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Dokumentenidentifikation DE102004054079A1 09.06.2005
Titel Infrarotstrahlungsdetektor
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Watanabe, Kazuaki, Kariya, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 09.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004054079
Offenlegungstag 09.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.06.2005
IPC-Hauptklasse H01L 25/04
IPC-Nebenklasse H01L 25/16   H01L 35/28   G01J 5/10   
Zusammenfassung Ein Infrarotstrahlungsdetektor (100) hat geringe Größe, ist preiswert, hat eine geringe Abweichung im Sensorausgang und eine hohe Genauigkeit und weist einen Sensorchip (20) auf, der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement (10) bildet, sowie einen Steuerschaltkreischip (31) zur Steuerung des Eingangs/Ausgangs des Infrarotstrahlungs-Detektorelements (10), wobei der Sensorchip (20) auf den Steuerschaltkreischip (31) auflaminiert ist, der in einem Bereich des Steuerschaltkreischips (31) angeordnet ist, wo die erzeugte Wärme eine relativ geringe Größe hat.

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft einen thermischen Infrarotstrahlungsdetektor zur Erkennung von Infrarotstrahlen durch Messung einer Temperaturänderung.

Ein thermischer Infrarotstrahlungsdetektor zur Erfassung von Infrarotstrahlen durch Messung einer Temperaturänderung ist in der JP-A-6-137935 offenbart. Dieser thermische Infrarotstrahlungsdetektor mißt eine Temperaturänderung, welche von Infrarotstrahlung bewirkt wird, in dem auf eine Widerstandsänderung zurückgegriffen wird. Es wurde weiterhin ein thermischer Infrarotstrahlungsdetektor zur Erkennung einer Temperaturänderung vorgeschlagen, welche von Infrarotstrahlen bewirkt wird, indem ein Thermoelement verwendet wird.

5A ist eine Seitenschnittdarstellung, welche schematisch einen herkömmlichen thermischen Infrarotstrahlungsdetektor zeigt.

Ein in 5A dargestellter Infrarotstrahlungsdetektor 90 beinhaltet einen Sensorchip 20, der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 bildet und einen Steuerschaltkreischip 30 zur Steuerung des Eingangs/Ausgangs zu/von dem Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10, wobei diese Bauteile separat ausgebildet und in einem Gehäuse 1a angeordnet sind. Der Sensorchip 20 weist ein Silizium-Halbleitersubstrat 20a auf, welches eine Membran 4a hat, die als dünner Abschnitt ausgebildet ist. Das Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 weist ein Thermoelement 10a und einen infrarotstrahlungsabsorbierenden Film 10b auf, der auf der Membran 4a ausgebildet ist. Bei dem Sensorchip 20 mit der obigen Membran 4a tritt nur eine geringe Menge an Wärme von dem Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 zu dem Halbleitersubstrat 20a hin aus, was es möglich macht, Infrarotstrahlung mit hoher Empfindlichkeit zu erkennen.

5B ist eine Schnittdarstellung, welche einen anderen bekannten Infrarotstrahlungsdetektor zeigt.

Wie der Infrarotstrahlungsdetektor 90 von 5A beinhaltet der Infrarotstrahlungsdetektor 91 von 5B ebenfalls den Sensorchip 20 und den Steuerschaltkreischip 30, welche separat ausgebildet sind. Bei dem in 5B dargestellten Infrarotstrahlungsdetektor 91 ist jedoch der Sensorchip 20 so angeordnet, daß er auf den Steuerschaltkreischip 30 auflaminiert ist und in einem Gehäuse 1b aufgenommen ist.

Die Infrarotstrahlungsdetektoren 90 und 91, die in den 5A und 5B dargestellt sind, weisen beide den Sensorchip 20 und den Steuerschaltkreischip 30 auf, welche separat ausgebildet sind. Die Infrarotstrahlungsdetektoren 90 und 91 der 5A und 5B beinhalten das Infrarotstrahlungs-Detektorelement und einen Steuerschaltkreis hierfür als separate Chips und sie können preiswert im Vergleich zu dem Fall hergestellt werden, bei dem das Infrarotstrahlungs-Detektorelement und der Steuerschaltkreis hierfür in Form eines einzelnen Chips ausgebildet werden.

Der Infrarotstrahlungsdetektor 91 von 5B, bei dem der Sensorchip 20 auf den Steuerschaltkreischip 30 auflaminiert ist, kann in einer geringeren Größe als der Infrarotstrahlungsdetektor 90 von 5A realisiert werden, bei dem der Sensorchip 20 und der Steuerschaltkreischip 30 Seite an Seite angeordnet sind. In dem Infrarotstrahlungsdetektor 91 von 5B erkennt jedoch, wenn der Steuerschaltkreischip 30 Wärme erzeugt, das Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10, das auf dem Sensorchip 20 ausgebildet ist, direkt nicht nur die von dem zu messenden Körper kommende Infrarotstrahlung, sondern auch die von dem Steuerschaltkreischip 30 kommende Infrarotstrahlung, wie dargestellt, und der Sensorausgang weicht von einem herauszufindenden Wert ab.

6 zeigt die Ergebnisse bei der Messung der Sensorausgänge des Infrarotstrahlungsdetektors 91 von 5B, wenn Wärme von dem Steuerschaltkreischip 30 erzeugt wird und wenn keine Wärme erzeugt wird. Wenn der Steuerschaltkreischip 30 Wärme erzeugt, so daß die Temperatur um mehrere Grad angehoben wird, wird der Fehler – in Temperatur umgerechnet – nicht kleiner als 10°C. Eine derartige Abwandlung im Sensorausgang wird insbesondere bei einem hochempfindlichen Sensorchip 20 mit der Membran 4a auffallend.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Infrarotstrahlungsdetektor zu schaffen, der geringe Abmessungen hat, preiswert ist, im Sensorausgang eine geringe Abweichung hat und hochgenau ist.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Infrarotstrahlungsdetektor mit einem Sensorchip, der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement bildet und einem Steuerschaltkreischip zur Steuerung von Eingängen/Ausgängen des Infrarotstrahlungs-Detektorelements, wobei der Sensorchip auf den Steuerschaltkreischip auflaminiert ist, der in einem Bereich des Steuerschaltkreisschips angeordnet ist, wo die erzeugte Wärme einen relativ kleinen Betrag hat.

Bei dieser Anordnung sind der Sensorchip und der Steuerschaltkreischip auf preiswerte Weise separat ausgebildet und der Sensorchip ist auf den Steuerschaltkreischip auflaminiert. Somit kann der Infrarotstrahlungsdetektor mit einer geringen Größe realisiert werden. Weiterhin ist der Sensorchip in einem Bereich des Steuerschaltkreischips angeordnet, wo die erzeugte Wärme einen relativ geringen Betrag hat. Dies unterdrückt die Abweichung im Sensorausgang, die davon herrührt, daß das Infrarotstrahlungs-Detektorelement die Infrarotstrahlung erkennt, welche vom Steuerschaltkreis erzeugt wird. Es wird somit ein Infrarotstrahlungsdetektor erhalten, der geringe Abmessungen hat, preiswert ist, eine geringe Abweichung im Sensorausgang zeigt und hochgenau ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist der Bereich des Steuerschaltkreischips, wo die erzeugte Wärme eine relativ geringe Größe hat, ein Bereich, in dem kein Schaltkreismuster angeordnet ist.

Der Bereich, in dem kein Schaltkreismuster angeordnet ist, erzeugt keine wärme und ist somit der Bereich des Steuerschaltkreistyps, wo die erzeugte Wärme eine relativ geringe Größe hat. Durch Auflaminieren des Sensorchips wie oben beschrieben wird ein Infrarotstrahlungsdetektor erhalten, der geringe Größe hat, preiswert ist, eine geringe Abweichung im Sensorausgang hat und hochgenau ist.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist der Bereich des Steuerschaltkreischips, in dem Wärme in relativ geringer Menge erzeugt wird, ein Bereich, in welchem ein Signalverarbeitungsschaltkreis des Infrarotstrahlungs-Detektorelements ausgebildet ist.

Allgemein gesagt, ein Signalverarbeitungsschaltkreis des Infrarotstrahlungs-Detektorelements erzeugt praktisch keine Wärme und bildet einen Bereich des Steuerschaltkreischips, der Wärme in relativ geringer Menge erzeugt. Es ist daher möglich, den Bereich des Steuerschaltkreischips, in dem eine relativ geringe Wärmemenge erzeugt wird, effektiv zum Auflaminieren des Sensorchips zu verwenden, um einen Infrarotstrahlungsdetektor mit geringer Größe zu realisieren.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft einen Infrarotstrahlungsdetektor mit einem Sensorchip, der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement bildet und einem Steuerschaltkreischip zur Steuerung der Eingänge/Ausgänge des Infrarotstrahlungs-Detektorelements, wobei der Sensorchip auf den Steuerschaltkreischip auflaminiert ist, wobei eine wärmeisolierende Schicht auf dem wärmeerzeugenden Bereich des Steuerschaltkreischips ausgebildet ist und der Sensorchip auf dieser wärmeisolierenden Schicht angeordnet ist.

Mit dieser Anordnung wird ein kleiner und preiswerter Infrarotstrahlungsdetektor auf gleiche Weise wie oben beschrieben realisiert. Da weiterhin die wärmeisolierende Schicht auf dem wärmeerzeugenden Bereich des Steuerschaltkreischips ausgebildet ist, wird die Abstrahlung von Infrarotstrahlung von dem wärmerzeugenden Bereich des Steuerschaltkreischips durch die wärmeisolierende Schicht unterdrückt. Somit erreicht die Infrarotstrahlung den Sensorchip, der auf der wärmeisolierenden Schicht angeordnet ist, nur unterdrückt, so daß eine Abweichung der elektromotorischen Kraft (Sensorausgang) des Infrarotstrahlungs-Detektorelements, welche von Infrarotstrahlung vom. Steuerschaltkreischip bewirkt wird, ebenfalls unterdrückt wird. Somit wird ein Infrarotstrahlungsdetektor realisiert, der klein und preiswert ist, eine geringe Abweichung im Sensorausgang hat und hochgenau ist.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung befaßt sich mit einem Infrarotstrahlungsdetektor mit einem Sensorchip, der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement bildet und einem Steuerschaltkreischip zur Steuerung der Eingänge/Ausgänge des Infrarotstrahlungs-Detektorelements, wobei der Sensorchip auf den Steuerschaltkreischip auflaminiert ist, der in einem Bereich des Steuerschaltkreischips angeordnet ist, in welchem die Temperatur über den Zeitablauf hinweg konstant verbleibt.

Bei dieser Anordnung wird ein kleiner und preiswerter Infrarotstrahlungsdetektor auf gleiche Weise wie oben beschrieben realisiert. In dem Bereich, in dem die Temperatur über den Zeitablauf hinweg konstant verbleibt, verbleibt die Menge an Wärmeerzeugung und die Abstrahlung von Infrarotstrahlung über den Zeitablauf hinweg konstant. Somit kann eine Abweichung im Sensorausgang unter Verwendung eines einfachen Temperaturkorrekturschaltkreises korrigiert werden, obwohl der Sensorausgang als Ergebnis der Erkennung der Infrarotstrahlung vom Steuerschaltkreischip durch das Infrarotstrahlungs-Detektorelement abweicht. Somit wird ein Infrarotstrahlungsdetektor realisiert, der klein, preiswert und hochgenau ist.

Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft einen Infrarotstrahlungsdetektor, bei dem der Sensorchip ein Substrat mit einer Membran aufweist, welche als ein dünner Abschnitt ausgebildet ist, wobei das Infrarotstrahlungs-Detektorelement ein Thermoelement und einen infrarotstrahlungsabsorbierenden Film aufweist, der auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei Heißkontaktpunkte des Thermoelements auf der Membran ausgebildet sind, Kaltkontaktpunkte des Thermoelementes auf dem Substrat an der Außenseite der Membran ausgebildet sind, der infrarotstrahlungsabsorbierende Film auf der Membran so ausgebildet ist, daß er die Heißkontaktpunkte abdeckt und das Infrarotstrahlungs-Detektorelement eine Änderung der elektromotorischen Kraft im Thermoelement aufgrund einer Temperaturdifferenz bewirkt, welche zwischen den Heißkontaktpunkten und den Kaltkontaktpunkten des Thermoelements auftritt, wenn die Infrarotstrahlung empfangen wird und die Infrarotstrahlung auf der Grundlage der elektromotorischen Kraft erkannt wird, welche sich geändert hat.

Bei dem Sensorchip mit der obigen Membran tritt nur eine geringe Menge an Wärme an den Heißkontaktpunkten des Thermoelements in das Substrat ein und die Infrarotstrahlung kann mit hoher Empfindlichkeit erkannt werden. Dieser hochempfindliche Infrarotstrahlungsdetektor kann mit geringer Größe, preiswert und unter Beibehaltung einer hohen Präzision als Ergebnis der Anordnung des Sensorchips auf dem Steuerschaltkreischip auf oben beschriebene Weise realisiert werden.

Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Infrarotstrahlungsdetektor ein Infrarotstrahlungsdetektor von Thermosäulentyp ist, bei dem das Thermoelement so ausgebaut ist, daß eine Mehrzahl von Filmen aus unterschiedlichen Materialien sich in Serie auf einem Substrat abwechselnd erstreckt und die jeweiligen Kontaktabschnitte miteinander als Heißkontaktpunkte und Kaltkontaktpunkte dienen. Der Infrarotstrahlungsdetektor des Thermosäulentyps erzeugt einen großen Sensorausgang und zeigt hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit. Dieser hochempfindliche und hochgenaue Infrarotstrahlungsdetektor kann mit geringer Größe und preiswert realisiert werden, wobei Auswirkungen von Wärme unterdrückt werden, welche von dem Steuerschaltkreistyp erzeugt wird, indem der Sensorchip auf dem Steuerschaltkreischip auf oben beschriebene Weise angeordnet wird.

Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Substrat ein Halbleitersubstrat ist und wenn das Infrarotstrahlungs-Detektorelement auf dem Halbleitersubstrat über einen isolierenden Film ausgebildet ist. Durch Verwendung des Halbleitersubstrates wird einfach ein Substrat mit einer Membran unter Rückgriff auf eine allgemein bekannte Halbleiterherstellungstechnologie erhalten und somit kann ein hochempfindlicher Infrarotstrahlungsdetektor mit geringen Kosten erzeugt werden.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

1A eine Schnittdarstellung, welche schematisch einen Infrarotstrahlungsdetektor der Erfindung darstellt;

1B eine schematische Darstellung der Anordnung eines Sensorchips und eines Steuerschaltkreischips in dem Infrarotstrahlungsdetektor von 1A;

2A bis 2C detaillierte Darstellungen des Sensorchips, wobei 2A eine schematische Schnittdarstellung ist, 2B eine schematische Draufsicht ist und 2C eine schematische Darstellung der Anordnung von Infrarotstrahlung-Detektorelement und Sensorausgang ist;

3 eine schematische Darstellung eines anderen thermischen Infrarotstrahlungsdetektors der Erfindung, wobei die Anordnung von Sensorchip und Steuerschaltkreischip dargestellt ist;

4 eine schematische Darstellung eines weiteren thermischen Infrarotstrahlungsdetektors der vorliegenden Erfindung, wobei die Anordnung von Sensorchip und Steuerschaltkreischip dargestellt ist;

5A und 5B Schnittdarstellungen, in denen herkömmliche Infrarotstrahlungsdetektoren gezeigt sind; und

6 eine graphische Darstellung von Meßergebnissen der Sensorausgänge abhängig davon, ob in dem Infrarotstrahlungsdetektor von 5B durch den Steuerschaltkreischip Wärme erzeugt wird oder keine Wärme erzeugt wird.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

1A ist eine Schnittdarstellung, in der schematisch ein thermischer Infrarotstrahlungsdetektor 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, und 1B ist eine schematische Darstellung, in der die Anordnung eines Sensorchips 20 und eines Steuerschaltkreischips 31 zur Verwendung in dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 dargestellt ist. In dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 gemäß der 1A und 1B sind gleiche Teile wie diejenigen des Infrarotstrahlungsdetektors 91 von 5B mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Infrarotstrahlungsdetektor 100 der 1A und 1B beinhaltet den Sensorchip 20 und den Steuerschaltkreischip 31, welche separat wie bei den Infrarotstrahlungsdetektoren 90 und 91 der 5A und 5B ausgebildet sind. Wenn sie separat voneinander ausgebildet werden, können der Sensorchip 20 und der Steuerschaltkreischip 31 im Vergleich dazu einfacher hergestellt werden, als wenn sie als einzelner Chip ausgebildet werden und sie können somit preiswerter erhalten werden.

Die 2A bis 2C sind Darstellungen, welche den Sensorchip 20 im Detail zeigen. 2A ist eine schematische Schnittdarstellung des Sensorchips 20 und 2B ist eine schematische Draufsicht hierauf. 2C ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines Infrarotstrahlungs-Detektorelements 10 und des Sensorausgangs.

Bezugnehmend auf 2A, so weist der Sensorchip 20 ein Siliziumhalbleitersubstrat 20a auf und hat eine Membran 4a, welche durch Ätzen von der rückwärtigen Oberfläche her als dünner Abschnitt ausgebildet ist. Die Membran 4a kann durch eine übliche Halbleiterherstellungstechnologie problemlos gebildet werden. Ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 ist auf dem Halbleitersubstrat 20a über einen isolierenden Film 4 ausgebildet. Das Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10, das auf dem Halbleitersubstrat 20a ausgebildet ist, weist ein Thermoelement 10a und einen infrarotstrahlungsabsorbierenden Film 10b auf.

Gemäß 2B ist das Thermoelement 10a so angeordnet, daß es die Membran 4a umgibt. Aus Gründen der Einfachheit zeigt weder 2B noch 2C den infrarotstrahlungsabsorbierenden Film 10b.

Gemäß 2C beinhaltet das Thermoelement 10a eine Mehrzahl von Filmen unterschiedlicher Materialien 10am und 10an welche sich abwechselnd (thermosäulenartig) in Serie oder Reihe auf dem Halbleitersubstrat 20a erstrecken und die jeweiligen Kontaktabschnitte miteinander dienen als Heißkontaktpunkte 10ah und Kaltkontaktpunkte 10ac. Eine Kombination von Filmen unterschiedlicher Materialien 10am und 10an kann beispielsweise eine Kombination aus einem Aluminiumfilm und einem Polysiliziumfilm sein. Der Infrarotstrahlungsdetektor 100 mit dem obigen Thermoelement 10a ist bevorzugt ein Infrarotstrahlungsdetektor des Thermosäulentyps. Wie in den 2A bis 2C gezeigt, sind die Heißkontaktpunkte 10ah der Thermosäule 10a auf der Membran 4a ausgebildet, welche eine geringe Wärmekapazität hat. Demgegenüber sind die Kaltkontaktpunkte 10ac der Thermosäule 10a auf dem Halbleitersubstrat 20a ausgebildet, das große Wärmekapazität hat und sie sind somit an der Außenseite der Membran 4a. Das Halbleitersubstrat 20a spielt die Rolle einer Wärmesenke.

In dem in 2A dargestellten Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 ist der infrarotstrahlungsabsorbierende Film 10b auf der Membran 4a ausgebildet, um die Heißkontaktpunkte 10ah abzudecken.

Die Infrarotstrahlen, welche z.B. von einem menschlichen Körper abgestrahlt werden, werden von dem infrarotstrahlungsabsorbierenden Film 10b absorbiert und die Temperatur steigt an. Im Ergebnis steigt die Temperatur an den Heißkontaktpunkten 10ah, welche unter dem infrarotstrahlungsabsorbienden Film 10b angeordnet sind. Andererseits gibt es keinen Temperaturanstieg der Kaltkontaktpunkte 10ac, da das Halbleitersubstrat 2a als Wärmesenke arbeitet. Somit bewirkt das Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 eine Änderung der elektromotorischen Kraft der Thermosäule 10a aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem Heißkontaktpunkt 10ah und dem Kaltkontaktpunkt 10ac, wenn die Infrarotstrahlung empfangen wird (Seebeck-Effekt) und es wird die Infrarotstrahlung aufgrund der elektromotorischen Kraft erkannt, die sich geändert hat. Das in 2C dargestellte Thermoelement 10a ist eine Thermosäule und die Summe der elektromotorischen Kräfte, welche von den Paaren unterschiedlicher Materialien 10am und 10an erzeugt werden, wird der Ausgang des Infrarotstrahlungs-Detektorelements 10.

Der Sensorchip 20 mit der Membran 4a von 2A ist in der Lage, Infrarotstrahlung mit hoher Empfindlichkeit zu erkennen, da nur eine geringe Wärmemenge an den Heißkontaktpunkten 10ah des Thermoelementes 10a zu dem Halbleitersubstrat 20a hin austritt. Weiterhin erzeugt das Thermoelement 10a, welches eine Thermosäule ist, eine hohe elektromotorische Kraft (Sensorausgang), so daß ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement realisierbar ist, welches hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit zeigt.

Bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 100, wie er in den 1A und 1B dargestellt ist, ist der Sensorchip 20 auf den Steuerschaltkreis 31 auf gleiche Weise wie beim Infrarotstrahlungsdetektor 91 von 5B auflaminiert, d.h., ein Infrarotstrahlungsdetektor geringer Größe kann realisiert werden. Bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 gemäß 1B ist jedoch der Sensorchip 20 auf einem bestimmten Bereich des Steuerschaltkreischips 31 angeordnet, wo Wärme in relativ geringer Menge erzeugt wird, wie durch die strichpunktierte Linie dargestellt, der also nicht der Bereich ist, wo Wärme in großer Menge erzeugt wird wie im Fall des Infrarotstrahlungsdetektors 91. Der Bereich des Steuerschaltkreischips 31, wo Wärme in großer Menge erzeugt wird, umfaßt beispielsweise einen Bereich, in welchem Widerstände, die Wärme in großer Menge erzeugen, ausgebildet sind und einen Bereich, wo ein Leistungselement, beispielsweise ein Leistungstransistor ausgebildet ist. Allgemein kann gesagt werden, daß der Signalverarbeitungsschaltkreis des Infrarotstrahlungs-Detektorelements 100 praktisch keine Wärme erzeugt. Der Bereich, in dem Wärme in relativ geringer Menge erzeugt wird, kann nicht nur ein Bereich sein, bei. dem überhaupt kein Schaltkreismuster ausgebildet ist, sondern kann ein Bereich sein, in dem der Signalverarbeitungsschaltkreis des Infrarotstrahlungs-Detektorelements 10 ausgebildet ist. Bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 gemäß obiger Beschreibung ist der Sensorchip 20 auf dem Bereich angeordnet, wo Wärme in relativ geringer Menge erzeugt wird, wie oben beschrieben. Selbst wenn daher der Steuerschaltkreis Wärme erzeugt, um von dem wärmeerzeugenden Bereich ausgehende Infrarotstrahlung zu erzeugen, erkennt das Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 in dem Sensorchip 20 die von dem wärmeerzeugenden Bereich abgestrahlte Wärmestrahlung nicht direkt. Dies unterdrückt Abweichungen im Sensorausgang (elektromotorische Kraft), welche von den Infrarotstrahlen bewirkt wird, die von dem wärmeerzeugenden Bereich ausgeht.

Wie oben beschrieben, ist der in den 1A und 1B dargestellte Infrarotstrahlungsdetektor 100 von geringer Größe, preiswert, hat eine geringe Abweichung im Sensorausgang und ist hochgenau.

Die 3 und 4 betreffen weitere thermische Infrarotstrahlungsdetektoren 101 und 102 der vorliegenden Erfindung und zeigen die Anordnung des Sensorchips 20 und der Steuerschaltkreischips 32 und 33, die in den Infrarotstrahlungsdetektoren 101 und 102 verwendet werden. Der Sensorchip 20 zur Verwendung für die Infrarotstrahlungsdetektoren 101 und 102 der 3 und 4 ist der gleiche wie der Sensorchip 20, der in 2A dargestellt ist und ist der gleiche Sensorchip, der in dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 verwendet wird, der in den 1A und 1B dargestellt ist. Weiterhin haben die Infrarotstrahlungsdetektoren 101 und 102, auf welche der Sensorchip 20 und die Steuerschaltkreischips 32 und 33 auflaminiert sind, die gleichen Schnittdarstellungen wie in 1A.

Auch ist in den in 3 und 4 dargestellten Infrarotstrahlungsdetektoren 101 und 102 der separat ausgebildete Sensorchip 20 auf die Steuerschaltkreischips 31 und 32 auf gleiche Weise wie bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 der 1A und 1B auflaminiert. Wie bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 können daher die Infrarotstrahlungsdetektoren 101 und 102 von geringer Größe und preiswert sein.

Bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 101 gemäß 3 ist eine wärmeisolierende Schicht 32b auf dem sich erwärmenden Bereich des Steuerschaltkreischips 32 ausgebildet und der Sensorchip 20 ist auf der wärmeisolierenden Schicht 32d im Gegensatz zu dem Infrarotstrahlungsdetektor 100 der 1A und 1B angeordnet. Die wärmeisolierende Schicht 32d wird gebildet unter Verwendung eines Materials mit relativ großer spezifischer Wärmekapazität, beispielsweise einem Kunstharzmaterial, welches beispielsweise durch ein photolithographisches Verfahren, ein Abhebeverfahren oder ein Siebdruckverfahren gebildet wird. Trotz der von dem Steuerschaltkreischip 32 erzeugten Wärme steigt die Temperatur in der wärmeisolierenden Schicht 32d, welche aus dem Material mit großer spezifischer Wärmekapazität auf dem sich erwärmenden Bereich ausgebildet ist, nur geringfügig an, was die Abstrahlung von Infrarotstrahlung von der wärmeisolierenden Schicht 32d unterdrückt.

Bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 101 gemäß 3 und obiger Beschreibung ist die wärmeisolierende Schicht 32d in dem wärmeerzeugenden Bereich des Steuerschaltkreischips 32 ausgebildet. Daher wird die Abstrahlung von Infrarotstrahlung von dem wärmeerzeugenden Bereich des Steuerschaltkreischips 32 durch die wärmeisolierende. Schicht 32d unterdrückt. Daher kommt Infrarotstrahlung in verringerter Menge an dem Sensorchip 20 an, der auf der wärmeisolierenden Schicht 32d angeordnet ist, so daß eine Abweichung der elektromotorischen Kraft (Sensorausgang) des Infrarotstrahlungs-Detektorelements 10, welche von der Infrarotstrahlung von dem Steuerschaltkreischip 32 kommt, unterdrückt wird. Somit ist auch der Infrarotstrahlungsdetektor 101 gemäß 3 von geringer Größe, preiswert, hat eine geringe Abweichung im Sensorausgang und ist hochgenau.

Bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 102, der in 4 dargestellt ist, ist der Sensorchip 20 auf einen Bereich des Steuerschaltkreischips 32 angeordnet, wo die Temperatur über den Zeitablauf hinweg konstant verbleibt. Der Bereich, in dem die Temperatur über den Zeitablauf hinweg konstant verbleibt, ist ein Bereich, wo nur solche Elemente angeordnet sind, welche mit konstanten Strömungen und konstanten Spannungen zum Zeitpunkt der Einstellung der Charakteristiken oder ihres Betriebs arbeiten und wo die Temperatur zwar ansteigt, jedoch zu allen Zeitpunkten konstant gehalten wird.

In einem Bereich, in dem die Temperatur über den Zeitablauf hinweg konstant bleibt, verbleibt die Menge an Wärmeerzeugung und die Abstrahlung von Infrarotstrahlung über den Zeitablauf hinweg konstant. Trotzdem, daß das Infrarotstrahlungs-Detektorelement 10 in dem Sensorchip 20 die Infrarotstrahlung von dem Steuerschaltkreischip 32d erkennt, um eine abweichende elektromotorische Kraft (Sensorausgang) zu erzeugen, kann daher die Abweichung im Sensorausgang unter Verwendung eines einfachen Temperaturkorrekturschaltkreises korrigiert werden. Infolgedessen ist der Infrarotstrahlungsdetektor 102 gemäß 4 ebenfalls klein, preiswert und hochgenau.

(Andere Ausführungsformen)

Die obigen Ausführungsformen befaßten sich mit Sensorchips, die aus einem Siliziumhalbleitersubstrat mit einer Membran gefertigt sind, um Infrarotstrahlungs-Detektorelemente zu bilden. Wenn ein Siliziumhalbleitersubstrat verwendet wird, kann die Membran unter Rückgriff auf übliche Halbleiterherstellungstechnologien zu geringen Kosten problemlos ausgebildet werden, was vorteilhaft ist. Ohne Einschränkung hierauf kann jedoch der Sensorchip, der das Infrarotstrahlungs-Detektorelement bildet, aus einem Substrat unter Verwendung irgendeines anderen Materials, beispielsweise eines Glases oder dergleichen hergestellt werden. Um ein hochempfindliches Infrarotstrahlungs-Detektorelement zu erhalten, ist es weiterhin vorteilhaft, auf dem Substrat die Membran auszubilden. Der Effekt der vorliegenden Erfindung zeigt sich jedoch auch bei Verwendung eines Sensorchips ohne Membran. Weiterhin ist das Infrarotstrahlungs-Detektorelement nicht auf dasjenige beschränkt, welches ein Thermoelement verwendet, sondern kann auch eines sein, welches die Infrarotstrahlung unter Verwendung eines Widerstands erkennt, der sich abhängig von der Temperatur eines Dünnfilmwiderstands ändert.


Anspruch[de]
  1. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (100; 101; 102) mit einem Sensorchip (20), der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement (10) bildet und einem Steuerschaltkreischip (31; 32; 33) zur Steuerung des Eingangs/Ausgangs des Infrarotstrahlungs-Detektorelements, wobei der Sensorchip (20) auf den Steuerschaltkreischip (31; 32; 33) in einem Bereich auflaminiert ist, wo die erzeugte Wärme eine relativ geringe Größe hat.
  2. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (100; 102) nach Anspruch 1, wobei der Bereich des Steuerschaltkreischips, wo die erzeugte Wärme eine relativ geringe Größe hat, ein Bereich ist, wo kein Schaltkreismuster angeordnet ist.
  3. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (100; 101; 102) nach Anspruch 1, wobei der Bereich des Steuerschaltkreischips, wo Wärme in einer relativ geringen Größe erzeugt wird, ein Bereich ist, in welchem ein Signalverarbeitungsschaltkreis des Infrarotstrahlungs-Detektorelements ausgebildet ist.
  4. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (101) mit einem Sensorchip (20), der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement (10) bildet und einem Steuerschaltkreischip (32) zur Steuerung des Eingangs/Ausgangs des Infrarotstrahlungs-Detektorelements, wobei der Sensorchip (20) auf den Steuerschaltkreischip (32) auflaminiert ist, wobei eine wärmeisolierende Schicht (32d) auf dem wärmeerzeugenden Bereich des Steuerschaltkreischips (32) ausgebildet ist und der Sensorchip (20) auf der wärmeisolierenden Schicht (32d) angeordnet ist.
  5. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (102) mit einem Sensorchip (20), der ein Infrarotstrahlungs-Detektorelement (10) bildet und einem Steuerschaltkreischip (33) zur Steuerung des Eingangs/Ausgangs des Infrarotstrahlungs-Detektorelements, wobei der Sensorchip (20) auf dem Steuerschaltkreischip (33) in einem Bereich auflaminiert ist, in welchem die Temperatur über den Zeitablauf hinweg konstant verbleibt.
  6. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (100; 101; 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sensorchip (20) ein Substrat (20a) mit einer Membran (4a) als dünnem Abschnitt aufweist, wobei das Infrarotstrahlungs-Detektorelement (10) ein Thermoelement (10a) und einen infrarotstrahlungsabsorbierenden Film (10b) auf dem Substrat (20a) aufweist, wobei Heißkontaktpunkte (10ah) des Thermoelements auf der Membran ausgebildet sind, Kaltkontaktpunkte (10ac) des Thermoelements auf dem Substrat an der Außenseite der Membran ausgebildet sind, der infrarotstrahlungsabsorbierende Film (10b) auf der Membran so ausgebildet ist, daß die Heißkontaktpunkte (10ah) bedeckt sind und das Infrarotstrahlungs-Detektorelement (10) eine Änderung der elektromotorischen Kraft des Thermoelements aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen den Heißkontaktpunkten (10ah) und den Kaltkontaktpunkten (10hc) des Thermoelements (10a) bewirkt, wenn eine Infrarotstrahlung empfangen wird und die Infrarotstrahlung auf der Grundlage der sich ändernden elektromotorischen Kraft erkennt.
  7. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (100; 101; 102) nach Anspruch 6, wobei das Thermoelement (10a) so aufgebaut ist, daß sich eine Mehrzahl von Filmen unterschiedlicher Materialien (10am, 10an) abwechselnd in Serie auf dem Substrat (20a) erstreckt, wobei die gegenseitigen Kontaktabschnitte als Heißkontaktpunkte (10ah) und Kaltkontaktpunkte (10ac) dienen.
  8. Ein Infrarotstrahlungsdetektor (100; 101; 102) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Substrat (20a) ein Halbleitersubstrat ist und das Infrarotstrahlungs-Detektorelement (10) auf dem Halbleitersubstrat (20a) über einen isolierenden Film ausgebildet ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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