(57)【要約】【課題】特に、分光学的及びＮＤＩＲ気体、液体及び固体物質の測定用途のための、低コスト、低消費電力、安定的な赤外線源の必要がある。【解決手段】層状赤外線エミッタ構造が、半透明金属層のみ、好ましくは、１つの半透明金属層（１５）と、半透明金属層（１５）の両側にある１つ又はそれよりも多くの誘電体層（１１，１２，１３，１４，１６，１７）とを含む。更に、電気加熱配線（２０）が、半透明金属層（１５）を所要の赤外線放射温度まで、好ましくは、４００℃〜１０００℃の範囲内の温度まで加熱するために、誘電体層のいずれかの内に又は間に配置される。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ又はそれよりも多くの誘電体層の間に積み重ねられた少なくとも１つの金属層と、該少なくとも１つの金属層を所要の赤外線放射温度まで、好ましくは、４００℃〜１０００℃の範囲内の温度まで加熱するために、前記誘電体層のいずれかの内に又は間に配置される、電気加熱手段とを有する、層状構造を含み、
該層状構造内の各金属層は、半透明金属層である、
層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項２】
前記層状構造は、１つだけの金属層を含む、請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項３】
前記層状構造は、半透明金属層のスタックを含む、請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項４】
前記半透明金属層の厚さは、２ｎｍ〜５ｎｍの範囲、好ましくは、３ｎｍ〜２０ｎｍの範囲、より好ましくは、５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲から選択される、請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項５】
前記半透明金属層は、熱的に安定した金属で作られ、該金属は、好ましくは、耐熱金属又は貴金属から選択され、より好ましくは、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、パラジウム、白金又はニオブのような群から選択される、請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項６】
前記誘電体層のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの半透明金属層を前記層状構造の放射外面に光学的に整合させるように構成され、前記少なくとも１つの光学的に整合する誘電体層は、好ましくは、ポリシリコン材料又は高い屈折率を有する他の誘電体材料で作られる、請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光学的に整合する誘電体層の厚さは、前記少なくとも１つの半透明金属層の厚さよりも数倍大きい、請求項６に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光学的に整合する誘電体層及び／又は前記少なくとも１つの半透明金属層は、パターン化され、部分的にパターン化される、請求項６に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項９】
前記誘電体層は、前記少なくとも１つの半透明層を取り囲んで、前記層状構造の他の層との並びに周囲の作用物質との化学反応を防止するように構成される、遮蔽層を含む、請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項１０】
前記誘電体層は、前記層状構造の異なる層の間の並びに周囲の作用物質との化学反応を防止するように構成される遮蔽層を含み、該遮蔽層のうちの少なくとも１つは、好ましくは、窒化ケイ素、多結晶、及び酸化アルミニウムのような金属酸化物の群から選択される材料で作られる、請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項１１】
前記層状構造は、放射側から反対側への順序において、
少なくとも１つの遮蔽誘電体層と、
高い屈折率を有する光学的に整合する誘電体層と、
少なくとも１つの遮蔽誘電体層と、
前記半透明金属層と、
少なくとも１つの遮蔽誘電体層とを含み、
前記電気加熱手段は、前記遮蔽誘電体層の内に又は間に配置される、
請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項１２】
前記層状構造は、放射側から反対側への順序において、
第１の遮蔽誘電体層と、
高い屈折率を有する光学的に整合する誘電体層と、
第２の遮蔽誘電体層と、
第３の遮蔽誘電体層と、
前記層状構造における唯一の金属層である前記半透明金属層と、
第４の遮蔽誘電体層と、
第５の遮蔽誘電体層と、
前記遮蔽誘電体層のいずれか１つの内に又は間に配置される前記電気加熱手段とを含む、
請求項１に記載の層状赤外線エミッタデバイス。
【請求項１３】
分光学的又はＮＤＩＲ気体、液体若しくは固体物質測定のための赤外線エミッタデバイスの使用であって、
該赤外線エミッタデバイスは、２つ又はそれよりも多くの誘電体層の間に積み重ねられた少なくとも１つの金属層と、該少なくとも１つの金属層を所要の赤外線放射温度まで、好ましくは、４００℃〜１０００℃の範囲内の温度まで加熱するために、前記誘電体層のいずれかの内に又は間に配置される、電気加熱手段とを有する、層状構造を含み、該層状構造内の各金属層は、半透明金属層である、
使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層状構造を有する光学赤外線エミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学分光計は、気体又は流体の組成が測定されなければならないときに広く用いられる。このような測定は、広範な用途において、産業、科学、医学、薬学、農業及び生物学において必要とされる。赤外線エミッタは、高精度の化学センサの開発において重要な役割を果たし、光ガスセンサシステムにおいて主要な赤外線放射素子として働く。従来的に、ＩＲ（赤外線）エミッタは、電流によって加熱されるワイヤ、フィラメント又は導電性セラミック素子の形態を取っている。赤外線放射は、加熱された表面の温度及び面積に依存する。持ち運び可能な測定デバイス及びシステム統合センサのための小型分光計についての需要は、マイクロ分光計への関心の高まりをもたらした。幾つかの商業的解決策は、例えば、タングステン又は白金の単純な薄膜エミッタに基づく。しかしながら、タングステン又は白金の放射率(emissivity)は低い。
【０００３】
光学的に黒い表面を吸収体又はエミッタとして用い得る。吸収体は熱赤外線源の熱検出器及びエミッタにおいて必要とされる。前者は後者と同じ程に高温に耐える必要がない。
【０００４】
金属の上に適切に調整された薄膜層構造を追加することによって、単純な金属表面の放射率を幾重にも増強し得る。光学構造をエミッタとして使用し得るためには、構造はエミッタ使用に必要とされる温度に耐えなければならない。典型的に、エミッタ用途では、１００℃よりも上の温度が用いられ、その構造は一層長い時間期間に亘って不変に耐えることが好ましいはずである。動作温度は、より高くてよく、例えば、少なくとも２００℃、少なくとも３００℃であってよく、或いは６５０℃より高くてさえよい。最も一般的に用いられるエミッタ温度は、１００〜１０００℃の範囲内、例えば、２５０〜４００℃の範囲内のような、２００〜６５０℃の範囲である。よって、構造は、用途についての設計温度に耐えて、極めて長い時間期間に亘って選択的な動作温度範囲内で安定的なままでなければならない。同時に、構造は、良好な光学的整合を許容しなければならない。安定性は、構造の放射率が、構造の動作寿命の持続時間に亘って、構造の動作条件における所望の波長範囲で、本質的に変化しないままであることを意味する。
【０００５】
従って、エミッタ使用に適した層状構造の製造は、要求が極めて厳しい。何故ならば、コンポーネント（部品）の有効エミッタ使用は、高温を必要とするからである。この理由のために、既知の吸収体構造の大部分は、実際にはエミッタ使用に適さない。
【０００６】
非特許文献１によって提示される吸収体構造は、赤外線エミッタとして使用され得ない。何故ならば、それはエミッタ使用において要求される温度に耐えないからである。非特許文献１の解決策では、薄い半透明の金属層及び誘電体層が、非透明金属層の上にある。薄い金属層は、誘電体層と共に、反射防止層構造を形成するので、表面からの反射は、所望の波長範囲で極めて低い。よって、低反射及びゼロ透過で、高い吸収効率を得ることができる。
【０００７】
特許文献１は、ドープされたシリコン及び不透明金属層の使用に基づく赤外線吸収体を開示している。この種の構造は、エミッタ使用において光学的に安定しない。光学的な不安定性の主な理由は、温度に依存するドーパントの活性化レベル（固溶度）である。
【０００８】
特許文献２は、非特許文献１の吸収体と同じ動作原理に基づく赤外線エミッタ構造を開示している。薄い金属層及びその下に位置する誘電体層は、非透明反射金属層の上で反射防止層として用いられる。光学的安定性は、１つ又はそれよりも多くの遮蔽層で薄い損失性金属層を保護することによって達成される。
【０００９】
非特許文献２は、特許文献１に提示されているエミッタ構造と基本的に同じ構造である吸収体構造を開示している。
【００１０】
放射効率(emission  efficiency)の高い安定的な光源は、市場で入手可能でない。現在市販されている解決策は、高価であり、低効率又は高電力消費であり、或いは別個の発光デバイスとして販売されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，１７７，６７３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／２４１６１２号明細書
【００１２】
【非特許文献１】Liddiard  K.C.,  Infrared  Physics,  1993,  vol.  34,  4,  pp.  379
【非特許文献２】”Thin  Film  absorbers  for  visible,  near−infrared,  and  short−wavelength  infrared  spectra”,  Proceedings  of  the  Eurosensors  XXIII  conference,  Procedia  Chemistry  Volume  1,  Issue  1,  September  2009,  Pages  393−396
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特に、分光学的及びＮＤＩＲ気体、液体及び固体物質の測定用途のための、低コスト、低消費電力、安定的な赤外線源の必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つの特徴は、熱質量及び熱伝導率の減少を伴う層状赤外線エミッタ構造である。
【００１５】
本発明の他の特徴は、製造コストの減少を伴う層状赤外線エミッタ構造である。
【００１６】
本発明の１つの特徴は、独立項１に記載の赤外線エミッタ装置である。本発明の好適な実施形態は、従属項に開示されている。
【００１７】
本発明の１つの特徴は、２つ又はそれよりも多くの誘電体層の間に積み重ねられた少なくとも１つの金属層と、少なくとも１つの金属層を所要の赤外線放射温度まで、好ましくは、４００℃〜１０００℃の範囲内の温度まで加熱するために、誘電体層のいずれかの内に又は間に配置される、電気加熱手段とを有する、層状構造を含み、層状構造内の各金属層は、半透明金属層である、層状赤外線エミッタデバイスである。
【００１８】
ある実施形態において、層状構造は、１つだけの金属層を含み、１つだけの金属層は、半透明金属層である。
【００１９】
ある実施形態において、層状構造は、半透明金属層のスタックを含む。
【００２０】
ある実施形態において、半透明金属層の厚さは、２ｎｍ〜５ｎｍの範囲、好ましくは、３ｎｍ〜２０ｎｍの範囲、より好ましくは、５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲から選択される。
【００２１】
ある実施形態において、半透明金属層は、熱的に安定した金属で作られ、金属は、好ましくは、耐熱金属又は貴金属から選択され、より好ましくは、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、パラジウム、白金又はニオブのような群から選択される。
【００２２】
ある実施形態において、誘電体層のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの半透明金属層を層状構造の放射外面に光学的に整合させるように構成され、少なくとも１つの光学的に整合する誘電体層は、好ましくは、ポリシリコン材料又は高い屈折率を有する他の誘電体材料で作られる。
【００２３】
ある実施形態において、少なくとも１つの光学的に整合する誘電体層は、少なくとも１つの半透明金属層と層状構造の外面との間に配置される。
【００２４】
ある実施形態において、少なくとも１つの光学的に整合する誘電体層の厚さは、少なくとも１つの半透明金属層の厚さよりも数倍大きい。
【００２５】
ある実施形態において、少なくとも１つの光学的に整合する誘電体層及び／又は少なくとも１つの半透明金属層は、パターン化され、部分的にパターン化され、或いはパターン化されない。
【００２６】
ある実施形態において、誘電体層は、少なくとも１つの半透明層を取り囲んで、層状構造の他の層との並びに周囲の作用物質との化学反応を防止するように構成される、遮蔽層を含む。
【００２７】
ある実施形態において、誘電体層は、層状構造の異なる層の間の並びに周囲の作用物質との化学反応を防止するように構成される遮蔽層を含み、遮蔽層のうちの少なくとも１つは、好ましくは、窒化ケイ素、多結晶、及び酸化アルミニウムのような金属酸化物の群から選択される材料で作られる
【００２８】
ある実施形態において、層状構造は、放射側から反対側への順序において、
少なくとも１つの遮蔽誘電体層と、
高い屈折率を有する光学的に整合する誘電体層と、
少なくとも１つの遮蔽誘電体層と、
半透明金属層と、
少なくとも１つの遮蔽誘電体層とを含み、
電気加熱手段は、遮蔽誘電体層の内に又は間に配置される。
【００２９】
ある実施形態において、層状構造は、放射側から反対側への順序において、
第１の遮蔽誘電体層と、
高い屈折率を有する光学的に整合する誘電体層と、
第２の遮蔽誘電体層と、
第３の遮蔽誘電体層と、
層状構造における唯一の金属層である半透明金属層と、
第４の遮蔽誘電体層と、
第５の遮蔽誘電体層と、
遮蔽誘電体層のいずれか１つの内に又は間に配置される電気加熱手段とを含む。
【００３０】
本発明の更なる特徴は、分光学的又はＮＤＩＲ気体、液体若しくは固体物質測定のための任意の実施態様又は実施態様の組み合わせに従った赤外線エミッタデバイスの使用である。
【００３１】
以下、添付の図面を参照して、例示的な実施形態を用いて、本発明をより詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本発明の例示的な実施形態に従った層状赤外線エミッタデバイスの側断面図を示している。
【図１Ｂ】図１Ａに示すデバイスの頂面図を示している。
【図２Ａ】本発明の例示的な実施形態に従った層状赤外線エミッタデバイスの側断面図を示している。
【図２Ｂ】図２Ａに示すデバイスの頂面図を示している。
【図３】波長の関数としてシミュレートされた放射率の例を示している。
【図４】波長の関数としてシミュレートされた放射率に対する半透明Ｎｂ層の厚さの影響の一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の１つの特徴は、半透明金属層のみ、好ましくは、１つの半透明金属層と、半透明金属層の両側にある１つ又はそれよりも多くの誘電体層(one  or  more  dielectric  layers)とを含む、層状赤外線エミッタ構造である。半透明金属は、放射エネルギの一部を吸収し、放射エネルギの他の部分は、材料を透過する。加えて、放射エネルギの第３の部分が、半透明金属の表面から反射させられ得る。よって、半透明金属は、損失性材料(lossy  material)である。その上、１つ又は複数の半透明金属層(semi−transparent  metal  layer  or  layers)を所要の赤外線放出温度まで、好ましくは、４００℃〜１０００℃の範囲内の温度まで加熱するために、電気加熱配線が誘電体層のいずれかの内に又は誘電体層のいずれかの間に配置される。誘電体層のスタックは、半透明の損失性材料と共に、最大の放射のために光学的に整合させられ得る。放射率(emissivity)は、同じ温度で黒体によって放射されるエネルギに対する表面によって放射されるエネルギを表す。誘電体層は、それらがスタックの内側の層の間の化学反応又は周囲気体と層との化学反応を防止するならば、いわゆる保護層又は遮蔽層でもあり得る。
【００３４】
特許文献２に開示されるような従来的な層状赤外線吸収体及びエミッタ構造では、スタックの底部に厚い非透明反射金属層がある。本発明に従った層状構造(layered  structure)では、厚い非透明反射金属層が回避される。これはより低い熱質量をもたらし、より速い動作をもたらす。本発明の実施形態の層状構造は、従来的な構造よりも薄くされることができ、それはより低い熱損失及び熱伝導率をもたらし、よって、低消費電力が可能である。本発明の実施形態では、パターン化された層の数がより少なくてよく、製造プロセスがより簡単であることができ、製造コストはより低いことができる。製造は、標準的なマイクロエレクトロニクスプロセス及び材料を用いて行われることができ、それは大量に低製造コストを可能にする。薄い層状構造は、最大９０％の高い放射率を有し得る。
【００３５】
保護層又は遮蔽層の故に、追加的なカプセル化又はパッケージは必ずしも必要とされない。
【００３６】
実施形態において、層状構造は、単一の光学的に半透明の薄い金属層を含んでよい。
【００３７】
熱的要求に従って層の材料を選択し得る。光学構造をエミッタとして用い得るために、構造はエミッタ使用において必要とされる温度に耐えなければならない。典型的に、エミッタ用途では、４００℃より上の温度が用いられ、構造は、好ましくは、長い時間期間に亘って変わらずに耐えなければならない。動作温度もより高くてよく、７００℃より上でさえあり得る。典型的に用いられるエミッタ温度は、４００〜１０００℃の範囲内であってよい。同時に、構造は、良好な光学的整合(optical  matching)を維持しなければならない。安定性は、構造の放射率が、構造の動作寿命の持続時間に亘って、構造の動作条件における所望の波長範囲で、本質的に不変のままであることを意味する。
【００３８】
損失性半透明金属層は、典型的に、高融点を有する金属から製造されることがあるので、デバイスは、エミッタ使用に耐える。構造の光学特性を維持するために、金属層は、動作温度で不変のままでなければならない。これに関して、動作温度という用語は、デバイスのアクティブ領域の温度を指す。加えて、デバイスの動作温度は、特にエミッタ使用において、周囲温度から実質的に逸脱する場合があることが述べられなければならない。
【００３９】
半透明層を製造するのに極めて適した金属は、例えば、モリブデン及びタングステンを含む。幾つかの実施形態では、他の材料、例えば、チタン、タンタル、白金、ニオブ、又はそれらの化合物も用い得る。
【００４０】
実施形態において、高い屈折率の誘電体材料層又は高い屈折率を有する少なくとも１つの誘電体層を備える材料層のスタックを用いて、１つ又は複数の半透明金属層に対する放射面の光学的整合(optical  matching)を達成してよい。１つ又は複数の光学的に整合する誘電体層(one  optically−matching  dielectric  layer  or  layers)は、半透明金属層と層状構造の放射外面との間に配置される。よって、層状構造は、放射率が所望の波長範囲で所望のレベルにもたらされるような方法において、その環境に光学的に整合させられる。典型的に、この波長放射範囲は、赤外線放射の範囲内に位置する。所望のレベルは、例えば、非常に低くあり得る或いは１(unity)に近くあり得る、すなわち、１００％に近い効率であり得る。ピークの放射率は、例えば、０．３〜１の範囲内になるように設計され得る。殆どの実施形態及び用途では、放射率が時間の関数として安定したままであることも重要である。
【００４１】
１つ又は複数の光学的に整合する層(optical  matching  layer  or  layers)に適した材料は、例えば、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム又はこれらの組み合わせを含む。
【００４２】
構造のパラメータを実際の用途に整合させることは、所望の放射率が達成されるように、適切な材料及びそれらの光学的厚さを求めることによって実験的に行われ得る。整合のために、計算方法及び商業的に入手可能なコンピュータプログラムを用いることも可能であり、その助けを借りて、選択される材料と共に用いられる層の厚さについての値が計算される。この後、コンポーネント（部品）を製造して、コンポーネントの特性を測定することができ、必要であるならば、最終結果を反復的に向上させることができる。光波インピーダンス理論を計算に活用することができる。薄膜の光学特性の計算は、例えば、O.  S.  Heavens,  Optical  Properties  of  Thin  Solid  Films,  Dover  Publications  Inc.,  New  York,  1954に記載されている。当業者は、本特許文献に記載される原理に従って及び上述の参考文献（O.  S.  Heavens）において提示される理論を用いることによって、適切な膜厚についての値を計算することができる。
【００４３】
実施形態において、誘電体層は、１つ又は複数の半透明金属層を取り囲んで、層状構造の他の層との並びに周囲の作用物質(ambient  agents)との化学反応を防止するように構成される、遮蔽層を含んでよい。遮蔽層は、エミッタ使用において必要とされる温度に耐え、且つ、これらの温度で、１つ又は複数の半透明金属層を、過度の酸化、過度の混合、又は何らかの他の対応する比較的急速に影響を及ぼす破壊的なメカニズムから保護し得る、遮蔽材料から製造される。より具体的には、遮蔽材料は、動作温度範囲で半透明金属層と反応しない化学的に受動的な材料を含んでよい。加えて、遮蔽層の材料は、所望の波長範囲内の光が比較的よく貫通することができる材料である。換言すれば、所望の波長範囲内で光学的に無損失性の又は僅かに損失性の材料が、材料として選択される。よって、構造の放射率の安定性を向上させることが可能である。
【００４４】
遮蔽材料のための１つの極めて良好な材料は、窒化ケイ素である。窒化ケイ素は、パッシベーション層として良好に機能する、すなわち、水又は酸素は、層を通じて拡散し得ない。よって、窒化ケイ素は、高温でさえ最内側層の酸化を防止する。遮蔽層がないならば、特に薄い金属膜及び金属導体は、酸化によって容易に損傷される。半透明層の金属原子も、窒化ケイ素を通じて拡散しない。加えて、窒化ケイ素を堆積させるために、工業的に適用可能な方法が存在する。窒化ケイ素層の助けを借りて、１０００℃より上でさえある動作温度を達成することが可能である。もちろん、用途によって要求される対応する又は他の要件を満足する何らかの他の材料から遮蔽層を製造することもできる。層状構造の動作温度がより低いように設計されるならば、利用可能な材料の範囲は広がる。層状構造の少なくとも幾つかの実施形態において考え得る他の材料は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、及び酸窒化シリコンを含む。
【００４５】
実施形態において、１つ又は複数の半透明金属層の厚さは、２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲、好ましくは、３ｎｍ〜２０ｎｍの範囲、より好ましくは、５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲から選択されてよい。
【００４６】
実施形態において、層状構造の放射領域はパターン化されてよく、部分的にパターン化されてよく、或いはパターン化されなくてよい。例えば、パターン化された放射領域は、パターン化された光学的に整合する誘電体層及び／又はパターン化された半透明な金属層によって得られてよい。層状構造の領域は、それがパターン化されないままであるならば、赤外線放射のためにより効果的に用いられる。他方、パターン化された又は部分的にパターン化された放射領域で、放射領域の正確な幾何学的形状を達成することができる。正確な幾何学的形状は、非分散赤外線（ＮＤＩＲ）用途における結像光学系の使用を可能にする。
【００４７】
発熱抵抗体又は配線のような電気加熱構造は、遮蔽誘電体層のうちのいずれか１つの内に又はそれらの間に配置されてよい。遮蔽材料の助けを借りて、構造の内側で加熱フィラメントを保護することが可能である。実施形態において、電気ヒータ構造は、層状構造の放射領域における均一な温度分布のために最適化されてよい。
【００４８】
本発明の例示的な実施形態に従った積層赤外線エミッタデバイスが、図１Ａの側断面図及び図１Ｂの頂面図に概略的に例示されている。例示的な層状赤外線エミッタ構造(layered  infrared  emitter  structure)は、シリコン基板２４の上に製造されてよい。層状構造(layered  structure)は、何らかの他の種類の基板の上に製造され得るし、或いは別個の基板２４を用いずに製造され得る。基板２４は、中央開口２５を有してよい。その場合、基板２４は、層状構造の下に支持フレームを形成することがある。基板材料２４は、例えば、中央開口２５の場所でエッチング除去されてよい。
【００４９】
例示的な層状赤外線エミッタ構造は、基板２４の上に自己支持誘電体遮蔽層１７を含んでよい。遮蔽層１７の上には、第２の誘電体遮蔽層１６、半透明金属層１５及び第３の誘電体遮蔽層１４が設けられてよい。第３の誘電体遮蔽層１４の上には、第４の誘電体遮蔽層１３と、高い屈折率を有する光学的に整合する誘電体層１２とがあってよい。光学的に整合する誘電体層１２の上には、第５の遮蔽層１１があってよく、その頂面は、エミッタデバイスの放射面１０を形成してよい。
【００５０】
一番上の遮蔽層１１には、発熱抵抗体配線２０が埋め込まれてよい。加熱電流を供給するために、頂面から発熱抵抗体配線２０に延びるコンタクト端子２１，２２が、配線２０の端に設けられてよい。発熱抵抗体２０は、代替的に、誘電体遮蔽層のような何らかの他の誘電体層に埋め込まれてよい。図１Ｂに例示する例において、発熱抵抗体２０のレイアウトは均一であるが、代替的に、層状構造の放射領域に均一な温度分布をもたらすために、発熱抵抗体のレイアウト又はパターンは調整されてよい。例えば、抵抗体配線２０の幅及び／又は間隔は、放射領域に沿う場所の関数として変化してよい。
【００５１】
放射面１０からの赤外線放射の方向は、広い矢印によって例示されている。例示の例において、層状構造及び放射面は、正面側動作(front  side  operation)のために調整される。代替的に、層状構造及び放射面は、例えば、基板２４の中央開口２５を通じる赤外線放射のための背面側動作のために調整され得る。背面側動作(back  
side  operation)のために、図１Ａの例示的な構造に例示される層は、基板２４の上に逆の順序で配置されてよい。
【００５２】
図１Ａ及び図１Ｂの実施形態に例示される例示的な層状構造における異なる層の材料及び厚さは、上述のように選択されてよい。適切な材料及び厚さの例を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2018073812.tif 000003
【００５４】
図１Ａ及び図１Ｂに示す例において、層状赤外線エミッタ構造の放射領域は、パターン化されていない。
【００５５】
本発明の他の例示的な実施形態に従った積層赤外線エミッタデバイスが、図２Ａの側断面図及び図２Ｂの頂面図に概略的に例示されている。  図２Ａ及び図２Ｂに示す例において、層状赤外線エミッタ構造の放射領域はパターン化されており、それは層状構造の全領域の幾何学的に定められた部分が放射領域として用いられることを意味する。
【００５６】
例示的な層状赤外線エミッタ構造は、シリコン基板２４の上に製造されてよい。層状構造は、何らかの他の種類の基板の上に製造されてもよく、別個の基板２４なしで製造されてもよい。その場合、基板２４は、層状構造の下に支持フレームを形成することがある。基板材料８は、例えば、中央開口２５の場所でエッチング除去されてよい。
【００５７】
例示的な層状赤外線エミッタ構造は、基板２４の上に自己支持誘電体遮蔽層１７を含んでよい。遮蔽層１７の上には、第２の誘電体遮蔽層１６及び半透明金属層１５が設けられてよい。半透明金属層１５は、それが誘電体遮蔽層１６及び層状構造の全領域の幾何学的に定められた部分に亘って延在するように、パターン化されてよい。
【００５８】
パターン化された半透明金属層１５及び第２の誘電体シールド層１６の上には、第３の誘電体遮蔽層１３及び第４の誘電体遮蔽層１３が積み重ねられてよい。遮蔽層１３の上には、高い屈折率を有する光学的に整合する誘電体層１２があってよい。光学的に整合する誘電体層１２は、それが誘電体遮蔽層１３及び層状構造の全領域の幾何学的に定められた部分に亘って延在するように、パターン化されてよい。それにより、遮蔽層１３の残りの部分を露出したままにして、層状構造の外面を形成してよい。最後に、光学的に整合する誘電体層は、第５の誘電体遮蔽層１１によって覆われ且つ取り囲まれてよく、その頂面は、エミッタデバイスの放射面１０を形成してよい。
【００５９】
一番下の遮蔽層１７には、発熱抵抗体配線２０が埋め込まれてよい。加熱電流を供給するために、遮蔽層１３の頂面から遮蔽層１３及び１６を通じて遮蔽層１７の発熱抵抗体配線２０まで延びるコンタクト端子２１，２２が、配線２０の端に設けられてよい。発熱抵抗体２０は、代替的に、何らかの他の誘電体層に埋め込まれてよい。図２Ｂに例示する例において、発熱抵抗体２０のレイアウトは均一であるが、それは均一な温度分布を提供するように調整されてよい。
【００６０】
例示の例において、層状構造及び放射面は、正面側動作のために調整される。代替的に、層状構造及び放射面は、例えば、基板２４の中央開口２５を通る赤外線放射のために背面側動作のために調整され得る。背面側動作のために、図２Ａの例示的構造に例示される層は、基板２４の上に逆の順序で配置されてよい。
【００６１】
図２Ａ及び図２Ｂの実施形態に例示される例示的な層状構造における異なる層の材料及び厚さは、上述のように選択されてよい。適切な材料及び厚さの例を表２に示す。
【００６２】
【表２】
2018073812.tif 000004
【００６３】
図３は、表１又は表２に示した例示的なパラメータを備える層状赤外線エミッタ構造についての波長の関数としてのシュミレートされた放射率の例を示している。
【００６４】
図４は、層状赤外線エミッタ構造についての波長の関数としてのシミュレートされた放射率に対する半透明Ｎｂ層の厚さの影響の例を示している。他のパラメータ値は、図３と同じである。
【００６５】
層状赤外線エミッタデバイスは、分光学的及びＮＤＩＲ気体、液体及び固体物質測定用途にとくに適している。
【００６６】
本発明及びその実施形態は上述の例に限定されず、請求項の範囲内で異なってよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０  放射面(emissive  surface)
１１  第５の遮蔽層(fifth  dielectric  shielding  layer)
１２  光学的に整合する誘電体層(optically  matching  dielectric  layer)
１３  第４の誘電体遮蔽層(fourth  dielectric  shielding  layer)
１４  第３の誘電体遮蔽層(third  dielectric  shielding  layer)
１５  半透明金属層(semi−transparent  metal  layer)
１７  自己支持誘電体遮蔽層(self−supporting  dielectric  shielding  layer)
２０  発熱抵抗体配線(heating  resistor  wiring)
２１  コンタクト端子(contact  terminal)
２２  コンタクト端子(contact  terminal)
２４  シリコン基板(silicon  substrate)
２５  中央開口(central  opening)
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
2018073812.tif 000009
【図４】
2018073812.tif 000010
【外国語明細書】
2018073812000001.pdf