Una estructura de píxel que tiene un absorbente de tipo paraguas con uno o más rebajes o canales calibrados para aumentar la absorción de radiación.

Una estructura de píxel (100) para usar en un generador de imágenes infrarrojo,

que comprende:

- un sustrato (102), y

- un bolómetro (104) que comprende:

un transductor (108) que tiene una relación de separación con respecto a dicho sustrato, teniendo el transductor unaresistencia eléctrica que varía en respuesta a cambios en la temperatura del transductor, y

un absorbente (110) que tiene una conexión térmica con el transductor que permite que la radiación absorbida por elabsorbente caliente el transductor;

en la que el absorbente tiene un lado superior (130) que define un rebaje (112a, 112b) en el absorbente, estando elrebaje adaptado para afectar a la trayectoria de propagación de una porción de radiación recibida por el absorbentede tal manera que la porción de radiación es absorbida por el absorbente en vez de salir del absorbente;

caracterizada porque el absorbente tiene una relación de separación con respecto al transductor e incluye una capade absorción (124) que tiene un grosor que es de 10 nanómetros o menos.

Una estructura de píxel que tiene un absorbente de tipo paraguas con uno o más rebajes o canales calibrados para aumentar la absorción de radiación 5

Campo de la invención La presente invención se refiere a una estructura de píxel de una matriz de plano focal basada en bolómetros.

Antecedentes de la invención Los detectores de infrarrojos se usan en diversidad de aplicaciones para proporcionar una salida eléctrica que es una medida útil de la radiación infrarroja incidente. Por ejemplo, los detectores cuánticos son un tipo de detector de infrarrojos que se utilizan a menudo con fines de visión nocturna en diversidad de aplicaciones militares, industriales y comerciales. Los detectores cuánticos generalmente funcionan a temperaturas criogénicas y por lo tanto necesitan un aparato de enfriamiento criogénico. Como resultado, los detectores cuánticos que funcionan a temperaturas criogénicas pueden tener un diseño relativamente complejo y generalmente consumen cantidades significativas de energía.

Otro tipo de detector de infrarrojos es un detector térmico. Los detectores térmicos están típicamente no refrigerados y por lo tanto funcionan generalmente a temperatura ambiente. Un tipo de detector térmico que se ha desarrollado y se está volviendo cada vez más popular es una matriz de plano focal no refrigerada basada en microbolómetros. Una matriz de plano focal generalmente incluye una pluralidad de estructuras de píxel, cada una de las cuales incluye un bolómetro dispuesto sobre un sustrato común. Cada bolómetro incluye un elemento transductor que tiene una resistencia eléctrica que varía como resultado de los cambios de temperatura producidos por la radiación infrarroja incidente. Se puede obtener una medida de la radiación infrarroja incidente detectando cambios en la resistencia eléctrica. Ya que el diseño de una matriz de plano focal no refrigerada basada en bolómetros es generalmente menos compleja que los detectores cuánticos refrigerados criogénicamente, y ya que generalmente estas disposiciones de plano focal no refrigeradas requieren significativamente mucha menos energía que los detectores cuánticos refrigerados criogénicamente, las matrices de plano focal no refrigeradas basadas en bolómetros se están utilizando cada vez más.

Cada estructura de píxel de una matriz convencional de plano focal no refrigerada tiene un bolómetro que incluye un elemento absorbente para absorber la radiación infrarroja y un elemento transductor asociado con una resistencia eléctrica que varía a medida que varía correspondientemente su temperatura. Aunque los elementos absorbente y transductor pueden ser capas separadas de una estructura multicapa, el elemento absorbente y el elemento transductor pueden a veces ser el mismo elemento físico.

En funcionamiento, la radiación infrarroja incidente sobre el elemento absorbente calentará el elemento absorbente. Ya que el elemento absorbente y el elemento transductor están en contacto térmico, el calentamiento del elemento absorbente calentará correspondientemente el elemento transductor, causando por tanto que cambie la resistencia eléctrica del elemento transductor de una manera predeterminada. Se puede obtener una medida de la radiación incidente midiendo el cambio en la resistencia eléctrica del elemento transductor, tal como pasando una corriente conocida a través del elemento transductor.

Para permitir que el bolómetro sea sensible a cambios en la radiación infrarroja incidente, el bolómetro se diseña generalmente para minimizar la pérdida térmica al sustrato. Así, los bolómetros de matrices de plano focal convencionales tienen separados los elementos absorbente y transductor con relación al sustrato para desacoplar sustancialmente de manera térmica el sustrato relativamente masivo con relación al píxel. En este sentido, cada bolómetro incluye generalmente dos o más patas que soportan los elementos transductor y absorbente por encima del sustrato. Las patas se pueden extender entre los elementos absorbente y transductor y el sustrato, o las patas pueden conectar los elementos absorbente y transductor a pilares o similares que soportan los elementos absorbente y transductor por encima del sustrato.

Con el fin de proporcionar contacto térmico entre los elementos absorbente y transductor mientras se aísla eléctricamente el elemento transductor del elemento absorbente, el bolómetro también incluye generalmente una capa aislante eléctricamente y conductiva térmicamente dispuesta entre el elemento absorbente y el elemento transductor. Además, el bolómetro incluye típicamente otra capa aislante dispuesta en la superficie del bolómetro de cara al sustrato que sirve para soportar estructuralmente las otras capas y para proteger las otras capas durante el proceso de fabricación. Véase por ejemplo las patentes de EE.UU. nº 5.286.976, nº 5.288.649, nº 5.367.167 y nº

6.307.194 que describen las estructuras de píxel de matrices convencionales de plano focal basadas en bolómetros, cuyos contenidos se incorporan aquí mediante referencia.

Con el fin de mejorar aún más el rendimiento de estructuras de píxel convencionales, cada bolómetro puede incluir

un reflector dispuesto sobre la superficie del sustrato subyacente bajo los elementos absorbente y transductor. Como tal, la radiación infrarroja que es incidente sobre el bolómetro pero pasa a su través y no se absorbe por el elemento absorbente, será reflejada por el reflector de vuelta al elemento absorbente. Al menos una porción de la radiación reflejada será por lo tanto absorbida por el elemento absorbente durante el segundo paso a través del elemento absorbente, aumentando por tanto el porcentaje de la radiación incidente que se absorbe por el elemento absorbente.

Sin embargo, la estructura de píxel de matrices convencionales de plano focal basadas en bolómetros, tal como se describe en la patente de EE.UU. nº 6.307.194, aún permite que un porcentaje sustancial de la radiación reflejada pase a su través y salga del absorbente sin ser absorbido. Por otra parte, en matrices convencionales de plano focal basadas en bolómetros, el absorbente tiene una capa resistiva de absorción que tiene un grosor típico de 5, 0 nm o más usando técnicas de fabricación y de deposición actuales. En consecuencia, el absorbente en matrices convencionales de plano focal basadas en bolómetros tiene una resistividad de 200-350 ohmios por cuadrado, lo que limita las capacidades de absorción de la estructura convencional de píxel.

Por lo tanto, se necesita un absorbente mejorado que supere los problemas mencionados anteriormente y otros experimentados previamente para bolómetros. En particular, se necesita un bolómetro que tenga un absorbente con una alta resistividad y capacidades de absorción aumentadas para absorber eficazmente sustancialmente toda la radiación incidente.

El documento US 5602393 muestra un elemento de detector de microbolómetro, que incluye una estructura de material ópticamente absorbente que absorbe una porción de radiación incidente, y tiene una pluralidad de aberturas que difractan otras porciones de la radiación incidente. La estructura absorbente tiene una resistividad eléctrica que varía en función de su temperatura. Un director de radiación óptica redirige la radiación óptica difractada de vuelta a la estructura absorbente. La distancia entre el director de radiación y la estructura absorbente se sintoniza de manera que, para una longitud de onda de diseño predeterminada, la radiación óptica que se redirige de vuelta a la estructura absorbente interfiere de manera constructiva con radiación óptica incidente que no se refleja por la estructura absorbente. La interferencia constructiva provoca que la estructura absorbente absorba sustancialmente más radiación óptica en la longitud de onda de diseño que en otras longitudes de onda. La radiación redirigida también interfiere destructivamente con la radiación óptica incidente que se refleja por la estructura absorbente, suprimiendo por tanto el reflejo de la radiación. Se conecta un circuito a la estructura absorbente para medir su resistividad eléctrica.

El documento EP 0859413 A2 muestra una matriz infrarroja bidimensional de plano focal de unidades de detección de temperatura. Las unidades de detección de temperatura están dispuestas para cada píxel en una disposición bidimensional en un sustrato semiconductor. Cada unidad de detección de temperatura está formada integralmente con circuitos de lectura. Cada unidad de detección de temperatura tiene una porción de detección de temperatura que se soporta por patas de soporte hechas de un material de alta resistencia térmica para reducir el flujo de calor al sustrato semiconductor.... [Seguir leyendo]

1. Una estructura de píxel (100) para usar en un generador de imágenes infrarrojo, que comprende:

- un sustrato (102) , y

-un bolómetro (104) que comprende:

un transductor (108) que tiene una relación de separación con respecto a dicho sustrato, teniendo el transductor una 10 resistencia eléctrica que varía en respuesta a cambios en la temperatura del transductor, y

un absorbente (110) que tiene una conexión térmica con el transductor que permite que la radiación absorbida por el absorbente caliente el transductor;

en la que el absorbente tiene un lado superior (130) que define un rebaje (112a, 112b) en el absorbente, estando el rebaje adaptado para afectar a la trayectoria de propagación de una porción de radiación recibida por el absorbente de tal manera que la porción de radiación es absorbida por el absorbente en vez de salir del absorbente;

caracterizada porque el absorbente tiene una relación de separación con respecto al transductor e incluye una capa 20 de absorción (124) que tiene un grosor que es de 10 nanómetros o menos.

2. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el rebaje es un canal a través del absorbente.

3. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la porción de radiación corresponde a un rango de y el rebaje tiene una anchura menor que el rango de las longitudes de onda.

4. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el bolómetro comprende además un reflector

(118) dispuesto sobre el sustrato y bajo el transductor, en la que el rebaje está dispuesto con relación al reflector de tal manera que el rebaje efectúa la trayectoria de propagación de radiación reflejada por el reflector hacia el absorbente de modo que la radiación reflejada es absorbida por el absorbente en vez de salir del absorbente.

5. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el absorbente cubre el transductor en una configuración de tipo paraguas. 35

6. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el rebaje es uno de una pluralidad de canales (112a, 112b) a través del absorbente.

7. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 6, en la que los canales están espaciados alrededor de 40 un centro del absorbente.

8. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el grosor de la capa de absorción está en un rango de 5 nanómetros a 10 nanómetros.

9. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el rebaje es uno de una pluralidad de canales a través del absorbente y espaciados alrededor del absorbente de tal manera que la capa de absorción tiene una resistencia de lámina dentro del rango de 350 ohmios por cuadrado a 1000 ohmios por cuadrado.

10. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el rebaje es uno de una pluralidad de 50 canales a través del absorbente y los canales desplazan colectivamente un tercio o más de un volumen de la capa de absorción.

11. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el rebaje es uno de una pluralidad de rebajes en el absorbente y la densidad colectiva de los rebajes está seleccionada de tal manera que el absorbente 55 tiene una resistencia de lámina que es igual o mayor que 400 ohmios por cuadrado.

12. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el absorbente incluye una capa base (126) dispuesta debajo de la capa de absorción y con un grosor igual o mayor que 90 nanómetros.

13. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 12, en la que el bolómetro comprende además un poste (111) que se extiende entre el transductor y la capa base del absorbente para soportar el absorbente en la relación de separación con el transductor.

14. Una estructura de píxel de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la capa de absorción comprende NiCr.