NL9100683A

NL9100683A - Bandafstand-stralingsdetector en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

Info

Publication number: NL9100683A
Application number: NL9100683A
Authority: NL
Original assignee: Loral Vought Systems Corp
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 2001-02-01
Also published as: NL194933C; NL194933B

Description

Oetrooiraad @ 9100683

Nederland

<§) A TERINZAGELEGGING

0 Aanvrage om octrooi; 9100683 0 IntCL7 Z. H011-31/0232 <§) Ingediend: 19.04.1991 @ Ter inzage gelegd: (n) Aanvragers): 01.02.20011.E. 2001/02 Lorei Vougtrt Systems Corporation te Grand

Prairie, Texas, Verenigde Staten van Amerika <US).

Gemachtigde:

Dr. R. Jorritsma c.s. te 2517 KZ Den Haag.

(0 Bandafstand-stralingsdetector en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

0 Een stiaflngsdetectorinrichting voor strafing in het infrarode gebied en gebieden met korte golflengten omvattende een dipooiantenne, die gemonteerd is op een substraat en via blokkeercontacten verbonden is met een bandafetanddetedorelement. De dipooiantenne heeft een lengte, die ongeveer gefijk is aan de halve go*-lengte van de invallende infrarode straling. Het bandafstanddetectoielement heeft lineaire afmetingen, die aanzienlijk kleiner zijn dan de golflengte van de gedetecteerde straling. Een groep van detectorelementen kan gecombineerd zijn teneinde een array te vormen, die een pixeisignaal voor een beeld produceren. In tegen* stelling tof conventionele infrarood stralingdetectoren is de beschreven detectorinrichting fel staat een bruikbaar uitgangssignaal te verschaffen zonder dat het nodig is om tot onder de omgevingstemperatuur te koelen. Een verdere infrarode strafingdetectorinrichting heeft een array van detectoren de elk voorzien is van een aantal parallelle detectorelementen. Elke detector produceert een pixeisignaal voor een afbeelding. De dementen van de detector zijn fotogevoelige of fötovoltaische bandafstandmaterfalen, en de elementen staan op een afstand van elkaar, welke kleiner is dan of gelijk is aan da golflengte van de te ontvangen straling. Verdere gelaagde structuren boven en/of onder de detectorelementen zorgen voor een impedantieaanpassing tussen de straling in de vrije ruimte en de stralingsimpedantie van de detectorelementen teneinde het invangen van de straling te verbeteren.

m o» <-1- _j De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelipr ingediende beschrijving met condusie(s) Z en eventuele tekening(en).

Bandafstand-8 tralingsde tec tor en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

De onderhavige uitvinding heeft in zijn algeneenheid betrekking op stralingedetectie-inrichtingen en heeft in het bijzonder betrekking op inrichtingen voor het detecteren van straling in het infrarode gebied en gebieden met kortere golflengten.

Stralingsdetectoren zoals infrarood detectoren worden al lang gebruikt in thermische beeldvormers voor waarneming bij nacht of waarneming door wolken, rook en stof. Ben conventionele infrarood beeldvormer bezit op een groot oppervlak een array van detectoren waarbij elke detector correspondeert met een enkel beeldelement {pixel) van een beeld. Elke detector heeft een planaire structuur waarvan zowel de lengte als de breedte-dimensies groter zijn dan de golflengte van de invallende straling zodat de detector een adequaat collectie-gebied vormt voor de invallende straling. Een conventionele detector van dit type is getoond in "Semiconductors and Semimetals", vol. 18, Mercury Cadmium Telluride, Academie Press, 19&1, blz. 162-163.

Een principiële beperking in het gebruik van conventionele infrarood beeldvormers wordt gevormd door de vereiste dat de beeldvormende inrichting omsloten moet zijn door een zeer koude kamer. Het koelen van dergelijke inrichtingen wordt over het algemeen uitgevoerd door verdamping van vloeibare gassen, zoals stikstof. Het opslaan, transporteren en hanteren van koelmiddelen zoals vloeibare stikstof is echter moeilijk, tijdrovend en kostbaar gebleken.

Al hoewel conventionele stralingsdetectoren met succes bruikbare beelden kunnen opleveren zijn er ernstige beperkingen aan het bedrijf ervan. Voor een bepaald vermogen van de. invallende straling is de resulterende signaalsterkte van deze inrichtingen relatief laag.

Er bestaat derhalve een behoefte aan een verbeterde Infrarood strallngsdetector in het gebied van de infrarode en kortere golflengten, die een signaal met grotere amplitude kan produceren met minder behoefte aan complexe koelapparatuur.

Een geselecteerde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding bestaat uit een inrichting voor het detecteren van invallende straling. De inrichting is voorzien van een ondersteunende structuur waarop een dipoolantenne is gemonteerd. De lengte van de antenne is gelijk aan ongeveer de halve golflengte van de invallende straling.

De inrichting omvat verder een kwantum detector element dat gemonteerd is op de ondersteunende structuur en verbonden is met de dipoolantenne. Het detector element is zodanig vervaardigd dat elk van de lineaire afmetingen ervan in hoofdzaak kleiner is dan de golflengte van de invallende straling. De invallende straling wordt door de dipoolantenne opgevangen en overgedragen aan het detector element teneinde een uitgangssignaal te produceren waarmee de detectie van de invallende straling door de inrichting wordt geïndiceerd.

Verdere uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn voorzien van een array van dergelijke inrichtingen en een beeldvormende inrichting omvat een aantal van dergelijke array's.

Voor een meer volledige begrip van de onderhavige uitvinding wordt nu verwezen naar de navolgende gedetailleerde beschrijving waarin gerefereerd wordt aan de bijgaande tekeningen waarin:

Figuur 1 een bovenaanzicht is van een array van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding voor het detecteren van invallende straling;

Figuur 2 een bovenaanzicht is van een alternatieve uitvoeringsvorm van een array van detectie inrichtingen voor infrarood striding in overeenstemming met de onderhavige uitvinding;

Figuur 3 een doorsnede is volgens de lijn 3~3 van de infrarood stralingsinrichting getoond in figuur 2;

Figuur 4 een perspectief aanzicht is van een beeldvormer voor een infrarode straling in overeenstemming met de onderhavige uitvinding waarin gebruik wordt gemaakt van detector array's voor infrarode straling geïllustreerd in figuur 1 dan wel figuur 2;

Figuur 5 in bovenaanzicht een conventionele infrarood stralings-detector toont;

Figuur 6 een bovenaanzicht is van een infrarood stralingsdetec-tor volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 7 een doorsnede is volgens de lijn 7-7 van de stralings-detector die getoond is in figuur 6;

Figuur 8 een doorsnede-aanzicht is van een alternatieve uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

Figuur 9 een doorsnede-aanzicht is van een verdere uitvoer ings- vorm van de onderhavige uitvinding waarin orthogonale groepen van detectoren worden toegepast;

Figuur 10 een gedeeltelijk uitgesneden bovenaanzicht is op een uitvoeringsvorm van het type, getoond in figuur 9» voorzien van twee groepen detectoren;

Figuur 11 een doorsnede-aanzicht ie van nog een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

Figuur 12 een bovenaanzicht is van een s tralingsbeeldvonner waarin gebruik wordt gemaakt van de infrarode stralingsdetector volgens de uitvinding;

Figuur lx een perspectief aanzicht is van een pixel element van een infrarode detector die gefabriceerd is in overeenstemming met een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

Figuur 2x een doorsnede is genomen volgens de lijn 2x-2x van de detector getoond is figuur lx;

De figuren 3Ax-SKx illustreren stappen in het vervaardigings-proces van de detector die geïllustreerd is in figuur lx;

Figuur 4x is een diagram waarin de s tralingsabsorptie van kwik-cadmium-telluride bij kamertemperatuur voor twee verschillende concentraties van het kwik is aangegeven;

Figuur Is een illustratie van de totale absorptie van de infrarood stralingsdetector die geïllustreerd is in figuur lx;

Figuur 6x is een perspectief aanzicht van een niet gepolariseerde infrarood stralingsdetector volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 7x is een bovenaanzicht van een ander ontwerp voor een infrarood stralingsdetector volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur βχ is een doorsnede genomen volgens de lijn 8x-8x van de detector die getoond is in figuur 7x;.

Figuur 9x is een perspectief aanzicht van de infrarood detector die getoond is in de figuren 7* en 8x;

Figuur lOx is een perspectief aanzicht van een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

De Figuren HAx-llLx illustreren stappen in het vervaardigings-proces van de detector die geïllustreerd is in de figuren 7x-9x;

Figuur 12x is een elektrisch schema van een detector volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 13* is een illustratie van een infrarood afleidingssysteem voorzien van eën detector array waarin detector elementen volgens de onderhavige uitvinding worden toegepast;

Figuur l4x is een perspectief aanzicht van een infrarood detector met stroken fotogevoelig materiaal aangebracht tussen parallelle geleiders; en

De figuren 15Ax-15Hx illustreren stappen in het vervaardigings-proces van de in figuur l4x geïllustreerde detector.

Verwezen wordt nu naar figuur 1 waarin een array 10 van . infrarood (IR) stralingsdetectoren volgens de onderhavige uitvinding zijn geïllustreerd. De array 10 omvat een ondersteunende structuur 12 die de fysische ondersteuning verschaft alsmede de noodzakelijke elektrische eigenschappen zoals niet-geleidbaarheid. Ben aantal identieke detector inrichtingen 14, 16. 18. 20. 22. 24, 26, 28 en 30 vormen tezamen een 3x3 matrix binnen de array 10. De detectie inrichting 16, die later nog in detail zal worden beschreven, vormt de vertegenwoordiger van de andere Inrichtingen binnen de array 10. De detectie inrichting 16 omvat een dipoolantenne 36 die voorzien is van de antenne elementen 36a en 36b. De antenne 36 is vervaardigd uit een geleidend materiaal zoals bijvoorbeeld aluminium. De golflengte van de invallende straling is aangeduid door het symbool Lambda (λ). De lengte van de dipoolantenne 36 is ongeveer gelijk aan de halve golflengte van de invallende straling. Elk van de detecterende inrichtingen 14-30 heeft een opvanggebied dat voor de detector inrichting 22 geïllustreerd is door het gebied binnen de ovale stippellijn 33 rond de Inrichting 22. Daaruit blijkt dat de detectie inrichting 14-30 zodanig zijn gepositioneerd dat een belangrijk deel van de invallende straling wordt ingevangen door de dipoolantennes.

Tussen de antenne elementen 36a en 36b bevindt zich een bandafstand-detectorelement 40 dat gemonteerd is op de ondersteunende structuur 12 en elektrisch verbonden is met de antenne elementen 36a en 36b. De in het onderstaande nog te beschrijven blokkeerkontakten zorgen voor de elektrische verbindingen tussen de antenne elementen 36a, 36b en het detectorelement 40.

De ondersteunende structuur 12 heeft een dikte die bij benadering gelijk is aan vierde van de golflengte van de invallende straling. Geselecteerde materialen voor de structuur 12 zijn zinkselenide of zinksulfide.

De array 10 kan dienst doen als pixel element in een infrarood beeldvormer, zoals in het volgende nog met verwijzing naar figuur 4 zal worden beschreven. In een dergelijke toepassing zijn de detectorinrich-tingen zoals 16, voor alle detectorinrichtingen in de array 10 gemeenschappelijk geschakeld teneinde een pixel signaal te produceren. Het is echter ook mogelijk om elke detectorinrichting, zoals 16, een afzonderlijk pixel signaal te laten genereren.

Verwezen wordt nu naar figuur 2 waarin een tweede configuratie volgens de onderhavige uitvinding is geïllustreerd. Deze configuratie bestaat uit een array 50 met een ondersteunende structuur 52. De structuur 52 is soortgelijk aan de boven beschreven structuur 12. De array 50 is een 2x4 matrix voorzien van de detectorinrichtingen 54, 56, 58, 60 , 62, 64 , 66 en 68. Elk van de detectorinrichtingen, zoals 56, omvat een detectie element en een dipoolantenne. De detectorinrichtingen 54-68 omvatten respéktievelijke detectorelementen 72-86. Elk detector-element is gepositioneerd tussen en aangesloten op twee plenaire metalen antenne elementen die dienst doen als een dipoolantenne voor elk detectorelement. De antenne elementen zijn opgenomen in de metaalgebieden 94, 96 en 98. De inrichting 56 omvat bijvoorbeeld het detectorelement 74 dat via in het ondertaande nog te beschrijven blokkeerkontakten verbonden is met een dipoolantenne bestaande uit de metalen elementen 102 en 104 die respektievelijk deel uitmaken van de metalen gebieden 94 en 96.

De in figuur 2 getoonde configuratie maakt het mogelijk een uitgangssignaal te produceren tussen de metalen gebieden 94 en 98 als gevolg van de elektrische responsies geproduceerd door de detectorelementen 72-86 bij ontvangst van invallende straling.

De horizontale celafstand van de structuur 50 wordt aangegeven door de lijn 106, de vertikale celafstand door de lijn 108, de horizontale celruimte door de lijn 110 en de vertikale celruimte door de lijn 112, Voor het detecteren van infrarode straling met een golflengte van 10 micron zijn de horizontale en vertikale celafstanden ongeveer 5 micron en zijn de celruimten bij benadering 4,5 micron. Elk van de detectorelementen 72-86 heeft afmetingen van ongeveer 0,75 x 0,25 micron. De dimensies van de detectorelementen zijn dus aanzienlijk kleiner dan de golflengte van de straling die onderschept noet worden. Voor IR straling met een golflengte van 5 micron wordt elk van de bovengenoemde lineaire dimensies gereduceerd met ongeveer de helft, maar de afmetingen van het detectorelement blijven toch ongeveer gelijk.

De array 50 kan op soortgelijke wijze dienst doen als pixel signaal bron binnen een beeldvormer met een groot aantal van dergelijke array's, zoals getoond is in figuur 4. De array 50 is verder in doorsnede getoond in figuur 3· Een reflecterende laag 116» bijvoorbeeld vervaardigd uit metaal zoals aluminium of een meerlaags diëlectricua, bevindt zich achter de ondersteunende structuur 52 evenals een isolerend substraat 118. De laag 116 doet dienst als grondvlak. In een voorkeurssamenstelling bestaat het subs treat 118 uit een siliciumsubstraat, dat deel uitmaakt van een in silicium gerealiseerde ladingsgekoppelde inrichting (CCD-inrichtlng) waarmee het signaal geproduceerd door de array 50 wordt verwerkt.

Het detectorelement 74 is elektrisch verbonden met de metalen dipoolantenne elementen 102 en 104. door middel van blokkeerkontakten. De elementen 72-86 bestaan bij voorkeur uit een legering van kwik-cadmium-telluride waarin het fraktionele deel van het cadmium wordt vertegenwoordigd door x en het fraktionele deel van het kwik wordt vertegenwoordigd door 1-x. De voorkeurs kwik-cadmium-telluride legering voor de detectorelementen 72-86 heeft x = 0,15« Zoals te zien is in figuur 3 omvat de array 50 de blokkeerkontakten 120, 122, 124 en 126. Het kontakt 120 bestaat uit een laag die zich bevindt op en in kontakt is met het buitenoppervlak van de detector 74. Het metalen element 102 is direct aangebracht op het kontakt 120. Het element 102 is elektrisch verbonden met het kontakt 120 maar niet direct verbonden met de detector 74. Het kontakt 122 is op soortgelijke wijze aangebracht tussen de detector 74 en het metalen element 104. Het kontakt 124 is gepositioneerd tussen de detector 82 en een deel van het metalen gebied 96. Een soortgelijk blokkeerkontakt 126 is aangebracht tussen de detector 82 en een deel van het metalen gebied 98. De blokkeerkontakten 120, 122, 124 en 126 zijn gevormd uit een kwik-cadmium-telluride legering waarvoor geldt x = 0,19*

Het doel van de blokkeerkontakten 120, 122, 124 en 126 is het voorkomen van diffusie van ladingdragers vanaf de detectorelementen, zoals 74, naar dë de uit aluminium bestaande metaalelementen zoals 102 en 104. Hét ie'wenselijk om te beschikken over een recombinatiesnelheid van minder dan 500 cm/sec, maar een direct aluminiumkontakt met de detector zou resulteren in een recombinatiesnelheid die het oneindige benadert. Door het opnemen van de blokkeerkontakten, zoals 120» 122» 124 en 126» tussen de detectorelementen en de metalen dipoolelementen wordt de recombinatiesnelheid van de ladingdragers gereduceerd tot een traject van 300-500 cm/sec. De blokkeerkontakten en de bijbehorende elementen functioneren bij benadering als hoogfrequente koppelcondensatoren waardoor een gelijkspanningsisolatie voor de ladingdragers wordt gerealiseerd maar slechts een kleine impedantie aanwezig is tussen de detectorelementen en de dipoolantenne elementen. De theorie en de gedetailleerde werking van een blokkeerkontakt van dit type is beschreven in "HgCdTe Hetero junction Contact Photoconductor," Applied physics Letters 4591), 1 juli 1984, blz. 83-85, door D.L. Smith, D.K. Arch, P.A. Wood en H. Walter Scott.

De bovenbeschreven detectorelementen zoals 40 en 74 zijn directe bandafstanddetec toren. Ben bandafs tandde tec tor van dit type produceert een elektrisch signaal als resultaat van de interactie tussen de invallende fotonen en de elektronen (gaten) in het materiaal. Een detec torelement van dit type is niet onderworpen aan thermische (fotonen) uitwisselingsruis zoals bolometer-detectors en dergelijke. Bandaf standde tectoren zijn derhalve niet sterk in prestaties beperkt bij hoger (omgevings)temperaturen zoals wel het geval is bij conventionele bolometer- en soortgelijke detectoren.

Een voorkeursmateriaal voor de detectorelementen 40 en 72-86 is een kristal van kwik-cadmium-telluride. Een verder materiaal kan indium-antomonide zijn. Een ander geschikt detec torelement kan een halfgeleider-superrooster zijn als beschreven in de Scientific American, "Solid State Superlattices," november 1983 door Gottfried H. Dohler. Nog een ander detectorelement kan een organisch materiaal zijn zoals beschreven in Laser Focus, "Organic Cystals and Polymers - A New Class of Nonlinear Optical Materials," februari 1982, blz. 59~64 door Anthony F. Garito Kenneth H. Singer. Door gebruik te maken ven het organische materiaal dat beschreven is in de referentie van Garito en Singer is het mogelijk om coherente detectie van de invallende straling te bereiken.

Een beeldvormer 130 in overeenstemming met de onderhavige uitvinding is geïllustreerd in figuur 4. De beeldvormer bevat een aantal individuele array's zoals 132. De array 132 kan bijvoorbeeld gelijk zijn aan de bovenbeschreven array 10 of 50. Een infrarood beeld wordt overgedragen via een lens 134 op de plenaire beeldvormer 130. Elk van de array's produceert een pixel signaal dat, voor de array 132, wordt overgezonden via een lijn 136. Voor elke array binnen de beeldvormer 130 bestaat er een corresponderende lijn. Het verzamelen en verwerken van alle pixel signalen leidt tot een reproduktie van het oorspronkelijke beeld dat via de lens 134 werd toegezonden. Een lijn 138 kan een gemeenschappelijke aardlijn vormen die zich uitstrekt over de beeldvormer 130.

Een werkwijze voor het vervaardigen van de bandafstanddetector-elementen volgens de onderhavige uitvinding zal in het volgende worden beschreven. Hen laat eerst een laag van cadmium-telluride epitaxiaal groeien op een substraat tot een dikte van 1-2 micron. Deze gegroeide cadmium-telluride laag wordt vervolgens blootgesteld aan kwik teneinde een oppervlakte laag kristal van kwik-cadmium-telluride te vormen. Tenslotte wordt de laag van kwik-cadmium-telluride geëtst teneinde een geselecteerde array van detectorelementen zoals getoond in de figuren 1 en 2 te vormen. Een verdere werkwijze voor het vervaardigen van een kwik-cadmium-telluride kristal voor de detectoren en blokkeerkontakten in de onderhavige aanvrage is beschreven in "Molecular Beam Epitaxial Growth of High Quality HgTe and Hgi-xCDxTe onto GaAs (001) Substrates," Applied Physics Letters (45(12), 15 december 1984 door J.P. Fauve, S. Sivananthan, M. Boukerche en J. Reno.

Een belangrijk voordeel van de structuur volgens de uitvinding is de mogelijkheid een uitgangssignaal te produceren voor een gedetecteerd infrarood signaal zonder de gebruikelijke noodzaak de detectorele-menten te koelen. Een conventioneel infrarood detectorelement is een plenair element dat een oppervlakte heeft met afmetingen die aanzienlijk groter zijn dan de golflengte van de invallende straling. Deze elementen met een groter oppervlak zijn nodig om de inkomende infrarode straling in te vangen.

Resumerend wordt opgemerkt dat volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding de detector, array en beeldvormer in hoofdzaak zijn ontworpen voor het detecteren van infrarode straling door gebruik te maken van dipoolantennes die de invallende straling opvangen en overdragen naar een bandafstand-detectorelement. De afmetingen van het detectorelement zijn aanzienlijk kleiner dan de golflengte van de invallende straling. Een belangrijk voordeel van de onderhavige uitvinding is liet genereren van een infrarood afbeeldingssignaal zonder noodzaak de detectorelementen te koelen.

Een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt gevormd door een infrarood stralingsdetector die een uitgangssignaal produceert bij blootstelling aan infrarode straling. Een conventionele uit de stand der techniek bekende infrarood stralingsdetector 200 is getoond in figuur 5· Er is algemeen belangstelling voor detectie van infrarood straling met een golflengte van 8-12 micron vanwege zijn ... propagatie eigenschappen door de atmosfeer. De conventionele detector 200 heeft elementen met een groot detectoroppervlak zoals het element 212 voor het invangen van de invallende infrarood straling. Het detectorelement 212 heeft een kenmerkende lengte en breedte afmeting van 50 micron. De 50 micron afmetingen zijn aanzienlijk groter dan de 8-12 micron golflengte van de ingevangen straling. Deze detector configuratie met grote oppervlakken wordt gebruikt voor het invangen van de invallende straling over gebieden die bij benadering corresponderen met de afmeting van een pixel (beeldelement) in een beeld. Elk van de detectorelementen, zoals 212, produceert een pixel signaal en deze signalen worden in combinatie gebruikt om een beeld te produceren.

Een verdere infrarood stralingsdetector 21*1 volgens de uitvinding is geïllustreerd in figuur 6. De detector 214 heeft een periodiek parallel patroon van fotogeleidende of fotovoltaïsche bandafstanddetectorelementen 216, 218 , 220, 222 , 224 , 226 , 228 en 230. Deze elementen moeten vervaardigd zijn uit een straling absorberend materiaal. Een voorkeursmateriaal voor deze detectorelementen is kwik-cadmium-telluride dat beschreven kan worden als Hg(1_x) Cd(x) Te, waarbij een geselecteerde waarde voor x gelijk is aan 0,2. De detectorelementen 216-23Ο zijn aan tegenoverliggende uiteinden met elkaar verbonden door respectievelijke gemeenschappelijke lijnen 236 en 238, die kenmerkend zijn vervaardigd uit metaal, zoals aluminium. In een geselecteerde uitvoeringsvorm zijn de detectorelementen 216-230 geëtst uit een enkele laag van kwik-cadmium-telluride.

De detectorelementen 216-230 en de gemeenschappelijke leidingen 236» 238 zijn gefabriceerd op een substruktuur 2*10, die een meervoudige funktie heeft, De substruktuur 240 verschaft een ondersteuning voor de elementen 216-230 en voor de leidingen 236, 238 en, 2oals duidelijk zal zijn, verschaft bovendien een impedantie-aanpassing tussen de straling in de vrije ruimte en de stralingsimpedantie van het patroon van de detectorelementen 216-230. De substruktuur 240 bevat lagen, waarvan de refraktieindices (n) verschillen van die van lucht of van de vrije ruimte. De substruktuur 240 verhoogt de stralingsabsorptie van de detector 214.

Verder verwijzend naar figuur 7 omvat de substruktuur 240 afzonderlijke lagen 242 en 244. De laag 242 is bij voorkeur indium-antimonide en de laag 244 is bij voorkeur cadmium-telluride. De laag 242 heeft een refractieindex n = 4 en de laag 244 heeft een refractieindex n = 2,7. waarbij η * 1 geldt voor de vrije ruimte.

Het patroon van detectorelementen 216-230, dat getoond is in figuur 6, omvat een pixel met totaalafmetingen van 50 micron bij 50 micron. Deze struktuur is ontworpen voor ontvangst van 8-12 micron infrarood straling. Élk van de detectorelementen 216-230 heeft een breedte van ongeveer 0,5 micron en een lengte van ongeveer 50 micron. De voorkeurshart op hartaf stand tussen de elementen 216-230 bedraagt 3 micron. Een voorkeursdikte voor elk van de elementen 216-230 is 0,5 micron, een voorkeursdikte voor elk van de lagen 242 en 244 ligt in het traject van 0,1-10 micron.

Vastgesteld is dat er begrenzende criteria zijn voor een effektieve toepassing van de onderhavige uitvinding, zoals getoond is in de figuren 6 en 7. Voor normale straling hebben deze criteria twee aspekten, allereerst moet de golflengte (λ) van de invallende straling groter zijn dan of gelijk aan het produkt van de periodieke tussenafstand (p) tussen de detectorelementen en de refractieindex (n2) van de onderste laag, dat wil zeggen de laag 244, zoals is getoond in figuur 7. Dit wordt uitgedrukt als λ 2n2p. In de tweede plaats moet de bovenste laag 242 een grotere refractieindex (nt) hebben dan de refractieindex (n2> van de onderste laag 244. Dit wordt tot uitdrukking gebracht door % > n2. Als aan deze twee aspekten wordt voldaan dan kan de absorptie van invallende straling volgens de onderhavige uitvinding 100% benaderen. Als niet aan deze criteria wordt voldaan dan zal een detector, zoals 214 die getoond . is in figuur 7, worden begrensd tot een maximale absorptie van minder dan 50%.

Alhoewel de gedetailleerde theoretische werking van de onderhavige uitvinding nog niet geheel wordt begrepen schijnt het dat de invallende straling, die niet direkt door de detectorelementen 216-230 wordt geabsorbeerd, in hoofdzaak wordt ingevangen in de laag 242, als gevolg van het verschil van de refractie-indices tussen laag 242 en laag 244 aan.de ene zijde en laag 242 en de vrije ruimte aan de andere zijde,

De invallende straling zal waarschijnlijk een defractie ondergaan door de detectorelementen 216-230 waardoor de propagatierich-ting wordt gewijzigd ten opzichte van de normale invalsweg. De Ingevangen straling wordt geabsorbeerd wanneer ze uiteindelijk de detectorelementen 216-230 bereikt na mogelijk vele reflecties. Het lijkt erop dat de straling die vanaf de laag 242 ontsnapt terug in de vrije ruimte via het vlak van de detectorelementen 216-230 wordt uitgedoofd door de inkomende invallende straling, daardoor bijdragend aan de totale absorptie van de invallende straling.

Alle detectorelementen 216-230 zijn parallel aangesloten tussen de leidingen 236 238. De leiding 236 is via een geleider 246 verbonden met de aansluiting van een gelijksspanningsbron of batterij 248. De leiding 238 is via een geleider 250 verbonden met een aansluiting 252. Een weerstand 254 is aangesloten tussen de aansluiting 252 en de aansluiting 256. De overblijvende aansluiting van de batterij 248 is verbonden met de aansluiting 256. De batterij 248 zorgt voor een voerspanning over de detectorelementen 216-230 en de weerstand 254 doet dienst als seriébelasting. Als infrarood staling wordt ingevangen door de detector 214 dan worden de elektronen in de detectorelementen 216-230 opgestuwd naar hogere energiebanden, waardoor de stroom die door de batterij 248 wordt geproduceerd veranderd. Dit leidt tot veranderingen in de stroom door de weerstand 254 waardoor de spanning over de aansluitingen 252, 256 wordt veranderd. De detector 214 produceert dus een pixelsignaal over de aansluitingen 252, 256. Een array van detectoren, zoals detector 214 produceert een compleet beeld door het genereren van een signaal voor elke pixel.

De detector volgens de onderhavige uitvinding heeft een grotere gevoeligheid vanwege de hogere vermogensdichtheid van de Invallende straling in het gevoelige materiaal in vergelijking met een conventionele infrarood detector. De detector 212 in figuur 5 en de detector 214 in figuur 6 hebben bijvoorbeeld dezelfde totale planaire afmetingen. Detector 212 heeft een aktief gebied van 2500 vierkante micron met een kenmerkende dikte van 10 micron, maar de detector 214 heeft een aktief gebied van slechts 425 vierkante micron met een kenmerkende dikte van 0,5 micron. Het een gelijke intensiteit van de invallende straling zal de detector 214 een bij benadering 120 keer grotere vermogengsdichtheid hebben in de gevoelige elementen, hetgeen een substantiële toename in de prestaties oplevert. Als de breedte van de elementen van de detector 214 kleiner worden dan wordt de toename van de vermogensdichtheid groter. De detector volgens de onderhavige uitvinding biedt derhalve een substantieel prestatievoordeel boven conventionele detectoren met een groot oppervlak.

De substruktuur 240 doet dienst voor het verschaffen van een impedantie-aanpassing tussen de stralingsimpedantie in de vrije ruimte en de stralingsimpedantie van de elementen 216-230 van de detector 214. Een basismaat voor het waarderen van de prestaties van een stralings-detector is het absorptiepercentage voor invallende straling. Zonder de substruktuur 240 hebben de elementen 216-230 een stralingsabsorptie van minder dan 52 maar met de toevoeging van de substruktuur, die voldoet aan de bovengenoemde criteria, wordt de absorptie verhoogd tot meer dan 802, zoals aangegeven wordt door computersimulaties.

De diverse geïllustreerde detectoren voor deze uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding maken gebruik van parallelle detectors trippen, maar in het algemeen kunnen periodieke elementen van willekeurige vorm worden toegepast, vooropgesteld dat de tussenafstand tussen de elementen kleiner is dan of gelijk, is aan de golflengte van de invallende straling.

Nog een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is getoond in figuur 8. De detector 260 is soortgelijk aan de detector 214, die getoond is in de figuren 6 en 7 waarbij echter een opliggende st ruk tuur is toegevoegd teneinde een extra impedantie-aanpassing te verschaffen tussen de detectorelementen en de impedantie van de vrije ruimte. Dé detector 260 is voorzien van een groep van parallelle detectorelementen 262 , 264, 266, 268, 270, 272, 274 en 276, die gelijk zijn aan de detectorelementen 216-230 in de detector 214. De detector 260 heeft een opliggende struktuur 280 voorzien van de lagen 282 en 284, die corresponderen net de lagen 242 en 244 in de detector 214. De detector 260 omvat ook een opliggende struktuur 286 voorzien van de lagen 288 en 290. De laag 288 is soortgelijk aan de laag 242 in detector 214 en de laag 290 is soortgelijk aan de laag 244 in detector 214. De opliggende struktuur 286 funktioneert evenals de onderliggende struktuur 240 voor het verbeteren van de impedantie-aanpassing tussen de elementen 262-276 en de stralingsimpedantie van de vrije ruimte.

Een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt gevormd door de detector 296, die getoond is in de figuren 9 en 10. De detector 296 heeft groepen van detectorelementen 298 en 300, die onderling gelijk zijn en elektrisch op dezelfde wijze, zijn gekoppeld als de detectorelementen 216-230 in de detector 214, die getoond is in figuur 6. De detectorelementen in de groep 298 staan echter loodrecht op de detectorelementen in de groep 300. De gedetecteerde signalen uit de twee groepen kunnen elektrisch worden gekombineerd. De detector 296 heeft een onderliggende struktuur 302 een bovenliggende struktuur 304 en een tussenliggende struktuur 306. De onderliggende struktuur 302 omvat de lagen 308 en 310 en de bovenliggende struktuur 304 omvat de lagen 312 en 3l4. De onderliggende struktuur 302 correspondeert met de onderliggende Struktuur 280 en de bovenliggende struktuur 304 correspondeert met de bovenliggende struktuur 286. De tussenliggende struktuur 306 heeft de lagen 316 en 318 die elk hij voorkeur bestaan uit een materiaal zoals cadmium-telluride met een dikte van ongeveer 0,1 tot 10 micron. De detectorgroep 298 bevindt zich In de laag 316 en de dec tec torgroep 300 bevindt zich in de laag 318. De twee groepen van detectorelementen 298, 300 zijn loodrecht georiënteerd teneinde orthogonale polarisaties van de inkomende straling in te vangen. De in figuur 6 getoonde struktuur vangt slechts één polarisatie in. Een gedeeltelijk bovenaanzicht op de detector 296 is getoond in figuur 10, waarbij de bovenliggende structuur 304 is verwijderd en de detectorelementen in de groep 300 met stippellijnen zijn getoond.

Nog een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is een detector 320, die getoond is in figuur 11. Deze dectector heeft een onderliggende struktuur 322. die bijvoorbeeld bestaat uit een diëlektrische laag of plaat 330. bij voorkeur vervaardigd uit cadmium-telluride net een dikte van 0,1 tot 10 micron. Op het oppervlak van de onderliggende struktuur 322 zijn een aantal parallelle detectorelementen gepositioneerd zoals 324, 326 en 328. Deze elementen zijn gerangschikt en aangesloten op de wijze zoals getoond is in figuur 6 voor de elementen 216-230. De elementen 324-328 zijn vervaardigd van hetzelfde materiaal als de elementen 216-230. Op het onderoppervlak van de plaat 330 is een laag 332 aangebracht bestaande uit een metaal zoals aluminium. De laag 332 heeft bij voorkeur een dikte van 0,3 micron. De onderliggende struktuur 322 omvat de diëlektrische plaat 330 en de metaallaag 332.

De diëlektrische plaat 330 heeft een voorkeursdikte die afhangt van de golflengte van de invallende straling. De voorkeursdikte is een oneven veelvoud van een kwart golflengte van de ontvangen straling. Voor een 12 -micron stralingsgolflengte is een dikte van maximaal 10 micron aanvaardbaar. Computersimulaties hebben aangetoond, dat de detector 320 met de geïllustreerde dimensies een stralingsabsorptie van nagenoeg 100# zal hebben.

De detector 320 werkt op dezelfde wijze als de bovenbeschreven detector 2l4. De metaallaag 332 verschaft het onderliggende reflecterende oppervlak net zoals het scheidingsvlak tussen de lagen 242 en 244 een' reflecterend oppervlak vormt.

Een infrarood beeldvormer 330 in overeenstemming met de onderhavige uitvinding is getoond in figuur 12. De beeldvormer 330 heeft een array van detectoren, zoals de detector 332. Elk van de detectoren, zoals 332 produceert een pixelsignaal en de verzameling van pixelsignalen vormt tezamen een beeld. Elk van de detectoren in de beeldvormer heeft een afzonderlijke uitgangsleiding voor het pixelsignaal van die detector. De beeldvormer 330 kan voor de detectoren 332 willekeurig één van de bovenbeschreven detectoren gebruiken, zoals de bovenbeschreven detectoren 214, 260, 296 of 320.

Verdere uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn geïllustreerd in de figuren lx tot en met 15Ax-15Hx.

Een infrarood detector 20x, die gefabriceerd is in overeenstemming met de onderhavige uitvinding, is in perspectief aanzicht getoond in figuur lx en in doorsnede getoond in figuur 2x. Deze aanzichten zijn niet noodzakelijkerwijze op schaal. Een gedetaileerde beschrijving voor de verveardigingsstappen van de detector 20x in overeenstemming met de uitvinding zal worden gepresenteerd in de figuren 3Ax~3Kx. De detector 20x omvat een substraat 22x, dat bij voorkeur vervaardigd is uit saffier maar als optie ook kan bestaan uit cadmium-telluride of silicium. De voorkeursdikte van het substraat 22x is ongeveer 2 millimeter. Aan de bovenzijde van het substraat 22x bevindt zich een reflecterend vlak 24x, bij voorkeur bestaande uit een laag van aluminium met een dikte van ongeveer 500-1000 angström. Een epoxyhechtl aag 23x verbindt de reflecterende plaat 24 aan het substraat 22x.

0p het oppervlak van de plaat 2kx bevindt zich een rechthoekige array van isolerende blokjes, vertegenwoordigd door de blokjes 26Ax-26Ex. Deze blokjes zijn bij voorkeur vervaardigd uit cadmlum-telluride en hebben laterale afmetingen van ongeveer 4 micron bij 1 micron en zijn ongeveer 0.3 micron dik. De hart op hartafstand van deze blokjes bedraagt ongeveer 8 micron. Alle afmetingen, gegeven voor de detector 20x. zijn gebaseerd op een ontwerp met een optimale responsie over een golflengte-band van 8-12 micron voor de invallende infrarode straling. De afmetingen zullen voor een andere golflengte naar evenredigheid moeten worden aangepast.

Direkt boven elk van de isolerende blokjes 26Ax-26Ex bevindt zich een groep van segmenten, die fotogevoelig zijn voor infrarode straling in het gebied van 8-12 micron. Dit zijn de fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex, die in hoofdzaak dezelfde laterale afmetingen als de segmenten 26Ax-26Ex hebben en een dikte van ongeveer 0,5 micron. Deze segmenten bestaan uit kwik-cadmiuo-telluride (MCT) met een X-verhouding van ongeveer 0,15. corresponderend met een bedrijfstemperatuur van 300°K. Kwik-cadmium- telluride wordt gespecificeerd door de fractionele bestanddelen, waarin het fractionele bestanddeel van cadmium wordt vertegenwoordigd door de legeringsverhouding X en het fractionele bestanddeel van kwik wordt vertegenwoordigd door 1-X.

De junktie tussen de. blokjes 26Ax-26Ex en de corresponderende segmenten 28Ax-28Ex is een blokkeer junktie, die een overdracht van alle ladingdragers, zowel meerderheidsladingdragers als minderheidsladingdra-gers voorkomt. Deze junktie kan worden vervaardigd door een korte overgang aan te houden tussen de fotogevoelige en niet fotogevoelige segmenten.

Direkt boven de fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex bevinden zich overbruggende· niet-fotogevoelige segmenten 30Ax-30Fx. De overbruggende segmenten 30Ax~30Fx bestaan uit kwik-cadmium-telluride, waarin de X-legeringsverhouding groter is dan of gelijk is aan 0,2. Met deze X-verhouding zijn de segmenten 30Ax-30Ex niet fotogevoelig voor infrarode straling in het golflengtegebied van 8-12 micron bij een bedrijfstempera-tuur van ongeveer 300'K. Elk van de segmenten 30Ax-30Fx overbrugt een paar van de segmenten 28Ax-28Ex. Het segment 30Bx overbrugt bijvoorbeeld de segmenten 28Ax en 2βΒχ. Voor elk van de segmenten 30Ax-30Fx is de voorkeurs lengte ongeveer 6 micron. De voorkeursbreedte bedraagt 1 micron en de voorkeursdikte is 0,25 micron. De afstand tussen de segmenten 30Ax-30Fx is bij benadering 2 micron.

Elk van de segmenten 30Ax-30Fx staat in kontakt met twee van de segmenten 28Ax-28Ex. De junktie tussen deze segmenten is een selektief blokkerende junktie, een heterojunktie. Deze junktie blokkeert minder-heidsladingdragers maar laat meerderheidsladingdragers door. In de de voorkeursuitvoeringsvorm bestaan de minderheidsladingdragers uit P-type gaten en bestaan de minderheidsladingdragers uit elektronen. De elektronen kunnen derhalve vrij door de junktie passeren, terwijl de P-type gaten worden geblokkeerd. Een methode voor het realiseren van dit type junktie is het aanbrengen van een gradatie in de overgang van de legeringsverhouding tussen twee segmenten over een afstand van ongeveer een duizendste angström. Andere technieken zijn in de stand der techniek op zich bekend.

De kombinatie van de blokken 26Ax-26Ex, de segmenten 28Ax-28Ex en de segmenten 30Ax~30Fx omvat een struktuur 32x die optreedt in een herhalend patroon van identieke strukturen 34x, 36x, 38x en 40x. Elk van deze strukturen bestaat uit een langgerekt gesegmenteerd elektrisch geleidend orgaan. Deze strukturen 32x-^0x bestaan parallel en hebben een onderlinge afstand, die kleiner is dan de golflengte van de van belang zijnde infrarode straling. Een geselecteerde hart op hartafstand bedraagt 8 micron.

De kombinatie van de segmenten 30Ax-30Fx en 20Αχ-2δΕχ vormt een langgerekt gesegmenteerd elektrische geleidend orgaan, dat dienst doet voor het invangen van de invallende infrarode straling, een overdracht van de stralingsenergie naar de fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex, waarin een detectiesignaal wordt gegenereerd en elektrisch door het orgaan wordt overgedragen. De hoeveelheid detectiesignalen, die wordt gegenereerd door het het aantal fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex wordt gesommeerd langs het gesegmenteerde elektrisch geleidende orgaan.

De fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex, en de corresponderende segmenten in de andere strukturen staan bij voorkeur op afstand van elkaar» welke afstand in. deze uitvoeringsvorm kleiner is dan de golflengte van de invallende straling. Bet reflecterende vlak 24x staat op afstand van de fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex, welke afstand kleiner is dan de golflengte van de invallende straling en bij voorkeur gekozen wordt op een kwart van de golflengte van de fotogevoelige segmenten.

Uit de segmenten 30Ax en de corresponderende segmenten in de strukturen 36x» 3&c en 40x zijn verbonden met een geleidend orgaan 42x dat opgebouwd is uit hetzelfde materiaal als het segment 30Ax en bij voorkeur een uitbreiding daarvan vormt. Een soortgelijk geleidend orgaan 44 is verbonden met het segment 30Fx en de corresponderende segmenten van de strukturen 34x, 36x, 38x en 4θχ. Een geleidende verbindingsweg 46x, bij voorkeur bestaande uit een indium! neg is gevormd op het oppervlak van het element 42x teneinde een elektrisch kon takt met het element 42x te vormen. Een soortgelijke geleider 48x is aangebracht op het orgaan 44x. De geleiders 46x en 48x zijn verbonden met een voorspanning zoals in het volgende nog zal worden besproken en doet dienst voor het verzamelen van de detectiesignalen» die worden gegenereerd in de strukturen 32x-40x.

Als het materiaal van de organen 42x en 44x een n-type materiaal is, dan verdient indium de voorkeur als materiaal voor de geleiders 46x en 48x. Als het materiaal voor de organen 42x en 44x een p-type materiaal is, dan verdient goud de voorkeur als materiaal voor de geleiders 46x en 48x.

De geleiders 50x, 52x. 54x, 56x, 58x en 60x strekken zich uit op de strukturen 32χ-4θχ en zijn gepositioneerd direkt boven de respectievelijke segmenten 30 Ax, 30Bx, 30Cx, 30Dx, 30Ex en 30Ex, en de corresponderende segmenten binnen de strukturen 34χ-4θχ. Elk van de geleiders 50x-60x is elektrisch geïsoleerd van elk ander circuitelement in de detector 20x. Deze geleiders zijn bij voorkeur van aluminium met een breedte van 2 micron en een dikte van 0,1 micron. De hart op har taf stand bedraagt ongeveer 8 micron. Deze geleiders strekken zich uit over de gehele array bestaande uit een aantal detectoren 20x. Deze geleiders doen dienst voor het inkoppelen van een grotere hoeveelheid energie uit de invallende infrarode straling in de fotogevoelige segmenten, zoals 28Ax-28Ex.

De detector 20x in figuur 1 is getoond met substantiële open ruimten tussen de blokken en segmenten van de diverse strukturen. De open ruimten, die getoond zijn in figuur lx onder het vlak van de geleiders 50x-60x zijn echter gevuld met een niet geleidend materiaal zoals zinksulfide. Dit vulmiddel is in figuur lx weggelaten om een beter aanzicht van de struktuur van de detector 20x mogelijk te maken. Het vulmateriaal is getoond in de figuren 3Dx-3Kx.

Met verwijzing naar figuur lx wordt tijdens bedrijf invallende infrarode straling, aangeduid door de pijlen ontvangen door de detector 20x. De infrarode straling valt in op het bovenoppervlak van de detector 20x, zoals getoond is in figuur lx. De invallende infrarode straling wordt in hoofdzaak ingevangen door de structurele kombinatie van het reflecterende vlak 24x, de niet-fotogevoelige segmenten en de fotogevoelige segmenten, tezamen met de geleiders 50x-60x. De infrarode energie wordt overgebracht naar de fotogevoelige elementen 28Ax-28Ex, en de corresponderende elementen, waarbij de struktuur als geheel een substantiële impedantie-aanpassing verschaft aan die van het invallende veld. Het doel van de niet-fotogevoelige elementen 30Ax-30Fx is het verbeteren van de impedantie-aanpassing en het verschaffen van een continue gelijkstroomweg teneinde de fotogegenereerde signaalstroom af te voeren. Hét fotostroom-detectiesignaal, dat geproduceerd wordt door de fotogevoelige elementen wordt afgevoerd via de een gelijkspanning voorgespannen elektrodegeleiders 46 en 48.

De geleiders 50x-60x kunnen zich uitstrekken over de bovenzijde van de detector 20x en hebben bij voorkeur een onderlinge afstand van 8 micron. De geleiders 50x-60x kunnen zich uitstrekken over een array van detectoren 20x en doet dienst vóór het vergroten van de opgezadelde invallende infrarood straling. Zonder de geleiders 50x-6Qx verzamelt de detector 20 ongeveer 30% van de invallende straling in het golflengtege-bied van 8-12 micron. Mét de toevoeging van de geleiders 50x-60x neemt het opzamelen van de Invallende straling toe tot ongeveer 7OÜ over de van belang zijnde band. De geleiders 50*-60x reduceren de polarisatiegevoe-ligheid van de detector 20x. Deze percentages zijn bepaald aan de hand van computersimulaties van de bovenbeschreven struktuur.

De detector 20x is verder in doorsnede getoond in figuur 2x. Deze doorsnede is volgens de lijn 2x-2x in figuur lx.

De detector 20x die getoond is in de figuren lx en 2 x kan èén enkele pixel binnen een beeld verzorgen. Een tweedimensionale array van detectoren 20x, zoals getoond is in figuur 13x kan worden gebruikt voor het produceren van een infrarood beeld.

Era» reeks van stappen, nodig voor het vervaardigen van een detector 20x volgens de uitvinding is getoond in de figuren 3Ax-3Kx. Zoals getoond is in figuur 3* wordt uitgegaan van een substraat JOx, dat bij voorkeur bestaat uit cadmium-zink telluride met een kristal oriëntatie van 2 graden naast <100>. Het substraat 7Qx heeft een dikte van ongeveer 2 millimeter. Op het oppervlak van het substraat 70x is een laag 72x gegroeid bestaande uit kwik-cadmium-telluride met een legerings-verhouding x = 0,2 en een dikte van ongeveer 2,0 micron. Op het oppervlak van de laag 72x is een laag 7^x gegroeid bestaande uit kwik-cadmium-telluride met een legeringsverhouding x * 0,15 en een dikte van ongeveer 0,5 micron. Op het oppervlak van de laag 7*ht is een laag 76x aangebracht bestaande uit cadmium-telluride. De laag 76x bevat geen kwik en heeft derhalve een legeringsverhouding x = 1,0. De laag 76x heeft een maximale voorkeursdikte van 1,0 micron. Elk van deze lagen 72x, 7^x en 76x is bij voorkeur gevormd via een proces van epitaxiale groei gebruikmakend van een Metaal-Qrganigche Chemische Damp Neerslag Methode of een Moleculaire Bundel Epitaxy Methode.

In figuur 3Bx, is de stap getoond, waarin de CdTe-laag 76x nauwkeurig dunner wordt gemaakt ofwel door middel van een nat etsproces gebruikmakend van verdunde oplossing van broom in methanol ofwel een droog plasma- etsproces gebruikmakend van vrije nethylradikalen. De voorkeursbenadering is de droge plasma-etsmethode. De uiteindelijke dikte wordt vastgesteld met behulp van interferentie-spectroscopie in het nabije infrarood (0,8-2,5 micron}. De droge plasma etsmethode kan uitgevoerd worden gebruikmakend van een sekundaire nagloeireaktor. In een dergelijke reaktor wordt een microgolfontlading opgewekt in een fluorbrongas, daardoor wordt een lopende nagloeiïng geproduceerd. Methaan wordt geïnjekteerd in deze lopende nagloeiïng teneinde methylradikalen te produceren, waarmee het cadmium telluride-wordt geëtst. Apparatuur voor het uitvoeren van deze werkwijze wordt geproduceerd door Plasma-Quest, Inc., Richardson, Texas.

In figuur 3Cx wordt een fotoresist aangebracht op het oppervlak van de laag 76x en gebruikmakend van fotolithografische technieken worden de lagen 76x en 7kx. geëtst teneinde de isolerende blokken 76Ax en 7δΒχ en de fotogevoelige segmenten 74Ax en 74Bx te produceren. Een geselecteerde fotoresist is AZ5214 en een geselekteerd middel is een vrije methyl radikaal, zoals boven is aangegeven. De isolerende blokken 76Ax en 76Bx corresponderen met de isolerende blokken 2öAx-26Ex, die getoond zijn in figuur lx. Op soortgelijke wijze corresponderen de fotogevoelige segmenten 74Ax-74Bx met de fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex, die getoond zijn in figuur 1.

In figuur 3Dx wordt een zinksulfide vulmiddel 7&x. aangebracht, waarmee de open gebieden tussen de geëtste pilaren bestaande uit de blokken 76Ax-76Bx en de segmenten 74Ax-74Bx worden gevuld. Het vulmiddel 78x strekt zich uit tot aan het oppervlak van de blokken 76Ax en 7βΒχ. Het vulmiddel 7&c wordt bij voorkeur aangebracht in een elektronenbundel- . verdampingsproces.

In figuur 3Ex wordt het reflecterende vlak 24x aangebracht, door elektronenbundelverdanping van aluminium op het bovenvlak van het vulmiddel 7öx en op het oppervlak van de blokken 7βΑχ en 76ΒΧ. De aluminiumlaag waaruit dit vlak 24 bestaat heeft bij voorkeur een dikte van ongeveer 500-1000 angström. Het vlak is reflectief voor infrarood straling.

In figuur 3Ex wordt een hechtlaag 80x aangebracht op het oppervlak van het vlak 24x welke laag 80x bij voorkeur een epoxy bevat, zoals een Epoxy Technology 301-2. De laag 80x heeft een dikte van ongeveer 0,5 micron. De epoxylaag 80x correspondeert met de laag 23x die getoond is in figuur lx. Een bovenliggend substraat, gelijk aan het substraat 22x dat getoond is in figuur lx, wordt aangebracht op de epoxyhechtlaag 80x, zodanig dat het bovenliggende substraat, zijnde het substraat 22x, wordt gehecht aan de struktuur, die omvat het reflecterende vlak 24x, het vulmiddel 78x, de blokken 76Ax, 76Bx, de segmenten 74Ax, 74Bx, de laag 72x en het substraat JOx.

In figuur 30* is een verdere stap getoond in het vervaardigings-proces voor het produceren van de detector 20x. In de stap, die getoond is in figuur 3Gx is het substraat 70x verwijderd, bij voorkeur door middel van een etsproces. De oriëntatie van de inrichting is door middel van een rotatie over l80e veranderd. Dat is in figuur 3Gx gedaan om de beschrijving van het proces meer begrijpelijk te maken en de resulterende inrichting in dezelfde oriëntatie te plaatsen als de detector 20x, die getoond is in figuur lx.

Het substraat JOx kan worden verwijderd door één van een aantal technieken, waaronder een lapwerkwijze of een conventioneel etsproces. Een voorkeurstechniek is het etsproces gebruikmakend van een techniek die beschreven is in een artikel getiteld "Selective Etching of CdTe and ZNCdTe Substrate from HgCdTe Epilayers" door G.M. Metze, D.L. Spears and N.P Walsh van Lincoln Laboratory, ΜΓΓ, gepubliceerd in Proceedings of the 1983 Meeting of the IRIS Specialty Group on Infrared Detectors, gehouden op 6-8 augustus 1983, in volume 2, pagina's 123-132, gedateerd 7 augustus 1985»

In Figure 3Hz is de laag 72x geëtst door een fotolithografisch proces teneinde de de overbruggende segmenten 72Ax, 72Bx en 72Cx te vormen. Een geselecteerde fotoresist is AZ5214 en een geselecteerd etsmiddel is vrije methyl radikalen, zoals boven is aangegeven. Deze segmenten corresponderen met de niet-fotogeleidende segmenten 30Ax-30Fx, die getoond zijn in figuur lx.

In figuur 3Ιχ is de stap getoond, waarin de aluainiumgeleiders 82x, 84x en 86x, corresponderend met de geleiders 50x-60x worden neergeslagen. Dat wordt gedaan door gebruik te maken van een conventionele elektronenbundel-fotolithografie, waarbij aluminium wordt verdampt. Indium geleiders voor de sporen 46x en 48x worden in een navolgende stap gevormd.

Zoals figuur 3J* laat zien, wordt een passi verende laag 88x aangebracht over het oppervlak van de geleiders 82x-86x, de blootliggende oppervlakken van de segmenten 72Ax, 72Bx en 72Cx, alsmede de blootliggende oppervlakken van de segmenten 7^Ax en 74Bx. Het gehele blootliggende oppervlak van de component wordt derhalve bedekt door de passiverende laag 88x. De laag 88x bestaat bij voorkeur uit zinksulfide en heeft een dikte van ongeveer 0,1 micron.

Verwezen wordt nu naar figuur 3Kx, waarin symbolisch de stap is getoond van het aanbrengen van leidingen aan geschikte oppervlakte geleiders van de de component gevolgd door het plaatsen van de component binnen een omhulling. Deze stap vertegenwoordigt de conventionele stappen, waarin aansluitdraden worden bevestigd aan de halfgeleidercomponent en een holing wordt aangebracht.

De infrarood absorptiekarakteristiek van de fotogevoelige en niet fotogevoelige segmenten, geïllustreerd in de figuren lx~3x, zijn getoond in figuur 4x. De term "fotogevoelig" heeft betrekking op de van belang zijnde infrarode band. Het schema in figuur 4x toont de infrarode stralingsabsorptie karakteristiek voor kwik-cadmium-telluride {NCT}. De kromme illustreert de absorptiekarakteristiek voor MCT met een legeringsverhouding van ongeveer x = 0,2. Opgemerkt wordt, dat met deze verhouding de MCT absorptie vertoont voor infrarode straling, in hoofdzaak binnen het trajekt van 4-8 micron. De curve 89x illustreert de absorptie van MCT met x = 0,15· Opgemerkt wordt, dat de MCT met deze verhouding een hoge absorptie heeft in het trajekt van 8-12 micron. MCT met X = 0,2 is dus in hoofdzaak niet fotogevoelig in het gebied van 8-12 micron. Deze absorptiecurven gelden voor MCT bij kamertemperatuur. De kromme 87x correspondeert met de niet-fotogevoelige overbruggende segmenten 30Ax~30Fx. De curve 89x vertegenwoordigt de fotogevoelige karakteristiek van de segmenten 28Ax-28Ex.

Verwezen wordt nu naar figuur 5x, waarin de infrarood absorptie-curve 91x is getoond, die de totale infrarood absorptie vertegenwoordigt van de inrichting 2Qx, die getoond is in de figuren lx en 2x. Zoals getoond heeft deze inrichting een zeer hoog absorptiepercentage in het trajekt van 8-12 micron. De absorptie benadert de 100% bij één golflengte ln de van belang zijnde band. Het is juist dit trajekt van golflengten dat van groot belang is in de thermische beeldtechniek. Deze absorptie-curve is bepaald met behulp van een. computermodel voor de detector x.

Een verdere detectoruitvoering is de stralingsdetector 90x, die . getoond is in figuur 6x. De detector 90x is een niet gepolariseerde uitvoeringsvorm van de detector 20x, die getoond is in figuur lx. De detector 90x heeft soortgelijke basisstrukturen 22x, 23x en 24x. De langgerekte geleiders 50x-60x zijn echter vervangen door toegevoegde, langgerekte strukturen teneinde de detector 90* polarisatie-ongevoelig te maken. De detector 9Qx verzamelt zowel horizontaal als vertikaal gepolariseerde infrarode straling. De detector 90x heeft een aantal langgerekte strukturen 92x, 93xf 9*}xf 95¾ and 96*· Do struktuur 92x zal in detail worden beschreven als representant van de andere strukturen. De struktuur 92x is voorzien van rechthoekige isolerende blokken 98Ax, 98Bx, 98Cx, 98Dx en 98Ex. Deze corresponderen met de blokken 26Ax-26Ex, die getoond zijn in figuur lx.

Op het oppervlak van de blokken 98Ax-98Ex zijn soortgelijke gevormde fotogevoelige segmenten lOOAx, lOOBx, lOOCx, lOODx en lOOEx aangebracht. Deze corresponderen met de fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex, die getoond zijn in figuur lx. De detector 90x omvat verder de x-vormige niet-Fotogevoelige overbruggende segmenten 10lx, 102x, 103x en 104x. Deze zijn vervaardigd uit hetzelfde materiaal als de segmenten 30Ax-30Ex, die getoond zijn in figuur lx. Het segment lOlx overbrugt de segmenten lOOAx en lOOBx. De segmenten 102x, 103* en 104x overbruggen op soortgelijke wijze corresponderende fotogeleidende segmenten.

Transversaal op de strukturen 92x~96x staan de strukturen 105*. 106x, 107x en 108x. De struk tuur 108x zal in detail, worden beschreven als representant van de andere parallelle struktuur I05x-107x. De struktuur 108x omvat de isolerende blökkken llOAx, HOBx, HOCx, HODx, HOEx en HOFx. Deze corresponderen in afmetingen en materiaal met de blokken 26Ax-26Ex, die getoond zijn in figuur lx.

Op het oppervlak van de blokken llOAx-llOFx zijn de corresponderende fotogevoelige segmenten 112Ax, 112Bx, 112Cx, 112Dx, 112Ex en 112Fx gepositioneerd. Deze corresponderen in afmetingen en in materiaal met de fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex, die getoond zijn in figuur lx.

Het niet-fotogevoelige overbruggende segment lOlx strekt zich eveneens uit over de fotogevoelige segmenten 112Ax en 112Bx. (Corresponderende, overbruggende segmenten 113x, ll4x, 115x, en ll6x in de struktuur 108x overbruggen corresponderende elementen 112Bx-112Fx.

De vervaardiging van de detector 90x is in hoofdzaak gelijk aan die, beschreven door de detector 20x, maar na het op geschikte wijze aangepaste masker teneinde de additionele elementen en de veranderde vormgeving te realiseren.

De detector 90x omvat verder de geleidende elementen ll4x en

Il6x. Element ll4x bestaat uit hetzelfde materiaal als de overbruggende strukturen, zoals 101x-104x en vormt een ui tbreiding van deze elementen aan de rand van de detector 90x. Op het oppervlak van het element ll4x Is een geleiderspoor 115x aangebracht, dat bij voorkeur bestaat uit een indium kontakt. Het geleidende element ll6x correspondeert met het element ll4x en is voorzien van een soortgelijk geleiderspoor 117x. De elementen ll4x en ll6x worden ondersteund doorde respektievelijke isolerende elementen ll8x en 119x. Een gel i jkvoorspannlng voor de detector 90x wordt aangeboden tussen de sporen 115x en 117x en het gedetecteerde signaal wordt eveneens daarvan afgenomen.

De detector 90x werkt op dezelfde wijze als boven beschreven is voor de detector 20x, maar met een verbeterd gedrag als gevolg van het opzamelen van transversaal gepolariseerde invallende straling. Dit elimineert de noodzaak voor de geleiders 50x-60x, die getoond zijn in figuur lx.

Nog een andere stralingsdetector 20Ox, die gefabriceerd is in overeenstemming met de onderhavige uitvinding, is geïllustreerd in de figuren "Jx, 8x en 9x· De detector 200x is eveneens ontworpen voor het invangen van infrarode straling in het golflengtegebied van 8 tot 12 micron. Elementen van de detector 200x zijn gefabriceerd op een diëlektrisch substraat 212x, dat bijvoorbeeld bestaat uit cadmium-telluride evenals het substraat 22x, dat getoond is in figuur lx. Een aantal elektrisch geleidende gesegmenteerde, langgerekte elementen 2l4x, 216x, 2l8x, 220x, 222x, 224x zijn vervaardigd op het oppervlak van het substraat 212x. Een representatieve afmeting voor elk van deze elementen is een breedte van 1,0 micron, een dikte van 0,5 micron en een lengte van 50 micron.

Aan de tegenoverliggende einden van de elementen 2l4x-220x zijn elektrisch geleidende elementen 226x en 228x aangebracht, die de uiteinden van de elementen 2l4x-224x parallel met elkaar verbinden. De elementen 226x en 228x zijn bij voorkeur vervaardigd uit hetzelfde materiaal als de niet - fotogevoelige maar geleidende segmenten, zoals 30Ax”30Fx getoond in figuur lx. Elk van de elementen 226x en 228x heeft bij voorkeur een breedte van ongeveer 2-5 micron en een dikte van ongeveer 0,5 micron. Het element 226x heeft een geleidend spoor 227x op het oppervlak ervan, bij voorkeur gevormd door een indiumlaag. Het element 228x heeft op soortgelijke wijze een geleidend spoor 229x·

Elk van de elementen 2l4x-224x heeft in lengterichting gezien, een aantal segmenten. Een voorkeursmateriaal voor deze langgerekte elementen is kwik-cadmium-telluride. De fotogevoelige eigenschapen van dit materiaal worden bepaald door de verhouding van kwik en cadmium. Elk van de elementen 2l4x-224x bestaat uit kwik-cadmium-telluride, maar de afwisselende segmenten hebben verschillende, legeringsverhoudingen, waardoor de fotogevoelige aard van de segmenten als funktie van de golflengte van de invallende straling verandert. Voor deze uitvoeringsvorm heeft elke fotogevoelige segment een lengte van ongeveer 3 micron en elk van de niet-fotogevoelige segmenten heeft een lengte van ongeveer 5 micron.

Het element 224x wordt in detail beschreven als representant van alle elementen 2l4x-224x. Het element 224x omvat de segmenten 224Ax -224Kx, die met elkaar in serie staan. Het segment 224Ax is elektrisch aangesloten op het geleidende element 226x. Het segment 224Kx is op soortgelijke wijze verbonden met het elektrisch geleidende element 228x.

Elk van de elementen 2l4x-224x is vervaardigd uit het kwik-cadmium-telluride. maar de legeringsverhouding van de segmenten is verschillend. Voor bedrijf bij kamertemperatuur hebben de segmenten 224Ax, 224Cx, 224Ex, 224Gx en 224lx een X, die groter is dan of bij voorkeur gelijk is aan 0,2, hetgeen hoog genoeg is om het materiaal transparant te maken voor infrarode straling over de van belang zijnde golflengteband, dat wil zeggen 8-12 micron. Voor de segmenten 224Bx, 224Dx, 224Fx, 224Hx en 224Jx bedraagt de waarde van de legeringsverhouding X ongeveer 0,15 teneinde het materiaal absorberend, dat wil zeggen fotogevoelig te maken over de golf lengteband van 8-12 micron. Als resultaat daarvan zijn de segmenten 224Bx, 224Dx, 224Fx, 224Hx en 224Jx fotogevoelig, terwijl de andere segmenten niet-fotogevoelig zijn over de van belang zijnde golf lengteband. Het zal duidelijk zijn dat de segmenten 224Ax, 224Cx, 224Ex, 224Gx, 224lx en 224Kx corresponderen met de niet-fotogevoelige segmenten 30Ax-30Fx, getoond in figuur lx. Op soortgelijke wijze corresponderen de samenstelling en funktie van de segmenten 224Bx, 224Dx, 224Fx, 224Hx en 224Jx met de fotogevoelige segmenten 28Ax-2ÖEx getoond in figuur lx.

De detector 200x is in doorsnede getoond in figuur 8x. Een reflecterend vlak van de laag 236x, bij voorkeur een laag van aluminium met een dikte van ongeveer 500-1000 angstrOm is verschoven ten opzichte van de elementen 2l4x-224x over een afstand kleiner dan 0,5 micron, hetgeen kleiner is dan de van belang zijnde stralingsgolflengte. Ben laag 235* van zinksulfide bevindt zich tussen de laag 236x en het substraat 212x. De voorkeursverschuiving bedraagt een kwart van de optische golflengte voor de straling in het centrum van de van belang zijnde band. De stralingsgolf lengte binnen het dectectormateriaal is beduidend korter dan in de vrije ruimte.

Een toegevoegde substraatsektie 238x kan aangebracht worden onder de reflecterende laag 236x teneinde de strukturele integriteit te vergroten. De substraatsektie 238x is aangehecht aan de reflecterende laag 235x door epoxy laag 237x· Het materiaal van het substraat 238x kan hetzelfde zijn als dat van het substraat 212x.

Het reflecterende vlak, de laag 236x, kan optisch een diëlek-trische discontinuïteit zijn tussen de substraten 212x en 238x, welke discontinuïteit dienst doet voor het reflecteren van infrarode straling. Een dergelijke discontinuïteit kan aangebracht worden door de aangrenzende substraatlagen verschillende diëlektrische indices te geven. In een dergelijke configuratie zal de aluminiumlaag 236x niet nodig zijn.

Met verwijzing naar de figuren 7x_9* is 0,5 micron een geselecteerde dikte voor de elementen 2l4x-224x. Ben geselecteerde dikte voor het onderliggende substraat 238x is 2 millimeter.

De werking van de detector 200x zal nu worden beschreven met verwijzing naar de figuren Jx-^x, Infrarode straling wordt via een lens (getoond in figuur 13x) gericht op het oppervlak van de detector 200x. Hét doel van de onderhavige uitvinding is het invangen van een zeer hoog percentage van deze invallende straling en het overdragen van de stralingsenergie naar de fotogevoelige detectorelementen. Deze omvatten de fotogevoelige segmenten, zoals de segmenten 224Bx, 224Dx, enz., die een detectiesignaal produceren dat evenredig is met de amplitude van de invallende straling. In het onderhavige voorbeeld wordt infrarood straling ingevangen door de kombinatie van de strukturen omvattende de reflecterende laag 236x en de struktuur van de langgerekte elementen 2l4x-224x, die zowel niet-fotogevoelige als ook fotogevoelige segmenten omvatten.

De fotogevoelige segmenten 28Ax-28Ex (figuur lx) en de segmenten 224Bx, 224Dx, 224Fx, 224Hx en 224Jx (figuur 6x) hebben de volgende fysische eigenschappen: 1. Niet-nul geleidbaarheid, d.w.z. ze geleiden gelijkstroom.

2. De infrarood stralingsgeleidbaarheid is eindig, niet nul.

3· Het diëlektricum heeft een voorkeursindex n 3,6-3,8· 4. De legeringsverhouding X is bij voorkeur 0,15 bij kamertemperatuur.

5. Niet aan nul gelijk zijnde infrarood stralingsabsorptie.

De niet-fotogevoelige segmenten 30Ax“30Fx (figuur lx) en de segmenten 224Ax, 224Cx, 224Ex, 224Gx, 224lx en 224Kx (figuur 6x) hebben de volgende fysische eigenschappen: 1. Geleidbaarheid ongelijk mil, d.w.z. ze geleiden gelijkstroom.

2. Geleidbaarheid voor infrarood straling is nul.

3. De legeringsverhouding x is bij voorkeur groter dan 0,2 bij kamertemperatuur.

4. Een diëlektricum met een voorkeursconstante van n = 3,6.

5. Geen Infrarood absorptie.

Nog een andere uitvoeringsvorm, die gepubliceerd is in overeenstemming met de onderhavige uitvinding, is geïllustreerd in figuur lOx. Een detector 300x heeft een struktuur, zoals getoond in figuur 9x met de toevoeging van de geleidende leidingen 302x, 304x, 306x en 308x. De overige strukturele elementen zijn gelijk aan die getoond in figuur 9x en zijn aangetoond met dezelfde referentiecijfers. De geleidende leidingen 302x, 304x, 306x en 308x bestaan bij voorkeur uit aluminium «1 verlopen transversaal over de langgerekte elementen 2l4x-224x. De geleidende aluminiumleldingen 302x~308x zijn elk onafhankelijk en zijn niet elektrisch met elkaar verbonden of met enig ander element van de detector 300x. De funktie van de leidingen 302x-308x is het vergroten van het stralingsopzamelvermogen van de detector 300x, evenals het geval was bij de geleiders 50x-60x, die getoond zijn in figuurl.

Voor de detectoren 200x en 300x wordt een gelijkspanning aangeboden tussen de elektrisch geleidende elementen 226x en 228x. De fotogevoelige detectorsegmenten produceren ladingdragers en derhalve verandert de impedantie ervan bij ontvangst van infrarode stralingsenergie. Deze impedantieveranderingen modificeren het aangeboden voorspan- ningssignaal. De ampl itudeverandering in het voorspanningssignaal vornen het gedetecteerde signaal.

Voor de detector 300x omvat de invangstruk tuur ook de verzameling van geleidende leidingen, zoals de leidingen 302x-308x. Deze strukturele kombinatie kan een zeer hoog percentage van de totale invallende straling in een bepaalde band invangen. Een grafiek van het invangvermogen van een voor dergelijke straling geldend voor de detector 300x is ook getoond in figuur 5*. welke grafiek is verkregen uit een theoretisch model. Het interceptiepercentage benadert de 100% voor de ontwerpgolf lengte.

Het proces voor het vervaardigen van de detectoren 200x en 300x in overeenstemming met de onderhavige uitvinding is getoond in de figuren HAx-llLx. In figuur HAx is een substraat 250x getoond, dat bij voorkeur bestaat uit cadmium-telluride met een dikte van 2 millimeter.' Een kwik-cadmium-telluridelaag 213x wordt gegroeid in een NOCVD of MBE proces op het oppervlak van het substraat 250x. Een laag 212x van het cadmium-telluride is gegroeid op het oppervlak van de laag 213x. De laag 213x heeft bij voorkeur een dikte van 2 micron en de laag 212 heeft bij voorkeur een dikte van 0,5 micron.

Het verwijzing naar figuur HBx wordt de cadmium-telluridelaag 212x dunner gemaakt, gebruikmakend van één van een aantal mogelijke processen. Het materiaal, waaruit de laag 212x bestaat, kan dunner worden gemaakt door natetsen of droogetsen. Het natetsen kan uitgevoerd worden met een oplossing van bromine in methanol. Het droogetsen kan uitgevoerd worden gebruikmakend van vrije methylradikalen, zoals in het bovenstaande al is beschreven met verwijzing naar figuur 3Bx. Het natetsen is over het algemeen sneller ten aanzien van het verwijderen van materiaal, maar het droogetsen kan beter worden bestuurd voor het meer nauwkeurig etsen van de laag 212x. De uiteindelijk gewenste dikte van de laag 212x is ongeveer 0,3 micron. Dit kan worden gemeten gebruikmakend van interferentiespec-troscopie in het nabije infrarood (0,8-2,5 micron). De laag 2,2 is nauwkeurig dunner gemaakt teneinde de afstand tussen de fotógevoelige elementen en het reflecterende vlak in te stellen.

Zoals te zien is in figuur HCx wordt een isolerende laag 235* van zinksulfide neergeslagen op het oppervlak van de dunner gemaakte cadmium-telluridelaag 212x. Een laag 23&c van aluminium, dienst doend als reflecterende spiegel, wordt neergeslagen op het oppervlak van zinksulfi-delaag 235*· De voorkeursdikte van de zinksulf idelaag 235x is 0,1 micron en de voorkeursdikte voor de aluminiuml&ag 236x is 500-1000 angstrüm. De zinksulfIdelaag doet dienst als een extra isolator, waarmee lekkage van eventuele stromen vanaf de fotogevoelige segmenten en geleiders naar het substraat wordt voorkomen. Als de cadmium-telluridelaag 212x van een voldoend zuivere kwaliteit is, dan is het een zeer goede isolator en is de extra laag 235x van zinksulfide niet nodig.

Zoals te zien is in figuur HDx wordt een bovenliggende etruktuur bestaande uit het substraat 238x, aangehecht door middel van een epoxy laag 237* aan het oppervlak van de alüminiumlaag 236x.

Zoals te zien is in figuur HDx wordt een bovenliggende struktuur bestaande uit het substraat 23βχ, aangehecht door middel van een epoxylaag 237* man het oppervlak van de aluminiumlaag 236x.

Zoals te zien is in figuur llEx wordt het substraat 250x verwijderd van de totale struktuur gebruikmakend van één van een aantal mogelijke processen. Deze zijn dezelfde als beschreven bij het verwijderen van het substraat 70x in de figuren 3Fx and 3&t< Zoals daar werd aangegeven kan de laag 70x worden verwijderd door een mechanisch lapproces of door etsen gebruikmakend van de beschreven processen. In figuur llEx is de struktuur over 180* gedraaid teneinde de beschrijving van een aantal van de stappen te vergemakkelijken en de oriëntatie correspondeert nu met die van de geïllustreerde detectoren 200x en 300*·

In figuur llEx is de laag 213x dunner gemaakt op een gewenste dikte van ongeveer 0,5.micron. Het materiaal kan worden verwijderd door gebruik te maken van één uit een aantal processen met inbegrip van een mechanisch lapproces, alsmede eén etsbewerking, nat of droog. Een geselekteerd nat etsmiddel is een oplossing van broom in methanol. Een droog etsproces kan uitgevoerd ««orden op de wijze als boven is beschreven voor de laag 76x in figuur 3Bx» De dikte van de laag 213x kan worden gemeten door gebruik te maken van infrarood interferentie spectroscopie.

Zoals blijkt uit figuur HFx wordt de laag 213x geëtst in een fotolithografisch proces, gebruikmakend van AZ5214 als een geselecteerde fotoresist en vrije methylradikalen, zoals boven reeds werd aangegeven als etsmiddel. Dit proces produceert een aantal fotogevoelige segmenten 213Ax, 213Bx en 213Cx. Deze corresponderen met de fotogevoelige segmenten 224Bx, 224Dx enz., die getoond zijn in figuur 9x. Ben perspektiefaanzicht van de struktuur, geproduceerd in de stap, die getoond is in figuur llFx, is geïllustreerd in figuur llGbt.

Met verwijzing naar figuur HHx wordt een laag van kwik-cadmiura-telluride 24θχ net een legeringsverhouding van x - 0,2, gegroeid door middel van MOCVD of MBE .op het oppervlak 'van de struktuur. De laag 240x bedekt het oppervlak van de laag 212x, alsmede de detectorsegmenten 213Ax» 213Bx en 213Cx.

Met verwijzing naar het bovenaanzicht op de detector 200x of 300x in figuur lllx wordt de laag 24öx in patroon gebracht en geëtst door middel van fotolithografische technieken, waarbij het materiaal van de laag 24öx dat zich bevindt tussen de tevoren gevormde rijen van fotogevoelige segmenten, zoals een rij die in de segmenten 213Ax, 213Bx en 213Cx bevat, verwijderd. De fotogevoelige segmenten worden begrensd door de stippellijnen.

Met verwijzing naar figuur HJx wordt de laag 240x verder geëtst waar deze direkt de eerder gevormde fotogevoelige segmenten bedekt, zoals de segmenten 213Ax, 213Bx en 213Cx. Het overblijvende tussenliggende materiaal omvat de niet-fotogevoelige geleidende segmenten 240Ax en 240Bx. Een bovenaanzicht op de struktuur, getoond in figuur 11 Jx is geïllustreerd in figuur HKx. Er zijn nu continue strippen gevormd, die voorzien zijn van afwisselende segmenten, die fotogevoelig zijn en andere segmenten, die geleidend, maar niet-fotogevoelig zijn voor de golflengte van de van belang zijnde infrarode straling.

In figuur HLx worden de stappen getoond voor het aanbrengen van een passiverende laag 242x op het oppervlak van de struktuur. Deze laag bestaat bij voorkèur uit een materiaal, zoals zinksulfide. Tenslotte worden. de kontakten gevormd op de geschikte geleidende delen van de detector op de getoonde wijze, zoals bijvoorbeeld een kontakt 244x. Deze kontakten bestaan bij voorkeur uit indium. Tenslotte worden de verbin-dingsdraden aangebracht en wordt de komponent op een conventionele wijze voorzien van een omhulling. .Als een. individuele detector nodig is dan wordt in de omhulling een IR venster aangebracht. In een vlakke brandpunts array worden een aantal komponenten aangebracht in een geëvacueerde omgeving, waarin zij een infrarood beeld ontvangen.

Een schematische illustratie van het circuit tijdens het bedrijf van de detector 20x, en van soortgelijke detectoren 90x, 200x en 300x, is getoond in figuur 12. In figuur 12x «orden de detectorsegmenten, de fotogevoelige segmenten in de infrarood detectoren, vertegenwoordigd door signaalbronnen, zoals 28Ax-28Ex , die aangesloten zijn tussen de geleidende sporen 46x en 48x {figuur lx). Een voorspanningssignaal wordt aangeboden door de gelijkspanningsbron 3l4x, die aangesloten is serie met een belastingsweerstand 321x tussen de geleidende sporen 46x en 48x. Als de detectoren, die ook de segmenten 28Ax en 28Ex omvatten, de energie ontvangen van de ingevangen infrarode straling, dan wordt deze energie omgevormd in een impedantievariatie, waarmee de amplitude van het gelijkvoorspanningssignaal verandert en daarmee wordt een detectiesignaal geproduceerd tussen de uitgangsaansluitingen 320x en 322x. Dit is een uitgangssignaal voor één enkel pixelelement in een array van dergelijke circuits.

Een detector array 32½ is geïllustreerd in figuur 13x. De array 32½ omvat een aantal detectoren ook voor één pixel, vertegenwoordigd door de detectoren 326x. De detectoren 326x kunnen bestaan uit willekeurig één van1 de detectoren 20x, 90x, 200x of 300x, die getoond zijn in de figuren lx, 6x, 7*» 9*. en lOx. Alle detectoren binnen de array 32½ kunnen een gemeenschappelijke voorspanningsleiding bezitten, maar elke detector moet een afzonderlijke uitgangssignaalleiding bezitten, met -leidingen 328x voor de detectoren 326x. Elk van de pixeldetectoren binnen de array 324x heeft afzonderlijke signaalleidingen.

De array 32½ maakt deel uit van een infrarood beeldvormend systeem 32½. Hét verzamelen van alle pixeldetectoren binnen de array 324 kan een beeld produceren als resultaat van het focuseren van invallende straling op het oppervlak van de array 32½ door middel van een lens 330x. Het beeld zit dan in het signaal op de uitgangssignaalleidingen, zoals 328x. Verder kunnen alle individuele pixeldetectoren, zoals 326x, worden gefabriceerd op één enkel gemeenschappelijk substraat, zoals het substraat 22x, dat getoond is in figuur lx.

In figuur 1½ is een infrarood detector 400x getoond, die voorzien is van een aantal fotogevoelige strippen 4θ2χ, 4θ4χ, 4θ6χ, 408x, 4l0x en 4l2x, gepositioneerd op een substraatlaag 4l8x. De strippen 402x-4l2x zijn vervaardigd vilt kwik-cadmium-telluride (MCT) met een x-verhouding van 0,15» corresponderend met een bedrijfstemperatuur van 300°K. De laag 4l8x bestaat bij voorkeur uit cadmium-telluride.

De strippen 402x-4l2x hebben een dikte van ongeveer 0,5 micron, een breedte van 1 micron en eau lengte van 50 micron. De 4l8x heeft bij voorkeur een dikte van ongeveer 0,3 miert».

Aan de tegenoverliggende einden van de strippen 402x-4l2x gijn geleidende elementen 420x en 422x aangebracht, die bij voorkeur bestaan uit kwik-cadmium-telluride met een x-legeringsverhouding gelijk aan of groter dan 0,2. Met deze verhouding zijn de elementen 420x en 422x elektrisch geleidend maar niet fotogevoelig in de 8-12 micronband bij 300*K. De indiumkontakten 424x en 426x zijn respektievelijk gepositioneerd boven de geleidende elementen 420x en 422x en staan in ohms kontakt met de elementen 420x en 422x.

De laag 4l8x is gepositioneerd op een laag 430x, die bestaat uit zinksulfide met een dikte van ongeveer 0,1 micron.

Een aluminiumlaag 432x is aangebracht tussen de laag 430x en een epoxyhechtlaag 434x. De laag 432x is een infrarood reflecterend vlak en heeft een dikte van ongeveer 500-1000 angström.

Een substraat 436x, bij voorkeur van saffier, heeft een dikte van ongeveer 2 millimeter. De epoxylaag 434x hecht de aluminiumlaag 432 aan het substraat 436x.

De figuren 15Ax-15Hx tonen een proces voor het vervaardigen van de detector 400x, die getoond is in figuur l4x. Dit proces lijkt zeer veel op het fabricageproces dat beschreven is in de figuren 3Ax~3Kx. In figuur 15Ax is de laag 442x van kwik-cadmium-telluride met x = 0,15 gegroeid op het oppervlak van een diëlektrische plaat 440x van cadmium zink telluride. De laag 442x zal op de hierna te beschrijven wijze worden geëtst teneinde de strippen 402x-4l2x te verkrijgen. Een laag 4l8x van cadmium-telluride wordt gegroeid op het oppervlak van de laag 442x.

In figuur 15Bx wordt de laag 4l8x dunner gemaakt op dezelfde wijze als in het bovenstaande is beschreven voor de laag 76x in figuur 3Bx.

In figuur 15Cx is de laag 430x gegroeid op het oppervlak van de laag 4l8x. De aluminiumlaag 432x is gevormd op het oppervlak van de laag 430x zoals in het bovenstaande beschreven is voor het vlak 24x, dat getoond is in figuur 3Ex*

In figuur 15Dx wordt een epoxylaag 434x aangebracht op het blootliggende oppervlak van de aluminiumlaag 432x voor het aanhechten van substraat 436x aan de rest van de struktuur.

Zoals getoond in figuur 15Ex is de plaat 440x verwijderd op dezelfde wijze als het substraat 70x, dat getoond was ln figuur 3Fx. De struktuur is in figuur 15Ex omgedraaid ten opzichte van die getoond in 15Dx.

De laag 442x wordt dunner gemaakt, zoals getoond ln figuur 15Fx door middel van een droog etsproces met methylradikalen teneinde de gewenste dikte voor de strippen 402x-4l2x te verkrijgen.

In figuur 15Gx wordt een resist 450x, zoals in het bovenstaande is omschreven, aangebracht op de laag 442x en in patroon gebracht voor het seléktief etsen van de laag 442x teneinde de strippen 402χ-4ΐ2χ te produceren. Daarna wordt de resist k^Ox verwijderd.

In figuur 15Hx wordt een pass iverende laag 45^x aangebracht op het blootliggende oppervlak van de detectorstruktuur ter bescherming daarvan. De detector wordt voltooid door de conventionele bewerkingsstap-pen, waarin indiumkontakten worden aangebracht, verbindingsdraden word»! aangehecht en een omhulling wordt aangebracht.

De detector 400x, die getoond is in figuur l4x kan in vergelijking met de detector 200x, die getoond is in figuur 9* een kleiner detectievermogen bezitten dan de detector 200x voor gelijke afmetingen en geometrie, maar kan eenvoudiger worden gefabriceerd als gevolg van de kleinere complexiteit en het kleinere aantal fabricagestappen. De funktionaliteit is overigens in hoofdzaak dezelfde.

De infrarood detectoren, die zijn gefabriceerd op de bovenbeschreven wijze hebben in hoofdzaak een verhoogde detectiecapaciteit ten opzichte van uit de stand der techniek bekende ontwerpen. Deze verhoogde detectiecapaciteit maakt het mogelijk om de noodzaak voor koelapparatuur te reduceren, terwijl toch een standaardgevoeligheid wordt gehandhaafd dan Wel, indien toch koelapparatuur wordt gebruikt kan dit de detector in overeenstemming volgens de uitvinding een aanzienlijk verhoogde gevoeligheid bezitten.

De hierin beschreven fotogevoelige segmenten voor de beschreven uitvoeringsvorm zijn gefabriceerd uit kwik-cadmium telluride met een gespecificeerde legeringsverhouding. Dit materiaal is fotogeleidend, d.w.z. een bandafstandmateriaal dat ladingdragers produceert in responsie op Invallende straling. De fotogevoelige segmenten kunnen ook worden vervaardigd uit een fotovoltaische struktuur, zoals een kwik-cadmium-telluride p-n junktie, die een spanning produceert in responsie op invallende straling.

Resumerend verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van infrarood detectoren. De detectoren hebben een aantal elektrisch geleidende langgerekte elementen, die voorzien zijn van fotogevoelige segmenten, die van elkaar gescheiden zij, maar in kontakt staan van niet-fotogevoelige geleidende segmenten. Volgens een verder aspekt zijn elektrisch geïsoleerde parallelle geleidende leidingen gepositioneerd direkt boven het detectoroppervlak met een onderlinge afstand, die kleiner is dan de stralingsbandbreedte ten einde het invangen van de Infrarode straling te versterken.

Alhoewel een aantal uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn geïllustreerd in de bijgaande tekeningen, en beschreven zijn in de bovenstaande gedetailleerde beschrijving zal het duidelijk zijn dat de uitvinding niet door deze uitvoeringsvormen is beperkt, maar vatbaar is voor talrijke configuratiewijzigingen, modificaties en substituties zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

1. Detector voor straling in het infrarode gebied en gebieden met korte golflengten, omvattende: - een array van bandafstandfotodetectorelementen gelocaliseerd in ________een vlak en met een onderlinge tussenafstand, die kleiner is dan ongeveer de golflengte van de genoemde straling, - een aantal periodieke stralingopzamelende strukturen, die respektieveli jk verbonden zijn met de genoemde fotodetec to re lemen ten, en een stralingreflecterend vlak dat verschoven is ten opzichte van het vlak van de genoemde fotodetectorelementen over een afstand kleiner dan de golflengte van de genoemde straling, waarbij de kombinatie van de genoemde straling opzamelende strukturen en het genoemde reflecterende vlak de genoemde straling invangt en afdraagt naar de genoemde detectorelementen voor het genereren van een detectiesignaal daarin.

2. Detector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk van de lineaire afmetingen van de genoemde detectorelementen kleiner is dan de golflengte van de genoemde straling.

3. Detector volgens conclusie 1, voorzien van geleidende leidingen, die verbeelden zijn met de genoemde stralingopzamelende strukturen voor het transporteren van het detectiesignaal. Detector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde fotodetectorelementen zijn vervaardigd uit kwik-cadmium-telluride.

5· Detector volgens conclusie 1, met het kenmerk. dat de genoemde fotodetectorelementen zijn vervaardigd uit indium antimonide.

6. Detector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde fotodetectorelementen bestaan uit een halfgeleider superrooster. 7» Detector volgens conclusie 1, pet het „ gat het stralingreflecterende vlak een metaallaag is.

8. Detector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het stralingreflectering vlak een meerlaagsdiëlektricum is.

9. Detector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk van elk van de stralingopzamelende strukturen een dipool antenne bevat.

10. Detector volgens conclusie 1« voorzien van blokkeerkontakten voor het verbinden van de fotodetectorelementen aan de genoemde stralingopzamelende strukturen.

11. Detector voor straling omvattende: een periodiek patroon van parallelle langgerekte fotogeleidende of fotovol taische bandafs tanddetec-torelementen, die van elkaar zijn gescheiden over een afstand kleiner dan bij benadering de golflengte van de genoemde straling, welk patroon van detectorelementen een bepaalde stralingsimpedantie heeft, onderliggende struktuurmiddelen voor het ondersteunen van de genoemde detectorelementen en voor het verschaffen van een impedantieaanpassing tussen de stralingsimpedantie van de genoemde detectorelementen en de stralingsimpedantie in de vrije ruimte, en middelen voor het elektrisch verbinden van de genoemde detectorelementen teneinde een detectiesignaal te produceren wanneer de detector wordt blootgesteld aan de genoemde straling.

12. Detector volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat elk van de lineaire afmetingen van de genoemde detectorelementen kleiner is dan de golflengte van de genoemde straling.

13· Detector volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de genoemde onderliggende struktuurmiddelen voorzien zijn van een diëlek-trische plaat met de genoemde detectorelementen op één oppervlak ervan en een metaallaag op het tegenoverliggende oppervlak ervan.

14. Detector volgens conclusie 11, voorzien van bovenliggende struktuurmiddelen aangrenzend aan te patroon van de detectorelementen en tegenover de onderliggende struktuurmiddelen voor het verschaffen van een impedantieaanpassing tussen de genoemde detectorelementen en de impedantie van de vrije ruimte. 15* Dectector volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de genoemde detectorelementen zijn vervaardigd uit kwik-cadmium-telluride.

16. Detector volgens conclusie 11, waarin de genoemde onderliggende struktuurmiddelen voorzien zijn van een eerste en tweede laag met verschillende refractieindices.

17. Detector volgens conclusie .16, waarin de genoemde eerste laag bestaat uit indium antimonide en de genoemde tweede laag bestaat uit cadmium-telluride.

18. Detector volgens conclusie 11, voorzien van een tweede periodiek patroon van parallelle langgerekte fotogevoelige of fotovol- taische bandafstanddetectorelementen, die van elkaar zijn gescheiden met een tussenafstand, die kleiner is dan of gelijk is aan de golflengte van de genoemde straling, welk tweede patroon van detectoreleaenten loodrecht staat op het genoemde eerste patroon van detectorelementen en zich bevindt in een vlak dat verschoven is ten opzichte van, maar parallel loopt aan het genoemde eerste patroon van detectorelementen, alsmede middelen voor het elektrisch aansluiten van het genoemde tweede patroon van detectorelementen teneinde een detectiesign&al te produceren wanneer de detector wordt blootgesteld aan de genoemde straling.

19. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het detecteren van straling in het infrarode gebied en gebieden van korte golflengten omvattende de volgende stappen: het vormen van een aantal groepen van fotogevoelige segmenten in een planaire array, welke fotogevoelige segmenten gevoelig zijn voor de genoemde straling en welke fotogevoelige segmenten een dikte hebben, die kleiner is dan de golflengte van de genoemde straling, welke fotogevoelige segmenten voorzien zijn van een aantal groepen, waarbij elke groep een aantal van de fotogevoelige segmenten heeft gepositioneerd in een langgerekt patroon, welke fotogevoelige segmenten in elke groep van elkaar zijn gescheiden door een tussenafstand, die kleiner is dan ongeveer de genoemde golflengte, en waarbij de laterale afmetingen van elk van de genoemde fotogevoelige segmenten kleiner is dan de genoemde golflengte, - het vormen van een aantal elektrisch geleidende segmenten voor het onderling verbinden van aangrenzende fotogevoelige segmenten in elk van de genoemde -groepen, welke elektrisch geleidende segmenten niet fotogevoelig zijn voor de genoemde straling, waarbij elke groep van de fotogevoelige segmenten tezamen met de corresponderende geleidende segmenten elektrisch geleidend is over zijn gehele lengte, het vormen van een vlak dat reflectief is voor de genoemde straling, welke planaire array van de fotogevoelige segmenten en het genoemde reflectieve vlak onderling zijn verschoven over een afstand die kleiner is dan de genoemde golflengte, en - het elektrisch parallel schakelen van een aantal van de genoemde groepen van fotogevoelige segmenten teneinde een geleidingsweg te vormen voor de detectiesignalen, die door de genoemde fotogevoelige segmenten worden geproduceerd in responsie op de genoemde infrarode straling.

20. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het detecteren van infrarode straling volgens conclusie 19» waarin de elektrisch geleidende segmenten zijn gepositioneerd in een vlak parallel aan maar verschoven ten opzichte van het vlak van de fotogevoelige segmenten.

21. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het detecteren van infrarode straling volgens conclusie 19» waarin de elektrisch geleidende segmenten zijn gepositioneerd in een vlak dat coplanair verloopt met het vlak van de genoemde fotogevoelige segmenten.

22. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het detecteren van infrarode straling volgens conclusie 19« voorzien van een stap, waarin een heterojunktie wordt gevormd bij elke overgang tussen de genoemde fotogevoelige segmenten en de elektrisch geleidende segmenten.

23. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het detecteren van infrarode straling volgens conclusie 19, waarin gebruik wordt gemaakt van een stap voor het vervaardigen van isolerend materiaal voor het scheiden van het reflecterende vlak ten opzichte van de fotogevoelige segmenten, welk isolerend materiaal in kontakt staat met de fotogevoelige segmenten.

24. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het detecteren van infrarode straling volgens conclusie 23» verder omvattende een stap voor het vormen van een blokkeerjunktle op elke overgang tussen de genoemde fotogevoelige segmenten en het isolerende materiaal.

25. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het detecteren van infrarode straling volgens conclusie 19» waarin de stap voor het vormen van een reflecterend vlak bestaat uit het vormen van een aluminium laag.