JPH10104062A - 薄膜電極および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜電極を有する熱センサの製造で、沈積の
後の工程中に、パイロ電気層に隣接する表面に沿って、
ヒロックまたは類似の変形を生じ、パイロ電気層と薄膜
電極を通じて電気的な漏れを増大させ、熱センサから得
られた電気信号とビジュアルディスプレイを悪化させ
る。この不利な点を除去または減少させる。 【解決手段】 電極アセンブリ（３６）は、第１薄膜電
極（５２）と誘電素子（５０）と第２薄膜電極（５４）
を含んでなり得る。第１薄膜電極（５２）は、少なくと
も二つの成分の固溶体を含んでなり得る。誘電素子（５
０）は、第１薄膜電極（５２）と電気通信し得る。第２
薄膜電極（５４）は、第１薄膜電極（５２）の反対側
で、誘電素子（５０）と電気通信し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】この発明は、一般に赤外線
または熱による撮像システムに関し、より詳しくは薄膜
電極と、製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱画像システムは、火災の検出や、機
械、飛行機、乗り物および人々の検出のために、しばし
ば用いられる。熱画像システムは、一般に、あるシーン
内の種々の対象の熱放射における相違を検出することに
より、また、この相違をこのシーンの視覚映像として表
示することにより作動する。

【０００３】熱画像システムの基本的構成要素は、一般
に、あるシーンから熱放射を収集し焦点に集めるための
レンズと、熱放射を電気信号に変換するための複数の熱
センサを有する熱検出器と、前記電気信号をビジュアル
ディスプレイまたは適当な媒体内の記憶装置へ向けて増
幅し処理するための電子技術を含む。検出器をシーンに
交流結合するために、しばしばチョッパが熱画像システ
ムに含まれる。このチョッパは、一様な背景放射を生成
して、これが参照信号を提供する。熱画像システムの電
子的処理部が、全放射信号からこの参照信号を差し引い
て、背景バイアスが最小の信号を生成する。

【０００４】熱画像システムの熱センサーは、焦点面ア
レイ内に配置され得る。この焦点面アレイおよびその関
連の熱センサーは、しばしば集積回路基板に結合される
が、それは、この焦点面アレイとこの集積回路基板の間
に配置される、対応する接点パッドのアレイおよび熱絶
縁構造によってである。この熱センサーは、結果する熱
画像のそれぞれの画素すなわちピクセルを定義する。

【０００５】一つのタイプの熱センサーは、入射する赤
外線放射に反応するパイロ電気物質内の温度変化による
電気的分極の状態および／または誘電率の変化を表示す
るパイロ電気物質から構成される。一対の薄膜電極が一
般に前記パイロ物質の反対側に配置されて、容量性プレ
ートとして作用するようにされる。この装置において、
容量性プレートの間に配置されたパイロ電気物質は、誘
電体または絶縁体として作用する。従ってこの電極は、
温度変化に応答してパイロ電気物質により生成された電
荷を測定するよう作動できる。前に議論したように、こ
の電荷すなわち電気信号は、ビジュアルディスプレイに
向けて増幅され処理され得る。

【０００６】熱センサー製造の出発点は、典型的にシリ
コンまたは他の適当な物質のウエハである。ウエハは、
直径約１５０ミリメートル（６インチ）、厚さ約６６０
ミクロン（２６ミル）である。熱センサーを形成する物
質はこのウエハ上に複数の層に沈積され、また必要なら
ば除去される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、薄膜電
極を有する熱センサを製造するのに伴う問題は、沈積の
後の工程中に、しばしば電極が変形することである。た
とえば、薄膜電極は、パイロ電気層に隣接する表面に沿
って、ヒロックまたは類似の変形を生ずることが知られ
ている。この変形は、パイロ電気層と薄膜電極を通じ
て、電気的な漏れを結果する。この漏れは、熱センサか
ら得られた電気信号とビジュアルディスプレイを悪化さ
せる。

【０００８】したがって、改良された薄膜電極のための
技術において、一つの需要が起こった。この発明は、従
来の薄膜電極に伴う不利な点と諸問題を実質的に除去ま
たは減少させるひとつの薄膜電極を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、電極
アセンブリは、第１薄膜電極、誘電素子、第２薄膜電極
を含んでなる。第１薄膜電極は、少なくとも二つの成分
の固溶体を含んでなり得る。誘電素子は、第１薄膜電極
と電気的に通信できる。第２薄膜フィルム電極は、第１
薄膜電極と反対側の誘電素子と、電気的に通信できる。

【００１０】一つの実施例において、誘電素子は、感熱
素子であり得る。感熱素子は第１薄膜電極に隣接して配
置し得るし、また、第２薄膜電極は、第１薄膜電極の反
対側に感熱素子に隣接して配置し得る。付加的に、支持
構造が、第１薄膜電極を支持するために、基板表面に関
して間隔をとって、備えられ得る。この支持構造は、基
板表面から延びている少なくとも二つのポストと、それ
ぞれ電極から延びていて、それぞれのポストに接続され
ている一対の二叉のポストを含み得る。

【００１１】感熱素子は、パイロ電気材料を含んでなり
得る。パイロ電気材料は、ジルコン酸チタン酸鉛ランタ
ンであり得る。その上、固溶体は、プラチナとロジウム
の成分を含み得る。特定の実施例において、固溶体は、
８５％のプラチナと１５％のロジウを含んでなり得る。

【００１２】この発明の重要な技術的長所には、改良さ
れた薄膜電極が含まれる。特に、第１電極は、少なくと
も二つの成分の固溶体を含んでなる。この固溶体は、ヒ
ロックその他第１電極の表面上の形態の異常の形成に対
して、抵抗力の増加をもたらす。

【００１３】この発明の更に他の重要な技術的長所は、
誘電素子と一対の薄膜電極を有する改良された電極アセ
ンブリの提供を含む。特に、第一電極は、比較的スムー
スに、誘電素子および第１および第２電極の間を通して
の電気の漏れを減少させる。電気的な漏れを減少させる
ことは、電極アセンブリから得られる電気的信号を、改
良する。

【００１４】その他の技術的長所は下記の図面説明およ
び請求項から当業者に自明であろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の好ましい実施例とその
長所は、図面の図１から図５までを参照してこれから一
層詳細に最良に理解される。これらの図面で同じ番号は
いくつかの図中の同じ部分を示す。図１はこの発明によ
って製作された熱画像システムの概略のブロック図を示
す。動作中この熱画像システム１２は、シーン１４の熱
画像を検出し処理し表示する。

【００１６】熱画像システム１２は、闇の中や、画像が
煙、ほこり、または他の粒子により損なわれる場合のよ
うな可視波長による撮像が不可能な時に、特に有用であ
る。こうした状態において熱画像システム１２は、赤外
線ウィンドウ中の熱放射を検出する。赤外線ウィンドウ
は赤外線スペクトル中の一つの波長領域で、ここでは大
気中の電磁放射がよく伝達される。典型的に赤外線検出
器は３ないし５ミクロン（０．４ないし０．２５ｅＶの
エネルギーを有する）および８ないし１４ミクロン
（０．１６ないし０．０９ｅＶのエネルギーを有する）
のスペクトルバンドの赤外線放射を検出する。３ないし
５ミクロンのスペクトルバンドは一般に「近赤外線バン
ド」と呼ばれ、一方８ないし１４ミクロンのスペクトル
バンドは「遠赤外線バンド」と呼ばれる。近赤外線バン
ドと遠赤外線バンドの中間の赤外線放射は、これが大気
中に吸収されるので、検出できない。しかしながら、熱
画像システム１２は、昼間、可視光線による視覚が利用
できるときにも使用できる。例えば、熱画像システム１
２は、火災の検出、機械、飛行機、乗り物、人々の検出
に、また温度に敏感な産業工程に使用できる。

【００１７】図１に示すように、熱画像システム１２
は、熱検出器１８との光通信において、レンズアセンブ
リ１６を含んでなり得る。レンズアセンブリ１６は、シ
ーン１４が熱検出器１８へ発した熱放射を焦点に集めた
り、方向をつけたりできる。レンズアセンブリ１６は、
ゲルマニウムのような、熱放射を伝導する材料で作られ
た一つまたはそれ以上のレンズを含み得る。レンズアセ
ンブリ１６の設計は、熱画像システム１２の特定の使用
により異なる。例えば、レンズアセンブリ１６は、一定
または可変のＦナンバーを有し得るし、および／また
は、単一の視野またはズームレンズであり得る。

【００１８】熱検出器１８は、冷却式でも非冷却式であ
っても良い。冷却式熱検出器は、赤外線放射における変
動に対する望ましい感度を得るために、液体窒素の温度
のような超低温の温度で運転される。非冷却式熱検出器
１８が使用される場合は、しばしば、レンズアセンブリ
１６と熱検出器１８の間にチョッパ２０が配置される。
好ましくは、レンズアセンブリ１６と熱検出器１８とチ
ョッパ２０は、合同ハウジング（図示なし）内に収容さ
れている。熱検出器１８はまた、真空環境または低熱伝
導率ガスの中にも収容され得る。

【００１９】チョッパ２０は、信号プロセッサ２２に制
御されて、熱検出器１８への熱イメージの転送を定期的
に遮断する。種々のタイプの機械的および／または電気
的チョッパ２０が、この発明に満足に使用できる。例え
ば、チョッパ２０は、赤外線放射を定期的にブロック
し、また通過させる開口を有する回転ディスクであり得
る。

【００２０】熱検出器１８に関するレンズアセンブリ１
６とチョッパ２０の配置は、熱画像システムに応用され
た光学設計の公知の原則を用いて達成される。前記のよ
うにレンズアセンブリ１６は、シーン１４により熱検出
器１８へ発せられた熱放射を焦点に集める。熱検出器１
８は、入射する熱放射を対応する電気信号に処理のため
に翻訳する。

【００２１】熱検出器１８の電気信号は、信号プロセッ
サ２２へ送られ、信号プロセッサ２２は、電気信号を表
示のためにビデオ信号にアセンブルする。前記のように
信号プロセッサ２２はまた、チョッパ２０の動作と同期
する。この同期により信号プロセッサ２２が、入ってく
る熱放射を差し引き処理して、固定的な背景放射を除去
できる。信号プロセッサ２２の出力は、しばしば目に見
えるビデオ信号であり、さらに加工され、記憶されなど
する。

【００２２】信号プロセッサ２２のビデオ信号は、ロー
カルモニタ２４上で見たりまたは表示のためにリモート
モニタ２６へ送られる。ローカルモニタ２４は、電子的
ファインダ、陰極線管などを含むアイピースである。同
様に、リモートモニタ２６は、テレビジョンのような電
子ディスプレイ、陰極線管、またはビデオ信号を表示で
きる他のタイプの装置を含んでなり得る。このビデオ信
号はあとで再生するために記憶媒体に保存できる。記憶
媒体２８はコンパクトディスク、ハードディスクドライ
ブ、ランダムアクセスメモリ、その他のタイプのあとで
再生するためにビデオ信号を記憶出来る媒体であり得
る。モニタと記憶媒体はこの分野でよく知られているの
で、従ってこれ以上ここで説明しない。

【００２３】熱画像システム１２を作動させるための電
力は電源３０により供給される。電源３０はチョッパ２
０、熱検出器１８、信号プロセッサ２２、ローカルモニ
タ２４へ直接に電力を供給する。電力はまたレンズアセ
ンブリ１６にも供給されるがこれはたとえばレンズアセ
ンブリ１６をズームするためにモータが使用される時で
ある。

【００２４】図２は、熱検出器１８の詳細図である。熱
検出器１８は、基板３４上に装着された焦点面アレイ３
２を含んでなり得る。ある実施例では、焦点面アレイ３
２はマトリックスに配置された多数の熱センサ３６を含
む。熱センサ３６の量と配置は、焦点面アレイ３２に望
ましいＮｘＭ構成による。

【００２５】焦点面アレイ３２の構成は一般に熱検出器
１８の異なったタイプにより異なる。たとえば「凝視型
（ｓｔａｒｉｎｇ）」熱検出器においては熱イメージ全
体が一つの大きな焦点面アレイ上の焦点に集められる。
対照的に「走査型」熱検出器はミラーまたは類似の手段
を用いて小さな焦点面アレイに沿って熱イメージの部分
を逐次的にスイープする。この発明に必要ではないが、
通常両方のタイプの熱検出器１８は、多数の熱センサ３
６からなり、各々の熱センサ３６の出力は見られるシー
ン１４の一部分を表現する。たとえば焦点面アレイ３２
内の各熱センサ３６の出力はイメージ全体の内の一つの
ピクセルを表現する。この実施例は高密度ビジュアルデ
ィスプレイに結合した使用のために特に有利であり得
る。

【００２６】基板３４は、必要な電気的接続と焦点面ア
レイ３２上に形成された熱イメージを加工する回路を提
供する一つの集積回路基板であり得る。集積回路基板３
４は、シリコン、セラミック・アルミナ、または他のふ
さわしい材料で、集積表面基板３４の表面６６（図４）
上に形成されるべき多層に化学的および熱的両方に対応
出来る材料で形成され得る。下側の集積回路基板上に装
着された熱センサに関する更なる情報は米国特許４１４
３２６９号、ＭｃＣｏｒｍａｃｋ他宛発行、タイトル
「強誘電性撮像システム」および米国特許５０２１６６
３号、Ｈｏｒｎｂｅｃｋ宛発行、タイトル「赤外線検出
器」に開示されている。

【００２７】集積回路基板３４を所定の一定温度に保つ
ためにサーマル素子３８が供給される。この一定温度
は、周囲温度または内部生成温度の勾配が熱センサ３６
に影響するのに防止し、こうしてシーン１４の熱エネル
ギを正確に測定するための基線を提供する。サーマル素
子３８を制御するのに必要な電気的結合と回路は、集積
回路基板３４により提供される。こうした場合におい
て、サーマル素子３８は、焦点面アレイ３２の反対側で
集積回路基板３４に結合される。

【００２８】図３は、前に説明した焦点面アレイ３２の
詳細図を示す。この実施例において焦点面アレイ３２
は、熱センサ３６のマトリックスを含む。各熱センサ３
６は、焦点面アレイ３２の一つの離散素子を形成する。
各サーマルセンサ３６の周囲に備えられた一組の交差す
るスロット４０により、サーマルセンサは互いに分離さ
れている。スロット４０は、隣接する熱センサ３６の間
に高度な網状組織を提供し、これはピクセル素子の間の
熱の拡散を実質的に減少させる。

【００２９】熱センサ３６は、種々な技法を使用して熱
放射を検出し得る。たとえば、熱センサは、熱センサ３
６を加熱する熱放射から生ずる温度変化による電荷の発
生に基づくことができる。代案として、熱センサ３６
は、熱センサ３６を形成するのに使用された材料内の光
子／電子相互作用による電荷の生成に基づくことができ
る。この後者の効果は、ときどき内部光電効果と呼ばれ
る。熱センサ３６は、また熱放射の加熱効果によって引
き起こされる薄い導体内の抵抗の変化に基づくこともで
きる。そうした熱センサ３６は、ときどきボロメータと
呼ばれる。これらおよび他のタイプの熱センサ３６がこ
の発明により、使用され得ることを理解すべきである。

【００３０】図４は、熱センサ３６の一つの詳細図を示
す。各熱センサ３６は、一対の電気導体素子の間に配置
された誘電素子を有する電極アセンブリであり得る。熱
センサに加えて、この発明による電極アセンブリは、ダ
イナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、非揮
発性メモリ、および類似のものに使用できる。読者の便
宜のために、電極アセンブリは、熱センサ３６の実施例
で説明される。この実施例において、誘電素子は、感熱
素子５０であり得る。感熱素子５０は、第一電気導体素
子５２と第２電気導体素子５４の間に配置されてもよ
い。

【００３１】一つの実施例において、感熱素子５０は、
好ましくはパイロ電気材料から形成される。パイロ電気
材料はまた、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳ
Ｔ）、チタン酸バリウム（ＢＴ）、およびアンチモニー
スルホヨー化物（ＳｂＳＩ）のような強誘電物質、また
は、チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸鉛ランタン（ＰＬ
Ｔ）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チ
タン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺ
Ｎ）、ストロンチウムチタン酸鉛（ＰＳｒＴ）、および
タンタル酸鉛スカンジウム（ＰＳＴ）を含むいずれかの
鉛を含む強誘電材料であり得る。この実施例において感
熱素子５０は、温度変化に応答して、電荷を生成する。
しかしながら、この発明は、熱放射に対して満足な応答
をするあらゆる感熱材料から、前記感熱素子５０を形成
することを意図していることを理解すべきである。

【００３２】感熱素子５０の厚さは、熱画像システム１
２が、検出するように設計される熱放射の波長により、
変化し得る。感熱素子５０は、熱放射への応答性を増強
するため、また、生成された電荷を電気伝導素子５２お
よび５４への転送を増強するために、薄膜が望ましい。

【００３３】第１の電気伝導素子５２と第２の電気伝導
素子５４は、感熱またはパイロ電気素子５０の反対側に
配置され得る。この配置において、電気伝導素子５２と
５４は、熱放射に応答するパイロ電気素子５０により生
成された電荷を受け取る電極として機能する。従って、
電極５２と５４は、パイロ電気素子５０と電気的に連絡
を取っていて、これは容量結合を含む。

【００３４】電気導体素子または電極５２と５４は、薄
膜電極であり得る。薄膜電極５２と５４は、それらが熱
放射を実質的に透過させるので、一般に好まれる。薄膜
電極はまた、パイロ電気素子から吸収された熱エネルギ
ーをそれらが奪わないので、好まれる。その上、赤外線
放射が熱センサ３６の室６８に吸収される場合は、薄膜
電極を不透明にできる。

【００３５】しかしながら、薄膜電極についての問題
は、沈積後の処理の間に、しばしばそれらが変形するこ
とである。これは特に、摂氏３５０度ないし摂氏８００
度の高温にさらされる第１薄膜電極５２について、真実
である。これらの高温が、パイロ電気素子５０の形成中
に、温度が誘因の応力を引き起こし得る。結果として、
薄膜電極５２は、パイロ電気素子５０に隣接した薄膜フ
イルム電極５２の表面に沿って、ヒロックまたは類似の
異常形状を生成する。この異常形状は、パイロ電気素子
５０を通して、また薄膜フィルム電極５２と５４の間
に、電気的な漏洩を結果する。この漏洩は、電気信号お
よび熱センサ３６から得られるビジュアルディスプレイ
を劣化させる。

【００３６】この発明の一つの重要な特徴は、固溶体で
の第１電極５２の形成である。固溶体は、少なくとも一
つの原子位置が二種類以上の原子を収容できる結晶状態
の溶液である。溶液は、二種類以上の成分の均質的な混
合物である。固溶体の成分は、好ましくは、高い仕事関
数を有し、相互およびパイロ電気素子５０とコンパティ
ブルであるべきである。ある成分の仕事関数は、一つの
電子を解放するのに必要なエネルギーである。典型的
に、４ｅＶまたはそれ以上の仕事関数が、アンサンブル
のために容認できる。成分は、それらが相互に、または
パイロ電気素子５０と反対に作用しないときに、コンパ
ティブルである。

【００３７】詳細は後述するが、一つの実施例におい
て、第１電極５２は、プラチナおよびロジウムの固溶体
を含んでなり得る。相互およびパイロ電気素子５０とコ
ンパティブルであり、容認できる仕事関数を有する他の
成分が、この発明の範囲内で使用できることを理解でき
よう。他の固溶体は、０−１０％ＲｎのＩｒ−Ｒｎ、０
−４０％のＩｒと６０−１００％のＲｎのＩｒ−Ｒｎ、
０−１０％ＰｄのＩｒ−Ｐｄ、０−１０％のＰｄと９５
−１００％のＰｔのＰｄ−Ｐｔ、０−１００％のＡｇお
よびＡｕのＡｇ−Ａｕ、０−１００％のＡｇおよびＰｄ
のＡｇ−Ｐｄ、０−２０％ＩｎのＡｇ−Ｉｎ、０−１０
０％のＰｔのＡｕ−Ｐｔ、０−５％のＰｔのＩｒ−Ｐｔ
である。アンサンブルの作業関数が承認できるならば、
個別の成分は、より低い作業関数を有し得ることが更に
理解されよう。

【００３８】第１電極５２の固溶体は、ヒロックその他
の異常な形態が第１電極５２の表面に形成することに対
する抵抗を増大させる。したがって、パイロ電気素子５
０および焦平面アレー３２の他の部分の製造工程を通じ
て、第１電極５２の表面は比較的に平滑なまま残る。第
１電極５２の平滑な表面は、パイロ電気素子５０と第１
電極５２の間の電気的漏洩を減少する。漏洩の減少は、
熱センサ３６から得られる電気信号とビジュアルディス
プレイを改良する。

【００３９】第２電極５４も叉、固溶体で製造できる。
代案として、第２電極５４は、電気的に導体である種々
の単一成分の材料で形成し得る。たとえば、第２電極５
４は、パラジウムまたはプラチナにより、または、酸化
ルテニウム（ＲｕＯ₂ ）または酸化ランタンストロンチ
ウムコバルト（ＬＳＣＯ）のような導体酸化物から、形
成し得る。

【００４０】熱センサ３６は、集積回路基板３４上に自
己支持されていることが望ましい。図４に示されるよう
に、第１の支持アーム５６が、望ましくは第１の電極５
２から延びている。第２の支持アーム５８が、望ましく
は第２の電極５４から延びている。他の実施例におい
て、感熱素子５０は、別々のセクションに分割され、支
持アーム５６および５８は、一つの二叉の電極５２また
は５４から延びている。

【００４１】多くのアプリケーションについて、支持ア
ーム５６は、好ましくは、第１の電極５２と同じタイプ
の材料から形成される。同様に、支持アーム５８は、好
ましくは、第２の電極５４と同じタイプの材料から形成
される。しかしながら、支持アーム５６および５８は、
電極５２および５４とは異なった材料から形成され得
る。その上、支持アーム５６と５８の厚さは、これらの
電極と集積回路基板３４の間の熱伝導性を制御するため
に変えられ得る。感熱材料が、支持アーム５６の上と、
支持アーム５８の下に配置され得る。

【００４２】支持アーム５６および５８の長さ、幅、厚
さは、熱センサ３６と集積回路基板３４の間の熱エネル
ギーの移転に対するそれらの抵抗を増大するように選ば
れ得る。例えば一実施例において、各支持アームとそれ
ぞれの電極の間に、スロット６０および６２を形成して
支持アームを二叉にして、こうして支持アームとこれら
に結合した電極との間の、追加的な熱の絶縁を提供す
る。この実施例において、各サポートアームの熱の絶縁
は、二叉の支持アームを長くすることにより、増加でき
る。熱の絶縁は、各支持アームを電極の縁の対向する半
分に沿って完全に伸ばすことにより、極大化できる。

【００４３】二叉の支持アーム５６と５８を支持し、こ
うして集積回路基板３４の表面６６との間に間隔をとっ
て、熱センサ３６を支持するするために、一対のポスト
６４が備えられる。ポスト６４は、それぞれ二叉の支持
アームの一つを支持する。ポスト６４は、好ましくは電
気導体の材料で形成される。この実施例においては、各
ポスト６４が、それぞれの電極から集積回路基板３４の
接点パッド７０へ電気信号を転送する。こうして、ポス
ト６４は機械的な支持と結合された接点パッド７０への
信号の流路の両方を提供する。

【００４４】第１の電極５２の底と集積回路基板３４の
表面６６の間の隙間により、一つの室６８が形成され
る。パイロ電気素子５０が、熱放射を直接に吸収し、ま
たは部分的に放射が室６８を通過して集積回路基板３４
を外れて反射した後に吸収する。熱放射が部分的に集積
回路基板３４を外れて反射した後に吸収される実施例に
おいては、室６８の容積は、この熱画像システム１２が
検出するよう設計された熱放射の波長により、異なり得
る。室６８は、好ましくは選択された熱放射の波長の約
４分の１に等しい。こうして、熱画像システム１２が、
７．５ないし１４ミクロンの波長を有する熱放射を検出
するよう設計される場合、室６８は好ましくは２ないし
３ミクロンの高さを有する。この実施例において、電極
５２と５４は、熱放射を透過させ得る。集積回路基板３
４の表面６８に対する第１の電極５２の底の位置を変化
させる能力は、熱放射に対する熱センサ３６の応答性を
増大させる。

【００４５】図５Ａから５Ｃまでは、この発明の一実施
例により、熱センサ３６を製作する工程の種々のステッ
プを図示する。図５Ａに示すように、接点パッド７０の
一つの列が集積回路基板３４の表面６６に配置され、熱
センサ３６により生成された電気信号を受け取るように
される。前に述べたように、集積回路基板３４の表面６
６に形成される多層に対して化学的および熱的の両方で
対応出来るようなシリコンまたは他のふさわしい材料
で、集積回路基板３４が形成される。

【００４６】集積回路基板３４上に犠牲層７２が、沈積
され得る。製造工程中にこの犠牲層７２は、その上に熱
センサ３６が集積回路基板３４に関して、間隔をとって
形成されるための基礎を提供する。従って、この犠牲層
７２は、室６８を生成する加工の後に除去され得る。

【００４７】この犠牲層の厚さは、室６８の希望の高さ
に等しくすべきである。前述のように、室の高さは好ま
しくは選択された熱放射の波長の４分の１に等しい。こ
うして、熱センサ３６が波長７．５ないし１４ミクロン
の熱放射を検出すべき場合、前記犠牲層は約２ないし３
ミクロンの厚さに沈積されるべきである。犠牲層７２
は、好ましくは二酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）またはポリアミ
ドまたは熱センサ３６の製造に適合した類似のタイプの
材料である。熱センサ３６の製造に適合した物質は、過
度に縮小または拡大または燃焼または溶解したり、また
は加工に妨げになる程の範囲にわたり、他の物質と相互
に作用するものでなければよい。犠牲層７２の材料は、
また、好ましくはドライエッチング技法の方法により、
除去出来るものである。

【００４８】電気導体材料の第１層７５が次に犠牲層７
２の上に形成される。後述するが、電気導体材料の第１
層７５は、第１の電極５２を形成する。この発明によれ
ば、電気導体材料７５の第１層は、固溶体で製作され
る。前述のように、固溶体は、少なくとも一つの原子位
置が、二つ以上の原子の種類を収容し得る結晶状態の溶
液である。溶液は、二つまたはそれ以上の成分の均質的
な混合物である。固溶体の成分は、望ましくは、高い仕
事関数を有し、相互におよび熱センサ３６の物質に対し
てコンパティブルであるべきである。ある成分の仕事関
数は、一つの電子を解放するために必要なエネルギーで
ある。典型的に、４ｅＶまたはそれ以上の仕事関数は、
ある成分のために容認できる。

【００４９】一つの実施例において、固溶体は、８５％
のプラチナと１５％のロジウムを含んでなる。プラチナ
の相対量は、約９９％から約１％の間で変化し得る。ロ
ジウムの相対量は、約１％から約９９％の間で変化し得
る。容認できる仕事関数を有し、相互におよび焦平面上
の他の物質に対してコンパティブルである、追加または
異なる成分を固溶体が含んでなり得ることを理解すべき
である。他の固溶体は、０−１０％ＲｈのＩｒ−Ｒｈ、
０−４０％Ｉｒと６０−１００％ＲｎのＩｒ−Ｒｎ、０
−１０％ＰｄのＩｒ−Ｐｄ、０−１０％Ｐｄと９５−１
００％ＰｔのＰｄ−Ｐｔ、０−１００％のＡｇおよびＡ
ｕのＡｇ−Ａｕ、０−１００％のＡｇおよびＰｄのＡｇ
−Ｐｄ、０−２０％ＩｎのＡｇ−Ｉｎ、０−１００％の
ＰｔのＡｕ−Ｐｔ、０−５％のＰｔのＩｒ−Ｐｔであ
る。アンサンブルの作業関数が承認できるならば、個別
の成分は、より低い作業関数を有し得ることが更に理解
されよう。

【００５０】次に、感熱材料層８０が、電気導体材料の
第１層７５の上に形成される。後述するが、感熱材料層
８０は、感熱素子５０を形成する。一つの実施例におい
て、感熱材料層８０は、好ましくはチタン酸バリウムス
トロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸バリウム（ＢＴ）、
アンチモニースルホヨー化物（ＳｂＳＩ）のようなパイ
ロ電気材料から形成される。他の実施例では、チタン酸
鉛（ＰＴ）、ランタンチタン酸鉛（ＰＬＴ）、ジルコン
酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタ
ン（ＰＬＺＴ）、鉛亜鉛ニオブ酸塩（ＰＺＮ）、チタン
酸鉛ストロンチウム（ＰＳｒＴ）、タンタル酸鉛スカン
ジウム（ＰＳＴ）を含む強誘電性物質を含む鉛が感熱層
８０を形成するために使用され得る。感熱層８０のため
の材料の選択は、集積回路基板３４上に形成されるべき
熱センサ３６のタイプによる。

【００５１】図５Ｂに示すように、電気導体材料の第２
層８５は、感熱層８０上に電気導体材料の第１層７５と
反対側に形成される。この電気導体材料の第２層８５
は、第２電極５４を形成する。電気導体材料の第２層８
５は、固容体またはパラジウムまたはプラチナのような
種々のタイプの材料で形成される。しかしながら、この
発明は、集積回路基板３４上に形成される熱センサ３６
のタイプによって、他のタイプの電気導体材料を使用す
るのを許容する。

【００５２】薄膜層７２、７５、８０、８２、８５を形
成するために種々の技法が使用される。しばしばこれら
の技法は、２つのグループに分けられる。すなわち、蒸
気沈積された核種と結合された基板の間の相互作用によ
るフィルムの成長、および結合された基板を変化させる
ことのない沈積によるフィルムの生成である。薄膜成長
の技法の第１のグループは、単一結晶シリコンおよびポ
リシリコンの熱による酸化および窒化を含む。沈積され
た金属と基板の直接の反応による珪素化合物の形成もま
た、しばしば薄膜生成技法のこの第１のグループに含ま
れる。

【００５３】薄膜生成技法の第２のグループは、さらに
沈積の３つのサブクラスに分けられる。第１のサブクラ
スは、しばしば化学蒸着法（ＣＶＤ）と呼ばれ、ここで
は結合された薄膜にとって、望ましい成分を含む気相化
学物質の化学反応により、基板上に薄膜が形成される。
第２のサブクラスは、しばしば物理蒸着法（ＰＶＤ）と
呼ばれ、ここでは希望する薄膜がソースから物理的に追
い出されて、蒸気を形成し、それを減圧した領域を横切
って基板へ運ぶ。この追い出された層は、それから濃縮
されて希望する薄膜層を形成する。第３のサブクラス
は、典型的に液体による基板のコーティングを含み、そ
れから乾燥されて希望の薄膜層を形成する。ＰＶＤによ
る薄膜の形成は、スパッタリング、蒸発、分子ビームエ
ピタキシのような工程を含む。スピンコーティングは、
薄膜層を形成するために基板上に液体を沈積させるのに
最も普通に用いられる技法である。

【００５４】薄膜層はまた、この発明の技法によりディ
ッピング、スパッタリングまたはＭＯＣＶＤによる気相
分解、およびスピンコーティングによるゾル／ゲルまた
は金属有機分解（ＭＯＤ）のような技法を用いて、好ま
しく成長させることができる。結果として得られる熱セ
ンサ３６に望ましい電気的および熱的特性を確立するた
めに、工程を選ぶべきである。その上、層７２、７５、
８０、８２、８５を形成するのに使用される材料のタイ
プにより、一つまたはそれ以上のバッファ層または保護
層（図示なし）を、集積回路基板３４の表面６６および
／または層７２、７５、８０、８２、８５の間に沈積さ
れ得る。

【００５５】超大規模集積回路の製造に関連する加工を
用いて、集積回路基板３４上に熱センサ３６を製作する
ことを可能にするために、種々な技法を統合し得る。焦
点面アレー３２の製作に関連する材料の使用と全般的な
加工の能率は、実質的に改良し得る。例えば、感熱層８
０は、感熱素子５０のために望ましいのとほぼ同一の厚
さに形成することが望ましい。こうして、パイロ電気材
料から感熱素子を形成するために使用される先行技術に
関連した研磨の損傷の可能性は、実質的に減少または除
去された。

【００５６】ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺ
Ｔ）のようなパイロ電気材料から感熱層８０が形成され
るアプリケーションのためには、電気導体材料層８５を
塗布する前に、または後に、層８０を焼きなますことが
望ましい。層８０の焼きなましは、その結果としての熱
センサ３６に必要とされる望ましいパイロ電気的特性を
設定するために、一般に要求される。ジルコン酸チタン
酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）のための焼きなまし温度は、
７００゜Ｃの高さになり得る。こうして、この発明の一
つの重要な特徴は、電気導体材料の第１層７５の固溶体
を供給して、感熱層８０の焼きなましを可能にし、電気
導体材料の第１層上に形成されるヒロックまたは他の異
常な形態を減少または消滅させることを含む。

【００５７】前述のように、固溶体は、感熱素子５０お
よび焦平面アレー３２の他の部分の製作中に、電気導体
材料の第１層７５の表面上にヒロックおよび他の異常な
形態が形成するのに対する抵抗を増加させる。電気導体
材料の第１層７５の平滑な表面は、感熱素子５０を通し
て、一つの電極から他のものへの電気的漏洩を減少させ
る。漏洩の減少は、熱センサ３６から得られる電気信号
とビジュアルディスプレイを改良する。

【００５８】図５Ｂについて示すように、各熱センサ３
６上に、一対のバイアス９０が形成され得る。このバイ
アス９０は、望ましくは、異方性エッチングまたは他の
フォトリソグラフィを使用して形成される。ポスト６４
は、バイアス９０を支持材で充填することにより形成さ
れる。あるアプリケーションにおいて、支持材９５は、
プラチナであり得る。しかしながら、製作されるべき熱
センサ３６のタイプにより、他のタイプの材料が使用可
能であり、製作に含まれる温度や加工についても同様で
ある。

【００５９】図５Ｃについて示すように集積回路基板３
４および層中のポスト６４の表面６６上に希望する材料
の層７２、７５、８０、８５を形成した後に、集積回路
基板３４上に個々の熱センサ３６が決定される。前記の
ように、犠牲層７２と結晶核生成層８２は、空洞６８を
形成する加工中に除去される。異方性エッチング加工を
含む種々のフォトリソグラフィ技法が、希望する熱セン
サ３６を決定するために使用され得る。層７５、８０、
８５を形成するために使用する材料のタイプにより、異
方性エッチング工程は、酸素ベースのイオンミリング、
反応イオンエッチ（ＲＩＥ）、または磁気強化反応イオ
ンエッチ（ＭＥＲＩＥ）を含み得る。

【００６０】結果として生ずる熱センサ３６において、
第１電極５２は、好ましくは電気導体材料の第１層７５
から形成される。感熱素子５０は、好ましくは感熱層８
０から形成される。第２電極５４は、好ましくは電気導
体の第２層８５から形成される。ポスト６４は、ビア９
０内の支持材９５から形成される。一実施例において、
ボトム電極５２は、ボトム電極を過ぎてトップ電極のポ
スト６４の高さにまで延びる。ポスト６４は、接点パッ
ド７０上に載っている。

【００６１】更に、熱センサ３６は、好ましくは、第１
電極５２と集積回路基板３４の表面６６の間の空洞６８
を含む。前述のように、空洞６８は、好ましくは、熱セ
ンサ３６で検出される入射赤外線放射の波長の約４分の
１に等しい高さを有する。一つのアプリケーションにつ
いて、ポスト６４とこれに結合した空所６８は、２．５
ミクロンの高さを有する。

【００６２】下記の唯一の表は、図面中のいくつかの実
施例の大要を示す。

【表１】

【００６３】この発明をいくつかの実施例により説明し
てきたが、種々の改変と修正が、当業者に示唆され得
る。こうして、この発明は、添付の請求項の範囲に入る
そうした改変や修正を含むことを意図している。

【００６４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 少なくとも二つの成分の固溶体を含んでなる第
１薄膜電極と、前記第１薄膜電極と電気通信する誘電素
子と、前記第１薄膜電極の反対側にあって前記誘電素子
と電気通信する第２薄膜電極を含んでなる電極アセンブ
リ。

【００６５】（２） 誘電素子は感熱素子である第
（１）項記載の電極アセンブリ。

【００６６】（３） 前記感熱素子は前記第１薄膜電極
に隣接して配置され、前記第２薄膜電極は前記第１薄膜
電極の反対側で前記感熱素子に隣接して配置されてい
る、第（２）項記載の電極アセンブリ。

【００６７】（４） 基板と間隔を置いた関係で前記第
１薄膜電極を支持するための支持構造を更に含んでな
り、前記支持構造は、前記基板の表面から延びた少なく
とも二つのポストと、各々の電極から延びてそれぞれの
ポストに接続される一対の二叉のアームとを含んでなる
第（２）項記載の電極アセンブリ。

【００６８】（５） 前記感熱素子はパイロ電気材料で
ある第（２）項記載の電極アセンブリ。

【００６９】（６） 前記感熱素子は強誘電物質である
第（２）項記載の電極アセンブリ。

【００７０】（７） 前記固溶体はプラチナとロジウム
の成分を含む第（２）項記載の電極アセンブリ。

【００７１】（８） 前記固溶体は約８５％のプラチナ
と約１５％のロジウムを含んでなる第（２）項記載の電
極アセンブリ。

【００７２】（９） シーンから入射の熱放射に応答し
てシーンの画像を生成する熱画像システムであって、シ
ーンから焦平面アレ−へ出される入射の熱放射に焦点を
合わせる光学器械と、光学器械と焦平面アレーの間に配
置されるチョッパと、基板に装着されて入射の熱放射を
検出するための多数の熱センサを含む焦平面アレーを含
んでなり、各熱センサは、基板表面に関して間隔をとっ
た第１薄膜電極で、少なくとも二つの成分の固溶体を含
んでなる前記第１薄膜電極と、前記第１薄膜電極と電気
的に通信する感熱素子と、前記感熱素子と電気的に通信
する第２薄膜電極を含んでなり、前記チョッパと協力し
て信号を生成する前記熱センサと、信号を受信し処理し
て、シーン内の物体から出される放射の相違を表現する
ビデオ信号を得るための電子機器を含んでなる、前記熱
撮像システム。

【００７３】（１０） 前記感熱素子は第１薄膜電極に
隣接して配置され、また、前記第２薄膜電極は前記第１
薄膜電極と反対側で前記感熱電極に隣接して配置されて
いる第（９）項記載のシステム。

【００７４】（１１） 前記感熱素子は、パイロ電気材
料である第（９）項記載のシステム。

【００７５】（１２） 前記感熱素子は、強誘電材料で
ある第（９）項記載の前記電極アセンブリ

【００７６】（１３） 前記固溶体は、プラチナとロジ
ウムの成分を含む第（９）項記載のシステム。

【００７７】（１４） 前記固溶体は、約８５％のプラ
チナと約１５％のロジウムを含んでなる第（９）項記載
のシステム。

【００７８】（１５） 集積回路上に装着された熱セン
サの焦平面アレーを有する熱検出器の製造方法であっ
て、集積回路基板の表面上に材料の犠牲層を形成するス
テップと、少なくとも二つの成分の固溶体を含んでなる
電気導体材料の第１薄膜層を前記犠牲層の表面上に形成
するステップと、電気導体材料の前記第１層の表面上に
感熱材料の薄膜層を形成するステップと、前記感熱材料
の表面上に電気導体材料の第２薄膜層を形成するステッ
プと、材料の前記薄膜層から集積回路基板上に装着され
た焦平面アレーを形成する多数の熱センサを形成するス
テップとを含んでなる、前記製造方法。

【００７９】（１６） 前記犠牲層を除去して、前記集
積回路基板と各熱センサの間の空洞を形成するステップ
を更に含んでなる第（１５）項記載の方法。

【００８０】（１７） 前記感熱材料の薄膜層を加熱す
るステップを更に含んでなる第（１５）項記載の方法。

【００８１】（１８） 前記感熱材料層への前記加熱は
摂氏３５０度から摂氏８００度の間にある第（１７）項
記載の方法。

【００８２】（１９） 感熱素子はパイロ電気材料であ
る第（１５）項記載の方法。

【００８３】（２０） 前記固溶体はプラチナとロジウ
ムの成分を含む第（１５）項記載の方法。

【００８４】（２１） 前記固溶体は、約８５％のプラ
チナと、約１５％のロジウムを含んでなる第（１５）項
記載の方法。

【００８５】（２２） 電極アセンブリ３６は、第１薄
膜電極５２と誘電素子５０と第２薄膜電極５４を含んで
なり得る。第１薄膜電極５２は、少なくとも二つの成分
の固溶体を含んでなり得る。誘電素子５０は、第１薄膜
電極５２と電気通信し得る。第２薄膜電極５４は、第１
薄膜電極５２の反対側で、誘電素子５０と電気通信し得
る。

【図面の簡単な説明】

この発明とその長所を一層よく理解するために、添付の
図面に関連させて以上に説明した。すなわち、

【図１】この発明により構成した熱画像システムの一実
施例の構成要素を示すブロック図である。

【図２】図１の熱検出器の等角投影図で、サーマル素子
の反対側で集積回路基板に装着された焦点面アレーを示
す。

【図３】図２の焦点面アレーの詳細な等角投影図で、熱
センサのマトリクスを示す。

【図４】図３の熱センサの一つの詳細な等角投影図で、
一対の薄膜電極の間に配置された感熱素子を示す。

【図５】この発明の一実施例による図４の熱センサの製
作の種々の段階の一連の部分立面図を示す。

【符号の説明】

３２ 焦点面アレイ ３４ 基板 ３６ 熱センサ ３８ サーマル素子 ５０ 感熱素子、誘電素子 ５２ 第１薄膜電極 ５４ 第２薄膜電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも二つの成分の固溶体を含んで
   なる第１薄膜電極と、前記第１薄膜電極と電気通信する
   誘電素子と、前記第１薄膜電極の反対側にあって前記誘
   電素子と電気通信する第２薄膜電極を含んでなる電極ア
   センブリ。
2. 【請求項２】 集積回路上に装着された熱センサの焦平
   面アレーを有する熱検出器の製造方法であって、 集積回路基板の表面上に材料の犠牲層を形成するステッ
   プと、 少なくとも二つの成分の固溶体を含んでなる電気導体材
   料の第１薄膜層を形成するステップと、 電気導体材料の前記第１層の表面上に感熱材料の薄膜層
   を形成するステップと、 前記感熱材料の表面上に電気導体材料の第２薄膜層を形
   成するステップと、 材料の前記薄膜層から、集積回路基板上に装着された焦
   平面アレーを形成する多数の熱センサを形成するステッ
   プとを含んでなる、前記製造方法。