(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、赤外線を吸収するように構成されたマイクロボロメータ画素薄膜構造とを備えた非冷却赤外線検出器素子であって、
上記マイクロボロメータ画素薄膜構造は、上記基板の上方に間隔があけられた位置で支持された薄膜材料を備え、
当該非冷却赤外線検出器素子は、
上記マイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支されたモノリシックの光学素子を備え、
上記薄膜材料は、導電性材料を含み、
上記薄膜材料は、少なくとも２つの導電性相互接続部によって、上記基板の上方に間隔があけられた位置で支持され、
上記モノリシックの光学素子は、上記少なくとも２つの導電性相互接続部に対して少なくとも部分的に位置決めされて、上記少なくとも２つの導電性相互接続部によって支持された、少なくとも２つの光学素子支持相互接続部によって、上記マイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支されたことを特徴とする非冷却赤外線検出器素子。
【請求項２】
上記基板は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含み、
上記少なくとも２つの間隔があけられた導電性相互接続部は、上記ＲＯＩＣと電気的に結合されたことを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項３】
上記光学素子は、光学フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項４】
上記光学素子は、偏光フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項５】
上記光学素子は、スペクトルフィルター素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項６】
上記光学素子は、光学活性フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項７】
上記光学素子は、少なくとも１つのマイクロレンズを備えたことを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項８】
上記基板と、上記基板及び上記マイクロボロメータ画素構造間の基板の上面に配置された反射板層との内部または下部に提供された１つもしくはそれ以上の放射線検出器と、
上記１つもしくはそれ以上の放射線検出器に対応し、上記１つもしくはそれ以上の放射線検出器によって垂直に位置決めされた上記反射板層において定義された１つもしくはそれ以上の開口部とをさらに備え、
上記１つもしくはそれ以上の開口部は、上記反射板層において定義された上記１つもしくはそれ以上の開口部に対応し、上記１つもしくはそれ以上の開口部によって垂直に位置決めされた上記薄膜構造において定義され、
上記光学素子は、上記薄膜構造における対応する開口部及び反射板層における対応する開口部を通って、上記放射線検出器の対応する１つの放射線検出器上に放射線の焦点が合わされるようにそれぞれが構成された１つもしくはそれ以上のマイクロレンズを備えたことを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項９】
上記１つもしくはそれ以上の放射線検出器は、可視波長から短波長赤外線波長までの放射線を検出することができる放射線検出器を備え、
上記光学素子は、上記薄膜構造における対応する開口部及び上記反射板層における対応する開口部を通って、ＶＮＳ放射線検出器の対応する１つのＶＮＳ放射線検出器上にＶＮＳ放射線の焦点が合わされるようにそれぞれが構成された１つもしくはそれ以上のマイクロレンズを備えたことを特徴とする請求項８記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項１０】
アレイとして配列された、複数の非冷却赤外線検出器素子を備えた焦点面アレイアセンブリであって、
上記複数の非冷却赤外線検出器素子のそれぞれは、
読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含む基板と、赤外線を吸収するように構成されたマイクロボロメータ画素薄膜構造とを備え、
上記マイクロボロメータ画素薄膜構造は、上記ＲＯＩＣに電気的に結合された少なくとも２つの間隔があけられた導電性相互接続部によって、上記基板の上方に間隔があけられた位置において支持された導電性薄膜材料を備え、
上記アレイの上記複数の非冷却赤外線検出器素子の少なくとも一部は、上記少なくとも２つの導電性相互接続部に対して少なくとも部分的に位置決めされ、上記少なくとも２つの導電性相互接続部によって支持された少なくとも２つの光学素子支持相互接続部によって、上記マイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支されたモノリシックの光学素子をさらに備えたことを特徴とする焦点面アレイアセンブリ。
【請求項１１】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、光学フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１２】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、偏光フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１３】
上記アレイは、少なくとも１つのマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、第１のタイプの偏光フィルター素子と、少なくとも１つの他のマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、第２の異なるタイプの偏光フィルター素子とを備えたことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１４】
上記アレイは、少なくとも１つのマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、第１のタイプの偏光フィルター素子を備え、
少なくとも１つの他のマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって光学素子が備えられていないことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１５】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、スペクトルフィルター素子を備えたことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１６】
上記アレイは、少なくとも１つのマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、第１のタイプのスペクトルフィルター素子と、少なくとも１つの他のマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、第２の異なるタイプのスペクトルフィルター素子とを備えたことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１７】
上記アレイは、少なくとも１つのマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、第１のタイプのスペクトルフィルター素子を備え、
少なくとも１つの他のマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって光学素子が備えられていないことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１８】
上記アレイは、少なくとも１つのマイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、第１のタイプのスペクトルフィルター素子と、少なくとも１つの他のマイクロボロメータ画素薄膜構造の上方及びそれにわたって懸支された、第２の異なるタイプのスペクトルフィルター素子とを備え、
上記第２のタイプのスペクトルフィルターは、上記アレイに対して参照画素を形成するように、入射する放射線から、実質的完全に、下に配置するマイクロボロメータ画素薄膜構造をブロックするように構成されたことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項１９】
上記アレイの上記非冷却赤外線検出器素子のそれぞれは、上記基板と、上記基板及び上記マイクロボロメータ画素構造間の基板の上面に配置された反射板層との内部または下部に提供された１つもしくはそれ以上の放射線検出器と、
上記１つもしくはそれ以上の放射線検出器に対応し、上記１つもしくはそれ以上の放射線検出器によって垂直に位置決めされた上記反射板層において定義された１つもしくはそれ以上の開口部とを備え、
上記１つもしくはそれ以上の開口部は、上記反射板層において定義された上記１つもしくはそれ以上の開口部に対応し、上記１つもしくはそれ以上の開口部によって垂直に位置決めされた上記薄膜構造において定義され、
上記光学素子は、上記薄膜構造における対応する開口部及び上記反射板層における対応する開口部を通って、上記放射線検出器の対応する１つの放射線検出器上に放射線の焦点が合わせられるようにそれぞれが構成されたことを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイ。
【請求項２０】
上記１つもしくはそれ以上の放射線検出器は、可視波長から短波長赤外線波長までの放射線を検出することができる放射線検出器を備え、
上記各光学素子は、上記薄膜構造における対応する開口部及び上記反射板層における対応する開口部を通って、ＶＮＳ放射線検出器の対応する１つのＶＮＳ放射線検出器上にＶＮＳ放射線の焦点が合わされるようにそれぞれが構成された１つもしくはそれ以上のマイクロレンズを備えたことを特徴とする請求項１９記載の焦点面アレイ。
【請求項２１】
デバイスウエハーと、リッドウエハーとを備えたウエハーレベルにパッケージングされた焦点面アレイアセンブリであって、
上記デバイスウエハーは、請求項１０記載の焦点面アレイアセンブリを備え、
上記リッドウエハーは、上記リッドウエハーによって、上記入射赤外線が、上記リッドウエハーを通って、上記焦点面アレイアセンブリに到着することができるように、少なくとも部分的に入射赤外線に対して透過性があって、上記デバイスウエハーに対してアセンブリングされたことを特徴とする焦点面アレイアセンブリ。
【請求項２２】
焦点面アレイアセンブリを形成する方法であって、
当該方法は、
基板を提供するステップと、
上記基板に対して、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を形成するステップと、
アレイとして配列された複数の非冷却赤外線検出器素子を形成するステップとを含み、
上記複数の非冷却赤外線検出器素子のそれぞれは、上記読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含む基板と、赤外線を吸収するように構成されたマイクロボロメータ画素薄膜構造を備え、
上記マイクロボロメータ画素薄膜構造は、上記ＲＯＩＣに対して電気的に結合された少なくとも２つの間隔があけられた導電性相互接続部によって、上記基板の上方に間隔があけられた位置において支持された導電性薄膜材料を備え、
当該方法は、
上記少なくとも２つの導電性相互接続部に対して少なくとも部分的に位置決めされ、上記少なくとも２つの導電性相互接続部によって支持された、少なくとも２つの光学素子支持相互接続部によって、上記アレイの上記複数の非冷却赤外線検出器素子の少なくとも一部の上記マイクロボロメータ画素薄膜構造の上記薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された光学素子をモノリシックで製造するステップを含んだことを特徴とする方法。
【請求項２３】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、光学フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、偏光フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、スペクトルフィルター素子を備えたことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、光学活性フィルター素子を備えたことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部のそれぞれは、上記アレイに対して参照画素を形成するように、入射する放射線から、実質的完全に、下に配置するマイクロボロメータ画素薄膜構造をブロックするように構成されたスペクトルフィルター素子を備えたことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２８】
上記アレイの上記光学素子の少なくとも一部のそれぞれは、少なくとも１つのマイクロレンズを備えたことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２９】
上記方法はさらに、
デバイスウエハーを提供し、上記デバイスウエハー上にアレイとして配列された複数の個々の検出器素子を形成するステップと、
少なくとも部分的に入射赤外線に対して透過性があるリッドウエハーを提供するステップと、
上記リッドウエハーによって、上記入射赤外線が、上記リッドウエハーを通って上記焦点面アレイアセンブリに到着することができるように、上記デバイスウエハーに対して上記リッドウエハーをアセンブリングするステップとを含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項３０】
上記リッドウエハーをアセンブリングするステップにおいて、
上記リッドウエハーと上記デバイスウエハーとの間を真空によって上記リッドウエハーを上記デバイスウエハーに対して封止してアセンブリングしてウエハーレベルのパッケージングされた焦点面アレイアセンブリを形成することを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
請求項１記載の複数の非冷却赤外線検出器素子を備えた焦点面アレイ。
【請求項３２】
上記モノリシックの光学素子は、上記光学素子は上記非冷却赤外線検出器素子の放射線検出回路の上方及びそれにわたって懸支され、他の複数の隣接した検出器素子の上記放射線検出回路の上方及びそれらにわたって懸支されないように、１対１の関係で上記非冷却赤外線検出器素子に対応する分離した画素レベルの光学素子であることを特徴とする請求項１記載の非冷却赤外線検出器素子。
【請求項３３】
上記アレイの上記分離した複数の光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、上記光学素子は上記分離した非冷却赤外線検出器素子の放射線検出回路の上方及びそれにわたって懸支され、上記アレイの他の複数の隣接した検出器素子の上記放射線検出回路の上方及びそれらにわたって懸支されないように、１対１の関係で分離した非冷却赤外線検出器素子に対応する分離した画素レベルの光学素子であるモノリシックの光学素子を備えることを特徴とする請求項１０記載の焦点面アレイアセンブリ。
【請求項３４】
上記アレイの上記分離した複数の光学素子の少なくとも一部はそれぞれ、上記光学素子は上記分離した非冷却赤外線検出器素子の放射線検出回路の上方及びそれにわたって懸支され、上記アレイの他の複数の隣接した検出器素子の上記放射線検出回路の上方及びそれらにわたって懸支されないように、１対１の関係で分離した非冷却赤外線検出器素子に対応する分離した画素レベルの光学素子であるモノリシックの光学素子を備えることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、光学素子に関し、より特に、例えば非冷却赤外線検出器デバイスなどの光検出器デバイスのための光学素子に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照．
本出願は、フェイガンＩＩＩらによって同時出願された、発明の名称“検出器デバイスのための画素レベルの光学的に遷移するフィルター素子”を有する米国出願１２／７９９，６２９号と、ベラタンによって同時出願された、発明の名称“光学的に遷移する熱検出器構造”を有する米国出願第１２／７９９，６２８号と主題において関連し、それぞれがそれらの全体において参照によりここで組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
赤外線（ＩＲ）検出器はしばしば、火災、過熱機械、飛行機、自動車、人間、及び熱放射線を放出する任意の他の物体を検出するために利用される。赤外線検出器は周囲の光条件または例えば煙もしくは霧などの、空気中の特定の事情によって影響されない。従って、赤外線検出器は、夜の視覚において、及び例えば通常の視覚が煙もしくは霧によってよく見えないときなどのように視覚が低下する条件が存在するときに使用することができる。ＩＲ検出器はまた、例えば放射計、ガス検出器、及び他のＩＲセンサなどの非画像化アプリケーションにおいて使用される。
【０００４】
過去に種々のタイプの非冷却赤外線検出器が開発された。その多くは、各検出器素子がそれぞれの画素に対応する複数の検出器素子を有する基板を含む焦点面アレイ（ＦＰＡ）を含む。その基板は、検出器素子の他の構成要素と電気的に結合され、一般的に読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）として知られた集積回路を含む。
【０００５】
一般に、赤外線検出器は、シーンにおける種々の物体の熱放射輝度における差を検出することによって動作する。その差は、次に処理される電気信号に変換される。マイクロボロメータは、伝統的な集積回路製造技術を使用して、基板材料に対して製造された赤外線検出器素子である。マイクロボロメータ検出器アレイは、薄く、低熱質量の、熱的に分離された、温度依存性のある抵抗薄膜画素構造から構成される。マイクロボロメータ薄膜画素構造は、共振吸収する４分の１波長のキャビティ設計において、長い熱分離脚によってシリコンＲＯＩＣウエハー全体を覆うように懸支される。
【０００６】
図１には、例えばチタン（Ｔｉ）、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）もしくはニッケル（Ｎｉ）及び支持シリコン窒化物、シリコン酸化物、もしくは酸窒化シリコンなどの赤外線吸収する薄い金属吸収層とともに、例えば多結晶シリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）もしくは酸化バナジウムなどの熱吸収する薄膜材料の抵抗材料の（１０００Åから４０００Åまでの）の薄い熱電気的活性層を含むマイクロボロメータ画素薄膜構造１１２を有した、従来技術の非冷却赤外線検出器素子１００を例示する。マイクロボロメータ画素薄膜構造１１２は、アルミニウム入力パッド１１４を介して（典型的には、チタンタングステン（ＴｉＷ）もしくはアルミニウムの）金属の相互接続部１０８によって、半導体基板１１０のＲＯＩＣに対して電気的に接続された長い熱分離脚１１６によって、シリコン半導体基板１１０の上方概ね２ミクロンの位置で懸支される。（典型的には、アルミニウムの）金属反射板１１８を支持基板１１０及びＲＯＩＣの表面上に配置されて共振キャビティ構造を形成し、懸支されたマイクロボロメータ画素構造１１２の薄膜における赤外線吸収を増強させる。赤外線適用のために、画素サイズは典型的には１２μｍ×１２μｍから１００μｍ×１００μｍまでの範囲である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，４５９，６８６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７７７，６８１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６９０，０１４号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１１／０，２６６，４４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マイクロボロメータの応答時間及び感度に影響を及ぼす主要な要因は、熱質量と熱分離である。マイクロボロメータ応答時間とは、検出器素子が十分な赤外線を吸収して例えば検出器素子の抵抗などの電気特性を変更させて赤外線の吸収に起因する熱を分散させるのに必要とする時間である。マイクロボロメータ感度は、マイクロボロメータ検出器素子の電気特性において十分な変化を生じさせるのに必要とされる赤外線の放射量によって決定される。マイクロボロメータ応答時間は、熱質量と熱分離との両方に反比例する。従って、熱質量の増加とともに応答時間は遅くなる。この理由は、マイクロボロメータ検出器素子の電気特性において計測できる変化を得るためには付加的な熱質量を十分に加熱するのにより多くの時間が必要とされるからである。従って、一般に、短い熱時定数を得る一方で、同時に放射線の吸収を最大とするためには、低質量のマイクロボロメータ画素を形成することが望ましい。
【０００９】
図１に図示されるように、マイクロボロメータ画素の質量を減少させるために、十分な放射線吸収特性を維持しながら熱時定数を短くするために、正方形もしくは長方形のグリッドパターンで、材料が、マイクロボロメータ画素薄膜構造１１２の薄膜材料から除去される。図１では、懸支されたマイクロボロメータ検出器画素構造１１２は、電気コンタクト１０２と電気コンタクト１０４との間の電流フローのパスに対して平行及び直交両方に対して方向付けされた導体素子部１０６を含む。例示されたように、マイクロボロメータ画素質量を減少させるために、角穴１１１の形態における開口部は、電気コンタクト１０６間で除去された材料によって定義される。その穴は典型的には、処理対象の放射線の波長と比較すると小さく寸法決めされる。この構造を用いて製造されたマイクロボロメータ画素は、時々、回折共振キャビティ（ＤＲＣ）と呼ばれる。
【００１０】
過去においては、検出器材料の最適化は、特定の帯域内での吸収を制限もしくは増強させるために利用された。偏光子とスペクトルフィルターとは別々に製造され、次に放射線クロストークの問題を生じさせる方法で、非冷却赤外線検出器素子の焦点面アレイの上方の比較的大きい距離（すなわち、画素サイズよりも大きい距離）において搭載される。モノリシックで製造されたスペクトルフィルター及び偏光子フィルターは、例えば水銀カドミウムテルル化物（ＨｇＣｄＴｅ）及びインジウムアンチモン化物（ＩｎＳｂ）の赤外線光子検出器セルなどの非熱的な光子赤外線検出器セルに提供されている。マイクロレンズアレイの個々のマイクロレンズが焦点面アレイの上面の上方及びそれにわたって、約１０ミクロンもしくはそれ以上の距離における焦点面アレイの個々の検出器素子に対して位置決めされるとともに、熱的及び非熱的な赤外線検出器の焦点面アレイの上面の上方及びそれにわたって、約１０ミクロンもしくはそれ以上の距離において、前に別々に製造されたマイクロレンズアレイを物理的に位置決めして搭載しようとする試みが行われた。そのような前に別々に製造されたマイクロレンズアレイは、それらに対する後のアセンブリ（組み立て）のために、赤外線検出器焦点面アレイ自身から別々に離れて製造される。以前に利用された検出器フィルタリング（ろ波）技術の他の例は、減光フィルター、遠隔の検出器によって動作するシャッターもしくはフィルター、特定帯域の透過を制限しもしくは増強するためのレンズ材料最適化、及び検出器パッケージングの中に組み込まれたスペクトルフィルタリング構造を含む。
【００１１】
他のケースでは、窓ガラスは、より高レベルの赤外線エネルギーに応答して赤外線をブロックするために、上昇された温度によって暗くされたサーモクロミックの酸化バナジウム膜によってコーティングされている。強誘電体材料及び溶接アークによって発生した光もしくは放射線を検出する一体型検出装置を含む透明なビューウィンドウを有する特定の溶接フードがまた製造されている。これらの溶接フードは、そのフードを着ている溶接作業員の目を保護する方法において、電界をビューイングウィンドウの強誘電体材料に印加させてビューイングウィンドウを暗くさせることによって、検出された溶接アークの存在に対応するように設計される。太陽の電磁波耐性を検出器素子に備えようとする過去の試みには、その温度使用の範囲を広げるために検出器素子の材料を変更すること、光学的な速度を減少させること、及び放射線をブロックするためにシャッターを機械的に閉じることが含まれている。太陽の電磁波耐性をカメラに対して提供しようとするもっと昔の試みには、システムの複雑性及びコストを増加させる機械的なデバイスの組み込みが含まれており、それによって、カメラがシーンを見ることの妨げとなるかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
非冷却赤外線検出器に対する画素レベルのモノリシック構造の光学素子と、モノリシック集積化されもしくは製造された光学素子が、赤外線検出器素子の対応するマイクロボロメータ画素薄膜構造の上方に懸支されてもよい焦点面アレイとがここで開示される。モノリシック構造の光学素子は、例えば、（例えば、偏光フィルター素子もしくはスペクトルフィルター素子、光学的に遷移するフィルター素子などの）光学フィルター素子または、電気的に絶縁する相互接続部によって既存の金属相互接続部に対して構造的に付着された、（例えば、回折レンズ素子もしくは屈折レンズ素子、コンセントレータレンズ素子などの）マイクロレンズ素子であってもよい。この方法においては、光学素子の設置によって熱質量に対して実質的に影響を及ぼさないし、もしくはマイクロボロメータ画素構造の熱時定数も劣化せず、またマイクロボロメータ画素構造の元の赤外線を吸収するフィルファクタを保存するために、マイクロボロメータ画素構造相互接続部によって元々消費された領域を超えた付加的なデバイスのリアルエステート（回路スペース）領域をまったく必要としない。さらに、１対１の関係で、焦点面アレイ（ＦＰＡ）の複数の検出器素子のそれぞれに対応した、別々の懸支された光学素子が提供されてもよい（すなわち、各光学素子がそれぞれの検出器素子の放射線検出器回路の上方及びそれにわたって懸支され他の隣接した検出器素子の放射線検出器回路の上方及びそれにわたって懸支されないように、及び各光学素子はフィルタリングだけを行うかもしくは放射線の焦点を合わせてそれぞれの放射線検出器素子の下に配置する放射線検出器回路に方向付けされＦＰＡの他の放射線検出器素子にはまったく方向付けされないように、別々の光学素子がＦＰＡの各それぞれの検出器素子に対して提供される。）。
【００１３】
「モノリシックで製造された」とは、画素レベルの構造がその場で製造されること意味する。すなわち、光学素子の層もしくは他の構造上の素子は、赤外線検出器素子の他の構成要素とは別々に製造されて、次に赤外線検出器素子に対してアセンブリングされるというよりもむしろ、対応する赤外線検出器素子のマイクロボロメータ画素薄膜構造にわたって所定の場所に製造される、ということを意味する。一実施態様では、モノリシック構造の光学素子は、現代のフォトリソグラフィ技術を用いて製造されてもよく、その結果、ボロメータ画素にわたって光学素子の正確なレジストレーション及びアライメントが得られる。もう１つの実施態様では、懸支された光学素子は、ＦＰＡの隣接した画素間のクロストークを最小化もしくは実質的に除去するために、マイクロボロメータ画素構造に対して、（例えば、一実施態様では約２ミクロン、もう１つの実施態様では約２ミクロン以下などのように、）十分に接近して配置されてもよい。しかしながら、例えば所定のアプリケーションに対する光学的な合焦の要件に適合してもよいように、懸支された光学素子はマイクロボロメータ画素薄膜構造に対して任意の他のより大きい距離において配置されてもよいし、もしくはより小さい距離において配置されてもよい。
【００１４】
ここで開示されたもう１つの実施態様では、重大な光学クロストークの影響が加わることなしに、検出器の熱時定数の劣化（すなわち、増加すること。）がないアクティブ方法で、及び／もしくは検出器画素と独立した熱応答チューニングを可能とする方法で、放射線のリアルタイムのフィルタリングを可能とする、光学的に遷移する画素レベルのフィルタリングが提供されてもよい。そのようなアクティブ画素レベルのフィルタリングは、すなわち、１対１の関係において（すなわち、下に配置する検出器素子それぞれに対して提供された１つの光学素子）、対応する赤外線検出器素子の、マイクロボロメータ画素薄膜構造にわたって懸支された、熱的かつ電気的に分離された光学的に遷移するフィルター素子を含む多層構造を提供することによって実装されてもよい。そのような実施態様が、例えばスペクトル赤外線の検出及び／または選択的放射線電磁波耐性などの１つもしくはそれ以上の特徴を可能とするために、光学的に遷移する画素レベルのフィルター素子を提供するように有利に実装されてもよい。
【００１５】
光学的に遷移するフィルター素子は、例えば、温度上昇にともなって、光透過性から光学反射性へともしくは光反射性から光透過性へと変化するなどの、温度にともなって変化する光学特性を有した１つもしくはそれ以上の光学的に遷移する材料から構成されたフィルター層を含んでもよい。そのような光学的に遷移する材料の例には、これらには限定されないが、例えば、半透明の材料の光透過が温度感知力を有するように、サーモクロミックである半透明材料などの、温度によって選択的に放射線を透過するように動作するサーモクロミックもしくは位相ずれ／相転移する材料を含む。例えば、一実施態様では、光学的に遷移する材料は、例えば透明なもしくは少なくとも部分的に透明な半導体状態から反射性のもしくは少なくとも部分的に反射性の金属状態へなどの、温度上昇にともなう半導体相から金属相への相転移を経験してもよい。光学的に遷移する材料の特定の例には、これらには限定されないが、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（ＧＳＴもしくはＧｅＸＳｂＹＴｅＺ）、酸化バナジウム（ＶＯ、ＶＯ２、例えばＶ２Ｏ３などのＶｎＯ２ｎ−１）、タングステンがドーピングされた酸化バナジウム（例えばＷ：ＶＯ２などのＷ：ＶＯｘ、及び化学量論的変異体）、ニオブ酸化、タンタル酸化、Ｔｉ２Ｏ３（三酸化二チタン）、Ｆｅ３Ｏ４（四酸化三鉄）、Ｍｏ９Ｏ２６（酸化モリブデン）のサーモクロミックもしくは相転移する組成を含む。そのような光学的に遷移する材料は、所望されない放射線の波長をフィルタリングしながら寄生効果を最小化するように動作する組成もしくは構成が選択的に提供されてもよい。さらに、ここの他の箇所で説明されたように、そのような材料の組成は、（例えば、例えばタングステン、アルミニウム及び／もしくはマンガンなどの他の材料をドーピングするなどによって、）変更されて、温度関数として材料の（例えば、相転移などの）光学遷移の特性を調整してもよい。
【００１６】
ここで開示された光学的に遷移するフィルター素子は、選択された光学的に遷移する１つもしくは複数の材料の特性によって制御されてもよく、すなわち、光学的に遷移する材料は、材料の遷移温度よりも低い温度で放射線を透過する一方で、それは材料の遷移温度よりも高い温度で１つもしくはそれ以上の特定の放射線の波長帯域で反射する。熱応答は、放射線の熱流束と、（例えば、光学的に遷移するフィルターもしくは光学的に遷移するフィルターと受動フィルターとの組み合わせなどを含む）フィルター素子の熱分離との結果物であるので、従ってそれは熱分離構造／形態によって制御される。この点において、光学的に遷移するフィルター素子は、光学的に遷移するフィルター素子が下に配置するマイクロボロメータ画素構造の熱時定数に影響を及ぼさないような方法で、１つもしくはそれ以上の低い熱伝導率または熱的に絶縁する１つもしくは複数の支持相互接続部及び熱分離構造／形態によって懸支されてもよい。さらに、熱分離構造／形態は、下に配置するマイクロボロメータ画素構造の、放射線流束に対する応答とは独立した方法で、放射線の流束に対する、光学的に遷移するフィルター素子の熱応答のチューニングが可能となるように実装されてもよい。
【００１７】
光学的に遷移するフィルター素子を含む検出器素子に対するアプリケーションの例には、これらには限定されないが、直接の太陽の放射線もしくは他の所望されない放射線の波長帯から、（例えば、赤外線マイクロボロメータ画素薄膜、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器画素、ミリメータ波検出器画素、ＣＭＯＳ検出器画素などの、）部分的にもしくは全体的に遮蔽する下に配置する放射線検出器回路を含む。そのような照射は、例えば、検出器素子を含む検出器デバイスが不注意に太陽に向けられたときに発生するかもしれず、結果として検出器素子に対して永久的な損傷をもたらすかもしくは延長された時間の間に検出器素子に残存するかもしれない潜像の形成をもたらすかもしれない。もう１つの例示的な実施態様では、１つもしくはそれ以上の個々の検出器素子は、同一の焦点面アレイの他の検出器素子とは異なるレベルの放射線から、下に配置する放射線検出器回路を部分的にもしくは全体的に遮蔽する光学的に遷移するフィルター素子が提供されてもよい。例えば、第１の光学的に遷移するフィルター素子は、（例えば、約５ミクロン以下の波長を有するエネルギーなどの）第１のレベルの赤外線エネルギーから、第１の検出器素子の下に配置する放射線検出器回路を遮蔽するために提供されてもよい一方で、第２の光学的に遷移するフィルター素子は、（例えば、約７ミクロン以下の波長を有するエネルギーなどの）第２のレベルの赤外線エネルギーから、隣接した第２の検出器素子の下に配置する放射線検出器回路を遮蔽するために提供されてもよい。
【００１８】
そのような損傷を回避するために、（例えば、焦点面アレイなどの）個々の検出器素子は、１つの例示的な実施態様では、（例えば、間接的に反射された太陽光、人工的な部屋の照明などの）所望された放射線の波長帯に対して実質的に透過できる状態のままであるが、（例えば、直接の太陽光、電気アーク放射などの）所望されない放射線の波長帯に対して実質的に非透過性もしくは不透明となる光学的に遷移する材料から構成された光学的に遷移するフィルター素子が提供されてもよい。そのような実施態様では、光学的に遷移するフィルターは、光学的に遷移する材料が（例えば、相転移などの）その光学遷移温度より低い温度のままであって対応する実質的には透過性の状態のままであるように、通常の動作温度で所望された放射線の波長帯に対して照射されるときにそれが十分に熱を分散する方法のみならず、所望されない帯域幅の放射線に対する照射が、相転移する材料の温度が、（例えば、相転移などの）その光学遷移温度よりも上昇し、所望されない放射線に対して少なくとも部分的に非透過性もしくは不透明となることを回避するのに十分である、急激には分散されない十分な熱を発生するような方法でもまた構成されてもよい。この方法において、光学的に遷移するフィルターは、所望された放射線を、下に配置する検出器回路に対して透過するように動作するが、所望されない放射線から、下に配置する検出器回路を自動的に遮蔽する。
【００１９】
本開示された光学的に遷移するフィルター素子は、１つの例示的な実施態様では、例えば偏光計の赤外線検出器などの他の特徴を可能とするために、（例えば、スペクトルフィルター、偏光フィルター、マイクロレンズなどの、）ここの他の箇所で開示された受動光学素子と選択的に組み合わされてもよい。本開示された光学的に遷移する画素レベルのフィルタリングが利用されてもよいアプリケーションの特定の例には、これらには限定されないが、赤外線検出器に対して太陽電磁波耐性を提供すること、温度依存性のスペクトル放射線選択性を提供すること、（例えば、天文光源の研究、星間様態の研究などの）科学的なアプリケーションを含む。
【００２０】
１つの例示的な実施態様では、それぞれが異なる波長をフィルタリングする、光学的に遷移する光学素子、受動光学素子、もしくは受動光学素子と光学的に遷移する光学素子との組み合わせの他の層と選択的に組み合わされた光学的に遷移するフィルター素子層を含む多層構造が提供されてもよい。単独で提供されようとも他の懸支された光学素子が提供されようとも、ＦＰＡの隣接した画素間のクロストークを減少させるために、下に配置するマイクロボロメータ画素構造もしく他のタイプの検出器回路に対して熱的に分離され、接近して（例えば、一実施態様では約１０ミクロンより小さい、もう１つの実施態様では約１０ミクロンより小さい及び約１ミクロン以上、もう１つの実施態様では約１ミクロンから約１０ミクロン、もう１つの実施態様では約５ミクロン以下、もう１つの実施態様では約１ミクロンから約５ミクロン、もう１つの実施態様では約２ミクロン、もう１つの実施態様では約２ミクロン以下、並びにもう１つの実施態様では１ミクロンから約２ミクロン。）、位置決めされた、多層の光学的に遷移する構造（もしくは、ここで開示された、他のタイプの懸支された光学素子）が提供されてもよい。
【００２１】
本開示された放射線検出器及び焦点面アレイが利用されてもよい赤外線アプリケーションの中には、これらには限定されないが、例えば、例えば木、植物などの自然物もしくは隠ぺい材料、（例えば、高速道路上の氷、飛行機の翼上の氷などの）偏光面上の非偏光層の識別、（例えば、天文光源の研究、星間様態の研究などの）科学的なアプリケーションの雑然とした背景において、（例えば、自動車、よろいなどの）人間が作り出した物体の識別などの分光偏光計の赤外線画像化アプリケーションが含まれる。
【００２２】
１つの態様において、非冷却赤外線検出器素子がここで開示され、当該非冷却赤外線検出器素子は、基板と、赤外線を吸収するように構成されたマイクロボロメータ画素薄膜構造とを含み、マイクロボロメータ画素薄膜構造は、基板の上方に間隔があけられた位置において支持された薄膜材料を含み、当該非冷却赤外線検出器素子は、マイクロボロメータ画素薄膜構造の薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された、モノリシックで製造された光学素子を含む。
【００２３】
もう１つの態様において、焦点面アレイアセンブリがここで開示され、当該焦点面アレイアセンブリは、アレイとして配列された複数の非冷却赤外線検出器素子を含む。複数の非冷却赤外線検出器素子それぞれは、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含む基板と、赤外線を吸収するように構成されたマイクロボロメータ画素薄膜構造とを含み、マイクロボロメータ画素薄膜構造は、ＲＯＩＣに電気的に結合された少なくとも２つの間隔があけられた導電性相互接続部によって、基板の上方に間隔があけられた位置において支持された導電性薄膜材料を含む。アレイの複数の非冷却赤外線検出器素子の少なくとも一部は、少なくとも２つの導電性相互接続部に対して少なくとも部分的に位置決めされて、当該少なくとも２つの導電性相互接続部によって支持された少なくとも２つの光学素子支持相互接続部によって、マイクロボロメータ画素薄膜構造の薄膜材料の上方及びそれにわたって支持されたモノリシックで製造された光学素子をさらに含んでもよい。また、焦点面アレイアセンブリとリッドウエハーとを含んでもよく、ウエハーレベルにパッケージングされた焦点面アレイアセンブリが開示され、リッドウエハーは、リッドウエハーによって入射赤外線がリッドウエハーを通って焦点面アレイアセンブリに到着できるように、少なくとも部分的に入射赤外線に対する透過性があって、デバイスウエハーに対してアセンブリングされる。
【００２４】
もう１つの態様において、焦点面アレイアセンブリを形成する方法がここで開示され、当該方法は、基板を提供するステップと、基板に対して、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を形成するステップと、アレイとして配列された複数の非冷却赤外線検出器素子を形成するステップとを含み、複数の非冷却赤外線検出器素子それぞれは、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含む基板と、赤外線を吸収するように構成されたマイクロボロメータ画素薄膜構造を含み、マイクロボロメータ画素薄膜構造は、ＲＯＩＣに対して電気的に結合された少なくとも２つの間隔があけられた導電性相互接続部によって、基板の上方に間隔があけられた位置において支持された導電性薄膜材料を含み、マイクロボロメータ画素薄膜構造は熱質量値を有する。当該方法はさらに、少なくとも２つの導電性相互接続部に対して少なくとも部分的に位置決めされ、当該少なくとも２つの導電性相互接続部によって支持された、少なくとも２つの光学素子支持相互接続部によって、アレイの複数の非冷却赤外線検出器素子の少なくとも一部のマイクロボロメータ画素薄膜構造の薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支された光学素子をモノリシックで製造するステップを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術の非冷却赤外線検出器素子の斜視図を例示する。
【図２】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器の斜視図を例示する。
【図３】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の斜視図を例示する。
【図４】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの上面図を例示する。
【図５】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの上面図を例示する。
【図６】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る焦点面アレイの上面図を例示する。
【図７】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの上面図を例示する。
【図８】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、波長に対する吸収率を例示する。
【図９】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、波長に対する偏光子透過率を例示する。
【図１０】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、波長に対する吸収率を例示する。
【図１１】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、波長に対する偏光子透過率を例示する。
【図１２】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の斜視図を例示する。
【図１３】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの上面図を例示する。
【図１４】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る焦点面アレイの上面図を例示する。
【図１５】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの上面図を例示する。
【図１６】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、非冷却赤外線検出器素子の材料層シーケンスの垂直断面図を例示する。
【図１７】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、波長に対する吸収率を例示する。
【図１８Ａ】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、波長に対する吸収率を例示する。
【図１８Ｂ】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、波長に対する吸収率を例示する。
【図１９】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の分解斜視図を例示する。
【図２０】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の斜視図を例示する。
【図２１】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の断面図を例示する。
【図２２】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、マイクロボロメータ画素薄膜構造の上面図を例示する。
【図２３】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の断面図を例示する。
【図２４】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の斜視図を例示する。
【図２５】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の斜視図を例示する。
【図２６】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの上面図を例示する。
【図２７】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの斜視図を例示する。
【図２８】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係るサブアレイの斜視図を例示する。
【図２９】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子の斜視図を例示する。
【図３０】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、非冷却赤外線検出器素子の材料層シーケンスの垂直断面図を例示する。
【図３１】酸化バナジウムの種々のドーピングされた組成に対する、温度に対するシート抵抗（Ｒｓｈ）を例示する。
【図３２】酸化バナジウム及びチタンアルミニウムの種々のドーピングされた組成に対する、パラレルのＲｓｈの赤外線光吸収効率の温度依存性を例示する。
【図３３】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、非冷却赤外線検出器素子の簡単化された垂直断面図を例示する。
【図３４】本開示された装置及び方法の１つの例示的な実施形態に係る、非冷却赤外線検出器素子の簡単化された垂直断面図を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図２は、その感知された熱エネルギーの２次元画像を表示する熱エネルギーを感知して電気信号を出力するように構成された１つの例示的な実施形態に係る非冷却ＩＲ検出器２１０の斜視図である。この実施形態では、ＩＲ検出器２１０は、基板２１６上に配置された焦点面アレイ（ＦＰＡ）２１２を含む。その基板２１６は読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含み、ＦＰＡ２１２は冷却されなくてもよい。ＲＯＩＣは、焦点面アレイ２１２における各ＩＲ検出器素子３００の懸支されたマイクロボロメータ検出器画素素子からの熱的に生じた電気信号を統合するように構成されてもよい。各懸支されたマイクロボロメータ検出器画素素子は、後述するように、懸支されたモノリシック構造のフィルターを含んでもよい。図２においてさらに図示するように、（例えばアクティブヒートシンクなどの）選択的な熱素子２１７が、例えば予め定義されてもよい温度範囲内で集積回路基板２１６の動作温度を維持するように使用されてもよい制御ヒートシンクの形態としての役目を果たすために、焦点面アレイ２１２から対向する、基板２１６の側に対して提供されてもよい。しかしながら、熱素子２１７は存在する必要がなく、温度安定化の形態が必要とされない、ということが理解されるであろう。
【００２７】
１つの例示的な実施形態では、焦点面アレイ２１２は、２次元アレイで配列された複数のＩＲ検出器素子３００が含まれてもよく、各検出器素子３００はＩＲ検出器２１０によって検出された各画像におけるそれぞれの画素に対応する。１つの例示的な構成では、焦点面アレイは特定のアプリケーションに対して必要に応じてもしくは要望に応じて、例えば８０×６０のアレイよりも大きいかもしくは等しいアレイサイズからメガピクセルサイズのアレイサイズまでの範囲などの任意の他のサイズのものであってもよいが、焦点面アレイ２１２は３２０×２４０のアレイで配列された７６８００個のＩＲ検出器素子３００を含んでもよい。明確とするために、しかしながら、図２は、約１４０個の検出器素子だけを概略的に図示する。焦点面アレイ２１２における検出器素子３００の全体の数はより多くても少なくてもよい、ということが認識されるであろう。図２は、２次元アレイにおいて配列された検出器素子３００を図示する。２次元アレイ構成の例は、これらには限定されないが、長方形の、八角形の、六角形の、円形などの形状を有するアレイを含む。検出器素子は、代替的には、（例えば、直線もしくは曲線の単一画素などのように）１次元アレイで配列されてもよく、特定のパターンに従わない任意の場所において提供されてもよい。
【００２８】
一実施形態では、焦点面アレイ２１２は、単一の真空パッケージ内に形成されて設置されて熱画像化のための真空パッケージングされた画素アレイ構造を形成してもよい。この実施形態では、ＩＲ検出器素子２１０は、ターゲット（シーン）領域の特定部分における熱エネルギーを検出する個別のデバイスである。非真空パッケージングされた、デバイスウエハーとリッドウエハーパッケージとの連結（コンビネーション）がまた可能であってそれらに対しては非ＩＲのＦＰＡ及び透過性のリッドであるが、例えば、ＩＲ検出器素子２１０はデバイスウエハー上に形成され、次に少なくとも部分的に赤外線に対する透過性を有した（すなわち、少なくともいくつかの赤外線透過特性を有した）リッドウエハーを真空中で封止されてアセンブリングされ、ここで、リッドウエハーとデバイスウエハーとの間は封止的に真空状態とされる。
【００２９】
ここで開示された種々の開示された実施形態が実施されてもよい、（例えば、検出器、焦点面アレイ、マイクロボロメータ薄膜、及びそれらのパッケージングのための材料並びに／または構成を含む）技術の例が特許文献１、特許文献２、特許文献３、ハンソンによって本願と同日に同時出願された、発明の名称が「マイクロボロメータ検出器に対する画素構造」の特許文献４において開示され、上述の特許文献のそれぞれがその全体において参照によりここで組み込まれる。ＩＲ検出器素子３００に加えて、焦点面アレイ２１２の構成は、代替的にもしくは追加的に、ＩＲ検出器素子３００と同様の方法で２次元アレイで配列された、（後述された）複数のＩＲ検出器素子１２００、１９００、２４００及び／もしくは２５００を含んでもよい、ということが理解されるであろう。
【００３０】
図３は、下方向に拡張され、マイクロボロメータ画素構造３１２の（例えば、チタニウム、タングステン、チタニウムタングステン（ＴｉＷ）、アルミニウム、もしくは任意の他の適切な熱導電性材料などの）熱導電性相互接続部３０８の最上部に対して実質的に位置決めされて支持された２つの光学素子支持相互接続部３２０によって、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の上方約１ミクロンから約３ミクロンの距離において懸支されたモノリシック構造の偏光子フィルター３２２の形態における光学素子を含む非冷却赤外線検出器素子３００の１つの例示的な実施形態を例示する。中空でない相互接続部もしくはより厚いもしくはより薄い壁の厚さを有した相互接続部が代替的に利用されてもよいが、１つの例示的な実施形態では、導電性相互接続部３０８は、約１７５０オングストロームの厚さの側壁を有した、（例えば、円筒型、正方形、円錐型などの）中空管状構造で構成されてもよい。導電性相互接続部３０８は、アルミニウムもしくは他の適切な熱導電性材料から形成されてもよい導電性入力パッド３１４によって、支持半導体基板２１６の読み出し集積回路に順々に結合されてもよい。一実施形態では、導電性相互接続部３０８は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２と基板２１６の回路との間に電気接続部を供給するように構成される。
【００３１】
図３に図示されるように、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、（例えば、チタニウム（Ｔｉ）、チタニウムアルミニウム（ＴｉＡｌ）、チタニウムナイトライド（ＴｉＮｉ）、ニッケルなどの）赤外線吸収する薄い金属の熱電活性層、及び（例えば、シリコンナイトライド、酸化シリコン、酸窒化シリコンなどの）支持材料とともに、（例えば、多結晶シリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）などの）熱的に吸収する抵抗薄膜材料の、（例えば、約１０００オングストロームから約４０００オングストロームの厚さなどの）薄い吸収層を含む。さらにマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の構成要素の１つの例示的な実施形態に対する詳細が、本願の図１９から図２２で図示される。他の実施形態では、（例えば、シリコン半導体基板２１６の上方またはシリコン半導体基板上に配置された反射板層の上方などというように、）基板の上方約２ミクロンよりも高い位置に懸支されるかもしくは当該基板の上方の約２ミクロンよりも低い位置に懸支されてもよいが、１つの例示的な実施形態では、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、導電性入力パッド３１４を介して、金属相互接続部３０８によって半導体基板２１６のＲＯＩＣに電気的に接続された比較的長い熱分離脚３１６によって、シリコン半導体基板２１６から約２ミクロンだけ上方で懸支されてもよい。導電性相互接続部３０８は、種々のレベルの赤外線がマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２によって吸収されるように、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の熱電活性層にわたって電流を通過させて半導体基板２１６のＲＯＩＣが熱電活性層の電気特性の変化を測定できるように電気的に結合される。
【００３２】
ＩＲを反射するための、（例えば、例えばアルミニウムなどの反射性金属もしくは他の適切な反射性非金属材料などの）反射板３１８は、支持基板２１６及びＲＯＩＣの表面上に図示されたように選択的に配置されて共振キャビティ構造を形成して懸支されたマイクロボロメータ画素構造３１２の薄膜における赤外線吸収率を高めてもよい。他の実施形態では、正方形以外の画素形状及び／または１２μｍ×１２μｍよりも小さいかもしくは１００μｍ×１００μｍよりも大きい画素サイズが利用されてもよいが、１つの例示的な実施形態では、画素幾何学的形状は正方形状であってもよく、画素領域は約１２μｍ×１２μｍから約１００μｍ×１００μｍまでの範囲であってもよい。図示されるように、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、電気コンタクト３０２と電気コンタクト３０４との間の電流フローのパスに対して平行と直交との両方に方向付けられた導電性素子部３０６によって定義された開口部３１０を形成するために、材料が正方形もしくは長方形グリッドパターンで懸支されたマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の薄膜材料から除去されることよる回折共振キャビティ（ＤＲＣ）構成で実装された。開口部３１０は、対象となる放射線の波長と比較すると小さくなるように寸法決めされてもよい。他の実施形態では、開口部が、正方形もしくは長方形以外のパターン形状を用いて、マイクロボロメータ画素薄膜構造において定義されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００３３】
本開示されたモノリシック構造の光学素子がマイクロボロメータ薄膜構造に対して懸支された構成で実装されたＩＲ検出器及び焦点面アレイの技術の例が、特許文献１、特許文献２、特許文献３、ハンソンによって本願と同日に同時出願された、発明の名称が「マイクロボロメータ検出器に対する画素構造」の特許文献４において開示され、上述の特許文献のそれぞれがその全体において参照によりここで組み込まれる。
【００３４】
さらに、図３を参照すると、モノリシック構造の偏光子フィルター３２２は、パターニングに適した剛性及び厚さからなる任意の材料のものであってもよい。１つの例示的な実施形態では、偏光子フィルター３２２は、約２５００オングストロームの厚さのアルミニウム金属であってもよい。偏光子フィルター３２２を形成するために利用されてもよい他の材料は、これらには限定されないが、例えば窒化シリコン、二酸化シリコンなどを含む。図示されたように、モノリシック構造の偏光子フィルターが細長い空間３２６によって分離された細長い格子素子（ワイヤ）３２４を含む直線状の回折格子にパターニングされてもよい。そのような回折格子もしくは他の偏光子フィルター設計の寸法は、偏光子フィルター３２２によって与えられるべき所望されたフィルタリング特性に従って変更されてもよい、ということが理解されるであろう。例えば、１つの例示的な実施形態では、回折格子３２４は、隣接するスリットの中心から中心までの間隔が１ミクロンだけ離された０．５ミクロン幅のワイヤであってもよい。もう１つの例示的な実施形態では、格子素子３２４は、隣接するスリットの中心から中心までの間隔が２．５ミクロンだけ離された１ミクロン幅のワイヤであってもよい。他の格子素子幅及び隣接するスリットの中心から中心までの間隔が可能である。この点において、格子素子幅及び隣接するスリットの中心から中心までの間隔は、例えばフィルタリングされるべき１つもしくは複数のスペクトル、必要とされる偏光子効率などの要因に基づいて選択されてもよい。
【００３５】
モノリシック構造の偏光子フィルター３２２は、対応するマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２にわたって所定の場所に位置決めされたモノリシックで製造する偏光フィルター３２２に適した任意の技術を用いて形成されてもよい。この点において、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２のアレイは、薄膜構造３１２の層が形成された後に、（例えば、約１ミクロンから３ミクロンまでのもしくは任意の他の適切な厚さの）ポリイミドの第２の層もしくは他の適切な第２の犠牲層によってコーティングされてもよい。次に、対応するモノリシック構造の偏光子フィルター３２２に対する層は第２の犠牲層の上方に形成されてもよく、相互接続部３２０は、第２の犠牲層におけるビアを介して形成されてモノリシック構造の偏光子フィルター３２２を支持してもよい。その後、第２の犠牲層は、例えば酸素プラズマ等方性エッチングなどによってアンダーカットすることによって、偏光子フィルター３２２の真下から除去されてもよい。酸素プラズマ等方性エッチングが、例えば、モノリシック構造の偏光子フィルター３２２の懸支された部分の真下をエッチングする（アンダーカットする）ために利用されてもよい。電気的に及び／もしくは熱的に絶縁する相互接続部３２０は、第１のレベルのマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を支持する導電性相互接続部３０８に直接的に接続するので、偏光子フィルター構造３２２によって、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２に対する熱質量は増加されない。相互接続部３２０もしくはモノリシック構造の偏光子フィルター３２２のいずれかまたは相互接続部３２０とモノリシック構造の偏光子フィルター３２２との両方は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２をバイパスする電流パスが形成されないように電気的に絶縁してもよい、ということが理解されるであろう。
【００３６】
モノリシック構造の偏光子フィルター３２２に対する光学素子支持相互接続部３２０は、偏光子３２２を支持して熱特性及び電気特性の要件を満たすように適した、任意の材料及び厚さのものであってもよい。例えば、偏光子フィルター構造３２２を介して導電性相互接続部３０８間の電気ショートの発生を防止するために、導電性光学素子支持相互接続部３２０は、偏光子フィルター３２２が非導電性である場合かもしくは分離した電気的に絶縁する材料が存在する場合に利用されてもよいことが理解されるであろうが、１つの例示的な実施形態では、（例えば、アルミニウムなどの）導電性の偏光子フィルター３２２は、（例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、もしくは他の適切な電気的に絶縁する材料などの）電気的に絶縁する光学素子支持相互接続部３２０によって支持されてもよい。光学素子支持相互接続部３２０は、（例えば、ポリイミド層などの）第２の犠牲層と一致する高さに対して選択可能なように製造されて、（例えば、約２ミクロンなどの）所望された間隔を得てもよく、例えばプラグ相互接続部などのように提供されてもよい。１つの例示的な実施形態では、偏光子フィルター３２２及び光学素子支持相互接続部３２０は、絶縁相互接続部を形成するために使用された、（例えば窒化シリコンなどの）絶縁材料が、（例えば、２５００オングストロームの厚さのアルミニウム金属格子などの）モノリシック構造の偏光子フィルター３２２の上面全体の一部もしくは実質的にすべてにわたって選択的に残るように（すなわち、薄く被覆されるように）製造されてもよい。しかしながら、そのような絶縁材料がモノリシック構造の偏光子フィルター３２２を薄く被覆することは必要ではない。もう１つの実施形態では、各光学素子支持相互接続部３２０は、フィルター材料の下方向に突き出た延在部から形成されてもよい。１つの例示的な実施形態では、各光学素子支持相互接続部３２０は、中空でない相互接続部またはより厚い壁の厚さもしくはより薄い壁の厚さを有した相互接続部が代替的に利用されてもよいが、約１７５０オングストロームの壁の厚さを有した、（例えば、円筒型、正方形などの）中空管状構造で構成されてもよい。
【００３７】
１つの例示的な実施形態では、焦点面アレイ２１２の隣接した非冷却赤外線検出器素子３００は、例えば隣接した赤外線検出器素子画素３００がシーン赤外線の異なる偏光成分を吸収できるように、異なって構成されたモノリシック構造の偏光子フィルター３２２が提供されてもよい。例えば、図４には、４つの隣接したマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄの２×２のサブアレイ４００が例示され、偏光子フィルター構造３２２を下部に配置しないものが図示されている。サブアレイ４００は、例えば３０ミクロン画素の３２０×２４０の多結晶シリコンのマイクロボロメータＦＰＡ２１２などの、より大きいＦＰＡ２１２の一部を形成してもよい。他の実施形態では、そのような開口部が存在してもよいが、この実施形態では、開口部３１０は画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄで形成されない。
【００３８】
図５は、２×２のサブアレイ４００の対応するマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄの上に配置する場所における偏光子フィルター構造３２２ａ−３２２ｄを含む２×２のサブアレイ５００を例示する。図５で図示されるように、図５の偏光子フィルター構造は、水平のモノリシック構造の回折構造３２２ａ、＋４５度のモノリシック構造の回折構造３２２ｂ、−４５度のモノリシック構造の回折構造３２２ｃ、及び垂直のモノリシック構造の回折構造３２２ｄを含む。図５の例示された実施形態では、（４つのストロークベクトルに対応する）４つの偏光は、２×２のサブアレイ５００において含まれる。しかしながら、図５の実施形態は例示だけであって、２つもしくはそれ以上の異なって構成されたモノリシック構造の偏光フィルター３２２の任意の他の組み合わせが同一のＦＰＡ２１２において、規則的パターンもしくは不規則的パターンで、またはランダム配列で利用されてもよい、ということが理解されるであろう。図６は、より大きい偏光画像化焦点面アレイ５５０を形成するために反復された、図５の２×２のサブアレイ５００のパターンを例示する。
【００３９】
代替の実施形態では、焦点面アレイ２１２の１つもしくはそれ以上のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、偏光子フィルター構造３２２を上に配置することなしに覆われない状態とされてもよい。例えば、図７には、＋４５度の偏光子フィルター構造３２２ｂがマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ｂがフィルタリングされずにランダムに偏光されたシーン放射線を吸収できるように省略されたことを除き、図５のサブアレイ５００と類似した２×２のサブアレイ６００が例示される。図７は例示だけであって、任意の１つもしくはそれ以上の偏光子フィルター構造３１２が省略され、及び／または任意の１つもしくはそれ以上のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２が、規則的パターンもしくは不規則的パターンで、またはランダム配列で被覆されない状態であってもよい、ということが理解されるであろう。
【００４０】
図８及び図９は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２から約２ミクロンだけ上方に製造されたモノリシック構造の格子構造の形態での偏光子フィルター３２２を有した、１つの例示的な実施形態の非冷却赤外線検出器素子３００に対する偏光感度を例示する。この実施形態では、格子構造３２２は、隣接するスリットの中心から中心までの間隔が１．２５ミクロンだけ離された０．５ミクロン幅のワイヤである格子素子３２４を有する。特に、図８には、波長に対してプロットされた吸収率が例示され、大部分は偏光子フィルター３２２が原因であるかもしれない、パラレルモードで約２％の吸収率を示す。図９には、波長に対する偏光子透過率が例示され、９５％よりも大きい垂直透過率と０．４％よりも小さい平行透過率が示されている。これが約２３７よりも大きい（＞９５／０．４）判別比を生じる。格子における吸収率はパラレルモードで約１．５％である。
【００４１】
図１０及び図１１は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の上方２ミクロンにおいて製造されたモノリシック構造の格子構造の形態における偏光子フィルター３２２を有した、１つの例示的な実施形態の非冷却赤外線検出器素子３００に対する偏光感度を例示する。この実施形態では、格子構造３２２は、中心から中心までの間隔を２．５ミクロン離して設けられた１ミクロンの幅のワイヤである格子素子３２４を有する。特に、図１０は、波長に対してプロットされた吸収率が例示され、大部分は偏光子フィルター３２２が原因であるかもしれない、パラレルモードにおいて約２％の吸収率を示す。図１１は、波長に対する偏光子透過率が例示され、９５％よりも大きい直交透過率と約２．５％の平行透過率を示す。これが約３８（＞９５／２．４）よりも大きい判別比を生じる。格子における吸収率はパラレルモードで約１．５％である。
【００４２】
図１２は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２、関連するシリコン半導体基板２１６、及び図３に関して説明された同一のタイプの選択的な反射板３１８の上方及びそれにわたって、（例えば約１ミクロンから３ミクロンの距離などにおいて、）２つの光学素子支持相互接続部３２０によって懸支されたモノリシック構造のスペクトルフィルター１２２２の形態での光学素子を含む赤外線検出器素子１２００の１つの例示的な実施形態を例示する。この点において、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、導電性入力パッド３１４を介して金属相互接続部３０８によって半導体基板２１６のＲＯＩＣに電気的に接続された比較的長い熱分離脚３１６によって、シリコン半導体基板２１６上方でそれ自身が懸支されている。図３の実施形態と同様に、他の実施形態では、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、シリコン半導体基板２１６上方約２ミクロンよりも大きい距離でもしくは約２ミクロンよりも小さい距離で懸支されてもよい。複数の赤外線検出器素子１２００は、図２に関して例示され説明された焦点面アレイ２１２を形成するために、赤外線検出器素子３００に類似した方法で利用されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００４３】
図１２の一実施形態では、モノリシック構造のスペクトルフィルター１２２２は、例えばマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２によって吸収された放射線を、特定のスペクトル帯域通過の範囲内に制限するスペクトル帯域通過を形成するような、スペクトルフィルタリング機能を供給する厚さ及び屈折率によって特徴付けられた光学薄膜層の積層として構成されてもよい。スペクトルフィルタータイプの他の例は、これらには限定されないが、（例えば、レーザ放射線をろ波するための）高域通過フィルター、低域通過フィルター、ノッチフィルターを含む。
【００４４】
例えば、スペクトルフィルター１２２２は、１つの例示的な実施形態においては、膜層１６２０、１６２２及び１６２４並びに以下の表１の対応する厚さを用いて、ＬＷＩＲを通過させるように構成されてもよく、もう１つの例示的な実施形態においては、膜層１６２０、１６２２及び１６２４並びに以下の表２の対応する厚さを用いて、ＭＷＩＲを通過させるように構成されてもよい。そのような第１の実施形態では、フィルター１２２２の全体の厚さは約０．１７ミクロンであってもよく、そのフィルター１２２２の全体の厚さによって、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２による吸収のために通過された放射線を、図１８に示されたそれらが吸収した長波波長から超長波波長までの波長に制限されてもよい。そのような第２の実施形態では、フィルター１２２２の全体の厚さは約０．１３ミクロンであってもよく、そのフィルター１２２２の全体の厚さによって、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２による吸収のために通過された放射線を、図１８に示されたそれらが吸収した中波波長に制限されてもよい。他の実施形態では、スペクトルフィルター１２２２は、他の波長の吸収を制限するように他の厚さ及び屈折率を用いて構成されてもよい、ということが理解されるであろう。代替には、スペクトルフィルター１２２２は、スペクトル帯域消去における放射線が実質的に下に配置する薄膜構造３１２によって吸収されることを回避する帯域消去機能を提供するように構成されてもよい。任意のケースでは、光学素子支持相互接続部３２０は、図３に関して上述されたように、（例えば、電気的に絶縁するＳｉＮなどの）同様の材料から同様の寸法で構成されてもよく、一実施形態では、フィルター積層の下方向に突き出ている延在部から形成されてもよい。光学素子支持相互接続部３２０は、画素熱質量に対する増加もしくは画素時定数に対する変化を最小とするように、図示されたように、（例えば、ＴｉＷなどの）導電性相互接続部３０８上に配置されてもよい。
【００４５】
さらにもう１つの実施形態では、モノリシック構造のスペクトルフィルター１２２２は、下に配置するマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を、実質的に完全に入射する放射線から遮蔽する、上に配置する光学ブロック構造と置き換えてもよい。このことは、アクティブ画像化画素としての役目を果たす非ブラインド赤外線検出器素子３００と組み合わせると参照画素としての役目を果たしてもよい「ブラインド画素」として１つもしくはそれ以上の非冷却赤外線検出器素子３００を構成するように実行されてもよい。この点においては、そのような「ブラインド」参照画素は、入射する放射線に照射されたアクティブ画像化画素の応答を測定するためのベースラインとして使用されてもよい暗信号応答を有する。例えば薄い金属反射層、反射する誘電体積層、及び吸収する金属、吸収する積層などのそのような上に配置する光学ブロックの実施形態の構造は、下に配置するマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２が応答するように設計されたスペクトル帯域において、すべての入射する放射線を実質的にブロックするのに適した材料並びに／または構成のものであってもよい。そのような実施形態では、光学ブロック構造を有した非冷却赤外線検出器素子３００は、ＦＰＡ２１２のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２にわたってランダムにもしくは体系的に分布されてもよい。
【００４６】
代替の実施形態では、焦点面アレイ２１２の１つもしくはそれ以上のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、スペクトルフィルター構造１２２２で覆われてもよい一方で、同一の焦点面アレイ２１２の１つもしくはそれ以上の他のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、上に配置するスペクトルフィルター構造１２２２を有さないで覆われない状態とされてもよい。例えば、図１３は、交互のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２だけにモノリシック集積スペクトルフィルター１２２２が提供された、２×２のサブアレイ１３００を例示する。図１３において、図４に図示されたような２×２のサブアレイ１３００の４つの隣接したマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄは、モノリシック集積スペクトルフィルター構造１２２２ａ及び１２２２ｄによって入れ替えることによって上に配置されて、フィルタリングされないシーン放射線を受信するためにマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ｂ及び３１２ｃは覆われない状態のままである。図１３は例示だけであって、任意の１つもしくはそれ以上のスペクトルフィルター構造１２２２が提供されてもよく、及び／または任意の１つもしくはそれ以上のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２が規則的パターンもしくは不規則的パターンで、またはランダム配列で被覆されない状態のままであってもよい、ということが理解されるであろう。図１４は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２に対して１つおきにモノリシック集積スペクトルフィルター構造１２２２が提供された、より大きい画素レベルのスペクトル的にろ波された画像化焦点面アレイ１４００を形成するために反復された図１３の２×２のサブアレイ１３００のパターンを例示する。
【００４７】
図１５は、２×２のサブアレイ１５００が、それぞれの代替の異なるタイプのモノリシック集積スペクトルフィルター構造１２２２によって上に配置された、図４の４つの隣接したマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄを含むもう１つの実施形態を例示する。この点において、第１のタイプのスペクトルフィルター構造（１２２２ａ及び１２２２ｄ）は、第２のタイプのスペクトルフィルター構造（１２２２ｂ及び１２２２ｃ）に隣接して位置決めされる。例えば、１つの例示的な実施形態では、第１のタイプのスペクトルフィルター構造は中波ＩＲであってもよく、第２のタイプのスペクトルフィルター構造は長波ＩＲもしくは当該長波ＩＲのサブバンドであってもよい。しかしながら、任意の他の２つもしくはそれ以上の異なるタイプのフィルター構造は、規則的パターンもしくは不規則的パターンで、またはランダム配列で、焦点面アレイ２１２のマイクロボロメータ画素薄膜構造１２２２にわたってそのように位置決めされてもよい。
【００４８】
図１６は、図１２に関して説明されて例示されたようなモノリシックスペクトルフィルター１２２２を組み込んだ非冷却赤外線検出器素子１２００の１つの例示的な実施形態に対して、材料層シーケンス１６００の垂直断面図を例示する。一実施形態では、図１６の複数の層は、基板２１６及びＲＯＩＣ１６０２の最上部に対する堆積によって形成されてもよい。図１６に図示されたように、層シーケンス１６００は、その上に配置された選択的な反射アルミニウム層３１８とともに、基板２１６のＲＯＩＣ１６０２を含む。第１のキャビティ１６０６は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２から基板２１６及び反射層３１８を分離させ、当該マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２それ自身には、窒化シリコン層１６０８及び１６１２並びにそれらの間の多結晶シリコンの熱電活性層１６１０が含まれる。マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を完成させるために、チタニウム吸収層１６１４が窒化シリコン層１６１２の上に堆積され、チタニウム吸収層１６１４自身の上に窒化シリコン層１６１６が堆積される。画素薄膜構造３１２に対して図１６において例示された特定の複数の層は例示だけであって、数、タイプ及び／もしくは厚さを変えて所望された赤外線検出器特性を得てもよい。第２のキャビティ１６１８は、スペクトルフィルター１２２２からマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を分離させ、当該スペクトルフィルター１２２２それ自身には、窒化シリコン層１６２０及び１６２４並びにそれらの間の多結晶ゲルマニウム層１６２２が含まれる。スペクトルフィルター１２２２の複数の層は、複合のスペクトルフィルター構造のスペクトル応答を定義し、数、タイプ及び／もしくは厚さを変えて所望されるスペクトル応答を得てもよい。
【００４９】
対応するマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２にわたって所定の場所においてスペクトルフィルター１２２２をモノリシックで製造するのに適した任意の技術が利用されてもよい。例えば、偏光子フィルターの実施形態に対して上述されたように、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２のアレイは、薄膜構造３１２の複数の層が形成された後に、（例えば、約１ミクロンから３ミクロン、もしくは任意の他の適切な厚さなどの）第２の層のポリイミドもしくは他の適切な第２の犠牲層でコーティングされてもよい。次に、対応するモノリシック構造のスペクトルフィルター１２２２に対する複数の層が、第２の犠牲層の上方に形成されてもよく、相互接続部３２０は第２の犠牲層におけるビアを介して形成されてスペクトルフィルター構造１２２２を支持してもよい。その後、スペクトルフィルター１２２２の層は第２の犠牲層を通って下に配置する薄膜構造３１２まで下方向にエッチングされてもよい。例えば、モノリシック構造のスペクトルフィルター１２２２の懸支された部分の真下をエッチングする（アンダーカットする）ために、酸素プラズマ等方性エッチングが利用されてもよい。相互接続部３２０は、第１のレベルのマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を支持する導電性相互接続部３０８に対して直接的に接続するので、スペクトルフィルター構造１２２２によって、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２に対する熱質量は増加されない。
【００５０】
図１６に図示されたのと同様の材料層シーケンスが、例えばマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の上方及びそれにわたって懸支されたモノリシック構造の偏光子フィルター３２２を含む、図３の非冷却赤外線検出器素子３００などのために、必要に応じてここで開示された他の光学素子実施形態のマイクロボロメータ画素薄膜構造に対して利用されてもよい。そのようなケースでは、スペクトルフィルター１２２２の層１６２０、１６２２及び１６２４が、例えば図３に関して説明されて例示されたモノリシック構造の偏光子フィルター３２２のアルミニウム金属もしくは他の適切な偏光子構造層と置き換えるなど、実装されるべき光学素子のタイプに適した材料／層と置き換えられてもよい。
【００５１】
表１は、図１６の材料層シーケンス１６００を用いた長波赤外線（ＬＷＩＲ）検出器実施形態のうちの１つの可能性がある実施形態に対する例示的な寸法を例示する。
【００５２】
【表１】
0005931054.tif 000002
【００５３】
図１７は、表１のＬＷＩＲ層構造に係る多結晶シリコンの２つのレベルの検出器実施形態に対する、波長に対する検出器の吸収率に関して、８ミクロンから１２ミクロンの長波赤外線スペクトル帯域における広帯域（長波赤外線ＬＷＩＲから超長波赤外線ＶＬＷＩＲ）のスペクトル応答を例示する。
【００５４】
表２は、図１６の材料層シーケンス１６００を用いた、中波赤外線（ＭＷＩＲ）検出器実施形態の１つの可能性がある実施形態に対する例示的な寸法を例示する。
【００５５】
【表２】
0005931054.tif 000003
【００５６】
図１８Ａは、表２のＭＷＩＲ層構造に係る多結晶シリコンの２つのレベルの検出器実施形態に対する、波長に対する検出器の吸収率に関して、３ミクロンから５ミクロンの中波赤外線スペクトル帯域におけるＭＷＩＲスペクトル応答を例示する。表１及び表２の層構造の実施形態は例示だけであって、他の材料、層構成及び層の厚さが所定のアプリケーションに対して適切なようにもしくは所望されるように利用されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００５７】
図１９から図２２は、マイクロレンズ構造１９０２の形態における光学素子が、特定の他の実施形態に対して上述された方法と同様の方法で、下方向に拡張され、ＤＲＣマイクロボロメータ画素構造３１２の、（例えば、ＴｉＷ、アルミニウムなどの）導電性相互接続部３０８の最上部に対して実質的に位置決めされて固定された、（例えば、ＳｉＮなどの）２つの絶縁する光学素子支持相互接続部３２０によって、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の上方及びそれにわたって、約３ミクロンもしくは他の適切な距離において支持され懸支される。上述された実施形態と同様に、導電性相互接続部３０８は、アルミニウムもしくは他の適切な導電性材料から形成されてもよい導電性入力パッド３１４によって、支持半導体基板２１６の読み出し集積回路に順々に結合される。この例示的な実施形態では、図示されたように、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、当該マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２において定義された４つの開口部３１０が提供される。複数の赤外線検出器素子１９００は、図２に関して例示されて説明されたような焦点面アレイ２１２を形成するために、赤外線検出器素子３００と同様の方法で利用されてもよい、ということがまた理解されるであろう。
【００５８】
図１９から図２２の実施形態では、開口部１９６０は、（例えば、アルミニウムなどの）選択的な金属反射板３１８において図示されたように定義される。金属反射板３１８の開口部１９６０は、図示されたように、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）ダイオード検出器１９８０によって順々に垂直に位置決めされた、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の開口部３１０によって垂直に位置決めされる。他の例示的なタイプの検出器１９８０は、これらには限定されないが、シリコン（Ｓｉ）ダイオード、ゲルマニウム（Ｇｅ）ダイオード、及びシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）ダイオード検出器を含む。この実施形態では、マイクロレンズ構造１９０２は、それぞれが反射板金属３１８における対応する開口部３１０及びＤＲＣ画素構造の他の構成要素を通ってＲＯＩＣ１６０２の埋め込まれた金属層１９７０の下のＳｉＯ２基板２１６内に埋め込まれた、対応するＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧｅもしくはＳｉＧｅの検出器１９８０に対して可視スペクトルと近赤外線スペクトルと短波長赤外線スペクトルとの組み合わせ（ＶＮＳ）の放射線（すなわち、実質的には可視から短波長ＩＲまでのすべての放射線）の焦点を合わせる４つのマイクロレンズ１９０４のアレイを含む。マイクロレンズ１９０４は、設計によって、回折性を有するレンズ、屈折性を有するレンズまたは屈折性と回折性との組み合わせの特性を有するレンズであってもよい。ＶＮＳ放射線以外の他のタイプの放射線を検出するように構成された検出器が、（例えば、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２がＬＷＩＲを検出するように構成された場合には短波赤外線もしくは中波赤外線などの、）他の実施形態において代替的に利用されてもよい。図示されたように、各マイクロレンズ構造１９０２は、この例示的な実施形態では、反射板金属３１８及び検出器１９８０における、対応する開口部３１０の下に配置する光学領域よりも大きい光学領域を有したコンセントレータレンズとして構成される。
【００５９】
さらに、図１９から図２２を参照すると、マイクロレンズ１９０４の画素レベルのアレイは、任意の適切な方法を用いて、ＤＲＣマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２にわたってモノリシックで製造されて当該ＤＲＣマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２に対して位置決めされてもよい。例えば、偏光フィルター及びスペクトルフィルターの実施形態に対して上述された方法と同様の方法で、（例えば、約３ミクロンもしくは任意の他の適切な厚さなどの）第２のポリイミド犠牲層がＤＲＣ画素アレイにわたって堆積されてもよい。この実施形態では、相互接続部３２０は、第２のポリイミド層におけるビアを介して形成されてマイクロレンズアレイブリッジ構造１９０２を支持してもよい。相互接続部３２０は第１のレベルのマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を支持する導電性相互接続部３０８に対して直接的に接続するので、マイクロレンズアレイブリッジ構造１９０２によって、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２に対する熱質量は増加されない。
【００６０】
１つの例示的な実施形態では、図１９から図２２の構成は、例えば、ダイオードイメージャーをベースとしたＶＮＳセンシング画素にわたって製造されたＬＷＩＲ＋ＭＷＩＲの多結晶シリコン（ａ−Ｓｉ）ＤＲＣ画素を組み込んだマルチスペクトル画素設計において、ＬＷＩＲマイクロボロメータ感度とＶＮＳ  ＩｎＧａＡｓダイオード感度との両方の同時の最大化を可能とするように実装されてもよい。そのような構成は、ＬＷＩＲ  ＤＲＣ画素構造を通ってＶＮＳ放射線を最小損失で、ＤＲＣ画素のＬＷＩＲ共振キャビティ吸収率特性を腐敗させることなしに透過させることによって、両方のスペクトル帯域において同時に感度を最大化することに対して使用されてもよい。一実施形態では、ＲＯＩＣ１６０２は、（例えば、赤外線及びＶＮＳなどの）２つのスペクトル帯域からの信号を統合するために、分離した画素内積分増幅器を利用してもよい。
【００６１】
図１９から図２２の実施形態の１つの例示的な実施形態では、金属キャビティ反射板層３１８の上方に、（例えば、約２ミクロンの距離もしくは他の適切な距離において、）懸支されたＳｉＮ／ａ−Ｓｉ／ＳｉＮ薄膜ブリッジ構造１９９６において埋め込まれた、（例えば、約２００オングストロームもしくは他の適切な厚さのＴｉＡｌ構造などの、）赤外線吸収する格子構造１９９８を含むマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を利用した、低熱質量のａ−Ｓｉ  ＬＷＩＲ  ＤＲＣ画素設計が実装されてもよい。１つの例示的な実施形態では、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の薄膜１９９６は、開口部３１０なしでも実質的にＶＮＳトランスペアレント（ＶＮＳ透過性）である約１１００オングストロームの厚さのＳｉＮ／ａ−Ｓｉ／ＳｉＮであってもよい。しかしながら、透過率は、開口部３１０に薄膜をまた提供することによってさらに改善されてもよい。例えば、１つの例示的な実施形態において、約２．５ミクロン×約２．５ミクロンまでの薄膜開口部３１０が提供されてもよい。しかしながら、例えば約３ミクロン×約３ミクロンよりも大きい薄膜開口部３１０などのように、より大きいサイズの薄膜開口部３１０がまた可能である。
【００６２】
１つの例示的な実施形態では、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の吸収構造は、隣接するスリットの中心から中心までの間隔が約５ミクロンだけ離された、約１ミクロンもしくはその他適切な幅の格子素子を含んでもよく、（例えば、約９０％よりも大きい）ＬＷＩＲ吸収率を示してもよい。そのような例示的な構成では、金属格子素子１９９８がない、約４ミクロン×４ミクロンのＶＮＳトランスペアレント（ＶＮＳ透過性）領域１９９２は、ＶＮＳ放射線が、約２．５ミクロン×約２．５ミクロンの開口部３１０と組み合わせて、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を通って効率的に透過することを可能とする。ＶＮＳトランスペアレント（ＶＮＳ透過性）領域１９９２を通ってＶＮＳ放射線の焦点を合わせるためのアレイのマイクロレンズ１９０４の使用は、ＤＲＣマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２を通り抜ける透過率を有利に最大とするために利用されてもよい。
【００６３】
一実施形態では、キャビティ反射板金属３１８は、ＤＲＣ画素設計における高い吸収率を保証するために、約９９．９％のＬＷＩＲ反射率を示す高い反射率の低損失のアルミニウム金属層であってもよい。そのような実施形態では、高い反射率は、ＶＮＳ放射線を透過させるために必要とされる開口部１９６０のサイズを最小化することによって、キャビティ反射板３１８に対して実質的に維持されてもよい。このことは、画素レベルのマイクロレンズ１９０４のアレイを利用して比較的小さい開口部１９６０それぞれの中にＶＮＳ放射線の焦点を合わせることと組み合わせて、キャビティ反射板金属層３１８において、（例えば、約２ミクロン×約２ミクロンなどの）比較的小さい開口部１９６０を提供してＶＮＳ放射線を埋め込まれたＶＮＳ検出器ダイオード１９８０に透過させることによって有利に達成されるかもしれない
【００６４】
より詳細な図２１を参照すると、個々の開口部１９６０の中にＶＮＳ放射線の焦点を合わせるように構成されたＺｎＳｅの平凸マイクロレンズ１９０４のアレイが提供されてもよく、それによって、図示されたように、焦点が合わされた放射線が（例えば、約１．５の屈折率ｎを有したＳｉＯ２基板などの）基板２１６を通って、埋め込まれたＶＮＳ検出器ダイオード１９８０に透過される。
【００６５】
表３は、例示的な１７ミクロン平方及び２０ミクロン平方のボロメータ画素サイズで構成された場合の、図１９から図２２の検出器素子１９００の構成要素に対して利用されてもよいモデル化された光学特性の１つの例示的な実施形態をリストアップする。表３は、モデル化された例示的なデータだけを含み、検出器素子１９００の特性はリストアップされたデータと異なってもよい、ということが理解されるであろう。
【００６６】
【表３】
0005931054.tif 000004
【００６７】
図２３は、（例えば、ＩｎＧａＡｓなどの）ＶＮＳダイオード検出器１９８０が反射板金属３１８における開口部１９６０の直下の基板２１６の最上部において、（例えば、接着もしくはその他の方法で付着されるなどの方法で）提供されることを除き、図２１の実施形態と同様に構成された二重帯域検出器素子１９００の代替の例示的な実施形態を例示する。この例示的な実施形態では、図示されたように、個々の開口部１９６０において位置決めされたＶＮＳ検出器ダイオード１９８０上にＶＮＳ放射線の焦点が合わされるように構成されたＺｎＳｅの平凸マイクロレンズ１９０４のアレイが提供されてもよい。
【００６８】
図１９から図２３の実施形態の集積されたＬＷＩＲ／ＶＮＳ画素設計は、一実施形態においては、高いＬＷＩＲ吸収率を維持しながら約８０％よりも大きいＬＷＩＲボロメータを通り抜けるＶＮＳ放射線透過を得るように有利に最適化されてもよい。画素レベルのマイクロレンズ１９０４の包含は、ＶＮＳ放射線検出器１９８０上に、ＤＲＣ画素を通ってＶＮＳ放射線の焦点を合わせるための付加的な機構を提供するために利用されてもよい。マイクロレンズ１９０４の構成は屈折性の光学素子として描かれてもよいが、（例えば、グレイスケールリソグラフィーによって製造された広帯域回折もしくは回折／屈折性光学設計などの）任意の他の適切な焦束光学設計が利用されてもよい。
【００６９】
焦点面アレイは、任意の適切なもしくは所望された数の検出器素子、及び／または任意の適切なもしくは所望されたサイズの検出器素子を用いて製造されてもよい。焦点面アレイ構成の実施例は、これらには限定されないが、例えば３２０×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８などの画素アレイサイズで構成された１７ミクロン平方の検出器素子画素を含む。１つの例示的な実施形態では、１７ミクロン平方の検出器素子画素は、約３．１％／Ｋの熱抵抗係数（ＴＣＲ）を有した低ノイズのａ−Ｓｉ材料を用いて、約４０ｍＫのｆ／１ノイズ等価温度差（ＮＥＴＤ）８−１２μｍと約１０ミリ秒の熱時定数とを有した６４０×４８０の画素アレイで構成されてもよい。１つの例示的な実施形態では、マイクロレンズ１９０４はＶＮＳ反射防止コーティングを利用する。
【００７０】
図１９から図２３の二重帯域検出器素子構成は例示だけであることが理解されるであろう。この点において、マイクロレンズもしくはマイクロレンズアレイ光学素子は、３つのもしくはそれ以上の異なる放射線帯域において放射線を検出することができる単一帯域の非冷却赤外線検出器もしくはマルチ帯域の検出器のマイクロボロメータ画素薄膜構造の薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支されてもよい（例えば、マイクロレンズもしくはマイクロレンズアレイ光学素子は、最上のマイクロボロメータ画素薄膜構造から最下のマイクロボロメータ画素薄膜構造の下に配置される基板に放射線を透過させるために、そこに位置決めされた開口部を有した、２つもしくはそれ以上に積層されたマイクロボロメータ画素薄膜構造を有したマルチ帯域検出器の最上のマイクロボロメータ画素薄膜構造の薄膜材料の上方及びそれにわたって懸支されてもよい。）。
【００７１】
図２４は、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２と、関連するシリコン半導体基板２１６と、図３に関して説明されたのと同一のタイプの選択的な反射板３１８との上方及びそれにわたって、（例えば、約１ミクロンから２ミクロンもしくは他の適切な距離において、）２つの光学的に透過するフィルター素子支持相互接続部２４０２によって懸支された、（例えば、サーモクロミックもしくは相転移などの）光学的に遷移するフィルター素子２４１０を含む非冷却赤外線検出器素子２４００の１つの例示的な実施形態を例示する。この点において、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、導電性入力パッド３１４を介して、金属相互接続部３０８によって、半導体基板２１６のＲＯＩＣに対して電気的に接続された比較的長い熱分離脚３１６によって、シリコン半導体基板２１６の上方に、（例えば、約２ミクロンの距離において、）それ自身が懸支されてもよい。図３の実施形態と同様に、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２は、他の実施形態においては、シリコン半導体基板２１６の上方に、約２ミクロンよりも大きい距離において懸支されてもよいし、もしくは約２ミクロンよりも小さい距離において懸支されてもよい。開示された画素レベルの光学的に遷移するフィルター素子は、これらには限定されないが、赤外線マイクロボロメータ画素薄膜、ＣＣＤ検出器画素、ミリメータ波検出器画素、ＣＭＯＳ検出器画素などを含む種々のタイプの検出器素子の上方に懸支されるかもしくは他の方法で動作可能なように配置されてもよい、ということが理解されるであろう。さらに、上述されたように、分離した光学的に遷移するフィルター素子は、ここの他の実施形態に対して上述されたような方法で、対応する下に配置する検出器画素とともにモノリシックで製造されてもよいし、もしくは別々に製造されて次に対応する個々の検出器素子にわたって付着もしくはその他の方法でアセンブリングされてもよい。
【００７２】
図２４の例示的な実施形態では、光学的に遷移するフィルター素子２４１０は、例えば、所定の選択された温度において所望された波長をろ波するように選択されるなどの、所定のアプリケーションのフィルタリングの必要要件に適した１つもしくはそれ以上の光学的に遷移する金属から構成されてもよい。そのような材料の例には、これらには限定されないが、例えばゲルマニウム−アンチモン−テルル（ＧＳＴもしくはＧｅＸＳｂＹＴｅＺ）、酸化バナジウム（ＶＯ、ＶＯ２、例えばＶ２Ｏ３などのＶｎＯ２ｎ−１）、タングステンがドーピングされた酸化バナジウム（例えばＷ：ＶＯ２などのＷ：ＶＯｘ、及び化学量論的変異体）、ニオブ酸化、タンタル酸化、Ｔｉ２Ｏ３（三酸化二チタン）、Ｆｅ３Ｏ４（四酸化三鉄）、Ｍｏ９Ｏ２６（酸化モリブデン）などのサーモクロミックもしくは相転移する組成を含む。そのような光学的に遷移する材料は、例えば、二酸化バナジウム（ＶＯ２）が約６８度より下の温度では、赤外線に対しては依然として光透過性半導体のままであって、約６８度以上の温度では赤外線に対しては光学的に不透明な（遮光性の）金属材料となるなど、材料の温度によって選択的に放射線を透過させるように動作する。１つの特定の例示的な実施形態では、化学式ＶｎＯ２ｎ−１を有した酸化バナジウムが、赤外線を選択的にろ波するための光学的に遷移する材料として利用されてもよく、ここで、ｎは１から５までの値を持つ。任意のケースでは、所定のアプリケーションのニーズを満たす、（例えば、非赤外線波長などを含む）それらの特定の放射線の波長を選択的にろ波するために、光学的に遷移する、１つもしくは複数の組成の光学的に遷移する材料が選択されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００７３】
さらに、ここの他の箇所で説明したように、光学的に遷移する材料の組成は、（例えば、例えばタングステン、アルミニウム及び／もしくはマンガンなどの他の材料をドーピングするなどによって、）変更されて、異なるアプリケーションに対する温度関数として材料の（例えば、相転移などの）光学遷移特性を調整してもよい。他の量及び／もしくは他のタイプのドーパントが利用されてもよいが、例えば、１つの例示的な実施形態では、遷移温度を下げるために、（例えば、ＶＯ２（二酸バナジウム）などの）サーモクロミック酸化バナジウムが、約１％から約１．９％のタングステンによってドーピングされてもよい。従って、より低温度では対象となる放射線の波長を実質的に吸収せず、より高温度では任意の所望されない放射線波長をろ波しながら寄生効果を最小化する光学的に遷移するフィルターを構成するために、光学的に遷移する材料は、その光学的遷移特性に基づいて選択されてもよく、及び／またはその光学的遷移特性はドーピングによって調整されてもよい。
【００７４】
表４は、スペクトルフィルター層に関して上述された、図１６の材料層シーケンス１６００を用いて、光学的に遷移するフィルター型検出器の実施形態２４００の１つの可能な実施形態の例示的な寸法を例示し、種々の他の構成が異なるアプリケーションを満たすように必要に応じて特定化されてもよいことが理解される。この点において、他の実施形態では、光学的に遷移するフィルター素子２４１０は、異なる材料、及びより厚いもしくはより薄い厚さを用いて構成されてもよい、ということが理解されるであろう。同様に、熱分離脚２４０４は、光学的に遷移するフィルター素子２４１０の熱分離に対してサポートして貢献するのに適した、任意の寸法及び／もしくは幾何学的形状を用いて構成されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００７５】
【表４】
0005931054.tif 000005
【００７６】
図１８Ｂは、表４の光学的に遷移するフィルター型の層構造に係る、多結晶シリコンの２つのレベルの検出器の実施形態に対する、波長に対する検出器吸収率に関するスペクトル応答を例示する。表４の層構造の実施形態は例だけであって、他の材料の層構造及び層の厚さが所定のアプリケーションに適したようにもしくは所定のアプリケーションに対して所望されたように利用されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００７７】
例えば、太陽の放射線は、（約８ミクロンから約１４ミクロンの）長波ＩＲよりも、（約３ミクロンから約５ミクロンの）中波ＩＲによってほとんどが構成されている。従って、赤外線検出器は、中波ＩＲを吸収するが、長波ＩＲに対して実質的に透過性がある、（例えば、タングステンがドーピングされた酸化バナジウム（Ｗ：ＶＯＸ、及び化学量論的変異体）などの）光学的に遷移する材料を用いて構成されてもよい。従って、フィルター素子の選択された光学的に遷移する材料は、十分に加熱することなしに、透過性の状態のまま、その光学的遷移温度よりも下の温度で、所望された放射線波長帯（長波ＩＲ）を、下に配置する検出器素子へと通過させる。しかしながら、所望されない波長帯（中波の太陽放射線）に対して照射すると、フィルター素子の選択された光学的に遷移する材料は、所望されない放射線を吸収し、それが不透明（遮光性）となって中波ＩＲから下に配置する検出器素子を実質的に遮蔽するポイントである、その遷移温度よりも高い温度まで加熱される。
【００７８】
光学的に遷移する材料の選択以外に、光学的に遷移するフィルター素子のフィルタリング特性を調整するかもしくはその他の方法で制御するために変更される他の設計要因は、これらには限定されないが、１）光学的に遷移するフィルターが応答する放射線波長を定義するための光学的に遷移するフィルター素子の厚さ、２）所定のスペクトルにおける放射線に対するマイクロボロメータの照射を制御するための、周囲環境から光学的に遷移するフィルター素子の熱分離と、検出器素子の下に配置する構成要素、並びに３）下に配置するマイクロボロメータによって吸収された入射する所望されない放射線の割合（パーセンテージ）を制御するための、下に配置するマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２または他の１つもしくは複数の画素検出器素子構成要素のサイズ（表面積）に対する光学的に遷移するフィルター素子サイズ（表面積）を含む。この点において、光学的に遷移するフィルター素子の厚さ及び熱分離は、光学的に遷移するフィルター素子の性能を調整するように選択され、その結果、それは、受け入れられない量の所望されない放射線が下に配置する検出器素子構成要素へと通過する機会がある前に所望されない放射線に対して非透過性となる。
【００７９】
図２４の実施形態では、光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２は、（例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）もしくは他の電気的かつ熱的に絶縁する材料などの）電気的と熱的との両方で絶縁する材料から構成され、図３に関する光学素子支持相互接続部３２０に対して上述された寸法と同様の寸法で構成されてもよい。図示されたように、光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２は、画素熱質量に対するいくらかの増加もしくは画素時定数に対する変化を最小とするために、図示されたように、（例えば、ＴｉＷなどの）導電性相互接続部３０８上に配置されてもよい。中空でない相互接続部またはより厚い壁の厚さもしくはより薄い壁の厚さを有した相互接続部が代わりに利用されてもよいが、ここで説明された他の相互接続部構造と同じように、光学支持相互接続部２４０２は、（例えば、円筒型、正方形などの）中空管状構造として構成されてもよい。光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２を熱的に断熱するように構成することは、赤外線検出器素子２４００の他の下に配置する構成要素から、光学的に遷移するフィルター素子２４１０を熱的に分離する助けとなり、それ故に、光学的に遷移するフィルター素子２４１０が、入射する放射線から吸収された熱を保持することを可能とし、その結果、そのような放射線に照射すると、光学的に遷移するフィルター素子２４１０の温度が（例えば、相転移などの）その光学的遷移温度より下の温度から、（例えば、相転移などの）その光学的遷移温度よりも上の温度まで上昇される。１つの例示的な実施形態では、光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２は、例えば、光学的に遷移するフィルター素子２４１０の下方向に突き出ている延在部のように、（例えば、酸化バナジウム及び化学量論的変異体もしくは他の適切な光学的に遷移する材料などの）光学的に遷移するフィルター素子２４１０と同一の材料から選択的に構成されてもよい。
【００８０】
その熱分離をさらに増大させるために、光学的に遷移するフィルター素子２４１０は、図示されたように、光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２から拡張して光学的に遷移するフィルター素子２４１０の本体を支持するために、フィルター素子２４１０の光学的に遷移する材料において定義された選択的な熱分離脚２４０４を用いて構成されてもよい。
【００８１】
図２５は、図２４に関して説明された方法と同様の方法で、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２と、関連するシリコン半導体基板２１６と、選択的な反射板３１８との上方及びそれにわたって、２つの電気的かつ熱的に絶縁する光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２によって、（例えば、約１ミクロンから２ミクロンもしくは他の適切な距離において、）形成されて懸支された、（例えば、サーモクロミックもしくは相転移するなどの）光学的に遷移する偏光子フィルター素子２５１０を含む非冷却赤外線検出器素子２５００の１つの例示的な実施形態を例示する。偏光子フィルター素子２５１０は、例えば、図２４の実施形態に関して説明された厚さ及び１つもしくは複数のタイプなどの任意のパターン形成が可能な光学的に遷移する材料のものであってもよい。図示されたように、モノリシック構造の偏光子フィルターは、細長い空間２５２６によって分離された細長い格子素子（ワイヤ）２４２４を含む、（例えば、周期（隣接するスリットの中心から中心までの間隔）及び方向付けを変更することができる）直線状の回折格子へと、図３の実施形態に関して説明された方法と同様の方法でパターニングされてもよい。図３の実施形態と同様に、そのような回折格子もしくは他の偏光子フィルター設計の寸法は、偏光子フィルター素子２５１０によって与えられた所望されたフィルタリング特性に従って変更されてもよく、格子素子幅及び周期（隣接するスリットの中心から中心までの間隔）は、例えばろ波されるべき１つもしくは複数のスペクトル、必要とされる偏光子効率などの要因に基づいて、所望されたフィルター効果を達成するように選択されて変更されてもよい。
【００８２】
図４に関して説明された方法と同様の方法で、焦点面アレイの隣接した非冷却赤外線検出器素子２５００は、例えば、隣接した赤外線検出器素子画素２４００がシーン赤外線の異なる偏光成分を吸収できるように、異なって構成された光学的に遷移する偏光フィルター素子２５１０が提供されてもよい。例えば、図２６は、４つの隣接した光学的に遷移する偏光フィルター素子２５１０ａ−２５１０ｄの２×２のサブアレイ２６００の１つの例示的な実施形態の上面図を例示する。サブアレイ２６００は、例えば、３０ミクロンの画素３２０×２４０の多結晶シリコンマイクロボロメータＦＰＡ２１２などの、より大きいＦＰＡ２１２の一部を形成してもよい。図２６では、２×２のサブアレイ２６００は、図４の２×２のサブアレイ４００の対応するマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄを下に配置する場所における偏光子フィルター構造２５１０ａ−２５１０ｄを含む。
【００８３】
図２６に図示されたように、偏光子フィルター構造は、水平のモノリシック構造の格子構造２５１０ｃ、＋４５度のモノリシック構造の格子構造２５１０ａ、−４５度のモノリシック構造の格子構造２５１０ｄ、及び垂直のモノリシック構造の格子構造２５１０ｂを含む。図２６の例示された実施形態では、（４つのストロークベクトルに対応する）４つの偏光は、２×２のサブアレイ２６００において含まれる。しかしながら、図２６の実施形態は例示だけであって、２つもしくはそれ以上の異なって構成されたモノリシック構造の偏光フィルター素子２５１０の任意の他の組み合わせが、同一のＦＰＡ２１２において、規則的パターンもしくは不規則的パターンで、または（例えば、図６に関して上述されて例示されたようなより大きいパターンにおけるなどの）ランダム配列において利用されてもよい、ということが理解されるであろう。図７の実施形態に関して上述されたように、焦点面アレイ２１２の１つもしくはそれ以上のマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２が偏光子フィルター構造２５１０を上に配置することなしに覆われない状態とされてもよい。
【００８４】
１つのタイプの光学素子は、例えばマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２などの下に配置する検出器素子の上方に、１つもしくはそれ以上の他のタイプの光学素子と結合されるかもしくは積層されてもよい、ということが理解されるであろう。例えば、光学的に遷移するフィルター素子は、例えば偏光フィルター素子３２２及び／もしくはスペクトルフィルター素子１２２２などの他のタイプの光学素子を用いて積層されるかもしくは結合されてもよい。この点において、図２７は、それぞれが下方向に拡張されて、それぞれのマイクロボロメータ画素構造３１２ａ−３１２ｄのそれぞれの熱導電性相互接続部３０８の最上部に実質的に位置決めされて当該最上部によって支持された２つの光学素子支持相互接続部３２０によって、それぞれのマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄの上方及びそれにわたって、約１ミクロンから約２ミクロンの距離においてそれ自身が順々に懸支されたそれぞれの偏光子フィルター３２２ａ−３２２ｄの上方及びそれにわたって、（例えば、約１ミクロンから２ミクロンもしくは他の適切な距離などにおいて、）２つの電気的かつ熱的に絶縁する光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２によって懸支された、（例えば、サーモクロミックもしくは相転移するなどの）それぞれの光学的に遷移するフィルター素子２４１０ａ−２４１０ｄをそれぞれが含む４つの隣接したＩＲ検出器素子の２×２のサブアレイ２７００の斜視図を例示する。図２７に図示されたように、光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２は下方向に拡張され、それぞれの光学素子支持相互接続部３２０の最上部に対して実質的に位置決めされて当該最上部によって支持される。
【００８５】
図２８は、それぞれが下方向に拡張され、それぞれのマイクロボロメータ画素構造３１２ａ−３１２ｄのそれぞれの熱導電性相互接続部３０８の最上部に実質的に位置決めされて当該最上部によって支持された２つの光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２によって、それぞれのマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２ａ−３１２ｄの上方及びそれにわたって、約１ミクロンから約２ミクロンの距離においてそれ自身が順々に懸支された、（例えば、サーモクロミックもしくは相転移するなどの）それぞれの光学的に遷移するフィルター素子２４１０ａ−２４１０ｄの上方及びそれにわたって、（例えば、約１ミクロンから２ミクロンもしくは他の適切な距離などにおいて、）２つの光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２によって懸支された、それぞれの偏光子フィルター３２２ａ−３２２ｄをそれぞれが含む４つの隣接したＩＲ検出器素子の２×２のサブアレイ２８００のもう１つの例示的な実施形態の斜視図を例示する。図２７に図示されたように、光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２は下方向に拡張され、それぞれの光学素子支持相互接続部３２０の最上部に対して実質的に位置決めされて当該最上部によって支持される。留意すべきことは、この実施形態では、熱分離を各光学的に遷移するフィルター素子２４１０ａ−２４１０ｄに対して提供するために、電気的かつ熱的に絶縁する光学的に遷移するフィルター素子支持相互接続部２４０２は、偏光子フィルター３２２ａ−３２２ｄと光学的に遷移するフィルター素子２４１０ａ−２４１０ｄとの両方を支持するように構成されてもよい、ということである。
【００８６】
図２７及び図２８の実施形態の特定の構成は例示だけであって、材料、構造上の構成、寸法、光学素子のタイプなどの任意の他の適切な組み合わせが利用されてもよい、ということが理解されるであろう。例えば、１より大きい数の光学素子もしくは（例えば、分離したスペクトルフィルター素子などの）他のタイプの分離した画素レベルの光学素子が、光学的に遷移するフィルター素子２４１０とマイクロボロメータ画素薄膜構造３１２もしくは他のタイプの放射線検出器回路との間の放射線パスにおいて懸支されてもよい。同様に、１より大きい数の画素レベルの光学素子もしくは（例えば、分離したスペクトルフィルター素子などの）他のタイプの分離した光学素子が、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２もしくは他のタイプの放射線検出器回路の上方及びそれにわたって順々に懸支された光学的に遷移するフィルター素子２４１０の上方及びそれにわたって懸支されてもよい。
【００８７】
図２９は、開示された装置及び方法のもう１つの例示的な実施形態に係る非冷却赤外線検出器素子２９００の斜視図を例示する。この実施形態では、非冷却赤外線検出器素子２９００は、温度によって放射線を選択的に透過するように動作する、（例えば、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（ＧＳＴもしくはＧｅＸＳｂＹＴｅＺ）、酸化バナジウム（ＶＯ、ＶＯ２、例えばＶ２Ｏ３などのＶｎＯ２ｎ−１）、タングステンがドーピングされた酸化バナジウム（例えばＷ：ＶＯ２などのＷ：ＶＯｘ、及び化学量論的変異体）、ニオブ酸化、タンタル酸化、Ｔｉ２Ｏ３（三酸化二チタン）、Ｆｅ３Ｏ４（四酸化三鉄）、Ｍｏ９Ｏ２６（酸化モリブデン）のサーモクロミックもしくは相転移する組成などの）１つもしくはそれ以上の光学的に遷移する材料を含む赤外線吸収する材料とともに、例えば多結晶シリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、もしくは酸化バナジウム（ＶＯｘ）などの抵抗材料の、（例えば、約１０００オングストロームから約４０００オングストロームの厚さなどの）薄い、熱的に感知力を有した薄膜材料を含む光学的に遷移するマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２を含む。ここの他の箇所で説明されたように、そのような材料の組成は、（例えば、例えばタングステン、アルミニウム及び／もしくはマンガンなどの他の材料を用いてドーピングするなどによって、）変更されて、温度関数として材料の光学的に遷移する特性を調整してもよい。
【００８８】
他の実施形態では、マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２がシリコン半導体基板２１６の上方約２ミクロンよりも高い位置で懸支されるかもしくは当該シリコン半導体基板２１６の上方約２ミクロンよりも低い位置で懸支されてもよいが、１つの例示的な実施形態では、赤外線検出器素子２９００のマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２は、導電性入力パッド３１４を介して、金属相互接続部３０８によって、半導体基板２１６内でＲＯＩＣに電気的に接続された比較的長い熱分離脚３１６によって、シリコン半導体基板２１６の上方約２ミクロンで懸支されてもよい。複数の赤外線検出器素子２９００は、例えば図２に関して例示されて説明された焦点面アレイ２１２などを形成するために、赤外線検出器素子３００と同様の方法で利用されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００８９】
さらに、図２９を参照すると、ＩＲを反射するための、（例えば、アルミニウムなどの）金属反射板３１８は、共振キャビティ構造を形成して懸支されたマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２の薄膜における赤外線吸収率を増大させるために、支持基板２１６及びＲＯＩＣの表面上に図示されたように選択的に配置されてもよい。正方形以外の画素形状及び／または１２μｍ×１２μｍよりも小さいかもしくは１００μｍ×１００μｍよりも大きい画素サイズが他の実施形態において利用されてもよいが、１つの例示的な実施形態では、画素幾何学的形状は正方形状であってもよく、画素領域は約１２μｍ×１２μｍから約１００μｍ×１００μｍまでの範囲であってもよい。材料が、懸支されたマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２の薄膜材料から除去されなかったのだけれど、（例えば、図３に例示されたような）ＤＲＣ構成を有したマイクロボロメータ画素構造は、（例えば、サーモクロミックもしくは相転移するなどの）光学的に遷移する熱的に吸収する材料が同様に提供されてもよい、ということが理解されるであろう。
【００９０】
図３０は、例えば図２９に関して説明されて例示されたような１つもしくはそれ以上の光学的に遷移する材料を含む光学的に遷移するマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２を有した非冷却赤外線検出器素子２９００の１つの例示的な実施形態に対する、材料層シーケンス３０００の垂直断面図を例示する。一実施形態では、図３０の層は、そこにおける基板２１６及びＲＯＩＣ１６０２の最上に堆積することによって形成されてもよい。図３０に図示されたように、層シーケンス２９００は、その上に配置された選択的な反射性アルミニウム層３１８を有した基板２１６のＲＯＩＣ１６０２を含む。キャビティは、それ自身が窒化シリコン層１６０８と窒化シリコン層１６１２とそれらの間の熱電活性多結晶シリコン層１６１０とを含む、光学的に遷移するマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２から、基板２１６と反射層３１８とを分離する。図示されたように、光学的に遷移する材料吸収層３０１４は、窒化シリコン１６１２の上に配置され、それ自身は窒化シリコン層１６１６の下に配置されてマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２を完成する。光学的に遷移する材料層３０１４は、例えば、温度によって放射線を選択的に透過するように動作する、（例えば、ＧｅＸＳｂＹＴｅＺ、酸化バナジウム（ＶｎＯｎ−１）、ニオブ酸化、タンタル酸化、Ｔｉ２Ｏ３（三酸化二チタン）、Ｆｅ３Ｏ４（四酸化三鉄）、Ｍｏ９Ｏ２６（酸化モリブデン）などの）、少なくとも１つのサーモクロミック組成であってもよい。吸収層３０１４におけるスリット２９２０もしくは他のタイプの切れ目が、吸収層にわたって導電性を妨害するために図示されたように提供されてもよい。マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２の対向する端部に結合された導電性相互接続部３０８間の吸収層３０１４を介する導電性を妨害するために位置決めされたスリット２９２０が図２９において隠れ線で図示されている。吸収層３０１４を介する導電性を回避するために、吸収層３０１４における任意の他のタイプの切れ目（不連続部）が提供されてもよい。
【００９１】
画素薄膜構造２９１２に対して図３０で例示された特定の層は例示だけであって、数、タイプ及び／もしくは厚さにおいて、変更させて所望された赤外線検出器及び／もしくは光学的に遷移する特性を得てもよい、ということが理解されるであろう。さらに、図３０で図示されたのと同様のマイクロボロメータ画素薄膜構造層シーケンス２９１２は、例えば、マイクロボロメータ画素薄膜構造の上方及びそれにわたって懸支されたモノリシック構造の偏光子フィルター３２２と、マイクロボロメータ画素薄膜構造３１２の上方及びそれにわたって懸支されたモノリシック構造のスペクトルフィルター１２２２を含む、図１２の検出器素子１２００と、マイクロボロメータ画素薄膜構造の上方及びそれにわたって懸支されたマイクロレンズ構造１９０２を含む、図２０の検出器素子１９００とを含む、図３の検出器素子３００におけるなどのように、必要に応じて、ここで開示された他の実施形態の他の検出器素子構成と組み合わせて利用されてもよい、ということがまた理解されるであろう。
【００９２】
図３１は、酸化バナジウムの種々のドーピングされた組成に対して、特に、０．００５のアルミニウムのドーピングに対して、０．００５のマンガンのドーピングに対して、及び０．０２のマンガンのドーピングに対して、５００アンプにおける、温度に対するシート抵抗（Ｒｓｈ）を例示する。図３２は、チタニウムアルミニウムに対するのみならず、図３１に関して説明された酸化バナジウムの同一の種々のドーピングされた組成に対する、パラレルのＲｓｈ赤外線光吸収効率の温度依存性を例示する。図３２のプロットから参照されるように、チタニウムアルミニウムの吸収効率は、５０度より下の温度から１５０度より上の温度まで実質的には一定の温度上昇のままである。しかしながら、種々の光学的に遷移する酸化バナジウム組成の吸収効率は、約６８度以上の温度上昇の変化量によって減少する。従って、吸収された放射線の関数として、マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２の放射線吸収（ひいては温度）の挙動が、マイクロボロメータ画素薄膜構造の吸収層に対して、温度関係に対する、所望された放射線吸収を有した光学的に遷移する材料の選択によって制御されてもよい、ということが理解されるかもしれない。
【００９３】
図３３の簡単化された例示は、例えば図３２に例示された吸収効率特性を有した光学的に遷移する（例えば、ＶＯ２などの）ＶＯＸの吸収層材料３０１４に対して約６８度より低い温度におけるなどの、マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２における光学的に遷移する材料の光学的遷移温度よりも実質的に低い比較的適度な温度において、どのように実質的にすべての入射する放射線がマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２によって放射線３３０２として吸収されるのかもしくはどのようにマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２を通って透過されてマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２に対して元の方向に放射線３３０４として反射されるのかを図式的に例示する。
【００９４】
図３４の簡単化された例示は、光キャビティ１６０６が温度上昇につれてデチューンされるように、及び画素温度が下に配置する多結晶シリコン熱電活性層１６１０に対して温度安全性の増加されたマージンを提供するために必然的に自己限定的となるように、どのように放射線吸収がマイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２の、（例えば、サーモクロミックもしくは相転移するなどの）光学的に遷移する温度よりも実質的に高い比較的より高い温度で抑えられるのかを図式的に例示する。この点において、入射する放射線の一部だけが、マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２によって放射線３３０２として吸収される一方で、入射する放射線の残りは、例えば図３２に例示された吸収効率特性を有した光学的に遷移する（例えば、ＶＯ２などの）酸化バナジウム吸収層材料３０１４に対して、約６８度以上の温度におけるなど、比較的より高い温度において、マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２の光学的に遷移する吸収層材料によって放射線３３０６として反射される。さらに、図３４に図示されるように、マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２の光学的に遷移する吸収層材料を通って透過される放射線はより少なくなって、そのようなより高い温度において、マイクロボロメータ画素薄膜構造２９１２に対して元の方向に放射線３３０４として反射される。
【００９５】
図２９及び図３０の例示的な実施形態では、熱質量の増加がほとんどないかもしくは実質的にはまったく熱質量の増加なしに、光学的に遷移する特性をマイクロボロメータ画素薄膜構造に対して有利に提供するために、光学的に遷移する材料を吸収層３０１４の中に組み込んでもよい。しかしながら、光学的に遷移するマイクロボロメータ画素薄膜構造の他の実施形態が吸収層以外のマイクロボロメータ画素薄膜構造の一部もしくは複数の部分において光学的に遷移する材料を組み込むことによって実施されてもよい、ということが理解されるであろう。例えば、中空でないもしくは断続的な光学的に遷移する材料層は、例えばチタニウムもしくはチタンアルミニウム吸収層１６１４を有したマイクロボロメータ画素薄膜構造の最上の窒化シリコン層１６１６の全体を覆って形成されるなどのように、マイクロボロメータ画素薄膜構造の最上に形成されてもよい。さらに、マイクロボロメータ画素薄膜構造の平面領域の一部もしくは複数の部分だけに光学的に遷移する材料が提供されることが可能であって、すなわち、その結果、入射する放射線の一部だけが増加する温度によってマイクロボロメータ画素薄膜構造によってブロックされるかもしくは反射される。例えば、断続的な光学的に遷移する材料層が、チタニウムもしくはチタンアルミニウム吸収層１６１４を有したマイクロボロメータ画素薄膜構造の最上の窒化シリコン層１６１６の全体を覆う、（例えば、円形ドット、正方形ドットなどの）局所化された光学的に遷移する材料セグメントのパターンを形成することによって提供されてもよい。この方法においては、温度にかかわらず、いくらかの放射線がいつも光学的に遷移する材料によって上に配置されたマイクロボロメータ画素薄膜構造の一部もしくは複数の部分を通過する一方で、放射線は、光学的に遷移する材料によって上に配置されたマイクロボロメータ画素薄膜構造のそれらの部分を通過することから選択的にブロックされる。
【００９６】
図２９から図３０及び図３３から図３４は、光学的に遷移するマイクロボロメータ画素薄膜構造として構成された光学的に遷移する放射線検出器の実施形態を例示する。しかしながら、光学的に遷移する放射線検出器素子は、温度に伴って変化する値を有した少なくとも１つの特性を測定することによって、その上に入射する放射線を感知するために、光学的に遷移する熱吸収構造を利用し、熱吸収構造に光学的に遷移する１つもしくはそれ以上の構成要素が提供された、任意の他のタイプの熱検出器素子を含んでもよい、ということが理解されるであろう。実施例は、これには限定されないが、電気抵抗、静電容量、電圧、電流、起電力などの１つもしくはそれ以上の特性の変化を測定することによって放射線を感知する熱検出器素子を含む。そのような熱検出器素子の特定の実施例は、これらには限定されないが、例えば熱電対検出器、強誘電体検出器、マイクロボロメータ検出器などを含む。
【００９７】
従って、光学的に遷移する材料構造は、所定の個々の放射線検出器素子に関連する光学的に遷移する材料構造だけが、（例えば、同一の焦点面アレイなどの、）もう１つの放射線検出器素子に方向付けられた放射線に影響を及ぼすことなしに、その所定の個々の放射線検出器素子に方向付けられた放射線に影響を及ぼすような方法で、（例えば、個々の放射線検出器素子の上方及びそれにわたって懸支された光学的に遷移するフィルター素子として、例えばマイクロボロメータ画素薄膜構造などの放射線検出器素子の一体部分としてなど、）個々の放射線検出器素子と画素レベルにおいて関連付けられてもよいことが、この開示の利益とともに理解されるであろう。さらに、ここで例示されたように、マイクロボロメータ画素薄膜構造及び（光学的に遷移するフィルター素子を含む）光学素子は、必ずしもこれは必要ではないが、いくつかの実施形態では、実質的に平面であるようにさらに特徴付けられてもよい。
【００９８】
また、開示された光学素子は、回折共振キャビティ（ＤＲＣ）構成を有したマイクロボロメータ画素薄膜構造とともに、開示された光学素子の特定の実施形態が例示されたが、開示された光学素子がＤＲＣがないマイクロボロメータ画素薄膜構造構成を用いて実装されることがまた可能である、ということが理解されるであろう。
【００９９】
本発明が種々の変形例及び代替の形態に対して適用可能であってもよい一方で、特定の実施形態は、例の目的で図示されてここで説明された。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に制限されることは意図されていない、ということが理解されるべきである。むしろ、本発明は、添付された特許請求の範囲によって定義された本発明の精神及び範囲内に含まれた、すべての変形例、均等物、及び代替物を包含すべきである。さらに、開示された装置及び方法の異なる態様が、種々の組み合わせにおいて及び／もしくは独立して利用されてもよい。従って、本発明は、ここで図示されたそれらの組み合わせだけに制限されないが、むしろ他の組み合わせを含んでもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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