JPH0850060A - 熱検知器及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦点面アレーにおける検知器ピクセルの物理
的面積を縮小することによって熱容量を低減し、熱検知
器の性能の向上を図る。 【構成】 熱検知システム（１０）は、焦点面アレー
（１２）、熱絶縁構造体（１４）、及び集積回路基板
（１６）を含んで構成される。焦点面アレー（１２）
は、熱センサ（２８）を含み、各々の熱センサは関連す
る熱検知素子（３０）を有する。熱検知素子（３９）
は、一方の面において赤外線吸収体及び共通電極組立体
（３６）と結合し、他方の面において集積回路基板（１
６）上に配置される関連する接触パッドに結合する。網
状の切り溝（５２ａ、５２ｂ）は、少なくとも単一の熱
検知素子（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の平均幅の半分の
距離ほど隣接する熱検知素子（３０ａ、３０ｂ、３０
ｃ）を離間させる。連続で、非網状のオプティカルコー
ティング（３８）は、熱検知素子（３０ａ、３０ｂ、３
０ｃ）の上に配置され、焦点面アレー（１２）に入射す
る熱放射の吸収を最大にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱（赤外線）検知
器、更に詳しくは熱容量を低減した熱検知装置及びその
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱センサのひとつの一般的な応用として
は、暗視装置のような熱（赤外線）検知装置がある。あ
る種の熱検知装置は、集積回路基板と結合した赤外線検
知素子すなわち熱センサの焦点面アレーを備え、焦点面
アレーと集積回路基板との間に接触パッドの対応アレー
を具備するものがある。該熱センサは、得られる熱画像
の個々の画素すなわちピクセルを画成する。

【０００３】ある実施例では、熱センサは、チタン酸ス
トロンチウムバリウム（ＢＳＴ）のような、熱放射に応
答して電気的極性および容量を変化する焦電性材料から
なる熱検知素子を含む。赤外線吸収体および共通電極組
立体が、熱検知素子の一方の面に配置され、共通電極を
覆ってオプティカルコーティングが施される。センサ信
号電極は、各々の熱検知素子の反対面に配置される。赤
外線吸収体および共通電極組立体は、典型的には、焦点
面アレーの表面を横切って延び、各々の熱検知素子を共
通電極を介して電気的に結合する。各々の赤外線検知素
子すなわち熱センサは、赤外線吸収体及び共通電極組立
体の部分とそれぞれのセンサ信号電極によって画成され
て容量性電極を構成する部分、及び容量性電極の間に配
置された誘電体すなわち絶縁体からなる熱検知素子に、
それぞれ部分的に画定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】熱検知素子の熱容量の
低減は、関連する熱センサの性能の限界を拡張できる。
熱センサとその環境との間の熱絶縁が所与の値であれ
ば、熱検知素子の熱容量の低減は所与の放射束に対する
熱センサの温度レスポンスを増大させる。数種の方法で
は、熱容量を低減する薄型の熱検知素子を用いて、熱検
知器の性能の向上を図っている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、焦点面
アレーにおける熱センサの熱容量の低減に伴う不具合お
よび問題点は、実質的に減少あるいは除去される。本発
明は検知器ピクセルの物理的面積を縮小することによっ
て熱容量を低減する。特に、本発明は隣接する熱検知素
子間の網状の切り溝の幅を広げて、熱容量の低減及び熱
検知器の性能の向上を図る。

【０００６】本発明の一態様によれば、熱検知器は焦点
面アレーおよび集積回路基板を具備する。熱センサは、
焦点面アレーに入射する熱放射量を表すセンサ信号出力
を発生する。熱センサは、網状の切り溝によって空間的
に離間された熱検知素子を備える。各々の網状の切り溝
は、単一の熱検知素子の平均幅の少なくとも半分の距離
ほど隣接する熱検知素子を離間させる。赤外線吸収体及
び共通電極組立体は熱検知素子の一方の面と結合する。
センサ信号電極は、熱検知素子の他方の面と結合する。
信号接触パッドは、集積回路基板上に配置され、センサ
信号電極と結合し、熱センサからのセンサ信号出力を受
信する。熱絶縁構造体は集積回路基板から突出して信号
接触パッドに隣接し、集積回路基板上に焦点面アレーを
載置する。

【０００７】本発明の別の態様では、焦点面アレーに入
射する熱放射量を表すセンサ信号出力を発生するような
熱センサを具備する焦点面アレーを制作するための方法
が開示される。熱センサに電圧を供給するための共通電
極が形成される。焦電性材料を使用して、共通電極の一
方の面と結合する熱検知素子を形成させてことができ
る。マスキング材料で焦電性材料を覆い、パターン形成
してもよい。焦電性材料を除去して、網状の切り溝によ
って空間的に離間した熱検知素子を形成する。網状の各
々の切り溝は、単一の熱検知素子の平均幅の少なくとも
半分の距離ほど隣接する熱検知素子を離間させる。

【０００８】本発明の重要な技術的利点は、隣接する熱
検知素子間に介在する空隙すなわち網状の切り溝を拡大
することによる熱センサの熱容量の低減を含むことであ
る。単独に、あるいは、熱センサ形成のために用いられ
る焦電性材料を薄型化する従来の方法と併用して、本発
明は隣接する熱検知素子間の網目上の切り溝を拡幅す
る。一実施例においては、網状の各々の切り溝は、単一
の熱検知素子の平均幅の少なくとも半分の距離ほど、隣
接する熱検知素子を離間させる。拡幅された網状の切り
溝は、熱センサの熱容量を低減させ、所与の熱放射に対
する熱検知器の温度レスポンスを向上する。

【０００９】本発明の別の重要な技術的利点は、隣接す
る熱検知素子間の網状切り溝を橋絡する連続性で非網状
のオプティカルコーティングを実現し、検知素子の寸法
の縮小にもかかわらず入射熱放射の吸収を最大するよう
にできることである。焦点面アレーの全面積にわたるオ
プティカルコーティングは、最大熱放射を吸収し、熱検
知素子間の間隔に無関係に、下方に位置する熱検知素子
へ熱エネルギーを移送する。

【００１０】本発明の別の重要な技術的利点は、隣接す
る熱検知素子間の網状の切り溝の拡幅によってピクセル
間の熱絶縁の増大をも含み得ることである。熱検知素子
と結合した赤外線吸収体と共通電極組立体によって、ク
ロストークすなわち熱結合が隣接する熱センサ間に生ず
ることがある。本発明は、隣接する熱検知素子間の網目
上の切り溝を拡幅することによって、ピクセル間熱絶縁
を向上する。

【００１１】

【実施例】本発明の一層完全な理解、更には本発明の特
徴及び利点の理解のために、添付の図面を参照して実施
例を説明する。本発明及びその利点は、図１及び図２を
参照することによって最もよく理解できる。図中の類似
の参照番号は、類似の、あるいは、対応する部分を表す
ために用いてある。

【００１２】赤外線検知器は、典型的には、検知器に到
達する入射赤外線放射に起因する温度変化による電圧ま
たは電流の変化の発生、あるいは、検知器を形成するた
めに用いられる材料の内部における光子−電子相互作用
による電圧または電流の変化の発生、のいずれかに基づ
く。後者の効果は内部光電効果と呼ばれることがあり、
この現象を利用する検知器は光子検知器と呼ばれる。温
度依存特性を利用する検知器は熱検知器と呼ばれる。熱
検知器には、入射赤外線放射の発熱作用によって生ずる
薄型導体の抵抗または容量の変化に基づくものもある。
この種の熱検知器はボロメーターと称されることがあ
る。

【００１３】熱検知システム１０は、更に詳細に後述す
るが、入射赤外線放射に起因する焦電性材料の温度変化
による電圧または電流の変化の発生に基づいて作用す
る。しかし、本発明はボロメーターを含む別の形式の熱
検知器について用いられてもよい。

【００１４】従来の熱検知器には、一層薄型の熱検知素
子を用いることによって、関連する熱センサの有効応答
特性の向上を図ったものがある。熱センサとその周囲の
環境との間の熱絶縁が所与の値であれば、低減された熱
容量は所与の放射束に対する温度反応を増大させること
になろう。しかし、熱検知素子の薄型化は、厚さに比例
して変化する電圧応答特性の低減、及び、厚さに反比例
して変化する電気容量の増大を伴う。熱絶縁が充分な場
合でも、電圧反応の減少は温度応答特性の増大を相殺す
る。電気容量の増大は、処理回路における寄生容量に起
因する損失を減少させれば、熱センサの有効応答特性を
増大させる。薄型熱検知素子は、誘電損失雑音及び温度
ゆらぎ雑音の減少をもたらす。薄型熱検知素子を使用す
る従来形の熱検知器における有効な効果は、熱センサに
よって発生される全信号の変化ではなく、雑音源の有効
な低減によるものである。

【００１５】従来形の熱センサに関連する問題点には、
熱検知素子が薄型化し、また熱検知素子間の網状の切り
溝の幅が狭くなるに伴い、製作が困難になることも含ま
れる。薄型熱センサによって達成される、網目上の切り
溝の最小幅、焦点面アレーにおける熱センサの実装密
度、及びピクセル間の熱絶縁の最大レベルを考慮すれ
ば、この問題は不可避的な製作上の限界をもたらす。

【００１６】本発明は、熱容量を低減した熱センサを提
供するものであり、したがって、総合的な応答特性を向
上し、かつ従来形の熱センサに関連する多くの問題点を
解消する。本発明の利点は、隣接する熱検知素子間の網
状の切り溝の幅を拡大することによって、単独に、ある
いは熱検知素子の薄型化と組み合わせて、実現される。
幅広の網状の切り溝は、熱容量の低減による熱センサの
熱応答性を向上し、ピクセル間の熱絶縁を向上し、焦点
面アレーの製作工程を単純化する。

【００１７】図１の熱検知器すなわち熱検知システム１
０と関連させて、本発明の一実施例を示す。熱検知シス
テム１０を構成する主要な構成要素には、焦点面アレー
１２、熱絶縁構造体１４、及び集積回路基板１６があ
る。熱検知システム１０の種々の構成要素は、好ましく
は、真空環境に置かれた筐体（図示せず）内に収納され
る。

【００１８】熱絶縁構造体１４は、ピクセル−ＩＣ間の
熱絶縁、焦点面アレー１２と集積回路基板１６間の電気
結合、及び集積回路基板１６上に焦点面アレー１２を載
置するための構造的支持材をなす。熱絶縁構造体１４
は、集積回路基板１６の接触パッドに隣接して形成され
るメサ（台地）型構成体１８を含む。メサ型構成体１８
はポリイミドまたは他の適当な低熱伝導性材料から形成
される。各々のメサ型構成体１８は対応するメサ型スト
リップ導体２４を支持し、該メサ型ストリップ導体２４
は焦点面アレー１２を集積回路基板１６上に配置された
対応する接触パッド２０に電気的に結合する。メサ型ス
トリップ導体２４はチタン／タングステン合金のような
相互連結金属から形成されてよく、適切な電気伝導度を
付与して焦点面アレー１２を集積回路基板１６に結合す
る。

【００１９】バンプ接合材２６はメサ型ストリップ導体
２４上に配置され、熱絶縁構造体１４の焦点面アレー１
２への接合を容易にする。インジウムバンプ接合技術
は、焦点面アレー１２と熱絶縁構造体１４との間の導電
性結合の形成に用いるに適切である。本発明はピクセル
−ＩＣ間の熱絶縁、製作工程における機械的完全性、及
び集積回路基板１６と焦点面アレー１２間の適切な電気
結合を実現する任意の熱絶縁構造体１４を対象とするも
のであることを理解すべきである。

【００２０】本発明には、種々の形式の半導体材料及び
集積回路基板を用いてよい。米国特許第４，１４３，６
２９号、発明の名称「強誘電体画像装置」（授権者マコ
ーマック他、権利譲受者テキサス・インストルメント
社）は、熱検知素子とシリコンスイッチングマトリクス
または集積回路基板から製作される熱検知器に関する情
報を開示している。本発明は、焦点面アレー１２によっ
て発生された信号を受信可能なあらゆる適切な基板と共
に用いてよいことを理解すべきである。米国特許第５，
０４７，６４４号、発明の名称「熱画像装置のためのポ
リイミド熱絶縁メサ」（授権者メイスナー他、権利譲受
者テキサス・インストルメント社）は、ポリイミドから
形成されるメサ型構成体を有する熱絶縁構造体を開示し
ている。

【００２１】焦点面アレー１２は、複数の熱センサ２８
を含む。熱センサ２８の数量及び形状は焦点面アレー１
２の所望のＮ×Ｍピクセルの分解能に依存する。熱セン
サ２８は、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）
のような、熱放射に応答して電気的極性及び容量を変化
する焦電性材料から形成される熱検知素子３０を含む。
図１は、３個の特定の熱検知素子３０ａ、３０ｂ、３０
ｃを図示して、本発明の１形態を説明するものである
が、参照数字「３０」は任意の熱検知素子３０を全般的
に指すものとして使用する。チタン酸鉛（ＰＴ）、チタ
ン酸ランタン鉛（ＰＬＴ）、チタン酸ジルコニウム鉛
（ＰＺＴ）、及びチタン酸ジルコニウムランタン鉛（Ｐ
ＺＬＴ）を含むチタン酸鉛系列に含まれる材料も熱検知
素子３０の形成に使用してよい。

【００２２】各熱センサ２８と関連する焦電性トランス
デューサすなわちコンデンサは、部分的には、熱検知素
子３０、センサ信号電極３２、及び赤外線吸収体と共通
電極組立体３６からなる共通電極３４によって部分的に
画成される。したがって、熱検知素子３０はセンサ信号
電極３２及び共通電極３４に関して誘電体として作用す
る。赤外線吸収体及び共通電極組立体３６は、オプティ
カルコーティング３８、及び随意であるが薄い外層４０
を更に含む。

【００２３】一実施例では、赤外線吸収体及び共通電極
組立体３６は、所望の赤外線スペクトルの吸収を最大に
するように調整された共振性光学空洞を形成する多層構
造をなす。共通電極３４は、ニクロム（ＮｉＣｒ）その
他の適切な材料のような不透明、高反射性材料から形成
されて、熱検知素子３０に共通電圧を分配できるもので
よい。共通電圧は負、正、又はゼロ電位でよい。オプテ
ィカルコーティング３８はパリレンのような有機材料で
あり、屈折率に応じて厚さを適切に調節し、所望のスペ
クトルの吸収を最大にするように空洞を整調する。薄い
外層４０は、共振性空洞から反射される電磁波の実効振
幅を最小にするように厚さを調節された薄い半透明の金
属である。

【００２４】一実施例では、オプティカルコーティング
３８及び随意の薄い外層４０は、図１に示すように、連
続性で非網状の層であり、隣接する熱検知素子３０ａ、
３０ｂ、３０ｃの間の網状の切り溝５２ａ、５２ｂを橋
絡する。連続性の非網状オプティカルコーティング３８
は、焦点面アレー１２に入射する最大熱放射を吸収し、
熱検知素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ間の間隔に無関係
に、熱エネルギーを熱検知素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ
に移送する。

【００２５】動作時には、熱検知装置１０は、焦点面ア
レー１２に到達する入射赤外線放射に応答して熱画像を
生成する。赤外線吸収体及び共通電極組立体３６は赤外
線エネルギーを吸収し、熱センサ２８の熱検知素子３０
に温度変化を伝達する。温度変化は熱検知素子３０の電
気的極性及び容量を変化させ、センサ信号電極３２上に
対応するセンサ信号を発生する。全センサ信号出力は熱
検知素子３０の電気的極性及びキャパシタンスに依存す
る、換言すれば、入射赤外線放射の関数である。センサ
信号電極３２は、熱絶縁構造体１４のメサ型ストリップ
導体２４を介して、集積回路基板１６上の対応する接触
パッド２０に電気的に結合する。

【００２６】本発明によれば、熱センサ２８の熱検知素
子３０の形状は、部分的には、高さ４２、第１の幅４
４、及び第２の幅４６によって定まる。座標系４７に関
して、高さ４２はｚ軸方向に、第１の幅４４はｙ軸方向
に、及び第２の幅４６はｘ軸方向に測定される。明示す
れば、熱検知素子３０は平行６面体として図示される
が、熱検知素子３０の反対面は平行である必要はないこ
とを理解すべきである。熱検知素子３０の反対面が平行
でない場合には、第１の幅４４と第２の幅４６は平均幅
として表されてよい。更に、熱検知素子３０の面は、図
１に示すような６面よりも多くてもよいし、また少なく
てもよい。

【００２７】一実施例では、熱検知素子３０の壁面は実
質的に垂直であり、共同電極３４と結合する第１の面４
８から、センサ信号電極３２と結合する第２の面５０に
延びる。本発明は、焦点面アレー１２の製作工程によっ
ては、図２を参照して以下に説明するように中央部で隆
起したり傾斜するような代替的構造であって、第１の面
４８から第２の面５０に延びる壁面を有する熱検知素子
３０をも対象にするものであることを理解すべきであ
る。

【００２８】網状の切り溝５２ａは熱検知素子３０ａを
熱検知素子３０ｂから離間させ、また網状の切り溝５２
ｂは熱検知素子３０ｂを熱検知素子３０ｃから離間させ
る。本発明の望ましい実施例では、網状の切り溝５２ａ
は、隣接する熱検知素子３０ａ及び３０ｂの第１の幅４
４の少なくとも半分に等しい網状の切り溝幅５４ａを有
する。同様に、網状の切り溝５２ｂは、隣接する熱検知
素子３０ｂ及び３０ｃの第２の幅４６の少なくとも半分
に等しい網状の切り溝幅５２ｂを有する。

【００２９】本発明では、第１の幅４４及び網状の切り
溝幅５４ａは座標系４７のｙ軸方向に測定され、第２の
幅４６及び網状の切り溝幅５４ｂは座標系４７のｘ軸方
向に測定されることを理解すべきである。本発明の説明
の便宜上、網状の切り溝幅５４ａは熱検知素子３０ａ、
３０ｂの第１の幅４４に関して一般に定められ、また網
状の切り溝幅５４ｂは熱検知素子３０ｂ、３０ｃの第２
の幅４６に関して一般に定められる。第１の幅４４と第
２の幅４６とが等しく、かつ網状の切り溝幅５４ａと網
状の切り溝幅５４ｂとが等しいような特定の実施例にお
いては、熱検知素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃの間隔と配
列は、座標系４７のｘ−ｙ平面において対称である。

【００３０】上述のように、熱検知システム１０は焦点
面アレー１２における入射赤外線放射を受光し、この放
射を熱エネルギーに変換して、熱検知素子３０の温度上
昇を引き起こす。赤外線放射の照射時間と強度を与えれ
ば、熱検知素子３０は以下の２つの要因に依存してある
温度まで上昇する。第一に、熱検知素子３０における温
度上昇は、集積回路基板１６とのピクセル−ＩＣ熱絶縁
及び隣接の熱センサとの間のピクセル間熱絶縁を含む周
囲環境からの熱絶縁に依存する。第二に、熱検知素子３
０の温度は熱容量に依存して上昇する。したがって、固
定されたピクセル−ＩＣ間及びピクセル間の熱絶縁を与
えれば、熱センサ２８の熱応答性は熱検知素子３０の質
量を減少することによって向上できる。

【００３１】従来の熱検知システムは高さ４２を縮小す
ることによって、熱検知素子３０の質量を減少させてき
た。しかし、本発明は、第１の幅４４を縮小して熱検知
素子３０ａと３０ｂとの間の網状の切り溝５２ａの幅を
拡大し、かつ第２の幅４６を縮小して熱検知素子３０ｂ
と３０ｃとの間の網状の切り溝５２ｂの幅を拡大するこ
とによって熱応答性の向上を達成するものである。熱セ
ンサ２８は、下方に配置する熱絶縁構造体１４及び集積
回路基板１６の製作限界を考慮すると、隣接する熱セン
サ２８から最小の距離すなわちピッチで配置されてよ
い。隣接する熱センサとの間の最小のピッチを与えた場
合、本発明は、熱検知器１０のピクセル分解能を犠牲に
することなく、熱検知素子３０の熱容量を低減すること
を考えるものである。更に、オプティカルコーティング
３８は熱検知素子３０上を覆って配置される連続性で非
網状の層として広がり、したがって、下方に位置する熱
検知素子３０の寸法及び配列に無関係に、焦点面アレー
１２に入射する最大熱放射を吸収する。

【００３２】熱センサ２８は、焦点面アレー１２に入射
する第１次熱応答を示す。熱応答時定数（τ）は熱検知
素子３０の熱容量（Ｃ）及び熱センサ２８と周囲環境と
の間の熱抵抗（Ｒ）とに依存する。

【数１】制御式τ＝Ｒ・Ｃ は、熱検知素子３０の熱容量（Ｃ）の低減が一層低い熱
応答時定数（τ）をもたらすことを示す。

【００３３】熱応答時定数（τ）を、隣接する熱センサ
２８及び下方に位置する集積回路基板１６との間におけ
る熱絶縁の向上を介して増大する熱抵抗（Ｒ）によって
増大させてもよい。熱センサ２８の熱応答時定数（τ）
の適切な選択は、焦点面アレー１２を熱放射に交番的に
露光させるチョッパー（図示せず）の周波数及びデュー
ティサイクルに依存する。例えば、毎秒３０フレームの
画像データを与えることができる５０パーセントのデュ
ーティサイクルのチョッパーは、６０分の１秒間開き、
次の６０分の１秒間閉じる。開口中に、焦点面アレー１
２が最大赤外線放射を感光し、吸収して、熱センサ２８
が最大センサ信号を発生するように適切に応答すること
が望ましい。

【００３４】短い時定数は、本質的に潜在的信号を浪費
して、熱検知センサ２８が最大電圧を発生することを妨
げる。長い時定数は熱センサ２８の応答性の劣化をもた
らす。したがって、熱センサ２８の熱応答時定数（τ）
の望ましい選択が、チョッパー開口期間における最大レ
ベルへの確実な温度上昇を生成し、最大センサ信号発生
を可能にする。

【００３５】隣接する熱検知素子３０間の幅広の網状切
り溝５２ａ、５２ｂは熱検知素子３０の質量を減少させ
て熱容量（Ｃ）を減少させる。したがって、本発明は、
低減された熱容量（Ｃ）と増大された熱絶縁（Ｒ）との
折衷案を考えて、有効応答性を向上した熱センサ２８を
製作するものである。この有効応答性は必然的にチョッ
パー周波数及びデューティサイクルに依存する。

【００３６】熱センサ２８の熱容量の低減は、処理回路
（図示せず）の寄生容量による損失を増大させる。電気
容量は、容量性極板間の誘電体の面積に比例し、極板間
の厚さ、すなわち、距離に反比例する。熱検知素子の薄
型化による従来の方法は、熱センサの熱容量を低減した
が、同時に電気容量を増大させた。熱センサの電気容量
は処理回路の寄生容量に応じて増加するから、熱センサ
の電気容量の増大は寄生容量による損失を減少させる。
処理回路の寄生容量が小さく、かつ熱センサの電気容量
が大きいなら、熱センサからの電圧の大きさは実質的に
入射熱放射に起因する信号で構成される。しかし、寄生
容量が熱センサの電気容量に比較して割合に大きいな
ら、処理回路による入射熱放射に起因する信号を読み取
ることが困難になろう。

【００３７】隣接する熱検知素子３０間の幅広の網状切
り溝５２ａ、５２ｂは熱センサ２８の電気容量を低減さ
せる。処理回路の寄生容量を一定と仮定すると、このこ
とが寄生容量に起因する損失の増大をもたらす結果にな
ることがある。この損失は、幅広の網状の切り溝５２
ａ、５２ｂを有する熱センサ２８のための処理回路の設
計変更によって克服できる。

【００３８】寄生容量によってもたらされる損失のほか
に、幅広の網状の切り溝５２ａ、５２ｂは、熱センサ２
８で生ずる誘電体損失雑音及び温度ゆらぎ雑音の両方を
増大することになることがある。誘電体損失雑音あるい
は「ジョンソン雑音」は熱センサ２８の抵抗成分に関連
する。温度ゆらぎ雑音は熱センサ２８とその環境との間
の熱伝達の速度のランダム成分に関連する。

【００３９】幅広の網状切り溝５２ａ、５２ｂを有する
熱センサ２８から形成される熱検知装置１０は、信号対
雑音比（ＳＮＲ）の有効な向上をもたらすが、ピクセル
の物理的面積の略平方根に近似的に反比例して変化す
る。この結果は、焦点面アレー１２と集積回路基板１６
との間の比較的高いピクセル−ＩＣ間熱絶縁及び隣接す
る熱センサ２８間の比較的高いピクセル間熱絶縁を示す
ものと考えられる。更に、ＳＮＲの増大は処理回路の寄
生容量に起因する比較的低い損失を示す。上述のように
考えると、熱センサ２８の熱容量の低減による信号増大
の利点は、有効な向上されたＳＮＲに対する誘電体損失
雑音及び熱ゆらぎ雑音の増大よりも重要である。

【００４０】図２は、焦電性材料１０４の連続平板から
熱検知素子１０２を製作する工程における焦点面アレー
１００の一部分の断面図を示す。焦電性材料１０４は、
好ましくはチタン酸ストロンチウムバリウム（ＢＳＴ）
であるが、図１の熱検知素子３０を参照して説明した任
意の代替材料でもよい。焦点面アレー１００は、焦電性
材料１０４の上方に配置され、かつそれに結合する赤外
線吸収体及び共通電極組立体１０６を更に含む。赤外線
吸収体及び共通電極組立体１０６は、共通電極１０８、
オプティカルコーティング１１０、及び薄い外層１１２
を更に含む。赤外線吸収体及び共通電極組立体１０６の
構造及び構成は、図１を参照して説明した赤外線吸収体
及び共通電極組立体３６と類似である。

【００４１】熱検知素子１０２は、網状の切り溝１１８
を形成するために焦電性材料１０４を除去することによ
って形成される。網状の切り溝１１８は熱検知素子１０
２の中間位置に配置される。好ましい実施例では、網状
の切り溝１１８は熱検知素子１０２の平均幅１２０の少
なくとも半分に等しい網状の切り溝幅１２２を有する。

【００４２】様々な方法を用いて、網状の切り溝１１８
を形成するために焦電性材料の部分を除去してよい。一
実施例では、マスクを必要としないで焦電性材料１０４
を除去するために、レーザー網状加工が用いられる。網
状の切り溝１１８を形成するためのレーザー網状加工
は、所望の網状の切り溝幅１２２及び特定のレーザ−器
材に応じて、１回あるいは複数回行ってよい。

【００４３】別の実施例では、焦電性材料１０４は、イ
オンミリング、プラズマエッチング、化学的エッチン
グ、その他の適切な工程を用いて除去されてよい。この
実施例では、マスク要素１１６にパターン形成されたマ
スク材料１１４の層が熱検知素子１０２を覆って配置さ
れる。図２は、マスク材料１１４のパターン形成後であ
って、網状の切り溝１１８の形成のための焦電性材料１
０４除去前における、焦点面アレー１００を示す。工程
中に、マスク要素１１６に挟まれた焦電性材料１１４は
網状の切り溝１１８を残して除去される。マスク材料１
１４は有機フォトレジスト、金属、あるいは他の適切な
マスク材料でよい。

【００４４】本発明を数種の実施例について説明した
が、種々の変形あるいは変更があることは当業界の技術
者には明らかである。本発明はこの種の変形及び変更を
特許請求の範囲内に包含するものである。

【００４５】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 焦点面アレー及び集積回路基板を含む熱検知器
であって、焦点面アレーに入射する熱放射量を示すセン
サ信号出力を供給するための複数の熱センサであって、
複数の網状の切り溝によって空間的に離間された複数の
熱検知素子からなり、各々の前記網状切り溝は隣接する
前記熱検知素子を、単一の熱検知素子の平均幅の少なく
とも半分の距離ほど離間する熱センサと、前記熱検知素
子の一方の面と結合する赤外線吸収体及び共通電極組立
体と、前記熱検知素子の他方の面と結合する複数のセン
サ信号電極と、集積回路基板上に配置されて、前記セン
サ信号電極と結合し、前記熱センサからのセンサ信号出
力を受信するための複数の信号接触パッドと、前記集積
回路基板から前記信号接触パッドに隣接して突出し、前
記集積回路基板上に焦点面アレーを載置するための熱絶
縁構造体と、から構成されることを特徴とする熱検知
器。

【００４６】（２） 前記赤外線吸収体及び共通電極組
立体が、赤外線放射を受感する連続性、非網状のオプテ
ィカルコーティングからなる第１項記載の検知器。 （３） 前記各々の熱検知素子が、前記共通電極に結合
する第１の面から、関連する前記センサ信号電極に結合
する第２の面に延びる少なくとも一つの実質的に垂直な
壁面によって部分的に画成される第１項記載の検知器。 （４）前記熱検知素子が、焦電性材料から形成される第
１項記載の検知器。

【００４７】（５） 前記熱検知素子がチタン酸バリウ
ムストロンチウムから形成される第１項記載の検知器。 （６） 前記赤外線吸収体及び共通電極組立体が、前記
熱検知素子に電圧を供給するための熱検知素子と結合す
る共通電極組立体と、共通電極の上に配置され、赤外線
放射を受感するオプティカルコーティングとから成る第
１項記載の検知器。 （７） 前記各々の熱検知素子が一方の面において前記
共通電極と、かつ、他方の面において関連する前記セン
サ信号電極と結合し、前記センサ信号電極が熱絶縁構成
体を介して、前記集積回路基板上に配置される関連する
前記信号接触パッドと結合する第１項記載の検知器。

【００４８】（８） 焦点面アレーに入射する熱放射量
を示すセンサ信号出力を供給するための複数の熱センサ
を含む焦点面アレーであって、前記熱センサに電圧を供
給する共通電極と、前記共通電極の一方の面と結合し、
入射赤外線放射を受感するオプティカルコーティング
と、前記共通電極の他方の面と結合する複数の熱検知素
子であって、前記熱検知素子は複数の網状切り溝によっ
て空間的に離間され、各々の前記網状切り溝は隣接する
前記熱検知素子を単一の熱検知素子の平均幅の少なくと
も半分の距離ほど離間する熱検知素子と、焦点面アレー
に入射する熱放射量を示す信号出力を受信するために、
前記熱検知素子と結合された複数のセンサ信号電極と、
からなることを特徴とする焦点面アレー。

【００４９】（９） 前記各々の熱検知素子が、前記共
通電極に結合する第１の面から、関連する前記センサ信
号電極に結合する第２の面まで延びる実質的に垂直な壁
面によって部分的に画成される第８項記載の焦点面アレ
ー。 （１０） 前記熱検知素子が、チタン酸ストロンチウム
バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ランタン鉛、チタン酸
ジクロミウム鉛、及びチタン酸ジクロニウムランタン鉛
からなる群から選ばれる焦電性材料から形成される第８
項記載の焦点面アレー。 （１１） 前記オプティカルコーティングの上に配置さ
れる薄い半透明金属層を更に含む第８項記載の焦点面ア
レー。

【００５０】（１２） 焦点面アレーに入射する赤外線
放射量を示すセンサ信号出力を供給する複数の熱センサ
を備える焦点面アレーの製作する方法であって、熱セン
サに電圧を供給する共通電極を形成する工程と、前記共
通電極の一方の面に赤外線放射を受感するオプティカル
コーティングを形成する工程と、前記オプティカルコー
ティングとは反対の共通電極の面に焦電性材料を形成す
る工程と、焦電性材料を除去して複数の網状切り溝によ
って空間的に離間された複数の熱検知素子を形成し、各
々の前記網状切り溝が単一の熱検知素子の平均幅の半分
の距離ほど隣接する熱検知素子を離間させる工程と、か
らなることを特徴とする方法。

【００５１】（１３） 前記焦電性材料がチタン酸スト
ロンチウムバリウム、チタン酸鉛、チタン酸ランタン
鉛、チタン酸ジクロミウム鉛、及びチタン酸ジクロニウ
ムランタン鉛からなる群から選ばれる第１２項記載の方
法。 （１４） 前記オプティカルコーティングがパリレンか
ら形成される第１２項記載の方法。 （１５） 前記共通電極がニクロムから形成される第１
２項記載の方法。 （１６） 前記オプティカルコーティングがパリレンか
らなる連続性、非網状の層から形成される第１２項記載
の方法。

【００５２】（１７） 前記オプティカルコーティング
の上に配置される薄い半透明金属層を形成する工程を更
に含む第１２項記載の方法。 （１８） 前記焦電性材料除去の工程がレーザー網状加
工を用いて遂行される第１２項記載の方法。 （１９）前記焦電性材料の除去工程がイオンミルを用い
て遂行され、前記焦電性材料の上に配置されるマスク材
料を形成する工程、及び前記マスク材料をパターン形成
する工程を更に含む、第１２項記載の方法。

【００５３】（２０） 熱検知システム（１０）は、焦
点面アレー（１２）、熱絶縁構造体（１４）、及び集積
回路基板（１６）を含んで構成される。焦点面アレー
（１２）は、熱センサ（２８）を含み、各々の熱センサ
は関連する熱検知素子（３０）を有する。熱検知素子
（３９）は、一方の面において赤外線吸収体及び共通電
極組立体（３６）と結合し、他方の面において集積回路
基板（１６）上に配置される関連する接触パッドに結合
する。網状の切り溝（５２ａ、５２ｂ）は、少なくとも
単一の熱検知素子（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の平均幅
（４４、４６）の半分の距離ほど隣接する熱検知素子
（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を離間させる。連続で、非
網状のオプティカルコーティング（３８）は、熱検知素
子（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の上に配置され、焦点面
アレー（１２）に入射する熱放射の吸収を最大にする。

【００５４】この出願は、いずれも同一権利者の出願に
なる、同時係属出願の第８／１８２，８６５号、発明の
名称「赤外線検知器及び方法」、代理人出願記録ＴＩ−
１８７８８、及び同時係属出願の第８／１８２，２６８
号、発明の名称「赤外線検知器及び方法」、代理人出願
記録ＴＩ−１７２３３、に関連する。

【図面の簡単な説明】

本発明のより完全な理解、及び将来的な特徴と利点のた
めに、関連の図を添付し、以下に説明する。

【図１】網状の切り溝によって、少なくとも熱検知素子
の幅の平均値の半分の距離ほど離間された複数の熱検知
素子を有する焦点面アレーを具備する熱検知システムの
一部の等距離図法による見取り図。

【図２】チタン酸ストロンチウムバリウム（ＢＳＴ）の
ような焦電性材料でできた連続性のスラブから熱検知素
子が形成される製作工程における焦点面アレーの一部の
断面図。

【符号の説明】

１０ 熱検知システム １２ 焦点面アレー １４ 熱絶縁構造体 １６ 集積回路基板 ２８ 熱センサ ３０ 熱検知素子 ３９ 熱検知素子 ３６ 赤外線吸収体及び共通電極組立体 ５２ 網状の切り溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード アール．ベラタン アメリカ合衆国テキサス州リチャードソ ン，イー．ベルトライン 2111，アパート メント ナンバー 106ビー (72)発明者 スチーブン エヌ．フランク アメリカ合衆国テキサス州マッキニー，ハ ックベリー 471 (72)発明者 チャールズ エム．ハンソン アメリカ合衆国テキサス州リチャードソ ン，ウインドソング トレイル 1608 (72)発明者 ポール オー．ジョンソン アメリカ合衆国テキサス州アレン，ウォン ダリング ウエイ 925 (72)発明者 ロバート ジェイ．エス．カイル アメリカ合衆国テキサス州ローレット，ト レイル レイク ドライブ 8017 (72)発明者 エドワード ジー．メイスナー アメリカ合衆国テキサス州ダラス，ローダ ー レーン 16500，アパートメント ナ ンバー 8207 (72)発明者 ロバート エイ．オーウェン アメリカ合衆国テキサス州ローレット，ト レイドウインド ドライブ 4105 (72)発明者 ゲイル ディー．シェルトン アメリカ合衆国テキサス州メスキート，ク アポウ トレイル 1400 (72)発明者 ウィリアム ケイ．ウオーカー アメリカ合衆国テキサス州プラノ，ウエス トリッジ ドライブ 2605

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点面アレー及び集積回路基板を含む熱
   検知器であって、 焦点面アレーに入射する熱放射量を示すセンサ信号出力
   を供給するための複数の熱センサであって、複数の網状
   の切り溝によって空間的に離間された複数の熱検知素子
   からなり、各々の前記網状切り溝は隣接する前記熱検知
   素子を、単一の熱検知素子の平均幅の少なくとも半分の
   距離ほど離間する熱センサと、 前記熱検知素子の一方の面と結合する赤外線吸収体及び
   共通電極組立体と、 前記熱検知素子の他方の面と結合する複数のセンサ信号
   電極と、 集積回路基板上に配置されて、前記センサ信号電極と結
   合し、前記熱センサからのセンサ信号出力を受信するた
   めの複数の信号接触パッドと、 前記集積回路基板から前記信号接触パッドに隣接して突
   出し、前記集積回路基板上に焦点面アレーを載置するた
   めの熱絶縁構造体と、 から構成されることを特徴とする熱検知器。
2. 【請求項２】 焦点面アレーに入射する熱放射量を示す
   センサ信号出力を供給するための複数の熱センサを含む
   焦点面アレーであって、 前記熱センサに電圧を供給する共通電極と、 前記共通電極の一方の面と結合し、入射赤外線放射を受
   感するオプティカルコーティングと、 前記共通電極の他方の面と結合する複数の熱検知素子で
   あって、前記熱検知素子は複数の網状切り溝によって空
   間的に離間され、各々の前記網状切り溝は隣接する前記
   熱検知素子を単一の熱検知素子の平均幅の少なくとも半
   分の距離ほど離間する熱検知素子と、 焦点面アレーに入射する熱放射量を示す信号出力を受信
   するために、前記熱検知素子と結合された複数のセンサ
   信号電極と、 からなることを特徴とする焦点面アレー。
3. 【請求項３】 焦点面アレーに入射する赤外線放射量を
   示すセンサ信号出力を供給する複数の熱センサを備える
   焦点面アレーの製作する方法であって、 熱センサに電圧を供給する共通電極を形成する工程と、 前記共通電極の一方の面に赤外線放射を受感するオプテ
   ィカルコーティングを形成する工程と、 前記オプティカルコーティングとは反対の共通電極の面
   に焦電性材料を形成する工程と、 焦電性材料を除去して複数の網状切り溝によって空間的
   に離間された複数の熱検知素子を形成し、各々の前記網
   状切り溝が単一の熱検知素子の平均幅の半分の距離ほど
   隣接する熱検知素子を離間させる工程と、 からなることを特徴とする方法。