DE3035933C2

DE3035933C2 - Pyroelektrischer Detektor sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Detektors

Info

Publication number: DE3035933C2
Application number: DE3035933A
Authority: DE
Inventors: Katsuyoshi Kawasaki Fukuda; Hitoshi Kanagawa Hirano; Sadao Inagi Tokio/Tokyo Matsumura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-09-25
Filing date: 1980-09-24
Publication date: 1986-04-03
Also published as: CA1175130A; DE3035933A1; GB2061616B; GB2061616A

Description

Die Erfindung betrifft einen pyroelektrischen Detektor mit einem aus pyroelektrischem Material bestehenden Plättchen, einer zur Aufnahme infraroter Strahlen auf einer der Grundflächen des Plättchens vorgesehenen infrarot-empfincHichen Elektrode sowie einer auf deren gegenüberliegender Grundfläche angeordneten Schirmelektrode, bei dem die Schirmelektrode fest auf

so ein unterhalb des pyroelektrischen Plättchens ein Loch aufweisendes Substrat geklebt ist, das seinerseits auf eine Haltevorrichtung aufgebracht ist, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen pyroelektrischen Detektors. Benutzt werden solche pyroelektrischen Detektoren zum Erfassen und Messen von Infrarotstrahlen.

Bei bekannten pyroelektrischen Detektoren hat es sich gezeigt, daß aus pyroelektrischem Material bestehende Plättchen hoher Wärmekapazität auf schnelle Änderungen der Intensität der auffallenden lnfrarolstrahlen nicht anzusprechen vermögen. Im allgemeinen werden daher zur Verringerung der Wärmekapazität unterschiedliche technische Maßnahmen angewendet, darunter bspw. die Verringerung der Stärke des Plättchens aus pyroelektrischem Material auf etwa 30 bis 50μιη. Eine Verringerung der Wärmekapazität kann aber auch erreicht werden, indem das pyroelektrische Material auf einer wärmeisolierenden Grundschicht vorgesehen und der umgebenden Luft ausgesetzt wird.

wie es anhand der Fig. 1 veranschaulicht wird: Nach F i g. 1 sind eine infrarot-empfindliche Elektrode 1 und eine Schirmelektrode 2 auf den einander gegenüberliegenden Grundflächen eines pyroelektrischen Kristalles 3 vorgesehen und vermittels von Drähten 4 bzw. 4' an einen Sockel 5 angeschlossen. Der Kristall wird von den Drähten 4 bzw. 4' auch mechanisch frei über dem Sockel 5 gehalten, so daß zwar die Wärmeabgabe zufriedenstellend ist, der derart aufgebaute pyroelektrische Detektor sich aber weder als mechanisch stabil noch auf die Dauer als zuverlässig, beständig und abnutzungsfest erweist. Wegen der geringen Stärke des pyroelektrischen Kristalles 3 läßt er sich auch nur aufwendig und unter Schwierigkeiten sowie unter Inkaufnahme einer hohen Ausschußquote herstellen.

Bspw. aus der DE-OS 21 21 835 ist ein anhand der F i g. 2 veranschaulichter pyroelektrischer Detektor bekannt, bei dem eine Elektrode 1 auf der freien Grundfläche eines pyro- bzw. ferroelektrischen Kristalles 3 aus LiTaO3 angeordnet ist, das von einer Schirmelektrode 2 unterfangen ist, die ihrerseits auf einer wärmeisolierenden Grundplatte 6, bspw. einer Glasplatte, vorgesehen ist. Diese wiederum ist auf den Sockel 5 montiert, und die Drähte 4 bzw. 4' dienen ausschließlich der Herstellung der elektrischen Anschlüsse. Nachteilig machen sich hierbei die Schwierigkeiten bemerkbar, die sich beim Versuch der Verbindung des Drahtes 4 mit der Schirmelektrode 2 ergeben, und unvorteilhaft erweist sich die durch die Grundplatte 6 bedingte hohe thermische Kapazität, da diese Platte zwar Wärme infolge der zo thermischen Isolierung langsam aufnimmt, sie jedenfalls aber nicht schnell wieder abzugeben vermag.

Eine weitere Ausführung eines pyroelektrischen Detektors ist aus der DE-OS 21 52 299 bekannt: Gemäß F i g. 3 sind auch hier eine Elektrode ί sowie eine Schirmelektrode 2 auf einander gegenüberliegenden Grundflächen eines pyroelektrischen Kristalles 3 angeordnet, der auf einer vom Sockel 5 getragenen Grundplatte 6 angeordnet ist. Zur Vermeidung der Anschlußschwierigkeiten der Schirmelektrode jedoch ist die -to Grundplatte 6 von einer elektrisch leitenden Schicht 7 umzogen, die, als elektrisch leitender Kleber ausgebildet, auch gleichzeitig die mechanische Verbindung herzustellen vermag. Damit aber erübrig* sich der Draht 4 der F i g. 2, und zur Herstellung des Anschlusses braucht «,5 nur die Elektrode 1 mittels des Drahtes 4' mit dem isolierten Kontaktstück des Sockels 5 verbunden zu werden. Auch hier ergibt sieb eine unerwünscht hohe Wärmekapazität, und es ist ein Kristall 3 von die Herstellung komplizierender geringer Sf ärke vorzusehen.

Ebenso unvorteilhaft erweist sich der pyroelektrische Detektor der eingangs genannten Art nach der US-PS 40 09 516. Durch die Verwendung eines aus Glas bestehenden Substrats wird es erforderlich, zusätzlich auch die schwierig anzuschließende Schirmelektrode zu verdrahten, und durch die Erstreckung der Aufnahmeelektrode über den gesamten Kristall wird die Empfindlichkeit beeinträchtigt Da die Grundfläche der verwendeten Kristalle die der sie unterfangenden Löcher des Substrats nur unwesentlich überschreitet, wird auch nicht die wünschenswerte maximale Stabilität des Detektors erreicht. Schließlich offenbart auch die US-PS 38 01 949 keine wünschenswerten pyroelektrischen Detektoren. Durch Verwendung relativ großer schlitzförmiger öffnungen des vorgesehenen Substrats, die zunächst von es einer Isolierschicht überbrückt sind, auf die dann jeweils eine Anzahl pyroelektrischer Kristalle aufgebracht ist, wird weder die erwünsch 1 hohe und sichere mechanische Beanspruchbarkeit erreicht, noch die angestrebt·': ungedämpfte Wirkung der pyroelektrischen Kristalle zugelassen. Da überdies zwar das Substrat aus Halbleitermaterial besteht, die die pyroelektrischen Kristalle tragende Schicht jedoch aus Isoliermaterial, ist es weiterhin erforderlich, die Schirmelektrode zur elektrischen Verbindung mit dem Substrat seitlich weiter- und durch Ausnehmungen der Isolierschicht hindurchzuführen. So sind die schlitzförmigen öffnungen zwar großer selbst als die Summe der Flächen der über ihnen angeordneten Aufnahmeelektroden, die mechanische Stabilität jedoch erweist sich nur als mangelhaft, und je stabiler die tragende Isolierschicht ausgeführt wird, desto weniger vermögen sich die Öffnungen des Substrats auf die Kennwerte des pyroelektrischen Detektors auszuwirken. Die Kontaktierungsschwierigkeiten sind hier nicht ausgeschaltet, sondern vielmehr auf die Bearbeitung des Substrats verlegt, da zwar ein leitfähiges Substrat eingesetzt ist, dieses aber durch Q*i es überfangende Isolierschicht abgedeckt ist.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, einen pyroelektrischen Detektor der eingangs genannten Art einschließlich des Verfahrens seiner Herstellung zu schaffen, der sich leicht, mit geringem Aufwände und mit geringer Ausfallquote herstellen läßt, und der sich als schnellansprechend und mechanisch stabil erweist

Gelöst wird diese Aufgabe, indem bei einem pyroelektrischen Detektor der eingangs genannten Art das Substrat aus Halbleiter- oder elektrisch leitendem Material besteht, in dem die Schirmelektrode mit dem Substrat elektrisch leitend verbunden ist, indem der Rand des Plättchens mit dem Rand des Substrates übereinstimmt, und indem die Fläche des Loches erheblich größer ist als die Fläche der oberhalb des Loches angeordneten Äufnahmeeiekf rode.

Ein mit diesen Merkmalen ausgeführter pyroelektrischer Detektor erweist sich als schnell ansprechend, leicht brauchbar und mechanisch stabil. Durch Verwendung eines elektrisch leitenden oder halbleitenden Substrats wird ein gesonderter Anschluß an die Schirmelektrode, der sich oft als relativ kritisch erweist und schwer herstellbar ist, eingespart. Da das Loch größer :st, als die über ihm liegende Aufnahmeelektrode, w'rd ein schnelles Ansprechen des Detektors erhalten; da jedoch das pyroelektrische Plättchen sich über das gesamte Substrat erstreckt, wird gleichzeitig auch eine hohe mechanische Stabilität des Aufbaues erreicht. Diese ist nicht nur im Betriebe des Detektors wünschenswert, sondern auch schon bei der Herstellung wesentlich, da üblicherweise das Plättchen seine endgültige Stärke erst nach der Befestigung auf dem Substrat erhält

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruches sind in den Un'eransprüchen gekennzeichnet, die gleichzeitig auch zweckmäßige und vorteilhafte Herstellungsverfahren angeben, die sich durch leichte Durchführbarkeit und sich hierbei ergebende geringe Ausschußquoten auszeichnen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit diese darstellenden Zeicfinung erläutert. Innerhalb der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen bekannten pyroelektrischen Detektor im Längsschnitt,

F i g. 2 eine weitere bekannte Ausführung eines pyroelektrischen Detektors,

Fig.3 in gleicher Darstellung einen weiteren vorbekannten pyroelektrischen Detektor, Fi g.4A in gleichartiger Darstellung ernen gemäß ei-

nem Ausführungsbeispiel der Erfindung gestalteten pyroelektrischen Detektor,

F i g. 4B in perspektivischer Darstellung mit bereichsweise aufgebrochenem Gehäuse eine praktische Ausführung des im Prinzip in Fig.4A gezeigten pyroelektrischen Detektors,

F i g. 5 ein Schaltbild des pyroelektrischen Detektors derFig.4B,

F i g. 6 bei der Herstellung von pyroelektrischen Detektoren sich ergebende Herstellungs-Teilphasen,

F i g. 7 entsprechende Phasen eines abgeänderten Herstellungsverfahrens, und

F i g. 8 Phasen eines weiterhin variierten Herstellungsverfahrens.

Ir. den Fig. 1 bis 3 sind, wie schon einleitend ausgeführt, bekannte Ausführungen von pyroelektrischen Detektoren schematisch dargestellt.

Ein gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführter pyroelektrischer Detektor ist in der gleichen Darstellung eines schematischen Längsschnittes in F i g. 4A gezeigt, während F i g. 4B einen praktisch ausgeführten pyroelektrischen Detektor perspektivisch mit aufgebrochenem Gehäuse zeigt.

In Fig.4A ist ein durch einen pyroelektrischen Kristall gebildetes Plättchen 11 gezeigt, das bspw. aus LiTaO₃ besteht und bei einer Dicke von rund 50 μπι Kantenlängen von 3,5 mm χ 33 mm aufweist. Auf der oberen Grundfläche des Plättchens It ist eine Aufnahmeelektrode 12 vorgesehen, die der Aufnahme von Infrarotstrahlen dient, und die als Scheibe mit einem Durchmesser von 2 mm ausgeführt ist. Auf die gegenüberliegende, untere Grundfläche des Plättchens 11 ist eine Schirmelektrode 13 aufgebracht, welche sich über die gesamte Grundfläche des Plättchens 11 erstreckt. Das derart mit einer Aufnahmeelektrode versehene und von einer Schirmelektrode unterfangene Plättchen Ji ist mit seiner Schirmelektrode 13 mittels eines elektrisch leitenden Klebers 14 auf ein aus Halbleitermaterial, bspw. Silizium, bestehendes Substrat 15 fest aufgeklebt, wobei die Hauptebene des Substrates 15 in seiner (lOO)-Kristallebene ausgerichtet ist. Dieses Substrat 15 weist bei einer Dicke von 250 μπι Kantenlängen von 3.5 mm χ 33 mm auf und enthält in seiner Mitte ein eine quadratische Grundfläche aufweisendes Loch 16 mit den lich',en Weiten von 2.5 mm χ 15 mm. Dieses Loch 16 ist zweckmäßig durch ein selektives Ätzverfahren hergestellt, und es entspricht in seiner axialen Lage der Position der Aufnahmeelektrode 12, auch wenn das Loch 16 erheblich größer als die Aufnahmeelektrode 12 ausgeführt ist Die verbleibende Unterseite des Substrates 15 ist mittels eines elektrisch leitenden Klebers 17 auf einen Sockel 18 geklebt, der mit einem mittels einer Isolierbuchse 19 isolierten Anschlußstift 20 ausgestattet ist. Dieser Anschlußstift 20 ist mittels eines Anschlußdrahtes 21. der aus Gold oder Aluminium hergestellt sein kann, mit der Aufnahmeelektrode 12 verbunden, während die Schirmelektrode 13 über die elektrisch leitenden Kleber 14 und 17 sowie das Substrat 15 mit dem Körper des Sockels 18 in Verbindung steht

Die praktische Ausführung des pyroelektrischen Detektors ist anhand der perspektivischen Darstellung der Fig.4B ersichtlich, während die Fig.5 dessen Schaltbild aufzeigt Nach F i g. 4B steht die auf das Plättchen ϊ ί aufgebrachte Aufnahmeeiektrode 12 mit elektrisch leitenden Halteelementen 22a und b in elektrisch leitender Verbindung, und auf der Grundfläche des Sockels 18 sind zwei Widerstände 23 bzw. 24 sowie ein FET 25 angeordnet Der zwischen dem Sockel 18 und der ihn überdeckenden, in der Figur aufgebrochen dargestellten Haube 26 eingeschlossene Raum ist mit Stickstoff (N₂) ausgefüllt. In das Zentrum der Haube 26 ist ein Fenster 27 aus Silizium eingesetzt. Der Sockel 18 ist mit drei Anschlußstiften Tausgestattet, von denen der an Masse liegende Anschlußstift Ti direkt den Sockel durchgreift, während die beiben übrigen Anschlußstiftc den Sockel isoliert durchgreifen. Von ihnen ist der Anschlußstift Tj mit dem Widerstand 24 und der Source

ίο des FET 25 verbunden, während der Anschlußstift Tj zum Drain des FET 25 geführt ist. Die auf dem Sockel 18 angeordneten Widerstände 23 und 24 sind, wie auch Fig.5 zeigt, mit ihren freien Enden jeweils mit dem Sockel 18 und damit dem Anschlußstift 7i verbunden, und sie sind mit Widerstandswerten von 10" bzw. 10⁴ Ohm ausgeführt.

Fällt nun eine Infrarotstrahlung durch das aus Silizium gebildete Fenster 27 auf die Aufnahmeeiektrode i2 ein, so wird deren Potential das Gate des FET 25 steuern und dementsprechend zwischen den Anschlußstiften T\ und Ti eine entsprechende Ausgangsspannung erzeugen.

Als vorteilhaft erweist sich die geringe Wärmekapazität des mit den Fig.4 und 5 dargestellten pyroeleklrisehen Detektors, weil der mit der Aufnahmeeiektrode

12 ausgestattete Bereich des Plättchens 11 nach unten frei steWf und über dem Loch 16 des Substrates 15 angeordnet ist. Auch das Anschließen der Schirmelektrode

13 bereitet keine Schwierigkeiten, da eine gesonderte Verbindung vermittels von Drähten entfällt und die erforderliche Verbindung mit dem Sockel 18 bzw. dem Anschlußstift T\ vermittels elektrisch leitender Kleber

14 und 17 sowie des Substrates 15 bewirkt ist. Damit ergibt sich auch eine hohe mechanische Stabilität und elektrische Beständigkeit und damit eine lange Lebensdauer, da das durch den pyroelckt.-ischen Kristall gebildete Plättchen 11 entlang seiner Kontur sicher und weitgehend spannungsfrei vom Substrat 15 getragen ist.
Herstellbar ist der in Fig.4B gezeigte pyroelektrisehe Detektor bspw. mittels des anhand der F i g. 6 erläuterten Verfahrens. Hier wird in einer ersten Phase entsprechend der Darstellung a auf einer der Grundflächen einer aus einem pyroelektrischen Kristall bestehenden Platte 31 eine Schirmelektrode 13 gebildet. Die Platte selbst weist bei einem Durchmesser von 63 mm eine Dicke von 250 μπι auf und besteht aus einem Z-Substrat aus LiTaO3. Die Schirmelektrode 13, die aus Chromnickel bestehen kann, kann im Vakuumaufdampfungsverfahren oder in einem AufsprühverfahreH hergestellt werden. Im folgenden Verfahrensschritt b wird auf eine der Grundflächen eines Substrates 15 des Durchmessers von 23 mm und der Dicke von 250 μπι der Orientierung (100) ein Oxydfilm 32 aufgebracht, der als Maske für einen folgenden Ätzvorgang verwendet wird und Vierkantlöcher einer Kantenlänge von 2,8 mm χ 2,8 mm aufweist

Nach dem in Fig.6, Phase c dargestellten Verfahrensschritt ist die mit der Schirmelektrode 13 überzogene Grundfläche der Platte 31 mittels eines elektrisch leitenden Klebers 14 auf das den Oxydfilm 32 aufweisende Substrat 15 geklebt und im folgenden Verfahrensschritt wird entsprechend der Phase dd\s Platte 31 von ihrer ursprünglichen, in strichpunktierten Linien dargestellten Abmessung auf eine Stärke von nur 50 μπι herabgeschliffen.

Im folgenden Verfahrensschritt wird das in seiner Stärke reduzierte pyroelektrische Kristallplättchen 31 mit dem angeklebten Substrat 15 in flüssiges Hydrazin

einer Temperatur von 100" C getanen ι. Hierbei wird von der Eigenschaft des Hydraxins Gebrauch gemacht, daß dieses in der Richtung (100) intensiv ätzend wirkt, in der Richtung (111) jedoch nur langsam. Dieses hat zur Folge, daß das aus Silizium bestehende Substrat 15 in einem Winkel von 57° gegen die (100)-Grundflache des Kristallpiättchens selektiv geätzt wird. Die in der F i g. 6, Phase e dargestellten vierkantigen Löcher 16, deren jedes eine Kantenlänge von jeweils 2,5 mm χ 2,5 mm hat, werden durch diesen selektiven Ätzvorgang aus dem aus Silizium bestehenden Substrat 15 herausgeätzt.

Im folgenden, in F i g. 6, Phase /dargestellten Arbeitsvorgang wird der ursprünglich als Maske vorgesehene Oxydfilm 32 entfernt, und auf der geschliffenen freien Grundfläche des Kristallplättchens 31 werden jeweils über den Löchern 16 Aufnahmeelektroden 12 eines Durchmessers von jeweils 2,0 mm gebildet. Damit sind die flächenmäßig erheblich kleiner als das jeweils zugeordnete Loch 16 ausgebildeten Elektroden 12 gerade oberhalb des zugeordneten Loches vorgesehen. Eine Aufsicht auf das so gebildete, auf dem Substrat montierte und mit Aufnahme- und Schirmelektroden ausgestattete Kristallplättchen 31 zeigt die Fig.6 im Phasenbild g. Durch gestrichelte Quadrate sind die Löcher 16 dargestellt, obgleich gegenüber der Darstellung in F i g. 6 (g) der Abstand zwischen den Löchern 16 größer ist. — Das Kristallplättchen 31 wird schließlich auf einer Chip-Schneidemaschine in einzelne Chips gemäß F i p. 6 (h) und F i g. 6 (i) aufgeteilt, die dann gemäß F i g. 6 (j) mit elektrisch leitendem Kleber auf dem Sokkcl 18 befestigt werden.

Das anhand der F i g. 6 dargestellte Verfahren vereinfacht die Herstellung von pyroelektrischen Detektoren schon durch die Verwendung einer größeren Kristallplatte 31, mittels deren gleichzeitig eine größere Anzahl von einzelnen Chips herstcli'uär ist. so daß sieh dieses Verfahren für die Serienherstellung kostengünstiger Detektoren eignet. Andererseits kann dieses Verfahren aber auch weitgehend variiert werden. So können z. B. an die Stelle des Substrats 15 aus Ge, GaAs oder GaP hergestellte Trägerschichten treten. Es könnten auch Verfahrensschritte gegeneinander ausgetauscht werden; so könnte bspw. der Ätzvorgang der Phase e vor dem Schleifen gemäß Phase ddurchgeführt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Herstellungsverfahren pyroelektrischer Detektoren ist anhand der F i g. 7 erläutert. Zunächst wird in einem ersten, in F i g. 7 (a) veranschaulichten Arbeitsschritt auf einer der Grundflächen einer aus einem pyroelektrischen Kristall bestehenden Platte 41 eine durchgehende Schirmelektrode 42 hergestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt werden gemäß F i g. 7 (b) in ein Substrat 44 kreisrunde Löcher 43 eingearbeitet Das Substrat 44- besteht zweckmäßig aus einem Halbleiter- oder einem elektrisch leitenden Material, bspw. aus Si, Ge, GaAs, GaP, oder aber aus Metall. Für das Herstellen der zylindrischen Löcher 43 kann ein konventionelles Verfahren eingesetzt werden, bspw. das Bohren im Ultraschallverfahren oder ein entsprechendes Sandblasverfahren.

Nach F i g. 7 (c) wird sodann die auf der Platte 41 gebildete Schirmelektrode 42 mittels eines elektrisch leitenden Klebers 45 auf dem Substrat 44 befestigt Fig.7(d) veranschaulicht einen weiteren Arbeitsvorgang, nach dem die zum Teil mit strichpunktierten Linien angedeutete Platte 41 zu einem Kristallplättchen von 50 μπι Dicke herabgeschliffen wird. Nach der folgenden Phase der F i g. 7 (e) werden auf der geschliffenen freien Grundfläche des Kristallplättchens 41 scheibenförmige Aufnahmcclckiroden 46 geformt und hergestellt, deren Durchmesser jeweils geringer ist als der Durchmesser der achsgleich unter ihnen vorgesehenen zylindrischen Löcher 43. Anschließend werden, wie dieses im Phasenbild der F i g. 7 (f) und der Aufsicht der F i g. 7 (g) wiedergegeben ist, jeweils zwischen den Aufnahmeelektroden 46 Verbindungselektroden 47 geformt und hergestellt. Die Löcher 43 sind in dieser Aufsicht gestrichelt gezeigt.

ίο Anschließend wird wieder, veranschaulicht durch Fig. 7(h) und 7 (i), das Kristallplättchen 41 der Fig-7(g) mittels einer Universal-Chip-Schneidemaschine jeweils mittig zwischen den Löchern 43 in einzelne Chips aufgeteilt. Sodann werden die Chips mittels eines elektrisch leitenden Klebers 50 auf Sockel 49 aufgeklebt, und ein vermittels einer Isolierbuchse 52 gehaltener Anschlußstift 51 wird mittels eines Anschlußdrahtes 53 mit mindestens einer der Verbindungselektroden 47 verbunden, die den elektrisch leitenden Halteelementen 22 der Fig.4B entsprechen. Der im Prinzip in ^F|g·⁷ (j) gezeigte pyroelektrische Detektor kann im übrigen in der in F i g. 4B gezeigten Weise montiert sein. Ein weiteres Herstellungsverfahren wird im folgenden anhand der F i g. 6 erläutert. Nach F i g. 6 (a) wird auf einer der Grundflächen einer aus einem pyroelektrischen Kristall bestehenden Platte 61 eine sich über die gesamte Grundfläche erstreckende Schirmelektrode 62 gebildet. Nach F i g. 8 (b) wird sodann unter Verwendung einer elektrisch leitenden Dickfilmpaste auf der freien Grundfläche der Schirmelektrode 62 ein mit kreisrunden Löchern 64 ausgestattetes Substrat 63 gebildet, dessen Löcher eingearbeitet sein können. Andererseits kann die Dickfilmpaste auf die Schirmelektrode 62 unter Aussparung der Flächenbereiche der Löcher 64 aufgetragen werden, wobei ein eine Stunde andauerndes Siebdruckvefiahfen Anwendung finden kann. Nach dem Auftragen der elektrisch leitenden Dickfilmpaste wird diese für die Dauer einer weiteren Stunde gebrannt.

Nach F i g. 8 (c) wird dann die freie Grundfläche der in strichpunktierten Linien dargestellten Platte 61 zur Bildung eines Kristallplättchens gleicher Bezeichnung auf eine Dicke von 50 μπι herabgeschliffen. Im folgenden, in F i g. 8 (d) wiedergegebenen Bearbeitungsschritt werden auf der freien, geschliffenen Grundfläche des Kristallplättchens 61 Aufnahmeelektroden 65 geformt gebildet, bspw. durch Aufsprühen oder Vakuumaufdampfen von Chromnickel. Jede dieser Aufnahmeelektroden zeigt sich als Scheibe eines Durchmessers von

so 2,0 mm, so daß sie jeweils einen geringeren Durchmesser aufweisen als die kreisrunden Löcher 64 und damit das Substrat nicht übergreifen. Im Kontakt mit diesen Aufnahmeelektroden 65 werden sodann Verbindungselektroden 66 gemäß F i g. 8 (e) aus ca. 1 um dickem Aluminium, das im Vakuum aufgedampft wird, aufgebracht Anschließend werden die Kristallplättchen 61 inklusive des unterfangenden Substrates 63 jeweils zwischen den Löchern 64 durch eine Universal-Chip-Schneidemaschine in einzelne Chips zerschnitten. Diese werden sodann vermittels eines elektrisch leitenden Klebers 69 auf einen Sockel 68 aufgeklebt, und ihre Verbindungselektrode wird vermittels eines Drahtes mit dessen isolierten Anschlußstift verbunden.

Die tatsächliche Montage und das Gehäuse des Detektors entsprechen der Darstellung der F i g. 4B.

Das anhand der F i g. 8 beschriebene Verfahren zur Herstellung pyroelektrischer Detektoren erweist sich als besonders einfach und läßt sich mit geringem Auf-

wände und unter Anfall nur geringen Ausschusses durchführen, da nicht nur auf einer gemeinsamen Platte eine Vielzahl von Chips gemeinsam hergestellt wird, auch die Bildung des mit Löchern ausgestatteten Substrates läßt sich durch direkt geformte Aufbringung ei- 5 ner Dickfilmpaste auf die für eine Reihe von Chips vorgesehene Platte einfach und mit geringem Aufwand bewirken. Gemeinsam ist den Herstellungsverfahren der Einsatz pyroelektrischer Kristalle für die Platte zur Bildung der Plättchen. So kann, wie bereits angegeben, io bspw. ein Kristall von LiTaOj verwendet werden. Andererseits können aber auch weitere pyroelektrische Stoffe, bspw. Triglyzerinsulfat (TGS) verwendet werden, aber auch Strontiumbariumniobat (SBN), PbTiO₃ oder PZT — als ferrokeramische Stoffe. 15

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Pyroelektrischer Detektor mit einem aus pyroelektrischem Material bestehenden Plättchen, einer zur Aufnahme infraroter Strahlen auf einer der Grundflächen des Plättchens vorgesehenen infrarotempfindlichen Elektrode sowie einer auf deren gegenüberliegender Grundfläche angeordneten Schirmelektrode, bei dem die Schirmelektrode fest auf ein unterhalb des pyroelektrischen Plättchens ein Loch aufweisendes Substrat geklebt ist, das seinerseits auf eine Haltevorrichtung aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet,

daß das Substrat (15, 44, 63) aus Halbleiter- oder elektrisch leitendem Material besteht,
daß die Schirmelektrode (13, 42; 62) mit dem Substrat elektrisch leitend verbunden ist,
daß der Rspd des Plättchens (11, 48, 67) mit dem Rand des Substrates (15,44,63) übereinstimmt,
und daß die Fläche des Loches (16,43,64) erheblich größer ist als die Fläche der oberhalb des Loches angeordneten Aufnahmeelektrode (12,46,65).

2. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein aus Metall bestehendes Substrat (15,44,63).

3. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein aus einer elektrisch leitenden Dickfilmpaste bestehendes Substrat (63).

4. Pyroelekirischer Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein aus SEzium oder Germanium bestehendes Substrat {15,44,63).

5. Pyroelektrischer Detektor c .ch Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein aus GaAs oder GaP bestehendes Substrat (15,44,63).

6. Pyroelektrischer Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (11,48, 67) aus pyroelektrischem Material ein LiTaO3-Kristall ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Detektors nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß auf eine der Grundflächen einer aus pyroelektrischem Material bestehenden Platte (31) die Schirmelektrode (13) aufgebracht wird,
daß mit der Schirmelektrode durch einen elektrisch leitenden Kleber (14) ein aus Halbleitermaterial bestehendes Substrat (15) verbunden wird,
daß die Dicke der Platte (31) durch Schleifen ihrer freiliegenden Grundfläche reduziert wird,
daß in das Substrat Löcher (16) eingearbeitet werden,

daß auf die Platte (31) jeweils oberhalb der Löcher (16) des Substrates (15) Aufnahmeelektroden (12) aufgebracht werden, deren Flächen jeweils erheblich kleiner sind als die Flächen der Löcher,
und daß die derart erhaltene Schichtplatte jeweils mittig zwischen den Löchern zersägt bzw. zerschnitten wird (F ig. 6).

8. Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Detektors nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß auf eine der Grundflächen einer aus pyroelektrischem Material bestehenden Platte (41) die Schirmelektrode (42) aufgebracht wird,
daß in ein Substrat (44) aus Halbleiter- oder elektrisch leitendem Material Löcher (43) eingearbeitet werden,

daß die Schirmelektrode (42) durch einen elektrisch leitenden Kleber (45) mit dem Substrat (44) verbunden wird,
daß die Dicke der Platte (41) durch Schleifen ihrer freiliegenden Grundfläche reduziert wird, daß auf die Platte (41) jeweils oberhalb der Löcher (43) des Substrates (44) Aufnahmeelektroc'en (56) aufgebracht werden, deren Flächen jeweils erheblich kleiner sind als die Flächen der Löcher, und daß die erhaltene Schichtplatte jeweils mittig zwischen den Löchern zersägt bzw. zerschnitten wird (F i g. 7).

9. Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Detektors nach mindestens einem der Ansprüehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine der Grundflächen einer aus pyroelektrischem Material bestehenden Platte (61) die Schirmelektrode (62) aufgebracht wird, daß eine elektrisch leitende Dickfilmpaste (63) so auf die Schirmelektrode (62) aufgetragen wird, daß Löcher (64) in dem so erstellten Substrat frei bleiben, daß nach der Verfestigung der Dickfilmpaste die Dicke der Platte (61) durch Schleifen ihrer freiliegenden Grundfläche reduziert wird, daß auf die Platte (61) jeweils oberhalb der Löcher (64) des Substrates Aufnahmeelektroden (65) aufgebracht werden, deren Flächen jeweils erheblich kleiner sind als die Flächen der Löcher, und daß die derart erhaltene Schichtplatte jeweils mittig zwischen den Löchern (64) zersägt oder zerschnitten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (16) des Substrates (15) durch selektives Ätzen erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (43) durch Anwendung mechanischer Arbeitsgänge,, bspw. Bohren, in das Substrat (44) eingebracht werden.