基板に付着された
    Ｗ、ＷＣあるいはＷ2Ｃ付着層（５４ａ、５４ｂ）と、
    前記付着層に付着されかつ前記ＳｉＣ体に対する電極
    （２０ａ、２０ｂ）に結合された金属被膜層（５２ａ、
    ５２ｂ）とを含み、該金属被膜層は、関係する温度領域
    において前記基板の約３．５倍より大きくない熱膨張係
    数を有する、請求項１記載の赤外線制御回路。
  3. 【請求項３】 前記取付層と同じ組成を持ち、前記基板
    に対し電気的かつ機械的に接続されかつ前記取付層に対
    し電気的に接続された複数の電極パッド（５０ａ、５０
    ｂ）を更に備える、請求項１記載の赤外線制御回路。
  4. 【請求項４】 前記ＳｉＣ体は、ドーピング・レベルに
    より決定される方法でその抵抗を変更することにより前
    記関係する波長帯域内の赤外線に応答するようにドープ
    される、請求項１記載の赤外線制御回路。
  5. 【請求項５】 赤外線（４）を受取るように露出された
    ＳｉＣ体（６）と、 制御電圧あるいは制御電流のいずれかを前記ＳｉＣ体へ
    供給するように構成された励起回路（８、１２）と、 前記励起回路からの制御電圧の場合には前記ＳｉＣ体に
    対する電流センサ（１０）、あるいは前記励起回路から
    の制御電流の場合には前記ＳｉＣ体に対する電圧センサ
    （１４）を含み、関係する波長帯域内において前記Ｓｉ
    Ｃ体へ入射する赤外線のパワーまたはエネルギの表示を
    行う出力回路と、を備え、 前記ＳｉＣ体は、ＡｌＮ基板（４６）含む取付構造と、
    該ＳｉＣ体を前記基板に電気的かつ機械的に接続する
    Ｗ、ＷＣあるいはＷ2Ｃを含む導電性取付層（４８ａ、
    ４８ｂ）とに固定されることを特徴とする、赤外線のパ
    ワーまたはエネルギ用のセンサ。
  6. 【請求項６】 前記ＳｉＣ体は、ドーピング・レベルに
    より決定される方法でその抵抗を変更することにより前
    記関係する波長帯域内の赤外線に応答するようにドープ
    される、請求項５記載のセンサ。
  7. 【請求項７】 前記ＳｉＣ体は、温度の測定を要求され
    ているテスト体（２８）により受取られる赤外線のレベ
    ルに関して、赤外線（３８）に対する露出が既知である
    ように配置され、そして前記出力回路は、前記ＳｉＣ体
    の抵抗の関数として前記テスト体の温度の表示を行うこ
    とを特徴とする、請求項５記載のセンサ。
  8. 【請求項８】 前記取付層は、前記基板に付着された
    Ｗ、ＷＣあるいはＷ2Ｃ付着層（５４ａ、５４ｂ）と、
    前記付着層に付着されかつ前記ＳｉＣ体に対する電極
    （２０ａ、２０ｂ）に結合された金属被膜層（５２ａ、
    ５２ｂ）とを含み、該金属被膜層は、関係する温度領域
    において前記基板の約３．５倍より大きくない熱膨張係
    数を有する、請求項５記載のセンサ。
  9. 【請求項９】 前記取付層と同じ組成を持ち、前記基板
    に対し電気的かつ機械的に接続されかつ前記取付層に対
    し電気的に接続された複数の電極パッド（５０ａ、５０
    ｂ）を更に備える、請求項５記載のセンサ。
  10. 【請求項１０】 操作回路（６８、７０）と、 前記操作回路に内蔵されるＳｉＣ体（６６）と、 赤外線（７４）を前記ＳｉＣ体へ指向させその抵抗を制
    御することにより前記操作回路の動作を前記赤外線の特
    性の関数として制御するように配列される制御可能ＩＲ
    ソース（７２）と、を備え、 前記ＳｉＣ体は、ＡｌＮ基板（４６）含む取付構造と、
    該ＳｉＣ体を前記基板に電気的かつ機械的に接続する
    Ｗ、ＷＣあるいはＷ2Ｃを含む導電性取付層（４８ａ、
    ４８ｂ）とに固定されることを特徴とする、赤外線制御
    のバリスタ回路。
  11. 【請求項１１】 前記ＳｉＣ体は、ドーピング・レベル
    により決定される方法でその抵抗を変更することにより
    前記関係する波長帯域内の赤外線に応答するようにドー
    プされる、請求項１０記載の赤外線制御のバリスタ回
    路。
  12. 【請求項１２】 ＳｉＣ体（６）へ電気信号を供給する
    ステップと、 前記ＳｉＣ体を加熱するため該ＳｉＣ体へ赤外線（４）
    を供給することにより、前記電気信号に対する前記Ｓｉ
    Ｃ体の応答を制御するＳｉＣ体における抵抗変化を誘起
    するステップと、を含み、 前記ＳｉＣ体は、ＡｌＮ基板（４６）含む取付構造と、
    該ＳｉＣ体を前記基板に電気的かつ機械的に接続する
    Ｗ、ＷＣあるいはＷ2Ｃを含む導電性取付層（４８ａ、
    ４８ｂ）とに固定されることを特徴とする、赤外線を用
    いる方法。
  13. 【請求項１３】 供給された前記電気信号が電圧信号
    （８）または電流信号（１２）を含み、供給された電圧
    信号の場合に前記ＳｉＣ体に結果として流れる電流（１
    ０）か、あるいは供給された電流信号の場合に前記Ｓｉ
    Ｃ体の両端に結果として生じる電圧（１４）を検知し
    て、前記赤外線のパワーまたはエネルギの表示を取得す
    るステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ＳｉＣ体と、温度の測定が要求さ
    れるテスト体とを赤外線の直接関連するレベルに露出す
    るステップと、前記テスト体の温度の表示として前記電
    気信号に対する前記ＳｉＣ体の応答を検知するステップ
    とを更に含む、請求項１２または１３記載の方法。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6989574B2 (en) 2000-08-24 2006-01-24 Heetronix High temperature circuit structures with thin film layer
US6576972B1 (en) * 2000-08-24 2003-06-10 Heetronix High temperature circuit structures with expansion matched SiC, AlN and/or AlxGa1-xN(x>0.69) circuit device
US6995691B2 (en) * 2001-02-14 2006-02-07 Heetronix Bonded structure using reacted borosilicate mixture
US6713762B2 (en) * 2001-07-16 2004-03-30 Heetronix Acoustic absorption electromagnetic radiation sensing with SIC
US6883370B2 (en) * 2002-06-28 2005-04-26 Heetronix Mass flow meter with chip-type sensors
US7106167B2 (en) * 2002-06-28 2006-09-12 Heetronix Stable high temperature sensor system with tungsten on AlN
US7125163B2 (en) * 2003-11-24 2006-10-24 The Boeing Company Simple high accuracy high energy calorimeter
US20050236616A1 (en) * 2004-04-26 2005-10-27 Horng-Huei Tseng Reliable semiconductor structure and method for fabricating
FR2925158B1 (fr) * 2007-12-12 2011-07-01 Ulis Dispositif pour la detection d'un rayonnement electromagnetique comportant un bolometre resistif d'imagerie, systeme comprenant une matrice de tels dispositifs et procede de lecture d'un bolometre d'imagerie d'un tel systeme
WO2014080577A1 (ja) * 2012-11-26 2014-05-30 パナソニック株式会社 赤外線検出装置
IL238339B (en) * 2014-08-04 2020-05-31 Sensors Unlimited Inc A low-noise hybridization detector based on charge transfer
TWI509230B (zh) * 2014-12-25 2015-11-21 Univ Nat Cheng Kung 石墨烯光電能量感測器及使用其之光電能量感測方法
RU2709413C1 (ru) * 2019-04-26 2019-12-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" Детектор лазерного излучения ИК-диапазона
WO2021168693A1 (en) * 2020-02-26 2021-09-02 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. Radiation detector

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6019641B2 (ja) * 1980-02-26 1985-05-17 松下電器産業株式会社 サ−ミスタ
US4695733A (en) * 1984-10-17 1987-09-22 Philip Pesavento Photoconductive power switch
JPH0625695B2 (ja) * 1988-09-07 1994-04-06 綜合警備保障株式会社 赤外線検出素子
JP2840735B2 (ja) * 1989-05-26 1998-12-24 日本カーボン株式会社 赤外線検出素子
KR970063801A (ko) * 1996-02-22 1997-09-12 김광호 반도체 소자 제조 장치의 열전대(thermocouple)

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