(57)【要約】【課題】大きな吸収有効表面積を有する放射検出器を提案する。【解決手段】ＬＷＩＲ範囲の波長の放射検出器であって、基板、支持要素によって前記基板上に吊るされた膜と、各々が下部金属要素、各ＭＩＭ構造体に特有の上部金属要素、並びに、前記下部及び上部金属要素の間に位置する誘電体要素で形成された幾つかのＭＩＭ構造体を含む吸収要素と、少なくとも１つの温度測定材料を含む温度測定要素と、を含み、前記膜が、各ＭＩＭ構造体の前記上部金属要素、前記温度測定材料及び前記誘電体要素の少なくとも一部を含み、少なくとも２つの前記ＭＩＭ構造体の上部金属要素が、前記膜の主要面において互いに相対的に異なる寸法を有し、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素が、前記ＬＷＩＲ範囲の振動モードを有する以下の材料：Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ２の少なくとも１つを含む、放射検出器。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＷＩＲ範囲の波長を検出することができる放射検出器（１００）であって、
−基板（１０２）、
−支持要素（１０８）によって前記基板（１０２）上に吊るされた膜（１０４）と、
−各々が下部金属要素（１１２）、ＭＩＭ構造体の各々に特有の上部金属要素（１１４）、並びに、前記下部金属要素（１１２）及び前記上部金属要素（１１４）の間に位置する誘電体要素（１１０、１１６、１１８、１２０、１２２）で形成された幾つかのＭＩＭ構造体を含む吸収要素と、
−少なくとも１つの温度測定材料（１１６）を含む温度測定要素と、
を含み、
−前記膜（１０４）が、少なくとも前記ＭＩＭ構造体の各々の前記上部金属要素（１１４）、前記温度測定材料（１１６）及び前記誘電体要素（１１０、１１６、１１８、１２０、１２２）の少なくとも一部を含み、
−少なくとも２つの前記ＭＩＭ構造体の上部金属要素（１１４）が、前記膜（１０４）の主要面において互いに相対的に異なる寸法を有し、
−前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素（１１０、１１６、１１８、１２０、１２２）が、前記ＬＷＩＲ範囲の振動モードを有する以下の材料：Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ２の少なくとも１つを含む、放射検出器（１００）。
【請求項２】
前記ＭＩＭ構造体が、前記ＭＩＭ構造体のアレイを形成するために互いに規則的に離隔して位置する、請求項１に記載の放射検出器（１００）。
【請求項３】
２×２のアレイを形成するように位置する４つのＭＩＭ構造体含み、
−前記４つのＭＩＭ構造体が、前記膜の主要面において、対での同様の寸法を有し、
−前記４つのＭＩＭ構造体の各々が、前記膜の主要面において、前記他のＭＩＭ構造体の寸法と相対的に異なる寸法を有し、
−前記４つのＭＩＭ構造体のうちの第１の２つの構造体が、前記膜の主要面において、互いに相対的に同様の寸法を有し、前記４つのＭＩＭ構造体のうちの第２の２つの構造体が、互いに相対的に異なる寸法を有し、前記４つのＭＩＭ構造体のうちの第１の２つの構造体の寸法と異なる、請求項２に記載の放射検出器（１００）。
【請求項４】
前記膜（１０４）の主要面における前記ＭＩＭ構造体の寸法が、約１０００ｎｍから２０００ｎｍであり、及び／又は、前記ＭＩＭ構造体が、約２０００ｎｍから３０００ｎｍのピッチで並んで位置する、請求項１から３の何れか一項に記載の放射検出器（１００）。
【請求項５】
前記温度測定材料（１１６）が、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素（１１０、１１６、１１８、１２０、１２２）の一部であり、又は、前記温度測定材料（１１６）が、前記ＭＩＭ構造体上に位置する、請求項１から４の何れか一項に記載の放射検出器（１００）。
【請求項６】
前記温度測定材料（１１６）が、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素（１１０、１１６、１１８、１２０、１２２）の一部であるとき、前記膜（１０４）が、前記ＭＩＭ構造体の各々において、前記上部金属要素（１１４）を前記温度測定材料（１１６）から電気的に絶縁する第１の誘電層（１１８）、及び、前記下部金属要素（１１２）を前記温度測定材料（１１６）から電気的に絶縁する第２の誘電層（１２０）をさらに含み、前記第１の誘電層（１１８）及び第２の誘電層（１２０）が、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素（１１０、１１６、１１８、１２０、１２２）の一部である、請求項５に記載の放射検出器（１００）。
【請求項７】
前記第１の誘電層（１１８）及び前記第２の誘電層（１２０）が、前記ＭＩＭ構造体の全てに共通し、前記温度測定材料（１１６）が、前記ＭＩＭ構造体の全てに共通する層で形成される、請求項６に記載の放射検出器（１００）。
【請求項８】
前記膜（１０４）が、前記ＭＩＭ構造体の各々の下部金属要素（１１２）を含む、請求項１から７の何れか一項に記載の放射検出器（１００）。
【請求項９】
前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素（１１０、１１６、１１８、１２０、１２２）の一部である空間（１１０）が、前記ＭＩＭ構造体の各々の下部金属要素（１１２）と膜（１０４）との間に位置するように、前記ＭＩＭ構造体の各々の下部金属要素（１１２）が前記基板（１０２）上に位置する、請求項１から７の何れか一項に記載の放射検出器（１００）。
【請求項１０】
前記下部金属要素（１１２）が、前記ＭＩＭ構造体の全てに共通の少なくとも１つの金属層で形成され、又は、前記下部金属要素（１１２）が、前記ＭＩＭ構造体の各々と異なる、請求項１から９の何れか一項に記載の放射検出器（１００）。
【請求項１１】
前記温度測定材料（１１６）が、前記膜（１０４）の少なくとも１つの導電層（１２４）及び前記支持要素（１０８）を介して前記基板（１０２）の電気回路に電気的に接続される、請求項１から１０の何れか一項に記載の放射検出器（１００）。
【請求項１２】
前記膜（１０４）が、断熱アーム（１０６）を介して前記支持要素（１０８）に機械的及び電気的に接続される、請求項１から１１の何れか一項に記載の放射検出器（１００）。
【請求項１３】
各放射検出器が前記アレイの単一の画素を形成するように前記放射検出器（１００）が画素のアレイを形成するように位置する、請求項１から１２の何れか一項に記載の幾つかの放射検出器を含む熱検出デバイス（１０００）。
【請求項１４】
前記放射検出器（１００）が、幾つかのサブアレイ（１００２．１、１００２．２）を形成しながら配置され、前記サブアレイ（１００２．１、１００２．２）の各々の放射検出器（１００）が、前記他のサブアレイ（１００２．１、１００２．２）の放射検出器によって検出されるための波長と異なる波長の範囲の検出を実現することができる、請求項１３に記載の放射検出器（１００）。
【請求項１５】
前記アレイが、前記基板上に吊るされて前記基板に熱的に接続された膜を含む少なくとも１つの基準の放射検出器を含む、請求項１３又は１４に記載のデバイス（１０００）。
【請求項１６】
前記アレイが、何れのＭＩＭ構造体も含まない少なくとも１つの参照放射検出器を含む、請求項１３から１５の何れか一項に記載にデバイス（１０００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱検出器、特に、抵抗タイプの放射検出器若しくはボロメータ又はマイクロボロメータ等の、冷却されない熱検出器の分野に関する。本発明による放射検出器は、有利には、特に、例えば、赤外イメージング、ナイトビジョン、セキュリティ、モニタリング、サーモグラフィ及び生物学研究等の用途の範囲内における赤外範囲における広範な波長の検出を行う、又は、ガス検出を実現するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
赤外範囲の検出を実現するために、冷却されない熱赤外検出器は、通常、受感要素を含み、その温度は、例えば、このタイプの検出器で観測される要素の放射率及び温度の特性であるバンドＩＩＩ又は長波長赤外線（ＬＷＩＲ）にその波長（遠赤外線、すなわち、約８μｍから１２μｍの波長、又は約７μｍから１４μｍの波長）が属する赤外放射線を受感要素が受け取ったときに増加する。この受感要素の温度増加は、この受感要素の材料の電子特性の変化を引き起こす：焦電効果による受感要素の材料内の電解の発生、その誘電定数の変化による受感要素の材料の容量の変化、受感要素の半導体材料又は金属材料の電気抵抗の変化等。
【０００３】
このような熱赤外検出器の正常動作を得るために、受感要素の材料は、好ましくは、３つの条件に適合すべきである：それは、低い熱容量、その支持体（これらの第１の条件は、受感要素が薄層として作られることを暗に示す）に対する活性層（受感要素を含む）の良好な断熱、及び、最終的に、電気信号へのこの材料の熱の強い感度の変換効果を有しなければならい。
【０００４】
室温において動作するモノリシック赤外撮像は、例えば、ＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプのシリコン多重化回路に受感要素のアレイを直接接続することによって作られる。
【０００５】
性能の利得を得るために、熱赤外検出器は、真空中又は殆ど熱伝導性ではない気体を含む雰囲気で封入され得る。熱赤外検出器が封入されるケーシングは、熱赤外検出器によって検出される赤外放射線に対する透明窓を含む。
【０００６】
抵抗タイプの放射検出器において、入射赤外放射線は、検出器の受感要素によって吸収され、それは、その温度の増加を引き起こし、受感要素の電気抵抗の変化を生じさせる。この抵抗の変化は、検出器の端子の電圧又は電流の変化を生じさせ、検出器によって運ばれる信号を形成する。
【０００７】
図１から図３はそれぞれ、放射検出器１の斜視図、上面図及びプロファイル図を示す。このタイプの検出器１は、支持基板１３上に吊るされた薄膜１０を含む。この膜１０は、検出器の吸収要素及び温度測定要素を形成する。図１から図３に示されるものと同様の他の検出器は、通常、支持基板１３に存在する。膜１０は、膜１０に機械的に接続される断熱アーム１２が取り付けられる支持要素１１を介して基板１３上に機械的に吊るされる。
【０００８】
検出器１によって受け取られる入射放射線の影響下で、膜１０は、加熱し、その電気抵抗は、それに伴って変化する。支持基板１３は、シリコンウエハに集積される電子回路を含み、この回路は、検出器１の各々の温度測定要素に対する励起及び読み取りデバイスを含み、一方で、これらの信号が通常の撮像システムによって利用され得るように低下した数の出口に対して直列の異なる温度測定要素からの信号を押し出す可能性を与える多重化部品を含む。熱検出器の感度は、支持基板１３及び膜１０の間の熱接続における断熱アーム１２の存在によって大幅に改善され、これらのアームは、膜１０の熱損失の制限を可能にし、従ってその加熱を保持する。検出器１の温度測定要素及び電子回路の読み出し要素の間の電子相互接続は、通常、断熱アーム１２上に位置する金属層である導電層及び導電性である支持要素１１によって保証される。
【０００９】
良好なＴＣＲ（温度に対する相対的な抵抗変化、又は“抵抗温度係数”）及び低い１／ｆノイズを有する種々の材料は、有利には、例えば、酸化バナジウム（ＶＯＸ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）又はＧｅＸＳｉ１−ＸＯＹである膜１０を製造するために使用される。
【００１０】
反射器１４及び膜１０が共に、ファブリーペロータイプの共鳴光学キャビティを形成するように、検出器１はまた、基板１３上に、膜１０に面して位置する金属反射器１４を含む。膜１０及び反射器１４の間の距離は、それがλ／４であるように選択され、λは、検出器１によって受け取られる波長に対応し、この波長における強い吸収を有するために最大吸収が求められる。この距離は、吸収される波長によって変化し、８から１２μｍの波長の範囲に対して、例えば、約２から３μｍである。
【００１１】
あるいは、検出器１は、図４におけるプロファイル図に示されるように製造され得る。この代替案において、共鳴キャビティは、その厚さがλ／（４ｎ）であるように作られる膜自体によって形成され、ｎは、膜１０の屈折率に対応する。反射器１４は、さらに、もはや基板１３に位置しないが、膜１０の下部面に対して位置する。例えば非晶質シリコンで作られる膜１０の厚さは、８〜１２μｍの波長の範囲に対して約５５０ｎｍから８３０ｎｍの範囲で変わる。
【００１２】
放射検出器の性能は、様々な形態の利点によって特徴づけられる：雑音等価温度差（ＮＥＴＤ）、応答度（Ｒ）、ノイズ等価電力（ＮＥＰ）及び検知度（Ｄ）。ＮＥＴＤは、ノイズに等しい出力信号を生成するソースにおける温度差であると定義される。ＮＥＴＤは、赤外検出器の最も重要なパラメータの１つであり、その値は、検出器の幾つかの物理的特性に依存する：検出器の表面、膜（抵抗材料）の充填率及び膜のＴＣＲ。大きな感度を有する検出器を得るために、低いＮＥＴＤが望まれ、それは、抵抗材料の大きなＴＣＲ、大きな表面及び大きな充填率を必要とする。
【００１３】
良好な性能を維持しながら、小さな寸法の放射検出器を有することに関心がある。しかしながら、検出器の寸法の単純な減少は、その光学的な活性面積の減少を引き起こし、従って、活性面積によって集められる放射線の減少を引き起こす。さらに、抵抗材料のために取っておかれた表面も低減され、それは、検出器の性能を劣化させる。
【００１４】
放射検出器におけるＭＩＭ（金属−絶縁体−金属、すなわち２つの金属層の間に位置する誘電体部分）の使用は、より大きな効率的な吸収表面積を検出器に与える利点を有し、検出器は、その実際の表面積より大きな表面積において受け取る放射線を吸収する。従って、このようなＭＩＭ構造体は、検出器の膜の端部（例えば、断熱アーム又は膜の支持要素）に到達し、如何なるＭＩＭ構造体が無い場合に失われる放射線を検知する可能性を与える。このような放射検出器は、例えば、特許文献１に開示されている。
【００１５】
他方で、ＭＩＭ構造体を含む放射検出器は、波長に敏感である。例えば、幅Ｓ＝λ／（２ｎ）の正方形の断面（検出器の膜の平面における）を有するＭＩＭ構造体に関して、一次共鳴は、吸収量が最大であり、その値が、ＭＩＭ構造体の金属層の間に位置する要素の平均屈折率に近い波長λにおいて得られ、ｎは、ＭＩＭ構造体の有効屈折率に対応する。
【００１６】
従って、このようなＭＩＭ構造体は、波長選択性放射検出器を製造するのに有利であるが、あらゆるスペクトル選択性なしに又は低いスペクトル選択性を有する放射検出器を製造するのに有利ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０１０９３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、大きな吸収有効表面積を有する放射検出器、すなわち、その性能を低下させることなく小さな寸法を有して作られ得るＬＷＩＲ範囲のスペクトル選択性を有しない又は殆ど有しない放射検出器を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このために、本発明は、ＬＷＩＲ範囲の波長を検出することができる放射検出器であって、
−基板、
−支持要素を用いて前記基板上に吊るされた膜と、
−各々が下部金属要素、ＭＩＭ構造体の各々に特有の上部金属要素、並びに、前記下部金属要素及び前記上部金属要素の間に位置する誘電体要素で形成された幾つかのＭＩＭ構造体を含む吸収要素と、
−少なくとも１つの温度測定材料を含む温度測定要素と、
を含み、
−前記膜が、少なくとも前記ＭＩＭ構造体の各々の前記上部金属要素、前記温度測定材料及び前記誘電体要素の少なくとも一部を含み、
−少なくとも２つの前記ＭＩＭ構造体の上部金属要素が、前記膜の主要面において互いに相対的に異なる寸法を有し、
−前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素が、前記ＬＷＩＲ範囲の振動モードを有する以下の材料：Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ２の少なくとも１つを含む、放射検出器を提案する。
【００２０】
少なくとも、
−基板、
−支持要素を用いて前記基板上に吊るされた膜と、
−各々が下部金属要素、ＭＩＭ構造体の各々に特有の上部金属要素、並びに、前記下部金属要素及び前記上部金属要素の間に位置する誘電体要素で形成された幾つかのＭＩＭ構造体を含む吸収要素と、
−少なくとも１つの温度測定材料を含む温度測定要素と、
を含み、
前記膜が、少なくとも前記上部金属要素、前記温度測定材料及び前記ＭＩＭ構造体の各々の前記誘電体要素の少なくとも一部を含み、少なくとも２つの前記ＭＩＭ構造体の上部金属要素が、前記膜の主要面において互いに相対的に異なる寸法を有する、放射検出器がまた開示される。
【００２１】
放射検出器は、異なる寸法のいくつかのＭＩＭ構造体を含む。従って、放射検出器のＭＩＭ構造体は、互いに異なる特定の共振波長を有し、それは、あらゆるＭＩＭ構造体を有しない、又は、単一のＭＩＭ構造体を含む、又は、同一の寸法の幾つかのＭＩＭ構造体を含む同様の放射検出器と比較して放射検出器の全吸収スペクトルの拡大の効果を有する。本発明による検出器は、幾つかの吸収ピークを含む吸収スペクトルを有するマルチスペクトルの検出器と異なる一方で、本発明による検出器の吸収スペクトルは、スペクトル選択性を有しない、又は、ほんの僅かのスペクトル選択性を有する。
【００２２】
ＭＩＭ構造体を用いて得られる大きな有効吸収表面積のために、放射検出器は、あらゆるＭＩＭ構造体を含まない放射検出器と比較して、低減した寸法で作られ得る。
【００２３】
さらに、ＭＩＭ構造体の上部金属要素の二次元構造体のために（上部金属要素は、膜の主要面において構造化される）、完全な構造体、すなわち全てのＭＩＭ構造体が４分の１の回転（９０°）の場合に対称性を有するとき、放射検出器によって達成される吸収は、放射検出器によって受け取られる入射光線の偏光状態に依存しない。このような対称性がないとき、放射検出器によって生じる吸収は、各構造体ＭＩＭが正方形又は円形部分を含む場合、例えば偏光に対して低い感度を有する。
【００２４】
“ＭＩＭ構造体”との表現は、本明細書において、上部金属要素及び下部金属要素の間に位置し、その寸法及び構造体の材料による波長の範囲の吸収を実現することができる少なくとも１つの誘電体要素を含む積層体を指す。
【００２５】
“下部金属要素”という表現は、ＭＩＭ構造体の各々の上部金属要素及び基板の間に位置するＭＩＭ構造体の各々の金属要素を指す。
【００２６】
“膜の主要面”という表現は、膜の２つの最大表面に平行な、又は、膜内で互いに接触する異なる材料層の主要面に平行な平面を指す。この膜の主要面はまた、膜に面する基板の面に平行であり得る。
【００２７】
ＬＷＩＲ範囲は、本明細書において、約８μｍから１２μｍ、又は７μｍから１４μｍの波長に相当する。
【００２８】
ＭＩＭ構造体の上部金属要素は、有利には、同様の形状（例えば、正方形、長方形、円盤形状、多角形等）を有し得る。
【００２９】
ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素は、放射検出器によって検出されるＬＷＩＲ範囲において振動モード（すなわち、誘電体要素の材料の１つ又は幾つかの分子における原子振動に相当するモード）を有する少なくとも１つの材料を含み得る。誘電体要素の材料の１つ又は幾つかにおけるこの振動共鳴は、屈折率（誘電率）の虚数部ｋの波長の大幅で局所的な増加によって表され、ｋは、振動モードの波長において１程度以上である。ｋの個の増加は、この指数の実数部ｎの低下によって達成され、ｎ及びｋは、クラマース・クローニッヒの関係式によって互いに関連付けられる。振動共鳴の波長は、ｎ値の最小値に対応するものと見なされ得る。このような材料の存在において、この材料の固有吸収に関連する吸収ピークは、ＭＩＭ構造体のスペクトル応答において、ＭＩＭ構造体の特定の共鳴（吸収ピーク）に加えられ、それによって、検出器の吸収スペクトルを拡大する。この材料の振動共鳴波長及びＭＩＭ構造体の特定の共鳴波長の両方は、検出器の対象のスペクトル範囲に含まれる。
【００３０】
誘電体材料の振動共鳴の波長は、有利には、ＭＩＭ構造体の共鳴波長とは異なる。しかしながら、吸収スペクトルの拡大は、誘電体材料の振動共鳴のこの波長がＭＩＭ構造体の共鳴波長と等しい場合でさえ得られる。
【００３１】
この場合、誘電体要素は、以下の材料：ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ２の少なくとも１つを含み得る。
【００３２】
本発明によれば、誘電体要素は、以下の材料：Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ２の少なくとも１つを含む。
【００３３】
前記ＭＩＭ構造体は、前記ＭＩＭ構造体のアレイを形成するために互いに規則的に離隔して位置し得る。
【００３４】
この場合、前記放射検出器は、２×２のアレイを形成することによって位置する４つのＭＩＭ構造体含み得、
−前記４つのＭＩＭ構造体は、前記膜の主要面において、対での同様の寸法を有し、
−前記４つのＭＩＭ構造体の各々は、前記膜の主要面において、前記他のＭＩＭ構造体の寸法と比較して異なる寸法を有し、
−前記４つのＭＩＭ構造体のうちの第１の２つの構造体は、前記膜の主要面において、互いに相対的に同様の寸法を有し、前記４つのＭＩＭ構造体のうちの第２の２つの構造体は、互いに相対的に異なる寸法を有し、前記４つのＭＩＭ構造体のうちの第１の２つの構造体の寸法と異なる。
【００３５】
前記膜の主要面における前記ＭＩＭ構造体の寸法は、前記放射検出器が前記ＬＷＩＲ範囲の検出を実現するためのものであるとき、例えば、約１０００ｎｍから２０００ｎｍであり得、又は、前記放射検出器が前記ＭＷＩＲ範囲の検出を実現するためのものであるとき、例えば、約３００ｎｍから７００ｎｍであり得、及び／又は、前記ＭＩＭ構造体は、典型的には、前記放射検出器が前記ＬＷＩＲ範囲の検出を実現するためのものであるとき、例えば、２０００ｎｍから３０００ｎｍのピッチで傍に位置し得、又は、前記放射検出器が前記ＭＷＩＲ範囲の検出を実現するためのものであるとき、例えば、７００ｎｍから１０００ｎｍのピッチで並んで位置し得る。
【００３６】
前記温度測定材料は、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素の一部であり得、又は、前記温度測定材料は、前記ＭＩＭ構造体上に位置し得る。ＭＩＭ構造体の誘電体要素の部分を形成する温度測定材料を使用することによって、放射検出器は、撮像装置内の放射検出器の使用と比較できる良好な熱時定数を有する。さらに、このような放射検出器の構造は、検出器の吸収要素を形成する使用可能な材料の選択を制限せず、それは、弱いままである低周波数ノイズのために放射検出器の性能にペナルティを与えない。
【００３７】
前記温度測定材料が、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素の一部であるとき、前記膜は、前記ＭＩＭ構造体の各々において、前記温度測定材料に対して前記上部金属要素を電気的に絶縁する第１の誘電層、及び、前記温度測定材料に対して前記下部金属要素を電気的に絶縁する第２の誘電層をさらに含み得、前記第１の誘電層及び第２の誘電層は、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素の一部であり得る。
【００３８】
前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、前記ＭＩＭ構造体の全てに共通し得、前記温度測定材料は、前記ＭＩＭ構造体の全てに共通する層で形成され得る。
【００３９】
第１の実施形態によれば、前記膜は、前記ＭＩＭ構造体の各々の下部金属要素を含み得る。この構成において、ＭＩＭ構造体は、放射検出器の膜によって全体的に形成される。
【００４０】
第２の実施形態によれば、前記ＭＩＭ構造体の各々の誘電体要素の一部である空間が、前記ＭＩＭ構造体の各々の下部金属要素と膜との間に位置するように、前記ＭＩＭ構造体の各々の下部金属要素が前記基板上に位置し得る。この構成において、膜は、放射検出器のＭＩＭ構造体の部分を形成するだけである。
【００４１】
前記下部金属要素は、前記ＭＩＭ構造体の全てに共通の少なくとも１つの金属層で形成され得、又は、前記下部金属要素は、前記ＭＩＭ構造体の各々と異なり得る。
【００４２】
前記温度測定材料は、前記膜の少なくとも１つの導電層及び前記支持要素を介して前記基板の電気回路に電気的に接続され得る。
【００４３】
前記膜は、断熱アームを介して前記支持要素に機械的及び電気的に接続され得る。これらの断熱アームは、膜内に存在する材料で形成され得る。
【００４４】
ＭＩＭ構造体の各々において、下部金属要素及び上部金属要素の間の距離は、約λ／（４ｎ）以下であり得、有利には約λ／（１０ｎ）であり得、λは、放射検出器の吸収量が最大である波長に対応し、ｎは、ＭＩＭ構造体の有効屈折率に対応する。さらに、ＭＩＭ構造体の下のλ／２の反射キャビティは、望まれない。
【００４５】
本発明はまた、以上に記載された幾つかの放射検出器を含む熱検出デバイスを取扱い、各放射検出器が前記アレイの単一の画素を形成するように前記放射検出器は画素のアレイを形成することによって位置し得る。
【００４６】
前記放射検出器は、幾つかのサブアレイを形成することによって配置され、前記サブアレイの各々の放射検出器は、前記他のサブアレイのサブアレイの放射検出器によって検出されるための波長と異なる波長の範囲の検出を実現することができ得る。
【００４７】
前記アレイは、前記基板上に吊るされて前記基板に熱的に接続された膜を含む少なくとも１つの基準の放射検出器を含み得る。
【００４８】
前記アレイは、何れのＭＩＭ構造体も含まない少なくとも１つの参照放射検出器を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
本発明は、添付の図面を参照して限定的ではなく単に例示目的として与えられる実施形態の詳細な説明を参照することによって、より理解されるだろう。
【００５０】
【図１】従来技術による赤外線加熱検出器を概略的に示す。
【図２】従来技術による赤外線加熱検出器を概略的に示す。
【図３】従来技術による赤外線加熱検出器を概略的に示す。
【図４】従来技術による赤外線加熱検出器の代替的な実施形態を概略的に示す。
【図５】第１の実施形態による、本発明の対象である放射検出器を概略的に示す。
【図６】第１の実施形態による、本発明の対象である放射検出器を概略的に示す。
【図７】第１の実施形態の代替案による、本発明の対象である放射検出器を概略的に示す。
【図８】図７の特定の構成による放射検出器の吸収スペクトルを示す。
【図９】図７の特定の構成による放射検出器の吸収スペクトルを示す。
【図１０】第１の実施形態の他の代替案による、本発明の対象である放射検出器のＭＩＭ構造を示す。
【図１１】第２の実施形態による、本発明の対象である放射検出器を概略的に示す。
【図１２】第３の実施形態による、本発明の対象である放射検出器を概略的に示す。
【図１３Ａ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１３Ｂ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１３Ｃ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１３Ｄ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１３Ｅ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１３Ｆ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１３Ｇ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１３Ｈ】特定の実施形態による、本発明の対象である放射検出器の製造方法のステップを示す。
【図１４】特定の実施形態による、本発明の対象であるマルチスペクトル加熱検出デバイスの部分を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下に記載される種々の図面の同一、類似又は等価な部分は、ある図面から他の図面に容易に移ることができるように同一の参照符号が付される。
【００５２】
図面に示された種々の部分は、より図面を判読可能にするために、必ずしも均一のスケールに従って示されていない。
【００５３】
種々の可能性（代替案及び実施形態）は、互いに排他的ではないものと理解されなければならず、共に組み合わせることができる。
【００５４】
初めに、第１の実施形態による、放射検出器１００又は赤外線加熱検出器の段階南面プロファイル図及び上面図をそれぞれ示す図５及び図６が参照される。図５に示される断面プロファイル図は、図６に示される軸ＡＡ’に沿って作られる。放射検出器１００は、赤外範囲の検出、特にバンドＩＩＩ、すなわち、約８μｍから１２μｍ又は約７μｍから１４μｍの波長の検出を実現するためのボロメータ又はマイクロボロメータに対応する。
【００５５】
放射検出器１００は、放射検出器１００の機械的支持体を形成する、例えばシリコンのウエハ又はプレートレットである基板１０２を含む。基板１０２は、特に、放射検出器１００に電力を供給し、放射検出器１００によって運ばれる信号を読み取る集積電子回路（図５及び図６では見られない）を含む。この電子回路はまた、基板１０２上に作られる、図５及び図６に示されるものと同様の幾つかの放射検出器１００によって運ばれた信号を処理する可能性をもたらす多重化回路を含み得る。各放射検出器１００は、基板１０２上に形成され、電子回路に電気的に接続される検出器アレイの画素に対応する。
【００５６】
放射検出器１００は、膜１０４が機械的に接続される断熱アーム１０６を介して、並びに、膜１０４及び基板１０２上の断熱アーム１０６の機械的保持を保証する、固着パッド又はネイルを形成する支持要素１０８を介して、基板１０２上に吊るされた又は基板１０２に面する膜１０４を含む。厚さｅ（この厚さは、膜１０４及び基板１０２の間の寸法に対応する）を有するキャビティを形成する空間１１０は、基板１０２及び断熱アーム１０６の間と同様に、基板１０２及び膜１０４の間に存在する。膜１０４及び基板１０２の間の断熱は、空間１１０と共に、断熱アーム１０６によって保証される。基板１０２及び膜１０４の間の距離は、検出器１００によって受け取られて検出される放射線の波長とは無関係であり、厚さｅの値は、基板１０２及び膜１０４の間に断熱が維持される瞬間から可能な限り小さくなり得る。
【００５７】
膜１４０は、放射検出器１００の吸収要素及び温度測定要素を含む。吸収要素は、互いに傍に作られる幾つかのＭＩＭ構造体で形成され、有利にはＮ個のＭＩＭ構造体を用いた二次元アレイとして形成される。図５及び図６の実施例において、膜１０４は、３×３アレイとして位置する９個のＭＩＭ構造体を含み、あるいは、ＭＩＭ構造体が、異なる数の行及び／又は列を含むアレイの少なくとも一部を形成することによって位置する、又は、ＭＩＭ構造体が、アレイのパターンと異なるパターンによって互いに傍らに位置することが可能である。一般的に、膜１０４は、２以上のＭＩＭ構造体の数Ｎを有する。
【００５８】
ＭＩＭ構造体の各々は、第１の実施形態において、膜１０４のＭＩＭ構造体の全てに共通する金属層の部分として作られる下部金属要素１１２（すなわち連続層として）を含み、それは、放射検出器１００のＭＩＭ構造体によって実現される吸収を最大化する可能性をもたらす。本明細書における下部金属要素１１２を形成する金属層は、均一な厚さを有し、ＭＩＭ構造体の全てにおいて同様である。
【００５９】
ＭＩＭ構造体の各々はまた、上部金属要素１１４を含む。例えば本明細書における上部金属要素１１４の各々は、膜１０４に面する基板１０２の一面に平行な（図５及び図６における平面（Ｘ、Ｙ）に平行な）平面において、又は、膜１０４の主要面において、正方形状の区域を有する。あるいは、上部金属要素１１４の形状は、種々であり得、例えば、円形、長方形、三角形、六角形、十字形、多角形等であり得る。金属要素１１２及び１１４は、有利には、アルミニウム、チタン、タングステン、金、銀等の１つ又は幾つかの金属を含む。
【００６０】
幾つかの放射検出器で形成される検出アレイの単一画素に相当する放射検出器１００が、数個のＭＩＭ構造体を含むという事実は、各々が効率的な大きな吸収表面積を有するＭＩＭ構造体を用いてフィルタリングされた／吸収された多量の入射光のために、より多くの光が捕捉されること、すなわち、放射検出器１００の吸収量を改善することを可能にする。
【００６１】
下部金属要素１１１２及び上部金属要素１１４の厚さは、膜１０４の熱容量を増加しないように小さく、さらに、使用される材料の表皮厚さの約２倍より大きい。上部金属要素１１４の厚さ（Ｚ軸に沿った寸法）は、例えば、約３０ｎｍを超え、例えば、約３０ｎｍから１００ｎｍであり、下部金属要素１１２の厚さは、例えば、約５０ｎｍ以上である。さらに、金属要素１１２及び１１４は、約１Ω／スクエア以下のシート抵抗を有し得る。
【００６２】
ＭＩＭ構造体はまた、下部金属要素１１２及び上部金属要素１１４の間に、放射検出器１００によって検出するための波長の全範囲にわたってプラズモン共鳴をＭＩＭ構造体が励起することを可能にする誘電体要素を含む。これらのプラズモン共鳴は、上部金属要素１１４に面する、ＭＩＭ構造体の誘電体要素において側方に起こる（平面（Ｘ、Ｙ））。
【００６３】
これらの誘電体要素は、温度測定材料層１１６を含み、それは、放射検出器１００の吸収要素と共に形成する放射検出器１００の温度測定材料及びＭＩＭ構造体の誘電体要素又は絶縁体の両方として使用される。温度測定材料層１１６の厚さ（Ｚ軸に沿った寸法）は、吸収される最小波長の約４分の１以下であり、例えば、約１５０ｎｍから２５０ｎｍである。本明細書における温度測定材料層１１６は、均一な厚さを有し、ＭＩＭ構造体の全てに対して同様であり、この層は、連続的であり、ＭＩＭ構造体の全てに対して共通する。
【００６４】
ＭＩＭ構造体の誘電体要素はまた、本明細書においてＭＩＭ構造体の全てに共通し、上部金属要素１１４及び温度測定材料層１１６の間、従って放射検出器１００の温度測定要素及び吸収要素の間における電気絶縁体及び拡散障壁の役割を保証する第１の誘電体層１１８に加えて、下部金属要素１１２を形成する層及び温度測定材料層１１６の間における電気絶縁体及び拡散障壁の役割を保証する第２の誘電体層１２０を含む。第１及び第２の誘電体層１１８及び１２０の各々は、誘電体層又は幾つかの非常に薄い誘電体層の積層体に対応し、その厚さは、例えば、約５ｎｍから２０ｎｍであり、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ又はＴｉＯ２を含み、温度測定材料層１１６及び金属要素１１２及び１１４の間に電気絶縁体を保証しながら、これらの材料は、それらが、検出器１００の対象の波長の範囲で振動モードを有するように選択される。ＬＷＩＲ範囲において、誘電体材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ又はＴｉＯ２を含む。これらの誘電体層１１８、１２０の材料及び厚さは、これらの層が、放射検出器１００によって検出される波長に対して透過性であり、殆ど吸収性ではないように、選択される。本明細書における誘電体層１１８及び１２０の各々は、均一な厚さを有し、ＭＩＭ構造体の全てにおいて同様であり、これらの層は、連続的であり、ＭＩＭ構造体の全てに対して共通する。
【００６５】
さらに、単一の放射検出器１００内に、上部金属要素１１４は、膜１０４の平面（すなわち、膜１０４を形成するために互いに対して位置する種々の層の主要面に平行な平面、本明細書における平面（Ｘ、Ｙ）に平行な）において、全てが同様ではない寸法（側方、直径等）を有する。従って、放射検出器１００のＮ個（Ｎ≧２）の上部金属要素１１４のうちから、これらのＮ個の上部金属要素１１４の少なくとも２つは、膜１０４の平面において互いに異なる寸法を有する。例えば、放射検出器１００内に、上部金属要素の全てが互いに膜１０４の平面において異なる寸法を有することが可能である。第１のセットの上部金属要素１１４が１つ又は幾つかの他のセットの上部金属要素１１４に対して異なる寸法を有し、これらの他のセットのこの１つの要素又は各々の要素が互いに同様の寸法を有し、これらのセットの要素１１４の各々が少なくとも１つの要素１１４で形成される。図５及び図６に示される実施例において、３つの第１の要素１１４の各々は、寸法Ｓ１を有する側部を有し、３つの第２の要素１１４の各々は、寸法Ｓ２の側部を有し、３つの第３の要素１１４の各々は、寸法Ｓ３の側部を有し、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３である。膜１０４に平面において、これらの要素１１４の各々の寸法は、例えば、ＬＷＩＲ範囲の動作において約１０００ｎｍから２０００ｎｍであり、ＭＷＩＲ範囲の動作において約３００ｎｍから７００ｎｍである。要素１１４が作られる間隔又は周期は、例えば、ＬＷＩＲ範囲の動作において約２０００ｎｍから３０００ｎｍであり、ＭＷＩＲ範囲の動作において約７００ｎｍから１０００ｎｍである。
【００６６】
従って、検出器１００によって検出される波長の範囲が、平面（Ｘ、Ｙ）におけるＭＩＭ構造体の上部金属要素１１４の寸法に依存するので（約λ／（２ｎ）又はλ／（２ｎ）の奇数倍に等しい寸法であり、λは、吸収量が最大である波長に対応し、ｎは、ＭＩＭ構造体の有効屈折率に対応し、その値は、ＭＩＭ構造体の金属要素の間に含まれる層の平均屈折率に近い）、放射検出器１００の吸収スペクトルは、異なる寸法のＭＩＭ構造体の種々のスペクトルの重ね合わせに対応し、従って、波長の広い範囲を取り扱い得る。さらに、回折が起こるのを避けるために、上部金属要素１１４は、吸収量が最大である波長未満のピッチで互いに傍に作られる。
【００６７】
ＭＩＭ構造体の各々において、上部金属要素１１４及び下部金属要素１１２の間に位置する要素の総厚、すなわち、第１の誘電体層１１８、第２の誘電体層１２０、及び温度測定材料１１６の合計は、金属要素１１２及び１１４の間の距離に対応するが、約λ／（４ｎ）以下であり、ここで、λは、吸収される最小波長に対応する。有利には、ＭＩＭ構造体の誘電体要素のこの総厚は、約λ／（１０ｎ）以下である。
【００６８】
検出器１００はさらに、膜１０４及び断熱アーム１０６に共通である第３の誘電体層１２２を含み、その上に膜１０４及び断熱アーム１０６も共通する導電層１２４が位置する。導電層１２４は、例えばＴｉ、ＴｉＮ又はＰｔを含み、例えば、約５ｎｍから１００ｎｍの厚さを有し、約１００から１０００Ω／スクエアのシート抵抗を有する。第３の絶縁体層１２２は、例えばＳｉＯ２又はＳｉＯＮを含み、例えば約５ｎｍから５０ｎｍの厚さを有する。最後に、誘電体部分１２６は、断熱アーム１０６に位置する導電層１２４の部分を覆う。誘電体部分１２６の材料及び厚さは、例えば、第３の誘電体層１２２の厚さと同様である。
【００６９】
膜１０４において、導電層１２４の部分は、温度測定材料層１１６に電気的に接触し、それによって、膜１０４の電力供給及び生成された検出信号の読出を保証する可能性をもたらす。さらに、断熱アーム１０６において、導電層１２４の部分は、支持要素１０８に電気的に接触する。従って、支持要素１０８が、例えばＡｌ、Ｃｕ又はＷＳｉ等の導電材料を含み、基板１０２に集積される電子回路の入力ステージに電気的に接続され、膜１０４の導電層１２４及び断熱アーム１０６の部分が、連続的な電気接続を形成するので、温度測定材料層１１６は、基板１０２に集積される電子回路に支持体要素１０８及び導電層１２４を介して電気的に接続される。
【００７０】
膜１０４を形成する要素の材料及び厚さは、膜１０４の曲げを避けるために基板１０２上において膜１０４が良好な機械的強度を有するように選択される。
【００７１】
放射検出器１００において、温度測定材料１１６は、有利には、放射検出器１００のＭＩＭ構造体内において、放射検出器１００の熱温度測定要素及び放射検出器１００の吸収要素の誘電体要素の両方として使用される。温度測定材料１１６がこれらの機能の両方を果たすことを保証するために、後者は、有利には、電気抵抗率が約０．１Ω・ｃｍ以上である材料から選択される。従って、例えば温度測定材料１１６は、非晶質シリコン、ゲルマニウム、ＳｉＧｅ、ＺｎＳ等を含む。これらの材料の例は全て、Ｔｉ、Ｐｔ、又は約０．１Ω・ｃｍ未満の低すぎる抵抗率を有するランタンマンガナイトに対応する温度測定材料と異なり、ＭＩＭ構造体の光学作用を変えないように十分な抵抗率、及び例えば約１％から５％のＴＣＲを有する。さらに、温度測定材料１１６に関して既に言及された材料の例は、放射検出器１００によって検出される波長に対して透過性であり、又は若干吸収性であり、強い温度係数及び弱い低周波数ノイズを有する。
【００７２】
この第１の実施形態において、空間１１０の厚さ又は高さｅは、放射検出器１００の吸収量に関係しない。従って、この厚さは、あらゆる値であり得るが、少なくとも、膜１０４が経験し得る機械的及び静電的圧力のために膜１０４及び基板１０２が互いに接触を避けるために十分な距離だけ互いに離隔するようなものである。この厚さｅはまた、絶縁アーム１０６及び温度測定材料１１６に接触する導電層１２４の部分によって形成される接触領域からの寄生吸収を制限するように調整され得る。この厚さｅは、例えば、約１μｍから約５μｍである。
【００７３】
図７は、例えば、既に記載された第１の実施形態の代替案による放射検出器１００の上面図を示す。
【００７４】
この代替案において、検出器１００は、各々が、図５及び図６のように４つのＭＩＭ構造体に共通する層によって形成される下部金属要素１１２及び上部金属要素１１４．１−１１４．４の１つを有する、４つのＭＩＭ構造体を含む。上部金属要素１１４．１−１１４．４の膜１０４（平面（Ｘ、Ｙ））の平面における寸法は、同様ではない。従って、
−膜１０４の平面における上部金属要素１１４．１−１１４．４の寸法が、要素１１４．１−１１４．４の全てにおいて異なる（例えば、要素１１４．１−１１４．４において、各々が、膜１０４の平面において、正方形で、寸法Ｓ１（要素１１４．１）、Ｓ２（要素１１４．２）、Ｓ３（要素１１４．３）又はＳ４（要素１１４．４）を有する断面を有し、これらの寸法が、Ｓ１≠Ｓ２≠Ｓ３≠Ｓ４である）、又は、
−膜１０４の平面における要素１１４．１−１１４．４のうちの２つの寸法が、他の２つの要素１１４．１−１１４．４の寸法と異なる（例えば、Ｓ１＝Ｓ３及びＳ２＝Ｓ４、並びにＳ１≠Ｓ２であり、図７に示された例の場合のようなものである）、又は、
−要素１１４．１−１１４．４の１つの膜の平面における寸法が、他の要素１１４．１−１１４．４のものと異なる（例えば、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３及びＳ４≠Ｓ１）、
ことが可能である。
【００７５】
図８に示される曲線２００は、Ｓ１＝Ｓ３＝１．２μｍ及びＳ２＝Ｓ４＝１．１２５μｍであるときに８〜１２μｍの範囲で得られる図７の検出器１００の吸収スペクトルに対応する。
【００７６】
図８に示される曲線２０２は、Ｓ１＝１．２７５μｍ、Ｓ２＝１．１２５μｍ、Ｓ３＝１．２μｍ及びＳ４＝１．３１２５μｍであるときに８〜１２μｍの範囲で得られる図７の検出器１００の吸収スペクトルに対応する。
【００７７】
図８に示される曲線２０４は、Ｓ１＝１．３８７５μｍ、Ｓ２＝１．１２５μｍ、Ｓ３＝１．１２５μｍ及びＳ４＝１．３１２５μｍであるときに８〜１２μｍの範囲で得られる図７の検出器１００の吸収スペクトルに対応する。
【００７８】
図８に示される曲線２００、２０２及び２０４は、１００ｎｍの厚さで下部金属要素１１２を形成する金属層、１５０ｎｍの厚さで非晶質シリコン層によって形成される温度測定材料１１６、１０ｎｍの厚さの誘電体層１１８、１２０を用いて、１．５μｍの間隔又は周期及び５０ｎｍの厚さで要素１１４．１−１１４．４を生成することによって得られる。
【００７９】
図９に示される曲線２０６は、上部金属部分１１４．１−１１４．４を形成するためにチタンが使用されるときに、Ｓ１＝Ｓ３＝０．７μｍ及びＳ２＝Ｓ４＝０．８μｍのときに８〜１２μｍの範囲で得られる図７の検出器１００の吸収スペクトルに対応する。
【００８０】
以上に記載された第１の実施形態の代替案として、第１の誘電体層１１８は、上部金属要素１１４のパターンと同様のパターンに従って構成され得る。この場合、ＭＩＭ構造体の各々は、上部金属部分１１４と同様の形状及び寸法を有する誘電体部分に位置する上部金属要素１１４を含む。この組織構造がまた、温度測定材料層１１６を介して、任意に第２の誘電体層１２０を介して拡張され、この層又はこれらの層（１１８＋１１６又は１１８＋１１６＋１２０）がまた、この場合に上部金属要素１１４のパターンと同様のパターンに従って構成されることも可能である。図１０は、それによって生成されたＭＩＭ構造体、なわち、第１の誘電体層１１８、温度測定材料層１１６及び第２の誘電体層１２０がまた、上部金属要素１１４のパターンと同様のパターンに従って構成されるＭＩＭ構造体を概略的に示す。
【００８１】
第２の実施形態による放射検出器１００の断面プロファイルを示す図１１がここで参照される。
【００８２】
既に記載された第１の実施形態と比較して、膜１０４は、ＭＩＭ構造体の全てに共通の単一の金属層を含まず、ＭＩＭ構造体の下部金属要素１１２を形成する。ここで、放射検出器１００の吸収要素のＭＩＭ構造体の各々は、別個の下部金属要素１１２を含む。下部金属要素１１２の各々は、上部金属要素１１４の１つに面して位置し、ここで、平面（Ｘ、Ｙ）において、それが面して位置する上部金属要素１１４の寸法と実質的に同様の寸法を有する。下部金属要素１１２の間の空間、すなわち、これらの要素１１２の間隔はまた、上部金属要素１１４の間の間隔と同様である。あるいは、下部金属要素１１２の寸法及び／又は形状及び／又は間隔は、上部金属要素１１４のものと異なり得る。下部金属要素１１２の厚さは、ここでは、互いに同様であり、例えば、第１の実施形態の下部金属要素１１２を形成する層の値と同一の値である。さらに、第２の誘電体層１２０の部分は、互いにそれらを絶縁するために下部金属要素１１２の間に位置する。この第２の実施形態による放射検出器１００の他の要素は、第１の実施形態による放射検出器１００のものと同様である。
【００８３】
第１の実施形態のような放射検出器１００の吸収要素のＭＩＭ構造体の全ての下部金属要素１１２を形成する単一の連続層と比較して、この第２の実施形態による放射検出器１００のＭＩＭ構造体の各々における幾つかの別個の下部金属要素１１２の使用によって、放射検出器１００の熱定数の低下が可能になる。
【００８４】
さらに、幾つかの別個の下部金属要素１１２の使用は、この構成が、求められる共鳴の外側で受け取られる電磁放射エネルギーを消散させ得るこの領域の制限を可能にし、高いシート抵抗を有する導電性領域が、入射光線に晒されることを避ける可能性をもたらす限りにおいて、得られる残余の吸収に関してペナルティではない。
【００８５】
第１の実施形態に対して既に記載された代替案（第１の誘電体層１１８、温度測定材料層１１６及び第２の誘電体層１２０の少なくとも１つの構成）はまた、第２の実施形態に適用され得る。
【００８６】
図１２は、第３の実施形態による放射検出器１００の断面プロファイルを示す。
【００８７】
第１の実施形態と同様に、ＭＩＭ構造体の全てに共通する単一の連続的な金属層は、放射検出器１００の吸収要素のＭＩＭ構造体の下部金属要素１１２を形成する。一方で、下部金属層が基板１０２上に吊るされる膜１０４内に位置する第１の実施形態と異なり、それは、ここでは、吊るされた膜１０４に位置せず、キャビティ１１０が下部金属要素１１２及び膜１０４の間に形成されるように基板１０２上に位置する。この第３の実施形態において、ＭＩＭ構造体の誘電体要素は、温度測定材料１１６、第１の誘電体層１１８、第２の誘電体層１２０（場合によっては、省略され得る）、第３の誘電体層１２２に加えてキャビティ１１０で形成される。この第３の実施形態において、キャビティ１１０の厚さｅは、λ／４ｎ以下、又は有利にはλ／１０ｎ以下であり得る、ＭＩＭ構造体の誘電体の厚さの計算を考慮する。
【００８８】
この第３の実施形態において、下部金属層の厚さは、その内側のジュール効果による損失を制限するために、例えば下部金属要素１１２の抵抗率が約０．１Ω／スクエア以下であるように、十分に厚くなるように選択される。
【００８９】
第１の実施形態と比較して、この第３の実施形態は、放射検出器１００の時定数を低下させる利点を有する。さらに、この第３の実施形態による放射検出器は、この放射検出器を作るために適用される方法が、ボロメータを作るために適用される標準的なステップのプロセスに従うので、安価に作られ得る。さらに、従来技術の放射検出器と比較して、単一の追加的なフォトグラフィレベルが、上部金属要素１１４を形成するために行われ得る。
【００９０】
この第３の実施形態の代替案として、各々がＭＩＭ構造体の１つの下部金属要素を形成する幾つかの別個の下部金属要素１１２は、単一の連続的な金属層の代わりに基板１０２上に位置し得る。第１の実施形態に関して既に記載された他の代替案はまた、第３の実施形態に適用され得る。
【００９１】
既に記載された実施形態の代替案として、温度測定材料層１１６が、ＭＩＭ構造体内、すなわち金属要素１１２及び１１４の間に位置せず、ＭＩＭ構造体上に位置する。この場合、温度測定材料層１１５は、膜１０４のＭＩＭ構造体に載っている。
【００９２】
図１３Ａから図１３Ｈは、各々が異なる寸法の幾つかのＭＩＭ構造体を含む２つの放射検出器１００の製造方法のステップを示す。
【００９３】
この方法は、集積電子回路を含み基板１０２から適用される。支持要素１０８が接続されるものである電子接触パッド１２８は、基板１０２の前面に作られる。第１の犠牲層１３０は、次いで、基板１０２の前面に、パッド１２８を覆って、例えばポリイミドで、約１μｍから５μｍの厚さを有して堆積される（図１３Ａ）。この第１の犠牲層１２４の厚さ（Ｚ軸に沿った寸法）は、膜１０４及び基板１０２の間に形成されるキャビティ１１０の厚さｅに対応する。
【００９４】
第３の絶縁体層１２２は、第１の犠牲層１３０の上に堆積され、例えばアルミニウムを含む第１の金属層１３２は、第３の絶縁体層１２２に堆積される（図１３Ｂ）。第１の金属層１３２は、検出器１００の下部金属要素１１２を形成するものである。第１の金属層１３２の材料及び厚さは、従って、下部金属要素１２２に対する所望の特性に依存して選択される。
【００９５】
第３の誘電体層１２２及び第１の金属層１３２は、次いで、例えばリソグラフィ及びエッチングによって形付けられる。第１の金属層１３の残りの部分は、検出器１００の下部金属要素１１２を形成する。
【００９６】
例えば第１の犠牲層１３０の材料と同様の材料を含む第２の犠牲層１３４は、次いで堆積され、次いで下部金属要素１１２で停止するように平坦化される。
【００９７】
２つの誘電体層の間に位置する温度測定材料層を含む層１３６の積層体は、次いで、第２の犠牲層１３４の残っている部分及び下部金属要素１１２の上に堆積される（図１３Ｃ）。積層体１３６の層の材料及び厚さは、検出器１００の温度測定材料層１１６及び誘電体層１１８、１２０の所望の材料及び厚さに依存して選択される。
【００９８】
積層体１３６の残っている部分が、検出器１００の各ＭＩＭ構造体の温度測定材料層１１６及び誘電体層１１８、１２０を形成するように、層１３６の積層体は、次いで例えばエッチングによって形付けられる。
【００９９】
例えば第１及び第２の犠牲層１３０及び１３４の材料と同様の材料を含む第３の犠牲層１３８は、次いで堆積され、次いで積層体１３６の残っている部分１３６で停止するように平坦化される（図１３Ｄ）。
【０１００】
アルミニウムを含む第２の金属層１４０は、積層体１３６及び第３の犠牲層１３８の残っている部分に堆積される（図１３Ｅ）。第２の金属層１４０は、上部金属要素１１４を形成するものである。第２の金属層１４０の材料及び厚さは、従って、上部金属要素１１４に対する所望の特性に依存して選択される。
【０１０１】
第２の金属層１４０は、次いで、この層の残っている部分が上部金属要素１１４を形成するように、例えばリソグラフィ及びエッチングによって形付けられる（図１３Ｆ）。
【０１０２】
導電ビアは、次いで、層１３０、１３４及び１３８の犠牲材料を通して作られ、検出器１００の支持要素１０８を形成する。検出器１００の間に位置する犠牲層１３０、１３４及び１３８の部分は、例えばエッチングによって除去される（図１３Ｇ）。
【０１０３】
最後に、検出器１００の作成は、依然として存在する犠牲層１３０、１３４及び１３８の残っている部分をエッチングすることによって、従って基板１０２に対して検出器１００の膜１０４を開放することによって完成される（図１３Ｈ）。
【０１０４】
各検出器１００において、膜１０４は、有利には、薄層内に形成され、放射検出器１００の断熱アーム１０６は、基板１０２及び基板１０２内の電子回路に対する膜１０４の効率的な断熱を実現するように、正確に画定される。
【０１０５】
第３の実施形態の場合において、下部金属要素１１２を形成する下部金属層は、次いで下部金属層を覆うことによって堆積される犠牲層の前に基板１０２に作られる。
【０１０６】
膜１０４の薄い絶縁層、すなわち第１の誘電体層１１８、第２の誘電体層１２０及び第３の誘電体層１２２は、例えば、カソードスパッタリング又はプラズマ分解（ＰＥＣＶＤ）による堆積等の低温堆積によって作られる。それらの堆積後に適用されるこれらの層のエッチングは、プラズマ助長化学エッチングによって実現され得る。
【０１０７】
導電層１２４は、例えば、カソードスパッタリングである堆積を用いて作られ、例えば、化学エッチング又はプラズマを用いたエッチングによって構造化される。
【０１０８】
温度測定材料１１６は、例えば、カソードスパッタリング、熱分解（ＬＰＣＶＤ）又はプラズマを用いた熱分解（ＰＥＣＶＤ）によって、例えば、低温で堆積される。温度測定材料１１６の任意のドーピングは、ドーピングガス（例えば、ＢＦ３又はＰＨ３）をその堆積に使用される反応器に導入することによって、又はイオン注入によって実現される。温度測定材料１１６のエッチングは、通常、プラズマ助長化学エッチング法を用いて行われる。
【０１０９】
この実施形態にかかわらず、幾つかの放射検出器１００は、有利には、アレイとして互いに傍に集約的に作られ、各々の検出器１００は、この検出器アレイの画素を形成する。
【０１１０】
各放射検出器１００において、温度測定材料の抵抗は、撮像場面の温度に依存して変化する。しかしながら、測定される場面の温度の変化は、非常に小さい。これらの変化をより容易に検出するために、基板１０２に集積される電子回路は、放射検出器１００によって運ばれる信号を増幅するために強い利得の増幅器又は積分器ステージを含む。放射検出器１００の読み取り感度を増加するために、検出器の所謂“ベースライニング”ブランチにおいて、それを飽和させることを避けるために、電子回路の増幅器又は積分器ステージに対して測定される温度の変化に対応する、電流の変動部分を送るだけのために、撮像場面の背景温度に対応する、測定される電流の不変量を得ることができる。このために、これらのベースライニングボロメータが、あらゆる断熱アームを含まず、従って支持要素を介して基板に熱的に接続されるそれらの膜を含むので、ある方法は、放射検出器１００を製造するために使用される同一の材料で作られ、焦点面の温度において任意に熱平衡化され、場面の温度の検出を実現しない、所謂ベースライニングボロメータのベースライニング抵抗として使用することからなり得る。
【０１１１】
さらに、放射検出器１００のアレイが、各々が既に記載された１つ又は幾つかの放射検出器１００を含む幾つかのサブアレイで形成されることが可能であり、各サブアレイが、他のサブアレイによって検出されることが可能である波長と異なる波長の範囲の検出器を実現することができる。
【０１１２】
図１４は、マルチスペクトル検出器アレイを含む検出デバイス１０００の部分を概略的に示す。
【０１１３】
このマルチスペクトル検出器アレイは、各々が、既に定義されるような１つ又は幾つかの放射検出器１００を含む、２つのサブアレイ１００２．１及び１００２．２を含む。サブアレイの各々は、各サブアレイの放射検出器のＭＩＭ構造体のパラメータ（寸法、形状、間隔）によって画定される波長の範囲の検出を実現することができる。図１４の実施例において、第１のサブアレイ１００２．１の検出器１００は、ＬＷＩＲ範囲の検出を実現することができ、第２のサブアレイ１００２．２の検出器は、ＭＷＩＲ範囲の検出を実現することができる。検出デバイス１０００は、検出されるスペクトル範囲に従って多数のサブアレイを含み得る。
【０１１４】
サブアレイの１つ（例えば第３のサブアレイ）の検出器は、他のサブアレイの放射検出器に対する参照として使用され得る。参照として使用されるこの（これらの）検出器は、検出デバイスによって、例えば、それらが他のサブアレイの放射検出器のようなあらゆるＭＩＭ構造体を含まないように、この（これらの）検出器を作ることによって、受け取られる放射線に影響を受け易いのではない。従って、他のサブアレイの放射検出器によって運ばれる信号の値から、この参照サブアレイの検出器によって運ばれるこれらの信号の値を減算することによって、他のサブアレイの検出器によって運ばれる信号に存在する共通モードを抑制することが可能である。
【０１１５】
さらに、１つ又は幾つかサブアレイは、既に記載されたような、所謂ベースライニングボロメータを含み得る。
【０１１６】
この実施形態にかかわらず。放射検出器１００の寸法は、放射検出器１００を用いて形成される画素のサイズに依存する。
【符号の説明】
【０１１７】
１  検出器
１０  薄膜
１１  支持要素
１２  断熱アーム
１３  基板
１４  反射器
１００  放射検出器
１０２  基板
１０４  膜
１０６  断熱アーム
１０８  支持要素
１１０  誘電体要素
１１２  下部金属要素
１１４  上部金属要素
１１４．１  上部金属要素
１１４．２  上部金属要素
１１４．３  上部金属要素
１１４．４  上部金属要素
１１６  誘電体要素
１１８  誘電体要素
１２０  誘電体要素
１２２  誘電体要素
１２４  導電層
１２６  誘電体部分
１２８  電子接触パッド
１３０  第１の犠牲層
１３２  第１の金属層
１３４  第２の犠牲層
１３６  積層体
１３８  第３の犠牲層
２００  曲線
２０２  曲線
２０４  曲線
２０６  曲線
１０００  熱検出デバイス
１００２．１  サブアレイ
１００２．２  サブアレイ
【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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１３Ｈ】
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【図１４】
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【外国語明細書】
2016070935000001.pdf