(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部導電板及び下部導電板を含む基準コンデンサと、
前記基準コンデンサの前記上部導電板上に形成された誘電層と、
上部導電板及び下部導電板を備え、前記上部導電板が前記誘電層の上方に形成され、前記下部導電板が前記基準コンデンサの上部導電板であるセンスコンデンサと、
上層及び下層を備えるバイマテリアル部材と、
前記バイマテリアル部材及び前記センスコンデンサの前記上部導電板を基板に固定するための、前記バイマテリアル部材に接続された第一の側部及び基板に接続された第二の側部を備える支持部材と、
前記基準コンデンサと前記センスコンデンサを含み、赤外線センサの電圧応答を解析する回路と、
を備え、
前記バイマテリアル部材及び前記センスコンデンサの前記上部導電板が可撓部材を形成している、
モノリシック半導体集積回路基板上に形成された赤外線センサ。
【請求項２】
基準コンデンサの前記上部導電板及び下部導電板、及び前記センスコンデンサの上部導電板及び下部導電板が、アルミニウムである、請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記バイマテリアル部材の前記下層及び前記上層が、各々異なった熱膨張率を有する請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記センスコンデンサの静電容量を測定するための静電容量測定手段と、前記測定手段及び前記センスコンデンサを電気的に接続する接続手段とを更に備える請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
吸収された入射熱放射線による温度変化に応じ前記可撓性部材自身の位置が変化する請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
行列に配置された複数の赤外線センサであって、各々が、
上部導電板及び下部導電板を含む基準コンデンサ、
前記基準コンデンサの前記上部導電板上に形成された誘電層、
上部導電板及び下部導電板を備え、前記上部導電板が前記誘電層の上方に形成され、前記下部導電層が前記基準コンデンサの上部導電板であるセンスコンデンサ、
上層及び下層を備えるバイマテリアル部材及び、
前記バイマテリアル部材及び前記センスコンデンサの前記上部導電板を基板に固定するための、前記バイマテリアル部材に接続された第一の側部及び基板に接続された第二の側部を有する支持部材を備え、
前記バイマテリアル部材及び前記センスコンデンサの前記上部導電板が可撓部材を形成している、赤外線センサと、
前記基準コンデンサと前記センスコンデンサを含み、前記赤外線センサの電圧応答を解析する回路と、
複数のソースフォロアアンプが各々の前記センスコンデンサの上部導電板によって前記解析回路に個々に接続されている、少なくとも複数のソースフォロアアンプを備えた読み出し回路と、
を備えた、
モノリシック半導体集積回路基板を含む赤外線イメージャアレイ。
【請求項７】
前記読み出し回路が、更に、
各容量センサ内の前記基準コンデンサの上部導電板をリセット電位に留めるためのリセットトランジスタと、
ピクセル負荷電流を複数の前記ソースフォロアアンプに提供するためのカレントミラーと、
第一の電位及び第二の電位を各容量センサの個々の列に多重化するための列ドライバ回路であって、
第一の電位を前記センスコンデンサに加えるために、センスコンデンサの上部導電板に接続された第一のコントローラ及び、
第二の電位を前記基準コンデンサに加えるために、前記基準コンデンサの下部導電板に接続された第二のコントローラを有し、
前記第一及び前記第二の電位が各々異なった極を有する、前記列ドライバ回路と、
読み出すための一つのセンスコンデンサを選択するための水平走査シフトレジスタ及び垂直走査シフトレジスタと、
を備えた、請求項６に記載の赤外線イメージャアレイ。
【請求項８】
前記読み出し回路が、更に、
各ソースフォロアアンプの出力シグナルをサンプリング及び保持するためと、前記センスコンデンサの１／ｆノイズ及びｋＴＣノイズを抑制するために、前記列ドライバ回路に接続されている相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路を備えている請求項７に記載の赤外線イメージャアレイ。
【請求項９】
第一の導電板を集積回路基板の表面に形成するステップと、
誘電層を堆積するステップと、
前記誘電層上にリリース層を堆積するステップと、
接続層を、前記リリース層の第一の部分上に形成するステップと、
バイマテリアル部材を前記接続層の部分上及び前記リリース層の第二の部分上に形成するステップと、
第二の導電板を前記リリース層の第三の部分上に形成するステップと、
前記第二の導電板上に、赤外線の光子に関する光子吸収部材を形成するステップと、
前記リリース層及び前記誘電層を通してバイアを形成するステップであって、該バイアが前記接続層と接続し、前記バイマテリアル部材との接触を防止しているステップと、
断熱支持部材を前記接続層及び前記バイア上に形成し、前記バイマテリアルを接触させるステップと、
前記リリース層を化学的に除去するステップと、
を備える、
トランスデューサをモノリシック半導体集積回路基板に製造する方法。
【請求項１０】
集積回路基板の表面に第一の容量性導電板を形成するステップと、
絶縁層を前記第一の容量性導電板上に形成するステップと、
第二の容量性導電板を前記絶縁層上に形成するステップと、
誘電層を堆積するステップと、
前記誘電層上にリリース層を堆積するステップと、
接続層を、前記リリース層の第一の部分上に形成するステップと、
バイマテリアル部材を前記接続層の部分上及び前記リリース層の第二の部分上に形成するステップと、
第三の容量性導電板を前記リリース層の第三の部分上に形成するステップと、
前記第三の容量性導電板上に光子吸収部材を形成するステップと、
前記リリース層及び前記誘電層を通してバイアを形成するステップであって、該バイアを前記接続層と接続して、前記バイマテリアル部材との接触を防止しているステップと、
断熱支持部材を前記接続層及び前記バイア上に形成し、前記バイマテリアル部材を接触させるステップと、
前記リリース層を化学的に除去するステップと、
を備える、
モノリシック半導体集積回路基板に赤外線センサを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、室温容量センサに関し、より詳細には、低コストで製造可能な赤外線イメージャに関し、このイメージャは、室温で作動するものであり、特性限界を制限している理論的背景に取り組んだ実質的に改良された特性を有する。
発明の背景
種々の商業的及び非商業的用途において、赤外線（ＩＲ）放射の測定用機器の重要度は増加している。赤外線スペクトル全体に対して応答する非冷却センサの開発の研究は、冷却装置の操作上の制限のために特に重要である。
赤外線検出器の広い組合せが４０年にわたって開発されてきた。大部分の場合、入射放射線が収集された励起体に変換されるか、熱に変換されて温度変化を通して検出されるかによって量子型検出器或いは熱型検出器に分類される。熱赤外線センサのみが室温で中間〜遠赤外線範囲（λ＞１０μｍ）で作動する。
空気式赤外線検出器（ゴレーによって最初に開発された）は熱検出器に分類される。ゴレーの検出器は、室温のガスで満たされた小さな空洞を含む。空洞は回りから窓及び薄い可撓薄膜で遮断されている。薄膜は一側を薄い金属膜で被覆されており、膜のシート抵抗が自由空間のインピーダンスの約半分であれば赤外線スペクトル全体にわたってかなりの吸収率を有する。ゴレーセルにトラップされたガスは薄膜と接触して加熱されて、熱膨張され、薄膜を外側に反らせる。反りは通常、光学的或いは容量変位トランスデューサで検出される。従来、これらの検出器は、かさばり、壊れやすく、製造が困難で、高価であった。それでもこれらは広く使用されている。その理由は、第一のに、中間〜遠赤外線範囲において全ての他の室温検出器よりも感度が改善されている点である。焦平面アレイに組み込むためにゴレーセルを小型化する試みは、従来の変位トランスデューサの感度及びこれらの作動領域に関するスケーリングの法則によって不成功であった。非冷却検出器の焦平面アレイの必要性は、焦電検出器アレイの開発を刺激して、この最良のものは、ゴレーセルよりも５〜１０倍感度が低かった。
現行の技術の状況における非冷却ＩＲ焦平面アレイは多くの異なった熱検出機構を使用している。それは放射（センサ抵抗は温度によって調整される）、焦電（誘電率は温度によって調整される）効果、及び熱電気効果等である。上記したように熱機構効果は、ゴレーセルを修正して探求されてきた。これらの技術を基礎としたＩＲイメージャの特性は、直接の光子の変換を基礎としたイメージャ（７７Ｋで操作されるＰｔＳｉ検出器等）と比較して制限され、また理論的背景が制限する特性よりもかなり悪い。全てのアプローチで、特性に対する基本的な制限は、検出器を回りから熱的に絶縁する能力、温度の対する検出器の感度及び外部のノイズ源の導入によって制御されている。品質低下の理由は、寄生熱抵抗経路がセンシング部材の支持構造内に内在していることである。他の理由は電気的ノイズが読出走査回路内に存在することである。
発明の概要
本発明は、室温で操作される高性能赤外線イメージャを提供する。より詳細には、本発明は赤外線（ＩＲ）容量構造を温度変化を感知するために使用する。熱エネルギは本発明の構造を変形させ、容量を決定する変形をもたらし、その変化は次に感知される。
発明の本実施形態は、入射熱放射による温度変化に対応してセンシングコンデンサの一つの板の位置を変更するバイマテリアルストリップから構成された赤外線容量センサを提供する。この容量センサは、熱膨張率の差が大きい二つの材料（例えばＳｉ3Ｎ4とＡｌ）を含む、高熱抵抗を有する材料（例えばＳｉ3Ｎ4）の長いストリップによって機械的に支持されたバイマテリアルストリップを使用して、この物理的構造によって、高い熱放射抵抗及び高い熱感度が提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に従った代表的なバイマテリアル容量センサの物理的構造である。
図２は、図１が含む種々の部材のピクセルの断面図である。
図３（ａ）は、ピクセルの直線状アレイの上面図である。
図３（ｂ）は、ピクセルの２次元アレイの上面図である。
図４は、アドレスしたピクセルを説明するために役立つ概略回路図である。
図５（ａ）は、図２のピクセルの形式化した断面図であり、（ｂ）から（ｍ）は図２のピクセルの形成のための処理ステップを示したものである。
図６は、図１の代表的装置の幾何学的形状である。
図７は、コンデンサの配置を示した、励起ピクセルの断面図である。
図８は、代表的フロントエンド容量ネットワークの概略図である。
図９は、図２に示す構造体の熱の挙動を説明するのに役立つ代表的熱回路の概略図である。
図１０は、図４に示す回路の動作を説明するのに役立つ測定されたアンプのノイズの図である。
図１１は、本発明に従った折り込まれた支持を有する片持ピクセルの図である。
図１２は、本発明に従った延びた支持を有するブリッジ型ピクセルの図である。
図１３は、センサアレイに組み込まれた本発明に従ったピクセルセンサの代表的実施形態の回路図である。
図１４は、図１３の実施形態に適用されたシグナルレベルのタイミング図である。
図１５は、本発明に従ったピクセルの対称的ブリッジ型のアレイのレイアウト設計図である。
図１６は、図１５の代表的実施形態のピクセルの一つの拡大図である。
図１７は、本発明に従った片持型ピクセルのレイアウト設計図である。
図１８は、図１３の実施形態に使用する代表的トランスミッションゲートの回路表現図である。
代表的実施形態の詳細な説明
本発明は、０．３６ｍＫの理論的限界に近づく、１度ミリケルビン（ｍＫ）の範囲のＮＥΔＴとして知られている特性レベルに達し得る室温赤外線イメージングセンサに関する。本発明は、１００％シリコンＩＣ鋳造処理と両立可能で、表面のミクロ機械加工と従来型集積回路製造技術の新規な組合せ利用し、低ノイズＭＯＳアンプのインプットに連結された容量性プレートの位置を制御するバイマテリアル熱感応部材を製造する。この組合せは、今日の最良の冷却イメージャに匹敵する感度及び像を有し、カムコーダで使用される可視イメージャに匹敵するコストの室温イメージャを製造することができる。この発明は、ヘルメット装着ＩＲビューア及びＩＲレフィルサイト等の装置に必要な高感度、低重量及び低コストを達成する。
表１は、従来の焦電型及び放射型装置に対して現行の発明を比較した装置特性である。
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本発明のピクセル設計は以下の利益を有する。即ち、１）非常に高い感度及び低いノイズによるＮＥΔＴの一桁の改良、２）１００％シリコンＩＣ互換性による低コスト、３）ピクセルごとのオフセット及びイメージャでの感度補正を行う能力による増加したイールドでの高イメージ品質、４）低温冷却器及び高真空処理を必要としないこと、５）警察及び交通安全等の商業的用途に適用可能であること。
赤外線センサ
本発明に従った代表的バイマテリアル容量センサの物理的構造を図１に示す。コンデンサ板１００は、一端で基板に固定された断熱ストリップ１２０に接続されたバイマテリアルストリップ１１０によって自由空間（真空）に機械的に支持されている。断熱ストリップ１２０の長さ／面積比は、この支持体の熱抵抗を最大にするために大きい。バイマテリアルストリップ１１０は、底部金属層（例えばアルミニウム）及び低部層よりも低い熱膨張率を有する頂部層（例えば窒化シリコン）を含む。コンデンサの上板１００は、熱放射吸収材料１３０で覆われており、入射ＩＲ放射線に対応して板１００を温度変化させる。板１００の吸収された熱は、比較的高い熱伝導性を有する底部金属層によってバイマテリアルストリップ１１０に伝わる。バイマテリアルストリップ１１０及びコンデンサ板１００は、変位感度を最大にするように一列に配置されている。
図２、図３（ａ）はシングルピクセルの基本的特徴を示した断面図であり、図３（ｂ）は複数のピクセルの上面実体図である。実際、現実の構造体では部材の配置及び電気アドレッシングはかなり変化し得る。
ピクセルのセンサ部は三つの部材を含む。即ち、導電板２２０上の光子吸収材料２１０から形成された吸収領域１３０（この領域はＩＲ放射を熱に変換する）、（ホームサーモスタットのような）熱を機械的な移動に変換するバイマテリアル部材１１０、及び熱が基板２００に分流するのを防止するための断熱支持部材１２０である。
上記したように、バイマテリアル部材１１０は、熱の線膨張率が大きく異なる２層から構成されている。これは、１９８８年６月のIEEE Trans. ElectrのDev. v35, n6, 758頁のRiethmuller, Ｗ．及びBenecke, Ｗ.による「熱的に励起されたシリコンマイクロアクチュエータ」に記載されており、その内容は本明細書の、熱の線膨張率に関する教授内容に援用されている。２層が互いに接続されているので、ひずみが増大されて、構造体が曲がり、
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の感度を有するコンデンサの上板が移動する。バナジウム酸化物（約２％／℃の感度を有する）の感度よりほぼ２０倍多く、最も感度の高いボロメータに所用される。
図４に示す概略回路は、三つの供給シグナルＶA、ＶB、ＶR及び三つのトランジスタを示す。その三つのトランジスタとは、リセットトランジスタＭ1、ソースホロアアンプＭ2及び選択トランジスタＭ3である。これらの三つのトランジスタ（図示せず）は、ＶA及びＶBと関連し、Ｃ1及びＣ2に加えられる反応の極のサブマイクロ秒のセンスパルスを制御する。Ｃ2ＶB＝−Ｃ1ＶAであると、アンプトランジスタに加えられる公称シグナルはゼロになる。従って、ＶA及びＶBの相対的振幅は、各ピクセルでのオフセットの調整に使用される。更に、ＶAは、各ピクセルでのゲインの調整に使用されることができる。各ピクセルでのゲイン及びオフセット補正は、画像品質の最適化と歩留まりの増加のために望ましい。
バイマテリアル検出器に使用される製造技術は、シリコンＩＣ処理と同様に表面マイクロ機械加工ステップを含み、標準のシリコン鋳造と互換性があり根幹可能である。
図５（ａ）は示す。所定の型にした、ＩＣの最上層を図の底部に有するシングルピクセル部材の断面図である。図５（ｂ）〜図５（ｍ）はシングルピクセル部材の形成の処理ステップを示す。図５（ａ）〜図５（ｍ）のピクセル部材は、シングル、片持型ピクセル部材であることを認識されたい。ＩＲピクセル部材はシングルレベル金属ＣＭＯＳ−ＩＣの表面上に表面マイクロ機械加工されている。
図５（ｂ）のピクセルの製造は、ＩＣの金属１層の平坦化で始まる。好ましい平坦化材料５８０は流動可能な酸化物（ＦＯＸ）で、厚さほぼ８００ｎｍである。図５（ｃ）は、片持ビームとセンスコンデンサＣ1５４０の底板とを相互接続するピクセル相互接続するバイアの画成に使用されるエッチングステップである。
表面ピクセルの製造は、金属２層（例えばアルミニウム）のパターンニング及び堆積を有する図５（ｄ）に続く。金属２層はパターンニングされてコンデンサ板５１０及びバイア５１５とを形成する。金属２層は、小丘の形成を抑制するために２０〜５０ｎｍのＴｉ層（図示せず）を有する厚さ８００〜１０００ｎｍであることが望ましい。図５（ｅ）は、プラズマエッチバックされた第２平坦化材料５８２が堆積されて、トップレベルのコンデンサ精細度のための非均一平坦表面を提供している。
約５００ｎｍの窒化シリコン或いはシリコン炭化物の誘電被膜層５２０が、図５（ｆ）次に堆積されてパターンニングされ、「停止（stop）」層として機能し、片持コンデンサ板２２０（金属３（例えばアルミニウム）に形成された）と、下層板５１０（金属３内に形成された）との間の電気接続を防止している。
金属１、金属２及び金属３層は導電性であることが望ましい。これらの層は、アルミニウム、ポリシリコン或いはインジウムすず酸化物であることが可能であることを了承されたい。
製造は、機械加工ピクセル部材のための、リリース（release）層５３０の堆積及びパターンニングを示す図５（ｇ）に続く。リリース層５３０は、通常は厚さ２００〜５００ｎｍの酸化層であり、熱感度と機械な丈夫さとの間の所望のトレ２００〜５００ｎｍの酸化層であり、熱感度と機械な丈夫さとの間の所望のトレーディングオフに依存してい。リリース層５３０はポリシリコンからも構成されている。リリース層５３０は、処理の後に完全にエッチング除去される、コンデンサ構造のためのスペーサ層として、及び犠牲（sacrificial）材料として機能する。故に、リリース層５３０の特性として、他のピクセル構造層と互換性を有するものが選択される。
被膜層５２０及びリリース層５３０の厚さはセンスコンデンサＣ1５４０のギャップを決定し、故に熱感度が決定される。図５（ｈ）で、被膜層５２０及びリリース層５３０はエッチングされて、ピクセル片持ビームのための留め金（anchor）構造を形成する。これは、望ましい留め金構造が壁部プロファイルを修正するだけでなく、下の金属２レベルに十分に大きく明確な開口部を開けるので鍵となるプロセス手順である。
製造は、第一のバイマテリアル構成材料を堆積及びパターンニングする図５（ｉ）に続く。この金属３層は好ましくは３００ｎｍのアルミニウムでバイマテリアル構造１１０、上板２２０、センスコンデンサ５４０及び吸収領域からバイマテリアル層までの熱導電層の一部を形成している。
堆積及びパターニングされる次の層は、第二のバイマテリアル構成材料５６０である（図５（ｊ）参照）。この層はシリコン炭化物又はシリコン窒化物であり、ほぼ３００ｎｍであって、ピクセルと基板との断熱部材として機能する。
図５（ｋ）は、厚さ２０ｎｍ〜４０ｎｍの非常に薄い相互接続金属層５７０の堆積及びパターンニングを示す。これは、バイア／留め金構造とセンスコンデンサ５４０の上板とを電気接続している。プラチナ、チタン、窒化チタン或いはインジウムすず酸化物は、このステップに望ましい材料である。この層は望ましくは薄く、熱伝導性のレベルが低い。
バイマテリアル構造の２層は、窒化物又は炭化物層とアルミニウム層との間に置かれた相互接続金属５７０の堆積と逆であろう。しかし、この処理はより困難である。
図５（ｌ）に示す次のステップは、片持ビームアセンブリの端部のＩＲ吸収層２１０の堆積及びパターンニングである。この材料は、優れた吸収特性を有する黒色プラチナ、カーボンブラック、黒色アルミニウム或いは他の材料を蒸発させたものであることが可能である。この層は、従来のリフトオフ技術を使用してパターンニングすることができる。この層の厚さは、材料がピクセル部材の端部を「ロード(load)」するエクステントによって決定される。
図５（ｍ）に示す最終ステップは、ピクセル部材を解放するリリース層５３０のウエット化学エッチングである。従来エッチャントがリリース層５３０の除去に使用される。リリース層５３０に接触しているどの層も実質的には除去しないエッチャントの使用が望ましい。部材は次に適当なパッケージに接着されてテストされるために準備される。
操作時に、熱エネルギは構造体を変形し、もって片持ビームを偏光し、センスコンデンサのキャパシタンスを変化させる。偏光が増加すると、センスコンデンサＣ1５４０の板間のスペースは増加し、センスコンデンサ５４０の抵抗を減少させる。この熱相互作用と反対に、或いはセンスコンデンサ５４０の板２２０と５１０との間の静電的相互作用又は振動によって、センスコンデンサ５４０の上板２２０が、センスコンデンサ５４０の下板５１０を被覆する上被覆層５２０に衝突する可能性がある。この問題は、構造体にくぼみ（dimple）を設けることによって軽減される。
くぼみは、リリース層５３０が堆積されてパターンニングされた（図５（ｇ））後に壁面を約１／３エッチングすることによって構造体に加えられる。次に第一のバイマテリアル構成材料が図５（ｉ）で堆積されとき、第一のバイマテリアル構成材料は壁面を満たし、その結果くぼみがリリース層５３０と接触してバイマテリアル構造体１１０の側部に設けられる。
バイマテリアルの影響によるコンデンサ板の中央の垂直配置は、dx/dt＝0.72(αAl-αSiN)L2/tとして変わるように示すことができる。ここではＬは部材の長さで、ｔは各材料の厚さで、αXは材料ｘに対する線形熱膨張率である。ｔ＝０．２μｍ、Ｌ＝５０μｍに対して、ｄｘ／ｄＴ＝０．１８μｍ／℃である。金属３と上層の間の０．４μｍのギャップ、Ｓｉ2Ｎ4から構成される０．４μｍ上層に対して、金属３と金属２との間の有効なコンデンサギャップは０．５μｍである。従って、検出機構の熱感度はα＝(Δx/xΔT)(ΔC/CΔT)＝36％/℃である。プロセス及び材料のデザインルームは、３世代前の状態の従来の１μｍでシリコン鋳造と互換性がある。これらの緩和されたデザインルームの使用は、製造の低コスト及び高歩留まりをもたらす。図８のセンス回路（以下に詳細に示す）の解析は、ＶA＝１０Ｖに対する温度変化に対するアンプの電圧応答は
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である。ここでαは熱感度である。酸化バナジウム等の代替え的アプローチは、電圧応答の大きさがこれより数桁小さい。
図１の構造体を幾何学的に示したものを図６に示し、これは、コンデンサ板１００の熱的に誘発された変形計算に使用される。コンデンサ板の総配置は以下のように計算される。この解析は、コンデンサ板１００が平坦なままで全ての曲がりが板１００の端部のバイマテリアルストリップ１１０で発生していると仮定している。これは、吸収体が非常に薄いか、或いは、センスコンデンサＣ1の上板を形成するアルミニウム層とほぼ同じ熱膨張率を有す場合に発生するであろう。全変位はコンデンサ板１００の中心（平均）距離から基準ｘ軸線までをとる。変位ｄはｄ１＋ｄ２と等しく、ｄ１はバイマテリアルステップ１１０の端部の変位である（式（１）及び（２）で与えられる）。ｄ２はキャパシタ板１００の中央での更なる変位である（式（３）で与えられる）。図６から以下の式が得られる。
d1＝R(1-cosθ)                                    (1)
（θは水平面上方の変形の角度であって、その角度はθ＜＜１のときcosθ＝1-θ2/2及びsinθ＝θである。）
d1＝Rθ2/2＝(whereθ＝L1/R)L12/2R                 (2)
d2＝(L2/2)sinθ＝(L1L2)/(2R)                      (3)
バイマテリアルストリップの解析（１９５７年のマグローヒル３２１頁のShanley,F.R.の「材料の強度(Strength of Material)」に記載されており、本明細書に援用されている）から、式（４）が得られる。
1/R＝KΔT(α2-α1)/t,                           (4)
Ｋは、二つの材料の異なったヤング率による補正ファクタである。ΔＴは温度差である。α2−α1は二つの材料の熱膨張率の差である。ｔ＝ｔ1＝ｔ2は各層の厚さである。（２）に（４）を代入すると、式（５）となる。
d1＝L12KΔT(α2-α1)/2t                           (5)
この場合、Ｌ１＝Ｌ２で総変位は以下の式によって与えられる。
d＝d1＋d2＝L12KΔT(α2-α1)/t                    (6)
実際の例では、ｄは以下の状況で計算される。即ち、バイマテリアルステップはアルミニウム／窒化シリコンで、α(Al)＝23x10-6,α(Si3N4)＝2.8x10-6,L1＝L2＝50μm,t＝0.5μm,and K＝0.72. Thus,d＝0.073μm/ΔTである。
シングル片持型ピクセルを図７に断面図を示す。ピクセルは、公称値に対して僅かに高い温度である。このバイマテリアル効果（Shanleyによって記載されており、バイマテリアル効果としてその教示内容が本明細書に援用されている）は、温度の単位変化による、部材の端部での変位が、
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であることを予測する。片持センサに対しては、例えば上記感度の２倍である
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である吸収体中央の更なる変位がある。表２は、設計パラメータ含み、高性能低コストの構造体寸法のまとめである。
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ピクセルの電圧応答が、図８の等価回路の使用によって解析される。この回路は、センサコンデンサＣ1、基準コンデンサＣ2、ソースフォロアアンプ（図示せず）のゲートノードのコンデンサＣ3を含む。ゲートでの電圧ゲートＶGは、以下の式（７）で与えられる。
VG＝(C1VA＋C2VB)/(C1＋C2＋C3)                     (7)
センスコンデンサの変化による、差応答（differential response）（ΔＶG／ΔＣ1）は以下の式（８）で与えられる。
ΔVG/ΔC1＝((C2＋C3)VA−C2VB)/(C1＋C2＋C3)2       (8)
ピクセルが公称温度のとき、Ｃ1ＶA＝−Ｃ2ＶBで、従ってＶG＝０であるとΔＶG／ΔＣ1＝ＶA／ＣTである。ここでＣT＝Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3はノードでの総容量である。センサ容量は以下の式（９）で与えられる。
C1＝ε0A/xe                                       (9)
Ａはピクセル領域でｘeは、コンデンサギャップの等価厚さで、ｘe＝ｔr＋ｔc／εcある。ここでｔrはリリース層の厚さ、ｔcは厚さ及びεcはキャップ層（図５（ａ）の誘電被膜層５２０）の相対的誘電率である。変位Δｘで誘発されるコンデンサ内の変化は、以下の式（１０）で与えられる。
ΔC1＝−εoAΔx/x2＝−C1Δx/x                     (10)
故に、検出器での温度の変化に対する電圧応答Ｒv＝ΔＶG／ΔＴは以下の式（１１）で与えられる。
Rv＝(ΔVG/ΔC1)(ΔC1/Δx)(Δx/ΔT)                (11)
結果を表３に示す。
0003738036.tif 000008
ピクセル熱応答は、図９に示す等価回路によって解析される。シーンから検出器の放射抵抗はＲthrである。検出器と基板の間の放射抵抗はＲ’thrである。まとめられた熱容量Ｃthは、吸収部材の質量、比熱及び体積に比例し、アルミニウム板及びシルバーブラックの層を含み、５０μｇｍ／ｃｍ2の領域密度を有する（Lang,W,.等による「熱赤外線に対する吸収層」センサ及びアクチュエータＡ，３４（１９９２）２４３〜２４８に記載されており、その内容は本明細書に吸収層の興じないようとして援用されている）。シリコン基板に対する総導電熱抵抗は以下の式（１２）によって与えられる。
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ＲbmはＲbiに平行で、ＲsmはＲsiに平行で、Ｒaは吸収部材の等価集中熱抵抗（無視されている）で、Ｒbi及びＲbmはバイマテリアル部材の金属層及び絶縁層で、Ｒsi及びＲsmは支持絶縁部材の金属層及び絶縁層である。支持部材の金属層は吸収体介在金属相互接続部であることに注意されたい。結果を表４に示す。
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ＩＣ装置の表面マイクロ機械加工ピクセルの製造では、新しく開発された設計ルールが、二つの別のピクセル構造を含むマスクセットの発生に適用される。表面は集積されてＩＣ装置でピクセルが製造される。
多くの可能なピクセル構造（そのうちの三つを図１１、図１２、図１５に示す）が仮定されてきた。図１１及び図１２の色彩のバリエーションは、吸収体の加熱による計算された温度分散及び機械的移動の最終的部材の解析を示す。吸収体及びバイマテリアル部材はほぼ一定温度であることに注意されたい。全てのこれらの構造体を妥当な時間とコストで実験的に探求することは可能ではない。故に、少ない最も可能性のあるものに対してモデル化が行われてきた。例えば、図１１及び図１２の二つのピクセル構造が良く機能する。折られた支持を有する図１１の片持型ピクセル、及び、延ばされた支持を有する図１２のブリッジ型ピクセルの特性を表５にまとめた。図１５は対称ブリッジ型ピクセルを示す。
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赤外線容量センサも一実施形態では可能である。これらは（１）増加構造安定性を有するバイマテリアル部材を有するブリッジ型構造、（２）バイマテリアル待てアルミニウム部材なしのブリッジ構造（プロセスを単純化するための二つの端部が留められた「ビームバックリングコンセプト（beam buckling consept）」の熱膨張率にのみ依存する）、（３）支持アームがバイマテリアル部材と平行或いは共直線であり得る構造体のバリエーションである。バイマテリアル部材なしのブリッジ構造体の例を図１５に示す。
赤外線イメージングアレイ
本発明の室温ＩＲイメージングアレイは、標準的ＩＣプロセスを含む。本発明は、不完全な絶縁、制限されたスペクトルバンド幅、不完全吸収、読出トランジスタノイズ及び機械的妥協（compromise）を考慮しても１〜１０ｍＫの範囲のＮＥΔＴを達成する。
焦平面イメージャのための読出マルチプレクサは、代表的容量センサのアレイから作られている。マルチプレクサは、標準−極２重レベルメタルＣＭＯＳプロセスシーケンスを用いて製造されることができる。容量センサが、平坦化堆積及びエッチング技術を用いて次に形成される。センサが読出マルチプレクサに容量的に接続され、直接の電気的接続が、補償コンデンサ（センシングコンデンサとほぼ同じ値を有する）を含む容量電圧ディバイダ回路によって要求され、センサ及び補償板が、補償的な、バイポーラ、高電圧パルス化バイアス波形に駆動され、単一電圧構成部材を最大化してｂｃバイアス構成部材を相殺する。容量性ドライバは、各ピクセルに配置された低ノイズＭＯＳアンプ（例えばソースフォロア）に接続されている。水平及び垂直ＣＭＯＳ走査レジスタは、各ピクセルアンプからのシグナルをアドレス及び読み出すために使用される。
読出マルチプレクサに要求される製造技術は、標準ＣＭＯＳ１μｍ集積回路技術である。オフチップエレクトロニクスはイメージング装置としてのバイマテリアル検出器の操作を実証するための開発されたきた。要求される製造技術は標準プリント回路ボード技術である。
何が感知されるかはコンデンサ板の相対的位置であり、読出方法によって影響されないので、読出ノイズは、同一ピクセルをＮ回読むことによって低減される。この技術は、√Ｎのファクタによって低減されることができる。しかし、解像（resolution）、フィールドサイズ及びＳＮＲ間にはトレードオフが存在する。例えば、トラッキングターゲットのために使用される視野の広いフィールドの小さなフィールドが複数回読み出されて局所ＳＮＲを増加することができる。
読出回路はＣＭＯＳ装置で、マイクロ加工されたＩＲ検出器ピクセルを支持したシリコン基板上に集積されている。図１３は、センスコンデンサＣ１及びよ見出し回路の概略図を示し、図１４は、例示的タイミング図を示す。ＰＭＯＳ装置７４０及び７４２を含むカレントミラーは、選択されたピクセルに位置するＰＭＯＳソースホロア７５２に０．４ｍＡのピクセル付加電流を与える。この電流は、公称値４０ｋΩを有する外部レジスタ７４６を介してセットされることができる。ＩＲピクセルで、Ｃ１は感熱可変コンデンサ７６０を示す。コンデンサの上板は薄膜金属レジスタ７６４によって読出回路に接続されている。図１３の他の構成部材はシリコン基板上に集積されている。カラムドライバ回路は通常のシグナルＶＡ及びＶＢをカラムに多重化するために使用される。回路は、従来水平走査ＣＭＯＳシフトレジスタ（図示せず）から分配されたＣＯＬ＿ＳＥＬＥＣＴ（Ｘ）７３０の出力の制御下でシグナルＣＯＬ＿ＶＡ（Ｘ）７７０及びＣＯＬ＿ＶＢ（Ｘ）７７２を発生する。ＲＯＷ＿ＳＥＬＥＣＴ（Ｙ）ライン７１０は、従来垂直走査ＣＭＯＳシフトレジスタ（図示せず）によって発生される。このシグナルは変換されてＲＯＷ＿ＳＥＬ＿Ｎ（Ｙ）シグナル７００を発生し、その結果選択されない列のピクセルは、センスノードＶG７７５が常にグランドに近いリセット電位ＶR７７６にクランプされた状態にある。ＣＯＬ＿ＲＥＡＤ（Ｘ）ライン７２０は垂直シグナルラインで、通常のシグナルバスにＮＭＯＳトランジスタ７８０を介して多重化されて、更にＰＭＯＳソースフォロア７４４によってバッファされ、アナログシグナル出力ＳＩＧＯＵＴを提供する。ＳＩＧＯＵＴは、クランプ回路８０２、オペアンプ電圧フォロア８０４、サンプルアンドホールド回路８０６及びオペアンプ電圧フォロア８０８を含むＣＤＳ回路８００に提供される。
読出アーキテクチャはイメージャアレイが容易に分離した出力を有するＮ個の多重化垂直セクションに分割され、もって改良読出ノイズレベルと更なるシグナル出力との間で設計をトレードオフすることができるようにしている。読出マルチプレクサの操作を詳細に説明するために、代わりの列から送られる二つの１．２５ＭＨｚ出力ポート有する３０ＦＰＳで作動する３２０×２４４フォーマットのイメージャを仮定する。
イメージャアレイの選択されない行で、ＲＯＷ＿ＳＥＬＥＣＴ（Ｙ）ライン７１０はロー（例えば０Ｖ）でＲＯＷ＿ＳＥＬ＿Ｎ（Ｙ）ライン７００はハイである（例えば＋５Ｖ）。これはＮＭＯＳリセットトランジスタ７５０をオンにして、通常コンデンサ７６０と７６２との間のセンシングノードＶG７７５をリセット電位ＶR７７６にクランプする。トランジスタ７５０は最小形状装置（例えばＷ＝１μｍで、Ｌ＝１μｍ）で、これらのバイアス状況下で約５ｋΩのソースドレインチャネル抵抗を有する。ＲＯＷ＿ＳＥＬＥＣＴ（Ｙ）ライン７１０は、ＮＭＯＳトランジスタ７５４及び７５６のゲートに接続され、両デバイスをオフにする。トランジスタ７５４は、ＣＯＬ＿ＲＥＡＤ（Ｘ）シグナルライン７２０をピクセルＰＭＯＳソースフォロア装置７５２から絶縁にするために使用される。トランジスタ７５６はコンデンサ７６０の上板をＣＯＬ＿ＶＡ（Ｘ）ライン７７０から絶縁にするために使用される。
選択された行内の二つのピクセル（１のピクセルを図１３に示す）からのシグナルの読出を以下に図１４に関して説明する。読出期間の開始点ｔ1で、第一のピクセルの列選択ライン７３０（ＣＯＬ＿ＳＥＬＥＣＴ（１））はシグナルバスとロードカレントソース７４２を、第一のピクセルの列読出ライン７２０（ＣＯＬ＿ＲＥＡＤ（１））に対して、ピクセルＰＭＯＳソースフォロア７４４に対してと同様に接続するハイレベルに切り換える。行内の全てのピクセルが読み出される間の全ライン時間に対して、行選択ライン７１０（ＲＯＷ＿ＳＥＬＥＣＴ（１））はハイのまま残り、反転された行選択ライン７００（ＲＯＷ＿ＳＥＬ＿Ｎ（１）はローのまま残る。ｔ1のシグナル出力は、基準レベル（ＳＩＧＯＵＴ＝Ｖref）を示し、その基準レベルは、外部ＣＤＳプロセッサ８００によるクランプ期間中に使用される。次の操作は、シグナルＶA及びＶBを第一のピクセルにパルスにして送ること、即ち、時間ｔ2でＣＯＬ＿ＶＡ（１）は、ローからハイへ切り換えられて、ＣＯＬ＿ＶＢ（１）は切り換えられる。トランジスタは、相対的にスローな立ち上がり及び立ち下がり時間（約５０ｎｓ）を有し、同一列の選択されないピクセルに配置された基準コンデンサ７６２の一時的チャージ配置電流を制限する。ＶA及びＶBパルスの補償的性質は、センシングノードに接続された一次のクロック非常駐性（the first order clock transient）を相殺し、ｄＶout＝ｄＣ１*（ＶA／ＣＴ）（ＣＴはセンシングノードの総ノード容量）の形状の検出コンデンサ７６０の変化に比例したシグナル構成部材を提供する。約２００ｎｓの整定時間の後、シグナルは時間ｔ3（ＳＩＧＯＵＴ＝Ｖref＋Ｖp1）で、外部ＣＤＳ回路８００によってサンプリングされ、ＶA及びＶBパルスは各オリジナルレベルに戻る。ＶA及びＶBパルスの幅は最小にされて、パルスを感知する間に存在する静電引力によって検出コンデンサ上板内に誘発される機械的動きを制限するようになっている。
第一のピクセルのためのシグナルがサンプリングされ、ＣＤＳ回路８００によって処理されて、第二のピクセルのためのシグナルが読み出される。時間ｔ4で、第一のピクセル（ＣＯＬ＿ＳＥＬＥＣＴ（１））の列選択ライン７３０はローに切り換えられ、第２ピクセルの（ＣＯＬ＿ＳＥＬＥＣＴ（２））の列選択ライン７３０は、ハイに切り換えられる。時間ｔ5で、シグナルＶA及びＶBはパルス化されて第２ピクセルに送られる。即ち、ＣＯＬ＿ＶＡ（２）は、ローからハイに切り換わり、ＣＯＬ＿ＶＢ（２）はハイからローに切り換わる。約２００ｎｓの整定時間の後、第二のピクセルのシグナルは時間ｔ6（ＳＩＧＯＵＴ＝Ｖref＋Ｖp2）で外部ＣＤＳ回路８００によってサンプリングされ、ＶA及びＶBパルスは各オリジナルレベルに戻る。
行の第一のピクセルに関するＣＤＳ回路８００の動作を説明する。トランスミッションゲート８１４及び８１６を図１３のスイッチによって示す。本発明で使用するための代表的トランスミッションゲート８１０の回路を図１８に示す。
トランスミッションゲート８１４及び８１６を各々制御するクロックＳＷ１及びＳＷ２の切換サイクル、クロックサイクル中のＣＤＳインプット（ＳＩＧＯＵＴ）及びＳＩＧＯＵアウトプットシグナルの大きさを図１４に示す。Ｖrefのインプットシグナルは、コンデンサＣAによって保たれ、ＳＷ１が時間ｔcでトランスミッションゲート８１４を閉じたときに、クランプ回路８０２のクランプレベルを確立する。ストアされたシグナルは、ＳＷ１が時間ｔ2にトランスミッションゲート８１４を開いた後にこのレベルに残る。時間ｔ2に、ＳＷ１がトランスミッションゲート８１４を開いて、ＳＷ２がトランスミッションゲート８１６を閉じた後、保持されたインプットシグナル（Ｖref）は電流インプットシグナル（Ｖref＋Ｖp1）から減算され、アウトプットシグナル（Ｖp1）が得られる。このアウトプットシグナルは、ＳＷ２がトランスミッションゲート８１６を時間ｔ3で開いた後も、サンプル及びホールド回路８１６に保持されて、従ってＶp1のままである。このシグナルはＳＷ１が再びトランスミッションゲート８１６を閉じるまで変化しない。同様の解析が行の第２ピクセルで行われる。
この設計での読出ノイズソースの予備的解析は、支配的ノイズソースが、ピクセルソースフォロアトランジスタ７５２に関するトラッピングノイズ及び熱ノイズであることを示す。リセットすることによって発生されたｋＴＣノイズ抵抗は、ピクセルソースフォロア内の１／ｆノイズと同様に、相関のあるダブルサンプリングによって抑制されることができる。熱ノイズは、トランジスタスイッチ７５４及び７８０で発生され、ピクセルソースフォロアと比較すると無視できる。理由はこれらの装置は、ローＶｄｓレベル有するスイッチと同様にリニア領域内で作動し、かなり低いチャネル抵抗を有すからである。ＣＤＳクランプ及び２５ｎｓのサンプル及び保持時定数に対する保存値を用いると、ＣＤＳ回路のノイズバンド幅は、６．４ＭＨｚである。大きさが推奨ピクセルソースフォロアと同様の、サーノフ６４０×４８０エレメントＰｔＳｉイメージャの設計に使用される、測定されたＰＭＯＳトランジスタのノイズレベルを図１０に示す。０．１ＭＨｚの１／ｆ屈曲部（knee）より上の周波数で、ＰＭＯＳトランジスタのための等価インプットゲートノイズは約１０ｎＶ／√Ｈｚである。この値を、ノイズバンド幅６．４ＭＨｚ以上で積分すると、全推定ノイズ電圧は２５μＶ−ｒｍｐとなる。ＮＥΔＴ計算結果を表６に示す。
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ショットノイズ（shot noize）は全ＩＲイメージャに一般的であり、非冷却ＩＲイメージャの最終的な能力を制限する。表７は理想的なイメージャの明細であり、支持基板からの完全な断熱性を有する。表８は、光子ショットノイズをベースにした究極的な特性を示す。
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Ｔsはシーン温度、Ｔdは検出器温度、Ｂλは吸収体によって受け取られたシーンのスペクトル励起体（excitance）の分数部分の逆数である。非冷却イメージャに対する全てのアプローチは示したファクタによって制限されている。しかし、非冷却ＩＲイメージャは、断熱、吸収体の発散、Ｂλ及び熱センシング機構のレベルが異なっている。初めの二つの機構は、式（１３）によって与えられる光熱移動率が影響する。
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これは、式（１４）によって与えられるセンサのＮＥΔＴを含む、全てのＮＥΔＴ寄与するものにプレフィックス（prefix）している。
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イメージャＮＥΔＴを改良するためには二つの方法がある。即ち、１）絶縁性及びＩＲ吸収率を高めてβを減少させることと、２）感度（ｄＶ／ｄＴ）を増加することである。βを減少させる方法は、全てのイメージャアプローチ法に対して一般的であるが、サーミスタ又は強誘電体用いた他のアプローチに対する現行のアプローチ法の並外れた利点は、検出機構の感度である。従って、一桁の改良が、新しい材料を発見する必要なしで示される。
ＩＲ検出器読出マルチプレクサの特有の特徴は、各ピクセルからのシグナルの読出におけるゲインとオフセットの変化が、ピクセルに加えられるＶA及びＶBパルスの振幅を変調することによって直接イメージャに補償されることができることである。変調はハイレベルのＶＡ及びローレベルのＶＢを二つのＤ／Ａコンバータの出力でドライブすることによって実行される。Ｄ／Ａコンバータに対するデジタル入力データは、各ピクセルのＲＡＭ又はＲＯＭのストアされたオフセット値から得られる。故に、オフセットの局所的非均一性は取り消され得る。同様に、検出器応答はＶAに比例するので、全てのゲインを調整することもできる。これらの補正は望ましい。理由はこれによって装置が高感度を達成しつつ良好な動的範囲を保持することができるようになるからである。
ピクセルソースフォロアのゲートで作られるシグナル電圧Ｖoutは、ＶA及びＶBによる重ね合わせの要素から、等式（１５）で示すように計算される。
Vout＝(C1VA＋C2VB)/CT                             (15)
ここでＣＴはＶoutの全容量である。
ゲインオフセット補正の例として、ＶA及びＶB振幅のＤ／Ａコンバータの変調は、ｄＶB＝−ｄＶA（Ｃ１／Ｃ２）が、従ってｄＶA／ＶBのゲイン変化が、いかなる変化も導入することなくリセットされるように選択される。
図１５及び図１６は、多数の対称的ブリッジ型ピクセルの代表的ＣＭＯＳ読出回路の異なった倍率のＣＭＯＳ設計レイアウトを示す。図１７は、図１５に示すものと同様の片持型ピクセルの多数のピクセル内に組み込むことができるＣＭＯＳ設計レイアウトを示す。
ＮＥΔＴを計算する鍵は、シーン温度変化に関する検出器温度の変化の決定である（Jensen,A.S.の「室温イメージャ装置の限界」、ＳＰＩＥ Vol.2020赤外線テクノロジＸＩＸ（１９９３）に記載され、そのＮＥΔの教示内容は本明細書に援用されている）。熱伝達率をβ＝ｄＴs／ｄＴdと定義する。Ｔs及びＴdは各々シーン温度及び検出器温度であり、いかなる装置のＮＥΔＴも、式（１６）に示す個々の寄与の直角（quadrature）付加（addition）から計算されることができる。
NEΔTK＝βNrms/SK                                 (16)
Ｎrmsは、ＳKに関するノイズソースのｒｍｓ値であり、検出器のＫに対するシグナル感度である。例えば、増幅エレクトロニクスによる成分は、式（１７）で与えられる。
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ここで、
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は、等価インプットノイズ電圧のソースフォロアアンプのｒｍｓ値である。同様に、式（１８）は、ＮＥΔＴの熱成分を与える。
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ここで
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は光子ショットノイズの熱変動である。この場合、シグナル感度係数は、大気に対する寄生熱抵抗による熱入換（shunting）、イメージング光学系、スペクトルバンド幅等の多くのファクタから組み合わされている。従って、上記のように熱伝導率は、以下の式（１３）で与えられる。
β＝4F2Bλ(1＋Rthr/Rc)(1＋εb/εt)                (13)
ここで、４Ｆ2は、イメージング光学系に対するものである。ソースと、吸収体と、吸収体のスペクトル効率と間の経路中の吸収は、矩形スペクトル通過幅関数としてとしてモデル化され、次にスペクトルバンド幅ファクタ（a rectangular spectral band pass function）は式（１９）によって与えられる。
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ここで、波長の下限は、大気の吸収により８μｍに設定されている。波長の上限は、イメージャによって使用されるＩＲレンズ吸収及びスペクトルの特性によって設定されるであろう。Ｂλは、相対的に温度と独立していると仮定される。光子ショットノイズは式（２０）によって与えられるように示すことができる。
0003738036.tif 000022
（Hanson,C.,によるＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．２０２０赤外線テクノロジＸＩＸ（１９９３）の「テキサスインスツルメントの非冷却熱イメージング」に記載されており、その内容はショットノイズの教示内容に援用されている。）
振幅ＶＡの電圧パルスによって容量が感知されると、吸収板はＦ＝Ｃ1ＶA2／ｘと等しい力で基板内に埋められた導電（例えば金属）板と整合するように引きつけられる。この挙動は、式（２１）で与えられる、集中成分モデルを用いてモデリングされる。
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ｍは集中成分等価質量であり、ｋは機械装置のばね定数である。パルスが０．１μ秒遅く取り除かれると、板の動きによる機械的エネルギ及び支持の弾性曲がりによる電位エネルギを含むかなりの量のエネルギが板に伝えられる。いかなる減衰動作もなく、これは検出板を自由に次のセンスパルスまでふるえさせる結果となる。非線形性及びばね定数を無視することによって、この効果は最大に推定される。およその配置は（２２）で、センスパルスの印加中に伝えられたエネルギは（２３）で与えられる。
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これらのバイブレーションを消滅させる自然の機構がないので、リセット期間中は機械装置が後ろの電気装置に接続されている。この場合、電気機械装置は以下の式（２４）に従う。
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ここで、ＩCは以下の式（２５）で与えられる。
IC＝d(C(VR−RIC))/dt                              (25)
上記の挙動の推定を表９に示す。リセットされたトランジスタの残りの抵抗と、支持部材の一連の抵抗は組み合わされてストアされたエネルギを消散する。
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通常４：３表示特性が無視されると、高アスペクト比、及びＮＥΔＴの更なる改良が達成される。例えば、２５００μｍ2の領域を有する２：１アスペクト比のピクセルは、７０．７μｍと３５．５μｍの側部を有し、２．８３のファクタによってＮＥΔＴで減少を生じる。
本明細書では、特定の実施形態に関して説明及び記載をしたが、本発明は示した詳細に制限することを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲及び請求項と等価物の範囲内で、本発明の精神から逸脱することなく細部において種々の変型が行われることができる。
【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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