KR20170087417A - 마이크로 캡슐화에 의한 전자기 방사선 검출기의 제조 방법 - Google Patents
마이크로 캡슐화에 의한 전자기 방사선 검출기의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
파장(λ10)에 중심을 둔 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출기를 제조하는 방법이 제공되며, 검출기는 상기 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출 디바이스와 상기 검출 디바이스를 수용하는 미리 결정된 압력 하에서의 밀폐된 패키지를 포함하고, 상기 패키지는 기판, 상기 기판에 부착된 측벽과 상기 측벽에 부착된 상부 캡으로 형성되고, 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한 디바이스에 수직한 부분을 포함하며, 방법은:
- 상기 검출 디바이스를 기판 상에 형성하는 단계로서, 상기 검출 디바이스를 완전히 매립하는 희생 층을 퇴적하는 단계를 포함하는, 상기 형성하는 단계;
- 희생 층 상에 상기 상부 캡을 형성하는 단계로서, 상기 상부 캡은 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한 제 1, 제 2 및 제 3 광학 구조체의 스택으로 형성되고, 제 2 및 제 3 광학 구조체는 각각 3.4 이상이고, 2.3 이하인 파장(λ10)에서 등가 굴절률을 갖는, 상기 상부 캡을 형성하는 단계;
- 적어도 제 1 광학 구조체를 포함하는 캡의 부분을 형성한 후에, 상기 상부 캡의 부분을 통해 희생 층에 접근하는 벤트를 형성한 다음, 벤트를 통해 희생 층을 완전히 제거하는 에칭을 적용하는 단계를 포함하며,
- 제 1 광학 구조체의 광학 두께는 λ10/10 이상이고;
- 제 1 광학 구조체의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률
은 2.6 이하이며;
- 희생 층 상에 형성된 제 1 광학 구조체의 표면은 희생 층을 제거하기 위해 구현된 에칭에 대해 불활성이다.
- 상기 검출 디바이스를 기판 상에 형성하는 단계로서, 상기 검출 디바이스를 완전히 매립하는 희생 층을 퇴적하는 단계를 포함하는, 상기 형성하는 단계;
- 희생 층 상에 상기 상부 캡을 형성하는 단계로서, 상기 상부 캡은 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한 제 1, 제 2 및 제 3 광학 구조체의 스택으로 형성되고, 제 2 및 제 3 광학 구조체는 각각 3.4 이상이고, 2.3 이하인 파장(λ10)에서 등가 굴절률을 갖는, 상기 상부 캡을 형성하는 단계;
- 적어도 제 1 광학 구조체를 포함하는 캡의 부분을 형성한 후에, 상기 상부 캡의 부분을 통해 희생 층에 접근하는 벤트를 형성한 다음, 벤트를 통해 희생 층을 완전히 제거하는 에칭을 적용하는 단계를 포함하며,
- 제 1 광학 구조체의 광학 두께는 λ10/10 이상이고;
- 제 1 광학 구조체의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률
- 희생 층 상에 형성된 제 1 광학 구조체의 표면은 희생 층을 제거하기 위해 구현된 에칭에 대해 불활성이다.
Description
본 발명은 제어된 분위기(controlled atmosphere) 하에 개별적으로 또는 집합적으로 밀폐하여 통합된 기본 검출기의 어레이를 포함하는 전자기 방사선 검출기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 8㎛에서 14㎛의 범위 내에서 적외선, 특히 장파장 적외선(또는 LWIR)의 검출을 위해 설계된 이러한 검출기에 관한 것이다.
본 발명은 열 이미지 장치 및 고온계(pyrometer), 특히 주변 온도에서 동작하는 볼로메트릭(bolometric) 검출기의 분야의 응용을 발견한다.
적외선 이미징 또는 서모그래피(thermography)(고온 측정법(pyrometry))의 경우, 주변 온도에서 동작하는 검출기를 사용하는 것이 공지되어 있고, 재료의 물리량 또는 적절한 재료의 조립의 온도에 따른 변화를 사용하는 기본 민감 구조의 어레이를 포함한다. 현재 가장 많이 사용되는 볼로메트릭 검출기의 특정 경우에, 물리량은 전기 저항이다.
이러한 볼로메트릭 검출기는 보통 다음의 것을 포함한다:
- 통상적으로 실리콘으로 만들어진 기판;
- 강한 열 저항을 가진 서스펜션 암(suspension arm)에 의해 기판 위에 현탁된 소위 "볼로메트릭" 멤브레인(membrane)(또는 "기본 볼로미터(elementary bolometer))"을 각각 포함하는 기본 민감 구조체들의 어레이 조립체. 이러한 조립체는 일반적으로 "민감한 레티나(sensitive retina)"로 불린다 ;
- 기본 볼로미터를 어레이에서 처리하고, 각각의 기본 볼로미터로부터 전기 신호를 형성하기 위한 전자 수단. 이러한 수단은 기판에 통합되고, 전자 수단과 함께 기판은 일반적으로 "판독 집적 회로(read-out integrated circuit)"(또는 ROIC)로 불리며;
- 진공, 또는 더욱 정확하게는 매우 낮은 내부 압력(예를 들어, 10-3 mbar보다 낮은 압력) 하에 유지되고, 민감한 레티나가 수납된 밀폐된 패키지. 패키지는 민감한 레티나에 대향하여 배치된 관심 방사선(radiation of interest)에 대해 투명한 윈도우를 포함한다. 패키지는 또한 판독 집적 회로와 패키지의 외부 사이의 전기적 상호 연결부를 포함한다. 패키지에 있는 "진공"은 서스펜션 암의 열전도와 비교할 때 미미한 주위 가스를 통해 민감한 멤브레인과 이의 환경 사이에서 열 교환을 하는 것을 목표로 한다.
이와 같이 형성된 검출기는 검출기의 판독 집적 회로에 의해 공급된 신호를 제어하고 처리하기 위한 전자 장치, 및 관찰될 열 화상(thermal scene)의 민감한 레티나에 초점을 맞추는 데 적합한 광학 장치가 제공된 이미징 시스템(예를 들어, 카메라)에 통합되도록 의도된다. 따라서, 이러한 시스템은 상기 기본 검출기의 각각에 의해 도달된 온도를 나타내는 비디오 신호, 즉 관찰된 화상의 "열 이미지"를 생성한다.
레티나를 제조하기 위해 구현되는 본질적으로 마이크로 전자 타입의 제조 기술(화학적 및 물리적 기상 퇴적, 포토리소그래피, 건식 또는 습식 에칭 등)은 대량 확산(massive diffusion)에 적합한 제조 비용을 얻을 수 있지만, 밀폐된 패키지 및 진공 조립 동작, 다시 말하면 "패키징"의 비용은 여전히 중요하고, 검출기의 일반적인 제조 비용보다 분명히 우위를 차지한다.
실온 볼로메트릭 검출기가 개발됨에 따라, 1990년대 말의 상업적 아웃브레이크(commercial outbreak) 직후, 비용을 줄이기 위해 패키지 제조에 특별한 주의가 기울여졌다. 그 후, 패키지 비용을 제한하기 위해 다양한 기법이 개발되었는데, 제 1 기술은 소위 "웨이퍼 레벨 패키징(WLP)" 기법이며, 여기서 두 개의 기판(한 측면 상에는 복수의 민감한 레티나를 포함하는 ROIC 기판, 및 다른 측면 상에는 복수의 윈도우를 포함하는 기판)의 단일 동작의 조립체는 동시에 복수의 밀폐된 패키지를 형성한다. 기판 이동에 의한 검출기의 이러한 공동 제조가 각각의 검출기의 제조 비용을 낮출 수 있지만, 경제적 타당성(economical validity)은 다양한 동작의 누적된 효율에 의존하지만, 제어하기가 매우 복잡하고, 일련의 고비용 장비를 요한다.
이러한 한계를 부분적으로 극복하는 방법은 문헌 FR 2 822 541에 설명되어 있다. 2001년의, 즉, 볼로메트릭 레티나의 아웃브레이크 후 몇 년후의 이러한 문서는 집단 마이크로 전자 기법에 의한 진공의 기능적 생성까지 각각의 검출 사이트, 또는 동시에 복수의 사이트 위에 형성된 마이크로캐비티 또는 마이크로캡슐을 포함하는 오브젝트의 집단 제조 기법을 설명한다. "모놀리식(monolithic)"으로 불리는 이러한 기술에 따르면, 타이트한 컨파인먼트(tight confinement)는 "패키지"의 캡 윈도우(또는 더 정확하게는: 마이크로캐비티 또는 또한 캡슐)가 형성된 희생 층(sacrificial layer)을 사용함으로써 민감한 레티나의 현탁된 멤브레인의 제조와 유사하게 제조된다. "WLP" 기법과 달리, 그 자체로 복잡한 기술을 가진 제 2 윈도우 기판이 추가로 요구되지 않고, 일반적으로 무플럭스 납땜(fluxless soldering)에 의한 두 기판의 밀폐된 조립의 특정 기법 및 재료가 추가로 요구되지 않는다. 따라서, 마이크로 전자 장치에서 흔치 않은 다수의 기법의 사용 및 "WLP" 기법의 특정 어려움이 완화되어 총 동작의 수가 실질적으로 감소하였다. 또한, 진공 하에 통합 전의 민감한 구조체의 취약성 및 이러한 동작 동안 미립자 오염, 즉 관련된 효율 손실 또는 이의 효과를 제한하는데 필요한 예방 조치의 비용은 미미한 것으로 간주될 수 있다. 이것은 다중 기판 기법에 비해 "패키징"의 제조 비용 측면에 있어서 상당한 이득을 이끌어 낸다.
이러한 제조 기법은 다수의 장점을 가지며, 문헌 FR 2 822 541에 개시된 해결책은 여전히 지속적이고 집중적인 연구의 대상이었다(예를 들어, 2010년에 공개된 프랑스 특허 출원 FR 2 936 868 또는 문헌 "Latest improvements in microbolometer thin film packaging: paving the way for low-cost consumer applications ≫ de J.J. Yon et al., Proc. SPIE 9070 2014년 6월 Infrared Technology 및 Applications XL, 2013년에 공개된 중국 특허 출원 CN 102935994, 또는 또한 2014년에 공개된 국제 특허 출원 WO 2014/100648 참조).
그러나, 예를 들어 문서 FR 2 936 868에 설명된 바와 같이 문서 FR 2 822 541의 원래 버전에서뿐만 아니라 이의 개선된 변형에서의 모놀리식 컨파인먼트 기법은 결함을 갖는다. 실제로, 이러한 기술은 캡슐의 "윈도우" 부분의 불완전한 광학 투과를 유도한다. 이러한 기술의 일반적인 원리 및 이의 특정 제한은 이제 도 1 및 도 2의 단순화된 단면도와 관련하여 설명된다. 이러한 도면에서, 민감한 레티나의 각각의 현탁된 멤브레인에 대한 밀폐된 개개의 캡슐의 형성이 도시되어 있다. 그러나, 이러한 특징은 본 명세서에서 필수적인 것은 아니며, 캡슐은 예를 들어 복수의 멤브레인을 수용할 수 있거나 또는 레티나, 위치 설정, 분포, 치수를 완전히 수용하는 단일 구조일 수 있으며, 측벽의 구조는 또한 매우 변화될 수 있다. 마찬가지로, 도 1 및 도 2는 필러(pillar)에 의한 민감한 멤브레인의 기계적 지지체의 타입을 도시한다. 멤브레인 지지체는 본질적 특성이 아니며, 예를 들어, 문서 FR 2 930 639에 설명된 바와 같이, 밀폐된 패키지의 측벽 또는 이의 강화 구조체에 내장된 암에 의해 가능한 다른 타입의 기계적 지지체도 아니다.
도 1은 모놀리식 기법에 따라 제조되고, 기판/판독 집적 회로(10), 또한 멤브레인과 기판 사이의 전기적 연속성을 보장하는 필러(14)에 의해 기판(10) 위에 현탁된 볼로메트릭 멤브레인(12), 및 예를 들어 기판(10), 기판에 부착된 측벽 및 측벽(18)에 부착된 캡/윈도우(20)로 형성된 밀폐된 마이크로캐비티(16)를 포함하는 최종 검출기를 도시한다.
모놀리식 기법에 따르면, 앞서 설명된 모든 요소는 하나의 요소를 다른 요소로 옮기지 않고, 즉 서로 독립적으로 이전에 제조된 두 요소를 조립하지 않고 다양한 재료의 층을 연속적으로 퇴적함으로써 제조된 후, 예를 들어 용접, 납땜, 접착제, 분자 본딩 등에 의해 서로 부착된다. 반대로, 모놀리식 기법은 임시 재료의 층(더욱 일반적으로 "희생 층"으로 불림)에 기초한다. 특히, 패키지의 모놀리식 제조는 유리하게는 도 2a에 도시된 민감한 레티나의 현탁된 볼로메트릭 멤브레인의 모놀리식 제조를 계속한다. 공지된 바와 같이, 예를 들어 문서 FR 2 752 299에 설명된 바와 같이, 희생 층(22)은 기판(10) 상에 퇴적되고, 멤브레인(12)을 형성하는 다양한 층은 그 위에 형성되고, 필러(14)는 또한 개구(또는 "비아" )를 희생 층(22)에 에칭한 후에 제조된다.
패키지(16)의 모놀리식 제조를 위해, 제 2 희생 층(24)이 제 1 희생 층(22) 및 멤브레인(12) 상에 퇴적된다(도 2b). 그 후, 관심 방사선에 투명한 재료의 제 1 층(26)은 제 2 희생 층(24) 상에 퇴적된다(도 2c).
최신 기술에 따르면, 재료의 제 1 층(26)은 모놀리식 제조에서 주요 중요성을 갖는 것으로 고려되며, 적어도 6개의 기능을 구현해야 한다:
1. 측벽(18)을 형성하기 위해 2개의 희생 층(22 및 24)의 후속(이방성) 방향 에칭 동안 제 2 희생 층(24)의 표면을 보호하는 것을 목표로 하는 "하드 마스크(hard mask)"의 역할을 하며, 이의 표면은 정의에 의해 층(22, 24)의 재료를 에칭하기 위해 의도적으로 선택되는 에칭에 노출되고;
2. 희생 층(22, 24)을 제거하는 프로세스에 대해 불활성이다. 완전히 제거되고, 흔적을 남기지 않는 이러한 층은 일반적으로 유기 성질(예를 들어, 폴리이미드로 제조됨)이며, 이 경우에는 특히 공격적인 산소 기반 플라즈마에 의해 제거된다. 변형으로서, SiO 타입 무기 희생 재료가 바람직할 수 있으며, 이 경우에, 마이크로 볼로메트릭 조립체의 많은 통상적인 재료에 대해 매우 공격적인 기상 불화 수소산(HFv)은 그의 제거를 위해 사용된다.
3. 광학적으로 적절하고, 보다 구체적으로:
o 방사선을 검출할 수 있도록 투명하게 하고;
o 자연적으로 국부적 결함(연속성, 틈 또는 "핀홀(pinholes)"이라고 불리는 천공(perforation)) 또는 위상학적 결함(윈도우(20)의 광학적 품질을 손상시킬 수 있는 광 투과를 방해하는 과도한 두께, 개재물(inclusion) 또는 부착물 또는 포함된 입자)이 없으며;
4. 밀폐형이며, 이는 패키지의 최종 견고성을 또한 손상시키는 상기 열거된 구조적 결함이 없음을 의미하며;
5. 유기 또는 무기 상부 희생 층(24)에 대한 접착성은 매우 양호한 품질이며;
6. 민감한 레티나의 각각의 멤브레인에 의해 점유되는 영역 상에 입사 방사선 에너지의 수집의 유용한 표면적을 최대화하기 위해 서브 마이크론 치수의 벤트(이후 설명됨)의 에칭에 의해 개구를 형성할 수 있다.
제조는 층(26) 및 희생 층(22, 24)의 비등방성 에칭을 기판(10)까지 계속하여 수행하여(도 2d), 측벽(18)이 형성되고, 예를 들어, 트랜치가 모두 각각의 멤브레인(12) 주위에 형성되는 분리 또는 비아(28)를 형성한다. 관심 방사선에 대해 투명한 재료의 제 2 층(30)은 비아(28)를 적어도 덮거나 심지어 완전히 채우도록 퇴적되어 요소 또는 민감한 요소의 그룹을 정의하는 측벽(18), 및/또는 캡/윈도우(20)를 기판(10)에 부착시키기 위한 필러를 형성한다(도 2e). 제 2 층(30)은 또한 상술한 기능(2 내지 6)을 충족시키거나 적어도 완료해야 하기 때문에 최신 기술에서 중요한 것으로 고려된다.
이어서, 0.5㎛보다 작은 폭 또는 직경을 갖는 작은 치수의 패키지(캡슐) 당 적어도 하나의 개구(또는 "벤트")(32)는 층(26 및 30)을 통한 방향성 에칭에 의해 형성된다(도 2f). 그 다음, 각각의 패키지의 내부는 희생 층(22, 24)의 완전한 등방성 에칭에 의해 벤트(32)를 통해 임의의 희생 재료가 비워진다(도 2g). 민감한 멤브레인(12)은 기판(10)에 부착된 필러(14)에 의해 유지되어야 한다. 그 다음, 멤브레인(12)은 차후의 윈도우(16)의 베이스를 형성하는 기판(10), 측벽(18) 및 상부(26, 30)에 의해 구획된 캐비티(34)에 수용되기 때문에 기계적 침착 및 주변 미립자 오염으로부터 보호된다.
프로세스는 벤트(32)를 밀폐식으로 폐쇄시키도록 획득된 조립체를 펌핑된 외장에 위치시켜, 진공을 유지하면서 관심 방사선에 대해 투명한 제 3 층(36)을 퇴적시킴으로써 캐비티(34) 내에 진공의 생성을 계속한다(도 2h). 그러나, 열 증발은 이러한 프로세스의 특징인 매우 낮은 동작 압력과 통상 궁극적으로 캡슐 내부(10-3 mbar 이하)에서 필요하기 때문에 이러한 임계 동작에 바람직하다. 다른 폐쇄 구조는 예를 들어 참조 기술을 설명하는 문서에 제공되지만, 본 명세서에 유지되고, WO 2013/079855 A1에 설명된 모드는 본질적으로 기판에 평행한 부분에서 단순성 및 윈도우의 무시할 수 있는 광학 교란율(엄폐(occultation), 확산(diffusion), 편향(deflection))에 대해 바람직하다. 따라서, 각각의 패키지의 내부 캐비티(34)는 검출기 동작을 위해 원하는 압력에서 확실하게 밀봉되어 밀폐된다.
선택적으로, 멤브레인(12)과 수직인 윈도우에 속하는 제 1 및 제 2 층(26, 30)의 스택의 광학 품질을 향상시키기 위해, 관심 방사선에 대해 투명한 제 4 층(38)은 예를 들어 열 증발에 의해 제 2 층(36) 상에 퇴적된다.
따라서, 표준 형상의 기판상의 진공 하에 유리하게는 집합적으로 따라서 경제적으로 통합된 검출기는 "개별화(individualized)"(종래의 절단에 의해 분리)되어, 이의 최종 패키징(패키지, 지지체, PCB 등)에 통합될 수 있다.
실제로, 제 1 층(26)뿐만 아니라 제 2 층(30) 및 측벽(18)은 CVD("화학 기상 퇴적")에 의해 얻어진 비정질 실리콘("a- Si")으로 만들어진다. 실제로, 이렇게 얻어진 비정질 실리콘은 특히 적외선에서 상당히 허용 가능한 투명성, 구현의 단순성, 국부 및 위상학적 결함의 부재로 인해 층(26 및 30)의 형성에 적합하다. 또한, 비정질 실리콘의 접착력은 폴리이미드 또는 실리콘 산화물(SiO)와 같은 통상적인 희생 재료의 표면에서 또는 동일한 성질 또는 관련성의 연속적인 층 사이에서 상당히 충분한 것으로 보여진다. 비정질 실리콘은 또한 희생 유기 재료의 산소 플라즈마 에칭(애싱(ashing))의 통상적인 방법에 비해 또는 SiO 타입 미네랄 재료에 대한 HFv 하에서의 우수한 선택성, 및 비아(28) 및 벤트(32)의 리소그래피 및 건식 에칭(RIE)에 의한 정의에 있어서 완벽한 적합성을 특징으로 한다. 실제로, 후자는 통상적으로 레티나의 각각의 기본 포인트에 의해 점유되는 영역에서 입사 방사선 에너지의 수집의 유용한 표면적을 최대화하기 위해 매우 작은 크기(벤트(32)에 대한 미크론 또는 서브 미크론)이어야 한다. 비정질 실리콘은 또한 유기 희생 층의 변형으로서 SiO 타입 재료 사용의 경우 증기상 불화 수소산에 대해 불활성이다.
최종적으로, 층(26)은 기계적으로 저항력이 있고, 비다공성이며, 기판(10)의 표면에서 예비 형성된 재료 및 구조에 완전히 접착되어야 한다. CVD 비정질 실리콘은 이러한 특성에 패턴(28)의 높은 폼 팩터(깊이-폭)의 디프레션(depression)을 "컨포멀하게(conformally)", 즉, 연속성 결함이 없고 실질적으로 일정한 두께로 덮을 수 있는 특정 능력을 부가한다. 사실상, 이러한 재료는 당연히 제한된 비용으로 이전에 명시된 모든 기능과 제약 조건을 충족시킬 수 있으며, 현재의 상황에서 적어도 윈도우(16)의 베이스를 형성하는데 더 적합한 재료는 알려져 있지 않다.
제 3 층(36)은 보통 게르마늄(Ge)의 증발에 의해 얻어진다. 적외선에서 동작하는 모든 검출기 분야에서 일반적으로 구현되는 두꺼운 윈도우의 반사 방지 및/또는 대역 통과 처리를 위해 의도된 통상적인 다층의 형성에 잘 알려진 증발된 게르마늄의 장점은 높은 광학 인덱스(4-4.2) 및 이의 매우 양호한 투명성을 갖는다는 것이다. 더욱이, 결정적으로, 게르마늄의 증발에 의한 벤트(32)의 밀폐된 폐쇄는 충분한 것으로 인지된다.
제 4 층(38)은 황화 아연(ZnS)으로 제조된다. 황화 아연은 또한 일반적으로 기계적 상수(경도, 내마모성) 및 300℃를 넘는 문제인 열 안정성의 제한에도 불구하고 비교적 낮은 굴절률(2.2 - 2.3)에 대해 적외선 광학 다층의 분야에서 사용된다.
따라서, 최신 기술의 윈도우의 재료 광학 구조는 3개의 기본 재료(a- Si, Ge, ZnS)의 조립으로 형성되며, 이의 선택은 본질직으로 모놀리식 제조 기술에 의해 유도된 복잡한 트레이드오프(tradeoff)에 의해 결정된다.
그러나, 존재하는 다양한 층의 두께는 또한 윈도우의 투과율 및 특히 이러한 투과율의 품질을 정의한다. 특히, 8㎛에서 14㎛사이의 투과율은:
- 관심 파장대(waveband)에서 높은 평균값을 갖고;
- 상기 파장대에서의 최소 변동, 또는 다시 말하면 상기 파장대에서의 "가장 평평한(flattest)" 가능한 투과율을 갖는 열적 적외선(LWIR)에 대해 바람직하다.
대부분의 경우, 관심 대역 외부에서의 파장 필터링의 기준은 검출기 응답의 감도 및 선형성에 영향을 주는 이러한 두 가지 기준에 추가한다. 예를 들어, LWIR 볼로메트릭 검출 경우, 적어도 단파장(< 8㎛)의 측면에서 명확하고 상당히 감소하는 투과율을 가지며, 따라서 윈도우는 검출의 품질을 크게 향상시키는 저역 통과 필터의 역할을 한다.
설계자가 관심 대역의 중심 파장(λ10)을 초과하는 전체 광학 두께 방식을 갖는 많은 스택된 층으로 형성된 "두꺼운" 광학 스택의 사용을 허용할 때 이러한 다양한 스펙트럼 특징(feature)을 동시에 충족하는 것이 가능하다. 사실상, 이러한 스택의 매우 복잡한 다중 간섭은 투과율 스펙트럼의 조정을 위한 많은 자유도(degrees of liberty)를 제공함으로써, 최상의 트레이드오프를 얻기 위해 (무시할 수 있는 광학 흡수를 제외하고, 각각의 두께에 사용된 모든 층의 관심 대역에서) 미리 정의된 기준, 원리 또는 법칙이 없도록 한다. 특정 투과율 스펙트럼에 대한 이러한 조사는 실제로 "랜덤(random)" 디지털 시뮬레이션과 설계자의 노하우로부터 얻게 된다(come under).
단순한 스택이 현재의 상황에 전형적이고 특이한 몇 개의 층으로 제한되는 경우에, 설계자는 보통 다층 필터의 분야에서 단순화된 설계 규칙에 의해 관심 대역에서 높은 투과율의 제 1 기준을 선호해야 한다. 특히, 광학(또는 굴절) 인덱스(ni)의 재료로 이루어진 층의 각각에 대하여, pi.λ10/4ni에 가까운 두께를 선호하게 되며, 여기서, pi는 정수이고, λ10은 다층을 조정시킨 관심 대역의 파장(일반적으로 상기 대역의 중심 파장)이다. 최신 기술에서, 이러한 바람직한 기준은 8㎛와 14㎛ 사이의 검출에 적합한 구조를 형성하기 위해 비정질 실리콘(층(26 및 30)의 합)에 대해서는 0.6㎛에서 1㎛, 게르마늄(층(36))에 대해서는 1㎛에서 2㎛, 황화 아연(층(38))에 대해서는 대략 1.2㎛의 범위 내에서 각각 두께를 유지하게 된다.
윈도우의 투과율 스펙트럼(비율(I/I0), I0는 층(38)상의 수직 입사의 방사선의 강도이고, I는 층(26)을 넘어 나오는 투과 방사선의 강도임)은 도 3a에서 a- Si의 0.7㎛(n = 3.65), Ge의 0.6㎛(n = 4.2) 및 ZnS의 1.2㎛(n = 2.2)의 스택, 즉, 10㎛로 조정된 3개의 1/4 파장 층(p i = 1)을 생성하는 규칙 p i . λ 10 / 4n i 에 따라 선택된 두께로 예시된다. [8; 14㎛] 관심 대역을 통한 평균 투과율은 83%에 가까운 것으로 관찰될 수 있다. 조정하거나 조정하지 않은 1/4 파(또는 다중 1/4 파(multi-quarter wave), 즉 pi> 1)를 갖는 다른 모든 두께 조합은 비경쟁적인 스펙트럼, 즉 더 큰 인트라 대역 진폭 분산 및/또는 더 작은 평균값을 갖는 스펙트럼을 초래한다.
문제를 더욱 복잡하게 만들기 위해, "p i . λ 10 / 4n i " 규칙과 관련하여 최상으로 간주되는 위의 두께는 모놀리식 제조에는 적합하지 않다. 특히, a- Si(층 26 + 30)의 0.7㎛ 두께는 만족스러운 기계적 저항을 갖는 측벽(18)을 형성하기에 불충분할 수 있다. 마찬가지로, 제 3 층(36)의 Ge의 0.6㎛ 두께는 벤트(32)를 안전하게 닫는데 적절하지 않기 때문에, 1㎛를 초과하는 훨씬 더 큰 두께가 이러한 층에 대해 바람직하다. 따라서, 기계적 및 기밀 제약을 완전히 충족시키기 위해 "p i . λ 10 / 4n i " 규칙에 관하여 투과율은 "저하"되어야 한다. 따라서, 도 3b는 a- Si의 0.8㎛, Ge의 1.6㎛ 및 ZnS의 1.2㎛으로 형성된 상기 제약 조건을 만족시키는 윈도우의 투과율의 일례를 도시한다. 8㎛ 내지 14㎛ 사이에 위치되지만, 도 3a의 "이상적 스펙트럼(ideal spectrum)"보다 현저하게 더 강한 진동 및 실질적으로 덜 유리한 평균(~73%)을 갖는 투과율 스펙트럼은 이와 같이 얻어진다.
또한, 이러한 단순화된 광학적 상황에서, 저역 통과 필터링은 관심 대역에서의 투과율과 함께 최적화될 수 없으므로, 윈도우의 분광 투과율 및 민감한 멤브레인의 흡수 스펙트럼의 각각의 최대값의 가능한 "불행한(unfortunate)" 매칭으로 인해 단파장(예를 들어, LWIR 대역에 대한 8㎛ 미만)에 대한 민감도가 너무 높을 위험이 있다. 실제로, 8㎛보다 작은 파장에서 부수적인 강한 방사선은 예를 들어 민감한 레티나의 전기적 드리프트를 문제시할 수 있다. 특히, 도 3a의 스펙트럼은 예를 들어 매우 낮은 투과율이 선호되는 7㎛ 미만의 대역에서 특히 유해한 매우 높은 투과율의 복수의 좁은 피크를 나타낸다.
이러한 모든 문제는 예를 들어 윈도우의 투과율 및/또는 기계적 저항의 관점에서 구체적인 조치를 취하기를 강요한다.
요약하면, 모놀리식 기술에 따라 제조된 패키지의 대역에서의 투과율의 조정은 고려되는 상이한 성질의 다수의 제약 조건이 존재하기 때문에 매우 복잡하다. 물론, 밀폐된 패키지의 모놀리식 제조가 볼로메트릭 적외선 검출기와 관련하여 위에서 설명되었지만, 이러한 문제는 또한 모놀리식 기술에 따라 제조된 패키지를 갖는 임의의 타입의 검출기에 대해서 발생한다.
따라서, 본 발명은 특히 검출 디바이스를 수용하고, 이러한 패키지의 캡/윈도우의 투과율을 실질적으로 더 높은 값으로 설정할 수 있는 밀폐된 패키지의 모놀리식 제조 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
이를 달성하기 위해, 본 발명은 파장(λ10)에 중심을 둔 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출기를 제조하는 방법에 관한 것이며, 검출기는 상기 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출 디바이스와 상기 검출 디바이스를 수용하는 미리 결정된 압력 하에서의 밀폐된 패키지를 포함하고, 상기 패키지는 기판, 상기 기판에 부착된 측벽과 상기 측벽에 부착된 상부 캡으로 형성되고, 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한, 디바이스에 수직한 일부를 포함하며, 방법은:
- 상기 검출 디바이스를 기판상에 형성하는 단계로서, 상기 검출 디바이스를 완전히 매립하는 희생 층을 퇴적하는 단계를 포함하는, 상기 형성하는 단계;
- 희생 층 상에 상기 상부 캡을 형성하는 단계로서, 상기 상부 캡은 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서, 투명한 제 1 광학 구조체, 제 2 광학 구조체 및 제 3 광학 구조체의 스택으로 형성되고, 제 2 광학 구조체 및 제 3 광학 구조체는 각각 3.4 이상이고, 2.3 이하인 파장(λ10)에서의 등가 굴절률을 갖는, 상기 상부 캡을 형성하는 단계;
- 적어도 제 1 광학 구조체를 포함하는 캡의 일부를 형성한 후에, 상기 상부 캡의 일부를 통해 희생 층에 접근하는 벤트를 형성한 다음, 벤트를 통해 희생 층을 완전히 제거하도록 에칭을 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면:
- 제 1 광학 구조체의 광학 두께는 λ10/10 이상이고;
- 제 1 광학 구조체의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률(
)은 2.6 이하이며;
- 희생 층 상에 형성된 제 1 광학 구조체의 표면은 희생 층을 제거하기 위해 구현된 에칭에 대해 불활성이다.
다시 말하면, 최신 기술에서, CVD에 의해 얻어진 비정질 실리콘의 제 1 층은 희생 층 상에 퇴적되고, 동일한 실리콘의 제 2 층은 상술한 이유로 제 1 층 상에 퇴적된다. 이제, 이러한 재료는 높은 굴절률(사실상, LWIR 대역에서 3.4 ± 10%와 동일함)로 인해 윈도우 투과율 설정을 어렵게 하며, 이는 패키지의 내부 진공으로 큰 인덱스 단계의 계면(interface)을 형성한다. (이하 설명되는) 낮은 등가 굴절률을 갖고, 특히 2.6 이하인 광학 구조체를 형성하는 것은 이러한 계면으로 인한 광학 손실을 최소화한다. 앞서 논의된 문제를 읽을 때, CVD에 의해 얻어지는 비정질 실리콘으로만 만들어진 제 1 광학 구조에 대해 이해해야 할 것은 많은 주목할만한 품질에도 불구하고 또한 상당한 기술적인 제한이 있다는 것이다. 그러나, 최신 기술에서, CVD a-Si로 제조된 제 1 광학 층은 극복하기 어려운 새로운 기술적 문제를 일으키지 않고 이러한 제한을 극복하도록 의도된 대안을 찾는 것이 무의미한 것처럼 보이는 많은 복잡한 제약 조건에 반응한다. 실제로, 이러한 선택은 본 발명까지 결코 의문의 여지가 없다.
일 실시예에 따르면:
- 희생 층 상에 제 1 광학 구조체를 형성하는 단계는,
o 희생 층 상에 미리 결정된 에칭에 대해 전체적으로 불활성인 재료로 만들어진 제 1 재료 층을 퇴적하는 단계; 및
o 제 1 재료 층 상에 제 2 재료 층을 형성하는 단계를 포함하고;
- 제 1 재료 층 및 제 2 재료 층의 파장(λ10)에서의 두께 및 등가 굴절률은 다음의 식을 증명한다:
식에서:
- ns1 및 ns2는 각각 제 1 재료 층 및 제 2 재료 층의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률이고;
- es1 및 es2는 각각 제 1 재료 층 및 제 2 재료 층의 기하학적 두께이다.
다시 말하면, 제 1 구조체는 각각 단일 재료로 이루어진 복수의 층으로 형성될 수 있다.
실시예에 따르면:
- 미리 결정된 등방성 에칭은 플루오르화 수소산 증기(HFv)에 기초한 에칭이고;
- 미리 결정된 에칭에 불활성인 재료는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 탄소(a-C) 또는 a-SixC(1-x) 타입의 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 비정질 합금(0 < x < 1), 또는 a-SixGe(1-x) 타입의 실리콘(Si) 등 및 게르마늄(Ge)의 비정질 합금(0 < x < 1)이다.
변형으로서:
- 미리 결정된 등방성 에칭은 건식 산화 에칭이고;
- 미리 결정된 에칭에 불활성인 재료는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 a-SixC(1-x) 타입의 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 비정질 합금(0.05 ≤ x < 1), 또는 a-SixGe(1-x) 타입의 실리콘(Si) 등 및 게르마늄(Ge)의 비정질 합금(0 < x < 1)이다.
다시 말하면, 재료는 CVD에 의해 퇴적된 비정질 실리콘과 관련하여 이전에 설명된 모든 제약 조건을 이행할 수 있게 한다.
특히, 비정질 실리콘과 관련하여, 예를 들어, 이러한 재료로 제조된 제 1 광학 구조체의 경우에, 퇴적은 플라즈마 강화된 화학 기상 퇴적(또는 PECVD)이고, 이러한 타입의 실리콘은 CVD에 의해 퇴적된 비정질 실리콘보다 작은 굴절률을 갖는다.
특정 변형에 따르면, 제 1 광학 구조체의 제 2 층은 전체적으로 윈도우의 투과율을 향상시킬 수 있는 황화 아연(ZnS)으로 만들어진다.
실시예에 따르면, 제 1 광학 구조체를 형성하는 단계는 희생 층에 디프레션의 주기적 격자를 형성하는 단계를 포함하고, 주기적 격자의 피치 또는 주기는 
보다 작아, 상기 격자의 디프레션을 적어도 부분적으로 충전한다.
다시 말하면, 따라서, 제 1 광학 구조체는 하나 또는 복수의 재료에 의해 희생 층에 형성된 디프레션의 "몰딩"에 대응하는 주기적인 격자 텍스처링으로 적어도 부분적으로 형성되며, 상기 복수의 재료 중 제 1 재료는 상기 희생 층을 제거하도록 의도된 에칭에 대해 불활성이다. 예를 들어, 이러한 형성하는 단계는 상기 격자의 디프레션을 적어도 부분적으로 충전하기 위해 a-SixGe(1-x) 타입(0 < x < 1)의 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge)의 비정질 합금으로 만들어진 층을 퇴적하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제 1 광학 구조체는 식(
)을 증명하는 광학 두께(e1)를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 제 2 광학 구조체는 전체적으로 (Ge)로 만들어지거나 비정질 실리콘(a-Si)의 층 및 게르마늄(Ge)의 층의 스택으로 이루어진다.
일 실시예에 따르면, 제 2 광학 구조체는 p2 = 1, 2 또는 4인 식(
)을 증명하는 광학 두께(e2)를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 제 1 광학 구조체, 제 2 광학 구조체 및 제 3 광학 구조체의 전체 기하학적 두께는 
보다 작거나 같다.
일 실시예에 따르면, 제 3 광학 구조체는 전체적으로 황화 아연(ZnS)으로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 제 3 광학 구조체는 전체적으로 a-SixC(1-x) 타입의 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 비정질 합금으로 이루어지며, 여기서 0 < x < 1, 특히 x≤0.4이다.
일 실시예에 따르면, 제 3 광학 구조체는 제 2 광학 구조체를 형성하는 재료의 두께로의 디프레션의 주기적 격자의 에칭에 의해 형성된다. 특히, 제 3 구조체는 a-SixC(1-x) 또는 a-SixGe(1-x) 타입의 합금으로 만들어진 적어도 하나의 층으로의 디프레션의 주기적 격자의 에칭에 의해 적어도 부분적으로 형성되며, 여기서 0 < x < 1, 특히 x≤0.4이다.
일 실시예에 따르면, 제 3 구조체는 제 2 광학 구조체를 형성하는 재료의 두께로의 디프레션의 주기적 격자를 에칭한 후, 비정질 탄소(a-C) 또는 a-SixC(1-x) 타입의 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 비정질 합금으로 만들어진 적어도 하나의 층의 퇴적에 의해 형성되며, 여기서 0 < x < 1, 특히 x≤0.4, 바람직하게는 x ≥ 0.05이다.
일 실시예에 따르면, 제 3 광학 구조체는 식(
)을 증명하는 광학 두께(e3)를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 검출 디바이스는 상기 범위(λ8; λ14)의 방사선의 부분을 흡수할 수 있고, 금속 반사기 위에 현탁된 적어도 하나의 볼로메트릭 멤브레인을 포함한다. 방법은,
- 상기 윈도우의 상기 광학적 구조체에 따라 상기 멤브레인의 흡광도(absorbance)의 변화를 결정하는 단계;
- 제조 및/또는 동작 제약 조건을 고려하면서 윈도우의 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률(
), 볼로메트릭 멤브레인과 금속 반사기 사이의 거리 및/또는 볼로메트릭 멤브레인과 윈도우 사이의 거리에 대한 값의 범위를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 범위에서, 상기 범위(λ8; λ14)에서의 상기 멤브레인의 90%보다 큰 평균 흡광도를 유도하는 쿼드러플릿(quadruplet)을 선택하는 단계;
- 상기 쿼드러플릿은 기하학적 두께, 윈도우의 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률(
), 볼로메트릭 멤브레인과 금속 반사기 사이의 거리, 및 볼로메트릭 멤브레인과 윈도우 사이의 거리를 적어도 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제 1 광학 구조체를 형성하는 단계는 희생 층과 접촉하는 표면에 패턴의 주기적 격자를 형성하는 단계를 포함하며, 격자 충전율(grating filling factor), 멤브레인과 금속 반사기 사이의 거리, 및 멤브레인 및 캡 사이의 거리는 상기 범위(λ8; λ14)에서의 멤브레인의 평균 흡광도를 90% 이상의 값으로 설정하도록 선택된다.
특히, 패턴은 비정질 실리콘(a-Si)의 패드 또는 그리드를 형성하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 굴절률은 0.9×3.4에서 1.1×3.4의 범위이고, 격자의 주기는 1㎛에서 3㎛의 범위이며,
- 멤브레인과 캡 사이의 거리(hP)는 1㎛에서 1.5㎛의 범위이고;
- 멤브레인과 반사기 사이의 거리(hR)는 1.8㎛에서 2.3㎛의 범위이고;
- 격자 패드의 깊이(eT)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 패드의 격자의 충전율(ff)는 40%에서 65%의 범위에 있고, 그리드의 충전율(ff)은 15%에서 35%의 범위에 있다.
변형으로서, 격자 패턴은 비정질 실리콘(a-Si)의 패드 또는 그리드를 형성하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 굴절률은 0.9×3.4에서 1.1×3.4의 범위이고, 격자 주기는 1㎛에서 3㎛의 범위이며,
- 멤브레인과 캡 사이의 거리(hP)는 1.5㎛에서 2㎛의 범위이고;
- 멤브레인과 반사기 사이의 거리(hR)은 1.6㎛에서 2㎛의 범위이고;
- 격자 패드의 깊이(eT)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 패드의 격자의 충전율(ff)는 30%에서 50%의 범위에 있고, 그리드의 충전율(ff)은 10%에서 25%의 범위에 있다.
변형으로서, 격자 패턴은 비정질 실리콘(a-Si)의 패드 또는 그리드를 형성하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 굴절률은 0.9×3.4에서 1.1×3.4의 범위이고, 격자 주기는 1㎛에서 3㎛의 범위이며,
- 멤브레인과 캡 사이의 거리(hP)는 2㎛에서 3㎛의 범위이고;
- 멤브레인과 반사기 사이의 거리(hR)은 1.4㎛에서 1.8㎛의 범위이고;
- 격자 패드의 깊이(eT)는 1.5㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 패드의 격자의 충전율(ff)는 25%에서 40%의 범위에 있고, 그리드의 충전율(ff)은 5%에서 20%의 범위에 있다.
특히, 하나 또는 복수의 재료 층으로 형성된 제 1 비구조화된 광학 구조체에 대해:
- 멤브레인과 캡 사이의 거리(hP)는 1㎛에서 1.5㎛의 범위이고;
- 멤브레인과 반사기 사이의 거리(hR)은 1.8㎛에서 2.3㎛의 범위이고;
- 제 1 광학 구조체의 기하학적 두께(e1)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률(
)은 1.45에서 1.80의 범위이다.
변형으로서, 하나 또는 복수의 재료 층으로 형성된 제 1 비구조화된 광학 구조체에 대해:
- 멤브레인과 캡 사이의 거리(hP)는 1㎛에서 2.5㎛의 범위이고;
- 멤브레인과 반사기 사이의 거리(hR)은 1.6㎛에서 2㎛의 범위이고;
- 제 1 광학 구조체의 기하학적 두께(e1)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률(
)은 1.35에서 1.60의 범위이다.
변형으로서, 하나 또는 복수의 재료 층으로 형성된 제 1 비구조화된 광학 구조체에 대해:
- 멤브레인과 캡 사이의 거리(hP)는 2㎛에서 3㎛의 범위이고;
- 멤브레인과 반사기 사이의 거리(hR)은 1.5㎛에서 2.1㎛의 범위이고;
- 제 1 광학 구조체의 기하학적 두께(e1)는 1.5㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률(
)은 1.30에서 1.50의 범위이다.
이러한 파라미터에 따라 제조된 제 1 광학 구조체는 [8; 14㎛] 방사선 범위에서 95%보다 크거나 같은 캡과 반사기 사이의 현탁된 멤브레인에서의 흡광도를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 볼로메트릭 멤브레인은,
- 10㎛ 파장에서 인덱스 n = 10.5 및 k = 16, 8nm 두께 및 380 옴/평방 시트 저항을 갖는 티타늄 질화물(TiN) 층; 및
- 티타늄 질화물(TiN) 층 위에 퇴적된 10㎛에서 인덱스 n = 3.42 및 k = 0 및 200㎚ 두께의 비정질 실리콘(a-Si) 층으로 형성된다.
본 발명은 파장(λ10)에 중심을 둔 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출기에 관한 것이며, 검출기는 상기 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출 디바이스와 상기 검출 디바이스를 수용하는 미리 결정된 압력 하에서의 밀폐된 패키지를 포함하고, 상기 패키지는 기판, 기판에 부착된 측벽과 측벽에 부착된 상부 캡으로 형성되고, 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서, 투명한 디바이스에 수직한 일부를 포함하며, 상기 상부 캡은 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서, 투명한 제 1, 제 2 및 제 3 광학 구조체의 스택으로 형성되고, 제 2 및 제 3 광학 구조체는 각각 3.4 이상이고, 2.3 이하인 파장(λ10)에서의 등가 굴절률을 가지며;
- 제 1 광학 구조체의 광학 두께는 λ10/10 이상이고;
- 제 1 광학 구조체의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률(
)은 2.6 이하이다.
표기 및 정의
본 문서에서, 다음의 표기과 정의가 사용된다:
- "재료 층" 또는 "층"은 예를 들어 마이크로일렉트로닉스의 퇴적 기술(CVD, PECVD, PVD 등)에 의해 얻어지고, 본질적으로 평행한 두 개의 대향 표면(반드시 평면일 필요는 없음) 사이에 형성되는 재료를 나타낸다.
- "재료 층의 두께"는 특히 기판에 직교한 축을 따라 두 개의 표면 사이의 기하학적 거리를 나타낸다. 재료 층은 단일 재료 또는 복수의 상이한 재료의 스택으로 제조될 수 있다. 재료 층의 표면은 텍스처링될 수 있거나 텍스처링될 수 없다. 다른 명시적 또는 문맥적 사양이 없으면, 재료 층은 텍스트링되지 않은 표면을 갖는 단일 재료로 만들어진 요소를 지칭한다.
- 용어 "투과율"(T)은 캡 또는 윈도우의 완전한 구조체에만 적용하고, 그것으로부터 떨어진 윈도우의 어느 한쪽에서 무한 절반 공간(infinite half-space)에서 측정된 투과 강도 대 입사 강도의 스펙트럼 비율을 나타낸다. 다음의 식으로 정의되는 관심 대역에서의 통합된(또는 평균적인) 투과율은 여기서 특히 더 고려된다:
최종 적용에서 관측되어야 하는 열 화상의 스펙트럼 에너지 밀도와 콘볼 루션(convolution)이 없다. 실제로, 300K 부근의 열 화상이 고려될 때, "흑체(black body)" 방사의 법칙은 LWIR 대역에서 통합된 에너지의 관점에서 [8; 14㎛] 관심 대역의 낮은 부분을 실질적으로 선호하며, 따라서, 더 많은 화상이 뜨거워진다.
- 재료 또는 광학 구조체의 "투명성"은 본 발명과 관련하여 (즉, 예상되는 재료의 두께 및/또는 구조체가 형성되는 방식에 따라) 이러한 재료 또는 구조체의 사용이 관심 대역에서의 흡수에 의한 무시할 수 있는 에너지 손실, 및 보다 구체적으로는 이전에 정의된 것과 같은 통합된 투과율에 대한 흡수 손실의 2% 미만과 연관된다는 것을 나타낸다.
- "굴절률"은 관심 파장 범위의 중심 파장에서의 단일 재료의 굴절률, 특히 "Handbook of Optical Materials (Laser & Optical Science & Technology", Marvin J. Weber, CRC Press, First Edition, September 2002, ISBN-13: 978-0849335129에서 참조되는 값을 지칭하고;
"등가 굴절률"은 단일 재료로 형성된 각각의 층의 스택의 평균 가중 인덱스, 즉 인덱스(
)를 지칭하며, 여기서 ni는 층의 재료의 굴절률이고, ei는 이의 기하학적 두께이다. 층이 단일 재료로 제조될 때, 등가 굴절률은 이와 같이 재료의 굴절률과 동일하다. 층이 텍스처링될 때, 이의 굴절률 ni는 유효 굴절률로 대체되고;
"유효 굴절률"은 텍스처링된 부피를 제한하는 두 개의 평행한 평면 사이에 텍스처링된 재료의 층의 등가 굴절률을 지칭한다. 이러한 텍스처링된 구조체의 "유효 굴절률"은 예를 들어 식 
에 의해 근사화될 수 있으며, 여기서 v는 두 개의 제한 평면 사이에서 (시스템의 광학 축에 직교하는 두 방향에서적어도 하나의 완전한 텍스처링 주기를 포함하는) 표면적 당 부피이고, ndv는 이러한 부피 내에 특정 미소 부피(infinitesimal volume) dv를 형성하는 재료의 국부적 굴절률이다. 굴절률 n2을 갖는 재료 또는 매체에 의해 분리된 굴절률 n1을 갖는 재료로 이루어진 병치된(juxtaposed) 주기적 패턴을 포함하는 텍스처링의 프레임워크에서, 유효 굴절률은 
에 의해 추정될 수 있으며, 여기서 ff는 주기적 격자의 충전율이다. 이러한 표현은 패턴을 분리하는 매체가 공기(예를 들어, 대상물의 외부 매체)이거나 통상적으로 밀폐된 마이크로캐비티 내에 존재하는 진공(예를 들어, 텍스처링이 캐비티의 내부 표면과 관련될 때)일 때 
으로 축소될 수 있고;
"광학 두께"는 재료의 층에 대해 법선 입사 아래의 광학 경로, 즉, 이러한 층의 기하학적 두께(ei)에 의한 층의 등가 굴절률의 곱 ni·ei을 나타내고; 표기 "ei"는 기하학적 두께 또는 광학 두께를 무차별하게 나타내며, 유효한 의미(valid sense)는 각각의 발생에 대해 명시적으로 할당되고;
"광학 구조체"는 층의 평면에서 주기적 격자 내에서 평면 또는 텍스처링된 하나 또는 복수의 재료의 층의 스택으로 형성된 한정된 두께의 조립체를 나타내고, 이는 사실상 이러한 조립체의 등가 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 단일 층으로부터는 인지할 수 없는 관심 대역에서의 전자기파의 전파 관점의 방식으로 동작한다. 이러한 동작은 예를 들어 조립체를 형성하는 요소의 실제 또는 유효 굴절률이 서로 가깝고, 특히 15% 미만으로 상이할 때나, 이러한 조립체의 층 중 하나의 광학 두께가 파장(λ)에서 이러한 동작을 크게 방해하지 못할 때, 즉 통상적으로 λ/30보다 작을 때 얻어진다. 예를 들어, 기하학적 두께(e1)에 대한 유효 인덱스(neff)의 텍스처링된 구조체와, 기하학적 두께(e2)의 등가 인덱스(n2)를 갖는 재료의 본질적 평면 층의 스택에 의해 형성된 조립체는 인덱스 값의 적어도 지정된 근접 조건에서 다음의 식에 따른 조립체의 등가 인덱스를 효율적으로 근사화한다:
- "서브 파장 치수(sub-wavelength dimension)"는 관심 대역의 하한치보다 작은 양을 나타내고;
- "에칭에 불활성인 재료(material inert to etching)"는 다른 재료, 예를 들어, V(재료)/V(다른 재료) < 1/10, 바람직하게는 1/100보다 작은, 더 바람직하게는 1/1,000보다 작음을 입증하는 재료를 에칭하도록 의도된 에칭에 의해 거의 에칭되지 않거나 에칭되지 않는 재료를 나타낸다. 여기서 V(재료)는 재료의 에칭 속도이고, V(다른 재료)는 다른 재료의 에칭 속도이며;
- 용어 "상에" 또는 "위에", 또는 또한 "스택된", 즉, 제 1 층 "상에" 있는 제 2 층은, 달리 명시되지 않으면, "구조적 연속성에 있어서 이후에 형성됨(formed afterwards, in structural continuity)"을 의미한다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 단지 예로서 제공되는 다음의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해 될 것이며, 여기서 동일한 참조 번호는 동일하거나 등가의 요소를 나타낸다.
- 도 1은 최신 기술에 따른 개개의 패키지에 수용된 적외선 검출기의 볼로메트릭 멤브레인의 간략화된 단면도이다.
- 도 2a 내지 2i는 도 1의 검출기의 모놀리식 제조를 도시하는 단순화된 단면도이다.
- 도 3a 및 도 3b는 윈도우를 형성하는 층의 상이한 두께에 대한 도 1의 검출기의 윈도우의 2개의 투과율을 도시한다.
- 도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 제 1 실시예에 따른 캡/윈도우의 모놀리식 제조 방법의 간략화된 단면도이다.
- 도 5a 내지 도 5c는 제 1 실시예에 따른 캡의 투과율 스펙트럼을 예시하는 다이어그램이다.
- 도 6a 내지 도 6e는 제 2 실시예에 따른 캡의 투과율 스펙트럼을 도시하는 다이어그램이다.
- 도 7a 내지 7e는 텍스처링된 제 1 광학 구조체를 갖는 캡/윈도우의 제조를 예시하는 간략화된 단면도이다.
- 도 8a 및 도 8b는 도 7a 내지 도 7e의 방법에 따라 얻어진 제 1 텍스처링된 층의 간략화된 단면도이다.
- 도 9a 및 도 9b는 캡/윈도우의 제 3 광학 구조체의 간략화된 단면도이다.
- 도 10은 상이한 윈도우가 존재하고 윈도우가 없는 볼로메트릭 멤브레인의 흡수 스펙트럼의 세트를 도시한다.
- 도 11a 내지 도 11f는 90%보다 큰 멤브레인 내의 흡수를 얻기 위해 상이한 설계 파라미터를 연결하는 차트이다.
- 도 12a 내지 도 12c는 설계 파라미터의 상이한 값에 따른 멤브레인의 상이한 흡수 스펙트럼을 도시한다.
- 도 1은 최신 기술에 따른 개개의 패키지에 수용된 적외선 검출기의 볼로메트릭 멤브레인의 간략화된 단면도이다.
- 도 2a 내지 2i는 도 1의 검출기의 모놀리식 제조를 도시하는 단순화된 단면도이다.
- 도 3a 및 도 3b는 윈도우를 형성하는 층의 상이한 두께에 대한 도 1의 검출기의 윈도우의 2개의 투과율을 도시한다.
- 도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 제 1 실시예에 따른 캡/윈도우의 모놀리식 제조 방법의 간략화된 단면도이다.
- 도 5a 내지 도 5c는 제 1 실시예에 따른 캡의 투과율 스펙트럼을 예시하는 다이어그램이다.
- 도 6a 내지 도 6e는 제 2 실시예에 따른 캡의 투과율 스펙트럼을 도시하는 다이어그램이다.
- 도 7a 내지 7e는 텍스처링된 제 1 광학 구조체를 갖는 캡/윈도우의 제조를 예시하는 간략화된 단면도이다.
- 도 8a 및 도 8b는 도 7a 내지 도 7e의 방법에 따라 얻어진 제 1 텍스처링된 층의 간략화된 단면도이다.
- 도 9a 및 도 9b는 캡/윈도우의 제 3 광학 구조체의 간략화된 단면도이다.
- 도 10은 상이한 윈도우가 존재하고 윈도우가 없는 볼로메트릭 멤브레인의 흡수 스펙트럼의 세트를 도시한다.
- 도 11a 내지 도 11f는 90%보다 큰 멤브레인 내의 흡수를 얻기 위해 상이한 설계 파라미터를 연결하는 차트이다.
- 도 12a 내지 도 12c는 설계 파라미터의 상이한 값에 따른 멤브레인의 상이한 흡수 스펙트럼을 도시한다.
[8; 14㎛] 파장대를 검출하도록 의도된 현탁된 멤브레인을 가진 볼로메트릭 검출기의 패키지, 예를 들어 밀폐된 패키지의 모놀리식 제조에 대해 이제 설명될 것이다. 상술한 최신 기술에 관해서, 형상, 기하학적 형상, 패키지 당 멤브레인의 수 등은 본 발명과 관련하여 필수적인 특성이 아니다. 달리 언급되지 않으면, 제조 단계는 상술한 것과 동일하다.
본 발명은 특히 관심 방사선에 대해 투명하고, 2.6 이하이고, 바람직하게는 1.3 이상의 등가 굴절률(
)을 가진 희생 층 상에 광학 두께(e1)의 제 1 광학 구조체를 패키지의 캡/윈도우를 모놀리식으로 제조하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 광학 두께는 0.5㎛보다 크고, 바람직하게는 λ10/4에 가깝거나 동일하며, 여기서, λ10은 관심 대역의 중심 파장, 예를 들어 LWIR 검출을 위한 10㎛ 또는 11㎛이다.
윈도우 제조가 재료의 층의 연속적인 퇴적에 의해서만 수행되는 제 1 및 제 2 실시예가 먼저 상세히 설명될 것이며, 상이한 굴절률 및 등가 굴절률의 설정은 퇴적된 재료 및 이의 두께의 선택에 기초한다. 그 후, 부가적인 굴절률 설정 파라미터를 얻기 위해 제 1 광학 구조체를 형성하도록 텍스처링을 추가로 사용하는 제 3 및 제 4 실시예가 상세히 설명될 것이다. 제 5 실시예에서, 캡슐 및 판독 집적 회로 상에 배치된 반사기에 대한 제 1 광학 구조체 및 멤브레인의 위치의 최적화가 상세히 설명될 것이다.
A. 성공적인 퇴적에 의한
모놀리식
제조
제 1
실시예
도 4a 내지 도 4f와 관련하여 예시된 제 1 실시예는 특히 CVD-a-Si로 완전히 제조된 최신 기술의 제 1 층을 ZnS의 층, 또는 대상물에 적응되고 마이크로일렉트로닉스의 맥락에 적응된 방법에 따라 생성될 수 있는 인덱스를 갖는 임의의 다른 재료의 층을 포함하는 제 1 광학 구조체로 대체하는 것을 포함한다. 따라서, 이러한 제 1 광학 구조체는 2.6 이하의 원하는 등가 굴절률을 정의하는 조성물을 갖는다.
모놀리식 패키지 제조 방법은 예를 들어, 제 2 희생 층(24) 상에 라이너의 제 1 층(40A)을 퇴적함으로써(도 4a), 희생 층의 이방성 에칭을 위한 하드 마스크, 및 희생 층(22, 24)의 에칭 및 제거 동안 후속적으로 퇴적되는 ZnS 층(이의 하부 표면상)의 보호의 역할을 함으로써 도 2a와 관련하여 설명된 바와 같은 민감한 레티나의 모놀리식 제조 방법을 수행하여 시작한다. 라이너(40A)는 또한 제 1 광학 구조체의 점착, 물리적 연속성 및 기계적 안정성을 보장하는 기능을 갖는다. 특히, 그의 두께는 제한되면서 이러한 기능을 보장하기 위해 선택되며, 따라서 견고성은 본 명세서에서 목표가 되는 대상이 아니다.
제 1 변형에서, 층(40A)은 비정질 실리콘(a-Si)의 0.05 내지 0.1㎛의 범위의 기하학적 두께를 갖는 층이다. 바람직하게는, 층(40A)이 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률에 대해 방해가 적도록 a-Si 층은 저온(300℃ 미만)에서의 퇴적, 특히 LWIR 대역에서 결정질 실리콘의 굴절률(~3.4)보다 작은 굴절률을 가진 비정질 실리콘을 제공하는 플라즈마 강화 CVD(PECVD)에 의해 얻어진다. 특히, 본질적으로 통상 300℃ 이하 또는 심지어 주위 온도에서 실란(SiH4)의 비열 해리(non-thermal dissociation) 방법에 의해 획득된 비정질 실리콘 층을 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 반드시 수소 희석(hydrogen dilution)으로 수행되는 것은 아니지만, 또한 PECVD 등으로 불리는 글로우 방전(Glow Discharge: GD) 활성화 방법은 장파 적외선(LWIR)에서 2.5 - 2.6의 차수(order)의 낮은 굴절률에서 (보통, a-Si:H로 불리는) 특정 형태의 실리콘에 액세스할 수 있다.
이점으로, 선택적으로, 낮은 수소 함유량, 예를 들어 CVD a-Si의 20㎚을 갖는 조밀한(dense) 층은 먼저 희생 층 상에 퇴적된다. 따라서, 패키지 내의 원하는 진공 품질에 악영향을 미치는 잠재적인 수소 유출은 알려진 기법에 의해 생성되는 것에 국한된다. 이러한 층은 매우 얇기 때문에, 이후에 설명되는 구조체의 광학적 동작을 방해하지 않는다는 것이 주목되어야 한다.
그러나, 제 2 변형에서, 라이너 층 a-Si는 제 1 광학 구조체에 대한 원하는 범위의 등가 인덱스를 얻을 수 있는 제한된 두께를 갖는 CVD에 의해 완전히 얻어질 수 있다.
그 다음, ZnS 층(40B)은 바람직하게는 λ10/4에 가까운 광학 두께를 갖는 제 1 광학 구조체(40)를 층(40A)에 형성하기 위해, 적어도 0.2㎛의 두께로 특히 증발에 의해 제 1 층(40A) 상에 퇴적된다(도 4b). 예를 들어, CVD a-Si(n ~3.6)의 0.1㎛로 형성된 층(40A)을 광학적으로 완성하기 위해, 층(40B)은 0.2㎛보다 크거나 같은 두께를 갖는다. 예를 들어, 0.8㎛ 내지 1㎛의 범위의 ZnS의 기하학적 두께는 10㎛에서 실질적으로 1/4 파장 등가 굴절률 
~ 2.45를 갖는 제 1 광학 구조체(40)를 얻을 수 있다.
효율적인 광학적 역할에 비교적 잘 적응된 인덱스를 제외하고, ZnS는 통상적으로 구상되는 바와 같이 특히 작은 치수(예를 들어, 30㎛ 미만)의 밀폐된 패키지의 구성에 필요하거나 유용한 특징이 없다. 다시 말하면, 본 발명의 제 1 광학 구조체(40)는 밀폐된 층이 아니고, 견고성은 상부층에 의해 보장된다.
이러한 방법은 예를 들어 최신 기술에서와 같이, 기판(10)까지의 제 1 광학 층(40) 및 희생 층(22, 24) 내의 비아(및/또는 그루브)(28)의 형성(도 4c), 비아를 라이닝시키거나 심지어 충전(fill)하고 패키지의 측벽(18)을 형성하는 a-Si 층(30)의 CVD 또는 PECVD(도 4d), 제 1 광학 층(40)(도 4e) 및 층(30)을 통한 벤트(22)의 형성, 희생 층의 제거, 및 Ge 및 ZnS 층의 퇴적(도 4f)에 의해 수행한다.
보다 구체적으로, a-Si 층(30)은 ZnS 층(40B) 상에 CVD에 의해 퇴적될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. ZnS 층이 300℃ 이상의 물리 화학적 안정성의 관점에서 문제로 간주되지만, 본 발명자는 반대로 CVD에 의해 층(30)의 후속 형성에 필요한 보통 350℃의 정도의 열 활성화에 견딜 수 있다는 것을 관찰하였다.
도 5a는 CVD a-Si의 0.1㎛(층(40A)), ZnS의 0.8㎛(층(40B)), CVD a-Si의 0.6㎛(층(30)), Ge의 1.2㎛(층(36)), 및 ZnS의 1.15㎛(층(38))으로 형성된 스택으로부터 생성된 이론적 투과율 스펙트럼의 일례를 도시한다. 굵은 곡선은 존재하는 각각의 재료의 굴절률을 고려하여 계산된 투과율을 나타내고, 가는 곡선은 광학 구조체(40A, 40B)의 등가 굴절률을 고려하여 계산된 투과율을 나타낸다. 3개의 광학 구조체(제 1 광학 구조체(40), 제 2 광학 구조체(30+36), 제 3 광학 구조체(38))는 본 명세서에서 이후에 명시되는 바람직한 윈도우-캡 형태 중의 하나를 제공하기 위해 p1 = 1, p2 = 2 및 p3 = 1로 λ10 = 10㎛의 부근에서 모두 대략 1/4 파장으로 조정된다. ~93%의 평균 투과율은 본 명세서에서 무시할 수 없지만 매우 수용 가능한 대역 내 진동을 통해 [8; 14㎛] 대역 상에서 획득된다. 동일한 라이너가 없는 구조체(40A)로부터, 즉 제 1 1/4 파장 조정된 광학 구조체의 유일한 구성 요소인 것으로로 추정된 ZnS 층에 의해 생성된 투과율의 추정치는 ~94%이다. 따라서 2개의 층(40A-40B)을 갖는 기술적으로 타당한 구성은 단지 2차 분해(second-order degradation)를 유도한다.
도 5b는 층(40B)의 ZnS의 기하학적 두께가 0.4㎛, 즉 평균 투과율(0.8㎛-1㎛)의 관점에서 최적으로 고려되는 범위보다 훨씬 작은 유일한 차이점을 제외하고는 위의 스택으로부터 생성된 스펙트럼을 도시한다. 도 5c는 층(40A)이 없는 층(40B)의 ZnS의 기하학적인 두께에 따른 평균 투과율의 동작을 도시한다. 도 5a 내지 도 5c의 두 곡선은 각각 층(40A 및 40B)의 각각의 인덱스 및 기하학적 두께를 고려하는 상세한 계산 또는 등가 인덱스(
)의 단일 광학 층에 의한 결과치를 나타내고, λ10/10보다 크고, 특히 λ10/4와 동일한 전체 광학 두께를 갖는다. 따라서, 관심 대역에서의 투과율의 실질적인 향상은 층(40B)으로 덮인 윈도우의 전체 부분에 걸쳐 얻어진다. 이러한 모든 것이 관찰되는 투과율의 대역 내 변동에 대한 저하 없이, 평균 투과율은 매우 제한된 기하학적 두께(0.3㎛의 정도)를 갖는 ZnS 층(40B), 및 20 포인트 이상의 매우 실질적인 이득을 제공하는 최적화된 바람직한 구조체의 사용에 의해 약 10 포인트만큼 이미 개선되었다.
(분포된 굴절률을 고려하여) 상세화되거나 (등가 굴절률을 고려하여) 단순화된 결과 간의 허용 가능한 유사성은 본 발명의 특징을 정의하는 관점에서 등가 인덱스의 사용을 단순화하는 것을 더 정당화한다. 도 5a 내지 도 5c에 대한 예에서, 인덱스 ~3.6의 CVD a-Si 라이너(40A)에 대한 0.1㎛의 기하학적 두께가 유지되었으며, 즉, 이는 인덱스 
가 사용될 수 있는 나타내는 한계(λ10 = 10㎛의 경우)보다 의도적으로 다소 두꺼운 제 1 구조체의 광학적 두께(λ10/30)에 대응한다. 투과율 스펙트럼 및 관심 대역을 통해 통합된 투과율에 대한 생성된 에러는 매우 제한적이고. 상당히 수용 가능하다.
제 2
실시예
제 2 실시예에 따르면, 제 1 광학 구조체는 적어도 부분적으로 탄소와 실리콘의 비정질 합금(0 < x < 1인 a-SixC(1-x)) 또는 비정질 탄소(a-C)의 층에 의해 얻어지며, 두 경우는 이후 용어 "a-SixC(1-x), 0 ≤ x < 1"에 의해 명시된다.
광학 용어에서, a-SixC(1-x) 타입의 재료는 흡수 대역을 특히 12.8㎛(분광법 표기에서 780 cm- 1)으로 나타내고, 따라서 LWIR 대역에서 나타내는 것으로 알려져 있다. 실제로 9㎛를 초과하는 이러한 흡수 대역은, 특히 C-Si 본드와 관련되고, 따라서 다소 균형 잡힌 C/Si 비율(즉, a-SiC에 가까움)을 갖는 합금에서 특히 강렬하기 때문에 x = 0 및 x = 1에 가까운 재료로부터 사라진다. 이러한 불리한 특징은 본질적으로 전체 대역에 걸쳐 투명한 예상된 윈도우의 형성과 관련하여 LWIR 대역에서 이론상 크리플링(crippling)한다. 그러나, 본 발명은 한편으로는 낮은 실리콘 함유량, 매우 수용 가능한 투명성, 즉 탄소 함유량이 적거나 전혀 없는 물질의 사용을 지지하고, 다른 한편으로는 1㎛ 정도의 매우 작은 기하학적 두께에 따른 재료의 사용을 지지한다. 또한, 비정질 실리콘 카바이드 a-SiC(x ~ 0.5)의 화학량론적 형태의 근처에서 "최악의 경우"의 제형조차도, 흡수 계수는 200cm-1 이하의 LWIR 스펙트럼 전체에 걸쳐 포함될 수 있다. 이러한 값은 0.5㎛ 기하학적 두께에 대한 최대 흡수 파장에서 방사선의 1%의 수직 입사에서 감쇠를 제공하고, 전체 관심 대역에 걸쳐 통합 후에 실질적으로 작다. 따라서, 이론적으로 가장 바람직하지 못한 조성물(x ~ 0.5)의 경우에도, 검출기의 생성된 감도 손실은 중간 상태로 유지되고, 이러한 재료의 선택에 의해 유도된 평균 투과율의 개선에 의해 더욱 광범위하게 보상된다.
특히, 제 2 실시예는 a-Si 층(40A) 또는 a-Si 층(40A) 및 ZnS 층(40B)이 예를 들어 PECVD 방법에 의해 퇴적된 a-SixC(1-x) 층 0 ≤ x < 1으로 대체된다.
이러한 재료는 문헌에서 광범위하게 참조되었고, 다양한 공지된 기술, 특히 PECVD 타입에 의해 비교적 용이하게 이용 가능하다. 예를 들어, 다음의 문서가 참고할 수 있다: A. Carbone et Al in J. Mat. Res., Vol 5, N°12, Dec 1990; or I. Pereyra et Al in Brasilian J. of Phys., Vol. 30, Sept 2000; or B. Racine et Al in J. Ap.Phys., Vol 90, Nr 10, Nov 2001; or also A. El Khalfi et Al in Arabian J. for Sci. and Eng., Volume 39, Issue 7, July 2014, pp 5771-5776.
특히, 통상적으로 300℃ 이하 또는 실온에서도 실란(SiH4)의 비열 해리 방법에 의해 얻어진 비정질 실리콘 층의 제조는 알려져 있다. PECVD 등으로도 불리워지지만, 일반적으로 반드시 수소 희석으로 수행되는 것은 아닌 글로우 방전(GD) 활성화 방법은 장파 적외선(LWIR)에서 2.5 - 2.6 이하의 낮은 인덱스를 갖는 특정 형태(보통 a-Si:H로 불림)에 액세스할 수 있다. 이러한 방법에 의해 얻어진 비정질 실리콘을 적절한 유기 가스 첨가제(예를 들어, CH4, C2H2, C2H4 등과 같은 다양한 탄화수소)에 의해 적당한 양, 예를 들어 5 내지 20%(At)의 탄소와 합금함으로써, a-SixC(1-x) 타입의 합금을 형성하는 것이 알려져 있다.
특히 투명성의 관점에서 유리한 제 1 변형에서, 제 1 광학 구조체(40)는 적어도 부분적으로 바람직하게는 본질적으로 비정질 탄소(x = 0)로 제조된다. a-C 층은 보통 저온 및 저온 하에, 또는 심지어 주위 온도에서 통상적으로 소위 "DLC"(Diamond Like Carbon) 얇은 층을 형성하기 위해 때때로 "글로우 방전(glow charge)"으로 표시되는 플라즈마 활성화에 의해 분해되는 기체 탄소 전구체(CH4, C2H2, C2H4 등과 같은 다양한 탄화수소)에 의해 형성된다.
a-C 박막 재료는 구조적 상세 사항에 따라 LWIR 대역에서 2 내지 2.2의 범위의 굴절률, 및 적외선에서 매우 수용할 수 있는 광학 투명도를 갖는다. 이러한 낮은 인덱스 값은 패키지의 내부 진공과 윈도우의 하부 벽 사이의 계면에서 디옵터(diopter) 반사 손실(프레넬(Fresnel) 손실로 불림)을 제한하고, 위에 배치된 제 2 "높은 인덱스" 광학 층(예를 들어, a-Si 층(30) + Ge 층(36))으로 계면에서의 최상 부분 반사를 사용하는 것이 매우 유리하다.
실제로, 광학적 관점에서, 본 발명에 따른 윈도우는 다음의 것으로 형성된다:
- 등가 굴절률(
)을 갖는 제 1 광학 구조체(40);
- 등가 굴절률(
)을 갖는 층(30 및 36)으로 형성된 제 2 광학 구조체로 덮이고;
- 등가 굴절률(
)을 갖는 층(38)으로 형성된 제 3 광학 구조체로 덮여 있다.
이제, 적어도 제 2 광학 구조체(30, 36)가 매우 두꺼운 경우, 즉 간섭을 고려할 필요 없이, 제 1 및 제 2 광학 구조체는 식 
을 확인하도록 설계되는 것이 유리한 것으로 알려져 있으며, 이는 제 1 구조체가 1/4 파장 조정(λ10/4)될 때 반사를 취소할 수 있다. 이는 간섭 프로세스에 모두 참여하는 광학적 두께를 제한한 구조체의 경우에도 적용한다. 이러한 식은 a-C의 굴절률로 인해 더 쉽게 얻을 수 있다. 예를 들어, 참조 구성이 유리하게는 조립체(30 + 36)의 주요 구성 요소로서 LWIR 대역에서 인덱스 4 내지 4.2의 게르마늄을 더 포함하기 때문에, 제 1 광학 구조체(40)에 대해 2 내지 2.1 차수의 인덱스는 상기 식을 얻거나 접근할 수 있다.
유리하게는, 예를 들어 0.05㎛ 내지 0.1㎛ 범위의 기하학적 두께를 갖는 CVD a-Si로 제조된 라이너 층(40A)은 유기 희생 물질을 제거하기 위한 후속 애싱(ashing) 동안 통상적으로 사용되는 산화 플라즈마의 영향하에 a-C 층의 부식을 제한하기 위해 희생 층 상에 미리 퇴적된다. 라이너 층은 또한 비정질 탄소 구조체에 함유된 수소에 대한 장벽을 형성하여, 밀봉되면 패키지에서 가능한 장기간 유출을 방지할 수 있다는 이점을 갖는다.
변형으로서, 라이너 층(40A)은 a-SixC(1-x) 층이며, 여기서 x는 원자 함유량, 통상적으로 ≥0.05, 바람직하게는 ≤0.5 이하, 예를 들어 0.05㎛ 내지 0.1㎛ 범위의 기하학적 두께로 무시할 수 없다. 이러한 층은 유리하게는 a-C 토핑(topping)과 화학적으로 호환 가능할 뿐만 아니라, a-SixC(1-x)의 굴절률은 CVD a-Si의 굴절률보다 훨씬 작다. 실제로, 합금된 재료의 LWIR 대역의 인덱스는 첨가된 실리콘 함유량에 따라 증가하지만, 통상적으로 Si(x = 0.5)의 2.4 에서 최대 50%(2.4 up to near 50%)를 초과하지 않고 낮은 실리콘 농도 비정질 탄소에 의해 제공되는 이상적인 값의 부근에 있어야 한다. 이에 의해, 작은 비율에 의해서도 층(40A)의 재료에 함유된 실리콘은 제 1 표면층 상에서 산화하고, 유기 희생 층 제거에서 통상적인 산화 침식으로부터 하부 재료를 보호한다. 유리하게는 선택적으로 수소에 대한 장벽을 형성하는 층, 예를 들어 20㎚의 CVD a-Si는 희생 층 상에 먼저 퇴적되어, 상술한 바와 같이 a-SixC(1-x)의 구조체에 함유된 수소의 유출을 방지한다. 여기서 다시, 층은 매우 얇아서 구조체의 광학적 동작을 약간만 방해한다.
그러나, 희생 층(22, 24)의 재료가 미네랄 성질을 가진 경우, 즉 산화 방법을 제거할 필요가 없는 경우에 라이너 층(40A) 또는 층(40)의 벌크로의 실리콘의 혼입은 필요하지 않다.
제 2 변형에서, 제 1 광학 구조체(40)는 0.05≤x≤0.5의 단일 a-SixC(1-x) 층으로 완전히 만들어지며, 이러한 재료는 하드 마스크의 역할을 할 수 있고, 2.6보다 작은 굴절률을 갖는다. 제 1 광학 구조체(40)는 유리하게는 한번에 퇴적되며, 이는 또한 제조 단계, 즉 라이너 층(40A)의 제조 단계를 절약한다는 이점을 갖는다. 선택적으로, 수소에 대한 장벽을 형성하는 층, 예를 들어 20㎚의 CVD a-Si는 먼저 상술한 이유로 희생 층 상에 퇴적될 수 있다.
제 1 또는 제 2 변형을 계속하는 제 3 변형에서, 패키지의 측벽(18)을 형성하도록 퇴적된 층(30)은 또한 부분적으로 또는 전체적으로 a-SixC(1-x), 0≤x<1, 예를 들어 a-C 또는 a-SixC(1-x), 0.05≤x≤0.5으로 만들어진다. 따라서, 제 1 실시예의 층(30)을 부분적으로 또는 전체적으로 포함하는 제 1 광학 구조체가 얻어진다.
따라서, 제 1 및 제 2 실시예에서, 통상적으로 2.6보다 작은, 바람직하게는 2 내지 2.2의 범위의 등가 굴절률 
의 층(40A, 40B)(또는 40B만)의 스택으로 만들어지는 제 1 광학 구조체가 얻어진다. 따라서, 통상적으로 λ10/10 이상(즉, λ10 = 10㎛에 대해 1㎛), 바람직하게는 λ10/4에 가까운 전체 광학 두께가 형성될 수 있고, 바람직하게는 사용될 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는, 제 2 실시예의 제 3 변형에 따라, 바람직하게는 등가 굴절률 
= 2.0 및 10㎛에서의 제 1 차수(order)(p1 = 1)에서 실질적으로 1/4 파장 광학 두께, 즉 ~1.2㎛(예를 들어, x = 0.05인 a-SixC(1-x)의 0.05㎛의 라이너 층(40A) 및 층(40B 및 30)에 대한 a-C 층)의 제 1 유기 구조체, 제 2 균일한 "높은 인덱스" 광학 구조체(Ge), 및 제 3 적응된 "낮은 인덱스" 광학 구조체(예를 들어, ZnS)로 형성된 윈도우의 투과율 스펙트럼을 도시한다. 도 6a는 p2 = 1, 즉 e2 ~ 0.6㎛인 특정 경우에 대응하고, 도 6b는 p2 = 2, 즉 e2 ~ 1.2㎛인 바람직한 특정 경우에 대응하며, 도 6c는 p2 = 4, 즉 e2 ~ 2.4㎛인 다른 바람직한 특정 경우에 대응한다. 이러한 바람직한 경우에, 타겟 대상에 매우 가까운 스펙트럼, 즉, p2 = 2의 경우 7.3 내지 16㎛의 93% 초과(우수한 넓게 "돌출한" 윈도우) 및 p2 = 4의 경우 8.2 내지 13㎛의 97% 초과(거의 완벽한 "내접된(inscribed)" 윈도우)가 얻어진다.
실제로, 이러한 타입의 스택으로 얻어진 모든 스펙트럼은 제 2 높은 인덱스 광학 층의 광학 두께가 무엇이든 (예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된) 최신 기술의 스펙트럼보다 매우 유리하다. 실제로, p2 = 1인 경우는 이미 바람직한 품질 특징에 관해서 도 3a의 스펙트럼보다 훨씬 더 바람직하다. 바람직한 포인트 p2 = 1, 2 및 4보다 작고, 중간이거나 큰 값 e2는 특정 임계성(criticality) 없이 LWIR 대역의한쪽 또는 양쪽 마진(및 대역의 평균값)을 간단히 다소 깊게 감쇠시킨다. 그 다음, 최종 선호도(preference)는 나타낸 다양한 바람직한 포인트의 부근에서 가변적인 기술적 구현 편의성(implementation convenience)에 의해 정의된다.
특히, 제 2 실시예의 제 3 변형과 관련하여, 층(30)은 전체적으로 a-SixC(1-x), 0 ≤ x < 1로 이루어지며, 도 6a 내지 도 6d와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 상이한 광학 구조체의 광학적 두께의 조정은 크게 단순화되며, 매우 우수한 투과율을 생성한다. 제 1 및 제 2 변형 및 제 1 실시예와 관련하여, 제 2 광학 구조체는 a-Si 층(30) 및 Ge 층(36)으로 이루어진다. 그러나, 이러한 부가적인 복잡성은 상이한 광학 두께의 설정에 중요하지 않다. 사실상, 최신 기술의 설계 규칙, 즉, 적어도 벽(18)을 형성하기 위해 0.6㎛의 CVD a-Si, 및 벤트(22)를 폐쇄하기 위해 적어도 0.6㎛의 Ge의 차수의 층(30)에서 시작하면, 제 2 높은 인덱스 광학 층(a-Si 및 Ge)의 전체 기하학적 두께는 이에 따라 적어도 약 1.2㎛을 결정한다. 제 2 광학 구조체의 광학 두께(e2)는 짝수 차수의 1/4 파장 튜닝, 즉 e2 ~ 2k.λ10/4를 얻도록 유리하게 선택된다. 따라서, 도 6b 및 도 6c에 도시된 것과 매우 유사한 윈도우의 투과율이 얻어진다. 다양한 구현 상세 사항은 이하 이러한 의미에서 설명될 것이다. 또한 제 2 및 제 3 광학 구조체의 총 두께 대 이를 지지하는 측벽(18)의 횡단 면적의 비가 높다는 것을 의미하고, 기계적 저항 문제를 일으킬 수 있는 "매우 두꺼운" 구조체(k> 2)를 피하는 것이 바람직하다.
따라서, 제 1 및 제 2 실시예에 대해, 본 발명에 따른 윈도우는 최대 기하학적 두께 λ 10 /4
+ λ 10 / 
+ λ 10 /4
≤ λ 10 /2를 갖는다는 것이 주목되어야 한다. 제 1 항 및 제 3 항은 2에 가까운 인덱스(또는 그 이상, 2.6까지)가 제공된 제 1 및 제 3 광학 구조체에 대응하고, 제 2 항은 3.4 보다 큰, 통상적으로 3.6 내지 4.2의 범위의 인덱스가 바람직한 높은 튜닝 차수(p2 = 4)에서 제공된 제 2 광학 구조체를 나타낸다. 본 발명에 따른 윈도우의 작은 기하학적 두께를 고려하면, 매우 양호한 기계적 저항이 얻어지고, 얇은 측벽 또는 일반적으로 픽셀 표면상의 더 작은 총 점유 면적을 갖는 제조 변형을 제공할 수 있으며, 이들 중 일부는 예를 들어 밀폐된 캐비티를 정의하는 벽으로서 보다는 기계적 지지 필러로서 사용된다.
최신 기술의 스택의 베이스에서 2.6 이하의 등가 굴절률을 갖는 제 1 광학 구조체의 삽입은 관심 대역을 통해 윈도우의 평균 투과율을 매우 효율적으로 향상시키고, 인덱스(
)가 이상적인 값 
에 가까워짐에 따라 이러한 모든 것이 더 좋아졌다.
도 6d는 예를 들어 2의 차수의 "이상적인" 굴절률(
)을 갖는 제 1 광학 구조체의 기하학적 두께(e1)에 따른 윈도우의 평균 투과율을 도시한다. 10 포인트의 차수에 의한 매우 실질적인 개선은 이 경우에 0.2㎛의 기하학적 두께(즉, ~0.4㎛의 광학 두께)가 되자마자 나타난다. 심지어 2.6 등가 굴절률을 갖는 제 1 광학 구조체는 도 6e에 도시된 투과율을 정의할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 인덱스 콘트라스트(contrast)(
)의 실질적인 증가로 인하여 최신 기술의 윈도우에 비해 평균 투과율의 실질적인 개선이 인덱스(
)가 (2에 가까운) 이상적인 값보다 훨씬 클지라도 다시 얻어진다.
B.
제 1
광학 층의 연속적인 퇴적 및 표면
텍스처링에
의한
모롤리식
제조
제 3
실시예
제 3 실시예의 제 1 변형은 특히 하드 마스크의 역할을 하기 위해 희생 층(24) 상에 퇴적된 CVD a-Si 층(26), 및 패키지의 측벽(18)을 형성하도록 퇴적된 CVD a-Si 층(30)(예를 들어, 도 2i)으로 형성된 제 1 광학 구조체를 포함하는 최신 기술의 윈도우를 수정하는 단계를 포함한다. 도 7a-7e의 간략화된 단면도에 도시된 이러한 변형에서, 윈도우의 모놀리식 제조 방법은 예를 들어 제 2 희생 층(24) 상의 CVD a-Si 층(26)의 퇴적을 갖는 최신 기술의 방법과 유사하게 시작한다.
이러한 단계에서, 층(26) 및 희생 층(24)은 적어도 2의 차수를 갖는 규칙적인 2차원 격자에 따라 희생 층(24)에 캐비티(60)를 형성하도록 에칭에 의해 텍스처링되어, 각각의 기본 멤브레인(12)에 의해 점유되는 대부분의 영역에 걸쳐 분배된다(도 7b). 에칭은 소위 이방성 방법에 의해 공지된 방식으로 수행되고, 당업자의 능력 내에서 (통상적으로 70°와 90°사이에서) 수직 또는 약간 경사진 측면을 형성할 수 있도록 한다. 캐비티의 격자(60)의 반복 피치, 충전율(예를 들어, 이러한 단계에서 에칭된 표면의 비율) 및 (층 평면에 대해 정상적으로 측정된) 깊이는 이하에서 설명되는 바와 같은 패턴의 격자의 깊이를 정의한다.
방법은, 최신 기술에서와 같이, 층(26) 및 희생 층(22, 24)의 이방성 에칭을 기판(10)까지 수행하여, 측벽(18)을 형성한 비아 또는 트렌치(28)를 형성하고(도 7b), 비아(28)를 적어도 덮거나 심지어 완전히 충전하기 위해 CVD a-Si의 제 2 층(30)을 퇴적함으로써 측벽(18)을 형성한다. 이러한 제 2 퇴적은 또한 a-Si 캐비티(60)를 적어도 부분적으로 충전한다(도 7d). 방법은 최신 기술(벤트의 형성, 희생 층의 제거, 벤트를 밀폐시키는 높은 인덱스 층의 퇴적 및 더 낮은 인덱스의 층의 퇴적)에서와 같이 수행하여 도 7e에서 예시된 윈도우를 생성시킨다. 도 8의 상세도를 참조하면, 제기된 2차원 패턴(62), 예를 들어, (원형, 정사각형 등 형상의) 원통형, 원추형(회전, 피라미드 형 등) 또는 그리드 형일 수 있는 패턴의 주기적인 격자에 의해 텍스처링된 캐비티(34)에 포함된 하부 표면을 갖는 CVD a-Si로 이루어진 제 1 광학 구조체(64)가 이에 따라 얻어진다.
패턴 격자(62)(피치, 충전율 또는 층(26)으로부터의 패턴 높이 
)의 특성은 층(
)이 관심 대역에 대해 본 발명에 따른 제 1 광학 구조체를 형성하도록 선택되고, 따라서 (본 명세서에서 유효한) 2.6 이하의 등가 굴절률을 갖는 균질한 재료의 층으로서 작용한다. 특히, 패턴 격자(62)는 관심 대역에서 회절형 간섭 현상을 일으키지 않는다. 특히, 격자의 피치(p)는 고려된 파장보다 상당히 작고, 통상적으로, λ10/3보다 실제로 작으며, 패턴의 높이(
)는 통상적으로 λ 10 /10
내지 λ10/4의 범위 내에 있으며, 여기서 
는 기하학적 두께(
)의 광학 구조체에 대해 바람직한 (본 명세서에서 유효한) 등가 굴절률이다. 예를 들어, 격자의 피치는 LWIR 대역에 대해 3.5 마이크로미터보다 작거나, 일반적으로 λ10/3보다 작으며, 보다 통상적으로는 1.5 내지 2 마이크로미터의 범위 내에 있어, 한편으로 리소그래피의 관점에서 실제 설계 규칙 내에 있어야 하고, 다른 한편으로는 층(30)으로 캐비티를 실질적으로 충전한다.
예를 들어, 수직 벽 및 1과 동일한 캐비티 내의 굴절률을 갖는 패턴(62)에 대해, 두께(
)의 유효 굴절률(neff)은 1차수에서 (( ff .n 2 + (1- ff )) 1/2 와 동일하며, 여기서, n은 패턴(62)의 재료, 즉 CVD a-Si의 굴절률이고, ff는 총 면적에 대해 패턴이 표시하는 표면적(예를 들어, 층(26)에 의해 점유된 면적)의 비율로 정의되는 패턴(62)의 격자의 충전율(0 < ff < 1)이다.
제 2 변형에 따르면, 캐비티(60)는 CVD a-Si 층(26)의 퇴적 전에 형성된다. 희생 층(24)은 하드 마스크를 사용하지 않고 직접, 또는 그 다음 사용된 후에 쉽게 제거되고, 예를 들어 알루미늄으로 만들어지는 하드 마스크를 사용함으로써 상기 캐비티를 형성하도록 텍스처링된다. 에칭 깊이는 유리하게는 1㎛ 훨씬 미만으로 감소될 수 있으며, 이 경우에 직접 리소그래피는 용이하게 실현 가능하고, 특히 경사진(비수직) 측면이 얻어지도록 원해지는 경우에 실제로 더 편리하다. 이러한 변형은 예를 들어 유리하게는 비아(28)가 형성되는 동안 a-Si 층(26)으로 (비아(28)에 대응하는 것을 제외하고) 희생 층(24)의 전체 표면을 보호하도록 할 수 있다. 그 다음, 층(26)은 희생 층(24)에 형성된 캐비티(60)의 재료 충전의 부분을 형성한다. 따라서, 그것은 층(26) 및 층(30)의 재료가 상이한 경우에 두께의 유효 인덱스(
)에서의 자체 인덱스에 따른 부분을 취할 수 있다.
이러한 2개의 제 1 변형은 상술한 제 1 및 제 2 실시예에 비해 다양한 이점을 갖는다. 특히, 패턴을 형성하기 위해, 최신 기술의 모놀리식 제조를 반드시 수정할 필요는 없다. 따라서, 결과는 비교적 중요하지 않은 부가적인 리소그래피 단계의 사용에도 불구하고 광학적 측면뿐만 아니라 경제적으로 유리하다.
따라서, 전체 스택의 최적화를 위한 보다 효율적인 값의 부근에서 직접적으로 리소그래픽 에칭에 의해 정의된 인자 충전율(ff)에 의해 조정 가능한 인덱스(
)를 갖는 광학 층(
)이 얻어진다. 격자 구조체의 충전이 통상적으로 3.4 내지 3.7의 범위의 (결정질 실리콘 c-Si에 가까운) 높은 인덱스의 다양한 비정질 실리콘으로 형성될 때, 0.3에 가까운 충전율(ff)은 2.1에 가까운 유효 인덱스를 제공한다. 이것은 LWIR 대역에서 윈도우의 평균 투과율을 실질적으로 향상시키며, 투과율은 실제로 도 6c의 투과율에 가깝다.
리스크를 제한하기 위해, 패턴(62) 및 멤브레인(12)의 단부를 결합시킴으로써 유도된 기계적 접촉의 참조 기술과 비교하여, 두꺼운 희생 층(24)을 예를 들어 패턴(62)의 두께(
)만큼 더 두껍게 제공하는 것이 유리하다.
하드 마스크를 갖지 않거나 일시적인 알루미늄 하드 마스크를 제거한 후에 격자의 직접 에칭의 경우에 특히 유리한 제 3 변형에서, 예를 들어, 격자의 패턴(62)은 둘 이상의 상이한 재료로 형성된다. 도 8b의 상세도에 도시된 제 1 변형에서, 제 3 변형은 텍스처링된 희생 층(24)상의 제 1 CVD a-Si 층(26)의 퇴적에 의해 제 2 변형과 상이하며, 이는 캐비티(60)를 완전히 충전하지 않고, a-SixC(1-x) 0 < x < 1, 바람직하게는 x≥0.05의 제 2 층(70)이 퇴적된다. 따라서, 이중층 패턴(62)이 형성된다. a-SixC(1-x)의 굴절률은 CVD a-Si의 굴절률보다 작기 때문에, 제 1 변형과 기하학적으로 동일한 격자에 대하여, 격자의 유효 굴절률은 더 작다. 따라서, 비아(28)의 하드 에칭 마스크의 구조체를 보강하기 위해 a-SixC(1-x), 예를 들어 0.2㎛ 내지 0.3㎛의 비교적 두꺼운 층을 퇴적하는 것이 가능하다. 도 7e에 도시된 바와 같이, 층(30)의 상부 표면의 약간의 디프레션(66)에 의해, 희생 층 상에 퇴적된 재료(26 및 70)의 전체 기하학적 두께는 비평면 표면을 생성할 수 있다. 그러나, 텍스처의 평탄화, 즉 디프레션(66)의 진폭의 감쇠는 이 경우에 비아(28)의 충전이 측벽을 형성하기 위해 본질적으로 의도된 CVD a-Si 층(30)에 의해 완료된다. 따라서, (통상적으로 Ge로 만들어진) 층(36)의 퇴적 전의 높은 인덱스 재료 균형은 참조 기술과 비교하여 감소되고, 보상으로서, 그 후 층(36)은 벤트의 밀봉을 보장하기 위해 두껍게 될 수 있다.
제 4 변형에서, 제 2 변형의 CVD a-Si는 a-SixC(1-x) 0 < x < 1, 바람직하게는 x≥0.05의 층(70)으로 대체된다. 이러한 층의 기하학적 두께는 특히 CVD a-Si보다 작은 a-SixC(1-x)의 굴절률에 의해 허용되는 실질적인 분극 효과를 얻기 위해 희생 층의 캐비티(60)의 전체 충전을 얻도록 선택된다. 특히, 이러한 효과를 얻기 위해, 퇴적된 a-SixC(1-x) 층의 기하학적 두께는 희생 층(24)에서 에칭된 캐비티(60) 사이의 평균 반공간보다 크다. 변형으로서, a-SixC(1-x) 층은 적어도 상기 패턴의 폼 팩터가 이러한 단계에서 구현되는 PECVD 방법의 구조적 일치성(structural conformability)의 특정한 특징과 양립할 수 있는 경우에 달성될 수 있는 비아(28)의 형성 후에 형성된다.
제 5 변형에서, 희생 층의 캐비티(60)의 부분 또는 전체 충전은 a-SixGe(1-x) 타입의 합금의 하나 또는 복수의 층에 의해 얻어진다(0 < x < 1). 이 경우에, 이러한 층(또는 이러한 층의 각각)의 특정 인덱스는 LWIR 대역에서 적어도 3.4와 4.2 사이, 보다 통상적으로 3.6과 4.2 사이의 중간이다. 예를 들어, 2에 가까운 제 1 광학 구조체의 타겟의 유효 인덱스의 형성은 예를 들어 제 1 변형과 관련해서 보다 통상적으로 (동일한 결과치 
에 대해) 더 작은 격자의 재료 충전율(ff)에 의해 얻어진다. 0.35의 충전율(ff)는 예를 들어 3.9에 가까운 평균 인덱스를 갖는 합금된 충전재로 바람직해지며, 따라서 2.4에 가까운 유효 인덱스를 생성한다.
이러한 변형의 이점은 특히 존재한다면 비아(28)를 매우 효율적으로 덮거나 충전하는 능력과 LWIR에서의 높은 투명성을 포함하는 기대되는 유리한 모든 기술적 특징을 자연적으로 갖는 CVD 기술에 의한 이러한 합금의 사용자 편의성(user-friendliness)이다. 따라서, 유리하게는, CVD a-Si 층(26 및 30)은 단일 a-SixC(1-x) 층으로 대체된다. 따라서, 그것은 관계 
v 
를 만족시키기 위해 기술적 트레이드오프를 갖지 않은 유효 굴절률의 관점에서 이상적으로 구성된 인덱스(
및 
)를 갖는 제 1 및 제 2 광학 구조체로 직접 형성될 수 있으며, 즉, 도 6b 및 도 6c의 이론 스펙트럼에 매우 가까운 실제 (측정된) 투과율 스펙트럼을 갖는 광학 조립체를 구성할 수 있는 능력을 갖는다. 사실상, 격자를 충전하기 위한 층(26 및 30)을 형성하기 위한 동일한 재료의 합금에 예를 들어 30%(At)의 게르마늄을 혼입시키는 것은 이의 두께의 임의의 포인트에서 통상적으로 4 이상의 제 2 광학 구조의 평균 인덱스(
)를 취한다. 2 내지 2.1에 근접한 제 1 구조체의 인덱스(
)의 조정은 충전율(ff)의 적응된 값에 의해 더 보장된다. 그 후, 간섭 결합은 통합된 투과율을 최적화하기 위해 두 개의 제 1 광학 구조체 사이에서 이상적으로 표현된다.
다른 이점은, 최신 기술의 층(26, 30 및 36)의 조합된 것보다 큰 연속적인 두께를 사용하지 않고, 매우 상이한 성질의 재료도 사용하지 않고, p2 = 2 또는 4에 대응하는 높은 인덱스 재료의 특정 바람직한 버짓(budget)에 따라 동시에 최적화된 이러한 광학 구조체(e1 및 e2)의 쌍을 형성할 수 있다는 것이다. 본 명세서에서 용어 "연속적인" 두께는 윈도우를 형성하는 조립체 내에서 그려질 수 있는 두 개의 가장 먼 평행한 평면 사이의 거리를 나타내며, 이 사이에는 재료만이 나타난다. 실제로, 실질적으로 더 큰 총 연속적인 두께는 반드시 제 1 및 제 2 실시예에 따라 최적화된 바람직한 구성으로부터 생성한다. 이제, 실질적으로 상이한 특성(증발된 ZnS 또는 PECVD 합금)의 층 사이의 차동 고유(differential intrinsic) 및/또는 열 응력(stress)은 예를 들어 부가적인 기술적 복잡한 문제, 특히 기계적 문제를 유도할 수 있다. 따라서, 가능한 연속적인 두께를 작게 사용하는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8은 텍스처의 충전을 용이하게 하고, 캐비티가 없는 최종 구조체를 보장하기 위해 규칙적인 경사면으로 에칭된 격자 패턴을 도시한다. 일반적 경우의 이러한 바람직한 구성을 형성하는 것은, 특히 희생 층(24)의 직접 에칭(하드 마스크를 갖지 않음)이 수행되는 경우, 당업자의 능력 내에 있지만, 특히 a-SixGe(1-x) 타입의 합금의 CVD의 방법에 의해 구현되는 경우에 결코 필요한 것은 아니다. 텍스처의 프로파일은 윈도우의 내부 층(증발된 Ge) 부근까지 내내 패턴(62)의 최상부 사이의 호의적인 점진적 인덱스 기울기(favorable progressive index gradient)의 형성을 용이하게 한다는 것이 이해되어야 한다.
이러한 제 3 실시예의 상이한 변형의 부가적인 이점은, 바람직한 특정 인덱스에 따라 정의된 조성물과의 이용 가능한 합금 기술을 구현함으로써 비정질 탄소와 실리콘 사이 또는 비정질 실리콘과 게르마늄 사이에서 용이하게 제어될 수 있는 광학 인덱스의 연속성 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 투과 구조체를 형성하기 위해 통상적으로 1.9와 4.2 사이에서 단일 PECVD 또는 CVD형 기술적 단계로 형성된 동일한 층의 기하학적 두께의 고도에서의 위치에 따라 분산된 (단계적) 인덱스를 갖는 하나 또는 다수의 물리적 층을 퇴적하거나 연속적인 기울기로도 퇴적하는 것이 용이하다.
층(30)의 표면에서 도 7e에 도시된 작은 진폭의 파장(66)의 잔류성(persistence)이 관찰될 수 있다. 상승된 부분은 희생 층(24)에 형성된 캐비티의 본질적으로 등방성 점진적 커버리지로부터 생성된다. CVD 및 약간 낮은 PECVD에 의해 얻어진 비정질 실리콘 또는 유사 재료의 경우에 층(30)의 기하학적 두께가 증가하는 이러한 파장의 진폭이 감쇠는 통상적으로 이상적이다. 물론, 이러한 진폭은 이상적 퇴적된 기하학적 두께에 대해 구조체의 피치가 작을 때 작아진다. 따라서, 층간의 이러한 잔류 계면파는 하나의 계면에서 다음 계면으로 스스로 감쇠하고, 주어진 레벨에서 여전히 존재한다면, 구조체의 각각의 인덱스 단계에 대한 부분적 내부 반사의 감쇠에 유리할 수 있다. 또한, 이의 피치는 충전재를 "몰딩"하는 초기 단계의 피치 p와 동일하고, 스택의 일반적인 두꺼움에 관계없이, 임의의 방법으로 유지된다.
당업자의 능력 내에서 특정 선호도 및 제약 조건에 따라 가장 유리한 기술적인 트레이드오프를 결정할 것이지만, 본 발명에 의해 제공되는 부가적인 설비는 항상 광학 투과율 및 검출기의 감도의 관점에서 완성된 장치의 실질적인 성능 이득을 생성할 것이다.
물론, 제 1 및 제 2 실시예는 상술한 바와 같은 텍스처링과 조합될 수 있다. 특히, 이러한 실시예와 관련하여 설명된 대안적 실시예에 따르면, a-SixC(1-x) 타입의 비정질 합금 층은 2.6에 가깝거나 같은 (텍스처링이 없는) 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률을 유도하는 비율 x로 선택된다. 따라서, 텍스처링의 존재는 생성된 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률을 더 감소시키고, 특히 인덱스를 2에 가까운 값으로 조정하도록 할 수 있다.
C.
제 3
광학 구조체의
모놀리식
제조
제 4
실시예
최신 기술에서, 제 3 및 최종 광학 구조체(38)는 ZnS로 만들어진다. 이러한 층은 관심 대역의 외부 매체(공기)로 디옵터 및 간섭 손실을 제한하는 것을 목표로 한다. 이제, 상술한 바와 같이, 이러한 층은 기술적 제한을 의미한다. 제 4 실시예는 이전의 실시예의 각각의 보완물로서 제 3 광학 구조체를 수정한다.
제 1 변형에 따르면, 윈도우의 제 3 광학 구조체(38)는 ZnS 대신에 a-SixC(1-x) 타입 0≤x≤1의 비정질 합금에 의해 형성된다. 유리하게는, 특히 이러한 a-SixC(1-x) 재료가 제 1 층의 부분 형성을 위해 이미 구현된 경우, 즉 필요한 장비 및 방법이 이용 가능하다면, 반드시 동일하지는 않지만, 제 3 구조체를 형성하기 위해 동일한 a-SixC(1-x) 타입의 비정질 합금(또는 단계적 또는 연속적인 일련의 합금)을 사용하는 것이 적절하다. 실제로, 수직 인덱스 프로파일의 변조가 윈도우 투과율을 상세히 최적화하는데 유용하다고 고려되는 경우, 바람직한 인덱스 프로파일은 LWIR 대역에서 지시 한도(indicative limit) 1.9와 2.6 사이에서 퇴적 방법의 파라미터를 제어함으로써 용이하게 분포된다.
통상적으로, 가장 높은 굴절률 값은 바람직하게는 비교적 높은 실리콘 함유량, 또는 심지어 100%(x = 0)인 Ge 층(36)과 접촉하는 제 3 광학 구조체의 베이스에 형성되고, 더욱 낮은 인덱스는 비정질 실리콘(x = 1)의 외부 표면에만 형성된 극단에서 광학 층(38)의 완성을 목표로 한다. 당연히, 필수적인 것은 아니지만, 제 3 광학 구조체(38)의 광학 두께는 바람직하게는 구조체의 일반적인 투과율 스펙트럼상의 최적의 양호한 간섭 형성 포인트, 예를 들어 통상적으로 약 λ10/4(p3 = 1)에서, 바람직하게는 여전히 
에 가까운 인덱스, 즉 제 2 광학 구조체가 본질적으로 게르마늄으로 제조된다면 이상적으로 2.1에 가까운 인덱스로 조정된다.
이러한 옵션은 유리하게는 특히 단단하고 통상적으로 내마모성인 것으로 알려진 재료로 캡슐의 표면 부분을 형성하도록 할 수 있다. 이러한 특징은 최종 시스템의 제조 또는 통합의 끝에서 또는 검출기 동작 중에도 발생할 수 있는 다양한 의도적 또는 부수적인 접촉에 대한 다양한 클리닝 방법에 대한 취약성 감소 측면에서 유리하다.
제 2 변형에 따르면, 윈도우의 외부 표면은 제 3 광학 구조체를 형성하기 위해 2차원 격자에 따라 텍스처링된다. 이러한 구성은 도 9a의 상세도에 도시된다. 다양한 가능성과 이점은 이제 이러한 제 3 구조체를 형성하기 위해 제공된다.
첫째로, 가장 간단한 옵션은 상부 반사 방지층(38)을 형성하기 위해 충전율(ff) 및 깊이(e3)에 따라 외부 ZnS 층을 제공하지 않고, 최신 기술의 층(36)의 게르마늄 표면을 직접 텍스처링하지 않는 것이다. 바람직하게는, 1.2㎛에 가까운 깊이(기하학적 두께(e3))와 연관된 2 - 2.1에 가까운 인덱스(
)가 목표로 될 것이다. 물론, 높은 인덱스의 재료를 제공하는 상보적인 CVD 방법에 의해 퇴적되거나 후속하여 후막화되는(thicken) 것과 같은 층(36)의 초기 기하학적 두께는 최상의 결과를 얻는데 유용한 적절한 값으로 취해져야 한다. 이러한 단계에서 CVD에 의한 퇴적의 부가적인 이점은 벤트(32)를 퇴적 층(36)으로 폐쇄하기 위한 유리한 구조적 보완(complement)이다.
제 2 광학 구조체를 형성하는 높은 인덱스 재료(들)의 구조화에 의한 제 3 광학 층을 형성하는 특정 이점이 언급된다. 기술적인 높은 인덱스 재료 버짓 제약 조건 없이 궁극적으로 제 1 차수(p2 = 1)에서 조정된 제 2 광학 구조체의 1/4 파장을 갖는 바람직한 스택을 구성할 가능성이 있다. 도 3a에 비해 기하학적 두께에 대한 일반적 튜닝 λ10/4ni(또는 동등하게 광학 두께에 대한 λ10/4), 또는 스펙트럼 3A 및 3B 사이에서 조정 가능한 더 넓은 대역에 걸친 높은 투과성에 의해 LWIR 대역 내에 내접되고(inscribed), 필요에 따라 중심 값(λ10) 주변에 위치될 수 있는 비교적 좁은 투과율 스펙트럼은 바람직하다고 생각되면 쉽게 달성될 수 있다. 이를 얻기 위해, 후속적으로 바람직한 것과 같은 인덱스 
의 반사 방지 격자의 후속 에칭에 적합하고, 동시에 그 자체가 제 1 차수(p3 = 1)로 조정된 기하학적 두께에서 높은 인덱스 CVD 재료로 후막화되고, λ10/4 근방의 손상되지 않은(연속적인) 높은 인덱스의 광학 층을 에칭한 후에 남는 증발된 층(36)이 먼저 형성될 것이다. 다시 말하면, 1.2㎛(λ10 = 10㎛의 경우)의 마진은 높은 인덱스의 재료 버짓(
~ 4.2에 대해)에 걸쳐 얻어진다. 예를 들어, ~ 0.6㎛ 에칭 후에 에칭된 잔류 층(e2)상에 상부 반사 방지층(e3 = 1.2㎛)을 놓은 1.8㎛의 전체 높은 인덱스의 기하학적 두께가 퇴적된다.
제 3 변형은 제 1 변형 및 제 2 변형을 조합하며, 텍스처링된 격자는 a-SixC(1-x) 타입 또는 a-SixGe(1-x) 타입 합금의 하나 또는 복수의 층의 스택을 통해 에칭함으로써 형성된다. 일례가 도 9b의 단면 상세도에 도시된다. 이러한 변형은 모든 유용한 상세 사항에 인덱스 프로파일을 형성하기 위해 충전율(ff), 에칭 프로파일, 또는 격자 패턴의 기울기, 및 관련된 스택된 재료 층에서의 인덱스의 분포의 관점에서 제 3 자유도를 제공하고, 이의 구현 및 정의는 특별한 어려움 없이 당업자의 능력 내에 있을 것이다. 현재의 맥락에서, 이러한 정의는 물론 추가의 상세 사항을 제공할 필요없이 관심 대역에서의 스펙트럼 투과율을 최적화하는 것을 목표로 할 것이다.
바람직하게는, 이전 실시예의 텍스처링된 스택(38)은 바람직하게는 5% 이상인 실리콘 함유량(x)을 가진 낮은 인덱스, 예를 들어 a-SixC(1-x) 층의 등각성(따라서 커버링) 퇴적에 따라 퇴적된 층(72)으로 덮여진다. 예를 들어, 0.1㎛와 0.5㎛ 사이의 기하학적 두께를 갖는 이러한 최종 코팅 또는 "패시베이션" 층의 이점은 한편으로는 이러한 방법의 구현이 일반적으로 희생 층의 제거에 대한 유용성 이외에 클리닝 또는 리소그래피 마스크 제거 목적에 유용하기 때문에 이미 논의된 바와 같이 산소 플라즈마에 의한 침략(aggression)에 대한 이전의 층을 이의 측면에서도 보호하기 위한 것이다. 다른 한편으로, 이러한 특정 옵션은 상술한 바와 같이 이미 언급된 부착된 이점을 갖는 매우 단단하고 내마모성인 재료로 완전히 만들어진 표면을 제공한다.
평균 투과율을 더 최적화하기 위해 본 발명의 의미에서의 제 1 광학 구조체와 임의의 숫자의 최종 광학 구조체 사이에 다수의 층을 형성하는 것이 배제되지 않지만, 3개의 광학 구조체가 배치되자마자 95%를 초과하는 관심 대역에 걸친 평균 투과율을 가지고, (실질적으로 더 적은 투과 대역을 갖지 않는) 스펙트럼 선택성이 본질적으로 허용되지 않는 사실은 이러한 일반적인 제한에 의해 본 발명의 바람직한 모드를 특징짓게 한다. 관련된 이용 가능한 재료의 특성이 주어지면, 이러한 제한은 실제로 λ10/2보다 작은 전체 기하학적 두께를 의미한다. 다양한 구조적 열 기계적 어려움에 더하여 더 두꺼운 스택의 경우에 최적화 어려움만을 악화시킬 수 있는 일반적으로 다양한 관련된 층의 비-제로(non-zero) 흡수로 인한 손실은 본 명세서에서 고려되지 않는다. 단지 지시적이지만 이러한 특정 최대는 제공된 재료 및 기술로 형성된 본 발명의 의미에서 3개의 광학 구조체의 스택의 상한을 형성하며, 각각은 본 발명에 의해 최대의 바람직한 순서로 조정된다(p1 = 1, p2 = 4, p3 = 1).
본 발명의 모든 실시예 및 모든 변형에 따르면, 상부 캡 및 측벽의 내부 표면은 미리 결정된 에칭 방법에 대해 불활성이다. 유기 희생 층의 에칭을 위해 산소 플라즈마 하에서 산화하는 상기 방법, 또는 리소그래피 수지의 건식 제거를 위해 통상적으로 구현되는 관련 방법(예를 들어, 오존 O3에 기초함), 또는 미네랄 SiO 타입 층의 에칭을 위한 산(acid) HFv 등에 따르면, 개발시에 제안된 바와 같이 구성이 때때로 간략화될 수 있다.
D. 캡슐의 수단에 의한 민감한
멤브레인의
흡수의 최적화
제 5
실시예
본 발명의 상술한 실시예는 본질적으로 민감한 멤브레인 및 기판과 독립적으로 특히 관심 대역 및 최소 변형의 평균값의 관점에서 윈도우 투과율을 최적화하는 것을 목표로 한다. 그러나, 구성에 의해, 윈도우의 하부면과 볼로메트릭 멤브레인 사이의 거리는 바람직하게는 희생 층을 제거한 후에 윈도우와 멤브레인 사이의 접촉을 피하고, 정전기 및 "스틱션(stiction)" 효과를 피하기 위해 1㎛보다 크고, 기판(비아/중간 그루브)의 지지 요소에 대한 제조 제약 조건으로 인해 3㎛보다 작다. 한편, 민감한 멤브레인의 두께는 총 현탁된 질량을 제한하기 위해 의도적으로 매우 작게 선택되고, 금속 반사기는 기판의 상부 표면상에 형성된다. 따라서, 멤브레인이 λ10/(4.n)과 동일한 거리, 즉 10㎛의 중앙 동작 파장에 대한 반사기 위의 진공(n = 1)의 2.5㎛에 위치된다. 제공된 문맥에서, 멤브레인에 배치된 흡수체는 통상적으로 기판상의 반사기의 존재에서 380 Ohm/평방의 정도에서 시트 저항(Rs)을 갖는 금속층으로 형성된다. 이러한 아키텍처는 관심 대역에서 넓은 최대값을 갖는 멤브레인에 의한 방사선의 높은 흡광도를 허용한다. 본 발명의 제 5 실시예와 관련하여, 멤브레인은 10-㎛ 파장에서 광학 인덱스 n = 10.5 및 k = 16(k는 흡광 계수임), 8㎚ 기하학적 두께 및 380 옴/평방 시트 저항을 갖는 질화 티탄 층(TiN)과, 10㎛에서 인덱스 n = 3.42 및 k = 0 및 200㎚ 기하학적 두께의 비정질 Si 층으로 형성된다. 재료의 다른 두께 및 배치는 물론 가능하지만, 이러한 파라미터의 적어도 30%의 변동 내에서 생성된 바람직한 기하학적 구성에 대한 제 1 차수에서는 발생하지 않는다.
이제, 본 발명자는 캡슐 및 멤브레인/반사기 조립체가 둘 다 멤브레인의 흡광도에 영향을 주는 동작 파장에 대해 이들을 분리하는 짧은 거리로 인해 광학적으로 상호 작용하는 낮은 품질 인자의 광학 공진기임을 관찰하였다. 특히, 보강 간섭 프린지(constructive interference fringe)의 고도에서의 위치는, 멤브레인이 자유 반쪽 공간을 향할 때와 같이 멤브레인을 반사기로부터 분리시키는 거리에 의해서뿐만 아니라 윈도우로부터 멤브레인을 분리시키는 거리 및 제 1 광학 구조체의 굴절률에 의해서도 결정된다. 따라서, 본 발명에 따른 제 5 실시예는 윈도우의 제 1 광학 구조체의 두께 및 굴절률, 멤브레인과 반사기 사이의 거리, 및 멤브레인과 윈도우의 하부 표면 사이의 거리를 동시에 선택함으로써 캐비티 내의 보강 간섭에 대한 반 흡수 멤브레인의 배치를 최적화하는 것을 포함한다. 따라서, 본 발명자는 본 발명에 따라 제공된 임의의 실시예에 따라 윈도우를 구성할 때 멤브레인의 흡광도가 실질적으로 증가될 수 있음을 관찰하였다. 그러나, 또한, 정의된 바와 같은 멤브레인의 흡광도의 최대화와 관련하여 윈도우의 제 1 광학 구조체의 최적의 설정이 조정될 수 있음이 관찰될 수 있다.
도 10은 이러한 현상을 도시하고, 곡선 A는 윈도우가 없는 경우 금속 반사기 위의 λ10/(4.n) = 2.7㎛(λ10 = 11㎛)에서 진공 상태로 배치된 상술한 민감한 멤브레인의 흡광도의 스펙트럼이고, 곡선 B는 λ10 = 11㎛로 조정된 최신 기술의 보통의 a-Si(0.8㎛) + Ge(1.7㎛) + ZnS(1.2㎛) 3 층으로 형성된 윈도우로부터 1.5㎛ 거리에 배치된 이러한 동일한 멤브레인의 흡광도 스펙트럼이며, 곡선 C는 이후에 설명되는 바와 같이 제 5 실시예에 따른 윈도우 아래에, 특히 λ10/4보다 더 짧은 금속 반사기로부터의 거리에 배치된 이러한 동일한 멤브레인의 흡광도 스펙트럼이다. 따라서, 곡선 A는 윈도우가 없는, 따라서 금속 반사기의 존재에 의해 유도된 간단한 패브리-페롯(Fabry-Perot) 효과(1/4 파장)의 방해가 없는 "이상적인" 경우를 나타낸다. 곡선 B는 이러한 교란을 나타내며, [8; 14㎛] 범위에 걸친 멤브레인의 흡광도의 평균값은 73%로 떨어지며: 최신 기술에 따라, 멤브레인의 흡광도는 캡슐의 근접에 의해 실제로 많이 저하된다. 곡선 C는 윈도우의 제 1 광학 구조체의 굴절률 및 광학적 두께를 공동으로 조절함으로써 최신 기술의 경우(곡선 B)에 대해 윈도우의 존재시에 훨씬 더 높은 흡광도를 얻을 수 있음을 나타내고, [8; 14㎛] 범위의 평균 흡광도는 우선 멤브레인과 반사기 사이의 거리(2.7㎛), 및 멤브레인과 윈도우 사이의 거리(1.5㎛)를 수정하지 않고 93%와 같다.
밀폐된 진공 패키지에 나타낸 바와 같은 민감한 멤브레인을 최적으로 배치한 검출기를 제조하는 방법은,
a. 윈도우의 제 2 및 제 3 광학 구조체, 예를 들어 최신 기술 또는 이전에 설명된 실시예에서 나타낸 바와 같은 Ge + 반사 방지 ZnS 이중층을 결정하는 단계;
b. 윈도우의 제 1 광학 구조체의 광학 두께 및 굴절률, 및 멤브레인 및 금속 반사기와 윈도우의 제 1 광학 구조체 사이의 거리에 따라 멤브레인의 흡광도의 변동을 결정하는 단계로서, 이러한 결정은 예를 들어 Synopsis, Inc.(www.rsoftdesign.com)의 "DiffractMODTM" 또는 Light Trans Gmbh.(www.lighttrans.com)의 "VirtualLabTM"과 같은 소프트웨어, 특히 제 1 텍스처링된 광학 구조체에 관한 모듈 "격자 툴 박스(Grating Toolbox)"에 의한 디지털 시뮬레이션에 의해 수행될 수 있는 상기 결정하는 단계;
c. 제조 및 동작 제약 조건, 예를 들어, 멤브레인과 윈도우 사이의 최소 거리, (이용되는 경우) 모놀리식 제조 기술 등과 호환 가능한 제 1 텍스처링된 광학 구조체에 관한 주기 및 충전율을 고려하면서 인덱스 및/또는 거리에 대한 값의 범위를 결정하는 단계;
d. 최신 기술의 흡광도보다 큰 [8-14㎛] 범위의 멤브레인의 평균 흡광도, 특히 90%보다 큰 흡광도, 바람직하게는 95%보다 큰 흡광도를 유도하는 쿼드러플릿(구조화된 네트워크의 기하학적 두께, 굴절률 또는 특징(주기 p, 충전 재료의 인덱스 n에 결합된 충전율(ff)), 반사기까지의 거리, 윈도우의 제 1 광학 구조체까지의 거리)을 결정된 범위로부터 선택하는 단계;
e. 선택된 값을 갖는 검출기를 제조하는 단계를 포함한다.
멤브레인 및 윈도우의 제조는 민감한 멤브레인(12)과, 한편으로 기판(10) 상에 형성된 반사기 및 다른 한편으로는 윈도우(20) 사이의 거리를 설정할 수 있는 희생 층(22 및 24)의 바람직한 두께에 대한 정밀도, 및 그것을 구성하는 데 사용되는 경우에 제 1 광학 구조체의 유효 인덱스 또는 격자의 특징의 측면에서의 정밀도에 의한 이전의 실시예와 상이하다.
제 1 변형에서, 제 1 광학 구조체는 상술한 제 3 실시예와 유사하게 텍스처링된 CVD a-Si, 제 1 광학 구조체의 등가 (유효) 굴절률 및 광학적 두께를 각각 설정할 수 있는 CVD a-Si 패턴의 충전율(ff) 및 이의 깊이(eT)로 만들어진다. 그 후, 제조는 예를 들어 [8; 14㎛] 범위 내의 검출을 위해 이하를 선택하는 것을 포함한다:
- 관심 대역의 회절 손실을 피하기 위해 λ10/3(예를 들어, λ10 = 11㎛에 대한 3.5㎛)이하이고, 바람직하게는 패턴의 형성을 쓸데없이 제한하는 것을 피하기 위해 1.5㎛ 이상이며, 바람직하게는 [8; 14㎛] 대역에서 최적 흡광도(> 95 %)을 얻기 위해 3㎛ 이하인 패턴 격자의 주기(p). 텍스처링은 바람직하게는 빛의 편광에 둔감한 동작을 제공하기 위해 수평면에서 적어도 차수 2 이상의 높은 대칭성에 따라 수행되며, 기본 패턴의 형상은 중요하지 않다(사각형, 원형, 육각형, ...). 최종 텍스처링(프로세스 완료 후)은 예를 들어 CVD a-Si 그리드 또는 패드의 CVD a-Si 격자이다;
- 기계적 이유로 (윈도우와 멤브레인 사이의 접촉을 피하기 위해 1㎛ 이상이고, 윈도우의 기계적 지지체의 형성을 용이하게 하기 위해 3㎛ 이하인) 1㎛와 3㎛ 사이의 윈도우 대 멤브레인 거리(hP);
- 멤브레인 대 반사기 거리(hR), 격자 에칭 깊이(eT)(이러한 구성에서 제 1 광학 구조체의 기하학적 두께(e1)와 실제로 동일함), 및 95% 이상의 [8; 14㎛] 범위에서의 평균 흡광도를 얻기 위해 도 11a 내지 도 11f에 도시된 바와 같이 차트에 의해 선택된 거리(hP)에 따른 격자의 CVD a-Si 충전율(ff). 특히, CVD a-Si의 에지 a의 정사각형 패턴의 격자에 대해서는 ff = (a/p)²이지만, 에지 a의 정사각형 홀(hole)로 피어싱된(pierced) a-Si 그리드에 대해서는, ff = 1 -(a/p)².
특히, 95%보다 큰 흡광도를 얻기 위해, 다음의 표의 파라미터는 패드 또는 그리드 형상의 격자에 대해 사용되고, 1, 2 및 3으로 번호가 매겨진 라인은 각각 도 11a 내지 도 11c의 1, 2 및 3으로 번호가 매겨진 범위에 대응한다.
| 패드 | 그리드 | ||||
| 1 | 1.0㎛ <hP < 1.5㎛ |
1.8㎛ <hR < 2.3㎛ |
1.8㎛ <eT < 2.1㎛ |
40% <ff< 65% |
15% <ff< 35% |
| 2 | 1.5㎛ <hP < 2.0㎛ |
1.6㎛ <hR < 2.0㎛ |
1.8㎛ <eT < 2.1㎛ |
30% <ff< 50% |
10% <ff< 25% |
| 3 | 2.0㎛ <hP < 3.0㎛ |
1.4㎛ <hR < 1.8㎛ |
1.5㎛ <eT < 2.1㎛ |
25% <ff< 40% |
5% <ff< 20% |
CVD 비정질 실리콘 패드 또는 그리드 형상 격자에 대한 위의 표에 개시된 격자의 충전율(ff)의 범위는 각각 유효 굴절률의 1.45-1.80, 1.35-1.60, 1.30-1.50 범위에 대응한다.
95%보다 큰 흡광도를 얻기 위해, 다음의 표의 파라미터는 제 1 비구조화된 광학 층에 사용되고, 1, 2 및 3으로 번호가 매겨진 라인은 각각 도 11d 내지 도 11f의 1, 2 및 3으로 번호가 매겨진 범위에 각각 대응하고, e1은 제 1 광학 층의 기하학적 두께이고, 
은 이의 등가 굴절률이다.
| 1 | 1.0㎛<hP<1.5 ㎛ | 1.8㎛ <hR< 2.3 ㎛ |
1.8㎛<e1<2.1 ㎛ |
1.45 < |
| 2 | 1.5㎛<hP<2.0 ㎛ | 1.6㎛ <hR< 2.0 ㎛ |
1.8㎛<e1<2.1 ㎛ |
1.35 < |
| 3 | 2.0㎛<hP<3.0 ㎛ | 1.5㎛ <hR< 2.1 ㎛ |
1.5㎛<e1<2.1 ㎛ |
1.30 < |
특히, 도 11a의 차트에서, 기판의 멤브레인과 금속 반사기 사이의 거리(hR)은 λ10/4 = 0.25.λ10보다 훨씬 짧다는 것이 주목되어야 하는데, 그 이유는 그것이 최대로 2.25㎛와 같지만, λ10 = 11㎛에 대해 0.25.λ10 = 2.7㎛. 특히, 최신 기술의 보통의 거리인 hP = 1.5㎛에 대해, 멤브레인과 금속 반사기 사이의 거리(hR)는 1.9㎛와 동일하다.
도 12a는 최신 기술의 구성(CVD a-Si + Ge + ZnS 3층 윈도우)에 대한 hR/hP 쌍의 상이한 값에 대해 파장에 따른 멤브레인에서의 흡광도를 도시한다. hP 및 hR에 대한 제약 조건이 없는 최적화는 값 hR = 3.4㎛ 및 hP = 0.7㎛(곡선 A)을 제공하고, 89%의 [8; 14㎛]에 걸친 흡광도를 통합한다. hP가 멤브레인과 윈도우 사이의 거리를 유지하는 예방 조치(precaution)를 고려하도록 점점 더 높은 값(0.9, 1.2, 1.5 및 2.0㎛)을 취하도록 제한될 때, hR의 최적 값은 감소할 뿐만 아니라, 평균 흡광도도 감소한다. 경우(hP = 1.5㎛/hR = 2.7㎛ = 0.25.λ10)는 최신 기술의 구성(평균 흡광도 = 73%, 곡선 B)에 대응한다.
따라서, 이러한 구성에서, 멤브레인에서의 흡광도는 더 낮은 반사 방지(즉, 패키지 진공에 적합한 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률)의 부재에 의해서 뿐만 아니라, 윈도우와 멤브레인 사이의 거리를 유지하는 제약 조건에 의해 불이익을 받는 것이 관찰될 수 있다.
도 12b는 a-Si 그리드에 따라 윈도우의 하부 표면상의 제 1 텍스처링된 광학 구조체를 갖는 흡광도에 대해 최적화된 스펙트럼 응답을 도시한다. 격자의 주기(p)는 2㎛으로 설정된다. 제약 조건 없이 결정된 파라미터(hR, hP, eT 및 ff)의 최적 값은 각각 2.3㎛, 1.2㎛, 1.5㎛ 및 34%와 동일하다. 격자의 종횡비(파라미터 eT/(p-a)에 의해 정의됨, 즉 패턴의 최소 측면 치수에 대한 깊이의 비율)는 4이다. 대응하는 최적 흡광도는 [8; 14㎛] 범위에 걸쳐 97%이다. hP(1.2㎛)의 최적 값은 기계적 접촉을 피하기 위해 수용 가능한 값의 범위 내에 있으며, 반대로 제 1 광학 구조체가 없는 구성에 있다. 실제로 액세스 가능한 파라미터를 갖는 흡광도는 두 가지 이유로 개선된다: 기술적으로 편리한 값의 범위 내에서 유지하면서, 적합한 인덱스의 제 1 광학 구조체의 형태의 내부 반사 방지의 도입, 및 최적의 윈도우 대 멤브레인 거리(hP)가 더 크다는 사실.
거리(hR)의 감소와 격자의 종횡비의 증가를 동시에 갖고 매우 높은 흡광도를 유지하면서 거리(hP)를 더 증가시킬 수 있다(도 12b). hR 및 격자 파라미터의 재조정 없이 거리(hP)를 증가시키면 덜 유리한 통합된 흡광도가 생성된다(도 12c). 흡광도를 최적화하기 위해 2개의 희생 층(22 및 24)을 동시에 크기 설정하는 것이 필수적이다.
멤브레인의 흡광도는 소위 "이상적" 구성, 즉, 캡슐 윈도우가 없거나, 완전히 투명하고, 매우 멀며, 양쪽 표면에 완전한 것으로 추정된 반사 방지로 처리되도록 추정된 두꺼운 윈도우를 가진 구성보다 약간 클 수 있으며, 이는 도면에서 "PLP-프리(PLP-free)"로 나타낸다. 이러한 관찰은 캡슐화된 디바이스의 완전한 스택의 가장 복잡한 간섭이 10㎛ 아래의 영역에서 강한 진폭의 로브(lobe) 내에 멤브레인을 유지함으로써 유리하게 표현될 수 있다는 사실에 의해 설명될 수 있으며, 여기서 멤브레인만이 도 10a에 나타낸 바와 같이 흡광도 100%의 훨씬 아래이다.
격자의 기술적 형성을 용이하게 하기 위해, 특히 PECVD 타입 방법이 사용되는 경우에 종횡비를 감소시키고, 충전 재료(들)의 퇴적 동안 디프레션의 등각 충전(conformal filling)을 용이하게 하도록 에칭 깊이(eT)를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 제한된 에칭 깊이에 대한 흡광도의 최적화는 또한 50%에 더 가까운 값으로 더 유리한 충전율을 생성하는 것으로 나타난다. 종횡비는 똑같이 유리하게 수정된다. 평균 흡광도는 에칭 깊이가 제한되지 않는 경우에 비해 다소 저하되지만, 내부 반사 방지가 없는 참조 캡슐의 경우보다 훨씬 더 크게 된다. 상한에서 1㎛로 제한된 에칭 깊이(eT)(및 하한에서 1.2㎛로 제한된 hP)에 대해, 희생 층에서 에칭된 패드의 최적 폭은 1.4㎛이며, 이는 50% 충전율 및 1.6의 에칭 종횡비를 제공한다. 그 후, [8; 14㎛] 범위에 걸친 평균 흡광도는 92%, 즉 여전히 최신 기술의 73%보다 훨씬 큰 값이다. 최적의 거리(hR)은 1.5㎛ 깊이에서의 에칭에 대해서 보다 약간 더 크지만, 이러한 변형의 부가적인 이점인 마이크로 볼로미터 분야의 표준과 유사한 2.5㎛이다.
상한에서 0.5㎛로 제한된 에칭 깊이(eT)(및 하한에서 1.2㎛로 제한된 hP)에 대해, 최적의 파라미터는 ff = 67%, hR = 2.8㎛이지만, 84%의 평균 흡광도는 심지어 기준점보다 10포인트 이상 높다.
제 2 변형에서, 제 1 광학 구조체는 텍스처링되지 않는다. 그 다음, 제조하는 단계는 예를 들어, [8; 14㎛] 범위의 검출을 위해,
- 이미 논의된 기계적 이유로 1㎛와 3㎛ 사이의 윈도우 대 멤브레인 거리(hP);
- 95% 이상의 [8; 14㎛] 범위에서의 평균 흡광도을 얻기 위해 도 11a 내지 도 11f에 도시된 바와 같은 차트에 의해 선택된 거리(hP)에 따른 이러한 제 1 광학 구조체의 멤브레인 대 반사기 거리(hR), 기하학적 두께(e1)및 등가 인덱스(
)를 선택하는 단계를 포함한다.
Claims (28)
- 파장(λ10)에 중심을 둔 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출기를 제조하는 방법으로서, 상기 검출기는 상기 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출 디바이스와 상기 검출 디바이스를 수용하는 미리 결정된 압력 하에서의 밀폐된 패키지를 포함하고, 상기 패키지는 기판, 상기 기판에 부착된 측벽과 상기 측벽에 부착된 상부 캡으로 형성되고, 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한, 상기 검출 디바이스에 수직한 일부를 포함하고, 상기 방법은:
- 상기 기판상에 상기 검출 디바이스를 형성하는 단계로서, 상기 검출 디바이스를 완전히 매립하는 희생 층을 퇴적하는 단계를 포함하는, 상기 검출 디바이스의 형성 단계;
- 상기 희생 층 상에 상기 상부 캡을 형성하는 단계로서, 상기 상부 캡은 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한 제 1 광학 구조체, 제 2 광학 구조체 및 제 3 광학 구조체의 스택으로 형성되고, 상기 제 2 광학 구조체 및 제 3 광학 구조체는 각각 3.4 이상이고, 2.3 이하인 파장(λ10)에서의 등가 굴절률을 갖는, 상기 상부 캡의 형성 단계;
- 적어도 상기 제 1 광학 구조체를 포함하는 상기 상부 캡의 일부를 형성한 후에, 상기 상부 캡의 일부를 통해 상기 희생 층에 접근하는 벤트(vent)를 형성하고, 그 다음 상기 벤트를 통해 상기 희생 층을 완전히 제거하도록 에칭을 적용하는 단계를 포함하되,
- 상기 제 1 광학 구조체의 광학 두께는 λ10/10 이상이고;
- 상기 제 1 광학 구조체의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률은 2.6 이하이며;
- 상기 희생 층 상에 형성된 상기 제 1 광학 구조체의 표면은 상기 희생 층을 제거하도록 시행되는 에칭에 대해 불활성인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
- 상기 희생 층 상에 상기 제 1 광학 구조체를 형성하는 단계는,
전체가 미리 결정된 에칭에 대해 불활성인 재료로 만들어진 제 1 재료 층을 상기 희생 층 상에 퇴적하는 단계; 및
제 1 재료 층 상에 제 2 재료 층을 형성하는 단계를 포함하는 것; 그리고
- 상기 제 1 재료 층 및 상기 제 2 재료 층의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률 및 두께는 다음의 식을 증명하고:
식에서:
ns1 및 ns2는 각각 상기 제 1 재료 층 및 상기 제 2 재료 층의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률이고;
es1 및 es2는 각각 상기 제 1 재료 층 및 상기 제 2 재료 층의 기하학적 두께인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
- 미리 결정된 등방성 에칭은 플루오르화 수소산 증기(hydrofluoric acid vapor; HFv)에 기초한 에칭인 것; 그리고
- 미리 결정된 에칭에 불활성인 재료는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 탄소(a-C) 또는 a-SixC(1-x) 타입의 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 비정질 합금, 또는 a-SixGe(1-x) 타입의 실리콘(Si) 등 및 게르마늄(Ge)의 비정질 합금(0 < x < 1)인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
- 미리 결정된 등방성 에칭은 건식 산화 에칭인 것; 그리고
- 미리 결정된 에칭에 불활성인 재료는 비정질 실리콘(a-Si) 또는 a-SixC(1-x) 타입의 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 비정질 합금(0.05 ≤ x < 1), 또는 a-SixGe(1-x) 타입의 실리콘(Si) 등 및 게르마늄(Ge)의 비정질 합금(0 ≤ x < 1)인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체의 상기 제 2 재료 층은 전체적으로 황화 아연(ZnS)으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체를 형성하는 단계는 상기 희생 층에 디프레션(degression)의 주기적 격자를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 주기적 격자의 피치 또는 주기는보다 작으며, 상기 제 1 광학 구조체를 형성하는 단계는 상기 격자의 디프레션을 적어도 부분적으로 충전하게 되는 결과를 가져오는 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체는 식을 증명하는 광학 두께(e1)을 갖는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 광학 구조체는 전체적으로 (Ge)로 만들어지거나 비정질 실리콘(a-Si)의 층 및 게르마늄(Ge)의 층의 스택으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 광학 구조체는 p2 = 1, 2 또는 4인 식을 증명하는 광학 두께(e2)를 갖는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 광학 구조체는 전체적으로 황화 아연으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 광학 구조체는 전체적으로 a-SixC(1-x) 타입의 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 비정질 합금으로 이루어지며, 여기서 0 < x < 1, 특히 x≤0.4인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 광학 구조체는 상기 제 2 광학 구조체를 형성하는 상기 재료의 두께로의 디프레션의 주기적 격자의 에칭에 의해 직접 형성되는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 광학 구조체는 a-SixC(1-x) 또는 a-SixGe(1-x) 타입의 합금으로 만들어진 적어도 하나의 층으로의 디프레션의 주기적 격자의 에칭에 의해 적어도 부분적으로 형성되며, 여기서 0 < x < 1, 특히 x≤0.4인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
a-SixC(1-x) 타입의 비정질 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 합금의 층을 퇴적하는 단계를 포함하고, 여기서 0 < x < 1이고, 디프레션의 주기적 격자 상에서는 특히 x≤0.4인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
x ≥ 0.05인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 광학 구조체는 식을 증명하는 광학 두께(e3)를 갖는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체, 제 2 광학 구조체 및 제 3 광학 구조체의 전체 기하학적 두께는이하인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 디바이스는 상기 파장 범위(λ8; λ14)의 방사선의 부분을 흡수할 수 있고, 금속 반사기 위에 현탁된(suspended) 적어도 하나의 볼로메트릭 멤브레인을 포함하며, 상기 방법은,
- 상기 윈도우의 상기 광학적 구조체에 따라 상기 멤브레인의 흡광도(absorbance)의 변화를 결정하는 단계;
- 제조 및/또는 동작 제약을 고려하면서 상기 윈도우의 상기 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률(), 상기 볼로메트릭 멤브레인과 상기 금속 반사기 사이의 거리 및/또는 상기 볼로메트릭 멤브레인과 상기 윈도우 사이의 거리에 대한 값의 범위를 결정하는 단계; 및
- 결정된 상기 범위에서, 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서의 상기 멤브레인의 90%보다 큰 평균 흡광도를 유도하는 쿼드러플릿(quadruplet)을 선택하는 단계를 포함하며;
- 상기 쿼드러플릿은 적어도 상기 기하학적 두께, 상기 윈도우의 상기 제 1 광학 구조체의 등가 굴절률(), 상기 볼로메트릭 멤브레인과 상기 금속 반사기 사이의 거리, 및 상기 볼로메트릭 멤브레인과 상기 윈도우 사이의 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 18에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체를 형성하는 단계는 상기 희생 층과 접촉하는 상기 제 1 광학 구조체의 표면에 패턴의 주기적 격자를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 격자의 두께, 상기 충전율(filling factor), 상기 격자의 주기, 상기 멤브레인과 상기 금속 반사기 사이의 거리, 및 상기 멤브레인 및 상기 상부 캡 사이의 거리는 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서의 상기 멤브레인의 평균 흡광도를 90%보다 큰 값으로 설정하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 격자의 패턴은 비정질 실리콘(a-Si)의 패드 또는 그리드를 형성하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 굴절률은 0.9×3.4에서 1.1×3.4의 범위이고, 상기 격자의 주기는 1㎛에서 3㎛의 범위인 것, 그리고
- 상기 멤브레인과 상기 상부 캡 사이의 거리(hP)는 1㎛에서 1.5㎛의 범위이고;
- 상기 멤브레인과 상기 반사기 사이의 거리(hR)는 1.8㎛에서 2.3㎛의 범위이고;
- 격자 패드의 깊이(eT)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 상기 패드의 격자의 충전율(ff)은 40%에서 65%의 범위이거나, 상기 그리드의 충전율(ff)은 15%에서 35%의 범위인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 격자의 패턴은 비정질 실리콘(a-Si)의 패드 또는 그리드를 형성하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 굴절률은 0.9×3.4에서 1.1×3.4의 범위이고, 상기 격자 주기는 1㎛에서 3㎛의 범위인 것, 그리고
- 상기 멤브레인과 상기 상부 캡 사이의 거리(hP)는 1.5㎛에서 2㎛의 범위이고;
- 상기 멤브레인과 상기 반사기 사이의 거리(hR)는 1.6㎛에서 2㎛의 범위이고;
- 상기 격자 패드의 깊이(eT)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 패드의 격자의 충전율(ff)은 30%에서 50%의 범위이고, 상기 그리드의 충전율(ff)은 10%에서 25%의 범위인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 격자의 패턴은 비정질 실리콘(a-Si)의 패드 또는 그리드를 형성하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 굴절률은 0.9×3.4에서 1.1×3.4의 범위이고, 상기 격자 주기는 1㎛에서 3㎛의 범위인 것, 그리고
- 상기 멤브레인과 상기 상부 캡 사이의 거리(hP)는 2㎛에서 3㎛의 범위이고;
- 상기 멤브레인과 상기 반사기 사이의 거리(hR)은 1.4㎛에서 1.8㎛의 범위이고;
- 상기 격자 패드의 깊이(eT)는 1.5㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 패드의 격자의 충전율(ff)은 25%에서 40%의 범위이고, 상기 그리드의 충전율(ff)은 5%에서 20%의 범위인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체는 하나 또는 복수의 비구조화된 재료 층으로 형성되며,
- 상기 멤브레인과 상기 상부 캡 사이의 거리(hP)는 1㎛에서 1.5㎛의 범위이고;
- 상기 멤브레인과 상기 반사기 사이의 거리(hR)은 1.8㎛에서 2.3㎛의 범위이고;
- 상기 제 1 광학 층의 기하학적 두께(e1)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 상기 제 1 광학 층의 등가 굴절률()은 1.45에서 1.80의 범위인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 19에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체는 하나 또는 복수의 비구조화된 재료 층으로 형성되며,
- 상기 멤브레인과 상기 상부 캡 사이의 거리(hP)는 1.5㎛에서 2.0㎛의 범위이고;
- 상기 멤브레인과 상기 반사기 사이의 거리(hR)은 1.6㎛에서 2.0㎛의 범위이고;
- 상기 제 1 광학 층의 기하학적 두께(e1)는 1.8㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 상기 제 1 광학 층의 등가 굴절률()은 1.35에서 1.60의 범위인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 19에 있어서,
상기 제 1 광학 구조체는 하나 또는 복수의 비구조화된 재료 층으로 형성되며,
- 상기 멤브레인과 상기 상부 캡 사이의 거리(hP)는 2.0㎛에서 3.0㎛의 범위이고;
- 상기 멤브레인과 상기 반사기 사이의 거리(hR)은 1.5㎛에서 2.1㎛의 범위이고;
- 상기 제 1 광학 층의 기하학적 두께(e1)는 1.5㎛에서 2.1㎛의 범위이며;
- 상기 제 1 광학 층의 등가 굴절률()은 1.30에서 1.50의 범위인 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법.
- 청구항 20 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
상기 볼로메트릭 멤브레인은 10㎛ 파장에서 광학 인덱스 n = 10.5 및 k = 16, 8㎚ 두께 및 380 옴/평방 시트 저항을 갖는 티타늄 질화물(TiN) 층과, 상기 티타늄 질화물(TiN) 층 위에 퇴적된 10㎛에서 인덱스 n = 3.42 및 k = 0 및 200㎚ 두께의 비정질 실리콘(a-Si) 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 검출기의 제조 방법. - 파장(λ10)에 중심을 둔 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출기로서,
상기 검출기는 상기 파장 범위(λ8; λ14)를 검출할 수 있는 검출 디바이스와 상기 검출 디바이스를 수용하는 미리 결정된 압력 하에서의 밀폐된 패키지를 포함하고, 상기 패키지는 기판, 상기 기판에 부착된 측벽과 상기 측벽에 부착된 상부 캡으로 형성되고, 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한 상기 검출 디바이스에 수직한 일부를 포함하며, 상기 상부 캡은 상기 파장 범위(λ8; λ14)에서 투명한, 제 1 광학 구조체, 제 2 광학 구조체 및 제 3 광학 구조체의 스택으로 형성되고, 제 2 및 제 3 광학 구조체는 각각 3.4 이상이고, 2.3 이하인 파장(λ8; λ14)에서의 등가 굴절률을 가지며;
- 상기 제 1 광학 구조체의 광학 두께는 λ10/10 이상이고;
- 상기 제 1 광학 구조체의 파장(λ10)에서의 등가 굴절률()은 2.6 이하인, 검출기.
- 청구항 1 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 얻어진 청구항 27의 검출기.
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