PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69737278T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0000827216
Titel Verbesserungen für thermische Bildsysteme
Anmelder Texas Instruments Inc., Dallas, Tex., US
Erfinder Beratan, Howard R., Richardson, TX 75081, US
Vertreter Prinz und Partner GbR, 80335 München
DE-Aktenzeichen 69737278
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 29.08.1997
EP-Aktenzeichen 971150099
EP-Offenlegungsdatum 04.03.1998
EP date of grant 24.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse H01L 37/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Infrarot- oder Wärmeabbildungssysteme und insbesondere auf einen Wärmedetektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wärmeabbildungssysteme werden häufig verwendet, um Feuer, eine sich überhitzendes Maschinenanlage, Flugzeuge, Fahrzeuge und Leute zu erfassen und temperaturempfindliche industrielle Prozesse zu kontrollieren. Wärmeabbildungssysteme arbeiten im Allgemeinen durch Erfassen der Differenzen der Wärmestrahlungsdichte verschiedener Objekte in einer Szene und durch Anzeigen der Differenzen als visuelles Bild der Szene.

Die Basiskomponenten eines Wärmeabbildungssystems umfassen im Allgemeinen eine Optik zum Sammeln und Fokussieren von Wärmestrahlung von einer Szene, einen Wärmedetektor mit mehreren Wärmesensoren zum Umwandeln von Wärmestrahlung in ein elektrisches Signal und Elektronik zum Verstärken und Verarbeiten des elektrischen Signals in eine visuelle Anzeige oder zur Speicherung in einem geeigneten Medium. Ein Unterbrecher ist häufig in einem Wärmeabbildungssystem enthalten, um den Detektor mit der Szene durch Wechselspannung zu koppeln. Der Unterbrecher erzeugt eine konstante Hintergrundstrahlungsdichte, die ein Referenzsignal vorsieht. Der elektronische Verarbeitungsabschnitt des Wärmeabbildungssystems subtrahiert das Referenzsignal vom gesamten Strahlungsdichtesignal, um ein Signal mit minimaler Hintergrundvorspannung zu erzeugen.

Die Wärmesensoren eines Wärmeabbildungssystems können, in einer Brennebenenmatrix angeordnet sein. Die Brennebenenmatrix und ihre zugehörigen Wärmesensoren sind häufig mit einem Substrat einer integrierten Schaltung mit einer entsprechenden Matrix von Kontaktstellen und einer Wärmeisolationsstruktur, die zwischen der Brennebenenmatrix und dem Substrat der integrierten Schaltung angeordnet ist, gekoppelt. Die Wärmesensoren definieren die jeweiligen Bildelemente oder Pixel des resultierenden Wärmebildes.

Eine Art von Wärmesensor umfasst ein wärmeempfindliches Element, das aus einem pyroelektrischen Material gebildet ist, das einen elektrischen Polarisationszustand und/oder eine Änderung der Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von Temperaturänderungen des pyroelektrischen Materials in Reaktion auf eine einfallende Infrarotstrahlung aufweist. Ein Paar von Dünnschichtelektroden sind im Allgemeinen auf entgegengesetzten Seiten des pyroelektrischen Materials angeordnet, um als kapazitive Platten zu wirken. In dieser Anordnung wirkt das pyroelektrische Material als Dielektrikum oder Isolator, der zwischen den kapazitiven Platten angeordnet ist. Folglich sind die Elektroden wirksam, um die durch das pyroelektrische Material in Reaktion auf Änderungen der Temperatur erzeugte Ladung zu messen. Wie vorher erörtert, kann die Ladung oder das elektrische Signal zu einer visuellen Anzeige verstärkt und verarbeitet werden.

Die Ausgangsstelle zur Herstellung eines Wärmesensors ist typischerweise ein Wafer aus Silicium oder einem anderen geeigneten Material. Der Wafer kann einen Durchmesser von etwa 150 Millimetern (6 Zoll) und eine ungefähre Dicke von 660 Mikrometern (26 Millizoll) aufweisen. Die Materialien, die die Wärmesensoren bilden, können auf dem Wafer in Schichten abgeschieden und nach Bedarf entfernt werden.

EP-A-0 454 398 offenbart einen Wärmesensor mit einer Matrix von aufgehängten ebenen Detektoren, wobei jeder Detektor ein organisches pyroelektrisches Element zwischen einer oberen Nichrom-Elektrode und einer unteren Goldelektrode aufweist.

WO-A-93 09414 offenbart einen Wärmesensor mit einer Matrix von aufgehängten ebenen Detektoren, wobei jeder Detektor einen Stapel einer unteren Mikrobrücke aus Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, einer unteren Elektrode aus Platin, einem anorganischen pyroelektrischen Element, das aus Bleititanat besteht, und einer oberen Platinelektrode aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Problem bei der Herstellung von Wärmesensoren mit Dünnschichtelektroden besteht jedoch darin, dass sich die Elektroden häufig während der Verarbeitung nach der Abscheidung verformen. Von Dünnschichtelektroden ist beispielsweise bekannt, dass sie Erhebungen oder ähnliche Verformungen entlang Oberflächen entwickeln, die an der pyroelektrischen Schicht anliegen. Die Verformungen führen zu einem elektrischen Kriechstrom durch die pyroelektrische Schicht und die Dünnschichtelektroden. Dieser Kriechstrom verschlechtert das elektrische Signal und die visuelle Anzeige, die vom Wärmesensor erhalten wird.

Folglich ist auf dem Fachgebiet ein Bedarf für eine verbesserte Dünnschichtelektrode entstanden. Die vorliegende Erfindung schafft eine Dünnschichtelektrode, die die Nachteile und Probleme, die mit früheren Dünnschichtelektroden verbunden sind, im Wesentlichen beseitigt oder verringert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die untere Elektrode eine feste Lösung von mindestens zwei Komponenten, die eine erhöhte Beständigkeit gegen die Bildung von Erhebungen auf der Oberfläche der unteren Elektrode schafft.

Das dielektrische Element ist ein wärmeempfindliches Element. Das wärmeempfindliche Element ist benachbart zur ersten Dünnschichtelektrode angeordnet und die zweite Dünnschichtelektrode ist benachbart zum wärmeempfindlichen Element entgegengesetzt zur ersten Dünnschichtelektrode angeordnet. Außerdem kann eine Stützstruktur vorgesehen sein, um die erste Dünnschichtelektrode in beabstandeter Beziehung zur Oberfläche eines Substrats abzustützen. Die Stützstruktur kann mindestens zwei Stützen, die sich von der Oberfläche des Substrats erstrecken, und ein Paar von gabelförmigen Armen, die sich jeweils von einer Elektrode erstrecken und mit den jeweiligen Stützen verbunden sind, umfassen.

Das wärmeempfindliche Element umfasst ein pyroelektrisches Material. Das pyroelektrische Material kann Bleilanthanzirconattitanat sein. Überdies kann die feste Lösung die Komponenten von Platin und Rhodium umfassen. In einer speziellen Ausführungsform kann die feste Lösung fünfundachtzig (85) Prozent Platin und fünfzehn (15) Prozent Rhodium umfassen.

Wichtige technische Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen das Schaffen einer verbesserten Dünnschichtelektrode. Insbesondere umfasst die untere Elektrode eine feste Lösung von mindestens zwei Komponenten. Die feste Lösung schafft eine erhöhte Beständigkeit gegen die Bildung von Erhebungen und anderen Verformungen auf der Oberfläche der unteren Elektrode.

Noch ein weiterer wichtiger technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung umfasst das Schaffen einer verbesserten Elektrodenanordnung mit einem dielektrischen Element und einem Paar von Dünnschichtelektroden. Insbesondere ist die untere Elektrode relativ glatt, um den elektrischen Kriechstrom durch das dielektrische Element und zwischen der unteren und der oberen Elektrode zu verringern. Die Verringerung des elektrischen Kriechstroms verbessert das von der Elektrodenanordnung erhaltene elektrische Signal.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

1 das Blockdiagramm ist, das die Komponenten von einer Ausführungsform eines Wärmeabbildungssystems zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;

2 eine isometrische Ansicht des Wärmedetektors von 1 ist, die eine Brennebenenmatrix zeigt, die an einem Substrat einer integrierten Schaltung entgegengesetzt zu einem Wärmeelement montiert ist;

3 eine detaillierte isometrische Ansicht der Brennebenenmatrix von 2 ist, die eine Matrix eines Wärmesensors zeigt;

4 eine detaillierte isometrische Ansicht von einem der Wärmesensoren von 3 ist, die ein wärmeempfindliches Element zeigt, das zwischen einem Paar von Dünnschichtelektroden angeordnet ist; und

5A-C eine Reihe von Aufrissansichten im Schnitt sind, die verschiedene Stufen der Herstellung des Wärmesensors von 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am besten verstanden, indem nun auf 1-5 der Zeichnungen genauer Bezug genommen wird, in denen sich gleiche Ziffern in den ganzen verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Wärmeabbildungssystems 12, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Während des Betriebs erfasst, verarbeitet und zeigt das Wärmeabbildungssystem 12 das Wärmebild einer Szene 14 an.

Das Wärmeabbildungssystem 12 kann besonders nützlich sein, wenn eine Abbildung mittels visueller Wellenlängen nicht zur Verfügung steht, wie z. B. im Dunkeln, oder wenn die Sicht durch Rauch, Staub oder andere Teilchen beeinträchtigt ist. Unter solchen Bedingungen kann das Wärmeabbildungssystem 12 Wärmestrahlung im Infrarotfenster erfassen. Das Infrarotfenster ist ein Wellenlängenbereich im Infrarotspektrum, in dem eine gute Übertragung von elektromagnetischer Strahlung durch die Atmosphäre besteht. Die typischen Infrarotdetektoren erfassen Infrarotstrahlung in den Spektralbändern von 3 bis 5 Mikrometer (mit einer Energie von 0,4 bis 0,25 eV) und von 8 bis 14 Mikrometer (mit einer Energie von 0,16 bis 0,09 eV). Das Spektralband von 3-5 Mikrometer wird im Allgemeinen als "nahes Infrarotband" bezeichnet, während das Spektralband von 8 bis 14 Mikrometer als "fernes Infrarotband" bezeichnet wird. Infrarotstrahlung zwischen dem nahen und dem fernern Infrarotband kann normalerweise auf Grund der Atmosphärenabsorption desselben nicht erfasst werden. Das Wärmeabbildungssystem 12 ist jedoch auch während des Tages und, wenn die Sicht mittels der visuellen Wellenlängen zur Verfügung steht, nützlich. Das Wärmeabbildungssystem 12 kann beispielsweise verwendet werden, um Feuer, eine sich überhitzende Maschinerie, Flugzeuge, Fahrzeuge und Leute zu erfassen und temperaturempfindliche industrielle Prozesse zu kontrollieren.

Wie in 1 gezeigt, kann das Wärmeabbildungssystem 12 eine Linsenanordnung 16 in optischer Verbindung mit einem Wärmedetektor 18 umfassen. Die Linsenanordnung 16 fokussiert oder richtet Wärmestrahlung, die von der Szene 14 emittiert wird, auf den Wärmedetektor 18. Die Linsenanordnung 16 kann eine oder mehrere Linsen umfassen, die aus einem Material bestehen, das Wärmestrahlung durchlässt, wie z. B. Germanium. Die Konstruktion der Linsenanordnung 16 kann in Abhängigkeit von der speziellen Verwendung des Wärmeabbildungssystems 12 verändert werden. Die Linsenanordnung 16 kann beispielsweise eine konstante oder variable F-Zahl aufweisen und/oder kann eine Linse mit einzelnem Blickfeld oder eine Zoomlinse sein.

Der Wärmedetektor 18 kann gekühlt oder ungekühlt sein. Ein gekühlter Wärmedetektor wird bei Tieftemperaturen wie z. B. bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff betrieben, um die gewünschte Empfindlichkeit gegen eine Veränderung der Infrarotstrahlung zu erhalten. In Fällen, in denen ein ungekühlter Detektor 18 verwendet wird, wird häufig ein Unterbrecher 20 zwischen der Linsenanordnung 16 und dem Wärmedetektor 18 angeordnet. Vorzugsweise sind die Linsenanordnung 16, der Wärmedetektor 18 und der Unterbrecher 20 innerhalb eines zugehörigen Gehäuses (nicht dargestellt) enthalten. Der Wärmedetektor 18 kann auch innerhalb einer Vakuumumgebung oder einer Umgebung mit Gas mit niedriger Wärmeleitfähigkeit enthalten sein.

Der Unterbrecher 20 kann durch einen Signalprozessor 22 gesteuert werden, um die Übertragung des Wärmebildes zum Wärmedetektor 18 periodisch zu unterbrechen. Verschiedene Arten von mechanischen und/oder elektrischen Unterbrechern 20 können bei der vorliegenden Erfindung zufrieden stellend verwendet werden. Der Unterbrecher 20 kann beispielsweise eine Drehscheibe mit Öffnungen sein, die Infrarotstrahlung periodisch blockieren und durchlassen.

Die Anordnung der Linsenanordnung 16 und des Unterbrechers 20 in Bezug auf den Wärmedetektor 18 wird unter Verwendung von gut bekannten Prinzipien der optischen Konstruktion durchgeführt, wie auf Wärmeabbildungssysteme angewendet. Wie vorher beschrieben, fokussiert die Linsenanordnung 16 die von der Szene 14 emittierte Wärmestrahlung auf den Wärmedetektor 18. Der Wärmedetektor 18 setzt die eingehende Wärmestrahlung in entsprechende elektrische Signale für die Verarbeitung um.

Die elektrischen Signale des Wärmedetektors 18 können zum Signalprozessor 22 geleitet werden, der die elektrischen Signale in Videosignale zur Anzeige zusammenfügt. Wie vorher beschrieben, kann der Signalprozessor 22 auch den Betrieb des Unterbrechers 20 synchronisieren. Diese Synchronisation ermöglicht, dass der Signalprozessor 22 eingehende Wärmestrahlung subtraktiv verarbeitet, um feste Hintergrundstrahlung zu beseitigen. Die Ausgabe des Signalprozessors 22 ist häufig ein Videosignal, das betrachtet, weiterverarbeitet, gespeichert oder dergleichen werden kann.

Das Videosignal des Signalprozessors 22 kann auf einem lokalen Monitor 24 betrachtet werden oder zur Anzeige in einen entfernten Monitor 26 eingespeist werden. Der lokale Monitor 24 kann ein Okular, das einen elektronischen Sucher enthält, eine Katodenstrahlröhre oder dergleichen sein. Ebenso kann der entfernte Monitor 26 eine elektronische Anzeige, eine Katodenstrahlröhre wie z. B. ein Fernsehgerät oder eine andere Art von Vorrichtung, die in der Lage ist, das Videosignal anzuzeigen, sein. Das Videosignal kann auch auf einem Speichermedium 28 für den späteren Abruf gespeichert werden. Das Speichermedium 28 kann eine Kompaktdisk, ein Festplattenlaufwerk, ein Direktzugriffsspeicher oder irgendeine andere Art von Medium sein, das in der Lage ist, elektronische Videosignale für den späteren Abruf zu speichern. Monitore und Speichermedien sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und werden daher hierin nicht weiter beschrieben.

Die elektrische Leistung zum Betreiben des Wärmeabbildungssystems 12 kann von einer Leistungsversorgung 30 geliefert werden. Die Leistungsversorgung 30 liefert elektrische Leistung direkt zum Unterbrecher 20, zum Wärmedetektor 18, zum Signalprozessor 22 und zum lokalen Monitor 24. Elektrische Leistung kann auch zur Linsenanordnung 16 geliefert werden, wenn beispielsweise ein Motor verwendet wird, um die Linsenanordnung 16 zu zoomen.

2 ist eine detaillierte Ansicht des Wärmedetektors 18. Der Wärmedetektor 18 kann eine Brennebenenmatrix 32 umfassen, die an einem Substrat 34 montiert ist. In einer Ausführungsform kann die Brennebenenmatrix 32 eine Anzahl von Wärmesensoren 36 umfassen, die in einer Matrix angeordnet sind. Die Menge und der Ort der Wärmesensoren 36 hängen von der für die Brennebenenmatrix 32 gewünschten N-mal-M-Konfiguration ab.

Die Konfiguration der Brennebenenmatrix 32 variiert im Allgemeinen für verschiedene Arten von Wärmedetektoren 18. In einem "starrenden" Wärmedetektor wird beispielsweise das ganze Wärmebild auf eine große Brennebenenmatrix fokussiert. Im Gegensatz dazu verwendet ein "Abtast"-Wärmedetektor einen Spiegel oder ein ähnliches Mittel, um aufeinander folgende Abschnitte des Wärmebildes über eine kleine Brennebenenmatrix zu überstreichen. Gewöhnlich, obwohl für die Erfindung nicht notwendig, bestehen beide Arten von Wärmedetektoren 18 aus einer Anzahl von Wärmesensoren 36, wobei die Ausgabe von jedem Wärmesensor 36 einen Abschnitt der betrachteten Szene 14 darstellt. Die Ausgabe von jedem Wärmesensor 36 in der Brennebenenmatrix 32 kann beispielsweise ein einzelnes Pixel des gesamten Bildes darstellen. Diese Ausführungsform kann zur Verwendung in Verbindung mit visuellen Anzeigen mit hoher Dichte besonders vorteilhaft sein.

Das Substrat 34 kann ein Substrat einer integrierten Schaltung sein, das die erforderlichen elektrischen Kopplungen und die erforderliche Schaltungsanordnung vorsieht, um das auf der Brennebenenmatrix 32 erzeugte Wärmebild zu verarbeiten. Das Substrat 34 der integrierten Schaltung kann aus Silicium, keramischem Aluminiumoxid oder anderen geeigneten Materialien die sowohl chemisch als auch thermisch mit den mehreren Schichten kompatibel sind, die auf der Oberfläche 66 (4) des Substrats 34 der integrierten Schaltung gebildet werden, gebildet sein. Weitere Informationen hinsichtlich Wärmesensoren, die auf einem zugrunde liegenden Substrat einer integrierten Schaltung montiert sind, sind vom US-Patent Nr. 4 143 269, erteilt an McCormack, et al., mit dem Titel "Ferroelectric Imaging System" und vom US-Patent Nr. 5 021 663, erteilt an Hornbeck, mit dem Titel "Infrared Detector" offenbart.

Ein Wärmeelement 38 kann vorgesehen sein, um das Substrat 34 der integrierten Schaltung auf einer konstanten vordefinierten Temperatur zu halten. Die konstante Temperatur verhindert, dass Umgebungs- oder intern erzeugte Temperaturgradienten die Wärmesensoren 36 beeinflussen, und stellt folglich eine Grundlinie bereit, mit der die Wärmeenergie der Szene 14 genau gemessen werden kann. Die erforderlichen elektrischen Kopplungen und die erforderliche Schaltungsanordnung zum Steuern des Wärmeelements 38 kann durch das Substrat 34 der integrierten Schaltung bereitgestellt werden. In einem solchen Fall kann das Wärmeelement 38 mit dem Substrat 34 der integrierten Schaltung entgegengesetzt zur Brennebenenmatrix 32 gekoppelt sein.

3 stellt eine detaillierte Ansicht der vorher beschriebenen Brennebenenmatrix 32 dar. In dieser Ausführungsform umfasst die Brennebenenmatrix 32 eine Matrix von Wärmesensoren 36. Jeder Wärmesensor 36 bildet ein diskretes Element der Brennebenenmatrix 32. Die Wärmesensoren 36 können durch einen Satz von sich schneidenden Schlitzen 40 getrennt sein, die um den Umfang von jedem Wärmesensor 36 vorgesehen sind. Die Schlitze 40 sehen einen hohen Grad an Netzform zwischen benachbarten Wärmesensoren 36 vor, was die Wärmeausbreitung zwischen den Pixelelementen wesentlich verringert.

Die Wärmesensoren 36 können Wärmestrahlung unter Verwendung von verschiedenen Verfahren erfassen. Die Wärmesensoren können beispielsweise auf der Erzeugung einer Ladung auf Grund einer Änderung der Temperatur, die sich aus der Wärmestrahlung, die die Wärmesensoren 36 erhitzt, ergibt, basieren. Alternativ können die Wärmesensoren 36 auf der Erzeugung einer Ladung auf Grund einer Photon-Elektron-Wechselwirkung innerhalb des zum Bilden der Wärmesensoren 36 verwendeten Materials basieren. Dieser letztere Effekt wird manchmal interner photoelektrischer Effekt genannt. Die Wärmesensoren 36 können auch auf der Änderung des Widerstandes eines dünnen Leiters basieren, die durch den Erwärmungseffekt der Wärmestrahlung verursacht wird. Solche Wärmesensoren 36 werden manchmal als Solometer bezeichnet. Es ist selbstverständlich, dass diese und andere Arten von Wärmesensoren 36 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.

4 stellt eine detaillierte Ansicht von einem der Wärmesensoren 36 dar. Jeder Wärmesensor 36 kann eine Elektrodenanordnung mit einem dielektrischen Element, das zwischen einem Paar von elektrisch leitenden Elementen angeordnet ist, sein. Zusätzlich zu Wärmesensoren kann die Elektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung für einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen nicht flüchtigen Speicher und dergleichen verwendet werden. Für die Bequemlichkeit des Lesers wird die Elektrodenanordnung in der Ausführungsform des Wärmesensors 36 beschrieben. In dieser Ausführungsform kann das dielektrische Element ein wärmeempfindliches Element 50 sein. Das wärmeempfindliche Element 50 kann zwischen einem ersten elektrisch leitenden Element 52 und einem zweiten elektrisch leitenden Element 54 angeordnet sein.

In einer Ausführungsform ist das wärmeempfindliche Element 50 vorzugsweise aus pyroelektrischen Materialien ausgebildet. Die pyroelektrischen Materialien können auch ferroelektrische Materialien sein, wie z. B. Bariumstrontiumtitanat (BST), Bariumtitanat (BT) und Antimonsulfojodid (SbSI), oder irgendein Blei enthaltendes ferroelektrisches Material, einschließlich Bleititanat (PT), Bleilanthantitanat (PLT), Bleizirconattitanat (PZT), Bleilanthanzirconattitanat (PLZT), Bleizinkniobat (PZN), Bleistrontiumtitanat (PSrT) und Bleiscandiumtantalat (PST). In dieser Ausführungsform erzeugt das wärmeempfindliche Element 50 eine Ladung in Reaktion auf eine Temperaturänderung. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung die Ausbildung des wärmeempfindlichen Elements 50 aus einem beliebigen wärmeempfindlichen Material in Erwägung zieht, das eine zufrieden stellende Reaktion auf Wärmestrahlung bereitstellt.

Die Dicke des wärmeempfindlichen Elements 50 kann in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Wärmestrahlung, für deren Erfassung das Wärmeabbildungssystem 12 ausgelegt ist, variieren. Das wärmeempfindliche Element 50 ist vorzugsweise ein dünner Film, um das Reaktionsvermögen auf die Wärmestrahlung und die Übertragung einer erzeugten Ladung zu den elektrisch leitenden Elementen 52 und 54 zu verbessern.

Das erste elektrisch leitende Element 52 und das zweite elektrisch leitende Element 54 können auf entgegengesetzten Seiten des wärmeempfindlichen oder pyroelektrischen Elements 50 angeordnet sein. In dieser Anordnung fungieren die elektrisch leitenden Elemente 52 und 54 als Elektroden, die Ladungen empfangen, die vom pyroelektrischen Element 50 in Reaktion auf Wärmestrahlung erzeugt werden. Folglich stehen die Elektroden 52 und 54 in elektrischer Verbindung mit dem pyroelektrischen Element 50, das eine kapazitive Kopplung umfasst.

Die elektrisch leitenden Elemente oder Elektroden 52 und 54 können Dünnschichtelektroden sein. Dünnschichtelektroden 52 und 54 sind im Allgemeinen bevorzugt, da sie theoretisch für Wärmestrahlung durchlässig sein können. Dünnschichtelektroden sind auch bevorzugt, da sie absorbierte Wärmeenergie nicht vom pyroelektrischen Element 50 rauben. Außerdem kann die Dünnschichtelektrode 52 undurchlässig sein, wenn die Infrarotstrahlung in einer Kammer 68 des Wärmesensors 36 absorbiert wird.

Ein Problem bei Dünnschichtelektroden besteht jedoch darin, dass sie sich häufig während der Bearbeitung nach der Abscheidung verformen. Dies gilt insbesondere für die erste Dünnschichtelektrode 52, die hohen Temperaturen zwischen 350 Grad Celsius und 800 Grad Celsius ausgesetzt werden kann. Die hohen Temperaturen können eine durch die Temperatur induzierte Spannung während der Ausbildung des pyroelektrischen Elements 50 verursachen. Folglich kann die Dünnschichtelektrode 52 Erhebungen oder ähnliche Verformungen entlang der Oberfläche der Dünnschichtelektrode 52 entwickeln, die am pyroelektrischen Element 50 anliegt. Die Verformungen führen zu einem elektrischen Kriechstrom durch das pyroelektrische Element 50 und zwischen den Dünnschichtelektroden 52 und 54. Dieser Kriechstrom verschlechtert das elektrische Signal und die visuelle Anzeige, die vom Wärmesensor 36 erhalten wird.

Ein signifikantes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Konstruktion der ersten Elektrode 52 aus einer festen Lösung. Eine feste Lösung ist eine Lösung in einem kristallinen Zustand, in dem zumindest eine Atomposition mehr als eine Atomspezies aufnehmen kann. Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch von zwei oder mehr Komponenten. Die Komponenten der festen Lösung sollten vorzugsweise eine hohe Austrittsarbeit aufweisen und sollten miteinander und mit dem pyroelektrischen Element 50 kompatibel sein. Die Austrittsarbeit einer Komponente ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron zu befreien. Typischerweise ist eine Austrittsarbeit von etwa 4 eV oder darüber für die Gesamtheit annehmbar. Komponenten sind kompatibel, wenn sie nicht nachteilig miteinander oder mit dem pyroelektrischen Element 50 in Wechselwirkung treten.

In einer Ausführungsform, wie nachstehend im Einzelnen beschrieben, kann die erste Elektrode 52 eine feste Lösung aus Platin und Rhodium umfassen. Es ist selbstverständlich, dass andere Komponenten, die miteinander und mit dem pyroelektrischen Element 50 kompatibel sind und die eine annehmbare Austrittsarbeit aufweisen, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Andere feste Lösungen können Ir-Rh mit 0-10 % Rh, Ir-Ru mit 0-40 % Ir und 60-100 % Rn, Ir-Rd mit 0-10 % Pd, Pd-Pt mit 0-10 % Pd und 95 bis 100 Pt, Ag-Au mit 0-100 % Ap und An, Ag-Pd mit 0-100 % Ag und Pd, Ag-In mit 0-20 % In, Au-Pt mit 0-100 % Pt und Ir-Pt mit 0-5 % Pt sein. Ferner ist es selbstverständlich, dass einzelne Komponenten eine niedrigere Austrittsarbeit aufweisen können, vorausgesetzt, dass die Austrittsarbeit der Gesamtheit annehmbar ist.

Die feste Lösung der ersten Elektrode 52 schafft eine erhöhte Beständigkeit gegen die Bildung von Erhebungen und anderen Verformungen auf der Oberfläche der ersten Elektrode 52. Folglich bleibt die Oberfläche der ersten Elektrode 52 relativ glatt im ganzen Prozess der Herstellung des pyroelektrischen Elements 50 und anderer Teile der Brennebenenmatrix 32. Die glatte Oberfläche der ersten Elektrode 52 verringert den elektrischen Kriechstrom zwischen dem pyroelektrischen Element 50 und der ersten Elektrode 52. Die Verringerung des Kriechstroms verbessert das elektrische Signal und die visuelle Anzeige, die vom Wärmesensor 36 erhalten wird.

Die zweite Elektrode 54 kann auch aus einer festen Lösung konstruiert werden. Alternativ kann die zweite Elektrode 54 aus verschiedenen Ein-Komponenten-Materialien gebildet werden, die elektrisch leitend sind. Die zweite Elektrode 54 kann beispielsweise aus Palladium oder Platin oder aus leitenden Oxiden wie z. B. Rutheniumoxid (RuO2) oder Lanthanstrontiumkobaltoxid (LSCO) ausgebildet werden.

Der Wärmesensor 36 ist über dem Substrat 34 der integrierten Schaltung vorzugsweise selbsttragend. Wie durch 4 gezeigt, erstreckt sich ein erster Tragarm 56 vorzugsweise von der ersten Elektrode 52. Ein zweiter Tragarm 58 erstreckt sich vorzugsweise von der zweiten Elektrode 54. In einer weiteren Ausführungsform kann das wärmeempfindliche Element 50 in separate Abschnitte unterteilt sein und die Tragarme 56 und 58 können sich von derselben Elektrode 52 oder 54 erstrecken.

Für viele Anwendungen ist der Tragarm 56 vorzugsweise aus derselben Art von Material wie die erste Elektrode 52 gebildet. Ebenso ist der Tragarm 58 vorzugsweise aus derselben Art von Material wie die zweite Elektrode 54 gebildet. Die Tragarme 56 und 58 können jedoch aus einem anderen Material als die Elektroden 52 und 54 gebildet sein. Außerdem kann die Dicke der Tragarme 56 und 58 verändert werden, um die Wärmeleitung zwischen den Elektroden und dem Substrat 34 der integrierten Schaltung zu steuern. Das wärmeempfindliche Material kann über dem Tragarm 56 und unter dem Tragarm 58 angeordnet sein.

Die Länge, Breite und Dicke der Tragarme 56 und 58 können ausgewählt werden, um ihre Beständigkeit gegen die Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem Wärmesensor 36 und dem Substrat 34 der integrierten Schaltung zu verstärken. In einer Ausführungsform können beispielsweise Schlitze 60 und 62 zwischen jedem Tragarm ausgebildet werden und folglich eine zusätzliche Wärmeisolation zwischen den Tragarmen und ihren zugehörigen Elektroden schaffen. In dieser Ausführungsform kann die Wärmeisolation jedes Tragarms durch Verlängern des gabelförmigen Tragarms erhöht werden. Die Wärmeisolation kann maximiert werden, indem jeder Tragarm entlang entgegengesetzter Hälften des Umfangs der Elektroden voll ausgedehnt wird.

Ein Paar von Stützen 64 kann vorgesehen sein, um die gabelförmigen Arme 56 und 58 und folglich den Wärmesensor 36 in einer beabstandeten Beziehung zu einer Oberfläche 66 des Substrats 34 der integrierten Schaltung abzustützen. Die Stützen 64 können jeweils einen der gabelförmigen Tragarme abstützen. Die Stützen 64 werden vorzugsweise aus einem Material gebildet, das elektrisch leitend ist. In dieser Ausführungsform kann jede Stütze 64 elektrische Signale von ihrer jeweiligen Elektrode zu einer Kontaktstelle 70 des Substrats 34 der integrierten Schaltung übertragen. Folglich sehen die Stützen 64 sowohl eine mechanische Abstützung als auch einen Signalflussweg zur zugehörigen Kontaktstelle 70 vor.

Eine Kammer 68 kann durch den Spalt zwischen der Unterseite der ersten Elektrode 52 und der Oberfläche 66 des Substrats 34 der integrierten Schaltung gebildet werden. Das pyroelektrische Element 50 kann Wärmestrahlung direkt oder teilweise, nachdem die Strahlung durch die Kammer 68 hindurchgetreten und am Substrat 34 der integrierten Schaltung reflektiert ist, absorbieren. Für eine Ausführungsform, in der Wärmestrahlung teilweise nach dem Reflektieren am Substrat 34 der integrierten Schaltung absorbiert wird, können die Abmessungen der Kammer 68 in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Wärmestrahlung, für deren Erfassung das Wärmeabbildungssystem 12 ausgelegt ist, verändert werden. Die Kammer 68 entspricht vorzugsweise etwa einem Viertel der ausgewählten Wärmestrahlungswellenlänge. Wenn das Wärmeabbildungssystem 12 dazu ausgelegt ist, Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge von 7,5 bis 14 Mikrometer zu erfassen, besitzt die Kammer 68 folglich vorzugsweise eine Höhe von ungefähr zwei oder drei Mikrometer. In dieser Ausführungsform können die Elektroden 52 und 54 für die Wärmestrahlung durchlässig sein. Die Fähigkeit, die Position der Unterseite der ersten Elektrode 52 in Bezug auf die Oberfläche 68 des integrierten Substrats 34 zu verändern, verbessert die Reaktionsfähigkeit des Wärmesensors 36 auf Wärmestrahlung.

5A-C stellen verschiedene Schritte während des Prozesses der Herstellung der Wärmesensoren 36 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 5A gezeigt, kann eine Matrix von Kontaktstellen 70 auf der Oberfläche 66 des Substrats 34 der integrierten Schaltung angeordnet werden, um elektrische Signale zu empfangen, die von den Wärmesensoren 36 erzeugt werden. Wie vorher beschrieben, kann das Substrat 34 der integrierten Schaltung aus Silicium oder anderen geeigneten Materialien gebildet werden, die sowohl chemisch als auch thermisch mit den mehreren Schichten kompatibel sind, die auf den Oberflächen 66 des Substrats 34 der integrierten Schaltung gebildet werden.

Eine Opferschicht 72 kann auf dem Substrat 34 der integrierten Schaltung abgeschieden werden. Während des Herstellungsprozesses bildet die Opferschicht 72 eine Basis, auf der die Wärmesensoren 36 in beabstandeter Beziehung zum Substrat 34 der integrierten Schaltung ausgebildet werden können. Folglich kann die Opferschicht 72 nach der Bearbeitung entfernt werden, um die Kammer 68 zu ergeben.

Die Opferschicht sollte eine Dicke gleich der gewünschten Höhe der Kammer 68 aufweisen. Wie vorher beschrieben, entspricht die Höhe der Kammer vorzugsweise einem Viertel der ausgewählten Wärmestrahlungswellenlänge. Wenn die Wärmesensoren 36 Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge von 7,5 bis 14 Mikrometer erfassen sollen, sollte die Opferschicht folglich mit einer Dicke von ungefähr zwei bis drei Mikrometer abgeschieden werden. Die Opferschicht 72 ist vorzugsweise Siliciumdioxid (SiO2) oder Polyimid oder eine ähnliche Art von Material, das mit der Herstellung der Wärmesensoren 36 kompatibel ist. Ein Material ist mit der Herstellung der Wärmesensoren 36 kompatibel, wenn es nicht unmäßig schrumpft oder sich ausdehnt oder verbrennt, schmilzt oder mit anderem Material in einem Ausmaß in Wechselwirkung tritt, dass es die Bearbeitung stört. Das Material der Opferschicht 72 ist vorzugsweise auch durch Trockenätzverfahren entfernbar.

Eine erste Schicht von elektrisch leitendem Material 75 kann als nächstes auf der Opferschicht 72 ausgebildet werden. Wie nachstehend beschrieben, bildet die erste Schicht aus elektrisch leitendem Material 75 die erste Elektrode 52. Gemäß der Erfindung wird die erste Schicht aus elektrisch leitendem Material 75 aus einer festen Lösung konstruiert. Wie vorher beschrieben, ist eine feste Lösung eine Lösung in einem kristallisierten Zustand, in dem mindestens eine Atomposition mehr als eine Atomspezies aufnehmen kann. Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch von zwei oder mehr Komponenten. Die Komponenten der festen Lösung weisen vorzugsweise eine hohe Austrittsarbeit auf und sollten miteinander und mit anderen Materialien des Wärmesensors 36 kompatibel sein.

Die Austrittsarbeit einer Komponente ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron zu befreien. Typischerweise ist eine Austrittsarbeit von etwa 4 eV oder darüber für eine Komponente annehmbar.

In einer Ausführungsform umfasst die feste Lösung fünfundachtzig (85) Prozent Platin und fünfzehn (15) Prozent Rhodium. Die relative Menge von Platin kann zwischen etwa neunundneunzig (99) Prozent und etwa einem (1) Prozent verändert werden. Die relative Menge an Rhodium kann zwischen etwa einem (1) Prozent und etwa neunundneunzig (99) Prozent verändert werden. Es ist selbstverständlich, dass die feste Lösung zusätzliche oder andere Komponenten mit einer annehmbaren Austrittsarbeit, die miteinander und mit anderen Materialien der Brennebenenmatrix 32 kompatibel sind, umfassen kann. Andere feste Lösungen können Ir-Rh mit 0-10 % Rh, Ir-Ru mit 0-40 % Ir und 60-100 % Rn, Ir-Pd mit 0-10 % Pd, Pd-Pt mit 0-10 % Pd und 95 bis 100 Pt, Ag-Au mit 0-100 % Ap und An, Ag-Pd mit 0-100 % Ag und Pd, Ag-In mit 0-20 % In, Au-Pt mit 0-100 % Pt und Ir-Pt mit 0-5 % Pt sein. Ferner ist es selbstverständlich, dass einzelne Komponenten eine niedrigere Austrittsarbeit aufweisen können, vorausgesetzt, dass die Austrittsarbeit der Gesamtheit annehmbar ist.

Eine Schicht aus wärmeempfindlichem Material 80 kann als nächstes auf der ersten Schicht aus elektrisch leitendem Material 75 gebildet werden. Wie nachstehend beschrieben, bildet die Schicht aus wärmeempfindlichem Material 80 das wärmeempfindliche Element 50. In einer Ausführungsform wird die Schicht aus wärmeempfindlichem Material 80 vorzugsweise aus einem pyroelektrischen Material gebildet, wie z. B. Bariumstrontiumtitanat (BST) und Antimonsulfojodid (SbSI). In anderen Ausführungsformen können Blei enthaltende ferroelektrische Materialien, einschließlich Bleititanat (PT), Bleilanthantitanat (PLT), Bleizirconattitanat (PZT), Bleilanthanzirconattitanat (PLZT), Bleizinkniobat (PZN), Bleistrontiumtitanat (PSrT) und Bleiscandiumtantalat (PST), verwendet werden, um die wärmeempfindliche Schicht 80 zu bilden. Die Auswahl von Material für die wärmeempfindliche Schicht 80 hängt von der Art von Wärmesensor 36, der auf dem Substrat 34 der integrierten Schaltung gebildet wird, ab.

Eine zweite Schicht von elektrisch leitendem Material 85 kann auf der wärmeempfindlichen Schicht 80 entgegengesetzt zur ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75 gebildet werden. Die zweite Schicht von elektrisch leitendem Material 85 bildet die zweite Elektrode 54. Die zweite Schicht von elektrisch leitendem Material 85 kann aus einer festen Lösung oder verschiedenen Arten von Materialien wie z. B. Palladium oder Platin gebildet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch, dass andere Arten von elektrisch leitendem Material in Abhängigkeit von der Art von Wärmesensor 36, der auf dem Substrat 34 der integrierten Schaltung gebildet wird, verwendet werden.

Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um die Dünnfilmschicht 72, 75, 80 und 85 zu bilden. Häufig werden diese Verfahren in zwei Gruppen unterteilt – Filmwachstum durch Wechselwirkung einer durch Dampf abgeschiedenen Spezies mit einem zugehörigen Substrat und Filmbildung durch Abscheidung ohne Verursachen von Änderungen des zugehörigen Substrats. Die erste Gruppe von Dünnschichtwachstumsverfahren umfasst eine thermische Oxidation und Nitridierung von Ein-Kristall-Silicium und Polysilicium. Die Bildung von Siliziden durch direkte Reaktion von abgeschiedenem Metall und des Substrats ist auch häufig in der ersten Gruppe von Dünnschichtwachstumsverfahren enthalten.

Die zweite Gruppe von Dünnschichtwachstumsverfahren kann ferner in drei Unterklassen von Abscheidung unterteilt werden. Die erste Unterklasse wird häufig als chemische Gasphasenabscheidung (CVD) bezeichnet, bei der feste Filme auf einem Substrat durch chemische Reaktion von Gasphasenchemikalien, die die gewünschten Bestandteile für die zugehörige Dünnfilmschicht enthalten, gebildet werden. Die zweite Unterklasse wird häufig als physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) bezeichnet, bei der die gewünschte Dünnfilmschicht physikalisch von einer Quelle verlagert wird, um einen Dampf zu bilden und ihn über einen Bereich mit verringertem Druck zum Substrat zu transportieren. Die verlagerte Schicht wird dann kondensiert, um die gewünschte Dünnfilmschicht zu bilden. Die dritte Unterklasse beinhaltet typischerweise das Beschichten des Substrats mit einer Flüssigkeit, die dann getrocknet wird, um die gewünschte Dünnfilmschicht zu bilden. Die Bildung von Dünnfilmschichten durch PVD umfasst solche Prozesse wie Sputtern, Verdampfung und Molekularstrahlepitaxie. Aufschleudern ist eines der am üblichsten verwendeten Verfahren für die Abscheidung von Flüssigkeiten auf einem Substrat, um eine Dünnfilmschicht zu bilden.

Dünnfilmschichten können auch zufrieden stellend gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Verfahren, wie z. B. Eintauchen, Gasphasenabscheidung durch Sputtern oder MOCVD und Sol/Gel oder organische Metallzersetzung (MOD) durch Aufschleudern gezüchtet werden. Prozesse sollten ausgewählt werden, um die gewünschten elektrischen und thermischen Eigenschaften für die resultierenden Wärmesensoren 36 herzustellen. Außerdem kann in Abhängigkeit von der Art von Materialien, die verwendet werden, um die Schichten 72, 75, 80 und 85 auszubilden, eine oder mehrere Pufferschichten oder Schutzschichten (nicht dargestellt) zwischen der Oberfläche 66 des Substrats 34 der integrierten Schaltung und/oder Schichten 72, 85, 80 und 85 angeordnet werden.

Die verschiedenen Verfahren können integriert werden, um die Herstellung der Wärmesensoren 36 auf dem Substrat 34 der integrierten Schaltung unter Verwendung von Prozessen zu ermöglichen, die mit der Herstellung von höchstintegrierten Schaltungen verbunden sind. Die Materialverwendung und der Gesamtprozess, die effizient mit der Herstellung einer Brennebenenmatrix 32 verbunden sind, können wesentlich verbessert werden. Die wärmeempfindliche Schicht 80 wird beispielsweise vorzugsweise mit ungefähr derselben Dicke gebildet, wie für die wärmeempfindlichen Elemente 50 erwünscht. Folglich wurde die Möglichkeit einer Polierbeschädigung, die mit vorherigen Verfahren verbunden ist, die zum Bilden von wärmeempfindlichen Elementen aus pyroelektrischen Materialien verwendet werden, wesentlich verringert oder beseitigt.

Für Anwendungen, in denen die wärmeempfindliche Schicht 80 aus einem pyroelektrischen Material wie z. B. Bleilanthanzirconattitanat (PLZT) gebildet wird, kann es erwünscht sein, die Schicht 80 vor oder nach dem Aufbringen der zweiten Schicht von elektrisch leitendem Material 85 auszuheilen. Die Ausheilung der Schicht 80 ist im Allgemeinen erforderlich, um die gewünschten pyroelektrischen Eigenschaften herzustellen, die für die resultierenden Wärmesensoren 36 erforderlich sind. Die Ausheilungstemperatur für Bleilanthanzirconattitanat (PLZT) kann nicht niedriger als 700 °C sein. Folglich umfasst ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung das Schaffen der festen Lösung der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75, um die Ausheilung der wärmeempfindlichen Schicht 80 mit einer Verringerung oder Abwesenheit von Erhebungen oder anderen Verformungen, die auf der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75 gebildet werden, zu ermöglichen.

Wie vorher erörtert, stellt die feste Lösung eine erhöhte Beständigkeit gegen die Bildung von Erhebungen und anderen Verformungen auf der Oberfläche der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75 während der Herstellung des wärmeempfindlichen Elements 50 und der anderen Teile der Brennebenenmatrix 32 bereit. Die glatte Oberfläche der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75 verringert den elektrischen Kriechstrom von einer Elektrode zur anderen durch das wärmeempfindliche Element 50. Die Verringerung des Kriechstroms verbessert das elektrische Signal und die visuelle Anzeige, die von den Wärmesensoren 36 erhalten wird.

Wie am besten durch 5B gezeigt, kann ein Paar von Kontaktlöchern 90 für jeden Wärmesensor 36 gebildet werden. Die Kontaktlöcher 90 werden vorzugsweise unter Verwendung von anisotropem Ätzen oder anderer photolithographischer Verfahren gebildet. Die Stütze 64 kann durch Füllen der Kontaktlöcher 90 mit einem Stützmaterial gebildet werden. Für eine Anwendung kann das Stützmaterial 95 Platin sein. Andere Arten von Material können jedoch für die Stütze 64 in Abhängigkeit von der Art von Wärmesensoren 36, die hergestellt werden sollen, sowie den Temperaturen und Prozessen, die an der Herstellung beteiligt sind, verwendet werden.

Wie durch 5C gezeigt, können nach dem Bilden der gewünschten Schichten von Material 72, 75, 80 und 85 auf der Oberfläche 66 des Substrats 34 der integrierten Schaltung und der Stützen 64 in den Schichten einzelne Wärmesensoren 36 auf dem Substrat 34 der integrierten Schaltung definiert werden. Wie vorher erörtert, wird die Opferschicht 72 während der Bearbeitung entfernt, um den Hohlraum 68 zu bilden. Verschiedene photolithographische Verfahren, einschließlich anisotropen Ätzprozessen, können verwendet werden, um die gewünschten Wärmesensoren 36 zu definieren. In Abhängigkeit von der Art von Materialien, die zum Bilden der Schichten 75, 80 und 85 verwendet werden, können die anisotropen Ätzprozesse Ionenfräsen auf Sauerstoffbasis, reaktives 10-nenätzen (RIE) oder ein magnetisch verstärktes reaktives Ionenätzen (MERIE) umfassen.

In den resultierenden Wärmesensoren 36 wird die erste Elektrode 52 vorzugsweise aus der ersten Schicht von elektrisch leitendem Material 75 gebildet. Das wärmeempfindliche Element 50 wird vorzugsweise aus dem wärmeempfindlichen Element 50 vorzugsweise aus der wärmeempfindlichen Schicht 80 gebildet. Die zweite Elektrode 54 wird vorzugsweise aus der zweiten Schicht von elektrisch leitendem Material 85 gebildet. Die Stützen 64 werden aus dem Stützmaterial 95 in den Kontaktlöchern 90 gebildet. In einer Ausführungsform kann sich die Stütze 64 für die untere Elektrode 52 an der unteren Elektrode vorbei bis zur Höhe der Stütze 64 der oberen Elektrode erstrecken. Die Stützen 64 ruhen auf den Kontaktstellen 70.

Außerdem umfassen die Wärmesensoren 36 vorzugsweise den Hohlraum 68 zwischen der ersten Elektrode 52 und der Oberfläche 66 des Substrats 34 der integrierten Schaltung. Wie vorher erörtert, weist der Hohlraum 68 vorzugsweise eine Höhe auf, die etwa einem Viertel der Wellenlänge der einfallenden Infrarotstrahlung entspricht, die von den Wärmesensoren 36 erfasst wird. Für eine Anwendung weisen die Stütze 64 und der zugehörige Hohlraum 68 eine Höhe von ungefähr zweieinhalb Mikrometer auf.

Die einzige nachstehende Tabelle stellt einen Überblick über einige Ausführungsformen in den Zeichnungen bereit. Zeichnungs-element Bevorzugter oder spezieller Begriff Allgemeiner Begriff Alternative Begriffe 16 Bahnanordnung Optik 20 Unterbrecher Vorrichtung, die den Strahl der Strahlung unterbricht 22 Signalprozessor Elektronik 24 Monitor Anzeige Elektronischer Sucher, Katodenstrahl-röhre 32 Brennebenenmatrix Matrix von Wärmesensoren 34 Substrat einer integrierten Schaltung Silicium-Umschaltmatrix 36 Pyroelektrische Sensoren Elektrodenanordnung, Wärmesensoren Bolometer 50 Pyroelektrisches Element Wärmesensor, dielektrisches Element Bariumstrontiumtitanat (BST), Bariumtitanat (BT) und Antimonsulfojodid (SbSI) oder irgendein Blei enthaltendes ferroelektrisches Material, einschließlich Bleititanat (PT), Bleilanthantitanat (PLT), Bleizirconattitanat (PZT), Bleilanthan-zirconattitanat (PLZT), Bleizinkniobat (PZN), Bleistrontiumtitanat (PSrT) und Bleiscandiumtantalat (PST). 52 Erste Dünnschicht-elektrode aus Platin und Rhodium Erstes elektrisch leitendes Element aus fester Lösung von zwei oder mehr Komponenten 54 Zweite Dünnschicht-elektrode Zweites elektrisch leitendes Element Feste Lösung aus zwei oder mehr Komponenten, können Platin und Rhodium sein 64 Stütze Mechanische Stütze

Obwohl die vorliegende Erfindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen einem Fachmann vorgeschlagen werden. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Änderungen und Modifikationen, die innerhalb den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, umfasst.


Anspruch[de]
Wärmedetektor (18) des Typs, der eine Matrix aus ebenen Sensoren (36) besitzt, wobei jeder Sensor (36) ein pyroelektrisches oder ferroelektrisches Element (50), eine untere Dünnschichtelektrode (52) und eine obere Dünnschichtelektrode (54) aufweist, wobei die untere und die obere Dünnschichtelektrode (52, 54) auf gegenüberliegenden Seiten des pyroelektrischen oder ferroelektrischen Elements (50) angeordnet sind und mit dem pyroelektrischen oder ferroelektrischen Element (50) in einer elektrischen Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Elektrode (52) eine feste Lösung aus wenigstens zwei Komponenten ist, die einen erhöhten Widerstand gegenüber der Bildung von Erhebungen auf der Oberfläche der unteren Elektrode (52) schafft. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner eine Tragstruktur umfasst, um die untere Dünnschichtelektrode in einer beabstandeten Beziehung zu einer Oberfläche eines Substrats (34) einer integrierten Schaltung zu tragen, wobei die Tragstruktur umfasst:

– wenigstens zwei Stützen (64), die sich von der Oberfläche des Substrats (34) der integrierten Schaltung erstrecken; und

– ein Paar gabelförmiger Tragarme (56, 58), wovon sich jeder von einer Dünnschichtelektrode (52, 54) erstreckt und mit den entsprechenden Stützen (64) verbunden ist.
Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Tragarm (56, 58) vollständig längs gegenüberliegender Hälften des Umfangs der Dünnschichtelektroden (52, 54) erstreckt. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Lösung aus Komponenten mit einer Austrittsarbeiten von wenigstens 4 eV besteht. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Lösung eine aus Metallen ist, die aus den Gruppen ausgewählt sind, die aus Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium und Palladium bestehen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com