JPH0230446B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電磁放射検知器を、望ましくない
背景電磁放射から遮蔽する装置に関するものであ
る。そのような遮蔽は、特に、赤外線検知器およ
びそれを用いた検出装置に適用可能である。この
発明に係る遮断は、検知器のスペクトル帯すなわ
ち電磁エネルギー帯における背景放射を遮断する
ことが望ましい他の検出装置にも、同様に適用可
能である。

背景放射が制限された赤外線検知器では、個々
の検知エレメントの感度ないしフイギヤー・オ
ブ・メリツトが、一般に、背景放射の平行根に反
比例することが認められている。したがつて、背
景放射を制限して検知器のアレイ中の各検知エレ
メントが赤外線装置の光学系のみにさらされるよ
うにすることが望ましい。

光学系における遮蔽によつて背景放射を低減す
ることは、困難であり、光学系の重量や構成の複
雑さを増加させることが多い。したがつて、検出
器における遮蔽が、長年の間、背景放射を制限す
る効果的かつ実行可能な試みとして認められてき
た。従来、個々の検知エレメントは、各種の手段
を用いて遮蔽されてきた。検知器がリニアアレイ
である場合には、みぞ孔タイプの遮蔽がしばしば
用いられた。これでは、金属あるいはある種の反
射材料からなる平行なストリツプが、検知器基板
上にあるいはデユワー内に検知器のアレイに平行
に取りつけられ、集光光学系以外から来る浮遊エ
ネルギーにより検知器が照射されないように制限
している。この場合、リニアアレイに直交する方
向からの浮遊エネルギーだけしか拒絶することが
できないという不具合がある。そのうえ、検知器
の基板以外のどこかにマスクが配設されると、浮
遊エネルギーが光学系の内表面から検知器のアレ
イに反射され、さらに遮蔽効率を低下させてしま
う。

米国特許第3963926号、S.R.Borrello、
“Detector Cold Shield”（以下Borrelloと略称す
る）に記載された、コールド遮蔽では、シリコン
材料が検知器の基板に貼着され、各検知エレメン
トに対応する個々の孔が、エツチング処理によつ
て形成される。この孔の壁、および三次元材料マ
スクは、各検知エレメントの視野を集光光学系に
よりコーン状に収束されるエネルギー束に限るこ
とに役立つている。

Borrelloのコールド遮蔽によれば、孔の側面
は、マスク材料に沿つて検知エレメントの表面の
はるか上方までのびなければならない。したがつ
てアレイのマスクないしコールド遮蔽構造に対し
て機械的支持部材が必要となる。低いｆナンバー
の光学系の場合は、収束されるコーン状のエネル
ギー束が比較的広くなるので、マスク材料が厚過
ぎるとマスク材料の壁が所望の光学ビームをさえ
ぎることになり、必要な機械的剛性を与える一方
で検知器を適当に遮蔽することは不可能である。

Borrelloの遮蔽の別の欠点は、シリコンの選択
的エツチングにおける指向性のため、コールド遮
蔽開孔を通常の検知器の配置に適合させることが
不可能で、そのため遮蔽効率を低下させることで
ある。Borrelloによるコールド遮蔽のさらに別の
欠点は、シリコンの選択的エツチング性のため
に、近接したエツチング孔に癒着を招き、構造を
機械的に弱めるということにある。これらの欠点
については、1981年３月27日に提出された米国特
許出願第248127号、W.J.White、“Etchable
Glass Cold Shield for Background Liwited
Detectors”（以下Whiteと略称する）に詳述され
ている。Whiteの出願において開示されているコ
ールド遮蔽はこれらの問題を克服し、そのうえに
その出願において述べられている他の利点を提供
している。

Whiteが開示した遮蔽はエツチング可能なガラ
ス部材を備え、そのガラス部材は内部に形成した
孔を有し、この孔の縁部の位置が電磁放射検出装
置における検知器の端部と所定の関係を維持する
ようになつている。その遮蔽は、光学系の視野の
外側で生ずる電磁放射から検知器を遮蔽し、それ
によつて検出装置の感度を高めている。

Whiteの遮蔽はBorrelloが開示したものに比較
して多くの利点を提供しているが、本発明は更に
特別の利点を提供するものである。本発明におい
ては、後方照射検知器を支持する基板の上に直接
的にまたは内部に、検知器に非常に接近して、非
常に薄いコールド遮蔽を配置でき、後述するよう
に、非常に高密度のアレイの検知器をコールド遮
蔽することができる。

さらに、本発明では、不透過性の吸収材あるい
は反射材の薄いフイルムを用いるため、構造部材
に孔をエツチングするよりもずつと容易にパター
ン化することができる。

更に、本発明によれば、一体構成が可能とな
り、検知器アレイとコールド遮蔽を一体に構成で
きるので、一つの構造部材を他の構造部材上に重
ね合せることを要せず、したがつて、高い生産効
率が得られる。

BorrelloあるいはWhiteのコールド遮蔽を検知
器アレイの前面に取付け、それで後面の検知器を
遮蔽することは可能であるが、そのような試み
は、非常に高密度のアレイに対しては、特に
Borrelloの遮蔽の場合、遮蔽そのものの厚さによ
る問題が生じることになる（この点については、
Whiteの開示が詳述している）。検知エレメント
から放射源を見込んだ場合、収束されてくる放射
エネルギーを包含する角度を考えることができ
る。近接した検知エレメントを備えた高密度のア
レイにおいて、あるいは、さほど近接してはいな
い検知エレメントのアレイにおいても、検知器よ
り離れれば離れるほど、上記の角度の重複が始ま
る。重複が起れば、コールド遮蔽用の構造部材は
使用不可能となる。何故ならば孔の重複は、孔の
間に材料が存在しないことを意味するからであ
る。

しかしながら、本発明によつて、コールド遮蔽
は、例えば後方照射の検知器の場合には、検知器
の基板の前面上に直接に薄いフイルムを設けるこ
とで、検知エレメントに非常に接近して配置する
ことができる。この試みでは、十分に薄い材料で
もつて検知器に十分に接近することができ、した
がつて遮蔽の孔の重複は生じないことになる。

これに対し、BorrelloあるいはWhiteのコール
ド遮蔽のように、物理的な構成物を用いるとすれ
ば、それ自身を一体保持するのに十分な厚さを有
していなければならないことになる。このように
して、代表的な現代のアレイでは、そのような遮
蔽を用いようとしても、場合によつては適用でき
ずに終わることになる。

本発明によつて、コールド遮蔽は、近接して配
設された検知エレメントのアレイにおける個々の
エレメントを遮蔽する一方、良好な機械的特性を
提供することができる。本発明は、低いｆナンバ
ーの光学系あるいは高密度のアレイに対して特に
有利であるが、これらに制限されるものではな
い。さらに、本発明は、標準の半導体処理技術に
よつて、個々の検知器と所定の関係でコールド遮
蔽マスクを光学的に配置する手段を提供する一
方、特に後方照射検知器に対し、そのアレイに別
個の遮蔽をアラインメントさせなければならない
という問題をも解消する。また、Whiteのコール
ド遮蔽と同様、本発明によつて提供されるコール
ド遮蔽開孔は、従来の検知器の配置に適合しうる
ものである。更に、本発明によるコールド遮蔽は
容易に、かつ安価に製造が可能である。

本発明は、電磁エネルギー検出装置における光
学系によつて与えられる放射を、電磁エネルギー
放射検知器が受ける放射を制限する遮蔽に関し、
この遮蔽は、放射の所定スペクトルに対し透過性
である部材から構成される。この部材は、その表
面に配置された不透過性の薄いフイルムを含み、
この薄いフイルムには開孔が設けられ、検知器
が、前記部材と開孔とを介して、光学系に臨むよ
うになつている。この薄いフイルムは、光学系の
視野の外側で生ずる電磁放射から検知器を遮蔽
し、それによつて検出装置の感度を高める。上記
の部材の厚さは本質的には重要でなく、検知器に
遮蔽を非常に接近して配置することができ、この
ため非常に高密度の検知器アレイを得ることがで
きる。

以下、本発明の実施例を、添付図面に沿つて詳
述する。

本発明によれば、例えば参照番号１０，１１，
１２によつて示す後方照射検知器のアレイは、所
定の周波数帯に関して透過性である基板１の上に
形成される。一例として、狭いエネルギーバンド
ギヤツプを有するHgCdTe層２を当業者に周知で
ある液相エピタキシ技術によつてCdTe基板１上
に成長させる。HgCdTe層２の厚さは一般に
HgCdTeの少数キヤリイヤの拡散長に比して薄く
する。光電検知エレメント３または４はイオン注
入（第１図参照）あるいは第２層の成長（第２図
参照）のいづれかによつて、HgCdTe層の自由表
面上に形成される。例えば、第２図に示されるよ
うに、層２とは反対のキヤリイヤを有する
HgCdTeの第２層を成長させ、この第２層を層２
へとエツチングすることで、検知器アレイを形成
する。図示のアレイにおいて、放射５が、CdTe
基板１に入射し、基板１を通じてHgCdTe層２へ
至り、検知エレメント３あるいは４の接合部７に
収集される少数キヤリイヤを生ずる。この接合部
７は第１図および第２図に破線の平面で示されて
いる。

本発明の一実施例によれば、吸収あるいは反射
材料からなる不透明の薄いフイルム６は検知エレ
メント３あるいは４が配置されている表面とは反
対側の基板１の表面に設けられる。吸収材料の一
例はSiOxで、８〜12ミクロンのスペクトル帯域
で吸収する。このような材料は、例えば、当該技
術分野において周知の蒸着処理にて形成される。
層６となる反射材料の例としては、クロム、金、
およびクロム−ゴールドなどがある。これらの材
料は公知のスパツター技術で被着させる。次い
で、開孔８のアレイをホトリソグラフおよび周知
の標準エツチングあるいはリフト・オフ技術を用
いて、層６に形成する。例えば、ホトレジストが
クロムゴールド層６上に被着される。次いでこの
ホトレジストは露出され現像されて、検知エレメ
ント接合部７に整合された開口を形成する。それ
から、クロムゴールド層６がエツチング除去され
て、開孔８を形成し、しかる後にホトレジストが
取除かれる。

マスクあるいはコールド遮蔽を備えた検知器材
料２および基板１が別々に製造される場合には、
開孔８のアレイは、赤外線顕微鏡あるいは類似の
技術によつて、検知エレメントのアレイに整合さ
せられる。その場合には、接着剤層９が基板１と
層２に接合するのに使用される。

また、本発明は、検知エレメントのアレイに用
いる別体のコールド遮蔽アツセンブリの形態を取
つてもよいが、WhiteあるいはBorrelloの手法を
用いて別々に製造してもよい。例えば、電磁エネ
ルギーの所定のスペクトルに対し透過性である材
料からなる部材１を、吸収あるいは反射材料から
なる不透過性の薄いフイルム６で被覆して上述し
たように開孔８の輪郭を画いた後、そのアセンブ
リをWhiteあるいはBorrelloのような検知器アレ
イに適用し、最終の組合せ体が開孔８を通じて、
光学系を臨むようにしてもよい。そのようなコー
ルド遮蔽は、本出願の図面が開示しているような
後面照射型の検知器に適用できるが、従来的な意
味ではWhiteおよびBorrelloが開示している、前
面照射検知器にも適用可能である。本発明による
別々のコールド遮蔽を適用するとき、コールド遮
蔽が、層１の厚さが希望通りに薄く形成されてい
るので、前方照射型あるいは後方照射型を問わず
検知器に非常に近接して配置され、第３Ｂ図に一
例を示すように、第１部材すなわち基板１と第２
部材すなわち基板１６との間に薄フイルム６を挾
むことで、必要な強度補強がなされる。

したがつて、前述したように、この発明は最小
厚さのコールド遮蔽を提供し、高密度アレイおよ
び低いｆナンバーの光学系に対する最適の遮蔽を
提供することになる。この点については、薄いフ
イルム６の厚さがほぼ数十分の１ミクロンからほ
ぼ数ミクロンまでの範囲にあるのが通例である。
実質的には、薄いフイルム６が取付けられている
遮蔽あるいは基板１に対し、如何なる所望の厚さ
であつてもよい。

遮蔽６によるコールド遮蔽の効果は、検知器の
接合部７および遮蔽開孔８の相対サイズおよび間
隔に大きく依存している。これについては、前述
したように、Whiteおよび本発明は両方とも、開
孔８が、光学系に臨むとき検知器の接合部７と同
一あるいは実質的に同一の幾何学的配置を有する
ように配置されている点で非常に有利になる。上
述したように、またWhiteの記載にもあるよう
に、本願はBorrelloが開示している遮蔽とは著し
く異なり、その開孔は、制限された所定の配置に
おいてのみ得られる。というのは、シリコンにお
いてエツチングされた開孔の配置は、シリコンの
選択的エツチング平面によつて、少なくとも部分
的に決定されるからである。

代表的な赤外線検出装置を、電磁放射検出装置
として以下に述べる。第４図に示すように、検出
装置は、通常電磁放射を発する光景を観察する光
学系１３を有し、この光学系が光景の視野を与え
る（光学系１３は光学的走査器を有するか、また
はシステムは光学的走査器を含まずにスターリン
グ・センサを利用する。）検出装置は、また、光
学系の視野の通路に設けられ、入射する電磁放射
を表わす電気信号を発生する電磁放射検知器のア
レイ１０，１１、あるいは１２を有する。本発明
によれば、検出装置は、また、検知器が受ける放
射を光学系が検知器に与える放射に制限する遮蔽
を有している。遮蔽は、放射の所定のスペクトル
に対して透過性である材料の部材を具備する。不
透過性の薄いフイルムは部材の表面上に配置さ
れ、検知エレメントは、部材および開孔を介し
て、光学系に臨む。薄いフイルムは、光学系の視
野外で生ずる電磁放射から検知器を遮蔽し、それ
によつて検知器アレイの感度を改良する。一般的
には、検知器のアレイおよび遮蔽を冷却する冷却
手段１４を有し、電気光学系１５が検知器アレイ
からの電気出力に連係されて、光学系１３で観察
される状況の表示を行う。

【図面の簡単な説明】

第１図は個々の検知エレメントの領域内でイオ
ン注入で生成された従来の電磁エネルギー検知器
アレイを示す図、第２図はベース上に、そのキヤ
リヤ型とは異なるキヤリイヤタイプの材料を成長
させてエツチングによつて形成した従来の電磁エ
ネルギー検知器アレイを示す図、第３Ａ図は本発
明による検知器アレイの斜視図、第３Ｂ図は本発
明の別の望ましい実施例による検知器アレイの内
部に埋設されたコールド遮蔽の縦断面図、第４図
は代表的な赤外線あるいは他の電磁エネルギー検
出装置のブロツク図である。 １……基板、２……層、３，４……検知エレメ
ント、５……赤外線、６……不透過性の薄いフイ
ルム、７……検知器の接合部、８……開孔、９…
…接着剤層、１０，１１，１２……アレイ、１３
……光学系、１４……冷却手段、１５……電気光
学系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁放射を発生する光景に向けられてその光
   景に対する視野を定める光学系と； 第１および第２の面を相互に表裏の関係に有
   し、電磁放射の所定のスペクトル帯において透過
   性の半導体基板と； この半導体基板の第１の面に配置された検知器
   のアレイであつて、それぞれの検知器は前記光学
   系に前記第２の面を通して臨まされ、それぞれに
   入射する電磁放射をあらわす電気信号を生じる検
   知器のアレイと； 前記半導体基板の第２の面に配置された不透過
   性の薄いフイルムであつて、各検知器を前記光学
   系に臨ましめるように複数の開孔を有し、前記光
   学系の視野の外部から発生の電磁放射から検知器
   を遮蔽して検知器のアレイの感度を向上させるた
   めの薄いフイルムと； 前記検知器のアレイと前記半導体基板および前
   記薄いフイルムを冷却する冷却手段と； 前記検知器のアレイからの電気信号を受け、前
   記光学系で観察された光景の表示を形成する電気
   光学系と を備えた電磁放射検出装置。 ２ 電磁放射を発生する光景に向けられてその光
   景に対する視野を定める光学系と； 第１および第２の面を相互に表裏の関係に有
   し、電磁放射の所定のスペクトル帯において透過
   性の第１の半導体基板と； この第１の半導体基板の第１の面に配置された
   検知器のアレイであつて、それぞれの検知器は前
   記光学系に前記第２の面を通して臨まされ、それ
   ぞれに入射する電磁放射をあらわす電気信号を生
   じる検知器のアレイと； 前記第１の半導体基板の第２の面に配置された
   不透過性の薄いフイルムであつて、各検知器を前
   記光学系に臨ましめるように複数の開孔を有し、
   前記光学系の視野の外部から発生の電磁放射から
   検知器を遮蔽して検知器のアレイの感度を向上さ
   せるための薄いフイルムと； 前記検知器のアレイと前記第１の半導体基板お
   よび前記薄いフイルムを冷却する冷却手段と； 前記検知器のアレイからの電気信号を受け、前
   記光学系で観察された光景の表示を形成する電気
   光学系と； 前記不透過性の薄いフイルムに、そのフイルム
   が前記第１の半導体基板との間に挾み込まれるよ
   うにして付着される第２の基板であつて、電磁放
   射の所定のスペクトル帯で透過性であり、前記検
   知器のアレイの強度を向上させる第２の基板とを
   備えた電磁放射検出装置。