特許 7512273 熱検出器のための吸収体構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-28

(45)【発行日】2024-07-08

(54)【発明の名称】熱検出器のための吸収体構造

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20240701BHJP

   G01J 5/02 20220101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

G01J1/02 C

G01J1/02 R

G01J5/02 J

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021523049

(86)(22)【出願日】2019-10-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-14

(86)【国際出願番号】 FI2019050776

(87)【国際公開番号】W WO2020094916

(87)【国際公開日】2020-05-14

【審査請求日】2022-08-16

(31)【優先権主張番号】20185945

(32)【優先日】2018-11-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(73)【特許権者】

【識別番号】512068592

【氏名又は名称】テクノロギアン トゥトキムスケスクス ヴェーテーテー オイ

【氏名又は名称原語表記】ＴＥＫＮＯＬＯＧＩＡＮ ＴＵＴＫＩＭＵＳＫＥＳＫＵＳ ＶＴＴ ＯＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100127188

【弁理士】

【氏名又は名称】川守田 光紀

(72)【発明者】

【氏名】タップラ キルシ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルプラ アーポ

(72)【発明者】

【氏名】ペルンニラ ミカ

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０９００５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９５２８８８１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２０１４－５０１９１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ １／００－１／６０

Ｇ０１Ｊ ５／００－５／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱検出器のための吸収体構造であって、前記吸収体構造は、
基本形状を画成する複数の端縁と、
複数の開口部を有するグリッドを前記吸収体構造の前記端縁間に形成するために導電接合された導電材料製の複数の第１脚であって、前記吸収体構造の、対向する前記端縁の間に少なくとも１つの連続的な接続を形成して単一構造メッシュを形成する複数の第１脚と、
前記第１脚に導電接合された導電材料製の複数の第２脚であって、前記第１脚から前記グリッドの前記開口部内に突出し、隣接する前記第１脚から離れた位置にある終端点において終端する、複数の第２脚と、
を備え、前記少なくとも１つの連続的な接続は前記吸収体構造を一体に保つ、吸収体構造。

【請求項2】

熱検出器のための吸収体構造であって、前記吸収体構造は、
基本形状を画成する複数の端縁と、
複数の開口部を有するグリッドを前記吸収体構造の前記端縁間に形成するために導電接合された導電材料製の複数の第１脚であって、前記吸収体構造の前記端縁間に少なくとも１つの連続的な接続を形成する複数の第１脚と、
前記第１脚に導電接合された導電材料製の複数の第２脚であって、前記第１脚から前記グリッドの前記開口部内に突出し、隣接する前記第１脚から離れた位置にある終端点において終端する、複数の第２脚と、
を備え、前記第２脚は、他の第２脚への直接の導電接続を更に備える、吸収体構造。

【請求項3】

熱検出器のための吸収体構造であって、前記吸収体構造は、
基本形状を画成する複数の端縁と、
複数の開口部を有するグリッドを前記吸収体構造の前記端縁間に形成するために導電接合された導電材料製の複数の第１脚であって、前記吸収体構造の前記端縁間に少なくとも１つの連続的な接続を形成する複数の第１脚と、
前記第１脚に導電接合された導電材料製の複数の第２脚であって、前記第１脚から前記グリッドの前記開口部内に突出し、隣接する前記第１脚から離れた位置にある終端点において終端する、複数の第２脚と、
を備え、前記第２脚は、前記終端点において、前記第２脚とは異なる電気接続特性を有する第２材料片に接続される、吸収体構造。

【請求項4】

前記第２脚は、前記終端点において、前記第２脚とは異なる電気接続特性を有する第２材料片に接続される、請求項１又は２に記載の吸収体構造。

【請求項5】

前記第２材料片は、前記第２脚の材料とは異なる材料製である、および／または前記第２脚の形状とは異なる形状を有する、請求項３又は４に記載の吸収体構造。

【請求項6】

前記異なる形状は、前記第２脚より小さな横断面を有する導電材料製のワイヤによってもたらされる、請求項５に記載の吸収体構造。

【請求項7】

前記異なる材料は、誘電体、半導体、または低導電材料である、請求項５または６に記載の吸収体構造。

【請求項8】

前記第２材料片は、第２脚を別の第１脚に、または別の第２脚に、接続する、請求項５から７の何れか一項に記載の吸収体構造。

【請求項9】

前記導電材料は、金属、半金属、または高濃度不純物添加半導体材料を含む、請求項１から８の何れか一項に記載の吸収体構造。

【請求項10】

前記導電材料は、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、チタンタングステンＴｉＷ、タングステンＷ、およびアルミニウム添加酸化亜鉛Ａｌ：ＺｎＯのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から９の何れか一項に記載の吸収体構造。

【請求項11】

第２脚が周期的パターンを形成する、請求項１から１０の何れか一項に記載の吸収体構造。

【請求項12】

請求項１から１１の何れか一項に記載の吸収体構造を備えた熱検出器。

【請求項13】

前記熱検出器は熱電脚を備え、前記吸収体構造は前記熱電脚間に接点を形成する、請求項１２に記載の熱検出器。

【請求項14】

前記熱検出器は、前記吸収体構造との積層構成になった反射素子と、前記吸収体構造と前記反射素子との間に形成されたキャビティとを備える、請求項１２または１３に記載の熱検出器。

【請求項15】

前記吸収体構造と前記反射素子との間に形成される前記キャビティの深さは、目標吸収波長のλ／４とは異なる、請求項１４に記載の熱検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、全般的には、熱検出器に適した吸収体構造に関する。

【背景】

【0002】

本節では有用な背景情報を示すが、ここに記載されている何れの手法も従来技術の代表例であるとは認めていない。

【0003】

ボロメータ型熱検出器は、反射素子の上方に懸架された吸収性ナノ／マイクロブリッジまたはメンブレンを備えている。この検出器に波長選択をもたらすために、メタマテリアル吸収体を適用できる。ただし、メタマテリアル吸収体の使用は、一般に熱質量を増加させ、低熱容量の吸収体を設計する可能性を制限する傾向があり、ひいては検出器の速度を制限する傾向がある。

【0004】

高速動作のために、ボロメータの全ての感知素子は、低い熱容量と高い熱伝導率とを有する必要がある一方で、熱出力への良好な応答性は、熱経路への低い熱伝導率と高吸収性メンブレンとを必要とする。ただし、既存の諸解決策は、必要とされる支持、温度検出変換器（温度計）、および／または追加の吸収体（例えば金属－絶縁体－金属、ＭＩＭ：ｍｅｔａｌ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－ｍｅｔａｌ）構造の故に、熱質量（熱容量）を大幅に低減させることができない。更に、超広帯域および超狭帯域の吸収、ならびに同調可能な帯域吸収、は従来の手段では達成が困難および／または高価である。

【0005】

そこで、新しい吸収体構造が提供される。

【摘要】

【0006】

本発明の複数の例のさまざまな態様が特許請求の範囲に示されている。

【0007】

本発明の第１の例示的態様によると、熱検出器のための吸収体構造が提供される。前記吸収体構造は、
基本形状を画成する複数の端縁と、
複数の開口部を有するグリッドを前記吸収体構造の前記端縁間に形成するために導電接合された導電材料製の複数の第１脚であって、前記吸収体構造の前記端縁間に少なくとも１つの連続的な接続を形成する複数の第１脚と、
を備える。
前記吸収体構造は更に、前記第１脚に導電接合された導電材料製の複数の第２脚であって、前記第２脚は前記第１脚から前記グリッドの前記複数の開口部内に突出し、隣接する第１脚から離れた位置にある終端点において終端する、複数の第２脚を更に備える。

【0008】

実施形態によっては、前記終端点で電気接続特性が変化する。

【0009】

実施形態によっては、前記終端点はフリースペースを備える。

【0010】

実施形態によっては、前記第２脚は、前記終端点で、前記第２脚とは異なる電気接続特性を有する第２材料片に接続される。

【0011】

実施形態によっては、前記第２材料片は、前記第２脚の材料とは異なる材料製である、および／または前記第２脚の形状とは異なる形状を有する。

【0012】

実施形態によっては、前記異なる形状は、前記第２脚より小さな横断面を有する導電材料製のワイヤによってもたらされる。

【0013】

実施形態によっては、前記異なる材料は、誘電体、半導体、または低導電材料である。

【0014】

実施形態によっては、前記第２材料片は、第２脚を別の第１脚に、または別の第２脚に、接続する。

【0015】

実施形態によっては、前記導電材料は、金属、半金属、または高濃度不純物添加半導体材料を含む。

【0016】

実施形態によっては、前記導電材料は、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、チタンタングステンＴｉＷ、タングステンＷ、およびアルミニウム添加酸化亜鉛Ａｌ：ＺｎＯのうちの少なくとも１つを含む。

【0017】

実施形態によっては、前記第２脚は、周期的パターンを形成する。

【0018】

実施形態によっては、前記吸収体構造は、前記第２脚に導電接合された導電材料製の第３脚を更に備える。

【0019】

実施形態によっては、前記第２脚は、他の第２脚への直接の導電接続を更に備える。

【0020】

本発明の第２の例示的態様によると、前記第１の態様、または対応付けられた何れかの実施形態、の吸収体構造を備えた熱検出器が提供される。

【0021】

実施形態によっては、前記熱検出器は複数の熱電脚を備え、前記吸収体構造は前記熱電脚間に接点を形成する。

【0022】

実施形態によっては、前記熱検出器は、前記吸収体構造との積層構成になった反射素子と、前記吸収体構造と前記反射素子との間に形成されたキャビティとを備える。

【0023】

実施形態によっては、前記吸収体構造と前記反射素子との間に形成される前記キャビティの深さは、目標吸収波長のλ／４とは異なる。

【0024】

実施形態によっては、前記吸収体構造は、前記熱検出器の支持構造としての役割を果たす。

【0025】

以上、本発明のさまざまな非拘束性の例示的態様および実施形態を示した。上記の各実施形態は、本発明の実施に利用され得る選択された態様またはステップを説明するためにのみ使用されている。一部の実施形態が本発明の特定の例示的態様にのみ言及して提示されている場合もある。対応する実施形態は他の例示的態様にも当てはまり得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0026】

次に、本発明の例示的実施形態のより完全な理解のために、添付の図面に関連付けられた以下の説明を引用する。

【0027】

【図1】第１の例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【0028】

【図2】第２の例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【0029】

【図3】第３の例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【0030】

【図4】第４の例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【0031】

【図5】図４の複数の吸収体構造で形成された吸収体構造を示す。

【0032】

【図6】第５の例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【0033】

【図7】図６の複数の吸収体構造で形成された吸収体構造を示す。

【0034】

【図8】第６の例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【0035】

【図9】図８の複数の吸収体構造で形成された吸収体構造を示す。

【0036】

【図10A】更なる例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【図10B】更なる例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【図10C】更なる例示的実施形態の吸収体構造を示す。

【0037】

【図11A】特定の実施形態による熱検出器の断面図を示す。

【図11B】特定の実施形態による熱検出器の断面図を示す。

【図11C】特定の実施形態による熱検出器の断面図を示す。

【0038】

【図12】一部の実施形態の吸収体についてのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図面の詳細説明】

【0039】

本発明およびその潜在的利点は、添付図面の図１～図１２を参照することによって理解される。本文献において、同様の参照符号は、同様の部品またはステップを示している。

【0040】

本発明の複数の実施形態は、熱検出器のための高性能（高い応答性）低熱質量（高速）吸収体を可能にする吸収体構造を提供する。熱検出器という用語は、全般的には、吸収体素子の発熱によって電磁輻射線を監視する装置を指す。本熱検出器は、熱型光検出器とも称され得る。複数の例示的実施形態の吸収体構造は、温度検出変換器（例えば温度計、サーモパイル、等々）として、および／または熱検出器の複数の電気接点として（または、それらの一部として）、の役割も担い得る。複数の例示的実施形態の吸収体構造は、金属－絶縁体－金属構造を必要としない熱検出器の提供を可能にする。代わりに、真空、ガス、ガス混合物、またはエアキャビティを使用できる。複数の異なるスペクトル域および帯域幅のために、複数の異なる実施形態によるさまざまなメタマテリアル型吸収体の設計が可能である。

【0041】

複数の例示的実施形態による吸収体構造のさまざまな例を以下に説明する。これら吸収体構造は、単一構造メッシュを形成する金属、半金属、または高濃度不純物添加半導体材料製にし得る。使用され得る例示的材料は、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、チタンタングステンＴｉＷ、タングステンＷ、アルミニウム添加酸化亜鉛Ａｌ：ＺｎＯ、およびＳｒＴｉＯ_３を少なくとも含む。他の導電材料も使用できる。一実施形態において、構造化された吸収体メッシュは、サーモパイルとして機能する高濃度不純物添加シリコンと、または断熱支持構造と、組み合わされる。ただし、複数の例示的実施形態の吸収体構造は、これらの材料および組み合わせだけに限定されない。

【0042】

図１は、第１の例示的実施形態の吸収体構造１０１を示す。吸収体構造１０１は、基本形状を画成する複数の端縁を備える。この形状は、平面形状にし得る。この例において、この形状は正方形である。吸収体構造１０１は、導電材料製の複数の第１脚１０３～１０６、１３３～１３４を備える。第１脚１０３～１０６、１３３～１３４は、他の第１脚１０３～１０６、１３３～１３４に導電接続されてグリッド１０２を形成する。グリッド１０２は、これら第１脚とこれら第１脚間の接続とによって画成された正方形の開口部を複数有する。第１脚は、材料ストランドとも称され得る。グリッド１０２は、吸収体構造１０１の端縁間に延在する。

【0043】

第１脚１０３～１０６、１３３～１３４は、吸収体構造の端縁間に連続的な接続をもたらすことによって、吸収体構造を一体にまとめ、吸収体構造を例えば熱検出器の反射素子の上方に懸架可能にする。

【0044】

加えて、吸収体構造１０１は、導電材料製の複数の第２脚１０７～１１０を備える。第２脚１０７～１１０は、第１脚に導電接合される。この接続は、例えば、第２脚の一端または第２脚の真ん中で行われ得る。第２脚１０７～１１０は、第１脚からグリッド１０２の開口部内に突出し、隣接する第１脚から離れた位置にある終端点において終端する。前記終端点で電気接続特性が変化する。換言すると、第２脚は、別の第１脚まで直接延在しない、または別の第１脚と接点を形成しない。例えば図１では、第１脚１３４に接合された第２脚１０８が、隣接する第１脚１３３から離れた位置にある終端点１３５において、終端することが分かる。図１の例では、この終端点にフリースペースまたは空きスペースが存在する。あるいは、第２脚は、終端点において第２材料片に接続され得る。第２材料片は、第２脚の電気接続特性とは異なる電気接続特性を示す。第２材料片は、異なる材料製、および／または異なる形状の材料製、にし得る。この異なる材料は、誘電体、半導体、または低導電材料など、導電性が相対的に低い材料にし得る。この異なる形状は、例えば、第２脚の横断面より小さい横断面を有する材料にし得る。これにより、終端点は、非連続点と称され得る。第２脚１０７～１１０は、吸収体構造１０１の端縁間に非連続的な接続をもたらす。

【0045】

実施形態によっては、第１および第２脚は平面構造を形成し、第２脚はグリッドと同じ平面においてグリッドの開口部内に突出する。第２脚は、図１に示されている例のように、第１脚に対して垂直に位置付けられ得る。あるいは、第２脚は、何れか選択された角度で第１脚から突出し得る。一実施形態において、第２脚は、吸収体構造の複数の端縁によって画成された形状にわたって繰り返される周期的パターンを形成する。

【0046】

実施形態によっては、吸収体構造１０１は、第２脚１０７～１１０に導電接合された導電材料製の第３脚（図１には不図示）を備える。

【0047】

図２は、第２の例示的実施形態の吸収体構造２０１を示す。この例は図１の例と同様であり、図１の開示内容は、吸収体構造２０１が９０度とは異なる角度で第１脚から突出する第２脚２０７～２１０を備える点以外は、図２にも当てはまる。

【0048】

図３は、第３の例示的実施形態の吸収体構造３０１を示す。この例は図１の例と同様であり、図１の開示内容は、図３が三角形の開口部を有するグリッド３０２を画成する第１脚３０４～３０６を示している点以外は、図３にも当てはまる。他の形状も使用され得ること、および第１脚によって画成される開口部を例えば六角形または八角形にし得ること、に注目されたい。図１および図２と同様に、図３の吸収体構造３０１は、導電材料製の第２脚３０８～３０９を備える。第２脚３０８～３０９は、第１脚に導電接合される。この接続は、例えば、第２脚の一端または第２脚の真ん中で行われ得る。第２脚３０８～３０９は、第１脚からグリッド３０２の開口部内に突出し、隣接する第１脚から離れた位置にある終端点において終端する。

【0049】

図１～図３に示されている第２脚は、図示されていないが、吸収体構造全体にわたって周期的に繰り返され得ることに注目されたい。

【0050】

図４は、第４の例示的実施形態の吸収体構造４０１を示す。図示の吸収体構造４０１は単位セルであり、一般には、所望の吸収体エリアにわたって繰り返される。図５は、図４の吸収体構造または単位セルを複数隣接させて形成された吸収体構造５０１を示す。

【0051】

吸収体構造４０１は、導電材料製の第１脚４０４～４０５と導電材料製の第２脚４０７～４１０とを備える。第１脚４０４～４０５は、互いに導電接続される。図５において、隣接する複数の単位セルの第１脚はグリッドを形成する。このグリッドは、第１脚４０４～４０５と第１脚間の接続とによって画成された開口部を複数有する。形成されたグリッドは、吸収体構造５０１の端縁間に延在する。

【0052】

第１脚４０４～４０５は、吸収体構造の端縁間に連続的な接続をもたらすことによって、吸収体構造を一体にまとめ、吸収体構造を熱検出器の反射素子の上方に懸架可能にする。

【0053】

第２脚４０７～４１０は、第１脚４０４～４０５に導電接合される。図示の例では、この接続は、第２脚の真ん中で行われている。第２脚４０７～４１０は、第１脚４０４～４０５から突出する。第２脚は、隣接する第１脚から離れた位置にある終端点４２０～４２１において終端する。隣接する第１脚は、実際には隣接する単位セルの一部にし得ることに注目されたい。このような場合、第２脚は、単位セルの端縁から離れた位置にある、ひいては他の単位セルの第１脚から離れた位置にある、終端点において終端する。前記終端点４２０～４２１で電気接続特性が変化する。換言すると、第２脚は、別の第１脚まで直接延在しない、または別の第１脚と接点を形成しない。図４の例では、フリースペースまたは空きスペース４１１～４１２が終端点４２０～４２１に存在する。これにより、第２脚４０７～４１０は、図４の吸収体構造４０１または図５の吸収体構造５０１の端縁間に非連続的な接続をもたらす。

【0054】

図５は、図４の単位セル４０１を図示の構造の左側に備えている。単位セル４０１の第２脚４０９が終端する終端点４２０は、隣接する単位セルの第１脚４０４'から離れた位置にあることが分かる。

【0055】

図６は、第５の例示的実施形態の吸収体構造６０１を示す。図示の吸収体構造６０１は単位セルであり、一般には、所望の吸収体エリアにわたって繰り返される。図７は、図６の吸収体構造または単位セルを複数隣接させて形成された吸収体構造７０１を示す。

【0056】

吸収体構造６０１は、導電材料製の第１脚４０４～４０５と導電材料製の第２脚６０７～６１０とを備える。第１脚４０４～４０５は、互いに導電接続される。図７において、隣接する複数の単位セルの第１脚はグリッドを形成する。このグリッドは、第１脚４０４～４０５と第１脚間の接続とによって画成された開口部を有する。形成されたグリッドは、吸収体構造７０１の端縁間に延在する。

【0057】

第１脚４０４～４０５は、吸収体構造の端縁間に連続的な接続をもたらすことによって、吸収体構造を一体にまとめ、吸収体構造を熱検出器の反射素子の上方に懸架可能にする。

【0058】

第２脚６０７～６１０は、第１脚４０４～４０５に導電接合される。図示の例では、この接続は、第２脚の真ん中で行われている。第２脚６０７～６１０は第１脚４０４～４０５から突出し、第２脚は、隣接する第１脚から離れた位置にある終端点４２０～４２１において終端する。隣接する第１脚は、実際には隣接する単位セルの一部にし得ることに注目されたい。このような場合、第２脚は、単位セルの端縁から離れた位置にある、ひいては他の単位セルの第１脚から離れた位置にある、終端点において終端する。前記終端点４２０～４２１で電気接続特性が変化する。換言すると、第２脚は、別の第１脚まで直接延在しない、または別の第１脚と接点を形成しない。図６の例において、第２脚６０７～６１０は、終端点４２０～４２１で第２材料片６１１～６１２に接続される。第２材料片６１１～６１２は、第２脚６０７～６１０の電気接続特性とは異なる電気接続特性を示す。より具体的には、第２脚より小さな横断面を有する導電材料製のワイヤ６１１、６１２が存在し、非連続点を形成する。これらワイヤは、第２脚と同じ材料製または異なる材料製にし得る。これにより、第２脚６０７～６１０は、図６の吸収体構造６０１または図７の吸収体構造７０１の端縁間に非連続的な接続をもたらす。それにも拘わらず、ワイヤ部分は、第２脚の全長にわたって第２脚の下方または上方に延在し得る。

【0059】

更に、ワイヤ６１１、６１２は、吸収体構造に応じて、第２脚を別の第１脚に、または別の第２脚に、接続し得る。

【0060】

図８は、第６の例示的実施形態の吸収体構造８０１を示す。図示の吸収体構造８０１は単位セルであり、一般には、所望の吸収体エリアにわたって繰り返される。図９は、図８の吸収体構造または単位セルを複数隣接させて形成された吸収体構造９０１を示す。

【0061】

吸収体構造８０１は、導電材料製の第１脚４０４～４０５と導電材料製の第２脚８０８、８１０とを備える。第１脚４０４～４０５は互いに導電接続される。図９において、隣接する複数の単位セルの第１脚はグリッドを形成する。このグリッドは、第１脚４０４～４０５と第１脚間の接続とによって画成された開口部を有する。形成されたグリッドは、吸収体構造９０１の端縁間に延在する。

【0062】

第１脚４０４～４０５は、吸収体構造の端縁間に連続的な接続をもたらすことによって、吸収体構造を一体にまとめ、吸収体構造を熱検出器の反射素子の上方に懸架可能にする。

【0063】

第２脚８０８、８１０は、第１脚４０４～４０５に導電接合される。図示の例では、この接続は、第２脚の真ん中で行われている。第２脚８０８、８１０は、第１脚４０４～４０５から突出する。第２脚は、隣接する第１脚から離れた位置にある終端点４２０～４２１において終端する。隣接する第１脚は、実際には隣接する単位セルの一部にし得ることに注目されたい。このような場合、第２脚は、単位セルの端縁から離れた位置にある、ひいては他の単位セルの第１脚から離れた位置にある、終端点において終端する。前記終端点４２０～４２１で電気接続特性が変化する。換言すると、第２脚は、別の第１脚まで直接延在しない、または別の第１脚と接点を形成しない。図８の例において、第２脚８０８、８１０は、終端点４２０～４２１において第２材料片８１１～８１２に接続されている。第２材料片８１１～８１２は、第２脚８０７～８１０の電気接続特性とは異なる電気接続特性を示す。図８の例において、第２材料片８１１～８１２は、第２脚８０８、８１０とは異なる材料製である。この異なる材料は、誘電体、半導体、または低導電材料などの低導電材料にし得る。これにより、第２脚８０８、８１０は、図８の吸収体構造８０１または図９の吸収体構造９０１の端縁間に非連続的な接続をもたらす。

【0064】

更に、第２材料片８１１、８１２は、吸収体構造に応じて、別の第１脚への、または別の第２脚への、接続をもたらし得る。図８の例示的実施形態において、第２脚８０８は、他の第２脚８１０にも導電接続されている。点８２２を参照。

【0065】

図１０Ａ～図１０Ｃは、更なる例示的実施形態の吸収体構造１００１、１００２、および１００３を示す。

【0066】

図１０Ａの吸収体構造１００１は、導電材料製の第１脚４０４～４０５と導電材料製の第２脚８０８、８１０とを備える。構造１００１は、図８に示されている第２材料片の代わりにフリースペースまたは空きスペース４１１、４１２が存在する点以外は、図８の構造８０１と同様である。

【0067】

図１０Ｂの吸収体構造１００２は、導電材料製の第１脚４０４～４０５と導電材料製の第２脚８０８、８１０とを備える。構造１００２は、図８に示されている異なる材料８１１、８１２の代わりに、第２脚より横断面が小さい導電材料製のワイヤ６１１、６１２が存在する点以外は、図８の構造８０１と同様である。ワイヤ６１１、６１２は、第２脚と同じ材料製にし得る、または異なる材料が使用され得る。

【0068】

図１０Ｃの吸収体構造１００３は、導電材料製の第１脚４０４～４０５と導電材料製の第２脚４０８、４１０とを備える。構造１００３は、図４に示されているフリースペースまたは空きスペース４１１、４１２の代わりに、異なる材料片８１１、８１２が存在する点以外は、図４の構造４０１と同様である。

【0069】

図１１Ａ～図１１Ｃは、特定の実施形態による熱検出器１５０、１６０、１７０の側断面図を示す。

【0070】

図１１Ａの熱検出器１５０は、パターン化された吸収体構造１５９と、反射素子１５４と、電気活性材料製の電極１５１および１５２とを備える。

【0071】

パターン化された吸収体構造１５９は、例えば、図１～図９および図１０Ａ～図１０Ｃに示されている吸収体構造のうちの１つを備え得る。一実施形態において、吸収体構造１５９は、単一構造メッシュを形成する金属、半金属、または高濃度不純物添加半導体材料製にし得る。使用され得る例示的材料は、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、チタンタングステンＴｉＷ、タングステンＷ、アルミニウム添加酸化亜鉛Ａｌ：ＺｎＯ、およびＳｒＴｉＯ_３を少なくとも含む。他の導電材料も使用できる。一実施形態において、電極１５１は、高濃度不純物添加Ｎ型シリコンＳｉ、ポリシリコン、または他の半導体などのＮ型熱電材料製であり、電極１５２は、高濃度不純物添加Ｐ型シリコンＳｉ、ポリシリコン、または他の半導体などのＰ型熱電材料製である。Ｂｉ_２Ｔｅ_３およびＢｉ_２Ｓｅ_３など、他の熱電材料も電極１５１および１５２に使用できる。反射素子１５４は、例えば、分布ブラッグミラー用の金属および／または誘電体を備える。あるいは、この反射素子は、Ｎ＋＋添加シリコンなどの高濃度不純物添加半導体材料製にし得る。

【0072】

吸収体構造１５９は、電極１５１および１５２の間に懸架され、電極１５１および１５２に接続される。吸収体構造１５９と反射素子１５４とは積層構成であり、吸収体構造１５９と反射素子１５４との間に深さｄのキャビティが形成される。キャビティ内に真空を存在させ得る。あるいは、キャビティに適切なガス、ガス混合物、または空気が充填され得る。深さｄは、所望の波長に合わせて選択され得る。一実施形態において、深さｄは、目標吸収波長のλ／４とは異なる。更に別の実施形態において、深さｄは、目標吸収波長のλ／４未満である。更に別の実施形態において、深さｄは、目標吸収波長のλ／４である。

【0073】

吸収体構造１５９は、矢印１５３で示されている輻射線を吸収し、電極１５１および１５２に電気的変化を引き起こす。

【0074】

図１１Ｂの熱検出器１６０は、パターン化された吸収体構造１５９と、反射素子１５４と、電気活性材料製の電極１６１および１６２とを備える。

【0075】

パターン化された吸収体構造１５９は、例えば、図１～図９および図１０Ａ～図１０Ｃに示されている吸収体構造のうちの１つを備え得る。一実施形態において、吸収体構造１５９は、単一構造メッシュを形成する金属、半金属、または高濃度不純物添加半導体材料製にし得る。使用され得る例示的材料は、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、チタンタングステンＴｉＷ、タングステンＷ、アルミニウム添加酸化亜鉛Ａｌ：ＺｎＯ、およびＳｒＴｉＯ_３を少なくとも含む。他の導電材料も使用できる。一実施形態において、電極１６１は、高濃度不純物添加Ｎ型シリコンＳｉ、ポリシリコン、または他の半導体など、Ｎ型熱電材料製であり、電極１６２は、高濃度不純物添加Ｐ型シリコンＳｉ、ポリシリコン、または他の半導体など、Ｐ型熱電材料製である。Ｂｉ_２Ｔｅ_３およびＢｉ_２Ｓｅ_３など、他の熱電材料も電極１６１および１６２に使用できる。反射素子１５４は、例えば、分布ブラッグミラー用の金属および／または誘電体を備える。あるいは、反射素子は、Ｎ＋＋添加シリコンなどの高濃度不純物添加半導体材料製にし得る。

【0076】

吸収体構造１５９は、吸収体構造１５９の下に延在する電極１６１および１６２の間に懸架され、電極１６１および１６２に接続される。吸収体構造１５９と、電極１６１、１６２と、反射素子１５４とは積層構成であり、電極１６１および１６２を有する電極層と反射素子１５４との間に深さｄ'のキャビティが形成される。キャビティ内に真空を存在させ得る。あるいは、キャビティに適切なガス、ガス混合物、または空気が充填され得る。深さｄ'は、所望の波長に合わせて選択され得る。一実施形態において、深さｄ'は目標吸収波長のλ／４とは異なる。更に別の実施形態において、深さｄ'は目標吸収波長のλ／４未満である。更に別の実施形態において、深さｄ'は目標吸収波長のλ／４である。

【0077】

吸収体構造１５９は、矢印１５３で示されている輻射線を吸収し、電極１６１および１６２に電気的変化を引き起こす。

【0078】

図１１Ｃの熱検出器１７０は、パターン化された吸収体構造１５９および１７５と、反射素子１５４と、電気活性材料製の電極１６１および１６２とを備える。

【0079】

パターン化された吸収体構造１５９および１７５は、例えば、図１～図９および図１０Ａ～図１０Ｃに示されている吸収体構造のうちの１つを備え得る。一実施形態において、吸収体構造１５９は、単一構造メッシュを形成する金属、半金属、または高濃度不純物添加半導体材料製にし得る。使用され得る例示的材料は、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、チタンタングステンＴｉＷ、タングステンＷ、アルミニウム添加酸化亜鉛Ａｌ：ＺｎＯ、およびＳｒＴｉＯ_３を少なくとも含む。他の導電材料も使用できる。吸収体構造１５９および１７５は、同じ材料製または異なる材料製にし得る。吸収体構造１５９および１７５は、同じパターンまたは異なるパターンを有し得る。

【0080】

実施形態によっては、電極１６１は、高濃度不純物添加Ｎ型シリコンＳｉ、ポリシリコン、または他の半導体など、Ｎ型熱電材料製であり、電極１６２は、高濃度不純物添加Ｐ型シリコンＳｉ、ポリシリコン、または他の半導体など、Ｐ型熱電材料製である。Ｂｉ_２Ｔｅ_３およびＢｉ_２Ｓｅ_３など、他の熱電材料も電極１６１および１６２に使用できる。反射素子１５４は、例えば、分布ブラッグミラー用に金属および／または誘電体を備える。あるいは、反射素子は、Ｎ＋＋添加シリコンなどの高濃度不純物添加半導体材料製にし得る。

【0081】

吸収体構造１５９は、吸収体構造１５９の下に延在する電極１６１および１６２の上方に載置される。吸収体構造１７５は、電極１６１および１６２の下に載置される。吸収体構造１５９と、電極１６１、１６２と、吸収体構造１７５と、反射素子１５４とは積層構成であり、吸収体構造１７５を有する下側吸収体層と反射素子１５４との間に深さｄ"のキャビティが形成される。キャビティ内に真空を存在させ得る。あるいは、キャビティに適切なガス、ガス混合物、または空気が充填され得る。深さｄ"は、所望の波長に合わせて選択され得る。一実施形態において、深さｄ"は目標吸収波長のλ／４とは異なる。更に別の実施形態において、深さｄ"は目標吸収波長のλ／４未満である。更に別の実施形態において、深さｄ"は目標吸収波長のλ／４である。

【0082】

吸収体構造１５９および１７５は、矢印１５３で示されている輻射線を吸収し、電極１６１および１６２に電気的変化を引き起こす。

【0083】

図１２は、一部の実施形態の吸収体についてのシミュレーション結果を示すグラフである。広帯域にわたる高い吸収性は、図４、図５、図６、および図７の吸収体構造４０１、５０１、６０１、および７０１など、いくつかの吸収体構造で得られる一方で、狭帯域にわたる高い吸収性も、例えば、図８および図９の吸収体構造８０１および９０１によって設計可能である。曲線１９１は、図４の吸収体構造４０１での例示的シミュレーション結果を示す。曲線１９２は、図６の吸収体構造６０１での例示的シミュレーション結果を示す。曲線１９３は、図１０Ｃの吸収体構造１００３での例示的シミュレーション結果を示す。曲線１９４は、図１０Ａの吸収体構造１００１での例示的シミュレーション結果を示す。

【0084】

複数の例示的実施形態の吸収体構造がもたらすのは、吸収体の熱質量の最小化の可能性であり、ひいては熱検出器の性能の最大化の可能性である。複数の例示的実施形態の吸収体構造の開発における一課題は、吸収体の熱質量を増加させずに熱検出器の性能要件を満たす効率的な吸収体構造を見つけ出すことであった。

【0085】

従来の吸収体構造に比べ、本吸収体構造の相対的に低い熱質量が複数の例示的実施形態において実現されるのは、複数の例示的実施形態の吸収体構造が極めて薄く、まばらであり、必要とされる追加の支持構造が皆無か最小限であるという事実の故である（例えば図１１を参照）。更に、複数の例示的実施形態の吸収体構造は、温度変換部としても、または熱検出器の複数の電気接点 （またはそれらの一部）としても、使用できる。従来は、複数の異なる機能（支持、温度変換、吸収、電気接続）のために、複数の異なる材料または層を必要としていた。複数の例示的実施形態の吸収体構造は、金属－絶縁体－金属構造を必要としない熱検出器の提供も可能にする。代わりに、真空、ガス、ガス混合物、またはエアキャビティを使用できる。

【0086】

熱電温度感知に関する一実施形態において、本吸収体構造は、熱検出器の熱電脚間に接点を形成する。抵抗感知に関する一実施形態において、本吸収体構造はそれ自体が感温抵抗を有する抵抗素子としての役割を果たし得る。これらの機能が可能になるのは、必要な電気回路を形成する連続的な第１脚の故である。

【0087】

実施形態によっては、さまざまなメタマテリアル型吸収体構造は、抵抗およびプラズモニックまたはプラズモン模倣吸収体構造の両方を採用したハイブリッド構造を備える。熱検出器において、吸収体構造は、反射鏡および真空、ガス、ガス混合物、またはエアキャビティと組み合わされ得る。

【0088】

さまざまな実施形態の吸収体構造は、さまざまな波長帯で、例えば、赤外線（ＩＲ）、テトラヘルツ、および／または、無線周波数（ＲＦ）波長域で、使用され得る。

【0089】

添付の特許請求の範囲の範囲、解釈、または適用を何ら制限することなく、複数の例示的実施形態の吸収体構造によってもたらされる一技術的効果は、複数の異なる機能を実現するために、いくつかの材料層を熱検出器の吸収体メンブレンに組み込む必要がないことである。これを可能にしたのは開示された効率的な吸収体デザインであり、すなわち、メタマテリアルＭＩＭ型構造が空気、ガス、ガス混合物、または真空ギャップに置き換えられた吸収体デザインであり、また、熱変換器（の一部）としての役割及び支持構造としての役割をも果たす連続的な第１脚が吸収体に設けられた吸収体デザインである。
本願明細書に開示されている例示的実施形態のうちの１つ以上の別の技術的効果は、新規なメタマテリアル型吸収体構造が提供されることである。
このような吸収体構造は、抵抗、インピーダンス整合、およびプラズモン模倣吸収体デザインの両方を採用し得る、更には、熱検出器において、金属－絶縁体－金属構造を必要とする代わりに、反射鏡および真空、ガス、ガス混合物、またはエアキャビティとの併用が可能である。このような解決策は、高い吸収率の維持を可能にする。

【0090】

本願明細書に開示されている例示的実施形態のうちの１つ以上の別の技術的効果は、高性能、高速、室温、ＩＲ検出器、および撮像アレイが妥当なコストで設けられ得ることである。本願明細書に開示されている例示的実施形態のうちの１つ以上の別の技術的効果は、最小の支持構造を有する吸収体として機能する、および熱電脚間の接点としての、または抵抗温度計（の一部）としての、役割も果たし得る、メッシュ様吸収体構造が提供されることである。これは、低い熱質量および熱容量を可能にし、高速動作を熱検出器にもたらす。

【0091】

本願明細書に開示されている例示的実施形態のうちの１つ以上の別の技術的効果は、ほぼ完全な吸収が、熱浴に対する極薄メンブレンの低熱伝導率と共に、高い応答性を可能にすることである。本願明細書に開示されている例示的実施形態のうちの１つ以上の別の技術的効果は、さまざまな実施形態の吸収体構造の使用によって、複数のフィルタまたは多層構造を必要とせずに、検出波長の固有制御を有する波長選択型、広帯域、非冷却式ＩＲセンサを実現できることである。本願明細書に開示されている例示的実施形態のうちの１つ以上の更に別の技術的効果は、極めて効率的な高速広帯域ＩＲセンサに加え、新規な多色撮像センサの開発への寄与である。

【0092】

本発明のさまざまな側面が独立請求項に示されているが、本発明の他の側面は、特許請求の範囲に明示的に示されている組み合わせだけでなく、記載の実施形態および／または従属請求項からの特徴と独立請求項の特徴との他の組み合わせを含む。

【0093】

上では本発明の例示的実施形態を説明してきたが、これら説明は限定的な意味で見られるべきではないことにも留意されたい。むしろ、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲を逸脱せずに行い得るいくつかの変形および修正が存在する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】