(57)【要約】  熱電対列センサアレイが提供される。熱電対センサアレイは、単一の共通の共有支持膜に配置された複数の熱電対列により形成される複数のピクセルを含み得る。共有支持膜の縁部と最も外側の熱電対列との隔たりを含み、熱電対列と下のシリコン基板との間に追加の断熱を提供し得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射を監視する熱電対列センサアレイであって、
半導体基板と、
前記半導体基板に位置決めされる共有支持膜と、
前記共有支持膜及び前記半導体基板上に配置される複数の熱電対列であって、前記複数の熱電対列のそれぞれの第１の部分は前記共有支持膜に接触し、前記複数の熱電対列のそれぞれの第２の部分は前記半導体基板に接触する、複数の熱電対列と、
前記複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される１つ又は複数の吸収体であって、前記複数の熱電対列のそれぞれは、前記１つ又は複数の吸収体から放射を受け取ることに応答して、電圧を生成するように動作可能であり、前記電圧は受け取る放射量に対応する、１つ又は複数の吸収体と、
を含む、熱電対列センサアレイ。
【請求項２】
前記共有支持膜は単一の連続した膜である、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項３】
１つのみの共有支持膜を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項４】
前記共有支持膜は、約３０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導性を有する材料を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項５】
前記共有支持膜は窒化ケイ素、二酸化ケイ素、又は有機プラスチックを含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項６】
前記共有支持膜は厚さ約０．１μｍ〜５μｍを有する、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項７】
キャビティが前記半導体基板内に形成され、前記共有支持膜は、少なくとも部分的に前記キャビティを覆って位置決めされる、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項８】
前記複数の熱電対列の各熱電対列は、隣の熱電対列から１２μｍ未満の距離により隔てられる、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項９】
前記複数の熱電対列は３２以上の熱電対列を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１０】
前記複数の熱電対列は６４以上の熱電対列を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１１】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１００μｍである、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１２】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１５０μｍである、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１３】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも２００μｍである、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１４】
前記複数の熱電対列は、２×２アレイ、ラインアレイ、又は円形アレイに配置される、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１５】
前記複数の熱電対列のそれぞれは複数の熱電対脚部を含み、前記複数の熱電対列のそれぞれの前記複数の熱電対脚部は、前記共有支持膜に垂直に配置される、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１６】
放射を監視する熱電対列センサアレイであって、
半導体基板と、
前記半導体基板に位置決めされる共有支持膜であって、約３０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導性を有する材料を含む、共有支持膜と、
前記共有支持膜及び前記半導体基板の長さに沿って略平行する構成に配置される複数の熱電対列であって、前記複数の熱電対列のそれぞれの第１の部分は前記共有支持膜に接触し、前記複数の熱電対列のそれぞれの第２の部分は前記半導体基板に接触する、複数の熱電対列と、
前記複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される１つ又は複数の吸収体であって、前記複数の熱電対列のそれぞれは、前記１つ又は複数の吸収体から放射を受け取ることに応答して、電圧を生成するように動作可能であり、前記電圧は受け取る放射量に対応する、１つ又は複数の吸収体と、
を含む、熱電対列センサアレイ。
【請求項１７】
前記共有支持膜は厚さ約０．１μｍ〜５μｍを有する、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１８】
前記複数の熱電対列の各熱電対列は、隣の熱電対列から１２μｍ未満の距離により隔てられる、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１９】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１００μｍである、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２０】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１５０μｍである、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２１】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも２００μｍである、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本開示は、一般には熱電対列に関し、より具体的には共有膜を有する熱電対列センサアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連分野
熱電対列は、非接触温度測定を行うために一般に使用される赤外線放射（ＩＲ）検出器である。例えば、熱電対列は、耳で測る体温計、近接センサ、熱流束センサ等に使用される。熱電対列は、一連の電気接続された熱電対ペアで構成され、各ペアは、異なるゼーベック係数を有する異なる伝導材料又は半伝導材料で構成される。例えば、Ｎ型ポリシリコン及びＰ型ポリシリコンが従来の熱電対列に使用されることが多い。
【０００３】
一般に、各熱電対の一端部は、ＩＲエネルギーを収集するように動作可能な膜に接触し、その一方で、他端部は支持基板に配置される。収集されたＩＲエネルギーは、熱電対にわたって温度勾配を生み出し、ゼーベック効果を介して熱電対に出力電圧を生成させる。既知の特徴を有する熱電対では、出力電圧を温度値に変換し得る。
【０００４】
熱電対の出力電圧は比較的小さく、一般に数マイクロボルトの範囲であるため、温度値に変換する前に、出力電圧を増幅しなければならない。しかし、増幅はある程度の誤差又は雑音を測定結果に発生させ得る。したがって、生じる誤差の量を低減するためには、電圧が大きいほど必要とされる増幅が小さいため、より大きな出力電圧が望まれ得る。これを達成するために、いくつかの熱電対列は、直列接続された複数の熱電対を含み、より大きな出力電圧を生成する。
【０００５】
複数の熱電対列をシリコンチップ上のラインに一緒に配置して、熱電対列アレイを形成し得る。これらは、例えば、近接センサ検出器、温度計、セキュリティ検出器、監視等に使用し得る。従来の熱電対列アレイは、シリコンチップに配置されたＳｉＮ又はＳｉＯ２の薄い膜を使用し、熱電対列「ピクセル」毎に１つの膜がある。各ピクセルの周囲には、アレイ内のピクセル毎の個々の膜を形成するシリコンの「冷」枠がある。これらの熱電対列アレイでは、冷枠は、センサの「温」（放射吸収）接合部の近傍に配置され、膜の温度上昇、ひいては熱電対列の温度上昇を制限する。特に、吸収されたＩＲ放射は温接合部を加熱するが、この熱はシリコンの冷枠に比較的高速に、又は有限量だけ伝導する。これは、各熱電対列にわたって形成される温度勾配の大きさを低減し、熱電対列出力電圧を低下させる。特に、ピクセルライン内の前のピクセル及び次のピクセルに隣接する側に沿って冷枠を有する必要性が、各熱電対列にわたって形成される温度勾配の大きさを低減させる。温度勾配のこれらの低減は、出力に必要になる増幅の量が大きくなり、それにより、より大きな程度の誤差又は雑音が発生するため、望ましくない。
【０００６】
さらに、ピクセルライン内で前のピクセル及び次のピクセルに隣接する側に沿って冷枠を有する必要性は、有効なスペースを使用し、アレイ内に必要な「デッド」スペースを残してしまう。これは、放射を収集する機会の損失に繋がり、又は分光用途では、スペクトル特徴をすべて逃すことに繋がる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、より高い熱感度を有するコンパクトな熱電対列センサアレイが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概要
放射を監視する熱電対列センサアレイが開示される。この熱電対列センサアレイは、半導体基板と、半導体基板に位置決めされる共有支持膜と、共有支持膜及び半導体基板上に配置される複数の熱電対列であって、複数の熱電対列のそれぞれの第１の部分は共有支持膜に接触し、複数の熱電対列のそれぞれの第２の部分は半導体基板に接触する、複数の熱電対列と、複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される１つ又は複数の吸収体であって、複数の熱電対列のそれぞれは、１つ又は複数の吸収体から放射を受け取ることに応答して、電圧を生成するように動作可能であり、電圧は受け取る放射量に対応する、１つ又は複数の吸収体と、を含み得る。
【０００９】
いくつかの例では、共有支持膜は単一の連続した膜であり得る。他の例では、熱電対列センサアレイは１つのみの共有支持膜を含み得る。支持膜は窒化ケイ素、二酸化ケイ素、又は有機プラスチックを含み得る。共有支持膜の厚さは約０．１μｍ〜５μｍであり得る。
【００１０】
いくつかの例では、キャビティが、共有支持膜が少なくとも部分的にキャビティを覆うように共有支持膜の下に形成し得る。
【００１１】
いくつかの例では、各熱電対列は、隣の熱電対列から１２μｍ未満の距離により隔てられ得る。熱電対列センサアレイは、８、１６、３２、６４、又はそれよりも多数の熱電対列を含み得る。熱電対列センサアレイは、少なくとも１００μｍ、１５０μｍ、又は２００μｍの共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離を含み得る。
【００１２】
いくつかの例では、複数の熱電対列は、２×２アレイ、ラインアレイ、又は円形アレイに配置され得る。他の例では、複数の熱電対列のそれぞれは複数の熱電対脚部を含み、複数の熱電対列のそれぞれの複数の熱電対脚部は、共有支持膜に垂直に配置される。
【００１３】
別の例では、熱電対列センサアレイは、導体基板と、半導体基板に位置決めされる共有支持膜であって、約３０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導性を有する材料を含む、共有支持膜と、共有支持膜及び半導体基板の長さに沿って略平行する構成に配置される複数の熱電対列であって、複数の熱電対列のそれぞれの第１の部分は共有支持膜に接触し、複数の熱電対列のそれぞれの第２の部分は半導体基板に接触する、複数の熱電対列と、複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される１つ又は複数の吸収体であって、複数の熱電対列のそれぞれは、１つ又は複数の吸収体から放射を受け取ることに応答して、電圧を生成するように動作可能であり、電圧は受け取る放射量に対応する、１つ又は複数の吸収体と、を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】例示的な共有膜熱電対列アレイの上から見た図を示す。
【図２】各ピクセルに別個の支持膜を有する例示的な熱電対列アレイのヒートマップを示す。
【図３】例示的な共有支持膜熱電対列アレイのヒートマップを示す。
【図４Ａ】様々なサイズのうちの一つのサイズのデッドスペースを有する例示的な共有支持膜熱電対列アレイのヒートマップを示す。
【図４Ｂ】様々なサイズのうちの一つのサイズのデッドスペースを有する例示的な共有支持膜熱電対列アレイのヒートマップを示す。
【図４Ｃ】様々なサイズのうちの一つのサイズのデッドスペースを有する例示的な共有支持膜熱電対列アレイのヒートマップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
以下の説明は、当業者が様々な実施形態を作成し使用できるようにするために提示される。特定の装置、技法、及び適用の説明が単なる例として提供される。本明細書に記載される例への様々な変更が、当業者には容易に明らかになり、本明細書において定義される一般原理は、様々な実施形態の趣旨及び範囲から逸脱せずに他の例及び用途に適用し得る。したがって、様々な実施形態は、本明細書に記載され示される例に限定されることを意図されず、特許請求の範囲に一致する範囲に従うべきである。
【００１６】
図１は、例示的な共有膜熱電対列アレイ１００の上から見た図を示す。共有膜熱電対列アレイ１００はシリコン基板１０１上に形成し得る。共有膜熱電対列アレイ１００は、熱電対列に構造的支持を提供する共有支持膜１０３を含み得る。共有支持膜１０３は、低い熱伝導性、例えば、約３０Ｗ／ｍＫ未満、約２０Ｗ／ｍＫ未満、約１５Ｗ／ｍＫ未満、又は約１０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導性を有する材料を含み得る。共有支持膜１０３は、例えば、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、又は有機プラスチック等を含み得、０．０５μｍ〜７μｍの範囲の厚さ、例えば、約０．１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、又は約７μｍの厚さを有する。そのような材料を選択することは、共有支持膜１０３により熱電対列から離れて伝導される熱の量を制限するのに役立つ。さらに、いくつかの実施形態では、共有支持膜１０３をキャビティ（図示せず）上に懸架して、共有支持膜１０３とシリコン基板１０１との間に少なくとも部分的な断熱を提供し得る。共有支持膜１０３は、いくつかの実施形態では、連続した膜であり得る。換言すれば、共有支持膜１０３は膜材料の単一の概して途切れないシートを含み得る。
【００１７】
共有膜熱電対列アレイ１００は、共有支持膜１０３に位置決めされた１つ又は複数の熱電対列１０７をさらに含み得る。熱電対列１０７は、異なるゼーベック係数を有する１つ又は複数のペアの熱電対脚部１０５を含む。例えば、熱電対脚部１０５のペアは、Ｎ型ポリシリコン及びＰ型ポリシリコン等の異なる導電材料又は半導電材料を含み得る。各熱電対脚部１０５の一端部は共有支持膜１０３に接触して配置されて、ＩＲエネルギーを収集し、その一方で、他端部は支持シリコン基板１０１に配置される。収集されたＩＲエネルギーは、熱電対脚部１０５のペアにわたって温度勾配を生み出し、ゼーベック効果を介して出力電圧を生成する。
【００１８】
熱電対脚部１０５のペアにより生成される出力電圧を増大させるために、熱電対脚部１０５の複数のペアを電気的に直列接続し得る。したがって、熱電対列１０７は熱電対脚部１０５の１つ又は複数のペアを含み得る。熱電対脚部１０５のペアは、共有支持膜１０３の表面に沿って水平に配置してもよく、又は参照により本明細書に援用される米国仮特許出願第６１／３２４，２２１号に記載されるように、垂直に積み重ねてもよい。熱電対列１０７は、熱電対脚部１０５の４つのペアを有して示されるが、熱電対列１０７が任意の数の熱電対ペアを含み得ることを当業者は理解するだろう。さらに、任意の数の熱電対列１０７を使用し得ることを理解されたい。例えば、８、１６、３２、６４、又はそれよりも多数の熱電対列１０７を共有膜熱電対列アレイ１００に含み得る。
【００１９】
さらに、熱電対列１０７は平行に配置されて示されるが、２×２アレイ、１×Ｎラインアレイ、２×Ｎ二重ラインアレイ、円形アレイ等の他の構成も可能である。さらに、熱電対列１０７は、基板上で熱電対脚部１０５の「冷」端部と平行して配置されて示されるが、他の構成、例えば、２×２正方形アレイ、３×３正方形アレイ、又はより大きな正方形アレイに配置される熱伝対列１０７も可能である。
【００２０】
共有膜熱電対列アレイ１００は、熱電対列１０７の部分の上又は下に位置決めされる１つ又は複数の吸収体１１１をさらに含み得る。吸収体１１１は、ＩＲ放射を吸収するように構成し得、カーボンブラック、石油（black-gold）、他の化合物、有機化合物、又は有機混合物等の任意の吸熱材料で作ることができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、共有膜熱電対列アレイ１００は、アレイの長さ及び／又は幅に広がり、各熱電対列１０７上に位置決めされた単一の吸収体１１１を含み得、又は他の実施形態では、すべての熱電対列１０７のサブセット上に位置決めされた複数の吸収体１１１を含み得る。さらに他の実施形態では、複数の吸収体１１１を各熱電対列１０７上に位置決めし得る。吸収体１１１は、任意の形状、例えば、正方形、矩形、三角形等に配置し得る。吸収体１１１に接触する熱電対脚部１０５の端部は、本明細書では「温接合部」と呼ぶことにする。温接合部とは逆の熱電対脚部１０５の端部は、本明細書では「冷接合部」と呼ぶことにする。
【００２２】
１つ又は複数の熱電対列１０７はピクセル１０９を形成し得、これは、共有膜熱電対列アレイ１００がＩＲエネルギーを測定可能なエリアである。より具体的には、ピクセルは、１つ又は複数の熱電対列１０７の温接合部で形成し得る。例えば、図１に示されるように、各熱電対列１０７の温接合部は陰影が付けられて、幅１１５を有する別個の（この図では、三角形の）ピクセル１０９を示す。したがって、共有膜熱電対列アレイ１００の感度を増大させるために、ピクセル１０９を一緒に可能な限り近くに位置決めして、ピクセル間の「デッド」スペースを低減することが望ましい。各ピクセル１０９に個々の膜を使用するのではなく、単一の共有支持膜１０３を使用することにより、ピクセル間のスペースを低減することができ、それにより、共有膜熱電対列アレイ１００のピクセル密度が増大する。さらに、各ピクセル１０９に個々の膜ではなく、単一の共有支持膜１０３を使用することにより、さもなければ各熱電対列にわたって形成される温度勾配を低減するであろう各ピクセル間にある冷枠の部分をなくすことができ、それにより、共有膜熱電対列アレイ１００の感度が増大する。しかし、ピクセル間の距離を低減し、各ピクセル間の冷枠の部分をなくすことで、「クロストーク」が増大するおそれがあることを当業者は理解するだろう。クロストークは、１つのピクセルで受け取った放射が外に向かって放射されて、近隣ピクセルにより行われる測定に干渉する現象を示す。ピクセルサイズ、ピクセル間隔、及び幾何学的形状の他のバリエーションを注意深く選ぶことにより、このクロストークを最小に抑えることが可能となり得る。
【００２３】
例示的な一実施形態では、共有膜熱電対列アレイ１００は、長さ約４．５ｍｍ及び約０．５８ｍｍの幅１１３を有し得る。さらに、各熱電対列１０７は、幅約１０μｍ及び長さ約２６０μｍ（半ピクセル）を有し得る。熱電対列１０７は、隣の熱電対列１０７から、単一の熱電対の最小幅に、熱電対の間隔を加えた距離だけ、例えば、１０μｍ＋２μｍ＝１２μｍだけ隔て得る。吸収体１１１の幅、ひいては各ピクセルの幅１１５は約７０μｍであり得る。特定の値が上記に与えられるが、所望の用途に応じて他の寸法を使用してもよいことを理解されたい。例えば、単一の共有膜を使用することの利点の１つは、膜寸法を調整する必要がなく、熱電対列毎の熱電対ペアの数を増大することにより、熱電対列１０７の幅を増大し得ることである。さらに、共有膜熱電対列アレイ１００の長さを増大させて、より多数の熱電対列１０７を含めるようにすることができる。いくつかの例では、熱電対列アレイ１００の長さは、処理可能性、用途、及び費用制限に基づいて２０％以上増大させ得る。
【００２４】
シリコン基板１０１上のスペース使用の改良に加えて、単一の共有支持膜１０３を使用することにより、ピクセル１０９及び各熱電対列の温接合部での温度がより高くなる。ピクセル１０９及び温接合部での温度が高いほど、熱電対脚部１０５のペアにわたって生成される温度勾配が大きくなり、出力電圧が大きくなる。出力電圧が大きいほど、必要な増幅が小さくなるため、これは望ましく、より正確な測定を生成する。
【００２５】
ピクセル１０９がもはや、従来の熱電対列センサアレイでのように四方すべてで「冷」シリコン基板１０１と隣接しないため、より高い温度が可能になる。例えば、図２は、各熱電対列２０７に別個の支持膜を有する例示的な従来の熱電対列センサアレイ２００のヒートマップを示す。熱電対列２０７の暗いエリアはより高い温度を表し、その一方で、明るいエリアはより低い温度を表す。熱電対列センサアレイ２００内の各熱電対列２０７は、物理的に別個の支持膜に形成されるため、吸収体ピクセル２０９に対応する温接合部の四方（図２に示される左右上下）でシリコン基板２０１のシリコン材料で囲まれる。シリコン材料は支持膜（例えば、約１０〜３０Ｗ／ｍＫ未満）と比較して高い熱伝導性（例えば、約１４８Ｗ／ｍＫ）を有し、断面が厚く、熱電対列２０７の温接合部に対して冷たいままであるため、この構成により膜の温度上昇が低減し、したがって、吸収体ピクセル２０９の温度上昇が低減する。これにより、ピクセル２０９での温度が低くなり、熱電対列２０７にわたる温度勾配が小さくなり、熱電対列２０７が生成する出力電圧が小さくなり、最終的に、測定精度が低くなる。
【００２６】
これより図３を参照して、例示的な共有膜熱電対列アレイ１００のヒートマップを示す。図２のヒートマップと同様に、熱電対列１０７の暗いエリアはより高い温度を表し、その一方で、明るいエリアはより低い温度を表す。図３から分かるように、共有膜熱電対列アレイ１００の中心（図３の下）に向かって配置された熱電対列１０７は、アレイの端部（図３の上）近傍よりも温接合部で高い温度を有する。これは、アレイの端部近傍の熱電対列１０７が、シリコン基板１０１により形成される冷シリコン端部枠１１６に隣接するか、又は少なくともその近傍に位置決めされ、それにより、これらの位置での温度上昇を制限するためである。しかし、アレイの中心近傍の熱電対列１０７の温接合部は、冷シリコン枠と隣接せず、したがって、より高い温度まで上昇することができる。上述したように、温接合部での温度が高いほど、熱電対列１０７にわたる温度勾配が大きくなり、その結果、ＩＲ測定がより正確になる。
【００２７】
図３に示されるヒートマップを図２に示されるヒートマップと比較することで、共有膜熱電対列アレイ１００の熱電対列１０７の温接合部のうちの少なくともいくつかにより得られる温度が、熱電対列センサアレイ２００の熱電対列２０７により生成される温度勾配よりも高いことが分かる。いくつかの例では、共有膜熱電対列アレイ１００の熱電対列にわたって生成される温度勾配は、熱電対列センサアレイ２００よりも１０倍以上大きくなり得る。
【００２８】
上述され、図３に示されたように、例シリコン端部枠１１６の近傍に配置された熱電対列（例えば、１１７と記された熱電対列）は、中心近傍の熱電対列（例えば、１０７と記された熱電対列）ほど高い温度には達し得ない。したがって、いくつかの実施形態では、共有熱電対列アレイ１００の各端部と最も外側の熱電対列１１７との距離を増大させ得る。換言すれば、「デッド」スペースを共有支持膜１０３の両端部に意図的に形成して、シリコン基板１０１の冷シリコン端部枠１１６と最も外側の熱電対列１１７との間に追加の断熱（遮熱）を提供し得る。いくつかの実施形態では、デッドスペースは約５０μｍ、約７５μｍ、約１００μｍ、約１５０μｍ、約２００μｍ、又はそれよりも大きくてもよい。共有膜熱電対列アレイ１００の構成に基づいて、デッドスペースの幅をどのように選択するかを当業者は分かるであろう。いくつかの例では、この選択は、熱電対列１１７での温度低下の最小化と、シリコン基板１０１に追加される無駄なスペース量とのバランスに基づき得る。
【００２９】
図４Ａ〜図４Ｃは、均一な量の放射が各ピクセルに与えられた場合、共有膜熱電対列アレイ１００の温度に対する様々なサイズのデッドスペースを使用する影響を示す。特に、図４Ａは、デッドスペースがわずかであるか、又はない共有膜熱電対列アレイ１００のヒートマップを示す。分かるように、共有膜熱電対列アレイ１００の縁部（図の左側）近傍の熱電対列１１７は、対応する温接合部において、中心（図の右）に向かう熱電対列とは非常に異なる温度を有する。熱電対列の大きさに応じて、中心熱電対列１０７と比較して異なる温度を示すのは、熱電対列１１７だけではないことがある。これは、最も外側の熱電対列１１７又は冷シリコン端部枠１１６の近傍にある熱電対列１１８によるものであり、その一方で、内側の熱電対列１０７は共有支持膜１０３と隣接する。この構成且つ３２個のピクセルを有する例示的な一実施形態では、シミュレーションにより、合計温度差８５５℃を生成し得ることが示された。
【００３０】
図４Ｂは、約１５０μｍのデッドスペース４０１を有する共有膜熱電対列アレイ１００の一実施形態のヒートマップを示す。この図から分かるように、熱電対列１０７、１１７、及び１１８の温接合部にわたる温度はより均一である。これは、熱電対列１１７、１１８と冷シリコン端部枠１１６との断熱がデッドスペース４０１により提供されたことによるものである。この構成且つ３２個のピクセルを有する例示的な一実施形態では、シミュレーションにより、合計温度差９０５℃を生成し得ることが示された。これにより、図４Ａに示されるデッドスペースがわずかであるか、又はない共有膜熱電対列アレイよりも、約５．８％性能が増大する。さらに、熱電対列１１７、１１８の冷枠への温接合部の温度差を２倍に増大させ得る。
【００３１】
図４Ｃは、約２００μｍのデッドスペース４０３を有する共有膜熱電対列アレイ１００の別の実施形態のヒートマップを示す。この図から分かるように、縁部（図の左側）近傍の熱電対列１１７、１１８は、中央（図の右）に向かう熱電対列よりも温接合部で高い温度を有する。この場合、デッドスペースに露出した膜は、熱伝導性を増大させる熱電対脚部で覆われる膜よりも良好な断熱材として機能する。この構成且つ３２個のピクセルを有する例示的な一実施形態では、シミュレーションにより、合計温度差９１２℃を生成し得ることが分かった。これにより、図４Ａに示されるデッドスペースがわずかであるか、又はない共有膜熱電対列アレイ１００よりも約６．７％性能が増大する。
【００３２】
共有膜熱電対列アレイの様々な構成が、上記例において提供される。特徴は特定の実施形態に関連して説明されるように見え得るが、記載の実施形態の様々な特徴を組み合わせ得ることを当業者は認識するだろう。さらに、実施形態に関連して説明された態様は独立していてもよい。
【図１】
2013541704.tif 000003
【図２】
2013541704.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
2013541704.tif 000006
【図４Ｂ】
2013541704.tif 000007
【図４Ｃ】
2013541704.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月6日(2013.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射を監視する熱電対列センサアレイであって、
半導体基板と、
前記半導体基板に位置決めされる共有支持膜と、
前記共有支持膜及び前記半導体基板上に配置される複数の熱電対列であって、前記複数の熱電対列のそれぞれの第１の部分は前記共有支持膜に接触し、前記複数の熱電対列のそれぞれの第２の部分は前記半導体基板に接触する、複数の熱電対列と、
前記複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される１つ又は複数の吸収体と、を含み、
前記複数の熱電対列における各熱電対列は、それぞれ、前記１つ又は複数の吸収体から放射を受け取ることに応答して、別個独立の出力電圧を生成するように動作可能であり、
各熱電対列によってそれぞれ生成される前記別個独立の出力電圧は、前記各熱電対列がそれぞれ受け取る放射量に対応する、
熱電対列センサアレイ。
【請求項２】
前記共有支持膜は単一の連続した膜である、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項３】
１つのみの共有支持膜を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項４】
前記共有支持膜は、約３０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導性を有する材料を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項５】
前記共有支持膜は窒化ケイ素、二酸化ケイ素、又は有機プラスチックを含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項６】
前記共有支持膜は厚さ約０．１μｍ〜５μｍを有する、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項７】
キャビティが前記半導体基板内に形成され、前記共有支持膜は、少なくとも部分的に前記キャビティを覆って位置決めされる、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項８】
前記複数の熱電対列の各熱電対列は、隣の熱電対列から１２μｍ未満の距離により隔てられる、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項９】
前記複数の熱電対列は３２以上の熱電対列を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１０】
前記複数の熱電対列は６４以上の熱電対列を含む、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１１】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１００μｍである、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１２】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１５０μｍである、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１３】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも２００μｍである、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１４】
前記複数の熱電対列は、２×２アレイ、ラインアレイ、又は円形アレイに配置される、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１５】
前記複数の熱電対列のそれぞれは複数の熱電対脚部を含み、前記複数の熱電対列のそれぞれの前記複数の熱電対脚部は、前記共有支持膜に垂直に配置される、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１６】
放射を監視する熱電対列センサアレイであって、
半導体基板と、
前記半導体基板に位置決めされる共有支持膜であって、約３０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導性を有する材料を含む、共有支持膜と、
前記共有支持膜及び前記半導体基板の長さに沿って略平行する構成に配置される複数の熱電対列であって、前記複数の熱電対列のそれぞれの第１の部分は前記共有支持膜に接触し、前記複数の熱電対列のそれぞれの第２の部分は前記半導体基板に接触する、複数の熱電対列と、
前記複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される１つ又は複数の吸収体と、を含み、
前記複数の熱電対列における各熱電対列は、それぞれ、前記１つ又は複数の吸収体から放射を受け取ることに応答して、別個独立の出力電圧を生成するように動作可能であり、
各熱電対列によってそれぞれ生成される前記別個独立の出力電圧は、前記各熱電対列がそれぞれ受け取る放射量に対応する、
熱電対列センサアレイ。
【請求項１７】
前記共有支持膜は厚さ約０．１μｍ〜５μｍを有する、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１８】
前記複数の熱電対列の各熱電対列は、隣の熱電対列から１２μｍ未満の距離により隔てられる、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項１９】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１００μｍである、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２０】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも１５０μｍである、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２１】
前記共有支持膜の縁部と前記複数の熱電対列のうちの任意の熱電対列との距離は、少なくとも２００μｍである、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２２】
前記半導体基板に接触する熱電対列はいずれも、前記共有支持膜にも接触する、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２３】
前記半導体基板に接触する熱電対列はいずれも、前記共有支持膜にも接触する、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２４】
前記複数の熱電対列における各熱電対列は、前記複数の熱電対列における他の熱電対列から電気的に絶縁される、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２５】
１つの吸収体のみが、前記複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される、請求項１に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２６】
前記複数の熱電対列における各熱電対列は、前記複数の熱電対列における他の熱電対列から電気的に絶縁される、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【請求項２７】
１つの吸収体のみが、前記複数の熱電対列のそれぞれに熱的に結合される、請求項１６に記載の熱電対列センサアレイ。
【国際調査報告】
2013541704.tif 000009
2013541704.tif 000010