SE466571B - Termisk detektoruppsaettning omfattande diskreta termiska detektorelement - Google Patents

Description

3ol 35 466 571 2 sig ett fundamentalt fysikaliskt begränsande brus, som bestäm- mes av den termiska ledningsförmâgan hos strukturen samt effektiviteten för strålningens insamling och absorption i bildpunkten. Denna begränsande brusfaktor, betecknad gränsvär- det för termiskt fluktuationsbrus. ges av följande uttryck.

Termiskt fluktuationsbrus i ekvivalent effekt (N.E.P.) = l 2 n där GH är den totala termiska konduktansen för ett element i uppsättningen, n är effektiviteten i strålningsinsamling och absorption i bildelementarean, K är Boltzmannkonstanten och T är absoluta temperaturen.

Det kan vidare visas att det elektriska bidraget till det ter- miska fluktuationsbrusets ekvivalenta effekt är proportionell mot YH/n där YH är den termiska admittansen för ett element i upp- sättningen. varav en del är jwCH. där w är anordningens fungerande vinkelfrekvens och CH är elementets termiska kapacitans. Detta uttryck implicerar att små tjocklekar för detektorelementen erfordras, så att WCH är mindre än eller lika med den termiska konduktansen. real- delen av YH, i det fungerande frekvensintervallet. I prakti- ken erfordras totala termiska konduktansvärden om mindre än 0.2 w.au_2 Kfä. med effektiviteter för strälningsinsamling och absorption som närmar sig ett, för elementsteg vid eller under l00u och elementtjocklekar om mindre än l5n (mindre än Bu föredrages) för att tillse att begränsningen genom termiskt fluktuationsbrus fortfarande ger en användbar anord- ningsfunktion. för operationsfrekvenser inom intervallet 10 till 50 Hz. För andra frekvenser varierar den föredragna tjockleken omvänt med frekvensen.

En pyroelektrisk detektor, som uppvisar förbättrade egenskaper 10 15 20 25 30 35 466 571 beträffande brusekvivalent effekt beskrives i brittiska patentansökan GB 2 100 058 (1982). Som anges däri, är ett termiskt detektionselement monterat invid en absorbator med större area och är eftergivligt uppburet på ett eller flera böjliga skikt. Elektrisk anslutning âstadkommes genom ledare. som sträcker sig sidlänges på skiktens inre ytor. Ehuru denna konstruktion kan utsträckas i längdriktningen i form av en endimensionell uppsättning hindrar behovet av sidlänges ut- sträckning enligt ovan allmänt sätt en uppbyggnad i tvådimen- sionell form med liten steglängd. I En tvådimensionell integrerad detektoruppsättnlng beskrlves i amerikanska patentskriften 4 162 420 (1979). Vid denna anord- ning är emellertid elementen orutade. Detektorplanet är lagt på avstånd från men är elektriskt anslutet till på kisel upp- byggda utläsningskretsar medelst en serie metallstavar (l0u i fyrkant och 25u i längd). Användning av metalliska mate- rial i denna form, tillsammans med avsaknad av rutmönster, medför en anordning som ger relativt dålig termisk isolering samt termisk överhörning mellan varandra intilliggande element.

Det har sålunda hittills varit problem att åstadkomma stora tvådimensionella detektoruppsättningar i integrerad form med fin steglängd i form av uppsättningar som har tillfredsstäl- lande termisk isolering och låg överhörning.

Uppfinningen Föreliggande uppfinning är avsedd att åstadkomma detektor- strukturer jämte motsvarande metoder för lämplig tillverkning av stora tvàdimensionella termiska detektoruppsättningar, där en hög grad av termisk isolering (låg GH) kombineras med hög strâlningsinsamlings- och absorptionseffektivitet.

I enlighet med uppfinningen åstadkommes en termisk detektorupp- sättning, omfattande diskreta termiska detektorelement, anordnade i en tvådimensionell uppsättning, där varje element är uppburet på ena sidan av ett skikt av eftergivligt material med låg termisk konduktivitet, vilket även tjänar till att hålla elementen på 10 15 20 25 30 35 466 571 avstånd från varandra, och en mot elementen inåtvänd sida av detta skikt uppbär en gemensam elektrodstruktur. som står 1 kontakt med varje element och ger"sammankopp1ingar mellan dem medelst elektriskt ledande banor med hög termisk resistans, varvid varje element har en elementelektrod som står i kontakt med en inâtvänd yta på elementet, och varje elementelektrod är an- sluten medelst ett föreningselement till en ingângskrets på ett halvledarsubstrat, så att föreningselementen tjänar till att uppbära skiktet i förhållande till substratet och varje element har en stralningsabsorbator samverkande därmed.

Föreningselementen kan ha lag termisk ledningsförmåga. De kan vara placerade i läge mellan resp. element och substratet.

Alternativt kan föreningselementen vara anordnade invid sidor- na till resp. element, sträckta direkt mellan substratet och skiktet.

Sätt för tillverkning av nämnda detektorer âstadkommes också enligt uppfinningen. Dylika strukturer kan tillverkas genom att behandla bulkskikt av detektormaterial eller tillverkas 'genom tunnfilmstekniker.

Dessa förbättrade strukturer och metoder är lämpliga för dielektriska bolometer- och pyroelektriska detektoruppsättnin- gar, som utnyttjar enkristall- eller keramiska ferroelektriska oxidmaterial såsom: barium-strontium-titanat, bly-magnesium- -niobat. bly-skandium-tantalat. bly-järn-niobat bly-jårn- -tungstat, och bly-zirkonat/bly-järn-niobat.

Den fullständiga fysiska separationen mellan detektorelementen av det termiska detektormaterialet i uppsättningen tillförsäk- rar lag termisk ledningsförmaga och låg termisk överhörning mellan elementen.

Bärarskiktet är företrädesvis av polymermaterial. Polymermate- rial är lämpligast för bärskiktet. liksom också för andra komponenter som innefattar en mekanisk länk- eller bârfunktion men som även erfordrar låg termisk konduktans. Polymermate- 10 15 20 25 30 35 s 466 571 rial. som i allmänhet är isolerande material med komplex molekylstruktur, ofta anordnade att ge en amorf snarare än kristallin struktur. ger lägsta termiska konduktivitetsvärden vid normala temperaturer av alla klasser av fastkroppar, såsom framgår av nedanstående tabell: Termiskt konduktivitetsintervall 1 1 Klass av material (typiskt) W.M_ . K- metaller 10-400 halvledare 1-200 kristallina oorganiska fast- 2-200 kroppar amorfa oorganiska fastkroppar 0,8-2,0 organiska polymerer 0,1-0,4 En föredragen polymer materialklass för bärskiktet är poly- imid-familjen av högtemperaturpolymerer. Exempel kan återfin- nas bland sâdana som hittills blivit i hög grad utvecklade som passiverings- och inter-skikts dielektriska beläggningar för pâläggning på integrerade kretsar av kisel. Ett särskilt exem- pel på ett polyimidmaterial, som därvid visats lyckosamt är den polyimid. benämnd 'PIQ', som tillverkas Hitachi. Använd- ningen av ett bärfilmsmaterial av polyimid. som är stark och böjlig med hög glasövergångstenperatur och god vidhäftning till metall- och oxidytor. är helt kompatibel ned ovan nämnda ferroelektriska material och med lödfastsättning av typ _ _ 'flip-chip', en metod som föredrages för föreliggande ändamål.

Polyimidfilmer pâlägges genom rotationsbeläggning och värmebe- handlas typiskt mellan 300 och 350°C. Beläggningstjocklekar inom intervallet approximativt 0,2 till Zu är löjliga, ehuru submikron-beläggningar föredrages. Skillnaden i termiska expansionskoefficienter mellan polyimidfilmen och de ferro- elektriska oxidmaterial som bildar detektorelenenten (~50 ppm.K'1 eller svag positiv spänning efter nedkylningen från värnebehand- 10 15 20 25 30 35 466 571 a lingssteget. Detta håller filmen spänd efter rutbildningen och resulterar i låg mikrofoni. Andra möjliga polymermaterial för användning som bärfilmer innefattar polyamider och polyureta- ner (inklusive ultraviolett-härdande typer) och polymerer på- lagda från ângfas (t.ex. parylen).

Användningen av en helt och hållet diskret elementstruktur, monterad på ett bärskikt av polymer, som står under svag spän- ning, tillförsäkrar mycket låg mikrofoni. En viss grad av piezoelektrisk aktivitet är inbyggd 1 både pyroelektriska och dielektriska bolometermaterial under inflytande av det pålagda förspänningsfältet, och detektorkonstruktionerna måste göras så att denna oönskade avkänning minimeras.

Den tidigare nämnda strålningsabsorberande strukturen kan bil- das av en tunn motståndsmetallfilm med en impedans, avpassad till impedansen för fria rymden (377 QIO), som även kan fun- gera som den gemensamma elektroden. En dylik film kommer att absorbera 50 % av infallande bredbandsstrålning. Antireflek- tionsbeläggningar kan tilläggas för att öka absorptionseffek- tiviteten över ett mera begränsat våglängdsband. Aven här kan användning av ett aktivt elektrodskikt av reflektivt metall- element användas på motsatta sidan av detektorelementet. till- sammans med kunskap om de infraröd-optiska egenskaperna för materialen i strukturen och styrning av tjockleken hos detektorelementet. för att ytterligare öka absorptionseffekti- viteten i det band som är av intresse. Effektiviteter om 0,6 till 0.8 i infrarödbandet 8-l4u kan uppnås för sådana fler- skiktsstrukturer. Emellertid omfattar föredragna absorbator- skiktsstrukturer ett metalliskt svart, såsom platinasvart, som ger en absorptionseffektivitet nära ett vid en struktur med mycket låg termisk massa.

Ehuru absorbatorerna kan ha en area som är lika stor som respektive detektorelement. kan absorbator- och detektorareor- na i rutade eller nätformiga detektoruppsättningsstrukturer varieras oberoende. Den oberoende naturen av dessa båda struk- turer kan faktiskt utnyttjas för att uppnå hög strålningsin- 10 15 20 25 30 35 7 466 571 samlings- och absorptonseffektivitet, i kombination med hög grad av termisk isolation för detektorelementen.

Föredragna elektrodmaterial. särskilt för sammanbindningsbanor mellan elementen och för elementfästningarna. innefattar metaller, metallegeringar, keramiska metaller och amorfa metallegeringar som har hög termisk resistivitet, uppvisar god vidhäftning vid de andra materialen i strukturen och kan mönstras för att ge smala banor. Exempel innefattar anodiserad krom och nickel-krom-legerade metallfilmer. krom-kiseldioxid- -keramiska metallfilmer och nickel-indium-amorfa metallfilmer.

Dylika filmer. som erfordras med låg tjocklek (t.ex. 10-30um) och smal bredd (t.ex. 2-l0um) kan pâläggas genom en mångfald termiska päläggningsmetoder, inklusive glödtrâds- och elektronstråleföràngning eller genom katod- förstoftning. Katodförstoftningsmetoder och särskilt magne- tron-sputtring, föredrages. En elektrod omfattande en av ovan- nämnda metaller med en överbeläggning av en inert metall med hög elektrisk ledningsförmâga, såsom guld, erfordras i regel för pâläggning av metallsvart, såsom platinasvart. Den inerta, högledande metallen kan borttagas från sammanbindningsbanorna mellan elementen efter svärtpåläggningen för att eliminera den därav alstrade termiska kortslutningen. öppningar eller 'via-hål' upptagna i polymerbärfilmen över elementen är lämp- liga för att tillförsäkra god termisk kontakt mellan absorba- torn och detektorelementet. Om en absorbatorstruktur av tunn- film och impedansanpassad utnyttjas. kan polymerbärfilmen även tjäna som antireflexbeläggning för absorbatorn.

Kort figurbeskrivninq I tillhörande figurer visas följande: Pig. 1 visar ett exempel på en tvärsnittsvy genom en termisk integrerad detektoruppsättning i form av ett utföringsexempel av föreliggande uppfinning.

Pig. 2 är en detaljerad tvärsnittsvy av en bildelementkompo- 10 15 20 25 30 35 466 57.1 a nent i uppsättningen i fig. 1, utvisande i detalj strukturen för dess föreningselement.

Fig. 3 visar ett exempel pâ en tvärsnittsvy genom en integre- rad termisk detektoruppsättning, i form av ett alternativt utföringsexempel av föreliggande uppfinning.

Pig. 4 och 5 visar i tvärsnitt resp. planvy en del av ett föredraget utföringsexempel av den uppsättning som visas i föregående figur .

Fig. 6 och 7 är schematiska tvärsnitt genom de uppsättningar som visas i föregående figurer, visande detaljer med hänsyn till konstruktion och hopsättning för bulkmaterialbehandling.

Fig. 8 och 9 visar schematiska tvärsnittsvyer av en förform och uppsättning, som svarar till tunnfilmsmetoder.

Beskrivning av föredragna utföringsexempel På det att uppfinningen skall bättre förstås kommer nu ut- föringsexempel därav att beskrivas. vilka är icke-begränsande, med särskild hänvisning till de ovan noterade ritningarna.

I fig. l visas en termisk, integrerad detektoruppsättning.

Denna omfattar ett stort antal termiska detektorelement l, vart och ett diskret och anordnat i uppsättningsläge medelst ett eftergivligt bärskikt 3 av material med låg termisk led- ningsförmâga. Det senare ger tillräckligt stöd och mekanisk integritet åt helheten. Vid en inâtvänd yta av skiktet 3 sträcker sig en gemensam elektrodstruktur 5, vilken ger sam- mankoppling mellan element medelst elektriskt ledande länkar 7 > med hög termisk resistans. Den motsatta sidan av varje element l uppbär en enskild elementelektrod 9. Den uppburna element- uppsättningsstrukturen är placerad över ett halvledarsubstrat ll, och föreningselement 13, vilka även ger bärfunktion och elektrisk anslutning, är anordnade mellan varje element l och substratet ll. Dessa ger elektrisk kontinuitet mellan element- V» 10 15 20 25 30 35 9 e 466 571 elektrodnrna 9 och motsvarande ingängsunderlag 15 till samman- kopplade utläsningskretsar, integrerade i halvledarsubstratet ll. Hot varje detektorelement l svarar ett underlag 17 av ter- miskt absorptionsmaterial, anordnat på motsatta ytan till skiktet 3. Termisk kontakt mellan varje element l och absor- batorn 17 är anordnad, med effektiv termisk ledning genom bäraren (skiktet) eller genom metallfyllda hål i bäraren (banan).

Som framgår av fig. 2. har varje föreningselement 13 en sammansatt struktur och är placerat under varje element l.

Därmed kombineras de motstridiga kraven på elektrisk samman- koppling och termisk isolering. Denna sammansatta struktur kan exempelvis åstadkommas genom att anordna en mesa 19 av mate- rial med låg termisk ledningsförmåga, såsom en polymer, omedelbart under detektorn l, och genom att låta en tunn metallbana 21 med hög termisk resistans löpa till överdelen av mesan 19. Den metalliserade polymermesan 19 är sedan fäst och elektriskt ansluten till ingângsunderlaget 15 på utläsnings- substratet ll medelst exempelvis anordnande av ett lödförband 23 och ytmetallisering 25, 27. Denna struktur kan även an- vändas i en omvänd form, dvs. med lödförbandet 23 invid det termiska detektorelementet l och polymermesan 19 invid utläs- ningssubstratet ll. Emellertid är denna struktur mindre före- dragen, eftersom lödförbandet 23 nu fungerar som en termisk belastning på detektorelementet l och därmed minskar känslig- heten på motsvarande sätt.

En mängd polymermaterial kan väljas för att bilda polymermesan 19. Polyimidmaterial är särskilt lämpliga för den inverterade formen av mesastrukturen. där mesan 19 är placerad på sub- stratet ll. Polyimidmaterial är mindre lämpliga för original- mesastrukturen, eftersom den värmebehandlingscykel som skall till kan orsaka vissa svårigheter vid anordningens process- följd. Användning av en fotoresist Novolac som kan mönstras och sedan flödesbakas för att bilda en mesa 19 med rundad kantprofil för att förenkla efterföljande metallisering före- drages för strukturen i fig. 2. En stabiliseringsbehandling 10 15 20 25 30 35 466 571 10 med strålning (UV, röntgen eller elektronstrâle) eller kemiskt (exempelvis genom nedsänkning i surgjord formaldehydlösning) för att korslänka Novolac-hartset och för att stabilisera mesans dimensioner före metalliseringen och den slutliga löd- förbandsoperationen är önskvärt i detta fall. u» Användningen av en punktfästningsstruktur där fästpunkterna 13 är placerade under varje element l betyder att elementet självt kan utfylla en stor andel av den tillgängliga bild- punktsarean. Det kan visas att en optimerad kompromiss mellan bildpunkternas utfyllnadsfaktor (dvs. strâlningsuppsamlings- effektiviteten) och den termiska överhörningen mellan in- tilliggande element l erhålles, för lika absorbators- 17 och element- l areor, med en kvot mellan element- och gapbredd om 4:1, ekvivalent med en stråluppsamlingseffektivitet om 0,64. användning av en platinasvart kollektor med utsträckt area (se fig. 4) och/eller motsvarande utsträckt area kollektor (XAC) -strukturer kan ge en ytterligare signifikant ökning av kollektionseffektiviteten utan att försämra den termiska isolationen. En insamlings- och absorptionseffektivitet som närmar sig 0.9 kan erhållas genom dylika medel, särskilt för strukturer vid eller under l00u steglängd.

En alternativ uppsättningsstruktur visas i fig. 3. I detta exempel âstadkommes termisk isolering för elementet l från substratet med utläsningskrets (den dominerande värmesänkan i varje struktur) och mellan intilliggande element l samtidigt medelst ett band av polymerbärbana 3 kring varje element l. De enskilda elementen l i denna struktur är mindre än vid den_ 4 punktfästa strukturen (fig. l). och polymerbärbanan 3 mot- svarande längre. De förbindelser 13 som ger de elektriska anslutningarna från elementelektroderna 9 till utläsningskret- ß sarna 15 är placerade på banan 3, och det är ej längre riktigt att bygga in ytterligare termiska barriärstrukturer (mesor) i f förbindelsen 13. såsom gjorts vid den punktfästa strukturen.

Vid denna struktur göres en kompromiss beträffande total ter- misk ledningsförmâga i förhållande till strâlningsuppsamlings- effektiviteten (för det fall då elementet l och absorbatorn 17 10 15 20 25 30 35 11. 466 571 har areor som är likstora), och en optimal elementdiameter är omkring 0,6 av bildpunktsbredden, vilket ger en bildpunktsut- fyllningsfaktor (eller strålningsuppsamlingseffektivitet) om omkring 0,35. De totala termiska ledningsförmâgevärdena för denna polymerinstruktur är signifikant lägre än vid den punkt- fästa strukturen (fig. l) vid en given steglängd och vid prak- tiskt möjliga strukturgeometrier. Detta kan då ge en överläg- sen slutlig funktion för anordningen, med förutsättning att strålningsuppsamlingens effektivitet kan ökas.

Ett föredraget utföringsexempel av den hinnmonterade tvådimen- sionella termiska detektoruppsättningsstrukturen innefattar en platinasvart kollektor 17' med utsträckt area (PB-XAC), såsom visas i fig. 4. En viktig punkt att notera är att denna före- dragna struktur innefattar avskärning av elementens hörn (vil- ket ger oktagonala snarare än kvadratiska element). Detta ökar längden av tunnfilmsmetalliserad bana 29, som kopplar varje elementelektrod 9_till resp. fästanslutning l3~vid utläsnings- kretsen 15, vilket ger ytterligare ökning av den termiska isoleringen, med minimal förlust av absorptionsytan. Denna tunna filmbana 29 löper från elementelektroden 9 över polyme- risoleringen 31 till den punkt där förbindelserna 13 är place- rade. Användningen av fyra jordningselektrodsanslutningar 7 bör också noteras. Ehuru tvâ anslutningar per element 1 plus ytterligare punkter vid änden till varje elementrad är till- räckliga för fullständig jordningsanslutning är en viss redun- dans nyttig vid de minimala bangeometrier som önskas vid dessa strukturer med liten steglängd. Användningen av tre eller fyra jordanslutningar 7>är därför önskvärd. Aven här har utnyttjats lödförbindning av 'flip-chip-typ' som föredragen metod för att utföra anslutningarna 13 mellan uppsättningen och den elektro- niska utläsningskretsen 15. Denna teknik är särskilt lämplig vid den hinnmonterade strukturen. eftersom lödförbindnings- processen ej innefattar något pâlagt mekaniskt tryck (vilket erfordras vid varje fastfasförbindande process. såsom indium- -förbindnin9). Som skulle vara oförenlig med förbindelsernas placering på böjlig polymerfilm. Lödförbindningsprocessen litar istället på den naturliga vätningsverkan för smält löd- 10 15 20 25 30 35 466 571 12 tenn på den vätbara metalliseringen 25, 27 som föreligger på de tvâ komponenter som skall bilda förbindelserna 13. Projek- tionsytförhållandet för lödfogen. med en foghöjd jämförbar med diametern för den med lödtenn vätbara plattan, möjliggör att varje termiskt detektorelement l blir fysiskt avskílt från ut- läsningskretssubstratet ll, under förutsättning att element- tjockleken är mindre än höjden på lödförbandet. Detta krav på foggeometrin är förenligt med behovet av mycket liten element- tjocklek, som tidigare nämnts.

Uppsättningstillverkning Exempel på metoder för att tillverka termiska detektoruppsätt- ningar med de beskrivna strukturerna kommer nu att diskuteras.

Dessa metoder, som visserligen innehåller vissa nya särdrag, är ej nödvändigtvis de enda metoder eller den enda följd av metoder genom vilka dylika uppsättningar kan tillverkas. Meto- der, lämpliga för detektoruppsättningar tillverkade ur ferro- elektriska material i bulk och ur pâlagda tunna ferroelektris- ka skikt kommer att beskrivas. Särskilda särdrag innefattar metoder för selektiv förtunning och elementuppskärning, nya strukturer för att åstadkomma mekanisk uppbärning av uppsätt- ningarna, samt metoder för hybridanordningars justeringar.

Anordningar av förtunnat bulkmaterial Strukturer av tvâdimensionella termiska detektoruppsättningar av punktfästa och på polymerhinnor monterade typer, tillverka- de av förtunnade bulkmaterial, visas i fig. 6 och 7. Dessa J figurer visar kanter på uppsättningsstrukturen liksom delar av själva uppsättningsarean. Kanterna till anordningsstrukturen omfattar en relativt tjock, ouppskuren 'tavelrams'-kant 33 * runt hela detektoruppsättningen. Denna kant ger en tillräck- ligt styv mekanisk bärram för polymerbäraren eller hinnfilmen f 3. Den ger även ett område i uppsättningsstrukturen, som kan göras kontakt med under hopsättning. och ett läge för place- ring av en eller flera rader av lödtennsförbindelse 35 med väsentligt större diameter än lödtennsförbindelserna 23 i 10 15 20 25 30 35 13 466 571 själva uppsättningen. Dessa lagerdiametertennförbindelser 35 föreligger för att automatiskt upprikta hybridanordningsstruk- turen under fogning, särskilt för att upprikta uppsättningen av elementanslutningar 23 med liten diameter mot substratet ll.

En möjlig följd vid tillverkning av anordningar enligt fig. 6 och 7 innefattar orientering, uppskärning, läppning och pole- ring av det ferroelektriska materialet i bulk. antingen i enkristallform eller i polykristallin keramisk form, för att åstadkomma en parallellsidig skiva med den tjocklek som önskas för den ouppskurna kanten 33 i anordningen. Det omrâde, ur vilket den uppskurna uppsättningen skall tillverkas förtunnas sedan selektivt till slutlig anordningstjocklek. Lämpliga selektiva förtunningsmetoder kan innefatta olika våta och torra etsprocesser, exempelvis optiskt förstärkt kemisk ets- ning eller jonstråleetsning, beroende av materialet och dess kristallform. Jonstrâleetsning medför fördelen att vara en relativt universell etsmetod och föredrages därför i många fall. De områden som ej skall förtunnas maskeras på lämpligt sätt från etsmedlen under användningen exempelvis av en metallfoliemask eller ett fotoresist-skikt alltefter etsproce- duren.

De olika skikt som erfordras för det som skall bli den sida 37 som skall bestrålas i anordningen göres sedan till selektivt förtunnade brunnar. Dessa kommer normalt att innefatta ett etsstoppskikt för efterföljande uppskärningsoperation, poly- merbärfilmen eller hinnskiktet 3, jordelektrodskikten 5 och infraröd-absorbatorstrukturen 17. Skivan vändes därefter, och elementelektroderna 9 och maskeringsskikten för uppskärningen tillägges. Uppskärningen sker företrädesvis genom en anisotro- pisk etsprocess, såsom jonsträleetsning eller reaktiv jonets- ning. Maskeringsmaterial och etsstoppskikt kan väljas på lämp- ligt sätt allt efter materialet som skall etsas, etsprocessen och vederbörande geometri. En uppsättning brunnar 39 kan etsas på undersidan av anordningens bärkant 33 samtidigt med upp- skärningen av elementen i uppsättningen. för att senare upp- taga lödtennsförbindelserna 35 med större diameter för upplin- 10 15 20 25 30 35 466 571 14 jering. De etsade brunnarna 39 är särskilt lämpliga vid den hinnmonterade strukturen, såsom framgår av fig. 7. Om lödför- bindelserna 23, 35 är definierade på chiphalvan med kiselut- läsningskretsen i den slutliga hybridkretsen, så kan dessa brunnar 39 även underlätta den mekaniska upplinjeringen av komponenterna innan lödtennet smältes för att komplettera hop- fogningen av hybridanordningen. När uppskärningen är fullbor- dad, tjänar etsstoppskiktet till att skydda den underliggande polymerbäraren eller hinnfilmen 3. Etsstoppskiktet. som sedan fullgjort sitt ändamål, kan sedan borttagas om så önskas.

Efter det uppskärningen fullbordats, tillföres de olika skikt som erfordras för elementanslutningssidan av strukturen. Dessa kan innefatta polymerisolering 31. elementelektrod- 9 och polymermesaskikt 19, banor 21 för förbindelse mellan element och utläsning och vätbara metalliseringsunderlag 25, 27 för att upptaga lödförbanden 23. En motsvarande uppsättning av vätbara metalliseringsunderlag 27 är anordnade på ingångs- underlagen 15 till kiselutläsningskretsen. Lödtennsklumparna 23 kan vara definierade antingen på den ena eller på båda komponenterna i hybridanordningen.

Anordningar av pålagd tunnfilm De ferroelektriska material som bildar de känsliga elementen i den termiska detektoruppsättningen kan även på bekvämt sätt påläggas direkt i form av en tunn film med önskad tjocklek för de aktiva elementen. Därmed kan man undvika potentiellt kost- sam kristallväxt, keramisk tillverkning, orientering, skärande bearbetning, läppning och polering, som är implicit vid an- vändning av bulkmaterial för dessa anordningar. Metoder med tunnfilmspåläggning av dylika ferroelektriska material inne- fattar reaktiv sputtring från sammansatta targets, metall-or- ganisk kemisk ångpåläggning (MOCVD) och sönderfall på plats av pålagda metall-organiska förpålagda skikt (exempelvis skikt alstrade genom sol-gel-processen eller genom hydrolys på plats av påspunna metallorganiska komplexlösningar). Dylika skikt kan vara polykristallina med olika grader av föredragna f) 10 15 20 25 30 35 15 466 571 kristallografiska orienteringar. eller enkristaller till sin natur beroende pâ förhållandena vid pâläggning och/eller ned- brytning. Särskilt viktiga parametrar i detta hänseende inne- fattar pâläggnings- eller sönderfallstemperaturen och naturen av det substrat. på vilket filmerna pålägges. Dessa processer innefattar för sådana relativt komplicerade material som de ferroelektriska oxider som tidigare angivits, i allmänhet pâläggnings- eller sönderfallstemperaturer överstigande 400°C, särskilt om höggradigt kristallina skikt med föredragen orien- tering eller enkristallskikt önskas. Av detta skäl är direkt pâläggning på en lämplig termisk isolationsstruktur som redan är på plats på avläsningsanordningen i allmänhet svår att genomföra. Filmpâläggning utföres därför företrädesvis på ett lämpligt temporärt substrat. Ett substrat 41 med ett pâlagt ferroelektriskt skikt 43 och ett 'barriär'-skikt 45 visas i fig. 8. Valet av lämpligt värmebeständigt substratmaterial kan eliminera den begränsning som ligger i temperaturen för pâ- läggningsprocessen enligt vad som ovan nämnts, sant kan även öppna utsikter för styrning av filmstrukturen. Lämpliga substratmaterial kan innefatta amorfa material (t.ex. smält kvarts) och kristallina oxider och andra oorganiska samman- satta material. Substratmaterial i form av enkristaller (t.ex. spinell, safir, magnesiumoxid, kubisk zirkon. natriumklorid och litiumfluorid) är av särskilt intresse. eftersom de möj- liggör epitaxiell tillväxt av enkristallina ferroelektriska skikt, om gitterparametrarna eller gitteravstânden är lämpligt anpassade. Enkristalliska ferroelektriska skikt med korrekt orientering kan medföra högre 'godhetstal' för materialet (exempelvis genom lägre dielektrisk förlust än den ekvivalenta polykristallina filmen).

'Barriär'-skiktet 45 som visas i fig. 8 kan erfordras för att undvika kemisk växelverkan mellan den växande filmen och substratet och/eller för att bidra till skiktets nukleering.

'Barriär'-filmen 45 kan i sig själv påläggas på substratet 41 för att ge föredragen orientering eller som ett epitaxiellt enkristallskikt. Den föredragna orienteringen eller en- kristallnaturen hos denna 'barriär'-film kan översättas till 10 15 20 25 30 35 466 571 16 den därpå påväxta ferroelektriska filmen. Barriärfilmen 45 kan även användas för att uppnå gradvis övergång mellan gitter- parametern för substratet 41 och gitterparametern för den ferroelektriska filmen 43, vid den situation då epitaxiell tillväxt inträder. Ett exempel på ett barriärskikt är metal- lisk platina, som kan påläggas med föredragen orientering på smältkvarts, eller påläggas som epitaxiell film på enkristal- lin magnesiumoxid genom sputtring. f! Efter att ha pålagt en ferroelektrisk tunn film 43 av erfor- derlig tjocklek på substratet 41 kan denna struktur sedan be- handlas på sätt mycket liknande den anordningsstruktur som tillverkas av bulkmaterialet, såsom visas i fig. 9. Substrat- skiktet 41 etsas bort från den aktiva arean 1 uppsättningen på lämpligt sätt för det valda substratmaterialet men kvarhålles runt strukturens omkrets för att åstadkomma den tjockare, ouppskurna bärramen 33 för den polymerbärare eller film 3 som uppbär detektoruppsättningen. Barriärskiktet 45 kan ingå i uppsättningsstrukturen eller borttagas alltefter lämpligheten.

Anordningens behandling sker eljest på helt liknande sätt jäm- fört med vad som tidigare beskrivits och resulterar i en fysi- kaliskt liknande struktur.

Ytterligare strukturella varianter som kan härledas från de ovan beskrivna strukturerna ingår också i uppfinningstanken.

Särskilda exempel innefattar användning av alternativa arran- gemang för att koncentrera och/eller uppsamla den infallande infraröda strålningen på detektorelementen l. Sålunda kan brytande eller reflekterande optiska strukturer. inklusive individuella miniatyrelement i form av immersionsoptiska linser och plana fasetterade eller krökta reflekterande tratt- strukturer innefattas. Dylika strukturer kan exempelvis till- verkas genom fotokemisk eller anisotropisk kemisk etsning av enkristallina kiseldioxider, åtföljt av lämplig antireflexbe- ° handling eller metallbeläggning. Dylika koncentreringsstruktu- rer kan även monteras vid och noggrant upplinjeras med hybrid- anordningen genom användning av lödfogning av 'flip-chip'-typ.

Claims (4)

10 15 20 25 30 466 571 17 Patentkrav

1. Termisk detektoruppsättning omfattande diskreta termiska detektorelement anordnade i en tvådimensionell uppsättning, k ä n n e t e c k n a d av att varje element (1) är uppburet på ena sidan av ett skikt (3) av eftergivligt material med låg termisk konduktivitet, vilket även tjänar till att av- ståndshålla elementen från varandra, varvid en mot elementen, inåtvänd sida av detta skikt uppbär en gemensam elektrod- struktur (5), som står i kontakt med varje element och utgör sammankopplingar mellan dem genom elektriskt ledande banor (7) med hög termisk resistans, varvid varje element (1) har en elementelektrod (9) som står i kontakt med en inåtvänd yta hos elementet, och varje elementelektrod (9) är ansluten medelst ett föreningselement (13) vid en ingångskrets (15) på ett halvledarsubstrat (11), så att föreningselementen (13) tjänar till att uppbära skiktet (3) i förhållande till substratet (ll) och varje element (1) har en strålnings- absorbator (17) samverkande därmed.

2. Uppsättning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att föreningselementen (13) är bildade av ett material med låg termisk konduktivitet.

3. Uppsättning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att föreningselementen (13) är placerade mellan de aktiva elementen (1) och substratet.

4. Uppsättning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att föreningselementen (13) är anordnade invid sidorna av resp. element (1), samt sträckta direkt mellan substratet (ll) och skiktet (3).