Болометрический детектор, устройство для детектирования инфракрасного излучения, использующее такой детектор, и способ производства детектора

Болометрический детектор, устройство для детектирования инфракрасного излучения, использующее такой детектор, и способ производства детектора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к болометрическому детектору и устройству для детектирования инфракрасного излучения, использующему такой детектор. Изобретение также относится к способу производства указанного детектора. Настоящее изобретение применяется, в частности, в области создания инфракрасных изображений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области техники, относящейся к инфракрасным детекторам, известны устройства, выполненные в виде матрицы и способные работать при температуре окружающей среды, то есть не требующие охлаждения до очень низких температур, в отличие от детектирующих устройств, называемых “квантовыми детекторами”, которые могут работать только при очень низкой температуре, как правило, при температуре жидкого азота.

Такие неохлаждаемые детекторы обычно используют изменение физической характеристики соответствующего материала как функцию от температуры в районе 300 К. В случае болометрических детекторов такой физической характеристикой является удельное сопротивление.

Такие неохлаждаемые детекторы, как правило, включают в себя:

средство поглощения инфракрасного излучения и преобразование его в тепло;

средство термоизоляции детектора, обеспечивающее возможность возрастания его температуры в результате воздействия инфракрасного излучения;

термометрическое средство, которое в случае болометрического детектора использует резистивный элемент;

средство считывания электрических сигналов, обеспечиваемых термометрическим средством.

Детекторы, предназначенные для формирования инфракрасного изображения, изготавливаются в виде одномерной или двухмерной матрицы элементарных детекторов на подложке, как правило, кремниевой, которая содержит средства электрического возбуждения указанных элементарных детекторов и средства предварительной обработки электрических сигналов, генерируемых этими элементарными детекторами.

Указанные средства электрического возбуждения и предварительной обработки формируются на подложке и образуют схему считывания данных.

Монолитная интегральная схема детекторов с соответствующей схемой считывания данных ообеспечивает определенные преимущества с точки зрения стоимости производства. Однако также возможно гибридное исполнение матрицы детекторов, выполненных на схеме считывания данных на второй независимой подложке.

Устройство, содержащее матрицу элементарных детекторов и связанную с ней схему считывания данных, обычно размещают в корпусе и соединяют, в частности, электрически с внешним окружением, используя обычные технические приемы (металлические проводники и контакты). Давление внутри такого корпуса понижают, чтобы ограничить тепловые потери. Такой корпус также имеет окно, прозрачное для детектируемого излучения.

Для того чтобы наблюдать объект, используя детектор, объект проецируется при помощи подходящей оптической системы на матрицу элементарных детекторов, и к каждому элементарному детектору или к каждому ряду таких детекторов прикладываются синхронизированные электрические стимулы через схему считывания данных (предусмотренную для этой цели), для получения электрического сигнала, который образует изображение температуры, достигаемой каждым элементарным детектором.

Затем этот сигнал обрабатывается в большей или меньшей степени схемой считывания данных и затем, если это необходимо, с помощью электронного устройства вне корпуса для генерации теплового изображения наблюдаемого объекта.

Характеристики неохлаждаемых болометрических детекторов в основном зависят от:

наличия способов изготовления и интеграции наиболее высокоэффективных болометрических материалов в очень легкие структуры, состоящие из болометрических микромостов, термоизолированных от схемы считывания данных для того, чтобы получить от последних максимальную отдачу в единицах отношения сигнал-к-шуму;

согласования постоянной времени тепловой характеристики с характерным временем изменения температуры объекта;

объемной однородности каждого из параметров при как можно более низкой стоимости производства.

Предшествующий уровень техники описывает различные способы расположения различных компонентов элементарных детекторов.

Главное различие делается между детекторами с копланарными электродами и детекторами с параллельными электродами (так называемая структура бутерброда).

Более точно настоящее изобретение относится к детекторам с копланарными электродами, в которых электрический ток, который проходит через структуру во время работы, протекает в плоскости слоя болометрического материала.

Этот тип детекторов выполняется в основном в виде подвешенной мембраны, которая содержит тонкий (обычно от 0,1 до 1 мкм) слой термочувствительного болометрического материала, два электрода, которые компланарны в том смысле, что они расположены на одной поверхности болометрического материала, и “поглотитель”. Термин “поглотитель” означает один или более слоев или комбинаций слоев, функцией которых является захват электромагнитного излучения для превращения его в тепло внутри структуры. Дополнительные признаки относятся к поддержке мембраны и созданию максимально возможного теплового сопротивления между мембраной (которая нагревается в результате воздействия излучения) и схемой считывания данных.

Документ EP-A-0,828,145 описывает болометрический детектор, содержащий схему считывания данных и один или несколько элементарных детекторов, которые сами содержат чувствительную часть, которая включает в себя, в частности, слой болометрического материала, а так же два проводящих электрода, и, по меньшей мере, один элемент, который поддерживает эту чувствительную часть и в котором электроды выполнены в виде встречно-гребенчатой структуры. Такой элементарный болометрический детектор схематически показан на фиг.1 и 2.

В таком детекторе схема (1) считывания данных покрыта отражающим металлическим слоем (2), предназначенным для отражения инфракрасного излучения, которое не поглощается болометром, причем последний располагается приблизительно на расстоянии от 1,5 до 2,5 мкм над указанным отражателем (для оптимизации детектирования в диапазоне 10 мкм, который, по существу, является предпочтительным диапазоном чувствительности этих детекторов).

Такое размещение достигается в основном при помощи вертикальных структур (3). Эти структуры, называемые в остальной части этого описания “стойки”, проводят электрический ток, что создает возможность для приложения напряжения возбуждения к проводящим частям или электродам (5) болометрического детектора через плоские вытянутые структуры (4), которые также проводят электричество, но обладают тепловым сопротивлением. Такие плоские вытянутые структуры, называются в остальной части описания консоли.

Тепловое сопротивление, также называемое термоизоляцией, предназначено для обеспечения возможности повышения температуры болометрического материала в результате воздействия инфракрасного излучения.

Пространство между корпусом болометра и отражателем свободно от материала, за исключением стоек (3), для предотвращения тепловых потерь вследствие теплопроводности твердого материала. Это пространство обычно заполняют газом, имеющим низкое давление для ограничения конвекции и теплопроводности газа.

В этом типе устройств схема считывания данных прикладывает через стойки (3) и консоли (4) и, по меньшей мере, две проводящие части или электроды (5) электрический ток, который течет через структуру параллельно плоскости болометрического детектора. Этот ток протекает через болометрический материал (6), сопротивление которого меняется в зависимости от температуры. Наиболее широко используемые для этих целей материалы представляют собой оксид ванадия и аморфный кремний.

Проводящие части или электроды (5) изготавливают в виде тонкого, обычно металлического, проводящего слоя. Они также используются для поглощения инфракрасного излучения благодаря способу, которым они распределяются на всей доступной площади элементарного детектора, называемого мембраной. Как видно из фиг.1, эти электроды расположены на верхней поверхности болометрического материала (6). Однако указанные электроды могут так же быть расположены на нижней поверхности болометрического материала или они могут быть расположены между двумя слоями указанного материала.

Активная часть мембраны болометра, то есть доступная площадь элементарного детектора без учета стоек (3) и консолей (4) имеет форму практически эквипотенциальных поверхностей (5), которые соединяются с частями (6А) болометрического слоя и резистивными поверхностями (6В), через которые течет возбуждающий ток, причем площадь определяется расстоянием между частями (5).

В оставшейся части описания, между частями (6А) и (6В) слоя болометрического материала (6) будет делаться различие в зависимости от того, течет ли возбуждающий ток через эти части (6В) или возбуждающий ток не течет через эти части (6А).

Характеристика болометрического детектора обычно выражается через его тепловое разрешение NedT (что расшифровывается как шумовой эквивалент перепада температур).

В документе FR 2,796,148, например, показано, что допуская что уровень смещения является достаточным того, чтобы электрический шум в детекторе доминировал в низкочастотной области (LFN), называемым “1/f” шумом, что характеризует в основном аморфные материалы, тепловое разрешение определяется равенством:

где k представляет собой параметр пропорциональности, который не имеет смысла детально обсуждать в этом описании, и который включает в себя полосу пропускания схемы считывания данных, уровень низкочастотного шума болометрического материала (6) в виде “1/f”, площадь поверхности элементарного детектора и эффективность поглощения инфракрасного излучения элементарного детектора;

W и L представляют собой соответственно электрическую ширину и длину потоков тока, текущих через болометрический материал (6), как показано на фиг.1, произведение W·L определяет площадь частей (6В), на которые действуют текущие токи;

E представляет собой толщину болометрического материала (6) над поверхностью, на которую действуют текущие токи, ограниченные размерами W и L;

TCR представляет собой относительный коэффициент изменения сопротивления в районе рабочей температуры (dR/RdT), которая является характеристикой используемого болометрического материала, где R представляет собой электрическое сопротивление между двумя выводами источника тока (двух стоек (3)) и T представляет собой температуру микромоста;

Rth является тепловым сопротивлением между центральной “твердой” частью болометра, температура которой повышается под действием инфракрасного излучения, и схемой считывания данных (1), температура которой постоянна или изменяется очень медленно.

При объединении параметров TCR и Rth с константой k это равенство может быть упрощено до:

Части (6А) болометрического материала не играют роли в определении характеристик детектирования болометрического детектора, поскольку в данных областях практически отсутствует ток, проходящий через указанный болометрический материал, так как эти области замкнуты накоротко частями (5), которые имеют более низкое электрическое сопротивление.

В случае детектирующей матрицы шаг размещения элементарных детекторов в обоих измерениях плоскости определяется как p.

Для того чтобы достигнуть оптимальной детектирующей характеристики согласно приведенному выше анализу, достаточно расположить части в виде многоугольника, имеющего (электрическую) длину L и (электрическую) ширину W, где L·W=p² для оптимизации детектирующей характеристики.

Величина p² представляет верхний предел параметра L·W, поскольку по техническим соображениям, необходимо зарезервировать часть площади p² для создания промежутков между элементарными детекторами и, по меньшей мере, пространства для стоек (3), консолей (4) и области (6А), площадь поверхности которых не может быть равна нулю.

Величины L и W показаны на фиг.1 для обычной конфигурации.

Очевидно, что эффективность, с которой электромагнитное излучение поглощается на таких структурах, частично покрытых проводящим слоем, даже если они оптимизированы в терминах поверхностного сопротивления (или сопротивления слоя), быстро падает, если относительная площадь проводящих поверхностей (5) уменьшается в пользу относительной площади поверхности с большим сопротивлением (6В). На практике наилучшая производительность в терминах болометрического разрешения достигается, когда существует баланс между площадями (5) и (6В). В результате примерно половина площади мембраны болометра (части (6А)) не может быть использована для оптимизации протекающих токов, что приводит к максимизации общей поверхности W·L полигона(ов), через который текут токи.

Проводящие части (5) на фиг.1 представляют собой особый случай встречно-гребенчатой структуры. Этот тип структуры применяется при использовании болометрических материалов, имеющих высокое сопротивление, таких как аморфный кремний и схожие материалы, для получения сопротивления R от нескольких сотен до нескольких тысяч килоом, что является целесообразным с точки зрения схемы считывания данных.

Фактически одна из проблем, с которой сталкиваются специалисты в данной области техники, при определении болометрических структур заключается в получении при температуре окружающей среды адекватного значения электрического сопротивления R между двумя проводящими частями или электродами (5), через которые прикладывается возбуждающее напряжение.

Практика разработки болометрических детекторов показывает, что любое значение сопротивления не подходит для схемы считывания данных, используемой разработчиком продукта.

В общем, для оптимизации функций схемы считывания данных более практичным является адаптация болометра к оптимальному рабочему диапазону схемы считывания данных, в терминах доступного напряжения, а не наоборот. Фактически, получение достаточно высоких электрических токов, протекающих через мембрану во время возбуждения, является критичным для того, чтобы характеристики детектора не были ограничены чрезмерно низким сигналом.

Недостаток, связанный со структурой, которая использует встречно-гребенчатые электроды, как показано на фиг.1, заключается в том, что возникают области, где плотность тока превышает среднюю плотность на внутренних окончаниях проводящих частей (5) как результат “эффекта истечения заряда с острия”. Эти концентрации электрических токов приводят к увеличению уровня электрического шума, который губительно сказывается на высоких характеристиках детектора.

В вышеупомянутом документе EP-A-0,828,145 также предлагается использовать материалы, имеющие низкое сопротивление, такие как, например, оксид ванадия, в качестве болометрического материала и при этом рекомендуется, чтобы электроды были распределены в виде прямых параллельных прерывающихся полосок, оставляя, например, все внутренние полоски не соединенными, то есть оставляя их с плавающим потенциалом, путем соединения двух крайних полосок со стойками (3). При таком расположении протекающие токи параллельны и одинаковы, таким образом исключая дополнительный электрический шум, связанный с эффектами истечения заряда с острия.

Однако в такой конфигурации примерно половина поверхности мембраны не может быть использована для оптимизации протекающих токов, поскольку оптимизация инфракрасного поглощения требует в основном равномерного распределения проводящих частей (5) на поверхности мембраны.

Вышеупомянутый документ FR-A-2,796,148 предлагает конфигурацию, предназначенную для смягчения ограничения, связанного с качеством поглощения излучения и балансом между областями проводящих частей или электродов (5) и областями (6А) болометрического материала.

Как раскрыто в указанном документе, части (6А), где существует контакт между электродами (5) и болометрическим материалом (6), сводятся к маленьким, узким, вытянутым областям. Помимо этого, значительная часть поверхности электродов (5) изолирована от болометрического материала промежуточным изолирующим слоем (7).

Этот технический прием делает возможным использование большей части доступной площади поверхности мембраны для оптимизации полигона(ов) области W·L, тем самым обеспечивая значительное улучшение характеристик. Однако этот результат получают за счет существенного дополнительного повышения сложности, причем также усиливается проблема избыточного шума, которая характерна для эффекта истечения заряда с острия, если необходимо использование встречно-гребенчатых электродов. Такая встречно-гребенчатая конфигурация обязательна, если используют аморфный силикон или похожие материалы, поскольку этот тип материалов имеет высокое сопротивление.

Таким образом, является очевидным, что в обоих указанных документах согласно предшествующему уровню техники поглотитель образуется тем же слоем материала, что и электроды питания, со всеми преимуществами, связанными с размещением, но также с описанным выше недостатком, заключающимся в сложности получения электрического сопротивления, которое хорошо соответствует схеме считывания данных.

В документе US 5,367,167, поглотитель изготовлен из проводящего слоя, который отделен и отличается от электродов питания. Этот документ описывает болометрический детектор, содержащий два копланарных электрода, расположенных на одной стороне слоя болометрического материала, а также проводящий слой, расположенный на другой стороне болометрического материала. Функция проводящего слоя заключается в поглощении инфракрасного излучения, которое должно быть детектировано, причем проводящий слой должен быть отделен от корпуса детектора при помощи электрически изолирующего слоя. Его реализация таким образом чрезвычайна сложна.

В дополнении, технология, определенная в этом документе, естественным образом оптимизирует протекающие токи и таким образом уровень низкочастотного шума, поскольку это происходит в случае, когда электроды размещены на большом расстоянии друг от друга на двух противоположных концах элементарного детектора, с другой стороны, такое конкретное размещение применимо только к материалам, имеющим низкое сопротивление, обычно это оксид ванадия, иначе электрическое сопротивление мембраны будет слишком высоким для получения правильной работы схемы считывания данных и, в частности, это не может быть применено к аморфному кремнию и схожим материалам.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в максимизации полезной площади поверхности болометрического материала (максимизация произведения W·L) независимо от сопротивления болометрического материала без получающегося в результате влияния на характеристики детектора избыточного шума, связанного, в частности, с эффектами истечения заряда с острия, что свойственно встречно-гребенчатой конфигурации электродов или проводящих частей (5).

Согласно настоящему изобретению болометрический детектор содержит:

чувствительную часть, содержащую:

один или несколько слоев чувствительного материала, удельное сопротивление которого зависит от температуры;

первые электропроводящие элементы, электрически соединенные со схемой считывания данных, связанной с болометрическим детектором, и действующие, с одной стороны, как электроды для указанного детектора и находящиеся для этого в контакте с указанными чувствительными материалами и, с другой стороны, действующие в качестве поглотителя инфракрасного излучения;

вторые электропроводящие элементы с плавающим потенциалом, действующие только как поглотитель инфракрасного излучения;

по меньшей мере, одну поддерживающую область для чувствительной части, выполняющую функцию позиционирования указанной чувствительной части и электрического проводника относительно указанной схемы считывания данных;

по меньшей мере, одну термоизолирующую структуру, электрически и механически связывающую каждую поддерживающую область с чувствительной частью.

Болометрический детектор согласно настоящему изобретению отличается тем, что проводящие элементы распределены в виде двух пересекающихся, наложенных друг на друга сеток проводящих дорожек, причем первая из двух сеток содержит все указанные первые проводящие элементы, и наложение является полным или частичным.

Термины “пересекающиеся” и “наложенные” в настоящем изобретении следует толковать как указание на тот факт, что указанные проводящие дорожки первой сетки сходятся с дорожками, которые составляют вторую сетку, если они соответственно спроектированы на плоскость, которая содержит чувствительную часть.

Указанная первая сетка также содержит вторые проводящие элементы; однако, по меньшей мере, две из проводящих дорожек, которые ее составляют, находятся в контакте с чувствительным материалом, который составляет чувствительную часть, формируя электроды. Этот контакт преимущественно возникает по всей длине, таким образом оптимизируя характеристики детектора.

В различных возможных конфигурациях настоящего изобретения возможно отсутствие электрического контакта между двумя сетками. Однако если используется чувствительный материал с высоким удельным сопротивлением, по меньшей мере, две из дорожек второй сетки находятся в чередующемся контакте с указанными специальными дорожками указанной первой сетки, которая находится в контакте с чувствительным материалом, составляющим чувствительную часть.

При этом неактивная площадь поверхности детектора согласно изобретению значительно уменьшена в пользу полезной площади поверхности и при этом также уменьшается избыточный шум, связанный со структурой токов, которая меняется в зависимости от конкретной конфигурации проводящих элементов и используемого болометрического материала.

Согласно настоящему изобретению соответствующие дорожки каждой из двух сеток являются, по существу, прямыми и параллельными друг другу, при этом проводящие дорожки первой сетки обычно находятся под прямым углом к дорожкам, составляющим вторую сетку.

Дополнительно шаг между каждой из дорожек одной из сеток равен или отличается от шага между дорожками другой сетки.

Контакт между двумя дорожками двух разных сеток выполняют при помощи отверстий в диэлектрическом слое, расположенном между чувствительным слоем, который составляет чувствительную часть, и первым слоем проводящих дорожек, которые составляют первую сетку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Способ, которым реализуется изобретение, и его преимущества станут более понятными из приведенного ниже описания вариантов осуществления, данных только в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 представляет собой, как уже указывалось, вид сверху болометрического детектора согласно предшествующему уровню техники и

фиг.2 представляет собой его поперечное сечение по линии A-A.

Фиг.3 представляет собой схематичный план вида сверху детектора согласно настоящему изобретению и

фиг.4 представляет собой поперечное сечение по линии B-B.

Фиг.5 представляет собой подробный вид части указанного поперечного сечения по фиг.4.

Фиг.6 и 7 также представляют собой подробные виды, но других вариантов осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, в общем случае настоящее изобретение относится к элементарному болометрическому детектору и более конкретно к конфигурации и размещению проводящих дорожек на его чувствительной части, которая сама составляет основную часть мембраны. Эти проводящие дорожки функционируют, в случае необходимости, в качестве электродов, то есть по ним подается электрический ток со схемы считывания данных к чувствительной части, и в качестве поглотителя инфракрасного излучения, предназначенного для детектирования, или функционируют только в качестве поглотителя.

На фиг.3 показан обычный вариант осуществления болометрической мембраны согласно настоящему изобретению. Различные компоненты, которые аналогичны показанным на фиг.1, имеют такие же ссылочные позиции.

Согласно основной особенности изобретения на указанной мембране размещаются две отдельные сетки проводящих дорожек (5).

Первая сетка состоит из последовательности проводящих дорожек (5А), которые, по существу, являются прямыми и параллельными друг другу. В описанном примере четыре из этих дорожек (5А1, 5А2, 5А3 и 5А4) находятся в контакте с болометрическим материалом (6), который составляет мембрану. Дополнительно, этот контакт имеется, по существу, по всей длине указанных дорожек.

Однако для обеспечения возможности работы детектора согласно настоящему изобретению достаточно, если только две из этих дорожек будут находиться в контакте с болометрическим материалом. Фактически для оптимизации площади (W·L), упомянутой ранее во время обсуждения технической проблемы, на решение которой направлено настоящее изобретение, крайние проводящие дорожки (5А1) и (5А4) находятся в контакте с болометрическим материалом (6).

Другая конфигурация будет приводить к потере площади поверхности, находящейся выше указанных крайних проводящих дорожек, что является результатом, прямо противоположным требуемому.

В примере, описанном на фиг.3, очевидно, что сетка (5А) находится в контакте только с болометрическим материалом (6) для одной дорожки из трех, в частности первая дорожка (5А1) и последняя дорожка (5А4) находятся в контакте со слоем (6) вдоль двух противолежащих краев.

Вторая сетка также состоит из группы проводящих дорожек (5В), которые, по существу, являются прямыми и параллельными друг другу, а также ориентированы под прямым углом к проводящим дорожкам (5А), которые составляют указанную первую сетку. На фиг.3 можно увидеть, что при проекции на плоскость, содержащую мембрану, проводящие дорожки, которые формируют каждую из двух сеток, являются перпендикулярными друг другу.

В описанном примере три пары этих проводящих дорожек (5В1, 5В2), (5В3, 5В4) и (5В5, 5В6) соответственно поочередно находятся в электрическом контакте со специальными дорожками (5А1, 5А2, 5А3 и 5А4) первой сетки, то есть с проводящими дорожками первой сетки, которая находится в контакте с болометрическим материалом (6). Таким образом, на фиг.3 вторая сетка (5В) находится в контакте только со специальными дорожками (5А1, 5А2, 5А3 и 5А4) указанной первой сетки (5А) для одной дорожки из двух (в среднем).

Эта особенная характерная конфигурация делает возможным получение сопротивления, которое является достаточно низким несмотря на использование чувствительного материала (6) с высоким удельным сопротивлением. Фактически в такой конкретной конфигурации существует достаточное количество электрических контактов с дорожками сетки (5А), причем указанные контакты расположены на постоянном расстоянии L друг от друга для достижения однородной плотности тока. На эти контакты попеременно подают высокий и низкий потенциал (во время считывания данных) с помощью соединений, выполненных при помощи дорожек (по меньшей мере, двух) второй сетки (5В).

При этом создается встречно-гребенчатая структура, сопротивление которой пропорционально L/(n-1), где n означает количество проводящих дорожек сетки (5А), которые находятся в контакте с чувствительным материалом (6). Таким образом, принимая шаг равным p и рассматривая сильно упрощенный вариант, имеем p/L проводящих дорожек (5А), находящихся в контакте с чувствительным материалом (6) с сопротивлением:

R=p/n(n-1).

Таким образом, каждая из проводящих дорожек (5А1) и (5А3) находится в электрическом контакте с проводящими дорожками (5В2, 5В4 и 5В6), тогда как каждая из проводящих дорожек (5А2) и (5А4) находится в электрическом контакте с проводящими дорожками (5В1, 5В3 и 5В5). Однако для обеспечения возможности работы детектора согласно настоящему изобретению может быть достаточным, если только две из дорожек (5В) будут поочередно находиться в контакте с указанными специальными проводящими дорожками (5А1, 5А2, 5А3, и 5А4) указанной первой сетки.

Указанный поочередный контакт позволяет предотвратить любое короткое замыкание между электродами мембраны.

Все указанные специальные дорожки независимо от того, принадлежат ли они первой или второй сетке, действуют в качестве электродов и поглотителей. Напротив, все другие дорожки ограничены выполнением только функций поглотителя излучения.

В конкретной конфигурации, в которой только две проводящие дорожки сетки (5А) находятся в контакте с чувствительным материалом (6), в конфигурации, которая подходит для производства функционального элементарного болометра, отсутствует необходимость создания контактов с проводящими дорожками сетки (5 В), поскольку последние выполняют роль только поглотителей излучения.

В широких пределах и в отличие от ограничений, налагаемых детекторами согласно предшествующему уровню техники, плотность (то есть шаг) проводящих дорожек каждой сетки является произвольной и не влияет на характеристики детектора. Возможность иметь две независимые пересекающиеся сетки проводящих дорожек, имеющих относительно свободный шаг, очевидно позволяет производить большее число размещений и комбинаций для определения геометрии текущих токов в болометрическом материале (6) и, следовательно, для определения полного сопротивления R детектора.

Благодаря гибкости, с которой проводящие дорожки могут быть сконфигурированы и распределены, становится очевидным, что специалисты в данной области техники могут легко достигнуть желательного значения общего сопротивления R детектора в зависимости от болометрического материала (6), постепенно изменяя расстояние между проводящими дорожками (их шаг), и, в частности, расстояния между проводящими дорожками сетки (5А), которые находятся в контакте с указанным болометрическим материалом, и распределение соединений между двумя сетками. Следует отметить, что достижение такого результата отменяет необходимость прибегать к изгибу электродов или выполнению электродов в виде встречно-гребенчатой структуры в контакте с болометрическим материалом, как рекомендовано предшествующим уровнем техники, что является, как указывалось выше, причиной избыточного шума, связанного с эффектом истечения заряда с острия. Кроме того, вариант осуществления изобретения позволяет использовать большую часть полезной площади поверхности болометрического материала (максимизирование произведения W·L). При этом настоящее изобретение имеет дополнительное преимущество, заключающееся в высокой гибкости разработки и оптимальных характеристиках.

С практической точки зрения формирование контакта между специальными проводящими дорожками (5А1, 5А2, 5А3 и 5А4) первой сетки и болометрическим материалом (6) обычно достигается при помощи, по существу, вытянутых отверстий в первом промежуточном диэлектрическом слое (7А), покрывающем слой болометрического материала (6), и обеспечения для электрической изоляции между слоем болометрического материала и проводящими дорожками (5А1) указанной первой сетки, которая действует только как поглотитель излучения.

Однако в одном конкретном варианте осуществления изобретения все проводящие дорожки (5А) указанной первой сетки выполняют двойную функцию электрода и поглотителя инфракрасного излучения. В этом случае все проводящие дорожки (5А) указанной первой сетки находятся в контакте со слоем болометрического материала (6). При этом слой (7А) диэлектрического материала является излишним. В такой конфигурации не все указанные проводящие дорожки сетки (5А) должны находиться в контакте с сеткой (5В). При этом те проводящие дорожки сетки (5А), которые не соединены с дорожками сетки (5В), выполняют роль электродов с плавающим потенциалом.

Формирование электрического контакта между специальными проводящими дорожками (5А1, 5А2, 5А3 и 5А4) первой сетки и некоторыми проводящими дорожками второй сетки в соответствии с вышеприведенными комментариями обычно обеспечивается с помощью точечных отверстий (8) (термин “точечный” должен толковаться как “имеющий очень маленький размер по сравнению с размерами мембраны”), выполненных во втором слое диэлектрического материала (7В), находящегося между проводящими дорожками указанной первой сетки, которые действуют только как поглотители (5Аа), и проводящими дорожками (5В) указанной второй сетки (см. фиг.5). Эти отверстия расположены в некоторых особых точках пересечения указанных проводящих дорожек согласно предшествующему описанию.

На фиг.3 показана одна из возможных специальных конфигураций согласно настоящему изобретению. Эта конфигурация позволяет получать полное сопротивление R, которое приблизительно вдвое выше, чем полученное с конфигурацией по фиг.1, причем используемые слои болометрического материала (6) очевидно являются одинаковыми

Другие конфигурации двух сеток позволяют сохранить примерно такое же сопротивление R. Конфигурация, предлагаемая на фиг.3, позволяет легко объяснить все преимущественные особенности настоящего изобретения, без необходимости объяснять другие конфигурации, что будет очевидным для специалистов в данной области техники, если понятен главный принцип, лежащий в основе настоящего изобретения.

Размещение точек контактов (8) между двумя сетками проводящих дорожек объясняет принцип чередующихся контактов, упомянутого ранее для вырабатывания регулярно чередующихся равных потенциалов между проводящими дорожками сетки (5А). Однако так же возможно создание контактов между дорожками указанной сетки (5А) и всеми дорожками сетки (5В) для каждой эквипотенциальной группы, если при этом получается допустимое входное сопротивление R. Фактически плотность контактов между двумя проводящими сетками (5А) и (5В) определяется в первую очередь возможным чрезмерно высоким входным сопротивлением, которое является следствием чрезмерно низкой плотности контактов.

Также следует упомянуть дополнительное преимущество рекомендуемой конфигурации настоящего изобретения. Использование двух сеток, которые соединены только в точечных контактах, и, в частности, тот факт, что эти контакты между двумя сетками распределены, по меньшей мере, по двум дорожкам (5 В), дает избыточность соединений, что значительно повышает вероятность правильного распределения потенциалов и позволяет избежать опасного эффекта одиночного, возможно, ошибочно сформированного контакта между двумя дорожками.

Необходимо рассмотреть особый случай, в котором только крайние линии (5А1) и (5А4) сетки (5А) находятся в контакте со слоем болометрического материала (6). При этом нет необходимости в формировании электрических контактов (8) между двумя сетками (5А) и (5В), поскольку такие контакты будут являться причиной коротких замыканий в данной структуре. Результирующее сопротивление в такой особенной конфигурации будет принимать свое максимально возможное значение для данной мембраны в направлении под прямыми углами к сетке (5А) по причине исчезновения чередующихся потенциалов, но структура все же будет оптимизирована с точки зрения низкочастотного шума и оптического поглощения.

Также следует отметить, что другие внутренние дорожки (между этими крайними дорожками) сетки (5А) могут также находиться в контакте со слоем болометрического материала (6) без существенного изменения структуры текущих токов и, следовательно, функциональности или качества детектора, за исключением площади поверхности, занимаемой дополнительными контактами на указанном слое (6). Как уже указывалось, если все дорожки сетки (5А) находятся в контакте со слоем (6), то очевидно слой (7А) предпочтительно должен быть удален, поскольку его присутствие является бессмысленным.

Конфигурация, рекомендованная настоящим изобретением, по существу, упрощает реализацию такого детектора. Наприм