Детектор электромагнитного излучения с микроинкапсуляцией и устройство для обнаружения электромагнитных излучений, использующее такие детекторы

Детектор электромагнитного излучения с микроинкапсуляцией и устройство для обнаружения электромагнитных излучений, использующее такие детекторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области обнаружения электромагнитного излучения, более точно, отображению и термической пирометрии. Более точно, настоящее изобретение относится к устройству для обнаружения инфракрасного излучения, содержащему матрицу элементарных термических детекторов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области детекторов, используемых для формирования инфракрасных изображений или термографии (пирометрии), известно использование устройств, сконфигурированных в форме матрицы и способных функционировать при комнатной температуре, в которых используется изменение в физическом блоке материала или сборки соответствующих материалов в зависимости от температуры, изменяющейся около 300°K, т.е. без охлаждения. В частном случае болометрических детекторов, которые наиболее широко используются, этот физический блок обладает электрическим сопротивлением. Могут быть использованы и другие электрические блоки, такие как блок диэлектрической постоянной, блок поляризации и даже неэлектрические блоки, такие как блоки дифференциально-термического расширения, показатель преломления. Эти детекторы обычно называются детекторами ИК-излучения (болометрами), в отличие от квантовых приемников (фотопроводящих или фотогальванических), которые надлежащим образом функционируют лишь при очень низких температурах.

Такой неохлаждаемый детектор в состоянии полной готовности обычно получают путем сборки следующих элементов:

- подложки, содержащей средство матричной адресации чувствительных элементов (элементарных болометров) и формирования электрического сигнала на основе каждого элемента. Эту подложку обычно называют интегральной схемой считывания (Read-Out Integrated Circuit, ROIC). Поверхность подложки несет на себе сборку матриц чувствительных структур, каждая из которых в основном образована мембраной, которая подвешена на крайне тонких и узких кронштейнах;

- как правило, сильно вакуумированного герметизированного корпуса (упаковки), который имеет освещенную переднюю поверхность с окном, прозрачным для обнаруживаемого излучения, и электрическими разъемами, предназначенными для соединения с внешними штырьковыми выводами устройства. Вакуум предназначен для обеспечения высокой теплоизоляции между подложкой и чувствительными элементами. Это тепловое сопротивление, которое является фундаментальным с точки зрения обеспечения того, чтобы детектор был очень чувствительным, задается формой опорных рычагов и материалов, из которых они сделаны.

Подложка, снабженная чувствительными элементами, вделана в полость внутри упаковки, обращенной к окну, посредством сварки или спаивания, а электрические контакты подложки закреплены отдельно друг от друга на внутренних вводах/выводах упаковки посредством проводных соединений. Эта упаковка также содержит:

- электрически или термически активируемый поглощающий элемент, предназначенный для поддержания адекватного парциального вакуума в компоненте в течение всего срока службы после того, как компонент был вакуумирован и герметизирован;

- термоэлектрический охладитель (ThermoElectric Cooler, TEC), предназначенный для регулирования температуры подложки, который посредством пайки или сварки вставлен между кожухом упаковки и подложкой. Использование этого модуля предназначено для устранения влияния температурных колебаний на фокальную плоскость при использовании детектора; в настоящее время таким модулем снабжены только наиболее мощные компоненты.

Для получения кадра с использованием этого детектора кадр проецируют через соответствующую оптику на матрицу элементарных детекторов и применяют хронометрированные электрические стимулы через схему считывания для каждого из элементарных детекторов, или для каждого ряда таких детекторов, для получения аналогового и/или цифрового электрического видеосигнала, отображающего данные по температуре, получаемые каждым из упомянутых элементарных детекторов, и предназначенного, например, для формирования теплового изображения наблюдаемого кадра.

Компоненты, которые являются достаточно простыми по сравнению с описанием выше, в настоящее время изготавливают путем сборки двух частей, образованных двумя различными подложками, обычно с использованием технологий упаковки слоев кристаллических пластин (Wafer Level Packaging, WLP). В документе WO 95/17014 описана задача и способ изготовления этого типа. Таким образом, сначала получают разгерметизированный корпус, содержащий тонкопленочный поглотитель, причем корпус ограничен двумя компонентами подложки и периферийным уплотняющим швом. Одна из подложек содержит цепь считывания и чувствительные элементы, а другая подложка имеет окно.

Основное внимание к технологии этого типа привлечено тем, что большое количество герметизированных компонентов можно получать одновременно путем использования относительно ограниченного количества деталей и операций, экономя, таким образом, расходы. Приведение компонентов в контакт с внешней средой после их отделения путем механического отрезания от двух подложек по существу осуществляют на втором этапе путем сборки единого комплекта на основе использования, например, технологии печатной платы (ПП), которая имеет стандартные металлические дорожки и может также содержать электронную бесконтактную схему.

Общий процесс изготовления разгерметизированного корпуса, включая конечное отрезание, которое нельзя выполнять на обеих подложках одновременно, поскольку электрические контакты вход/выход, образованные вне корпуса на подложке цепи считывания, приходится обнажать, тем не менее, остается относительно сложным. Использование двух различных подложек также вызывает необходимость использования нескольких технологий, специфических для каждой подложки, для получения различных характеристик, необходимых для их эксплуатации. Для подложки, на которой имеются окна, должны быть сформированы очень плоские полости, которые обращены к каждой чувствительной матрице, и локализованные просветляющие (противоотражающие) слои, которые должны быть осаждены в них. Также, обе подложки должны иметь многослойную металлизацию, которую обеспечивают для спаивания подложек друг с другом. Все эти технологии могут быть освоены, но они требуют многочисленного дорогого оборудования. В дополнение, приходится осваивать технологии, сопровождающиеся спаиванием подложек с большими поверхностями таким образом, чтобы все конечные компоненты были герметизированы вместе, и это налагает конкретные ограничения с точки зрения гладкости и геометрического качества двух поверхностей, подлежащих соединению друг с другом. Наконец, эти операции осуществляют, когда на поверхности подложки схемы считывания обнажены крайне ломкие чувствительные элементы, и это делает операцию особенно ненадежной с точки зрения целостности структур и риска дисперсного загрязнения.

Эти технологии, хотя они, без сомнения, являются прогрессивными с точки зрения промышленного изготовления, тем не менее, остаются относительно сложными и дорогостоящими.

Один из способов, частично преодолевающий эти ограничения, описан в документе FR 2822541. Этот документ описывает объект, который содержит микрополости, которые сформированы таким образом, чтобы они были обращены к каждому узлу детектирования, путем использования совокупных микроэлектронных технологий, что, таким образом, делает процесс изготовления приемлемым для достижения функциональной разгерметизации. Согласно информации, раскрытой в упомянутом документе, нет больше необходимости во второй подложке, и это исключает трудности, присущие WLP-технологиям, ограничивает количество операций и устраняет необходимость в развертывании широкого перечня технологий. Что еще важно, уязвимость структуры и риск дисперсного загрязнения в ходе изготовления, т.е., связанного с этим снижения выхода годного или повышения затрат на требуемые меры предосторожности, предпринимаемые для предотвращения снижения выхода годного, можно рассматривать как практически стремящийся к нулю.

Однако создание микрокапсул или микрополостей влечет за собой потерю пространства по всей опорной поверхности каждого элементарного детектора, и это оказывает неблагоприятное влияние на итоговую чувствительность компонента из-за снижения коэффициента заполнения, который (если говорить просто) представляет собой отношение площади поверхности чувствительной мембраны к площади поверхности p², где p означает шаг трансляции матрицы единичных элементов (пикселей) тепловизора. В дополнение, структуры, которые закрепляют несущие рычаги каждой мембраны, должны быть созданы строго в пределах внутренней поверхности, ограниченной боковыми стенками, которые отделяют каждую микрокапсулу от ее соседей. Это приводит к потерям чувствительности, что связано с ограничениями, налагаемыми на возможную длину несущих рычагов; эта длина определяет термическое сопротивление между мембраной и подложкой. Однако термическое сопротивление является решающим фактором, который определяет чувствительность болометров.

Эти недостатки не особенно вредны, если шаг матрицы является относительно широким, и обычно он составляет до 35 или 30 мкм или даже до 25 мкм. Однако в настоящее время возрастает запрос на матрицы элементов формирования изображений с очень высокими пространственными разрешениями, шаг которых составляет до 20 мкм или даже до 15 мкм, особенно, без получения каких-либо потерь в чувствительности элементарных болометров. Поэтому, есть необходимость в проектировании структур, с помощью которых можно достигать таких результатов, при сохранении преимуществ изготовления согласно описанным выше технологиям.

Основные принципы, раскрытые в настоящем документе, описаны со ссылками на фиг. 1A и 1B.

Фиг. 1A схематически изображает частичный вид сверху матрицы детекторов, игнорирующий особые признаки, для обеспечения вакуумирования и герметизации микроучастков.

Объект имеет:

исходную подложку 1, на которой формируют коллективно все структуры; поверхность этой подложки содержит все необходимые электронные элементы для функционирования устройства, и здесь нет необходимости в подробном описании;

чувствительные мембраны 2, уставленные в матрице с шагом трансляции p, и подвешенные на их несущие рычаги 6;

крепежные структуры 3, на которых покоятся концы рычагов 6;

стенки или периферийные стенки 4 микрокапсул, которые разделяют микроучастки для детектирования;

верхние покрытия или окна 5, которые, как правило, бывают прозрачными и закрывают микрокапсулы, покоясь на верхнем конце стенок 4.

Фиг. 1B дополняет описание и изображает поперечный разрез вдоль пунктирной линии на фиг. 1A. Здесь существует необходимость в подробном описании конструкции или геометрии этих элементов, но будет уместным указать приблизительный размер и геометрию комплекта.

Пространство между подложкой и мембранами обычно составляет около 2 мкм для оптимизации чувствительности в применяемом инфракрасном диапазоне длин волн 8-14 мкм при условии, что отражатель (не показан) сформирован на поверхности подложки, что хорошо известно. Пространство между мембранами 2 и окном 5 также составляет около 2 мкм для предохранения элементов от того, чтобы они находились слишком близко друг от друга сразу после откачки полости. Шаг p такой структуры обычно составляет более 25 мкм.

Ясно, что опорная поверхность крепежных структур 3 (четыре из них показаны на фиг. 1A, и это количество, возможно, может быть уменьшено до двух, если механическая стабильность мембран это позволяет) по существу ограничивает энергию излучения, которую каждая мембрана 2 может эффективно накапливать как долю полной энергии, принимаемой по площади поверхности p².

В дополнение, опорная поверхность стенок 4 и смежное периферийное пространство внутри микрокапсул между стенками 4 и мембранами 2 также частично ограничивает энергию излучения, которая может быть накоплена мембраной.

Иными словами, эти геометрические соображения накладывают существенные ограничения на коэффициент заполнения, особенно в случае уменьшенных шагов.

Существует другое ограничение, относящееся к длине несущего рычага 6, который может быть выполнен с использованием крепежных структур, сформированных внутри стенок, по сравнению со структурами, которые не имеют микрокапсул, но должны иметь точки крепления, общие для двух (или даже четырех) смежных мембран. Эта выгодная схема размещения, полученная путем формирования точек крепления вдоль оси симметрии между двумя (или четырьмя) чувствительными участками, является общепринятой для этой области, при применении стандартной технологии, без использования микрокапсул, и фактически задает уровень производительности известной технологии.

Поэтому целью изобретения является создание таких структур и способов их изготовления для окончательного формирования детекторов, которые обладают повышенной производительностью, при этом сохраняют преимущества, обеспеченные вакуумонепроницаемой микромерной технологией.

Другой целью изобретения является предложение конкретных устройств, а также способов их изготовления, причем эти устройства обладают электрооптическими характеристиками, которые, преимущественно, получены в рамках объема изобретения:

детекторы, которые имеют микроучастки, чувствительные в нескольких спектральных диапазонах;

детекторы, которые имеют локально расположенные эталонные микроучастки, нечувствительные к инфракрасному излучению;

детекторы, которые обладают способностью к обнаружению лишь вполне определенных ориентаций поляризации или направлений падения излучения, или которые имеют однородный или распределенный пиксельный высокочастотный фильтр с несколькими нижними критическими длинами волн;

детекторы, в которые встроена защита от интенсивного излучения.

Изобретение в основном подробно описано в данном описании на основе деталей его конфигурации, которые применимы для наиболее общего случая и представляют практический интерес - исследования в длинноволновой инфракрасной области (ДВИК, Long Wave Инфракрасный, LWIR), что соответствует 8-14 мкм ИК-окну пропускания через атмосферу. Тем не менее, конструктивные детали изобретения можно адаптировать для их эксплуатации в других инфракрасных диапазонах, и даже за пределами инфракрасной области в так называемой «терагерцевой» области. По этой причине термин «электромагнитное излучение» иногда используется более предпочтительно по отношению к более ограничивающему термину «инфракрасный».

Также, в основе этого описания лежит термин «излучение, представляющее интерес», или, точнее, «спектральный диапазон, представляющий интерес», границы которого ниже обозначены как λmin и λmax, которые следует рассматривать как диапазоны длин волн, для которых предназначен (спроектирован) детектор, который должен быть чувствительным. В случае микроболометров, сама по себе мембрана обычно бывает чувствительной к очень широкому диапазону частот излучения (иными словами, не чувствительной к узкоконкретному диапазону длин волн), и в результате термин «спектральный диапазон, представляющий интерес», на самом деле задается спектром, для которого окно (в данном случае покрытие окна) является почти прозрачным.

Термины «предпочтительная спектральная чувствительность» или «предпочтительный спектр» также следует рассматривать как достижение максимальной чувствительности (или оптического отклика) детектора вблизи конкретной длины волны λp в пределах упомянутого спектрального диапазона, представляющего интерес, посредством маски спектрального пропускания оконного покрытия, которое проявляет максимальную чувствительность вблизи этой длины волны.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является конкретное расположение стенок герметизированных микрокапсул и точек крепления для опорных рычагов мембран, которые образуют элементарные детекторы для преодоления недостатков предшествующего уровня техники.

Таким образом, изобретение относится к детектору электромагнитного излучения, предназначенному для функционирования при предпочтительной длине волны λр, находящейся в пределах спектрального диапазона, представляющего интерес, находящегося в пределах диапазона λmin-λmax, состоящему из множества элементарных микроучастков детектирования, каждый из которых включает в себя микродетектор, снабженный мембраной, чувствительной к излучению, по меньшей мере, в спектральном диапазоне, представляющем интерес, и каждый из них помещен в микрополость или микрокапсулу, образуемую подложкой, верхней стенкой, используемой в качестве окна, прозрачного для упомянутого излучения в спектральном диапазоне, представляющем интерес, по меньшей мере, для некоторых микроучастков из упомянутого множества, и боковыми стенками, причем упомянутая мембрана подвешена выше подложки посредством, по меньшей мере, двух опорных рычагов, которые включают в себя электропроводящий слой, причем каждая микрополость или микрокапсула обычно вакуумирована или находится под низким давлением.

Ниже термин «герметизированный» более предпочтителен по сравнению с концепциями, в которых употребляются такие термины, как «вакуум (воздухонепроницаемость)» или любое специфическое давление, поскольку основным признаком микрокапсул является их способность поддерживать, в течение всего эксплуатационного срока службы конечного продукта (несколько лет) и с учетом желательного присутствия поглотительного элемента, сообщающегося с полостью, внутреннее давление, достаточно стабильное, чтобы не мешать функционированию чувствительных элементов, которые в ней размещены. Хотя обычно делаются попытки достижения давления, составляющего, как правило, менее 5⋅10^-3 мбар, которое обычно считают «вакуумом», требованиям к эксплуатационной долговечности также отвечает газ с низкой теплопроводностью (Ar, Xe, Kr) при значительно более высоком давлении, что означает воздухонепроницаемость в смысле, указанном выше.

Согласно изобретению, концы опорных рычагов закреплены в боковых стенках.

В одном варианте воплощения изобретения боковые стенки, которые задают упомянутые микрополости или микрокапсулы, состоят из двух плотно соединенных деталей:

- первой, нижней детали, которая прилипает к подложке и образует наполовину отделяемое основание периферийных стенок на каждом микроучастке детектирования и локально содержит электропроводящие вертикальные контакты, которые обеспечивают неразрывность электроцепи с электропроводящим слоем опорных рычагов;

- второй детали, основание которой подвешено и физически прикреплено к верхней части упомянутой первой части вокруг периферии каждой микрокапсулы и поддерживает верхнюю стенку или окно, которое почти параллельно подложке.

Согласно одному аспекту изобретения, точки крепления и электрические контакты концов рычагов, поддерживающих мембраны, сформированы в местах контакта между этими двумя деталями. Благодаря этому, потери чувствительности, характерные для детекторов согласно уровню техники из-за ограничений, налагаемых на длину рычагов и опорную поверхность точек крепления, практически устранены.

Согласно одному предпочтительному аспекту изобретения, периферийные грани обеспечены на уровне верхних стенок или окон вблизи боковых стенок для уравновешивания большей части остаточного снижения коэффициента заполнения, вызванного опорной поверхностью упомянутых стенок. Точнее говоря, эти периферийные грани, которые наклонены к подложке или обладают скругленным профилем, способны отражать большую часть падающего электромагнитного излучения вблизи границ между двумя микроучастками по направлению к одной или другой из смежных микрополостей, как правило, без каких-либо промежуточных потерь, с точки зрения сигналов, применимых для формирования изображения.

Подложку успешно покрывают слоем, который отражает падающее излучение по направлению к чувствительным мембранам, причем упомянутый отражатель полностью или частично состоит из материала, способного накапливать молекулы остаточного газа, захваченного в микрокапсулы, или поглотители, состоящие, например, из титана.

Неразрывность электрической цепи, по меньшей мере, между двумя опорными рычагами, содержащей электропроводящий слой и подложку, успешно получают с помощью проводника, который проходит перпендикулярно относительно оси упомянутых рычагов на уровне линий стыка между двумя частями боковых стенок, таким образом, он является вертикальным соединительным элементом (16), который вместе с подложкой обладает электрической проводимостью.

Преимущественно, детектор согласно изобретению лишен какой-либо структуры для прикрепления опорных рычагов чувствительных мембран, отличных от боковых стенок, которые образуют микрокапсулы или микрополости.

Преимущественно, герметизацию микрополости получают с использованием материалов, которые приклеены или составляют единое целое с верхней стенкой или окном и прочно опираются на элементы, которые расположены локально ниже окна и прикреплены к верхней части боковых стенок.

Технологии, позволяющие удалять расходуемые материалы, которые были временно захвачены в микрокапсулы или микрополости, и технологии для герметизации упомянутых микрокапсул раскрыты, например, в документе FR 2822541, а более конкретно - в документе FR 2864340. Компоновки, которые были успешными, поскольку они являются особенно пригодными в этом контексте, указаны в подробном описании изобретения.

В контексте конкретного применения изобретения, микродетекторы состоят из микроболометров, а верхняя стенка или окно микрокапсул выполнено из материала, выбранного из группы, содержащей кремний, сплавы кремния и германия и сульфида цинка, в качестве одиночного слоя или многослойной структуры.

В одном конкретном варианте воплощения изобретения первая часть микроучастков обладает предпочтительным спектром, который практически отличается от предпочтительного спектра второй части микроучастков, благодаря формированию, по меньшей мере, одного слоя, отличного от других, в или на окне одной из упомянутых частей, по сравнению с другой частью.

В другом конкретном варианте воплощения первая часть микроучастков чувствительна к излучению, представляющему интерес, тогда как вторая часть микроучастков обычно бывает матовой из-за непрозрачного металлического слоя, который осаждают в или на окно второй части.

В другом конкретном варианте воплощения, по меньшей мере, некоторые из микроучастков являются чувствительными к поляризации или углу падения падающего излучения благодаря сети проводников, расположенных в или на окне упомянутой части.

В другом конкретном варианте воплощения первая часть микроучастков содержит герметизированную микрополость, тогда как внутренняя полость второй части микроучастков сообщается с атмосферой за пределами микрокапсулы.

В другом конкретном варианте воплощения первая часть микроучастков содержит герметизированную микрополость, тогда как внутренний объем второй части микроучастков полностью заполнен материалом.

В другом конкретном варианте воплощения детектор снабжен высокочастотным фильтром путем формирования, по меньшей мере, одного специального слоя в окне.

В другом конкретном варианте воплощения первая часть микроучастков снабжена первым высокочастотным фильтром, а, по меньшей мере, вторая часть снабжена вторым фильтром высокого пропускания. Иными словами, первая часть микроучастков снабжена высокочастотным фильтром, обладающим первой критической длиной волны, а, по меньшей мере, вторая часть микроучастков снабжена высокочастотным фильтром, обладающим, по меньшей мере, второй критической длиной волны.

В другом, конечном варианте воплощения, по меньшей мере, некоторые из микроучастков содержат, по меньшей мере, один слой, сформированный в или на окне, которое обеспечивает детектору переменную чувствительность в зависимости от падающего электромагнитного потока.

Изобретение также относится к устройству для детектирования электромагнитного излучения, в котором использованы такие детекторы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из нижеследующего описания, подробности которого приведены лишь в качестве примера и применительно к прилагаемым чертежам, на которых идентичные ссылки относятся к идентичным элементам, на чертежах:

фиг. 1A изображает частичный схематический вид сверху матрицы микрокапсул согласно уровню техники;

фиг. 1B - вертикальный поперечный разрез, упрощенный для иллюстрации только основных элементов объекта, представленных на фиг. 1A;

фиг. 2A - частичный схематический вид сверху матрицы микрокапсул согласно изобретению, представленный в упрощенном виде;

фиг. 2B - поперечный разрез, упрощенный для иллюстрации лишь основных элементов структуры, представленной на фиг. 2A, сделанный вдоль прерывистой линии;

фиг. 3A и 3C - частичный вид сверху матрицы микрокапсул согласно изобретению с использованием первого способа формирования стенок на двух различных стадиях изготовления;

фиг. 3B и 3D - поперечные разрезы структуры, относящиеся, соответственно, к фиг. 3A и 3C;

фиг. 3E - тот же поперечный разрез для альтернативного способа формирования электрических контактов;

фиг. 4A - частичный вид сверху матрицы микрокапсул согласно изобретению с использованием второго способа формирования стенок и согласно этапу, на котором были созданы мембраны, которые образуют детекторы;

фиг. 4B - поперечный разрез структуры, представленной на фиг. 4A;

фиг. 4C - частичный вид сверху матрицы микрокапсул согласно изобретению с использованием конкретного способа введения опорных рычагов в электрических целях согласно этапу, на котором были созданы мембраны, которые образуют детекторы;

фиг. 5A - частичный вид сверху матрицы микрокапсул согласно изобретению с использованием предпочтительного способа формирования верхних частей стенок и покрытий микрокапсул на различных стадиях изготовления;

фиг. 5B и 5C - поперечные разрезы структуры, представленной на фиг. 5A, взятые вдоль линии на двух различных стадиях формирования упомянутых структур;

фиг. 6A - частичный вид сверху матрицы микрокапсул согласно изобретению с использованием альтернативного благоприятного способа формирования верхних частей стенок и покрытий микрокапсул на различных стадиях изготовления;

фиг. 6B-6D - поперечные разрезы структуры, представленной на фиг. 6A, на трех различных стадиях формирования упомянутых структур;

фиг. 7 - диаграмму, показывающую двойную чувствительность детектора согласно изобретению, имеющего две предпочтительные длины волн.

Чтобы сделать чертежи понятными, на видах сверху в иллюстративных целях обозначены границы только тех сложенных слоев, которые необходимы для достижения достаточного понимания соответствующего текста. Поперечные разрезы также подробно описаны только по мере необходимости также лишь в иллюстративных целях, и должно быть понятно, что различные материалы могут предполагать наличие форм или деталей, отличных от форм или деталей, которые не выходят за пределы объема изобретения.

Следует также отметить, что термин «один слой» можно рассматривать как «один или несколько слоев» в зависимости от того, какая из технологий требуется для данной конструктивной детали, без того, чтобы указанный принцип был существенно изменен или расширен. Это также относится к разработкам, которые указаны для разъяснения различных конкретных вариантов воплощения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 2A схематически показывает конструкцию согласно изобретению в форме, свободной от функциональных элементов, которые используются для прокладки электрических проводов, откачки и герметизации микроучастков. Эти элементы следующие:

исходная подложка 1, на которой сформированы все структуры;

чувствительные мембраны 2 детекторов в схеме с шагом трансляции p, которые опираются на соответствующие опорные рычаги 6, проходящие настолько, насколько проходят периферийные стенки 4, в которые они вставлены;

стенки, или боковые стенки 4, образованные вышележащими частями 4A и 4B;

верхние покрытия или окна 5.

Фиг. 2B дополняет описание с точки зрения установки опорных рычагов 6 мембран 2. Крепежные структуры в их традиционной форме, схематически показанные на фиг. 1A и 1B, теперь исключены, а рычаги 6 проходят настолько, насколько проходит стык между двумя частями 4A и 4B стенок 4, которые действуют как крепежные структуры, образованные по оси симметрии между чувствительными участками, как это бывает в случае известных технологий, обладающих максимальной производительностью. Это приводит к существенному усилению теплового сопротивления и, следовательно, к повышенной чувствительности детектора по сравнению с технологией, описанной в документе FR 2822541. Аналогично, устранение опорной поверхности крепежных структур 3, показанных на фиг. 1A, и связанных с ними разделенных пространств приводит к значительному повышению коэффициента заполнения поверхности. Такая компоновка становится почти эквивалентной (помимо опорной поверхности стенок) стандартным устройствам, которые не имеют микрокапсул, но успешно оборудованы соединениями и точками крепления, каждая из которых разделена на два или даже четыре участка детектирования таким образом, что специалистам в данной области техники это ясно.

Один отчетливый результат структуры детектора согласно изобретению состоит в том, что становится возможным конструировать тепловые детекторы, имеющие шаг матрицы примерно 25 мкм или даже вплоть до применяемого физического предела для длинноволнового инфракрасного излучения, составляющего примерно 15 мкм, при пренебрежимо малых потерях чувствительности по сравнению со структурами, создаваемыми с использованием известной технологии, но без микрокапсул, т.е. без структур, которые приходится интегрировать в систему с использованием стандартных технологий, со всеми присущими им ограничениями, особенно экономическими ограничениями, как было описано во вводной части. Что еще важно, остаточные потери, связанные с опорной поверхностью стенок, могут быть практически исключены, как разъясняется ниже.

Один вариант воплощения этого детектора с использованием первого предпочтительного, неограничивающего способа формирования стенок разъясняется ниже со ссылкой на фиг. 2A и 3B.

Процесс начинается с осаждения и создания путем травления отражающего металлического слоя 11, например, слоя на основе титана и/или алюминия на поверхности подложки 1. Эту подложку пассивируют известным образом, причем упомянутую подложку пассивируют путем создания нескольких диэлектрических слоев 7, что хорошо известно в данной области. Пассивация имеет локализованные отверстия, направленные к металлическим контактным столбикам 10, сконструированным для обеспечения электрического доступа к чувствительным мембранам 2. Отражающий слой 11 сконструирован для образования нижней части четвертьволновой пластины, которую обычно используют в этой области. В качестве преимущества этот уже предложенный слой 11 полностью или частично состоит из поглотительного элемента, который в основном применяют при наличии требования по поддержанию низкого давления внутри капсулы сразу после их окончательного формирования.

Продолжение процесса состоит в применении выравнивающего слоя 12, как правило, органического слоя, такого как полиимид, обладающего конечной толщиной примерно 2 мкм на уровне центральной части чувствительных элементов.

Осаждают первый слой диэлектрического материала 13, обычно составляющий менее 0,1 мкм в толщину, изготовленный, например, из оксида кремния или нитрида кремния, а затем осаждают слой алюминия или аморфного кремния 14, который составляет приблизительно 0,1-0,2 мкм в толщину, а затем путем травления формируют сеть канавок 8, ширина которых составляет приблизительно 0,5 мкм. Это травление продолжается анизотропным травлением слоя 12 для обнажения изображений 10 и пассивацией поверхности подложки. В этом варианте воплощения ширина канавок бывает на 0,5 мкм шире, например, вблизи изображений 10. Диэлектрический слой или эластичный слой аморфного кремния 15, толщина которого составляет 0,5-1 мкм, затем осаждают в этих канавках и на поверхности слоя 14 путем использования технологий, известных в данной области. Толщина слоя 15 такова, что узкие части канавок заполняются полностью, а в их более широких частях остается незасоренное отверстие 0,5-1 мкм.

Далее описание представлено со ссылками на фиг. 3C и 3D.

Слой 15 затем подвергают анизотропному травлению для обнажения слоя 14, а также дна расширенных частей канавок, которые расширяются вдоль поверхности вставленных в них контактов 10. Узкие части канавок остаются заполненными по всей длине, а вертикальный профиль суженных частей остается покрытым слоем 15. Полости, образованные суженными частями канавок, затем металлизируют с использованием технологий, которые известны в микроэлектронике, и обычно для этого применяют вольфрам или силицид вольфрама с помощью химического осаждения из паровой фазы (Chemical Vapour Deposition, CVD), или путем электрохимического осаждения, которое касается, например, меди. Путем этой металлизации 16 заполняют остаточные вертикальные полости и покрывают слой 14, который затем обнажают, протравливая металлизацию 16 без маски. Оставляют нетронутыми только вертикальные элементы этого слоя 16, как видно на фиг. 3D. Слой 14 затем также везде удаляют путем травление без маски для селективного обнажения слоя 13.

Слой 14 играет незначительную роль в качестве твердой маски для травления канавок, а также действует как протравленный запирающий слой для облегчения удаления металлизации 16, без повреждения слоя 13. Однако, при использовании высокоселективных технологий можно обойтись и без использования этого слоя 14. Специалисты в данной области техники осведомлены о технологиях, подходящих для травления слоя 14, в зависимости от того, сделан ли этот слой из алюминия или кремния, как предполагалось ранее.

На этой стадии формируют нижние части 4A стенок 4, а также элементы, которые позволяют осуществлять электрическое соединение с активными структурами мембран.

Способ продолжают выполнять путем формирования структур, характерных для мембраны 2, и это приводит к появлению объекта, показанного в упрощенном виде на фиг. 4A и 4B.

На фиг. 4B предполагается полное выравнивание слоев 16 и 14 на предыдущих этапах в соответствии с комплектом, описанным применительно к фиг. 3D. На этой стадии является уместным, например, осаждать металлический слой 17 на слой 13, а затем наносить второй диэлектрический слой 18, который по существу идентичен слою 13, для расположения материала для опорных рычагов 6 в известной конфигурации. Слой 17, изготовленный, например, из нитрида титана, который спроектирован для обеспечения неразрывности электроцепи, по меньшей мере, между двумя рычагами на мембрану, формируют неразрывно с вертикальной металлизацией 16, описанной выше, как показано на виде сверху на фиг. 3C.

Неразрывность электрической цепи между рычагами с контактами 10 может быть достигнута в соответствии с вариантом, предложенным на фиг. 3E (на которой для простоты не показан слой 17). В этом конкретном варианте воплощения полезно размещать слой 17 последовательно между слоями 13 и 14. В ходе операций, описанных выше, для травления слоев 16 и 14 и обнажения слоя 17 кромку 19 оставляют в непосредственной близости от вертикальных элементов 16. При использовании этого варианта неразрывность электрической цепи достигается более традиционным способом.

Здесь нет необходимости в предоставлении подробного описания того, как формируется мембрана 2, или, в частности, в описании осаждения и формирования одного или нескольких термочувствительны