JPH0227228A - 熱画像作成装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱画像作成装置に関し、特に赤外線に応答する
パイロ電気性検知要素のパイロ電気性アレイを具備した
熱画像作成装置に関する。

既存の熱画像作成装置の性能を制限する主な要因は隣接
検知要素間および各検知要素と支持および呼びかけ構造
との間の熱伝導である。

英国特許出願第２１６３５９６Ａ号には、一方の主表面
上に共通電極を、そして他方の主表面上に信号電極構造
を担持したチタン酸ジルコン酸鉛（ＬＺＴ）の強誘電体
スラブよりなる熱画像作成装置が開示されている。その
信号電極構造は電気的導体によって回路基板の電極に接
続されている。隣接導体間の横方向の熱伝導は、熱的絶
縁材よりなる各ピラーの穴に各導体を入れ込むことによ
って軽減される。それらのピラーは強誘電体スラブを支
持する。

しかし、このような装置には、それを作成するためにセ
ラミックを作成し、そしてそれに続いてＬＺＴスラブを
機械加工しなければならず、そのあめの工程は、ＬＺＴ
が脆弱であるために、本質的に遅くかつ困難なプロセス
であるという難点がある。

さらに、隣接パイロ電気性検知要素間に相当な熱的クロ
ストークが生じる。

本発明のひとつの目的は検知要素からの熱伝送が少ない
構造を有する熱画像作成装置を提供することである。

本発明の他の目的はパイロ電気性物質の薄膜を用いて検
知要素間の熱伝導を小さくすることである。

本発明の他の目的は簡単に作成しうる形式の熱画像作成
装置を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、熱的に絶縁性の誘電体層
と、この誘電体層によって担持され、それぞれパイロ電
気性物質の領域とその領域の互に逆方向を向いた面上に
担持された第１および第２の電極を具備した個別パイロ
電気性検知要素のアレイと、前記検知要素と信号処理手
段との間で電気信号を転送するための手段を具備した熱
画像作成装置が提供される。

この装置におけるパイロ電気性物質は木質的にパイロ電
気性である物質か、あるいは（例えば強誘電体物質に適
当な極性をつけることにより）パイロ電気特性が誘起さ
れる物質よりなりうる。

パイロ電気性物質の領域は薄膜の形態をなしているのが
好ましい。

パイロ電気性物質の領域は誘電体層とは識別されうる。

このような場合には、誘電体層はポリミド、酸化ケイ素
またはオキシニトリド膜あるいはそれらの組合せである
。

あるいはそれに代えて、誘電体層はパイロ電気性物質で
作成されてもよく、その場合には、前記パイロ電気性物
質の領域がそれぞれ誘電体層の一部分を形成し、アレイ
の要素は第１および第２の電極の位置によって画成され
る。

従って、誘電体層に付着されなければならない個別のパ
イロ電気性領域の必要性が除去される。

本発明による熱画像作成装置に使用するのに適したパイ
ロ電気性物質としては、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）のようなパイロ電気性重合体、あるいはフッ化ビニ
リデン／トリフルオロエチレンＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）
のようなそれの共重合体がある。他の適当なパイロ電気
性物質としては、種々の強誘電体液晶重合体や、例えば
スパッタリングあるいは金属有機化学蒸気沈積（ＭＯＣ
ＶＤ）によって作成された薄膜セラミックスがある。こ
のようなセラミック材料の例としては、ジルコン酸チタ
ン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛（
ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯｓ）およびチタン酸
バリウム（ＢａＴｉ０３）がある。

パイロ電気性物質が有機物質である場合には、上記の領
域は厚さが５ミクロン以下であることが好ましい。パイ
ロ電気性物質が無機物質である場合には、上記の領域は
厚さが１５ミクロン以下であることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、支持層を形成し、この支
持層上に第１の導電性層を形成し、薄膜沈積技術により
前記第１の導電性層上にパイロ電気性層を形成し、前記
パイロ電気性層上に第２の導電性層を形成し、前記第１
および第２の導電性層とパイロ電気性層から個別のパイ
ロ電気性検知要素を画定し、そして各検知要素から信号
処理手段への電気的接続を形成することよりなる熱画像
作成装置を作成する方法が提供される。

支持層は基板上に形成された誘電体層でありうるが、そ
の場合には、この方法は誘電体層に対する支持構造を形
成するために基板の一部分をエツチング除去する工程を
含む。あるいはそれに代えて、支持層は基板であっても
よく、その場合には、この方法はその基板の少なくとも
一部分をエツチング除去する工程を含む。

このような薄膜沈積を用いることによって、熱画像作成
装置を作成する技術がより簡単でかつより安価になされ
、そして脆弱なセラミックを機械加工する必要がなくな
るので、より高い歩留りが実現されることが判るであろ
う。

さらに、本発明による装置では、各検知要素の熱的質量
が減少され、これによりヒステレシス効果が軽減される
。検知要素間の熱的クロストークも軽減される。

本発明による熱画像作成装置の一例についてその装置を
作成する方法とともに図面を参照して説明しよう。

第１図に示された実施例では、ケイ素リングまたはフレ
ーム１がひとつの面上に連続金電極３を有するポリミド
膜２を支持している。その金電極上には不連続のパイロ
電気性要素４が形成され、またこのパイロ電気性要素４
上にはそれぞれの金電極が形成されでいる。導電性であ
るが熱的には絶縁性のピラー６が、パイロ電気性要素４
がらの出力を処理するようになされた集積回路７に対す
る入力に形成されている。絶縁ピラーは要素４上の全表
面にも付着されている。

第２図および第３図に示された本発明による熱画像形成
装置は次の工程を含む。

１、ケイ素ウェハー２１に二酸化ケイ素２２ａ１２２ｂ
が被覆され（例えば熱酸化によって）、そしてウェハ〜
の背面側だけにまたは両側に膜を形成されるべき部分の
二酸化ケイ素がエツチング除去され。

２、ウェハーにしよもうの厚さだけポリミド先駆体がス
ピンコードされ（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｅｃｌ）、そして
それをクロスリンク（硬化）させ、それによりポリミド
の薄膜２３（例えば６００ｎｍの厚さの）を形成するた
めに熱処理される。

３．金の薄い層２４が熱蒸着によっであるいはスパッタ
リングによってポリミド」二に沈積される。

この層は、横方向の熱伝導を軽減するが電気的導伝は維
持するパターンを形成するようにエツチングされうる。

４、薄膜状の、すなわち厚さ２０ミクロンまでのパイロ
電気性層２５が、その特定の物質に適した方法によって
金層上に沈積される。適当な方法の例としては、ポリマ
ー系の物質に対してはスピンコーティング、セラミック
系の物質に対してはスパッタリングまたはＭＯＣＶＤ、
あるいはラングミュア・プロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉ
ｒ　Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜に対しては公知のり、Ｂ、浸
漬技術によるラングミュア・プロジェット単層沈積であ
る。パイロ電気性層がスピンコーティングされたポリマ
ーである場合には、その層は通常厚さが１ミクロンであ
り、かつ例えばコロナ・ポーリング（Ｃｏｒｏｎａ　ｐ
ｏｌｉｎｇ）のような標準的な技術によってパイロ電気
性となされるであろう。

５、金の第２の層２６（例えば３０ｎｍの厚さの）がパ
イロ電気性層の頂部にそれを被覆するために沈積される
（第２図参照）。この層の厚みは要件に従って選択され
かつ形成されうる。すなわち、ソルダ・バンプ・ボンデ
ィング（ｓｏｌｄｅｒ−ｂｕｍｐｂｏｎｄｉｎｇ）を用
いると厚い膜（例えば１ミクロン）を必要とし、薄い層
（３０ｎｍ）はそれより熱質量が小さく、ノンソルダー
・バンプ技術 （ｎｏｎ−ｓｏｌｄｅｒ　ｂｕｍｐ　ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ）　（例えば熱圧縮ボンディングまたは導電性接着
剤インク）とともに用いられる場合にはより迅速な熱的
レスポンスを与える。頂部の金層とその下のパイロ電気
性層はそれぞれ金電極２８を有する離散したパイロ電気
性要素２７を形成するためにエツチング除去される。

このエツチングは物質に適したプラズマ技術またはウェ
ット技術あるいはそれらの組合せによって行なわれうる
。

７、ケイ素ウェハーはパイロ電気性メサのアレイを支持
したポリミド（またはポリミド／ＳｉＯ□）だけを残す
ように異方性エツチングを用いてバックエッチされる（
第３図参照）。

８、全体の装置が基板上で反転され、その基板」二には
熱的絶縁性ピラーの相補性マトリックスが形成されてお
り、それらのピラーはそれぞれチャージ測定回路に接続
されている。個々の要素はそれぞれ、熱伝導を軽減する
ような態様でパターン化されうるひとつの共通の供用さ
れる電気的接続を除いて、隣接するものから熱的および
電気的に隔離されたひとつのピクセルを形成する。

検知器アレイに赤外線吸収層を有することが有利である
。吸収層はパイロ電気性層２５の沈積前に金層２４を部
分的に酸化させることにより、またはパイロ電気性層に
適当な赤外線吸収性染料をドープすることにより、ある
いはブラックゴールドまたはブラックプラチナ（部分的
に酸化された金またはプラチナ）の層をパイロ電気性要
素２７から遠隔の表面３１上のポリミド膜２３上に沈積
させることによって得ることができる。

あるいは、ビー・エイ・シルバーブ（Ｐ、Ａ。

Ｓｉｌｂｅｒｇ）による［三層膜の赤外線吸収Ｊ　　（
Ｊ、　ｏｐｔ。

Ｓｏｃ、　Ａｍ、、　４７．５７５（１９５７））　ｌ
：開示されているような金属・誘電体・金属サンドイッ
チ構造を与えるようにピクセルが形成されうる。その場
合、主たる要件は、反射性の下方金属電極（すなわち金
属膜）と、３７７オームまたはその程度のシート抵抗率
を有する上方金属電極（例えばＮｉＣｒ薄膜）を具備し
、ピクセルが入射赤外線に干渉効果を誘起するような寸
法となされていることである。

導電性で熱的絶縁性のピラー２９は側部に導電性トラッ
クを担持したポリマー・ピラー、あるいは例えばそのト
ラックに対する長く薄く狭い導電体のような熱的絶縁領
域よりなりうる。これらのピラーはパイロ電気性要素２
９の表面上に金電極を付着させるために上面に低融点半
田を被覆されうる。

支持部材を形成するためにポリミド膜を用いる代りに、
ケイ素基板２１上に二酸化ケイ素（５１０２）、窒化ケ
イ素（ｓｉｓＮ４）あるいはケイ素オキシニトライド膜
が形成されうる。一連の処理工程は前述と同様に行なわ
れる。あるいは、複合のポリミド・二酸化、窒化または
オキシニトリド・ケイ素膜を用いてもよい。

例示のために上述した特定の装置では、パイロ電気性メ
サのアレイがポリミド部材上に支持されたが、その支持
部材自体がＰ　（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）のようなパイロ電
気性物質で作成されている場合には他の構成が用いられ
得ることが理解されるであろう。

このような装置では、基板１は一般にパイロ電気性物質
を直接被覆されるであろうが、その基板はパイロ電気性
物質を残すように続いてエツチング除去される。パイロ
電気性検知要素アレイのための相互に接続された電極２
４を構成している導電性層がパイロ電気性層の露呈面上
に形成され、パイロ電気性層の他の表面上には相互に接
続された電極と離散した電極のパターンが形成され、離
散したパイロ電気性検知要素のアレイを形成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱画像作成装置の概略断面図、第２図および第
３図は第１図に示された熱画像作成装置を作成する方法
におけるふたつの段階を示す図である。 図面において、１は基板、２はポリミド膜、３は金電極
、４はパイロ電気性要素、６はビラ＝７は集積回路、２
１はケイ素つエノへ−１２２ａ、２２ｂは二酸化ケイ素
、２３はポリミド層、２４は金層、２５はパイロ電気性
層をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱的に絶縁性の誘電体層と、この誘電体層によって
   担持され、それぞれパイロ電気性物質の領域とその領域
   の互に逆方向を向いた面上に担持された第１および第２
   の電極を具備した個別パイロ電気性検知要素のアレイと
   、前記検知要素と信号処理手段との間で電気信号を転送
   するための手段を具備した熱画像作成装置。 ２、前記領域が薄膜である請求項１の装置。 ３、前記領域が有機物質で作成され、かつ厚みが５ミク
   ロン以下である請求項２の装置。４、前記領域がパイロ
   電気性ポリマーで形成されている請求項１〜３の装置。 ５、前記ポリマーがフッ化ポリビニリデンである請求項
   ４の装置。 ６、前記領域が薄膜沈積技術で生成された無機物質で形
   成され、厚みが１５ミクロン以下である請求項１２の装
   置。 ７、パイロ電気性物質の各領域が誘電体領域から識別し
   うる請求項１〜６の装置。 ８、誘電体層がそれの縁端部で支持されている請求項７
   の装置。 ９、誘電体層がポリミド、酸化ケイ素またはオキシニト
   リド膜またはそれらの組合せよりなる請求項７または請
   求項８の装置。 １０、誘電体層がパイロ電気性物質で形成され、前記パ
   イロ電気性物質の領域が誘電体層の一部分を形成し、前
   記アレイの要素は第１および第２の電極の位置によって
   画定される請求項１〜６の装置。 １１、前記電気信号を転送する手段がそれぞれ検知要素
   と信号処理手段との間に電気的通路を与える作用をする
   複数のピラーよりなり、各ピラーは前記層を支持する作
   用をする請求項１〜１０の装置。 １２、前記第１および第２の電極のうちのひとつが前記
   アレイのすべての検知要素を電気的に接続する連続電極
   の一部分を形成する請求項１〜１１の装置。 １３、各検知要素がそれによって吸収される赤外線の量
   を増加するように作用する赤外線吸収体を具備している
   請求項１〜１２の装置。 １４、前記吸収体が前記誘電体層上に担持された赤外線
   吸収層である請求項１３の装置。１５、各検知要素が入
   射赤外線に干渉効果を生じて赤外線の吸収を増大させる
   ように構成されかつそのような寸法となされている請求
   項１３の装置。 １６、支持層を形成し、この支持層上に第１の導電性層
   を形成し、薄膜沈積技術により前記第１の導電性層上に
   パイロ電気性層を形成し、前記パイロ電気性層上に第２
   の導電性層を形成し、前記第１および第２の導電性層と
   パイロ電気性層から個別のパイロ電気性検知要素を画定
   し、そして各検知要素から信号処理手段への電気的接続
   を形成することよりなる熱画像作成装置を作成する方法
   。 １７、前記パイロ電気性層がパイロ電気性ポリマーで形
   成され、かつ前記沈積技術がスピンコーティング方法で
   ある請求項１６の方法。 １８、前記パイロ電気性層がセラミック材料で形成され
   、前記沈積技術がスパッタリングである請求項１６の方
   法。 １９、前記パイロ電気性層がセラミック材料で作成され
   、そして沈積技術が金属・有機セラミック材料で形成さ
   れ、沈積技術は金属・有機化学蒸気沈積である請求項１
   ６の方法。２０、前記パイロ電気性層がラングミュア・
   プロジェット膜で作成された請求項１６の方法。 ２１、前記支持層はケイ素基板上に誘電体層が形成され
   、誘電体層に対する支持構造を形成するために基板の部
   分をエッチング除去する工程を含む請求項１６〜２０に
   よる方法。２２、支持層が基板であり、基板の少なくと
   もエッチング除去することを含む第６項〜２０の方法。