(57)【要約】      （修正有）【課題】制御されたトリガ可能な手法で物理的に自己消滅可能な電子システムを提供する。【解決手段】自己消滅型デバイス１００は、少なくとも１つの予備弱体化エリア１１１を有する脆弱基板１１０を含む。加熱器１２０は、脆弱基板１１０を予備弱体化エリア１１１の近接またはそれ自体に熱的に結合させる。トリガが作動されると、加熱器１２０は、予備弱体化エリア１１１から伝搬し脆弱基板１１０を多数の破片に破壊させる亀裂により、脆弱基板１１０の自己消滅を始動させるのに十分な熱を生成する。【選択図】図１
2018067707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの予備弱体化エリアを有する脆弱基板と、
前記予備弱体化エリアの近接または位置の前記脆弱基板と熱的に結合される加熱器であって、作動されると、前記加熱器は、前記予備弱体化エリアから伝搬する亀裂により前記脆弱基板の自己消滅を始動させて前記脆弱基板を多数の破片に破壊するのに十分な熱を生成するよう構成される、加熱器と、
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記破片の大多数は、約９００μｍより小さい長さ、幅、および、高さ寸法を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記加熱器は、抵抗導電膜、マイクロ波吸収器、および、光吸収器のうちの１つである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
１つ以上の電子デバイスが前記脆弱基板上に配置され、それにより、さらに、前記脆弱基板の自己消滅が前記電子デバイスを破壊する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
予備弱体化エリアを有する脆弱基板と、
前記予備弱体化エリアの近接または位置の前記脆弱基板と熱的に結合される加熱器と、
動力源と、
トリガ回路であって、
トリガ刺激に暴露されるとトリガ信号を生成するよう構成されるセンサ、および、
前記トリガ信号により駆動されると前記動力源を前記加熱器と結合するよう構成されるスイッチであって、前記動力源と結合されると、前記加熱器は、前記予備弱体化エリアから伝搬し前記脆弱基板を多数の破片に破壊させる亀裂により、前記脆弱基板の自己消滅を始動させるのに十分な熱を生成するよう構成される、スイッチ、
を備えるトリガ回路と、
を備える、デバイス。
【請求項６】
前記脆弱基板は、残りの引張応力を有する少なくとも１つの引張応力層、および、残りの圧縮応力を有し少なくとも１つの引張応力層と機械的に結合される少なくとも１つの圧縮応力層を含み、それにより、前記少なくとも１つの引張応力層および前記少なくとも１つの圧縮応力層は自己平衡である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記センサは、放射線、電磁放射、無線周波数放射、赤外線放射、紫外線放射、ｘ線放射、可視光、レーザ光、振動、化学物質、蒸着、ガス、音、温度、時間、湿度、および、環境状態のうちの少なくとも１つを感知するよう構成される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
前記センサは、電磁放射に暴露されるとトリガ信号を生成するよう構成される光検出器である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項９】
脆弱基板上に加熱器を配置し、それにより、前記加熱器は前記脆弱基板と熱的に結合されることと、
前記加熱器の位置または近接の前記脆弱基板を事前調整して予備弱体化エリアを形成することであって、前記事前調整が前記基板を前記予備弱体化エリアで、前記脆弱基板の自己消滅を引き起こすことなく弱体化させ、所定のレベルのエネルギーの前記加熱器への後続の印加は、前記予備弱体化エリアから伝搬する亀裂に起因する前記脆弱基板の前記自己消滅を引き起こす、形成することと、
を備える、方法。
【請求項１０】
前記脆弱基板を事前調整することは、前記事前調整プロセスの前に、前記脆弱基板の自己消滅を始動させるのに必要なエネルギーの約５％より大きいエネルギーを、前記脆弱基板へ印加することを備える、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、自己消滅型基板を備えるデバイスに関し、さらに、関連する方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
制御されたトリガ可能な手法で物理的に自己消滅可能な電子システムは、セキュリティおよびサプライチェーンの一体性の管理など、様々な用途において有用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
自己消滅型デバイスは、少なくとも１つの予備弱体化エリアを有する脆弱基板を含む。加熱器は、予備弱体化エリアの近接または位置において脆弱基板と熱的に結合される。作動されると、加熱器は、予備弱体化エリアから伝搬して脆弱基板を壊し多くの破片にさせる亀裂による脆弱基板の自己消滅を始動させるのに十分な熱を生成する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一部の実施形態は、予備弱体化エリアを有する脆弱基板、および、予備弱体化エリアの近接または位置において脆弱基板と熱的に結合される加熱器、を備える、自己消滅型デバイスに向けられている。さらに、デバイスは、動力源およびトリガ回路を含む。トリガ回路は、センサおよびスイッチを含む。センサは、トリガ刺激に暴露されると、トリガ信号を生成する。スイッチは、トリガ信号により駆動されると、動力源を加熱器と結合する。加熱器が動力源と結合されると、加熱器は、予備弱体化エリアから伝搬して脆弱基板を壊し多くの破片にさせる亀裂による脆弱基板の自己消滅を始動させるのに十分な熱を生成する。
【０００５】
一部の実施形態は、脆弱基板に関与する方法に向けられている。本方法は、脆弱基板上に加熱器を配置することを含み、それにより、加熱器は脆弱基板と熱的に結合される。脆弱基板は、加熱器の位置または加熱器の位置の近接において事前調整され、予備弱体化エリアを形成する。事前調整は、脆弱基板の自己消滅を誘発することなく基板を予備弱体化エリアで弱体化させ、それにより、後に所定レベルのエネルギーを加熱器へ印加することにより、予備弱体化エリアから伝搬する亀裂に起因する脆弱基板の自己消滅を誘発する。
【０００６】
本出願のこれらの態様および他の態様は、以下の詳細な説明により明らかになるであろう。しかしながら、いかなる場合も、上記の概要は、主張される主題を限定するものと解釈されるべきでなく、主題は添付の請求項によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一部の実施形態による、エネルギーへの暴露に応答して自己消滅するよう構成される自己消滅型デバイスを示す。
【図２】図２は、一部の実施形態による、さらに、加熱器を作動させるエネルギー源を含む自己消滅型デバイスを示す。
【図３Ａ】図３Ａは、一部の実施形態による、脆弱基板の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一部の実施形態による、脆弱基板の断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一部の実施形態による、脆弱基板の断面図である。
【図４】図４は、一部の実施形態による、エネルギー源およびトリガ回路を含む自己消滅型デバイスを図示する図である。
【図５】図５は、図４の自己消滅型デバイスを使用する方法を図示するフロー図である。
【図６】図６は、一部の実施形態による、脆弱基板上に配置される自己限定型の抵抗加熱器を備える自己消滅型デバイスの図である。
【図７】図７は、図６に図示される自己消滅型デバイスの自己消滅を起動させる一般的な方法を示すフロー図である。
【図８】図８は、一部の実施形態による、２つの抵抗部分の間に直列に接続されるヒューズ型の限流部分を備える自己限定型の抵抗素子を有する自己消滅型デバイスの一部分を示す透視図である。
【図９】図９は、一部の実施形態による、脆弱基板の上部表面に直接的に配置されるパターン化された金属層構造を備える自己限定型の抵抗素子を示す上面図である。
【図１０】図１０は、一部の実施形態による、脆弱基板の上部表面に直接的に配置されるパターン化された金属層構造を備える自己限定型の抵抗素子を示す上面図である。
【図１１】図１１は、一部の実施形態による、トリガ刺激の存在および／または量を検知するよう構成されるセンサを含む遠隔的に（無線で）制御可能なトリガメカニズムを含む自己消滅型デバイスを示す回路図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、一部の実施形態にしたがって、センサおよび／またはスイッチ素子が脆弱基板上に直接的に製作または搭載されるか、または、半導体層上に電子素子と共に製作される、簡略化された過渡電子デバイスを示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、一部の実施形態にしたがって、センサおよび／またはスイッチ素子が脆弱基板上に直接的に製作または搭載されるか、または、半導体層上に電子素子と共に製作される、簡略化された過渡電子デバイスを示す。
【図１３】図１３Ａは、一部の実施形態による、自己消滅型デバイスのセンサとして使用されてよいｐ−ｉ−ｎフォトダイオードの断面図である。図１３Ｂは、図１３Ａのｐ−ｉ−ｎフォトダイオードの上面図である。
【図１４】図１４は、一部の実施形態による、３ｍｍ×３ｍｍの光検出器が暗がりにあり、明るい蛍光灯に照らされた部屋において周辺光に暴露され、ごく近接して明るい携帯電話のＬＥＤ閃光を当てられる際、および、典型的な５ｍＷの緑色レーザポインタを当てられる際の光電流応答を示す。
【図１５】図１５は、一部の実施形態による、光検出器を作製するプロセスを図示するフロー図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、一部の実施形態による、光検出器を作製するプロセスを図示する上面図を図式的に描写する。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、一部の実施形態による、光検出器を作製するプロセスを図示する上面図を図式的に描写する。
【図１７】図１７は、一部の実施形態による、脆弱基板および基板の反対端に配置される２つの一体型の加熱器を備える例示的なデバイスを示す。
【図１８】図１８は、図１７に示される加熱器および加熱器全体の電圧を調整するために使用されるパルスの電気的なトレース信号を示す。
【図１９】図１９は、加熱器が動作されて印加される刺激により加熱器が溶解し基板が破砕する際に基板が予備弱体化された後の図１７および図１８の加熱器の電気的特徴を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図は、必ずしも原寸大である必要はない。図において使用される同様の数字は、同様のコンポーネントを指す。しかしながら、所与の図においてコンポーネントを指すために数字を使用することは、同じ数字でラベル付けされた別の図におけるコンポーネントを限定する意図はないことが、理解されるであろう。
【０００９】
本明細書において開示される実施形態は、制御されたトリガ可能な手法で小さい破片に破砕することにより自己消滅可能なデバイスに関する。本明細書に開示されるデバイスおよび方法は、政府セキュリティおよびサプライチェーンの一体性など、様々な用途において有用である。本明細書において説明されるデバイスは、加熱器が、例えば、光、電子、マイクロ波エネルギーの供給源など、エネルギー源により作動されると、小さい破片へ自己消滅可能である。加熱器の作動は、基板が自己消滅される際、相当量のエネルギーを消費し得る。本明細書に記載される実施形態は、基板が自己消滅されるのに必要なエネルギーを削減する予備弱体化エリアを有する脆弱基板を含むデバイスに関与する。
【００１０】
図１は、エネルギー源への暴露に応答して自己消滅するよう構成される自己消滅型デバイス１００を示す。自己消滅型デバイス１００は、少なくとも１つの事前に損傷したエリア１１１を有する脆弱基板１１０を含む。加熱器１２０は、位置１１２または損傷エリア１１１の近接において脆弱基板１１０と熱的に結合される。さらに、例えば、電子回路など、１つ以上のコンポーネント１５０は、基板１１０上に配置されてよい。一部の実施形態において、加熱器は、電流を流すことにより稼働される抵抗導電膜である。一部の実施形態において、加熱器１２０は、無線周波数源により稼働される無線周波数吸収器であってよい。さらなる他の実施形態において、加熱器１２０は、レーザビームにより稼働される光吸収器であってよい。一部の実施形態において、加熱器１２０は、薄膜ヒューズの温度が十分に高い値に到達すると壊れる薄膜ヒューズを備える抵抗導電膜であり得る。
【００１１】
図２は、さらに、エネルギー源１４０を含む自己消滅型デバイス２００を示す。エネルギー源１４０は、光、マイクロ波、および／または、電子エネルギーを供給して、加熱器を作動させてよい。エネルギー源１４０により作動されると、加熱器１２０は、熱を吸収または生成し、熱を脆弱基板１１０へ伝送する。加熱器１２０からの熱は、予備弱体化エリア１１１を伴う脆弱基板１１０を、例えば、Ｐｒｉｎｃｅ  Ｒｕｐｅｒｔ’ｓ  Ｄｒｏｐにおいて記録されるものと類似のメカニズムを使用して、多数の小さい破片に破砕することにより自己消滅させるのに十分である。一部の実施形態において、破壊力学は、小さい粒子に破砕し、それにより、粒子の大部分が約９００μｍ未満、約５００μｍ未満、または、さらに約１００μｍ未満の長さ、幅、および、高さ寸法を有することにより、脆弱基板１１０が自己消滅するよう設計される。加えて、基板１１０の自己消滅中に放出される潜在的エネルギーは、さらに、加熱器１２０、コンポーネント１５０、および、基板１１０上に配置される任意の他の構造が、小さい破片に破砕されるのに十分であり得る。
【００１２】
予備弱体化エリア１１１は、予備弱体化エリア１１１を有する脆弱基板１１０の自己消滅を始動する加熱器１２０へ伝えられる閾値エネルギーが、予備弱体化エリアを伴わない類似の脆弱基板の自己消滅を始動する閾値エネルギーの約６０％未満であってよく、または、約４０％未満であるが５％より大きくてよいよう構成される。
【００１３】
一部の実施形態において、図３Ａの断面図に示されるように、脆弱基板３１０ａは、熱膨張（ＣＴＥ）値の第１の係数を有する第１のガラス材料を含む少なくとも１つのガラス構造、および、第２のＣＴＥ値を有する１つ以上の異なる（第２の）ガラス材料を各々に含む複数の第２のガラス構造３１２ａ、３１３ａを含み、ここで、第２のＣＴＥ値は第１のＣＴＥ値と異なる。例えば、熱的に強化されたガラス基板３１０ａは、２つのガラス構造３１２ａおよび３１３ａの間に配置されるガラス構造３１１ａを含み、ここで、ガラス構造３１１ａは、そこからガラス構造３１２ａおよび３１３ａが形成されるガラス材料とは異なるＣＴＥ値を有する異なるガラス材料を備える。
【００１４】
一部の実施形態において、図３Ｂの断面図において示されるように、脆弱基板３１０ｂは、熱的に強化されたガラスを備える。熱的に強化されたガラス基板３１０ｂは、第１のガラス構造３１１ｂに配置される第２のガラス構造３１２ｂを含み、ここで、ガラス構造３１１ｂは、ガラス構造３１２ｂのものとは異なるガラス材料を備える。そのような熱的に強化されたガラス基板の製作は、米国特許出願第２０１５／０３５８０２１号に記載されている。
【００１５】
一部の実施形態において、脆弱基板３１０ｃは、図３Ｃの断面図に図示されるように、動作可能に取り付けられる設計応力の引張３１１ｃおよび圧縮３１２ｃ層を備える。少なくとも１つの引張応力層３１１ｃは残りの引張応力を有し、少なくとも１つの圧縮応力層３１２ｃは残りの圧縮応力を有する。引張応力層３１１ｃおよび圧縮応力層３１２ｃ（本明細書において、集合的に「設計応力層」と称する）は、動作可能に一体的に接続されることができ、それにより、残りの引張および圧縮応力は、自己平衡されて応力勾配を生成する。設計応力層３１１ｃ、３１２ｃは、ガラス強化と類似の方策を使用して基板材料を（例えば、熱または化学処理を用いて）後処理することにより、または、例えば、蒸着パラメータ（すなわち、温度、圧力、化学物質）が変化することにより層が十分な固有の応力勾配を集合的に包含する化学的な蒸着技術を使用して、基板層を堆積させることにより、製作されてよい。設計応力層の製作は、米国特許第９，１５４，１３８号に記載される手法に説明されている。図３Ｃに示される設計応力層３１１ｃ、３１２ｃの配列は、１つ以上の応力および／または非脆弱基板層が、２つの設計応力層３１１ｃ、３１２ｃの上および／または間に配置されてよいという点において、限定される意図はないことに、留意されたい。
【００１６】
さらなる別の実施形態において、基板は、２０１５年４月２３日に出願された米国特許出願第１４／６９４，１３２号「Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｗｉｔｈ  Ｉｏｎ−Ｅｘｃｈａｎｇｅｄ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｒｅａｔｅｄ  Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ（イオン交換ガラス処理されたインターポーザを伴う過渡電子デバイス）」（Ａｔｔｙ  Ｄｋｔ  Ｎｏ．２０１４１６０６ＵＳ０１／ＸＣＰ−２０５）に記載される手法において製作されるイオン交換処理されたガラス基板またはインターポーザを備えてよい。
【００１７】
ここで図１に戻ると、一部の実施形態において、１つ以上のコンポーネント１５０のうちの少なくとも１つは、脆弱基板１１０の表面１１３に取り付けられるシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）層または集積回路（ＩＣ）ダイ／チップなど、半導体ベースの層１５１上に製作される電子素子１５２を備えてよい。一部の実施形態において、コンポーネント１５０は、例えば、ＣＭＯＳなど、既存のＩＣ製作技術を使用して適切な半導体（ベース）層１５１上に製作される電子回路１５２を備えてよい。
【００１８】
さらに、本明細書に説明されるような自己消滅型基板を備えるデバイスは、例えば、ＩＣまたはコンポーネントの改変、および／または、不正なリバースエンジニアリングの防止など、環境保護または機密保持を目的として、ＩＣまたは他のコンポーネントを破壊するよう適用されてよい。電子コンポーネント１５０を脆弱基板１１０上に製作することにより、低価格の製造技術を使用してコンポーネント１５０を形成することが容易になり、脆弱基板１１０の自己消滅を引き起こすことによるコンポーネント１５０の確実な削除が容易になる。コンポーネント１５０は、脆弱基板１１０およびコンポーネント１５０の消滅まで、所定の有用な機能（例えば、センサ動作）を行うよう構成されてよい。
【００１９】
一部の実施形態において、半導体層１５１は、その上に電子素子１５２が製作されるシリコン「チップ」（ダイ）であり、その後、半導体層１５１は、脆弱基板１１０を伴う電子素子１５２の同時消滅を確実なものにする、陽極接合などのダイ接合技術を使用して、または、封着ガラスを用いて、脆弱基板１１０に固定的に取り付けられる。一部の実施形態において、少なくとも１つのコンポーネント１５０は、標準的なシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）製作技術を使用してＩＣデバイスを形成するよう構成される電子素子１５２を含み、例えば、それにより、少なくとも１つのコンポーネント１５０は、ＳＯＩ集積回路構造として実装される。別の実施形態において、電子素子１５２は、ＩＣダイが表面１１３と接合される前に（例えば、化学機械研磨を施して）「薄く」されるＩＣダイ上に製作されてよい。
【００２０】
図４に示されるように、一部の実施形態において、自己消滅型デバイス４００は、エネルギー源１４０、および、センサ１３１およびスイッチ１３２を備えるトリガ回路１３０を含む。センサ１３１がトリガ刺激を検知すると、センサ１３１は、スイッチ１３２を駆動するトリガ信号を生成し、加熱器１２０を作動させるエネルギー源１４０をオンにする。図４に示されるように、トリガ刺激を検知することに応答して、センサ１３１はスイッチ１３２を駆動する。スイッチ１３２の駆動により、エネルギー源１４０は動力回路に＋Ｖ、−Ｖの間で接続される。エネルギー源がオンにされ、エネルギーを加熱器へ伝える。既に説明されたように、エネルギー源１４０は、光源、ＲＦ源、電流源、または、他の種類のエネルギー源であってよい。
【００２１】
センサ１３１は、電磁放射（例えば、無〒線周波数（ＲＦ）放射、赤外線（ＩＲ放射）、可視光、紫外線（ＵＶ）放射、ｘ線放射など）、振動、化学物質、蒸気、ガス、音、温度、時間、湿度、環境条件など、様々なトリガ刺激を検知するよう構成されてよい。トリガ刺激が可視光である実施形態では、センサは、太陽光または部屋の照明などの広帯域光、または、緑、赤、または、青の可視光などの狭帯域光への暴露に応答して、トリガ信号を生成するよう構成されてよい。例えば、緑、赤、または、青の光は、レーザにより生産されてよい。
【００２２】
一部の実施形態において、センサ１３１は、改変事象を検出するよう構成される。例えば、改変事象は、デバイスが梱包カバーの除去に使用される化学物質に暴露された場合、デバイスが閾値振動を超えて振動された場合、および／または、ｘ線でのスヌーピングが生じた場合に検出され得る。
【００２３】
一部の実施形態において、センサ１３１は、時計から時刻を検知する。タイマが切れると、電気トリガ信号が生成されスイッチ１３２をトリガする。
【００２４】
図５は、図４に示される自己消滅型デバイス４００を使用する方法を図示するフロー図である。予備弱体化された脆弱基板が提供され（５１０）、予備弱体化された脆弱基板は、脆弱基板上に配置される加熱器の位置または近接に１つ以上の予備弱体化エリアを有する。脆弱基板は、予備弱体化エリアで損害を受けるが、まだ損傷していない。トリガ刺激に応答して、トリガ信号が生成される（５２０）。トリガ信号は、エネルギー源をオンにして（５３０）、加熱器を作動させる（５４０）。加熱器は、脆弱基板の予備弱体化エリアの少なくとも一部分を加熱する（５５０）。脆弱基板の加熱は、多数の小さい破片に破砕することにより、脆弱基板に自己消滅させる基板の亀裂を介して、蓄えられた機械エネルギーの素早い解放を生み出し（５６０）、さらに、脆弱基板の自己消滅は、多数の小さい破片に破砕することにより、脆弱基板上に配置される加熱器および／または他のコンポーネントを自己消滅させてよい。一部の実施形態において、加熱段階の後に続く冷却により、脆弱基板に自己消滅させる脆弱基板における亀裂の伝搬が始動される。
【００２５】
再び図４を参照すると、一部の実施形態において、脆弱基板１１０の事前調整が、第１の種類のエネルギーにより遂行されてよく、基板１１０の自己消滅は第２の種類のエネルギーにより生じる。様々な実施形態において、脆弱基板１１０の損害エリア１１１は、加熱器１２０を脆弱基板１１０上に置く前に、化学的、光学的、および／または、熱的に予備弱体化されてよい。例えば、脆弱基板１１０は、レーザ切断およびレーザ穿孔のうちの１つ以上により、予備弱体化エリアにおいて選択的に予備弱体化されてよく、ここで、脆弱基板１１０の表面１１３は、強烈なレーザビームまたは制御されたレーザパルスに暴露される。脆弱基板１１０は、例えば、脆弱基板１１０からの材料の衝撃または物理的除去など、制御された機械的接触のうちの１つ以上により、脆弱基板１１０の表面１１３の傷、機械加工、および／または、摩擦により、予備弱体化エリア１１１において機械的に予備弱体化されてよい。脆弱基板１１０は、脆弱基板１１０をエッチングおよび／または穴あけする、例えば、液体、ガス、および／または、プラズマなど、１つ以上の化学物質への脆弱基板１１０の制御された暴露により、予備弱体化エリア１１１において化学的に予備弱体化されてよい。脆弱基板１１０は、電子ビーム、電流、および／または、電圧への脆弱基板１１０の制御された暴露により、予備弱体化エリア１１１において予備弱体化されてよい。脆弱基板１１０は、加熱器１２０を脆弱基板１１０上に置く前および／または後に、熱への脆弱基板１１０の制御された暴露により、予備弱体化エリア１１１で熱的に損害を受けてよい。脆弱基板は、化学エッチング、プラズマエッチング、イオンミリング、物理的な機械加工、および、レーザ切除のうちの１つ以上を脆弱基板に行うことにより、窪み、穴、および／または、パターンを基板上に形成することにより、事前調整されてよい。
【００２６】
加熱器１２０を置いた後、例えば、光、電気、無線周波数、および／または、マイクロ波エネルギー源など、加熱器１２０を作動させるエネルギー源がトリガされ、加熱器に予備弱体化エリア１１１の少なくとも一部分を加熱させる。本明細書において説明されるように、予備弱体化エリアの加熱により、脆弱基板１１０の自己消滅が起こる。加熱器１２０は、予備弱体化エリア１１１の少なくとも一部分を、基板を自己消滅させるのに十分な閾値レベルまで加熱する。例えば、閾値レベルへの加熱は、予備弱体化された脆弱基板１１０を所定の温度まで所定の期間中、加熱することに関与してよい。脆弱基板１１０を閾値レベルまで加熱することで、多数の破片へ破壊することにより、脆弱基板に自己消滅させる脆弱基板１１０における亀裂の伝搬が生じる。例えば、電子コンポーネント１５０などの追加的なコンポーネントが脆弱基板上にある場合、追加的なコンポーネントは、基板と共に多数の破片に破砕することにより破壊される。
【００２７】
一部の実施形態において、脆弱基板１１０は、脆弱基板１１０の自己消滅を引き起こす同じ種類のエネルギーを使用して予備弱体化されてよい。例えば、抵抗加熱器１２０が脆弱基板１１０上に配置された後、電流源１４０からの１つ以上の制御された電流パルスは加熱器を作動させて加熱器１２０に基板１１０を加熱させる。制御された電流パルスにより生じる熱は、加熱器１２０の位置または近接で基板１１０に損害を与えるのに十分であるが、基板１１０に自己消滅させるには不十分である。脆弱基板１１０は、損傷エリアを含まない類似の脆弱基板の自己消滅を引き起こすのに必要な閾値エネルギーよりも低いエネルギーで加熱器１２０を作動させることにより、予備弱体化されてよい。
【００２８】
事前調整段階の後、抵抗加熱器１２０は電流源により再作動され、加熱器は予備弱体化エリアの少なくとも一部分を加熱し、熱は、多数の破片に破壊することにより脆弱基板１１０を自己消滅させる脆弱基板１００における亀裂の伝搬を生み出す。例えば、電子コンポーネント１５０などの追加的なコンポーネントが脆弱基板１１０上にある場合、さらに、追加的なコンポーネント１５０は、脆弱基板１１０と共に多数の破片に破砕されることにより、破壊されてよい。
【００２９】
加熱器１２０が抵抗加熱器である実施形態において、予備弱体化エリア１１１は、１つ以上の損害電流パルスにより抵抗加熱器１２０を作動させることにより形成されてよく、ここで、損害電流パルスの各々は所定の振幅および所定の持続時間を有する。各々の損害電流パルスの振幅および／または持続時間は、同じであってよく、または、損害電流パルスのうちの１つ以上の振幅および／または持続時間は、１つ以上の他の損害電流パルスの振幅および／または持続時間と異なってよい。一部の実装において、予備弱体化エリア１１１において脆弱基板１１０に損害を与えるために損害電流パルスにより生成される熱エネルギーは、弱体化エリアを伴わない類似の脆弱基板を自己消滅させる電流パルスにより生成される閾値エネルギーの約４０％より多くてよく、または、約６０％より多いが約９０％より少なくてよい。一部の実装において、損害電流パルスの振幅および／または持続時間は、損害エリア１１１を有する脆弱基板１１０を自己消滅させる後続の電流パルスの振幅および／または持続時間と同じであってよい。予備弱体化エリア１１１に損害を与えるために使用される損害電流パルスの数は、予備弱体化エリアを伴わない類似の脆弱基板に自己消滅させる電流パルスの数の約４０％より多くてよく、または、約６０％より多いが約９０％より少なくてよい。
【００３０】
図６のブロック図に示される自己消滅型デバイス６００は、脆弱基板１１０上に配置される自己限定型の抵抗加熱器６２０、および、センサ６３１およびスイッチ素子６３２を備えるトリガメカニズム６３０を備える。図６に描写されるように、加熱器６２０は、抵抗加熱器６２０の位置または近接に予備弱体化エリア１１１を有する脆弱基板１１０上に配置される。加熱器６２０は、動力供給６６０の第１の端子（＋）およびスイッチ素子６３２の第１の端子６３２−１の間に電気的に接続される。スイッチ素子６３２の第２の端子６３２−２は、動力供給６６０の第２の端子（−）と電気的に接続される。スイッチ素子６３２の制御端子６３２−３は、センサ６３１または他の制御回路（図示せず）により生成されてよい、電子トリガ信号ＴＳを受けるよう動作可能に配置される。スイッチ素子６３２は、トリガ信号をスイッチ素子６３２の制御端子６３２−３でアサートすることにより、駆動される（開放／非伝導状態から閉鎖／伝導状態へ切り替えられる）。スイッチ素子６３２の駆動により、動力供給６６０から自己限定型の抵抗素子６２０を介して流れる電流ＩＴが始動する。１つの実施形態において、自己限定型の抵抗素子６２０は、動力供給６６０の正端子および負端子の間に直列に接続される抵抗部分６６２および限流部分６６５を含む。抵抗部分６６２および限流部分６６５のうちの一方または両方が脆弱なガラス基板１１０と動作可能に熱的に結合されることにより、自己限定型の抵抗素子６２０は基板１１０の局所領域６１１の温度を素早く上昇させる速さで熱を生成し、ここで、局所領域６１１は予備弱体化エリア１１１の少なくとも一部分を含む。さらに、抵抗加熱器６２０の限流部分６６５は、局所領域６１１が自己限定型の抵抗素子６２０により生成される十分に多量の熱を受けた後、トリガ電流ＩＴの流れを終結させる手段として、トリガ電流ＩＴの流れを独立的に（例えば、外部から生成される制御信号を必要とすることなく）制御するよう構成される。一部の実施形態において、加熱器６２０の限流部分６６５は、所定量のトリガ電流ＩＴを施した後（例えば、所定量の熱が自己限定型の抵抗素子６２０により生成された後）、故障（溶解および破砕）するよう構成されるヒューズ素子により実装される。一部の実施形態において、限流部分６６５は、所定の温度レベルを検出するとトリガ電流の流れを終結するよう構成されるサーミスタベースの回路、または、スイッチ素子６３２の駆動後に所定の時間でトリガ電流の流れを終結させるよう構成される時間ベースの回路など、トリガ電流ＩＴ全体に記載される独立的な制御を実装するよう構成される他の要素／回路により実装実施されてよい。
【００３１】
図７は、一部の実施形態による、図６に示されるような自己消滅型デバイス６００の自己消滅をトリガするための一般的な方法を示すフロー図である。最初に、デバイス６００は通常に動作し、それにより、脆弱基板１１０上に配置されるコンポーネント１５０は意図されるように稼働する。通常動作中、スイッチ素子６３２は開放された非伝導状態にあり、動力供給６６０から自己限定型の抵抗素子６２０を介して電流は通過せず、したがって、抵抗部分６６２により熱は生成されない。最初に、領域６１１における局所温度は、領域６１１と隣接する脆弱基板１１０の領域の温度と同程度である。
【００３２】
脆弱基板の自己消滅は、例えば、トリガ刺激がセンサにより、例えば、無線で伝送される光またはＲＦ信号に応答して検出されると、または、不正な改変が検出されると、始動される。トリガ刺激に応答して、トリガ信号（ＴＳ）がスイッチ素子６３２の制御端子６３２−３にアサートおよび印加され、それにより、スイッチ素子６３２が作動されて（７１０）、抵抗部分６６２および電流制御部分６６５を介するアースへのトリガ電流ＩＴの流れを始動させ、それにより、抵抗部分６６２は、脆弱基板１１０の上部表面１１３を介して損害エリア１１１の少なくとも一部分を含む局所領域６１１内へ伝送される熱を生成し始める。熱により、領域６１１および予備弱体化エリア１１１における局所温度は、初期温度を超えて高くなる。
【００３３】
続いて、トリガ電流ＩＴが継続して流れることにより、抵抗部分６６２は、損害エリア１１１の少なくとも一部分における局所温度を、所定の目的温度Ｔ１に向かって急速に上昇させる速さで熱を生成する（７２０）。一部の実施形態にしたがって、この急速な温度上昇は、予備弱体化エリア１１１における温度を、局所領域の周囲の領域における温度より速く上昇させる。自己限定型の抵抗素子６２０により生成される熱は、放熱が周囲の領域内に損害エリア１１１を残すよりも速く予備弱体化エリア１１１に入り、それにより、予備弱体化エリア１１１の温度を、初期温度から、より高い目的（第１）の温度レベルＴ１に向かって急速に上昇させる一方で、周囲の領域は実質的に低めの温度に維持される。
【００３４】
一定の期間にわたり電流ＩＴが流れた後、限流部分６６５が駆動し（７３０）、溶融（破壊）を目的とする熱の生成を終結して、抵抗部分６６２を介する電流の流れを終結する開放回路状態を作り出す。本発明の別の態様にしたがって、自己限定型の抵抗素子６２０は、生成される熱の終結により、予備弱体化エリア１１１における温度を、損害エリアの外から領域６１１の周囲の涼しい領域内へ放熱する目的で、より低い（第２の）温度Ｔ２に向かって急速に低下させるよう構成される。上述される急速な温度上昇および急速な温度降下により生成される熱パルスは（７４０）、損害エリア１１１における１つ以上の亀裂の伝搬を引き起こすのに十分な脆弱基板１１０の予備弱体化エリア１１１における応力プロファイルを生み出す。続いて、亀裂の伝搬は、予備弱体化エリアから脆弱基板１１０、加熱器６２０、および／または、コンポーネント１５０全体に放射状に広がり（７５０）、それにより、デバイス６００の自己消滅を引き起こす（７６０）。
【００３５】
熱パルスにより提供される閾値レベルの熱エネルギーは、デバイス６００において亀裂の伝搬を生成し、一方で閾値レベルより低い提供エネルギーは亀裂の伝搬を生成しない。予備弱体化エリア１１１を有するデバイス６００の自己消滅を引き起こす亀裂の伝搬を生成する熱パルスの閾値エネルギーは、予備弱体化エリアを有さない類似のデバイスの自己消滅を引き起こす亀裂の伝搬を生成する熱パルスの閾値エネルギーより低い。例えば、デバイス６００に自己消滅させる亀裂の伝搬を生成する熱パルスの振幅、持続時間、および／または、振幅および持続時間の結果は、損害エリアを含まない類似のデバイスにおいて亀裂を生成する熱パルスの振幅、持続時間、および／または、振幅および持続時間の結果の約１０％より多く約６０％より少なくてよく、または、約４０％より少なくてよい。
【００３６】
図８は、対向する（第１および第２の）端子８２１−１、８２１−２と各々に接続され予備弱体化エリア１１１に配置される、２つの（第１および第２の）抵抗構造（抵抗部分）８２２−１および８２２−２の間に直列に接続されるヒューズ型の限流部分８２５を備える自己限定型の抵抗素子８２０を有する自己消滅型デバイス８００の一部分を示す透視図である。動作可能に接続されると、端子８２１−１は動力源（図示せず）の第１の端子と結合され、端子８２１−２はスイッチ素子（図示せず）を用いて動力源の第２の端子と結合される。一部の実施形態において、抵抗構造８２２−１、８２２−２、および、ヒューズ型の限流部分８２５は、単一（共通）の抵抗材料（例えば、マグネシウム、銅、タングステン、アルミニウム、モリブデン、および、クロムのうちの１つ以上）を脆弱基板１１０の上部表面１１３上へ直接的に堆積させることにより生産される。抵抗材料は、脆弱基板１１０の上部表面１１３に対して十分な導電性および接着性があり、抵抗部分８２２−１、８２２−２、および、限流部分８２５により生成される熱は、熱パルスの急速な加熱プロセス中に予備弱体化エリア１１１内へ効率的に伝送されるのに十分である。抵抗材料は、印刷、エッチング、あるいは、パターン化され、それにより、抵抗構造８２２−１、８２２−２は、それぞれ比較的に大きい構造を備え、ヒューズ型の限流部分８２５は、ヒューズ素子として機能するよう構成される比較的に狭くて細い構造を備える。十分に大きい電流が端子８２１−１、８２１−２の間を通過すると、抵抗構造８２２−１、８２２−２、および、限流部分８２５は、抵抗加熱を受けるが、その比較的に狭い断面により、適切なトリガ電流にさらされた際に溶解および破壊を引き起こすのに十分な、より高い温度が限流部分８２５に生じる。ヒューズ型の限流部分（ヒューズ素子）を使用して限流部分８４５を実装することで、熱パルスの急速な加熱プロセス中に自己限定型の抵抗素子８２０により生成される熱の量を独立的に制御するための低価格で簡易な信頼性の高い構造が提供され、熱パルスの急速な冷却部分の開始時点で抵抗構造８２２−１および８２２−２を介するトリガ電流の流れを終結させる開放回路状態（すなわち、溶解／破壊の目的で）を確実に引き起こす。
【００３７】
図９および図１０は、自己限定型の抵抗素子９２０および１０２０を示す上面図であり、各々の抵抗素子９２０、１０２０は、脆弱基板９１０、１０１０の上部表面９１３、１０１３上に直接的に配置されるパターン化された金属層構造を備える。脆弱基板９１０、１０１０の予備弱体化エリア９１１、１０１１は、自己限定型の抵抗素子９２０、１０２０の近接に配置される。各々の抵抗素子９２０、１０２０は、２つのレジスタ構造９２２−１、９２２−２、１０２２−１、１０２２−２の先細りセクション９２３−１、９２３−２、１０２３−１、１０２３−２の間に接続されるヒューズ素子９２５、１０２５を含む。例えば、自己限定型の抵抗素子９２０は、先細りセクション９２３−１を含む第１のレジスタ構造９２２−１、先細りセクション９２３−２を含む第２のレジスタ構造９２２−２、および、先細りセクション９２３−１、９２３−２の先細り端の間に接続されるヒューズ素子９２５を含む。同様に、自己限定型の抵抗素子１０２０は、先細りセクション１０２３−１を含む第１のレジスタ構造１０２２−１、先細りセクション１０２３−２を含む第２のレジスタ構造１０２２−２、および、先細りセクション１０２３−１、１０２３−２の先細り端の間に接続されるヒューズ素子１０２５を含む。各事例において、ヒューズ素子９２５および１０２５は、トリガ電流にさらされると溶解および破砕するよう構成される幅Ｗ１を有する細首構造を備える。一部の実施形態において、幅Ｗ１は、脆弱基板１１０の厚さ（例えば、図８に示される厚さＴ）より大きい。例えば、０．２５ｍｍの厚さの脆弱基板を使用する一部の実施形態において、ヒューズ素子９２５および１０２５は、少なくとも０．３ｍｍの幅Ｗ１を有する。対照的に、両方の自己限定型の抵抗素子のレジスタ構造（例えば、レジスタ構造９２２−１）は、ほとんど全ての幅（大きさ）Ｗ２を有し得るが、レジスタが大きいほど、動力源からの大きい動力およびエネルギーを必要とする。
【００３８】
図９および図１０に示される実施形態により描写されるように、異なるヒューズ構成が所望の熱パルス特徴を生成するために利用されてよい。具体的には、自己限定型の抵抗素子９２０および１０２０は、ヒューズ素子９２５が先細りセクション９２３−１、９２３−２の先細り端の間に延びる真っ直ぐな長方形構造を備え、ヒューズ素子１０２５は先細りセクション１０２３−１、１０２３−２の先細り端の間に延びるＳ形状構造を備える、という点で異なる。これらの異なるヒューズ配列は、砕ける時間に影響を与え得る熱が印加されるエリア全体を調整するのと同様に、抵抗素子９２０、１０２０の抵抗を調整することにより、印加されたエネルギーおよび動力全体を制御可能にすることにより、異なる熱特徴を提供する。脆弱基板の亀裂を始動するための自己限定型の電気トリガに関する追加的な情報は、２０１６年７月２６日に出願された米国特許出願第１５／２２０，１６４号に説明されている。
【００３９】
図１１は、トリガ刺激１１９９の存在および／または量（例えば、光、無線周波数（ＲＦ）信号、振動、音声信号、化学物質などの存在）を検知するよう構成され、その後、スイッチ素子１１３２を駆動するために使用される電子トリガ信号ＴＳを生成するよう構成される、センサ１１３１を含む遠隔的に（無線で）制御可能なトリガメカニズム１１３０を含む、自己消滅型デバイス１１００を示す回路図である。自己消滅型デバイス１１００は、予備弱体化エリア（図示せず）を有する脆弱基板と熱的に結合される抵抗加熱器１１２０を含む。一部の実施形態において、抵抗加熱器１１２０は、図９および図１０と関連して事前に説明されたように、第１のレジスタ構造１１２２−１および第２のレジスタ構造１１２２−２の間に接続されるヒューズ素子１１２５を備える自己限定型の抵抗素子を備える。
【００４０】
１つの例示的な実施形態において、スイッチ素子１１３２はシリコン制御整流器を使用して実装され、トリガ刺激は光の存在であり、センサ１１３１はスイッチ素子１１３２と動作可能に結合されるフォトダイオード（または、他の感光デバイス）である。フォトダイオード１１３１を通過する電流は、シリコン制御整流器にラッチさせるために電流を使用することによりスイッチ素子１１３２を駆動する。上述された手法において、シリコン制御整流器を順番にラッチすることにより、例えば、電池などの動力供給１１４０を、抵抗加熱器１１２０を隔てて結合し、最終的に、脆弱基板および任意の包含される電子機器の自己消滅（破砕）を引き起こす。過渡電子デバイスの遠隔的な駆動がこの例においては光の存在により実施される一方で、例えば、電磁放射、振動、音、化学物質、温度などの存在など、他の種類のトリガ刺激が、フォトダイオードを、トリガ刺激を検知する適切なセンサに置換することにより利用されてよい。同様に、図１１により図示される実施形態においてシリコン制御整流器を使用してラッチが実施される一方で、単一のＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えるラッチ回路またはＭＯＳＦＥＴベースの複数素子回路など、他のスイッチ素子が利用されてよい。
【００４１】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、センサおよび／またはスイッチ素子が、脆弱基板上に直接的に製作または搭載されるか、または、電子素子と同時に半導体層上に製作される、一部の実施形態にしたがって、簡易化された過渡電子デバイス１２００Ａおよび１２００Ｂを示す。例えば、図１２Ａは、センサ１２３１Ａ（例えば、フォトダイオード）およびスイッチ素子１２３２Ａ（例えば、シリコン制御整流器）が、脆弱基板１２１０Ａの基板１２１３Ａ上へ直接的に印刷またはパターン化される適切な材料により実装される、デバイス１２００Ａを示す。代替的に、図１２Ｂに示されるように、デバイス１２００Ｂは、ＣＭＯＳ製作技術を使用して、その上に電子素子１２５０Ｂが形成される半導体構造１２１４Ｂ（例えば、ＩＣチップまたはＳＯＩ層）上に製作される、センサ１２３１Ｂおよびスイッチ素子１２３２Ｂを含む。両方の実施形態において、加熱器素子１２２０Ａ、１２２０Ｂは、それぞれ脆弱基板１２１０Ａ、１２１０Ｂ上に直接的に形成される。脆弱基板１２１０Ａ、１２１０Ｂは、加熱器素子１２２０Ａ、１２２０Ｂの位置または近接に予備弱体化エリア１２１１Ａ、１２１１Ｂを含む。一部の実施形態（図示せず）において、センサおよびスイッチ素子のうちの一方または両方は、ホストＰＣボード上に配置されてよく、加熱器素子１２２０Ａ、１２２０Ｂとの適切な導電接続を用いて接続されてよい。
【００４２】
上述されたように、多くの実施形態において、トリガ刺激を検知するセンサは、例えば、ｐｎ接合ダイオードまたはｐ−ｉ−ｎダイオードなどのフォトダイオードであり、トリガ信号は、可視光または他の電磁放射に応答してフォトダイオードにより生成される光電流である。図１３Ａは、一部の実施形態による、自己消滅型デバイスのセンサとして使用されてよいｐ−ｉ−ｎフォトダイオードセンサ１３００の断面図であり、図１３Ｂは上面図である。
【００４３】
フォトダイオード１３００は、脆弱基板１３１０に配置される第１の電極層１３２０を備える。第１の電極層１３２０は、基板１３１０全体にわたって延び、フォトダイオード１３００の第１のリード１３３３を形成する。例えば、ｎドープ型の非晶質シリコン層など、第１のドープ層１３３０が第１の電極層１３２０に配置される。例えば、非ドープ型の非晶質シリコン層など、真性層１３４０が、第１のドープ層１３３０と、例えば、ｐドープ型の非晶質シリコン層など、逆ドープ型の第２のドープ層１３５０との間に配置される。第１のドープ層１３３０、真性層１３４０、および、第２のドープ層１３５０は、ｐ−ｉ−ｎダイオード１３００の活動領域１３７０を形成する。第２の電極層１３６０は、第２のドープ層１３５０に配置される。
【００４４】
第２の電極層１３６０は、実質的に、フォトダイオード１３００をオンにする刺激光を伝送する。例えば、第２の電極層１３６０は、刺激光の波長で５０％より大きい光透過率を有してよい。第２の電極層１３６０に適切な材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの導電性酸化物、導電性ポリマー、金属グリッド、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン、金網、薄い金属膜、および／または、必要な光透過率を有する他の導体を含む。デバイス１３００は、活動領域に到達する光の波長帯域を狭める光フィルタを含んでよい。例えば、一部の実施形態において、例えば、ＩＴＯ層など、適切な厚さを有する第２の電極層は、所望のトリガ刺激の波長域から外れており、所望のトリガ刺激の波長域内である光の波長を実質的に通過する、光の波長を実質的に弱める、光フィルタを提供する。
【００４５】
第２の電極層１３６０、第２のドープ層１３５０、および、真性層１３４０は、基板１３１０全体に延び、フォトダイオード１３００の第２のリード１３３４を形成する。一部の実施形態において、第１のドープ層１３３０はｎドープ層であり、ｎドープ型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を備え、第２のドープ層１３５０はｐドープ層であり、ｐドープ型のａ−Ｓｉを備え、および／または、真性層は真性のａ−Ｓｉを備える。図１３Ａおよび図１３Ｂの例は、ｐ−ｉ−ｎダイオードを図示するが、一部の実施形態において、フォトダイオードは真性層を伴わずにｐｎ接合により形成されてよいことを、理解されたい。
【００４６】
一部の実施形態において、ｐ−ｉ−ｎ光検出器の真性層１３４０は、プラズマ助長された化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により堆積される６００ｎｍの厚さの真性のａ−Ｓｉである。ｎ層１３３０はＰＥＣＶＤにより堆積される１２０ｎｍの厚さのリンドープ型のａ−Ｓｉであり、ｐ層１３５０はＰＥＣＶＤにより堆積される２０ｎｍの厚さのホウ素ドープ型のａ−Ｓｉである。この上面ｐ層１３５０は、検出される光の光吸収を最少化するために、非常に薄く設計される。ｎ電極１３２０は、スパッタリングにより堆積される２００ｎｍの厚さのＭｏＣｒ合金であり、ｐ電極１３６０は、検出される光の波長を伝送するのに最適な光学的厚さで設計される５５ｎｍの厚さのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。
【００４７】
一部の実施形態において、第１のリード１３３３および第２のリード１３３４は、フォトダイオード１３００の活動領域１３７０を、スイッチ、動力供給、および／または、加熱器と電気的に接続し、ここで、トリガ回路のセンサおよびスイッチは脆弱基板１３１０の表面上に配置される。
【００４８】
一部の実施形態において、第１のリード１３３３および第２のリード１３３４は、フォトダイオード１３００の活動領域を基板１３１０の周辺部と電気的に接続する。例えば、リード１３３３、１３３４は、例えば、動力源およびスイッチなど、基板１３１０上に配置されない１つ以上の外部に置かれる電子デバイスと通信する外部ワイヤと接続されるよう構成されてよい。一部の実施形態において、第１の電極層１３２０（第１のリード１３３３）および加熱器は、同じ材料で作製される。
【００４９】
障壁層などの接着促進表面１３１５は、選択的に、基板１３１０および第１の電極層１３２０、および／または、フォトダイオード１３００の真性層１３４０、および／または、加熱器の間に配置されてよい。１つの実施形態において、障壁層は、設計応力基板のイオンが豊富な表面への膜接着を高める、３００ｎｍの厚さのＰＥＣＶＤ蒸着されたＳｉＯ２障壁層を備える。一部の構想において、図１３Ａに示される真性層１３４０（真性のａ−Ｓｉ）は、脆弱基板１３１０によく付着しない可能性があり、これらの構想において、真性層１３４０が堆積される前に障壁層１３１５が脆弱基板１３１０上に堆積されない場合、膜スタックは破れる場合がある。障壁層１３１５がない場合、脆弱基板１３１０は、基板１３１０および光検出器層１３２０、１３４０の間の接合部分で泡立ちを引き起こす可能性がある。障壁層１３１５に適切な材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、および、オキシ窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）のうちの１つ以上を含む。障壁層１３１５は、３００ｎｍより大きい厚さを有してよく、例えば、５００ｎｍより大きいか、または、２００ｎｍと７００ｎｍとの間であってよい。
【００５０】
一部の実施形態において、所望のトリガ刺激は、プレゼンテーションを行うために典型的に使用される低動力の従来の手持ち型レーザポインタからの光である。典型的な波長は、５３２ｎｍ（緑）または６５０ｎｍ（赤）のいずれかである。自己消滅シーケンスは、レーザポインタを光検出器１３００上において遠隔位置から狙うことにより作動される。光検出器１３００は、大きな動的応答を有するよう設計されてよく、それにより、自己消滅の光のトリガ刺激が検出された際に電子スイッチを確実にトリガするが、通常の周辺光に暴露されてもトリガしない。この性能特性は、層の厚さと活動領域エリアとの適切な組み合わせを選択することにより達成される。
【００５１】
活動領域のエリアは、例えば、１５フィートまでの距離から容易に確認され、レーザポインタで狙われ得るのに十分な大きさでなければならない。しかしながら、エリアが大き過ぎると、自己消滅プロセスをトリガするほど周辺光により生じる光電流が大きくなる可能性がある。一部の実施形態において、光検出器は、イオン交換ガラスの脆弱基板上に配置される活動領域で統合された薄膜の光検出器センサの例示的な層構造を提供する、表１に列挙されるｉおよびｐのａ−Ｓｉ層の厚さの選択肢と組み合わされる３ｍｍ×３ｍｍの大きさの活動エリアを有し得る。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
図１４は、３ｍｍ×３ｍｍの光検出器が暗がりにあり、明るい蛍光灯に照らされた部屋において周辺光に暴露され、明るい携帯電話のＬＥＤ閃光に近接で照らされた場合、および、典型的な５ｍＷの緑のレーザポインタに照らされた場合の光電流応答を示す。周辺光とトリガ光との光電流応答の対比は、２桁を超えるため、本明細書に開示されるデバイスアーキテクチャは、自己消滅スイッチがトリガされる際に判定する閾値光電流を選択するための幅広い設計マージンを許容する。例えば、一部の実施形態において、自己消滅スイッチは、光電流がセンサの周辺環境により生じると期待される最大光電流の約２倍である場合、動力源を加熱器と接続するためにトリガするよう設計され得る。
【００５４】
一部の実施形態において、光検出器は、電極／リードが活動層と共に自己整列様式で形成され、活動領域を基板の周辺と接続する電子経路リードを含む完成デバイスが、多くても２つのマスキング層を備えて作製可能なように製作される。図１５は、一部の実施形態による、光検出器を作製するプロセスを図示するフロー図である。図１６Ａ、図１６Ｂ、および、図１３Ｂは、光検出器を作製するプロセスを図示する上面図を、図式的に描写する。
【００５５】
光検出器は、光障壁層を設計応力基板上に最初に堆積させることにより、形成されてよい。その後、第１の電極層が障壁層上に堆積される（１５１０）。一部の実施形態において、第１の電極層は、障壁層上にスパッタリングされるＭｏＣｒ合金を備える。第１のドープ半導体層は、第１の電極層上に堆積される（１５２０）。第１のドープ層は、例えば、ＰＥＣＶＤにより堆積されるｎドープ型のａ−Ｓｉ層であってよい。その後、第１のドープ半導体層および下層の第１の電極層はパターン化され（１５３０）、例えば、第１の電極層／第１のドープ層スタックのフォトリソグラフィパターニングにより、第１のドープ層のＣＦ４プラズマエッチングおよび第１の電極層の化学湿式エッチングが続く第１のマスキングステップを介して、第１の電極領域を形成する。
【００５６】
図１６Ａは、第１のパターニングステップ後の第１の電極／第１のドープ半導体層スタックを備える第１の電極領域１６０１の上面図を示す。例えば、真性のａ−Ｓｉなどの真性層、および、例えば、ｐドープ型のａ−Ｓｉなどの第２の逆ドープ層は、パターン化された第１の電極領域の上部に、例えば、ＰＥＣＶＤにより、堆積される（１５４０）。第２の電極層は、第２のドープ層の上部に堆積される（１５５０）。例えば、第２の電極層は、スパッタリングにより堆積されるＩＴＯを備えてよい。第２の電極層は、図１６Ｂにおけるパターン１６０２にしたがって、例えば、ＨＣｌでの化学エッチングが続く第２のマスクを介するフォトリソグラフィ暴露により、パターン化される（１５６０）。真性および第２のドープ層は、ＣＦ４プラズマで、さらに、第２のマスクを使用して、エッチングされる。この第２のパターニングステップは、活動領域における第２のドープおよび真性層をパターン化するだけでなく、事前のパターニングステップにおいて形成される第１の電極領域における第１の電極層上の第１のドープ層の残りの部分を選択的に除去する。最終的な結果は図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるデバイス１３００であり、ここで、電極は、自己整列様式で２つのマスキングステップのみで活動領域と共に形成され得る。一部の実施形態において、第１の電極層および加熱器は、同じ材料から同時に形成され得る。脆弱基板の亀裂を始動させるためのセンサおよび加熱器構造の形成に関連する追加的な情報は、２０１６年７月２６日に出願された米国特許出願第１５／２２０，２２１号に説明されている。
【００５７】
本明細書に説明される実施形態は、例えば、脆弱なガラス基板など、選択的な位置で予備弱体化される脆弱基板に関与する。一部の実施形態において、予備弱体化は、損傷電子パルスを加熱器へ送ることにより達成される。例えば、電子パルスは、製作プロセスの一部として適用されてよい。パルスの形状、持続時間、および／または、振幅は、所望の量の損害を基板に与えるが、基板の自己消滅を始動させるには不十分であるよう、制御される。予備弱体化エリアを有する脆弱基板の亀裂を始動させるのに必要なエネルギー量は、予備弱体化エリアを含まない実質的に類似の基板と比較して、実質的に削減され得る。
【００５８】
以下に説明される実施例は、基板を予備弱体化するために、１つまたは２つの事前調整電流を適用する。他の実施形態は、異なる数の電気パルスを適用してよい。パルスの数は、用途に応じて変化し得る、所望される予備弱体化の量を制御する手法として使用され得る。以下に説明される実施例１および実施例２は、矩形パルスに関与する。しかしながら、三角形、鋸歯状、または、正弦波形状など、他のパルス形状が、予備弱体化プロセスを制御するための追加的な自由度を提供する。加熱器へ印加される電気インパルスの基板への影響は、パルスの数、パルス形状、持続時間、および／または、パルスの振幅の全体的な組み合わせに依存する。したがって、１つ以上のこれらのパラメータは、所望の損傷度を達成するよう全てが個別または一緒に調整され得る。一部の実施形態において、加熱器へ印加される調整パルスは、電流パルスの代わりに、電圧パルスであり得る。一部の実施形態において、上述されたように、加熱器への電気パルスは、無線周波数、信号、マイクロ波信号、または、他のトリガ刺激により始動され得る。予備弱体化は、加熱器の直下エリア以外の、または、直下エリアに加えて、方策上の位置で適用され得る。
【実施例１】
【００５９】
第１の例において、一体型の薄膜の抵抗加熱器は、予備弱体化を行い脆弱なガラス基板の破壊を始動するために使用された。図１７は、脆弱基板１７１０および基板１７１０の反対端に配置される２つの一体型の加熱器１７２１、１７２２を備える例示的なデバイス１７００を示す。この例において、加熱器は、スパッタリングにより堆積されてパターン化され、蝶ネクタイ形状の電極を伴う矩形ストリップを形成する、３．６μｍの厚さのＭｇ薄膜である。電流が電極１７２３、１７２５、および、電極１７２４、１７２６全体に印加されると、強烈な熱が薄膜加熱器１７２１、１７２２の狭いストライプセクション１７２７、１７２８において発生する。熱は、脆弱なガラス基板１７１０全体を加熱器１７２１、１７２２と共に自己消滅させる亀裂ポイントを始動させる下部の脆弱なガラス基板１７１０に損害を与える。
【００６０】
基板を予備弱体化することで、基板１７１０の自己消滅を始動させるために必要な電力およびエネルギーの量が削減され得る。１つ以上の予備弱体化エリアを伴う脆弱なガラス基板は、実質的に、１つ以上の予備弱体化エリアを伴わない類似の基板と比較して、亀裂を始動させるのに必要なエネルギーを削減し得る。これらの例において、予備弱体化は、製造プロセスの一部として、抵抗加熱器に対する制御された電気パルスでエリアに損害を与えることに関与する。パルスの形状、振幅、および、持続時間は、電気インパルスが目的のエリアに損害を与えて弱体化させるのに十分な熱を生成するが、加熱器が下部の脆弱なガラス基板を溶解（破壊）させ自己消滅させないよう設定される。
【００６１】
実施例１において、制御された電気パルスは、形状および振幅が、加熱器が実際の動作で経験し得るパラメータと一致するように設定された。その後、パルスは、加熱器が一般的に溶解する際に期待される持続時間の直前に切り上げた。図１８は、例示的な３ｍｍ×０．５ｍｍの加熱器（図１７における加熱器１７２２に対応する）を調整するために使用されるパルスの電気追跡信号を示す。この例において、電気的な予備弱体化は、５．２５ジュールから４．０５ジュールへ、約２３％亀裂を始動させるために必要なエネルギー量を削減した。この例において、調整パルス１８０１は、０．９秒間にわたり継続する単一の３平方アンペア電流パルスであった。図１８における曲線１８０２は、加熱器全体で測定された電圧を表す。電圧は、Ｍｇ膜の抵抗が経時的に温度の上昇と共に高まるため、パルス持続時間と共に上昇する。
【００６２】
図１９は、印加される刺激が加熱器を溶解させ基板を破砕するよう動作された際のパルス調整された加熱器の電気的な特徴を示す。曲線１９０１は加熱器を通過する測定電流を表し、曲線１９０２は加熱器全体の測定電圧を表す。曲線１９０３は、基板が破砕する際の検出するために使用されるモニタ信号である。モニタ信号は、出力電圧が最初は７Ｖであるが、基板の崩壊に伴い唐突に０Ｖに移行するよう設計される。３アンペアのトリガ電流では、加熱器は０．７８秒で溶解し、ガラスは３．５３秒で破砕する。消費された全体のトリガエネルギーは、４．０５ジュールである。これらの値を、電気パルスで予備調整されない同一のシステムに対する５．２５ジュールの必要エネルギー、０．９８秒の加熱器溶解時間、および、３秒のガラス破砕時間と比較する。
【実施例２】
【００６３】
この例において、デバイスは、長さ３ｍｍ×幅１ｍｍの加熱器を備えた。そのような大型の加熱器は、厚いガラスが大型の加熱器のみが伝送し得る高いエネルギーを必要とするため、厚い脆弱なガラスを破砕するために使用され得る。この大型の加熱器では、４．７アンペアの予備調整されたパルス電流が、パルスごとに１秒間の持続時間で２度にわたって印加された。２度のパルスインパルスで作動されると、ガラスを破砕するのに必要なエネルギーは、５．８ジュールであった。加熱器を溶解するための相当時間は０．５９秒であり、ガラスを破砕する時間は１．４１秒であった。
【００６４】
事前調整処理を行わない場合、同一の電気刺激の印加により、１秒を超えて保持される場合、加熱器は溶解されず、ガラスは破砕されなかった。破砕を始動させるのに必要なエネルギーは９．８ジュールを超えたため、パルス処理は、この例において、４０％を超える必要エネルギーが削減された。
【００６５】
他に明示されない限り、本明細書および請求項において使用される形状、量、および、物理的な特性を表す全ての数字は、用語「約（ａｂｏｕｔ）」により全ての実例において修正されると理解される。したがって、逆の明示がない限り、前述の明細書および添付の請求項に示される数値パラメータは、本明細書に開示される技術を利用する従来技術により取得されるよう求められる所望の特性にしたがって変化し得る近似値である。終点による数字範囲の使用は、範囲内の全ての数字（例えば、１から５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）、および、範囲内の任意の範囲を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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