(57)【要約】【課題】熱刺激を感知する技術を改良するものである。【解決手段】相反する向きの第１及び第２の側を有し、横方向に熱的に絶縁する中央層と、中央層の第１の側上にあり、半導体材料を含む熱センサを含む第１の構造体と、中央層の第２の側上にあり、熱入力信号を熱センサに提供し、かつ、導電性材料を含む熱伝導性部品を含む第２の構造体と、熱伝導性部品と熱センサとの間の容量結合を減少させる抗結合部品と、を備える熱感知装置である。【選択図】図１
2007010651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相反する向きの第１及び第２の側を有する支持層と、
前記支持層の第１の側上にある第１の層状構造体及び該支持層の第２の側上にある第２の層状構造体と、
前記第１の層状構造体内にあり、半導体材料を含む温度計要素と、前記第２の層状構造体内にある熱伝導性構造体と、を含む熱感知装置と、
を備え、
前記温度計要素は、前記支持層を通して前記熱伝導性構造体と熱接触し、
前記熱伝導性構造体は、受け取った温度を、前記支持層を横切って横方向に伝導し、
前記温度計要素は、前記受け取った温度に応答し、
前記熱伝導性構造体は、導電性材料を含んでおり、
更に、前記熱結合された構造体と前記温度計要素との間の容量結合を減少させる抗結合部品を備えることを特徴とする膜。
【請求項２】
相反する向きの第１及び第２の側を有し、横方向に熱的に絶縁する中央層と、
前記中央層の前記第１の側上にあり、半導体材料を含む熱センサを含む第１の構造体と、
前記中央層の前記第２の側上にあり、熱入力信号を前記熱センサに提供し、かつ、導電性材料を含む熱伝導性部品を含む第２の構造体と、
前記熱伝導性部品と前記熱センサとの間の容量結合を減少させる抗結合部品と、
を備えることを特徴とする熱感知装置。
【請求項３】
相反する向きの第１及び第２の側を有し、横方向に熱的に絶縁する中央層と、
前記中央層の前記第１の側上にあり、半導体材料を含む熱センサを含む第１の構造体と、
前記中央層の前記第２の側上にある第２の構造体と、
を備え、
前記第２の構造体は、
熱入力信号を前記熱センサに提供し、導電性材料を含む熱伝導性部品と、
導電性層と、
を含み、
前記導電性層は、前記中央層と前記熱伝導性部品との間にあり、又は、前記熱伝導性部品は、前記中央層と前記導電性層との間にあり、前記導電性層は、横方向に熱的に絶縁するのに十分に薄いものであることを特徴とする熱感知装置。
【請求項４】
相反する向きの第１及び第２の側を有し、横方向に熱的に絶縁する中央層と、
前記中央層の前記第１の側上にあり、各々が１つ又はそれ以上のサーミスタを含む第１及び第２のサーミスタの組を含む第１の構造体と、
前記中央層の前記第２の側上にあり、第１及び第２の熱伝導性部品を含む第２の構造体と、
を備え、
前記第１の熱伝導性部品は、導電性材料を含み、熱入力信号を前記第１のサーミスタの組内のサーミスタに提供し、
前記第２の熱伝導性部品は、導電性材料を含み、熱入力信号を前記第２のサーミスタの組内のサーミスタに提供し、
前記第１の熱伝導性部品と前記第１のサーミスタの組内のサーミスタとの間の容量結合を減少させ、前記第２の熱伝導性部品と前記第２のサーミスタの組内のサーミスタとの間の容量結合を減少させる抗結合部品が設けられたことを特徴とする熱量計。
【請求項５】
相反する向きの第１及び第２の側を有する支持層と、
各々が、
前記支持層の前記第１の側上にある温度計要素と、
前記支持層の前記第２の側上にある熱伝導性構造体と、
を含む、前記支持層上の１つ以上の熱感知装置と、
を備え、
前記温度計要素は、前記支持層を通して前記熱伝導性構造体と熱接触し、
前記熱伝導性構造体は、前記支持層を横切って横方向に受け取った温度を伝導し、
前記温度計要素は、前記受け取った温度に応答し、
少なくとも１つの熱感知装置の前記熱伝導性構造体と前記温度計要素との間の容量結合を減少させる抗結合部品が設けられたことを特徴とするアレイ。
【請求項６】
熱感知装置を生成する方法であって、
相反する向きの第１及び第２の側を有する支持層において、前記支持層の第１の側上にある温度計要素と、該支持層の第２の側上にある熱伝導性構造体とを生成するステップを含み、
前記温度計要素は、前記支持層を通して前記熱伝導性構造体と熱接触し、
前記熱伝導性構造体は、受け取った温度を、前記支持層を横切って横方向に伝導し、
前記温度計要素は、前記受け取った温度に応答し、
前記熱伝導性構造体と前記温度計要素との間の容量結合を減少させる抗結合部品を生成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、熱刺激を感知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願公開第２００３／０１８６４５３号は、アレイが基板上に熱分離領域を含む熱量測定技術を説明する。各々の隔離領域は、内部に検知電子機器に接続される熱測定装置がある、少なくとも１つの熱平衡領域を含む。
Ｔｏｒｒｅｓ，Ｆ．Ｅ．、Ｋｕｈｎ，Ｐ．、Ｄｅ  Ｂｒｕｙｋｅｒ，Ｄ．、Ｂｅｌｌ，Ａ．Ｇ．、Ｗｏｌｋｉｎ，Ｍ．Ｖ．、Ｐｅｅｔｅｒｓ．Ｅ．、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ，Ｊ．Ｒ．、Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｇ．Ｂ．、Ｓｃｈｍｉｔｚ，Ｇ．Ｐ．、Ｒｅｃｈｔ，Ｍ．Ｉ．、Ｓｃｈｗｅｉｚｅｒ，Ｓ．、Ｓｃｏｔｔ，Ｌ．Ｇ．、Ｈｏ，Ｊ．Ｈ．、Ｅｌｒｏｄ，Ｓ．Ａ．、Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．、Ｌｅｒｎｅｒ，Ｒ．Ａ．、及びＢｒｕｃｅ，Ｒ．Ｈ．著、「Ｅｎｔｈａｌｐｙ  ａｒｒａｙｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、第１０１巻第２６、２００４年６月２９日、ｐｐ．９５１７‐９５２２（「Ｔｏｒｒｅｓ他の論文」）は、大きい基板上に９６個の検知器エンタルピー・アレイを製造すること、及び、分子間相互作用を検知するためのナノ熱量測定検知器としてそれらを使用することを説明する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
熱刺激を感知する技術を改良するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の膜は、相反する向きの第１及び第２の側を有する支持層と；前記支持層の第１の側上にある第１の層状構造体及び該支持層の第２の側上にある第２の層状構造体と；前記第１の層状構造体内にあり、半導体材料を含む温度計要素と、前記第２の層状構造体内にある熱伝導性構造体と、を含む熱感知装置と；を備え、前記温度計要素は、前記支持層を通して前記熱伝導性構造体と熱接触し、前記熱伝導性構造体は、受け取った温度を、前記支持層を横切って横方向に伝導し、前記温度計要素は、前記受け取った温度に応答し、前記熱伝導性構造体は、導電性材料を含んでおり；更に、この膜は、前記熱結合された構造体と前記温度計要素との間の容量結合を減少させる抗結合部品を備えることを特徴としている。
【０００５】
また、本発明の熱感知装置は、相反する向きの第１及び第２の側を有し、横方向に熱的に絶縁する中央層と、前記中央層の前記第１の側上にあり、半導体材料を含む熱センサを含む第１の構造体と、前記中央層の前記第２の側上にあり、熱入力信号を前記熱センサに提供し、かつ、導電性材料を含む熱伝導性部品を含む第２の構造体と、前記熱伝導性部品と前記熱センサとの間の容量結合を減少させる抗結合部品と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
更に、本発明の熱感知装置は、相反する向きの第１及び第２の側を有し、横方向に熱的に絶縁する中央層と、前記中央層の前記第１の側上にあり、半導体材料を含む熱センサを含む第１の構造体と、前記中央層の前記第２の側上にある第２の構造体と、を備え、前記第２の構造体は、熱入力信号を前記熱センサに提供し、導電性材料を含む熱伝導性部品と、導電性層と、を含み、前記導電性層は、前記中央層と前記熱伝導性部品との間にあり、又は、前記熱伝導性部品は、前記中央層と前記導電性層との間にあり、前記導電性層は、横方向に熱的に絶縁するのに十分に薄いものであることを特徴としている。
【０００７】
更にまた、本発明の熱量計は、相反する向きの第１及び第２の側を有し、横方向に熱的に絶縁する中央層と、前記中央層の前記第１の側上にあり、各々が１つ又はそれ以上のサーミスタを含む第１及び第２のサーミスタの組を含む第１の構造体と、前記中央層の前記第２の側上にあり、第１及び第２の熱伝導性部品を含む第２の構造体と、を備え、前記第１の熱伝導性部品は、導電性材料を含み、熱入力信号を前記第１のサーミスタの組内のサーミスタに提供し、前記第２の熱伝導性部品は、導電性材料を含み、熱入力信号を前記第２のサーミスタの組内のサーミスタに提供し、前記第１の熱伝導性部品と前記第１のサーミスタの組内のサーミスタとの間の容量結合を減少させ、前記第２の熱伝導性部品と前記第２のサーミスタの組内のサーミスタとの間の容量結合を減少させる抗結合部品が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
更にまた、本発明のアレイは、相反する向きの第１及び第２の側を有する支持層と、各々が、前記支持層の前記第１の側上にある温度計要素と、前記支持層の前記第２の側上にある熱伝導性構造体と、を含む、前記支持層上の１つ以上の熱感知装置と、を備え、前記温度計要素は、前記支持層を通して前記熱伝導性構造体と熱接触し、前記熱伝導性構造体は、前記支持層を横切って横方向に受け取った温度を伝導し、前記温度計要素は、前記受け取った温度に応答し、少なくとも１つの熱感知装置の前記熱伝導性構造体と前記温度計要素との間の容量結合を減少させる抗結合部品が設けられたことを特徴としている。
【０００９】
更にまた、本発明は、熱感知装置を生成する方法であって、相反する向きの第１及び第２の側を有する支持層において、前記支持層の第１の側上にある温度計要素と、該支持層の第２の側上にある熱伝導性構造体とを生成するステップを含み、前記温度計要素は、前記支持層を通して前記熱伝導性構造体と熱接触し、前記熱伝導性構造体は、受け取った温度を、前記支持層を横切って横方向に伝導し、前記温度計要素は、前記受け取った温度に応答し、前記熱伝導性構造体と前記温度計要素との間の容量結合を減少させる抗結合部品を生成するステップをさらに含むことを特徴としている。
【００１０】
本発明は、種々の例示的な実施形態を提供する。一般に、各々の実施形態は、熱伝導性構造体又は部品、並びに、該熱伝導性構造体又は部品から温度、熱変化、又は熱信号を受け取る温度計要素又は熱センサを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に説明される実施は、化学反応の熱的効果の測定の際にも、他の種々の方法でも適用することができ、それらの一部が、米国特許出願公開第２００３／０１８６４５３号に説明される。ここで用いられる表現は、一般に、米国特許出願公開第２００５／０２５４５５２号に述べられる意味を有するものである。
【００１２】
図１は、米国特許出願公開第２００３／０１８６４５３号の図５に示されるものと類似しているが、細部が異なる電子測定システムの概略図である。測定システム１１００は、サーミスタ・ブリッジ１１０２、計測増幅器１１０４、及びロックイン増幅器１１０６を含む。
【００１３】
「熱入力信号」という用語は、ここでは熱変化の形態で部品に与えられる信号を指し、サーミスタ・ブリッジ１１０２のサーミスタが、異なる熱入力信号を受け取る。サーミスタ・ブリッジ１１０２は、一次的に、同相モードのばらつき、すなわち、全てのサーミスタの抵抗における共通のばらつきの結果として出力信号のばらつきを抑制するホイートストンブリッジ内に配置された、２対の対向するサーミスタを含む。ブリッジ回路及び関連技術の実施は、米国特許出願公開第２００５／０２５４９９４号により詳細に説明される。低雑音サーミスタ及び関連技術の実施は、米国特許出願公開第２００５／０２３８０８０号により詳細に説明される。
【００１４】
「測定用サーミスタ」と呼ばれるサーミスタ１１１０が、測定される熱入力信号に曝されるように配置され、「基準サーミスタ」と呼ばれるサーミスタ１１１２が、基準測定を行うように配置される。例えば、反応の熱効果を測定する場合、反応による熱を示す熱信号を伝えるように、又は他の方法でサーミスタ１１０に提供するように、サーミスタ１１１０を配置することができ、サーミスタ１１１２は、こうした熱信号を受け取らないように、反応から遠ざかるように配置し、反応から絶縁することができる。
【００１５】
計測増幅器１１０４は、ブリッジ１１０２のノード１１１４とノード１１１６との間の電圧差を増幅するものであり、低雑音の非常に高いインピーダンス増幅器として実装することができる。ロックイン増幅器１１０６に計測増幅器１１０４の出力が与えられ、該ロックイン増幅器は、第２段階の増幅を実行し、帯域幅を狭めることによる付加的な電圧雑音を除去する。ブリッジ１１０２に与えられる電圧ＶBは、ロックイン増幅器１１０６の内部基準電圧源１１２０から得られる正弦波電圧である。ロックイン増幅器１１０６はまた、基準電圧及び計測増幅器１１０４から出力を受け取り、出力信号ＶOUTを提供する増幅部品１１２２を含む。ＶOUTは、測定用サーミスタ１１１０が感知する温度及び基準サーミスタ１１１２が感知する温度との間の差に比例する。
【００１６】
図１の回路は、一般に、ブリッジ１１０２が、装置の作動条件の下で特定の雑音特性を有するサーミスタを含む点を除いて、標準的な電気部品と共に実装することができる。例えば、それらの標準的な電気部品は、低雑音サーミスタとすることができ、或いは、特定の雑音特性を有する材料を含むサーミスタとすることができる。低雑音の実施において、計測増幅器１１０４及び他の抵抗器（図示せず）も、装置の作動条件の下で低雑音特性を有するように選択される。
米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明されるように、一般に、図１のシステム１１００によって行われる温度測定値の解像度は、幾つかの要因によって制限される。システム１１００の実施時に雑音分析を行うことによって、雑音に対して電気部品を最適化することが可能である。
【００１７】
システム１１００の増幅器部分は、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で経験的に較正することもできる。
雑音に対して他の部品を最適化した後、雑音及びＴＣＲの両方に対してサーミスタ１１１０及び１１１２を最適化することによって、さらなる改善を得ることが依然として可能である。それを行うための技術が、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される。
【００１８】
図２は、図１のブリッジ１１０２に用いることができる、サーミスタ１１１０又はサーミスタ１１１２のいずれかである、１対のサーミスタ１１４０の平面図を示す。各々のサーミスタは、サーミスタ材料の矩形スラブを含み、スラブ１１４２は図２の左側にあり、スラブ１１４４は右側にある。各々のスラブは、スラブ１１４２について例証として示される寸法Ｗ及びＬを有し、スラブ１１４４の寸法は、ほぼ同一である。リード線１１５０及び１１５２は、スラブ１１４２を横切って延びる互いにかみ合う線を有し、リード線１１５４及び１１５６は、スラブ１１４４を横切って延びる互いにかみ合う線を有する。層１１６２のスラブ１１４２及び１１４４とは反対の側に、反応温度又は基準温度のいずれかに曝される隣接領域まで延びる熱伝導性部品１１６０がある。滴併合電極の制御下で液滴内に反応が生じたとき、部品１１６０は、該滴をスラブ１１４２及び１１４４と熱結合させ、該滴からスラブ１１４２及び１１４４を含む熱センサまでの熱伝導性経路を提供する。
【００１９】
図３は、図２の線３−３に沿った断面におけるサーミスタ対１１４０を示す。ポリマー層１１６２は、例えば、ＤｕＰｏｎｔ社のＫａｐｔｏｎ（登録商標）膜のような１ミル（２５．４μｍ）の厚さのポリイミド層とすることができ、その層上で、図５に関して以下により詳細に説明される方法で他の部品が微細加工される。ポリマー層１１６２は、サーミスタ対１１４０と他の部品との間を熱分離し、このため、ポリマーの代わりに、無機材料を含む他の何らかの好適な熱分離膜を用いることもできる。
【００２０】
熱伝導性部品１１６０は、ポリマー層１１６２の下面上にあり、９μｍ又はそれより薄い厚さの、銅又はアルミニウムのような熱伝導性金属を含むことができ、一般に、部品１１６０は、何らかの熱伝導性材料を含むことができ、材料の熱伝導率に比例して厚さを調整することによって、所望の伝導を得ることができる。
１０ｎｍの厚さの金製層として実装することができ、熱伝導性部品１１６０の隣接する部分間の容量結合を防止するように働く抗結合層１１６４が、熱伝導性部品１１６０の上に堆積される。この層１１６４は非常に薄いため、熱伝導率が低く、熱分離を保存する。部品１１６０を接地に結合させること、及び、スラブ１１４２及び１１４４が、熱入力信号への応答に影響を与え得る付加的な電荷を容量蓄積するのを防止することによって、層１１６４が雑音を減少させると考えられる。層１１６４の実装及び他の適用可能な抗結合手段の実装が、図５及び９により詳細に説明される。熱伝導性部品が横方向に熱変化を伝えることが有利である場合には、抗結合手段を適用することによって容量結合を防止することが有利であることも多い。
【００２１】
ポリマー層１１６２の上側においては、障壁層１１７０が汚染物質及び湿気を防ぎ、装置の性能を増大させ、障壁層１１７０は、約３００ｎｍの酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）の層を用いて成功裏に実装された。層１１７０上の他の部品は、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で実装することができる。
米国特許出願公開第２００５／０２５４５５２号に説明されるように、リード線１１５０、１１５２、１１５４及び１１５６の上に付加的な層を堆積させ、電気の安定化、環境障壁、及び疎水性表面を提供することができる。
【００２２】
図４は、図２及び図３に示されるものに類似した２対の熱センサを含む熱感知セル１２００を示す。フレーム１２０２（破線で示される）は、下からポリマー層１１６２（図３）を支持する。さらに、アイランド部１２０４及び１２０６（破線で示される）が、ポリマー層１１６２の下側にあり、該アイランド部の各々は、熱伝導性部品１１６０（図２）のように実装することができる。
フレーム１２０２は、アイランド部１２０４及び１２０６が配置される凹部のコーナー部に、位置合わせ構造体１２１０を例証として有している。フレーム１２０２は、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で形成することができる。
【００２３】
コンタクト・パッド１２１２、１２１４、１２１６、１２１８、１２２０、１２２２及び１２２４は、フレーム１２０２の上のポリマー層１１６２の上面上にある。（コンタクト・パッド１２１４を除く）コンタクト・パッドの各々は、図４に概略的に示されるリード線によって、アイランド部１２０４及び１２０６の上の部品の１つ又はそれ以上に接続されている。セル１２００が９ｍｍの辺を有するほぼ正方形である場合、コンタクト・パッドは、約１ｍｍ×１ｍｍとすることができ、ポゴピンと接続することが可能になる。リード線は、これらが熱分離による損失をもたらさない限り、約５０μｍ幅又はさらに広いものにすることもできる。
サーミスタ・スラブ１１４２及び１１４４（図２及び図３）について上述したように、サーミスタ・スラブ１２３０、１２３２、１２３４及び１２３６の各々を実装し、一方がスラブ１２３０及び１２３２を有し、他方がスラブ１２３４及び１２３６を有する２組のサーミスタ対を提供することができる。コンタクト・パッドを種々の方法で接続し、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で、ブリッジ１１０２を実装することができる。
【００２４】
図４はまた、滴併合装置１２４０及び１２４２も示し、この一方が反応を引き起こし、差温測定を行うことができる。滴併合装置１２４０及び１２４２は、例証として山形形状の構造を有するが、他の何らかの適切な技術によって実装することもできる。導電性ライン１２４４が、パッド１２２４から滴併合装置１２４２の上部まで延び、導電性ライン１２４６は、滴併合装置１２４０の上部と滴併合装置１２４２の上部との間に延び、導電性ライン１２４８は、滴併合装置の上部から左側に延び、導電性ライン１２４４と何らかの対称をなす。パッド１２２２は、両方の滴併合装置の下部に接続される。オフセット電圧を減少させることに関連する、図４に示される構造の説明が、米国特許出願公開第２００５／０２５４９９４号に説明される。コンタクト・パッドを通して信号を提供し、コンタクト・パッドを通して電気的検知を提供することに関連する、図４に示される構造の説明が、米国特許出願公開第２００５／０２６５８９８号に説明される。
【００２５】
図５は、図２及び図４の線５−５に沿って取られた、熱感知セル１２００の製造における幾つかの断面を示す。図２に見ることができるように、線５−５は、スラブ１１４２の上を延びるリード線１１５２の中央の桁を通って延びる。図５に示される作動は、「Ｔｏｒｒｅｓ他の論文」に説明されるものと類似している。
図５の断面１２５０より前に、ポリマー層１１６２は、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で、次の作動に備える。
【００２６】
断面１２５０は、障壁層１１７０が堆積されるポリマー層１１６２の一部を示す。障壁層１１７０は、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で成功裏に実装された。
断面１２５０は、障壁層１１７０の上に堆積された半導体材料を有する層１２５２も示す。層１２５２は、酸化バナジウム（ＶＯX）、高濃度にｐドープされたアモルファス・シリコン、又は低雑音サーミスタに好適な他の材料を含むこともできる。層１１５２は、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で成功裏に実装された。
米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明されるように、層１２５２が堆積された後、アニール操作により低雑音特性が改善される。
層１２５２を生成するための技術、及びその特性、並びに低雑音サーミスタ・センサの他の半導体層の特性についての付加的な情報が、米国特許出願公開第２００５／０２３８０８０号に説明される。
【００２７】
断面１２６０は、例えば、フォトリソグラフィにより適切なマスクを生成し、次に層１２５２を選択的に除去し、スラブ１２３０、並びに、スラブ１２３２、１２３４及び１２３６（図４）のような他の部品を残すことによって層１２５２をパターン加工する、次の段階を示す。湿式エッチング、乾式エッチング、又はリフトオフ技術を含む、何らかの好適な技術を用いることができる。層１２５２をパターン加工した後、例えば、Ｃｒ／Ａｌ／Ｃｒ又はＴｉＷ／Ａｌ／Ｃｒをサンドイッチ状に堆積させることによって、導電層１２６２が堆積される。層１２５２がＶＯxを含む場合には、ＴｉＷ／Ａｌ／Ｃｒは、ＶＯxとより良好にオーム接触し、雑音性能を改善することができる。
【００２８】
断面１２７０は、例えば、フォトリソグラフィによりマスクを生成し、上述のような選択的除去を行うことによって層１２６２をパターン加工する、次の段階を示す。層１２６２をパターン加工した後、リード線１１５０及び１１５２が、スラブ１２３０を横切って、かつ、該スラブ１２３０の周りに延び、一方、滴併合装置１２４０の併合装置部分１２７２及び１２７４も生成される。この段階において、図４に示される他のリード線及びコンタクト・パッドも生成され、それらの全てが、層１２６２からの導電性材料を含む。
【００２９】
次に、例えば、保護層１１７２及び１１７４（図３）を堆積させることによって、上部層１２７６が堆積される。上述したように、層１１７２は、上部障壁層を提供する。層１１７２を通って、コンタクト・パッドを露出させるための開口部をエッチングすることができ、次に、ＴｉＡｕ又はＣｒＡｕの薄い層をスパッタリングし、例えば、リフトオフ・プロセスなどによって、同じマスクでパターン加工し、コンタクト・パッドの表面上に改善されたオーム接触を提供することができる。層１１７２の上には、ポリマー層１１７４が堆積され、付加的な障壁及び疎水性表面を提供する。次に、層１１７４を通して開口部をエッチングし、コンタクト・パッド上にＴｉＡｕ又はＣｒＡｕの薄い層を露出させることができる。断面１２７０において示されるようなポリマー層１１６２の表面上の構造体全体を、センサ構造体１２７８と呼ぶことができる。
断面１２８０は、熱伝導性部品１１６０が形成されたポリマー層１１６２の反対側を示す。断面１２８０は、ポリマー層１１６２の反対側のプロファイルで示される、センサ構造体１２７８に対する部品１１６０の関係も示す。
【００３０】
例えば、フォトリソグラフィによりマスクを形成し、上述のような選択的除去を行い、熱伝導性部品１１６０を生成するなど、９μｍの銅の層を堆積させ、次に該銅の層をパターン加工することによって、部品１１６０が生成された。この技術の１つの実施において、開始基板は、例えば、クロム・シード層及び銅シード層のような１つ又はそれ以上の薄いシード層を堆積させ、次に銅をこれらのシード層の上に電気めっきすることによって銅の層が電着されたポリマー層１１６２を含む、製造前の構造体である。この実施においては、部品１１６０を生成するためのプロセスにおける、いずれの適切な時点においても銅の層を選択的に除去することができる。こうした開始基板を生成するための技術が、米国特許第４，８６３，８０８号に説明される。
【００３１】
次に、抗結合コーティング１１６４が、部品１１６０の上に堆積される。しかしながら、上述したような予め製造された開始基板を用いることによって、抗結合コーティング１１６４に対する必要性を減少させるか又はなくすことができる。より具体的には、電気めっきされた銅層を選択的に除去し、１つ又はそれ以上のシード層をそのまま残すことが可能になり、その場合、残りのシード層が、容量結合及び結果として生じる雑音を防止することができる。他の可能な抗結合手段が、図７−図８に関して以下により詳細に説明される。
コーティング１１６４が堆積された後、結果として得られた構造体を、処理中に該構造体が取り付けられたフレームから切り離し、フレーム１２０２（図４）に取り付けることができる。フレーム１２０２は、層１１６２をピンと張った平坦な状態に保持するための補強材として働く。ブリッジ１１０２を平衡させるために、スラブ１１４２及び１１４４をレーザ・トリミングするなどの、さらなる操作を行うこともできる。
回路１１００（図１）に接続されたとき、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される方法で、セル１２００を作動させることができる。
【００３２】
滴を併合し、混合した結果生じた熱入力信号は、センサ構造体１２７８及び層１１６２の部分を通って、下向きに熱伝導性部品１１６０に伝えられる。次に、熱入力信号は、部品１１６０を通って、横方向にスラブ１２３０及び１２３２の下の領域に伝えられ、そこで、それらの信号は、層１１６２及び層１１７０の部分を通って、上向きにスラブ１２３０及び１２３２に伝えられる。セル１２００の一方の側のスラブにおける温度の変化によりそれらの抵抗が変わり、測定用サーミスタ１１１０を通る電流が検知される。電流の大きさは、測定用サーミスタ１１１０と基準サーミスタ１１１２との間の温度差を示す。
【００３３】
図６は、セル１２００（図４）と類似したセルのアレイを、どのように基板１３００上に組み込むことができるかを示す。示されるように、アレイ１３０２は、８セルの幅×１２セルの長さである。標準的な自動式実験装置と接続するために、セルは、９ｍｍの中央部に位置決めされ、自動式実験装置は、上述のような各セルのコンタクト・パッドと接続する。アレイ１３０２は、単一基板上に製造された幾つかのアレイのうちの１つとすることができる。
【００３４】
図７は、滴併合電極を用いて実施されたときの、セル１２００の１つの感知領域の部品間の電気的相互作用を示す回路を有する、膜の部分を概略的に示す。図７に示される幾つかの特徴は、図５の断面１２７０及び１２８０の特徴と類似しており、同じ参照番号を有する。
図７に示されるように、ポリマー層１１６２は、一方の側に熱伝導性部品１１６０を有し、他方の側に障壁層１１７０を有する。障壁層１１７０上では、構造体が、熱センサ１３１０、並びに電極１３２０、１３２２及び１３２４を含む。熱センサ１３１０は、概略的に示され、上部又は下部接触表面にわたって延びる導電性ライン、或いは、他の好適な部品を有する、図５のスラブ１２３０のような半導体構造を用いて実装することができる。
滴併合信号を含む、電気接続及び信号は、米国特許出願第２００５／０２４５５２号に説明されるように提供することができる。
【００３５】
電極１３２０、１３２２及び１３２４に滴併合信号を提供する際に、種々の代替的な技術を用いることができる。信号は外部源から来るので、所定の装置が特定の特性を有する滴と共に用いられるとき、各電極についての滴併合信号の最適な大きさ、極性及びタイミングを実験し、より近い程度まで見つけることが可能である。電極１３２０、１３２２及び１３２４を超えて延びる滴により、付加的な容量結合が引き起こされることがあるが、滴のサイズを電極の範囲内であるように変更することよって、この問題を回避することができ、したがって、技術は、付加的な抗結合手段として働く。この手段が取られ、堆積されたときに滴が電荷を伝えない場合には、滴併合信号の極性のばらつきが、容量結合に著しい影響を有する可能性は少ない。しかしながら、他の場合では、適切な滴併合信号の選択は、層１１６４又は他の抗結合部品と共に用いられる付加的な抗結合手段とすることができる。
【００３６】
熱伝導性部品１１６０は、銅、アルミニウム又は銀のような導電性材料を含むことができ、部品１１６０が、グラファイト又はダイヤモンドのような別の熱伝導性材料を用いて実装された場合でさえ、何らかの導電率を有することができる。他方では、ポリマー層１１６２及び障壁層１１７０は、ＤＣにおいて導電性ではなく、よって誘電体として働き、より具体的には、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）の抵抗率は、１．５×１０１７Ω．ｃｍである。サーミスタ・センサ１３１０は、酸化バナジウム、アモルファス・シリコン、イットリウム・バリウム酸化銅（ＹＢＣＯ）又はテルル化水銀カドミウムといった半導体材料を含むことができる。電極１３２０、１３２２及び１３２４は、好適な導電性材料を含むが、代替的に、高濃度にドープされた半導体材料を用いて実装することもできる。
【００３７】
この構成においては、幾つかの電気的相互作用が生じ、この電気的相互作用は、キャパシタンス１３３０、１３３２、１３３４、１３３６によって、かつ、抵抗１３４０によって概算することができ、それらの全てが点線により接続されるものとして示される。キャパシタンス１３３０は、部品１１６０と電極１３２０との間の容量相互作用を、キャパシタンス１３３２は、部品１１６０と電極１３２４との間の容量性相互作用を、キャパシタンス１３３４は、部品１１６０と電極１３２２との間の相互作用を、キャパシタンス１３３６は、部品１１６０と熱センサ１３１０との間の相互作用を概算する。キャパシタンス１３３０、１３３２及び１３３４は、相対的に近接しているので、部品１１６０内のキャパシタンス間のわずかな抵抗を無視することができ、抵抗１３４０も非常に低い抵抗であり、他のキャパシタンスとキャパシタンス１３３６との間の部品１１６０の伝導率の逆を反映する。
【００３８】
上述のように、部品１１６０は、電極１３２０、１３２２及び１３２４の上の反応面上の滴を熱センサ１３１０に熱的に結合させ、必要な熱伝導性経路を提供する。導電率のために、部品１１６０は、電極１３２０、１３２２及び１３２４と熱センサ１３１０との間に電気的結合という望ましくない結果をもたらすこともある。したがって、アレイ内の感知領域のいずれか１つの内部で、滴併合電極は、熱センサから電気的に隔離されない。具体的には、電極及び熱センサは、図７に示されるように容量結合される。
【００３９】
図７はまた、部品１１６０と接地との間の抵抗を概略的に表す抵抗１３４２も示す。図７に示されるように、抵抗１３４２が非常に大きいか又は無限である場合には、膜が、感知領域の外側にある他の部品から、該感知領域内の部品を該電気的に隔離する。熱センサ１３１０は、部品１１６０と、及び該部品１１６０を通して、電極１３２０及び１３２２のような他の部品と相互作用又は容量結合するので、この電気的な隔離は問題である。結果として、電極１３２０及び１３２２に対する大きな振幅の滴併合信号が、図７に示される部品の組み合わせ全体に、場合によっては、容量効果にも遭遇する他の近接する部品に影響を及ぼすことがある。
熱センサ１３１０に達する信号の望ましくない結果を理解するために、このような信号が、どのように抵抗率に影響を及ぼすかを考えることが有用である。上述のように、熱センサ１３１０は、スラブ１２３０のような半導体材料を含むことができる。特に、米国特許出願公開第２００５／０２３８０８０号により詳細に説明されるように、熱センサ１３１０は、酸化バナジウムのようなアモルファス半導体を用いて実装することができる。
【００４０】
一般に、熱センサ１３１０におけるもののような半導体材料の抵抗率は、自由電荷キャリアの量及び電荷キャリアの移動度の関数である。Ｓｔｒｅｅｔ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．著、Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ、１９９１年、ｐｐ．２４７−２６６に説明されるように、アモルファス半導体材料の場合は、種々の範囲のホッピング現象により、導電率に対する局所化された状態の電子の貢献における温度依存がもたらされる。具体的には、伝導帯内の電子の数は、温度と共に増大し、その移動度も変化する。したがって、温度変化以外の原因のために電子が伝導帯に付加されるか、又は取り除かれる場合には、半導体スラブの温度／抵抗応答が変えられる。
【００４１】
半導体材料の界面にわたって十分な電圧を印加することで、自由電荷キャリアの量を変え得ることが、半導体の技術分野において周知である。例えば、電荷キャリアを界面準位に注入し、そこで捕らえ、又は誘電体層に注入することができ、或いは、外部の電荷を隣接する層から半導体材料に注入することもできる。
電極１３２０及び１３２２に印加され、膜を通して容量結合によって熱センサ１３１０に伝えられる電圧が、熱センサ１３１０における自由電荷キャリアの量を変えることになる。また、キャパシタンス１３３６にわたる何らかの著しい電圧降下が、大きい電場を引き起こし、熱センサ１３１０内の電荷キャリアの量及び移動度を変える。その結果、ライン１１５０及び１１５２への電気接続を通して検知されるような、熱センサ１３１０の抵抗率の変化が、温度変化のみからもたらされる抵抗率の変化とは著しく異なることがある。
【００４２】
電荷キャリアの量及び移動度の変化が、温度変化の正確な測定を妨げることがある。所望の作動において、滴併合信号は、滴を併合させ、反応を生じさせ、熱変化をもたらす。その結果、熱信号は、部品１１６０を通って横方向に進み、ポリマー層１１６２及び障壁層１１７０を通って熱センサ１３１０によって受け取られ、熱センサ１３１０の抵抗率を変える。容量結合のために、滴併合信号が、同時に抵抗率の急激な変化をもたらす場合には、熱信号に起因する熱センサ１３１０の抵抗率の変化を正確に検知することはできない。
あまり感度がよくない実施においては、他の源からの雑音が十分に大きいので、滴併合信号による電荷キャリアの量及び移動度の変化が精度に影響を及ぼさない。しかしながら、低雑音の熱センサにおいては、滴併合信号が大きな雑音源となり、他の場合には検知可能である低い振幅の熱信号ピークの検知を妨げることがある。
【００４３】
層１１６４（図３）のような低抵抗の部品を加えることによって図７に示される膜を修正し、よって、部品１１６０を接地に接続することができる。このことにより、抵抗１３４２が非常に大きいか又は無限である場合に生じる、感知領域の上述された望ましくない電気的隔離が排除される。低抵抗の部品は、概略的に抵抗１３４２で表され、これに応じて「低Ｒ」と表記される。
したがって、抵抗１３４２は、容量結合から、場合によっては膜内の他の電気相互作用から結果として生じる問題を軽減する。抵抗１３４２が低いので、有限のＲＣ時定数が、電極１３２０及び１３２２の間に適用され、一方では、接地に適用される。このＲＣ時定数を滴併合信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間より小さくできる場合には、膜内の滴併合信号の伝搬を減衰させ、熱センサ１３１０への影響を減らすことができる。
【００４４】
言い換えると、熱センサ１３１０が、部品１１６０、及び図７の膜の感知領域内の電極１３２０、１３２２及び１３２４から電気的に隔離されていないとしても、例えば、部品１１６０を接地に接続するなど、膜を接地することによって、熱センサ１３１０を容量結合から遮断することができる。事実上、この解決法は、膜をその環境に対して導電性にするというものである。
上述した解決法は、上述の抗結合部品１１６４によって、以下で説明される抗結合部品の他の実施の１つによって、或いは、他の何らかの適切な抗結合部品又は技術によって、実施することができる。抗結合部品は、多くの方法で実施することができるが、抗結合部品の影響は、膜の修正に類似しているので、抵抗１３４２が著しく減少される。上述のように、抵抗１３４２についての低い値は、電極１３２０及び１３２２と接地との間により低いＲＣ時定数をもたらす。
【００４５】
抵抗１３４２が十分に低い値まで減少される場合には、ＲＣ時定数を十分に小さくすることができるので、滴併合信号の立ち上がり時間中に部品１１６０の電位を著しく上昇させることはできない。このように、抵抗１３４２は、部品１１６０を接地電位の近くに効果的に保持することができ、滴併合信号が熱センサ１３１０に影響を及ぼすのを防止する。事実上、抵抗１３４２は、膜の感知領域の電気的隔離を防ぐ導電性経路を提供し、部品の容量結合を許容可能なレベルまで減衰させる。
【００４６】
図３及び５に関連して上述された抗結合層１１６４は、導電性の膜を提供することによって抗結合部品を実装する、特に的確な方法である。例えば、層１１６４が金を用いて実装される場合には、通常の動作を妨げずに、熱センサ１３１０への容量結合を防止するように、厚さを選択することができる。したがって、１つの制約は、熱信号があまりにも急速に消失する方法で、熱伝導率に影響を与えるべきではないということである。第２の制約は、層１１６４の抵抗が、容量結合を適切に減衰させる伝導率を提供するのに十分に低いものにする必要があることである。例えば、ポリマー層１１６２のものより著しく大きい熱伝導率を生じさせずに、必要な導電率を提供する厚さまで、金を堆積させることができる場合には、両方の制約を満たすことができる。感知領域の熱損失時間の制約は、ポリマー層１１６２のものだけでなく、膜全体の熱伝導率に影響を及ぼすので、この設計基準は、実際には保守的なものである。
【００４７】
滴併合信号の立ち上がり時間は、例えば、用いられる電圧供給によって、１−５０μｓｅｃとすることができる。平行板コンデンサのキャパシタンスは、一般に、誘電定数εと静電誘電率ε0の積で、電極間の距離ｄεに対する電極領域Ａの比を掛けることによって計算される。一般的な実施については、１２．７μｍの厚さ又は２５．４μｍの厚さのポリイミド層１２６２、及び、上述の大きさに作られた滴併合電極を用いる場合には、電極１３２０及び１３２２と部品１１６０との間のキャパシタンスが、約２−４ｐＦとなる。
【００４８】
部品１１６０上の電圧を１２ｍＶより下に、すなわち電子当たり１／２ｋBＴより少なく保持するための第１の概算に対して、１２０ボルトの滴併合信号を、１０4分の一に又はそれ以上減少させる必要がある。これを達成するために、ＲＣ時定数は、約１μｓｅｃ／１０4（滴併合信号の立ち上がり時間／１０4）又はＲＣ＜１００ｐｓｅｃを超えるべきではない。（より完全な回路分析を用いて、より正確な制限を得ることができ、部品１１６０上の電圧が、滴併合電圧と接地に接続された電極１３２４の電圧との間にあることを考慮に入れる。しかしながら、以下に示されるように、この概算は、上の制約を満たすのに十分なものである。）ＲＣ＜１００ｐｓｅｃであり、Ｒ＜２５オームである場合、４ｐＦの最大キャパシタンスをとる。
ポリマー層１１６２の両端にかかる１２ｍＶは非常に低い電場であり、注入された電荷に関連する問題を引き起こす可能性が低いので、２５オームより小さい抵抗をもつ接地面を、容量結合に関連する問題を防ぐのに十分なものにする必要がある。次に、好適な設計戦略は、ポリマー層１１６２と同じ熱伝導率を有する金の厚さを見つけ、その抵抗を計算するというものであり、その抵抗が２５オームより小さい場合には、その厚さが上述の両方の制約を満たす必要がある。
【００４９】
Ｌａｎｇｅ´ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第１５版、ＭｃＧｒａｗ‐Ｈｉｌｌ、１９９９年によると、バルク金の熱伝導率は、２５℃において３．１８Ｗ／ｃｍ／Ｋであり、その電気抵抗率は、０℃において２．０５μΩ・ｃｍである。ポリイミドの場合は、熱伝導率は、０．１２１Ｗ／ｍ／Ｋである。したがって、１２．５μｍのポリイミド層の熱伝導率を合致させるために、バルク金と同じ熱伝導率を有する金層は、次の
2007010651.tif 000003
ように計算される厚さを有する必要がある。
【００５０】
ポリイミド層の寄与を無視すると、対結合層１１６４を通る、部品１１６０から導電性フレームまでの電気抵抗は、次の
2007010651.tif 000004
ように概算することができる。
ここで、ｌは、部品１１６０と導電性フレームとの間の間隔であり（図８）、ｐは、部品１１６０の周囲の長さであり（例えば、矩形の場合には、その長さの２倍にその幅の２倍を加えたもの）、ｄは、金の厚さである（図３）。抵抗ＲAUは、上で計算された２５オームの最大値より低いものである。したがって、これらの計算は、十分に低い抵抗１３４２を提供し、過度の熱伝導率も回避する金の厚さの範囲があることを示し、厚さの範囲は、０．４オーム＜ＲAU＜２５オームであるものを含む。
【００５１】
図３の構造の実験的な実施が、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される。そこに説明されるように、金の抵抗について測定された値は、金のバルク特性に基づく推定された抵抗より大きいが、非常に保守的な制約を用いて計算された２５オームの許容可能な最大抵抗より小さいものであった。
そこに説明されるように、幾つかの理由のいずれかにより、測定された抵抗と推定された抵抗との間の差が生じ得る。
しかしながら、薄い金層の電気伝導率と熱伝導率の比は、バルク金とおおよそ同じであると想定することが妥当である。したがって、０．４オームから２５オームまでの間の抵抗を有する金層は、電気接地と熱抵抗との間の必要な均衡を満たす必要があり、熱伝導率の電気伝導率に対する比がバルク金と同じであると想定される。米国特許出願第２００５／０２５４５５２号にさらに説明されるように、熱伝導率を十分に低く保持しながら、適用される金の量が２５オームより低い抵抗をもたらした。
【００５２】
図３及び図５におけるような抗結合層１１６４は、蒸着又は電気めっきといった他の技術によって金を堆積させることによって、或いは、金以外の材料を用いることによって、種々の方法で生成することができる。また、部品１１６０に接触するが、完全に覆わないように、抗結合層１１６４をパターン加工することができる。さらに、抗結合部品が抵抗１３４２を減少させ、種々の他の方法で導電性膜を提供することも可能である。さらに、容量結合の減衰と組み合わせて、１つより多い抗結合技術を適用することもできる。
【００５３】
図８は、図７のものと類似しているが、異なるタイプの抗結合部品を含む膜を有する断面を示す。図７において、部品１１６０は、ポリマー層１１６２と抗結合層１１６４との間にあったが、図８においては、抗結合層１３８０は、ポリマー層１１６２と部品１１６０との間にある。図８はまた、フレーム１３８２、すなわち抗結合層１３８０が接地されるように接地に接続された導電性材料を示す。図８の構造体は、ポリマー層１１６２と、抗結合層１３８０に対応するクロム層と、適切なパターンを生成するためにエッチングによって部品１１６０を生成できる銅層とを含む、多層の膜で開始するように製造することができる。エッチング液は、伝導のために抗結合層１３８０内にクロムを残す必要がある。部品１１６０及び他の構造体が生成された後、結果として得られる組み合わせを、図４及び図５に関連して上述されたようなフレーム１３８２に取り付けることができる。フレーム１３８２は、層１１６２を含む多層膜に対して熱的に安定した状態で支持することができる。フレーム１３８２は、高い熱慣性を有することができる。
【００５４】
図８の技術を図５のものと組み合わせることができる。例えば、図８におけるような組み合わせを生成することができるが、フレーム１３８２に取り付ける前に、図５におけるような抗結合層１１６４を、膜の適切な接地を保証するのに十分な厚さまで部品１１６０の上に堆積させることもできる。
別の手法においては、層１１６４を堆積させる前に、フレーム１３８２を膜内に積層させることができ、この場合、フレーム１３８２はポリマー層１１６２と直接接触することができ、層１１６４は、フレーム１３８２、部品１１６０、及びフレーム１３８２と部品１１６０との間の領域においてポリマー層１１６２の露出された部分を覆う。フレーム１３８２の積層中に損傷されない、高品質で低い抵抗の抗結合部品を生成するので、この技術は有利なものである。
【００５５】
図３、図５、及び図８の技術におけるこれら及び他の変形において、横方向の熱伝導率を、ポリマー層１１６２とおよそ等しくなるように保持することができる。このことは、適切な制約内で全ての接地層の厚さ全体を保持することによって達成することができる。例えば、層１１６４及び１３８０の両方がある場合には、それらの厚さの合計は、約１０ｎｍを超えないものとすることができる。
要約すれば、上の技術に従った膜は、感知領域を電気的に隔離しない。代わりに、この膜は、他の場合に正確な温度測定を妨げる雑音源を減少させるための感知領域において、部品のための接地（すなわち、接地のための低抵抗の経路）を提供する。
【００５６】
上述した特定の抗結合部品及び滴併合信号技術に加えて、熱センサへの容量結合の問題を解決するために、他の種々の技術を用いることができる。例えば、部品１１６０は、同様に導電性でない熱伝導性材料とすることができ、この場合、熱センサ１３１０は、部品１１６０と容量結合することはできない。別の変形は、ポリマー層１１６２の上方又は下方にあり、熱センサ１３１０の下の領域までは延びない、電極１３２０、１３２２及び１３２４の下の領域においてのみ抗結合層を適用することであり、付加的な層が、上述した抗結合層１１６４と同様に接地された場合には、熱センサ１３１０と部品１１６０との間の容量結合にもかかわらず、熱センサ１３１０に対して滴併合信号の容量結合を防止することができる方法で、膜が接地される。
【００５７】
図９は、膜１４００が、ヒートシンク１４０２上のフレーム１３８２によって支持される技術を概略的に示す。膜１４００は、図２−図８に関連して上述されたように、又は、抗結合部品を含む他の何らかの適切な方法で実施することができる。膜１４００の感知領域は、キャップ１４０４で覆われ、該キャップ１４０４の外部の周りに、ポゴピンのような電気コレクタが、膜１４００上のコンタクト・パッド（図示せず）と電気的に接触することができる。
例えば、膜１４００の上面の滴１４１０は、反応物質を含む２つの滴を併合することから生じる。反応物質間の反応が熱変化を生成することがあり、図９は、熱変化が反応熱である場合を示す。反応熱は、滴１４１０から離れた幾つかの異なる経路をたどることができ、その幾つかが図９の矢印によって表される。例えば、矢印１４１２は、一部が図９の矢印によって示される、例えば、矢印１４１２は、滴１４１０からの熱伝導を表し、矢印１４１４は、滴１４１０からの蒸着を表す。同様に、矢印１４１６は、部品１１６０からの伝導、又は、膜１４００の下側における別の熱伝導性部品を表す。最後に、矢印１４１８は、部品１１６０を通して反応熱を示す熱信号を受け取り、何らかのオーム熱を生成する電気駆動信号も受け取る、熱センサ１３１０からの熱伝導を表す。
【００５８】
図１０は、反応面と熱センサとの間の熱伝導性経路が、ポリマー層１１６２に延びる熱導電性導管１４５０によって修正される、上述した技術の変形を示す。示されるように、熱伝導性導管１４５０は、ポリマー層１１６２の厚さ全体を通って延びることができ、或いは、ポリマー層１１６２を部分的に通って延びることができる。
図１０は、各導管１４５０に示される反応から熱センサ１３１０に熱の流れの方向を有する導管１４５０の選択された例を示す。一方に、電極１３２０、１３２２及び１３２４の間に３つの導管１４５０が示され、他方に、熱伝導性部品１１６０が示される。同様に、１つの導管１４５０が、熱伝導性部品１１６０と熱センサ１３１０との間に延びるように示される。しかしながら、実施においては、製造プロセスの結果として、熱伝導性導管１４５０は、ポリマー層１１６２を通して均一に分布することができる。
【００５９】
熱伝導性導管１４５０は、リベットを挿入する方法と同様に、ポリマー層１１６２を通して機械的に挿入することができる。別の手法は、０．２μｍから部品１１６０の原寸大までの間の範囲内になるように、適切な直径の微小孔を形成することである。このタイプの孔を、例えば、エッチングし、又はレーザで穿孔し、次に熱伝導性材料で充填することができる。
図１０において、部品１１６０が、上述の方法のいずれかにおいて実施することができる抗結合部品を表す抵抗１３４２を通して接地に接続されるように示される。
上述のような膜は、米国特許出願第２００５／０２５４５５２号に説明される、具体的に説明されるものに加えて、種々の熱伝導性経路を含むことができる。
【００６０】
より一般的には、図２−図１０の実施は、プロテオミクス及び薬剤開発研究におけるような、無標識の熱量測定検知システムにおける高感度及び高い処理量を可能にする。１けたのマイクロ度の解像度と同じくらい微細な又はより優れた感度を達成することができ、述べたようなサーミスタの雑音レベルをジョンソンの雑音レベルに近づけることが可能である。同時に、高いＴＣＲといった、解像度に影響を及ぼす他の材料の特性が保存され、よって、機器の信号対雑音比全体が改善される。その結果、図６のアレイを実施し、１けたのマイクロモルの分子濃度を有する併合された滴からの熱変化を測定することができる。
米国特許出願公開第２００５／０２５４５５２号に説明されるように、上述の技術は、熱量測定の測定及び他の種々の方法において有用である。
上の例示的な実施の一部は、特定の材料と、種々の形状、寸法、或いは他の数値特性又は質的特性を有する部品を含むものであるが、材料、形状、寸法、或いは他の特性のいずれか、或いは、他の何らかの変形、修正、又は代替物が、米国特許出願公開第２００５／０２５４５５２号に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】抵抗熱センサを含む電子測定システムの概略図である。
【図２】図１のシステムに用いることができる１対の低雑音の抵抗熱センサの平面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って取られた、１対の熱センサの断面である。
【図４】図２及び図３のものと同様の２対の熱センサを含む熱感知セルの、概略的な部分平面図である。
【図５】図２及び図４の線５−５に沿って取られた、熱感知セルの製造の際の一連の断面図を示す。
【図６】図４に示されるものと同様の熱感知セルのアレイを含む集積回路の概略的なレイアウト図である。
【図７】図５の断面１２７０と類似しているが、滴併合電極の代替的な実装及び概略的に示される電気的相互作用を有する断面である。
【図８】代替的な抗結合部品及び伝導性フレームを示す、図７に類似した断面である。
【図９】使用中の環境を示す、図２−図６及び図８における実装の何れかにおけるような膜の概略的な断面である。
【図１０】図７と類似しているが、熱伝導性導管を有する断面である。
【符号の説明】
【００６２】
１１００：測定システム
１１０２：サーミスタ・ブリッジ
１１０４：計測増幅器
１１０６：ロックイン増幅器
１１１０、１１１２、１１４０：サーミスタ
１１６０：部品
１１６２、１１７４：ポリマー層
１１６４：抗結合部品
１２００：セル
１２１２、１２１４、１２１６、１２１８、１２２０、１２２２、１２２４：コンタクト・パッド
１２４４、１２４６、１２４８：導電性ライン
１３３０、１３３２、１３３４、１３４６：キャパシタンス
１３４０、１３４２：抵抗
１４００：膜
１４１０：滴
【図１】
2007010651.tif 000005
【図２】
2007010651.tif 000006
【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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