ДЕТЕКТИРУЮЩАЯ СТРУКТУРА ТИПА БОЛОМЕТРА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2021 года по МПК G01J5/02 

Область техники

Изобретение относится к области оптоэлектроники и отслеживания электромагнитного излучения.

В частности, объектами изобретения являются детектирующая структура типа болометра для обнаружения электромагнитного излучения и способ изготовления такой структуры.

Уровень техники

Известно использование детектирующих структур типа болометра для обнаружения электромагнитного излучения, в частности, в диапазоне длин волн инфракрасной области.

Такая структура содержит:

- поглощающий элемент, выполненный с возможностью поглощать электромагнитное излучение, как правило, представляющий собой подвешенную мембрану,

- преобразователь, имеющий характеристику, которая меняется с температурой, при этом преобразователь связан с поглощающим элементом, чтобы обеспечивать обнаружение повышения температуры указанного поглощающего элемента во время поглощения электромагнитного излучения.

Классически, преобразователь выполнен в виде слоя, обладающего свойствами термистора, такого как слой металлического оксида, выбранного из группы, в которую входят оксиды ванадия VO_x, оксиды никеля NiO_x, оксиды титана TiO_x, или слой аморфного кремния aSi.

Однако с таким преобразователем и при такой конфигурации такие структуры невозможно включить в виде матрицы в компонент, имеющий шаг решетки менее 10 мкм. Действительно, чтобы сохранить приемлемую чувствительность, площадь поглощающего элемента должна быть достаточной по причине ограниченной чувствительности слоев металлического оксида, используемых в качестве преобразователя, поскольку с такими слоями температурный коэффициент не превышает 2-2,5%.К^-1.

Чтобы получить детектирующие структуры типа болометра, имеющие чувствительность, совместимую с включением в компоненты с шагом решетки менее 10 мкм, были предусмотрены несколько решений.

Среди них можно, в частности, указать возможность, раскрытую в документе US 7489024, где предложено заменить преобразователь транзистором типа MOS-FET, работающим в режиме слабой инверсии. Действительно, такая замена позволяет получить температурный коэффициент, который может достигать 10%.К^-1. Однако, несмотря на оптимизированный температурный коэффициент, решение, предложенное в документе US 7489024, имеет целый ряд недостатков, которые делают эту структуру несовместимой с включением в компоненты с шагом решетки менее 10 мкм.

Действительно, в соответствии с изначальным замыслом структура, описанная в документе US 7489024, использует в качестве поглощающего элемента слои, выполненные из диоксида кремния. Эти слои с учетом своей функции должны иметь значительную толщину. Это приводит к большой тепловой инерции и, следовательно, к увеличению времени реакции. Кроме того, эти слои выполнены также на уровне изолирующих плеч, которые изолируют структуру от остальной части компонента, в состав которого она входит. Такое соседство приводит к утечке части тепла, генерируемого при поглощении электромагнитного излучения, в сторону остальной части компонента.

По этим причинам и чтобы сохранить приемлемую чувствительность, работы изобретателей структуры, описанной в US 7489024, опубликованные, в частности, в научном журнале “IEEE translation on Electron devices”, том 56, номер 9, страницы 1935-1942, в 2009 году, не позволили получить структуры, размерные параметры которых совместимы с включением в виде матрицы в компонент с шагом решетки менее 10 мкм. Действительно, минимальная площадь, необходимая для такой структуры, равна 45 мкм на 46 мкм.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является устранение этого недостатка и выполнение структуры типа болометра с возможностью ее включения в виде матрицы в компонент с шагом решетки менее 10 мкм.

В связи с вышеизложенным, объектом изобретения является детектирующая структура типа болометра для обнаружения электромагнитного излучения, при этом детектирующая структура содержит:

- по меньшей мере один первый поглощающий элемент, выполненный с возможностью поглощения электромагнитного излучения,

- транзистор типа MOS-FET, связанный с первым поглощающим элементом для обнаружения повышения температуры указанного поглощающего элемента во время поглощения электромагнитного излучения, при этом транзистор содержит:

- по меньшей мере одну первую и по меньшей мере одну вторую зоны с первым типом проводимости,

- по меньшей мере одну третью зону, отделяющую друг от друга первую и вторую зоны, при этом третья зона имеет тип проводимости, выбранный из группы, в которую входят второй тип проводимости, противоположный первому типу проводимости, и тип проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей,

- по меньшей мере один первый электрод затвора, выполненный с возможностью смещения третьей зоны.

Первый электрод затвора содержит по меньшей мере первый металлический участок, образующий первый поглощающий элемент, при этом указанный первый металлический участок имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующим неравенствам: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный металлический участок.

Такое выполнение поглощающего элемента в виде участка первого металлического электрода затвора позволяет оптимизировать работу структуры. Действительно, с учетом этих неравенств первый металлический участок имеет полное сопротивление, близкое к полному сопротивлению вакуума, которое равно около 377 Ом, причем при относительно малых толщинах порядка 10 нм. Следовательно, поглощающий элемент не обязательно должен иметь большую толщину, чтобы добиться поглощения, превышающего 85%. Это позволяет значительно уменьшить необходимую массу поглощающего элемента и его инерцию по сравнению с известными решениями. Таким образом, структура имеет слабую инерцию и оптимизированную чувствительность по сравнению с известными структурами. Эта чувствительность адаптирована, в частности, для включения структуры в виде матрицы в компонент с шагом решетки менее 10 мкм.

Предпочтительно толщина первого металлического участка удовлетворяет следующим неравенствам:

Это позволяет добиться поглощения, превышающего 90%.

В идеале толщина первого металлического участка удовлетворяет следующим неравенствам:

может быть по существу равно 377 Ом, то есть может находиться в пределах от 360 Ом до 380 Ом.

Можно отметить, что такую конфигурацию можно получить, в частности, с металлическим участком из нитрида титана TiN толщиной 10 нм.

Можно отметить, что при наличии третьей зоны, отделяющей друг от друга первую и вторую зоны, третья зона расположена между первой и второй зонами.

Под типом проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей, следует понимать как в предыдущей, так и в остальной части этого документа, что третья зона имеет такие тип проводимости и толщину, при которых в отсутствие смещения детектирующей структуры третья зона по существу не имеет носителей. Разумеется, во время работы и во время подачи смещения на электрод затвора создается проводящий канал, при этом третья зона насыщается носителями с первым типом проводимости. Следует отметить, что для специалиста в данной области выражение «третья зона является обедненной» является синонимом типа проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей.

Под термином «транзистор MOSFET», обычно применяемым специалистами в данной области, следует понимать как в предыдущей, так и в остальной части этого документа полевой транзистор типа металл/оксид/полупроводник. Действительно, MOSFET является сокращением от английского “Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor”.

Первый металлический участок первого электрода затвора выполнен из металла типа «середины запрещенной зоны» для третьей зоны, при этом первый металлический участок предпочтительно выполнен из металла, выбранного из группы, в которую входят нитриды титана, нитриды тантала и силициды молибдена, для третьей зоны, выполненной из кремния, при этом первый металлический участок предпочтительно выполнен из нитрида титана для третьей зоны, выполненной из кремния.

Авторы изобретения обнаружили, что при такой адаптации выходной работы первого металлического участка относительно третьей зоны транзистор может работать с относительно низким напряжением инверсии, поскольку напряжения исток-решетка от 50 мВ до 75 мВ являются доступными, одновременно обеспечивая повышенную чувствительность тока транзистора к температуре. Таким образом, эффект Джоуля, связанный с поляризацией (электрическим смещением) структуры, остается контролируемым и мало влияет на работу структуры.

Как в предыдущей, так и в остальной части этого документа под выражением «металл типа середины запрещенной зоны» следует понимать, что металл выбирают таким образом, чтобы в отсутствие смещения структуры он имел энергию Ферми в запрещенной зоне третьей зоны и, в частности, вблизи середины запрещенной зоны третьей зоны, как правило, на уровне энергии, отстоящем от середины запрещенной зоны, в интервале от -25% до +25% запрещенной зоны. Такая конфигурация затвора известна специалисту в данной области под английским названием “mid-gap”. Таким образом, если третья зона выполнена из кремния, металлы типа «середины запрещенной зоны» содержат, в частности, нитриды титана, нитриты тантала и силициды молибдена.

Первый электрод затвора замкнут накоротко с одной среди первой и второй зон.

При такой конфигурации, обеспечиваемой возможностью работать с низким напряжением инверсии, в случае металлического участка первого электрода затвора, выполненного из металла типа «середины запрещенной зоны», для поляризации структуры требуется только две проводящие дорожки. Пути электрической и, следовательно, тепловой проводимости между считывающей электроникой и транзистором сведены к минимуму. Это позволяет получить исключительно оптимизированную тепловую изоляцию между транзистором и считывающей электроникой.

Первая зона окружена третьей зоной, при этом третья зона окружена второй зоной.

При такой конфигурации первый электрод затвора имеет увеличенное отношение ширины затвора к длине затвора, при этом ширину и длину электрода затвора следует рассматривать, как их обычно выражают при описании работы транзисторов MOSFET, то есть относительно направления прохождения тока между первой и второй зонами транзистора. Такое отношение позволяет повысить чувствительность тока транзистора к температуре. При такой конфигурации это отношение можно также получить при исключительно большой длине электрода затвора, чтобы оптимизировать отношение сигнала к шуму в структуре, так как шум напрямую связан с площадью электрода затвора. Следует также отметить, что при такой конфигурации можно получить длину первого электрода затвора, превышающую 0,5 мкм. Следует также отметить, что при такой конфигурации первую зону транзистора ограничивают одним единственным участком и вторую зону ограничивают другим единственным участком. Следовательно, затвор фактически является задающим, и форма в виде кольца позволяет оптимизировать одновременно его площадь и отношение его ширины к его длине в пространстве, ограниченном пикселем.

Кроме того, транзистор может дополнительно содержать:

- четвертую и пятую зоны, при этом четвертая зона имеет первый тип проводимости, и пятая зона имеет тип проводимости, выбранный из группы, в которую входят второй тип проводимости, противоположный первому типу проводимости, и тип проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей,

- третий электрод затвора, выполненный с возможностью смещения пятой зоны,

при этом пятая зона отделяет друг от друга вторую и четвертую зоны, при этом третий электрод затвора содержит по меньшей мере второй металлический участок, образующий второй поглощающий элемент, при этом указанный второй металлический участок имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующим неравенством: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный второй металлический участок.

Комплекс, образованный третьей, второй и пятой зонами, может отделять друг от друга первую и четвертую зоны.

Пятая зона может окружать вторую зону, при этом четвертая зона окружает пятую зону.

Первая, третья, вторая, пятая и четвертая зоны могут следовать друг за другом в первом направлении.

Таким образом, при таких характеристиках площади затвора первого и третьего электродов затвора суммируются, и общая площадь затвора является исключительно большой. Следовательно, отношение сигнала к шуму при такой структуре может быть оптимизировано.

Следует отметить, что при наличии пятой зоны, отделяющей друг от друга вторую и четвертую зоны, третья зона расположена между второй и четвертой зонами.

Третья зона может иметь тип проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей.

При такой третьей зоне паразитные эффекты, связанные с подложкой с плавающим потенциалом, в частности, связанные с кинк-эффектом, контролируются и даже отсутствуют. Следовательно, нет необходимости в добавлении электрического соединения для электрического смещения канала, то есть третьей зоны. Следовательно, такое соединение для смещения канала не ухудшает тепловую изоляцию транзистора.

Можно предусмотреть отражающую поверхность, выполненную с возможностью образовать вместе с первым поглощающим элементом четвертьволновой резонатор.

Таким образом, часть электромагнитного излучения, не поглощенная первым поглощающим элементом, отражается отражающей поверхностью в направлении первого поглощающего элемента для ее поглощения этим элементом. Это явление еще больше усиливается по причине резонанса, создаваемого за счет образования четвертьволнового резонатора.

Первый электрод затвора может быть отделен от третьей зоны первым и вторым электроизолирующими слоями, при этом один среди первого и второго электроизолирующих слоев выполнен из диоксида кремния, и другой среди первого и второго электроизолирующих слоев выполнен из изолирующего диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной.

Это позволяет получить относительно небольшую толщину изоляции между первым электродом затвора и третьей зоной и одновременно ограничить влияние шума 1/f во время работы транзистора.

В предыдущей и в остальной части этого документа под выражением «изолирующий диэлектрик с высокой диэлектрической постоянной» или, согласно английскому названию, обычно употребляемому специалистами в данной области, под диэлектрическим материалом “high-K” следует понимать изолирующий материал, имеющий более высокую диэлектрическую постоянную по сравнению с диэлектрической постоянной диоксида кремния, которая равна 3,9. Таким образом, диэлектрический материал можно считать материалом с высокой диэлектрической постоянной, если он имеет диэлектрическую постоянную, превышающую или равную по меньшей мере 1,5-кратной и даже 2-3-кратной диэлектрической постоянной диоксида кремния.

Структура может дополнительно содержать считывающую схему, выполненную с возможностью поляризовать транзистор и с возможностью определять, на основании рабочего тока транзистора, повышение температуры поглощающего элемента, при этом считывающая схема и транзистор отделены друг от друга по меньшей мере первым и вторым изолирующими плечами, каждое из которых содержит по меньшей мере одну проводящую дорожку для смещения транзистора.

Это позволяет свести к минимуму тепловой контакт между транзистором и считывающей схемой. Следовательно, структура имеет относительно слабую тепловую инерцию при сохранении своей чувствительности.

Каждая из проводящих дорожек первого и второго изолирующих плеч может быть металлической дорожкой, образующей третий поглощающий элемент, и имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующим неравенствам: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный второй металлический участок.

Таким образом, часть электромагнитного излучения, не поглощенная первым поглощающим элементом, может быть поглощена проводящими дорожками и может частично участвовать в повышении температуры транзистора.

Транзистор может дополнительно содержать второй электрод затвора на стороне транзистора, противоположной к первому электроду затвора, при этом второй электрод затвора содержит по меньшей мере один металлический участок четвертого поглощающего элемента.

Такой второй электрод затвора позволяет регулировать пороговое напряжение транзистора и одновременно увеличить площадь поглощающего элемента. Следовательно, улучшается отношение сигнала к шуму.

Объектом изобретения является также способ изготовления детектирующей структуры, содержащий следующие этапы:

- выполнение по меньшей мере первой, второй и третьей зон, при этом первая и вторая зоны имеют первый тип проводимости, при этом третья зона отделяет друг от друга первую и вторую зоны, и третья зона имеет тип проводимости, выбранный из группы, в которую входят второй тип проводимости, противоположный первому типу проводимости, и тип проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей,

- выполнение первого электрода затвора, выполненного с возможностью смещения третьей зоны, образуя транзистор типа MOSFET, при этом первый электрод затвора содержит по меньшей мере первый металлический участок, образующий поглощающий элемент, выполненный с возможностью поглощения электромагнитного излучения, и таким образом транзистор связан с поглощающим элементом для обнаружения повышения температуры указанного поглощающего элемента во время поглощения электромагнитного излучения, при этом указанный первый металлический участок имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующим неравенствам: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный металлический участок.

Такой способ позволяет получить заявленную структуру и, следовательно, использовать все связанные с ней преимущества.

Во время этапа выполнения первого электрода затвора первый металлический участок первого электрода затвора выполняют из материала типа «середины запрещенной зоны» для третьей зоны, при этом первый металлический участок предпочтительно выполняют из металла, выбранного из группы, в которую входят нитриды титана, нитриды тантала и силициды молибдена, для третьей зоны, выполненной из кремния, при этом первый металлический участок предпочтительно выполняют из нитрида титана для третьей зоны, выполненной из кремния.

Таким образом, структура, полученная при помощи такого способа, имеет преимущества, связанные с использованием первого металлического участка типа «середина запрещенной зоны», и, следовательно, обеспечивает работу транзистора с низким напряжением инверсии.

Кроме того, можно предусмотреть следующие этапы:

- выполнение считывающей схемы, выполненной с возможностью поляризовать транзистор и определять, на основании рабочего тока транзистора, повышение температуры поглощающего элемента,

- выполнение первого и второго изолирующих плеч, при этом каждое из первого и второго изолирующих плеч содержит по меньшей мере одну проводящую дорожку,

- объединение транзистора, первого и второго изолирующих плеч и считывающей схемы таким образом, чтобы считывающая схема была электрически соединена с транзистором через соответствующие проводящие дорожки первого и второго изолирующих плеч.

Изготовленная таким образом структура имеет оптимизированную изоляцию по отношению к считывающей схеме, в частности, за счет использования первого и второго изолирующих плеч.

Во время этапа выполнения считывающей схемы можно предусмотреть подэтап выполнения отражающей поверхности.

Во время этапа объединения транзистора, первого и второго изолирующих плеч и считывающей схемы отражающая поверхность может иметь такое расположение, чтобы образовать вместе с участком из нитрида титана первого электрода затвора четвертьволновой резонатор.

Таким образом, изготовленная структура использует все преимущества, связанные с такой отражающей поверхностью.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания иллюстративных и не ограничительных примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1А-1С - схематичные виды заявленной структуры, при этом на фиг. 1А представлен вид сверху с показанными в виде пунктирных линий различными составными элементами структуры и на фиг. 1В и 1С представлен вид этой же структуры в разрезе соответственно по оси В-В и по оси А-А.

Фиг. 2А и 2В схематично иллюстрируют, в ходе изготовления, части структуры, образующие соответственно считывающую схему и отражатель, при этом на фиг. 2А представлен вид сверху, а на фиг. 2В - вид в разрезе по оси С-С.

Фиг. 3А и 3В схематично иллюстрируют, в ходе изготовления, части структуры, образующие соответственно поглощающий элемент и преобразователь, при этом на фиг. 3А представлен вид сверху, а на фиг. 3В - вид в разрезе по оси D-D.

Фиг. 4А и 4В схематично иллюстрируют, в ходе изготовления, части структуры, образующие соответственно изолирующие плечи и отражатель, при этом на фиг. 4А представлен вид сверху, а на фиг. 4В - вид в разрезе по оси Е-Е.

Фиг. 5 схематично иллюстрирует компоновку в виде матрицы четырех заявленных структур, когда они входят в состав компонента.

Фиг. 6 - схематичный вид сверху структуры согласно второму варианту выполнения, в котором преобразователь содержит пять зон.

Идентичные, подобные или эквивалентные части на различных фигурах имеют одинаковые цифровые обозначения для облегчения перехода от одной фигуры к другой.

Различные части, показанные на фигурах, не обязательно представлены в едином масштабе для облегчения понимания фигур.

Различные возможности (версии и варианты выполнения) не следует рассматривать как исключающие друг друга, и их можно комбинировать друг с другом.

Подробное описание частных вариантов выполнения

На фиг. 1 схематично показана заявленная детектирующая структура 10 типа болометра, при этом такая детектирующая структура 10 выполнена с возможностью обнаружения электромагнитного излучения.

В частности, такая детектирующая структура 10 предназначена для обнаружения электромагнитных излучений в диапазоне длин волн в инфракрасной области. Таким образом, различные значения, указанные в описанных ниже вариантах выполнения, относятся к этому практическому применению, в котором рассматриваемым диапазоном длин волн является дальняя инфракрасная область, то есть от 8 до 12 мкм. Разумеется, отталкиваясь от настоящей заявки, специалист в данной области может адаптировать эти значения, чтобы при помощи такой детектирующей структуры 10 обеспечивать оптимизированное обнаружение электромагнитных излучений в диапазоне длин волн, отличном от диапазона длин волн инфракрасной области.

Такая детектирующая структура 10 содержит:

- транзистор 100 типа MOS-FET, содержащий:

- по меньшей мере первую и по меньшей мере вторую зоны 111, 112 с первым типом проводимости,

- по меньшей мере третью зону 113, отделяющую друг от друга первую и вторую зоны 111, 112, при этом третья зона 113 имеет тип проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей, иначе говоря третья зона 113 полностью обеднена,

- первый электрод 120 затвора, выполненный с возможностью смещения третьей зоны 113, при этом первый затвор содержит первый поглощающий слой 210 из нитрида титана TiN, образующий первый поглощающий элемент,

- необязательный второй электрод 130 затвора, расположенный на стороне третьей зоны, которая находится противоположно первому электроду 120 затвора, для смещения третьей зоны 113,

- первое и второе изолирующие плечи 310, 320, содержащие соответственно первую и вторую проводящие дорожки 311, 321 для обеспечения смещения транзистора 100, при этом первая дорожка 311 соединена с второй зоной 112, и вторая дорожка 321 соединена с первой и с третьей зонами 111, 113, замыкая их накоротко,

- необязательную отражающую поверхность 330, 331, расположенную таким образом, чтобы образовать вместе с первым поглощающим слоем четвертьволновой резонатор,

- считывающую схему 340, при этом на фигуре показана только ее подложка 341, при этом считывающая схема 340 электрически соединена с первой и второй проводящими дорожками 311, 321 соответственно при помощи первой, второй, третьей и четвертой площадок 354, 355, 316, 326 склеивания.

Следует отметить, что при такой конфигурации первая зона 111 образует сток транзистора, вторая зона 112 образует исток транзистора, и третья зона 113 образует канал транзистора 100. Таким образом, в этом первом варианте выполнения транзистор 100 работает со слабой инжекцией, при этом сток и электрод затвора замкнуты накоротко, и напряжения исток-сток V_SD и исток-затвор V_SG равны.

Такую детектирующую структуру 10 можно изготовить в четыре отдельных этапа: на первом этапе выполняют считывающую схему 340, на втором этапе выполняют транзистор 100 и его первый электрод затвора 120, образующий первый поглощающий элемент, на третьем этапе выполняют изолирующие плечи 310, 320, входящие в контакт с транзистором 100, и на четвертом этапе комплекс транзистор 100/ изолирующие плечи 310, 320 склеивают со считывающей схемой 340. Во время этого четвертого этапа можно также выполнить второй электрод затвора 130.

На фиг. 2А и 2В показана считывающая схема 340 в ходе изготовления на этапе выполнения считывающей схемы.

Как показано на фиг. 2А и 2В, считывающая схема 340 выполнена в полупроводниковой подложке 341, такой как кремниевая подложка, в которой расположены компоненты считывающей схемы. Считывающая схема 340 выполнена с возможностью поляризовать транзистор и с возможностью определять, на основании рабочего тока транзистора 100, повышение температуры первого электрода затвора 120. Такая считывающая схема 340 показана только пунктирной линией, отображающей ее расположение в подложке 341. Такая считывающая схема 340 известна специалисту в данной области и может быть как считывающей схемой, специально предназначенной только для одного транзистора 100, так и схемой, общей для группы транзисторов или для всех транзисторов компонента 1 (см. фиг.5), или считывающей схемой, состоящей из части, специально предназначенной только для одного транзистора, и части, общей для группы транзисторов или для всех транзисторов компонента 1. Такие считывающие схемы, как правило, выполненные на основе технологии MOS, известны специалисту в данной области, поэтому их подробное описание в этом документе опускается.

Для обеспечения соединения между считывающей схемой 340 и транзистором 100 считывающая схема 340 содержит на соединительной стороне полупроводниковой подложки 341 первую и вторую соединительные площадки 342, 343. Первая и вторая соединительные площадки 342, 343 выполнены из металлического материала, предназначенного для получения омического контакта со считывающей схемой. Такой металлический материал может представлять собой, например, медь. В рамках практического применения изобретения первая и вторая соединительные площадки 342, 343 могут иметь площадь 1 мкм на 1 мкм. Можно также отметить, что на фиг. 2А показаны также первая и вторая соединительные площадки 342В, 343А соответственно первой и второй смежных детектирующих структур.

Как показано на фиг. 2В, на соединительную сторону полупроводниковой подложки 341 тоже нанесен металлический слой 344 для обеспечения выполнения первой части 330 отражающей поверхности 330, 331. Таким образом, металлический слой 344 расположен на большей части поверхности детектирующей структуры 10. Следует отметить, что в практическим применении изобретения площадь, занимаемая детектирующей структурой 10, может составлять 5 мкм на 5 мкм.

Соединительная сторона, которая не имеет первой и второй соединительных площадок 342, 343 и металлического слоя 344, покрыта первым пассивирующим слоем 345. Можно отметить, что в рамках изобретения такое покрытие соединительной стороны можно получить при помощи дамасского процесса. Первый пассивирующий слой 345 выполнен из диэлектрического материала, такого как диоксид кремния SiO₂ или нитрид кремния Si₃N₄.

На первый пассивирующий слой 345, на первую и вторую соединительные площадки 342, 343 и на металлический слой 344 наносят первый запирающий слой 351. Первый запирающий слой 351 покрывают первым расходным слоем 352. Первый расходный слой 352 и первый запирающий слой 351 выполняют из материалов, позволяющих производить селективное травление, предпочтительно химическое травление первого расходного слоя 352, и первый запирающий слой 351 позволяет остановить травление, чтобы предохранить первый пассивирующий слой 345. Так, классически, первый расходный слой 352 можно выполнить из глинозема Al₂O₃ или из нитрида алюминия AlN, при этом селективное травление производят путем химического воздействия фтористоводородной кислотой, предпочтительно в паровой фазе.

Через первый запирающий слой 351 и первый расходный слой 352 по их толщине и на уровне первой и второй соединительных площадок 342, 343 и первого металлического слоя 344 проходят металлические стойки 353, образующие соединительные переходы для первой и второй соединительных площадок 342, 343. Металлическим материалом металлических стоек 353 может быть медь. В практическом применении изобретения металлические стойки 353 имеют круглое сечение, диаметр которого по существу равен 0,3мкм. Таким образом, каждая из первой и второй соединительных площадок 342, 343 входит в контакт с четырьмя металлическими стойками.

Первый расходный слой 352 включает в себя также:

- первую и вторую площадки 354, 355 склеивания, связанные соответственно с первой и второй соединительными площадками 342, 343 через металлические стойки 353,

- первую часть 330 отражающей поверхности 330, 331, связанную с металлическим слоем 344 через металлические стойки 353.

Таким образом, первая и вторая площадки 354, 355 склеивания электрически соединены соответственно с первой и второй соединительными площадками 342, 343, при этом первая часть 330 отражающей поверхности 330, 331 механически соединена с металлическим слоем 344 через металлические стойки 353.

Первая и вторая площадки 354, 355 склеивания и отражающий слой 330 выполнены заподлицо с первым расходным слоем 352 на стороне первого расходного слоя 352, противоположной к первому запирающему слою 351.

В рамках практического применения изобретения площадки склеивания могут иметь, например, площадь 1 мкм на 1 мкм.

Таким образом, этап выполнения такой считывающей схемы содержит следующие подэтапы:

- получение подложки 341, в которой предварительно была выполнена считывающая схема 340,

- выполнение первого пассивирующего слоя 345,

- выполнение первой и второй соединительных площадок 342, 343 и металлического слоя 344 в толщине пассивирующего слоя 345,

- нанесение первого запирающего слоя 351, входящего в контакт с первой и второй соединительными площадками 342, 343 металлического слоя и первого пассивирующего слоя 345,

- нанесение первого расходного слоя 352, входящего в контакт с первым запирающим слоем 351,

- выполнение сквозных проходов в первом запирающем слое 251 и в первом расходном слое 352, при этом указанные сквозные проходы выходят на первую и вторую соединительные площадки 342, 343 и металлический слой для обеспечения выполнения металлических стоек 353,

- выполнение поверхностных отверстий в первом расходном слое 352, соответствующих первой и второй площадкам 354, 355 склеивания и первой части 330 отражающей поверхности 330, 331,

- осаждение металлического материала в сквозные проходы для формирования металлических стоек 353, первой и второй площадок 354, 355 склеивания и первой части 330 отражающей поверхности 330, 331.

Следует отметить, что для обеспечения молекулярного склеивания можно предусмотреть подэтап выравнивания по плоскости первого расходного слоя 352, первой части 330 отражающей поверхности 330, 331 и первой и второй площадок 354, 355 склеивания.

На фиг. 3А и 3В показан транзистор 100 в ходе изготовления на этапе выполнения транзистора 100 и его первого электрода затвора 120, образующего первый поглощающий элемент. Можно отметить, что показанный на фиг. 3А и 3В транзистор 100 содержит второй электрод затвора 130 и первый участок второго запирающего слоя 141, покрывающий первую, вторую и третью зоны 111, 112, 113 на их стороне, противоположной первому электроду затвора 120. Вместе с тем, в предпочтительном варианте изобретения второй электрод затвора 130 и первый участок второго запирающего слоя 141, покрывающий первую, вторую и третью зоны 111, 112, 113, можно выполнить позже во время этапа склеивания комплекса транзистор 100/изолирующие плечи 310, 320 со считывающей схемой 340. Следует отметить, что первая и вторая зоны 111, 112 и первый электрод затвора 120 покрыты на стороне, через которую они соединены с первой и второй проводящими дорожками 321, вторым участком запирающего слоя 141.

На фиг. 3А представлен вид спереди транзистора 100 со стороны, которой транзистор 100 должен быть соединен со считывающей схемой 340. Здесь видно, что первая, вторая и третья зоны 111, 112, 113 транзистора 100 являются концентричными, при этом первая зона 111 окружена третьей зоной 113, и третья зона 113 окружена второй зоной 112. На фиг. 3А видно, что первая зона 111 занимает центральную поверхность, при этом третья зона 113 занимает квадратную поверхность в углублении первой зоны 111, и вторая зона занимает остальную часть поверхности транзистора 100.

Все три зоны, первая, вторая и третья 111, 112, 113, выполнены в кремниевом полупроводниковом слое 110. Первая и вторая зоны 111, 112 имеют первый тип проводимости, тогда как третья зона 113 является полностью обедненной зоной. Такое обеднение третьей зоны 113 можно получить при помощи подложки из кремния на оксиде или SOI от английского выражения “silicon on insulator” (кремний на изоляторе), где толщина слоя кремния на изоляторе была уменьшена посредством термического окисления и раскисления по толщине, составляющей от 15 до 50 нм, предпочтительно от 25 до 50 нм и даже по существу равной 50 нм.

Разумеется, хотя такое полное обеднение третьей зоны 113 является предпочтительным, все же, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть, чтобы третья зона 113 имела второй тип проводимости, противоположный первому типу проводимости.

Третья зона 113 покрыта первым электродом затвора 120 и отделена от него первым и вторым электроизолирующими слоями 121, 122. Чтобы свести к минимуму рабочее напряжение транзистора, первый изолирующий слой 121, входящий в контакт с третьей зоной, выполнен из диоксида кремния SiO₂, тогда как второй изолирующий слой 122, входящий в контакт с первым изолирующим слоем 121, выполнен из диэлектрического изолятора с высокой диэлектрической постоянной, такого как оксид гафния. Можно отметить, что в практическим применении изобретения первый изолирующий слой 121 может иметь толщину 9 нм, тогда как второй изолирующий слой 122, выполненный из оксида гафния, имеет толщину 3 нм.

Первый электрод затвора 120, входящий в контакт с вторым изолирующим слоем 122, может содержать первый поглощающий слой 210 и первый проводящий слой 125. Первый поглощающий слой 210, входящий в контакт с вторым изолирующим слоем 122, выполнен из нитрида титана TiN, тогда как первый проводящий слой 125, входящий в контакт с первым поглощающим слоем 210, выполнен из материала, обеспечивающего омическое соединение между первым электродом затвора 120 и второй проводящей дорожкой 321 второго изолирующего плеча 320. В практическим применении изобретения первый поглощающий слой 210 имеет толщину 10 нм, тогда как первый проводящий слой 125 выполнен из легированного поликристаллического кремния Si и имеет толщину 70 нм.

При такой конфигурации первый электрод затвора 120 образует так называемый электрод затвора «середины запрещенной зоны». Действительно, использование первого поглощающего слоя из нитрида титана TiN в контакте с изолирующими слоями затвора позволяет получить разность выходной работы между кремнием третьей зоны и металлом электрода затвора, при которой пороговое напряжение транзистора 100 является низким. Таким образом, эта конфигурация обеспечивает работу транзистора с напряжением затвор/исток, составляющим от 2кТ/q до 3кТ/q (где к является постоянной Больцмана, Т является рабочей температурой транзистора, и q является элементарным зарядом), то есть от 50 до 75 мВ при окружающей температуре, то есть при 300 К. Кроме того, в случае, когда толщина первого поглощающего слоя 210 по существу равна 10 нм, что соответствует практическому применению изобретения, сопротивление первого поглощающего слоя 210 по существу соответствует сопротивлению вакуума, то есть 377 Ом, что способствует поглощению электромагнитного излучения первым поглощающим слоем 210.

В варианте в рамках изобретения можно предусмотреть другую конфигурацию электрода затвора. Так, первый электрод затвора 120 может содержать вместо первого поглощающего слоя из нитрида титана первый металлический участок, образующий первый поглощающий элемент, при этом указанный первый металлический участок имеет толщину Ер, соблюдающую следующие неравенства:

, где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный металлический участок.

Чтобы обеспечивать поглощение электромагнитного излучения, этот же первый металлический участок предпочтительно может соблюдать следующие неравенства:

Еще предпочтительнее может быть по существу равно 377 Ом, то есть может находиться в пределах от 360 Ом до 380 Ом.

Согласно этому варианту, металлический материал первого металлического участка может быть металлом типа «середины запрещенной зоны» для третьей зоны 113, при этом первый металлический участок предпочтительно выполнен из металла, выбранного из группы, в которую входят нитриды титана, нитриды тантала и силициды молибдена, для третьей зоны, выполненной из кремния. Можно также отметить, что согласно менее предпочтительной возможности изобретения, при которой металлический материал первого металлического участка может не быть металлом типа «середины запрещенной зоны», первый металлический участок может быть выполнен из сплава алюминия и титана.

Как показано на фиг. 3В, комплекс, образованный первой, второй и третьей зонами 111, 112, 113, первым и вторым изолирующими слоями 121, 122, первым поглощающим слоем 210 и проводящим слоем 125, окружен вторым запирающим слоем 141. В свою очередь, на стороне, которая покрывает первый электрод затвора 120 и первую и вторую зоны 111, 112, второй запирающий слой 141 покрыт вторым расходным слоем 142. Через второй запирающий слой 141 и второй расходный слой проходят первый, второй и третий проводящие переходы 145, 146, 147, выходящие соответственно на первую зону 111, вторую зону 112 и первый электрод затвора 120. Так же, как и первый расходный слой 352 и первый запирающий слой 351, второй расходный слой 142 и второй запирающий слой 141 выполнены из материалов, позволяющих производить селективное травление, предпочтительно химическое травление второго расходного слоя 142, при этом второй запирающий слой 142 позволяет остановить травление. Так, второй расходный слой 142 можно выполнить из диоксида кремния SiO₂, при этом второй запирающий слой 141 выполнен из глинозема Al₂O₃ или из нитрида алюминия AlN.

Чтобы получить оптимизированный контакт между каждым из первого, второго и третьего проводящих переходов 145, 146, 147 и первой и второй зонами 111, 112 и первым электродом затвора 120, каждый из первого, второго и третьего проводящих переходов 145, 146, 147 содержит контактный участок из титана Ti толщиной 30 нм, промежуточный участок из нитрида титана TiN толщиной 60 нм и продольный участок из вольфрама W.

Как показано на фиг. 3В, второй запирающий слой 141 может быть также покрыт на своей стороне, противоположной к второму расходному слою 142, вторым электродом затвора 130. Согласно этому варианту, второй запирающий слой 142 образует электрический изолятор, который позволяет электрически изолировать второй электрод затвора от первой, второй и третьей зон 111, 112, 113. Как было указано выше, согласно предпочтительному варианту изобретения, первый участок второго расходного слоя 142 и второй электрод затвора 130 можно выполнить во время четвертого этапа. Таким образом, первый участок второго расходного слоя 142 и второй электрод затвора 130 описаны более конкретно в связи с описанием четвертого этапа.

Таким образом, этап выполнения такого транзистора содержит следующие подэтапы:

- получение не показанной подложки типа SOI,

- травление и утонение подложки для получения полностью обедненного кремниевого слоя 110,

- нанесение первого изолирующего слоя 121, входящего в контакт с кремниевым слоем,

- нанесение второго изолирующего слоя 121, входящего в контакт с первым изолирующим слоем 121,

- нанесение первого поглощающего слоя 210, входящего в контакт с вторым изолирующим слоем 122,

- нанесение проводящего слоя 125, входящего в контакт с первым поглощающим слоем 210,

- селективное травление проводящего слоя 125, первого поглощающего слоя 210, изолирующего слоя 122 и первого изолирующего слоя 121 для получения первого электрода затвора 120,

- имплантация в кремниевый слой легирующих элементов с первым типом проводимости для получения первой и второй зон, при этом первый электрод затвора обеспечивает защиту третьей зоны 113 во время имплантации,

- нанесение второго запирающего слоя 141,

- нанесение по меньшей мере второго участка второго расходного слоя 142,

- выполнение первого, второго и третьего проходов во втором участке второго запирающего слоя 142 и во втором расходном слое 142, соответствующих соответственно первому, второму и третьему переходам, при этом первый, второй и третий проходы выходят соответственно в первую и вторую зоны 111, 112 и в первый электрод затвора 120,

- последовательное осаждение в первый, второй и третий проходы первого контактного участка из титана Ti, промежуточного участка из нитрида титана TiN и продольного участка из вольфрама W.

Согласно менее предпочтительному варианту изобретения, первый участок второго запирающего слоя 141 и третий электрод затвора выполняют во время этого четвертого этапа, первый участок расходного слоя 142 выполняют одновременно с вторым участком расходного слоя 142 во время этапа нанесения по меньшей мере второго участка второго расходного слоя 142, и этап получения такого транзистора дополнительно содержит следующие подэтапы:

- выполнение сквозного прохода 131, показанного на фиг. 1В, в первом участке второго расходного слоя 142, при этом указанный сквозной проход выходит во вторую зону 112,

- выполнение второго электрода затвора 130, входящего в контакт с первым участком второго расходного слоя 142, при этом в сквозном проходе 131 между вторым электродом затвора 130 и второй зоной 112 формируют проводящий переход.

На фиг. 4А и 4В показаны изолирующие плечи 310, 320 в процессе изготовления во время этапа выполнения изолирующих плеч 310, 320. Первое и второе изолирующие плечи 310, 320 выполнены входящими в контакт с вторым расходным слоем 142.

Так, первое и второе изолирующие плечи 310, 320 содержат, каждое:

- первый слой 312, 322 повышения жесткости, входящий в контакт с вторым расходным слоем 142,

- соответствующую проводящую дорожку 311, 321, входящую в контакт с первым слоем 312, 322 повышения жесткости на стороне первого слоя 312, 322 повышения жесткости, противоположной к второму расходному слою 142,

- второй слой 313, 323 повышения жесткости, входящий в контакт с соответствующей проводящей дорожкой 311, 321 на стороне соответствующей проводящей дорожки 311, 321, противоположной к первому слою 312, 322 повышения жесткости.

Первое и второе изолирующие плечи 310, 320 выполнены с возможностью термически изолировать транзистор 100 от остальной части компонента 1. Так, как показано на фиг. 4А, первое и второе изолирующие плечи 310, 320 имеют максимальную длину при минимальных ширине и толщине. Первое и второе изолирующие плечи 310, 320 имеют каждое, вид змеевика, занимающего половину площади структуры. В варианте можно предусмотреть другие конфигурации первого и второго изолирующих плеч 310, 320. Например, каждое из первого и второго изолирующих плеч 310, 320 может быть выполнено в виде перемежающихся меандров посредством стыковки перпендикулярных друг к другу сегментов.

Первый и второй слои 312, 322, 313, 323 повышения жесткости первого и второго изолирующих плеч 310, 320 выполнены из материала, стойкого к селективному травлению первого и второго расходных слоев 352, 142. Так, в практическом применении изобретения первый и второй слои 312, 322, 313, 323 повышения жесткости первого и второго изолирующих плеч 310, 320 можно выполнить из аморфного кремния, из глинозема Al₂O₃ или из нитрида алюминия AlN. Первый и второй слои 312, 322, 313, 323 повышения жесткости первого и второго изолирующих плеч 310, 320 могут иметь толщину от 10 до 100 нм, предпочтительно от 20 до 60 нм, и даже равную 20 нм, чтобы обеспечивать достаточную жесткость для удержания транзистора 100.

Первый слой 312 повышения жесткости первого изолирующего плеча 310 имеет на уровне второго проводящего перехода 146 канал, в котором располагают первый проводник для установления электрического контакта между первой проводящей дорожкой 311 и вторым проводящим переходом 146. Точно так же, первый слой 322 повышения жесткости второго изолирующего плеча 320 имеет на уровне первого и третьего проводящих переходов 145, 147 два канала, в которых расположены первый и второй проводники для установления электрического контакта между второй проводящей дорожкой 321 и соответственно первым и третьим проводящим переходами 145, 147.

Можно отметить, что предпочтительно первый и второй проводники можно выполнить во время нанесения первой проводящей дорожки 311 посредством заполнения соответствующих каналов металлическим материалом, образующим проводящую дорожку 311.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, первая и вторая проводящие дорожки 311, 321 могут быть выполнены из нитрида титана TiN (типовая толщина 10 нм). Таким образом, первое и второе изолирующие плечи 310, 320 образуют третий поглощающий элемент, подобный поглощающему элементу, образованному первым электродом затвора 120. В варианте, так же, как и для первого электрода затвора 120, первая и вторая проводящие дорожки 311, 321 могут быть выполнены из металла и могут иметь толщину Ер, соблюдающую следующие неравенства:

, где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанную проводящую дорожку. Чтобы обеспечивать поглощение электромагнитного излучения, эта же проводящая дорожка предпочтительно может соблюдать следующие неравенства:

Еще предпочтительнее может быть по существу равно 377 Ом, то есть может находиться в пределах от 360 Ом до 380 Ом.

Вторые слои 313, 323 повышения жесткости первого и второго изолирующих плеч 310, 320 содержат первую и вторую распорные стойки 315, 325, выполненные в соответствии с первой и второй площадками 354, 355 склеивания считывающей схемы 340 и электрически соединенные с соответствующей проводящей дорожкой 311, 321. В практическом применении изобретения первая и вторая распорные стойки 315, 325 могут иметь диаметр, например, 0,7 мкм.

Первая и вторая распорные стойки 315, 325 продолжены соответственно третьей и четвертой площадками 316, 326 склеивания. Размеры третьей и четвертой площадок 316, 326 склеивания соответствуют размерам первой и второй площадок 354, 355 склеивания. Таким образом, третья и четвертая площадки 316, 326 склеивания могут иметь площадь, равную 1 мкм на 1 мкм.

Как показано на фиг. 4В, первое и второе изолирующие плечи 310, 320 и первая и вторая распорные стойки включены в третий расходный слой 329, при этом первая и вторая распорные стойки 315, 325 выступают из слоя 313, 323 повышения жесткости. Первая и вторая распорные стойки проходят вместе с третьей и четвертой площадками 316, 326 склеивания по всей толщине третьего расходного слоя 329. Таким образом, третья и четвертая площадки 316, 326 склеивания расположены заподлицо с третьим расходным слоем 329 на стороне третьего расходного слоя 329, противоположной к первому и второму изолирующим плечам 310, 320.

Третий расходный слой 329 и распорные стойки 325 рассчитаны по размерам таким образом, чтобы отражающая поверхность 330, 331 образовала вместе с первым поглощающим слоем 210 четвертьволновой резонатор.

Вторая часть 331 отражающей поверхности 330, 331 тоже включена в третий расходный слой 329, располагаясь с ним заподлицо в соответствии с первой частью 330 отражающей поверхности 330, 331.

Третий расходный слой 329 выполнен с возможностью его селективного травления во время травления первого и второго расходных слоев 352, 142 и с возможностью молекулярного склеивания между комплексом, образованным третьим расходным слоем 329, второй частью 331 отражающей поверхности 330, 331 и третьей и четвертой соединительными площадками 316, 326, и комплексом, образованным первым расходным слоем 352, первой частью отражающей поверхности 330, 331 и площадками 354, 355 склеивания.

Таким образом, этап получения изолирующих плеч содержит следующие подэтапы:

- нанесение первого сплошного слоя повышения жесткости, входящего в контакт с вторым расходным слоем 142, на стороне второго расходного слоя 142, противоположной к второму запирающему слою,

- выполнение в первом сплошном слое повышения жесткости каналов, предназначенных для формирования каналов первых слоев 312, 322 повышения жесткости первого и второго изолирующих плеч 310, 320,

- осаждение в каналы первого, второго и третьего проводников,

- нанесение сплошного проводящего слоя, входящего в контакт с первым сплошным слоем повышения жесткости, на стороне первого слоя повышения жесткости, противоположной к второму расходному слою 142,

- нанесение второго сплошного слоя повышения жесткости, входящего в контакт со сплошным проводящим слоем, на стороне сплошного проводящего слоя, противоположной к первому сплошному слою повышения жесткости,

- селективное травление первого сплошного слоя повышения жесткости, сплошного проводящего слоя и второго сплошного слоя повышения жесткости для получения первого и второго изолирующих плеч,

- нанесение третьего расходного слоя 329 таким образом, чтобы первое и второе изолирующие плечи 310, 320 были включены в третий расходный слой,

- выполнение первого и второго отверстий в третьем расходном слое и соответственно во вторых слоях 313, 323 повышения жесткости первого и второго изолирующих плеч 310, 320 для обеспечения формирования распорных стоек 315, 325 и третьей и четвертой площадок 316, 326 склеивания,

- выполнение третьего отверстия в третьем расходном слое для обеспечения формирования второй части 331 отражающей поверхности 330, 331,

- осаждение металла в первое, второе и третье отверстия третьего расходного слоя и в первое и второе отверстия каждого из вторых слоев 313, 323 повышения жесткости, чтобы получить первую и вторую распорные стойки, третью и четвертую площадки склеивания и вторую часть 331 отражающей поверхности 330, 331, при этом третий расходный слой 329, вторую часть 331 отражающей поверхности 330, 331 и площадки 315, 325 склеивания можно подвергнуть этапу выравнивания по плоскости, чтобы способствовать молекулярному склеиванию.

Четвертый этап склеивания комплекса транзистор 100/ изолирующие плечи 310, 320 со считывающей схемой 340 позволяет получить заявленную детектирующую структуру 10. Во время этого этапа комплекс, образованный третьим расходным слоем 329, второй частью 331 отражающей поверхности 330, 331 и третьей и четвертой площадками 316, 326 склеивания, склеивают на молекулярном уровне с комплексом, образованным первым расходным слоем 352, первой частью 330 отражающей поверхности 330, 331 и площадками 354, 355 склеивания, при этом первую площадку 354 склеивания совмещают с третьей площадкой 316 склеивания и вторую площадку 355 склеивания совмещают с четвертой площадкой 326 склеивания.

После завершения молекулярного склеивания и в рамках предпочтительного варианта изобретения, в котором на втором этапе не выполняли второй электрод затвора, предусмотрен дополнительный подэтап для формирования первого участка расходного слоя 142 и второго электрода затвора 130.

Согласно этому варианту, первый участок расходного слоя 142 выполняют из того же материала, что и второй участок расходного слоя 142, выполняемого на втором этапе. Так, первый участок расходного слоя 142 можно выполнить из глинозема Al₂O₃ или из нитрида алюминия AlN. Первый участок расходного слоя 142 образует таким образом электрический изолятор, чтобы электрически изолировать второй электрод затвора от первой, второй и третьей зон 111, 112.

Предпочтительно второй электрод затвора 130 выполняют из нитрида титана TiN с толщиной, по существу равной 10 нм. Согласно этому варианту, второй затвор 130 образует четвертый поглощающий элемент, подобный поглощающему элементу, образованному первым электродом затвора 120. Так же, как и в случае первого поглощающего слоя 210, второй электрод затвора 130 можно тоже выполнить из металла, и он может иметь толщину Ер, соблюдающую следующие неравенства:

, где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанную проводящую дорожку 311, 321. Чтобы обеспечивать поглощение электромагнитного излучения эта же проводящая дорожка 311, 321 предпочтительно может соблюдать следующие неравенства:

Еще предпочтительнее может быть по существу равно 377 Ом, то есть может находиться в пределах от 360 Ом до 380 Ом.

Точно так же, в случае, когда второй электрод затвора 130 не выполняет никакой функции поглощения электромагнитного излучения, второй затвор можно выполнить из другого материала, не выходя за рамки изобретения. Так, например, можно предусмотреть выполнение такого второго электрода затвора 130 из поликристаллического кремния Si. Можно также предусмотреть, чтобы второй электрод затвора 130 был образован двумя проводящими слоями, при этом один из них может быть выполнен из нитрида титана TiN.

Таким образом, согласно этому варианту изобретения, четвертый этап дополнительно включает в себя следующие этапы:

- выполнение первого участка второго запирающего слоя 142, входящего в контакт в первой, второй и третьей зонами 111, 112, 113, на их стороне, противоположной к первому электроду затвора 120,

- выполнение сквозного прохода 131, показанного на фиг. 1В, в первом участке второго расходного слоя 142, при этом указанный сквозной проход выходит во вторую зону 112,

- выполнение второго электрода затвора 130, входящего в контакт с первым участком второго расходного слоя 142, при этом между вторым электродом затвора 130 и второй зоной 112 в сквозном проходе 131 выполняют второй проводящий переход.

Как в описанном выше предпочтительном варианте, так и в варианте, в котором второй электрод затвора 130 выполняют на втором этапе, четвертый этап дополнительно содержит подэтап, на котором:

- производят селективное травление первого, второго и третьего расходных слоев 352, 142, 329, например, посредством химического травления, при этом остальная часть детектирующей структуры 10 защищена первым и вторым запирающими слоями 351, 141.

Таким образом, транзистор 10 оказывается термически изолированным от остальной части детектирующей структуры 10 первым и вторым изолирующими плечами 310, 320.

Следует отметить, что в случае, когда детектирующая структура 10 входит в состав компонента, содержащего множество детектирующих структур 10А, 10В, 10С, 10D, этот последний этап вместе с этапом травления и утонения подложки позволяет термически изолировать детектирующую структуру 10 от соответствующей считывающей схемы и от непосредственно смежных с ней детектирующих структур 10А, 10В, 10С, 10D.

На фиг. 5 представлен пример включения заявленной детектирующей структуры 10 в такой компонент 1, содержащий множество детектирующих структур10А, 10В, 10С, 10D, скомпонованных в виде квадратной матрицы. На фиг. 5 видно, что расположение площадок 342, 343 склеивания со смещением позволяет оптимизировать площадь, занимаемую каждой из структур 10А, 10В, 10С, 10D, при этом первая соединительная площадка 342А, 342В, 342С, 342D расположена смежно с второй соединительной площадкой 343А, 343В, 343С, 343D непосредственно смежной с ней слева структуры 10А, 10В, 10С, 10D, при этом вторая соединительная площадка 343А, 343В, 343С, 343D расположена смежно с первой соединительной площадкой 342А, 342В, 342С, 342D непосредственно смежной с ней справа детектирующей структуры 10А, 10В, 10С, 10D. При такой конфигурации приемная поверхность, то есть поверхность первого затвора 120 занимает оптимизированную площадь. Такая конфигурация позволяет предусмотреть компоненты, имеющие шаг порядка 5 мкм между двумя структурами 10А, 10В, 10С, 10D.

На фиг. 6 показано выполнение электрода затвора детектирующей структуры 210 согласно второму варианту выполнения изобретения, в котором площадь поглощающих элементов является оптимизированной. Такая детектирующая структура 10 отличается от детектирующей структуры 10 согласно первому варианту выполнения тем, что транзистор содержит первую, вторую, третью, четвертую и пятую зоны 111, 112, 113, 114, 115 и первый и третий электроды затвора 120, 140.

Первая, вторая и третья зоны 111, 112, 113 и первый электрод затвора 120 имеют конфигурацию, идентичную с конфигурацией, описанной в первом варианте выполнения, если не считать того, что вторая зона 112 выполняет роль стока и поэтому замкнута накоротко с первым электродом затвора 120. Таким образом, вторая проводящая дорожка 321 позволяет поляризовать вторую зону 112 и первый электрод затвора 120, и первая проводящая дорожка 311 позволяет поляризовать первую зону 111.

Четвертая зона 114 является зоной с первым типом проводимости и с конфигурацией, подобной конфигурации первой и второй зон 111, 112. Аналогично третьей зоне 113, пятая зона 115 может быть полностью обедненной зоной. Пятая зона 115 окружает вторую зону 112, и четвертая зона 114 окружает пятую зону.

Третий электрод затвора 140 имеет конфигурацию, по существу идентичную конфигурации первого электрода затвора, и, как и первый электрод затвора, содержит второй поглощающий слой 220.

Как показано на фиг. 6, вторая проводящая дорожка 321 выполнена таким образом, чтобы замыкать накоротко первый электрод затвора 120 с третьим электродом затвора 130 и с второй зоной 112. Как показано на фиг. 6, вторая проводящая дорожка 321 выполнена таким образом, чтобы замыкать накоротко первую зону 111 с четвертой зоной 114. Таким образом, структура содержит два параллельных друг другу транзистора и имеет увеличенную площадь электрода затвора и оптимизированное отношение ширины затвора к длине затвора.

Разумеется, если в описанных выше первом и втором вариантах выполнения первый электрод 120 затвора замкнут накоротко с одной из первой и второй зон 111, 112, все же, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть смещение первой зоны, второй зоны и первого электрода затвора независимо друг от друга. В такой конфигурации необходимо предусмотреть третью проводящую дорожку, выполненную либо в первом или втором изолирующих плечах, либо в третьем изолирующем плече. Точно так же, в случае, когда предусмотрен второй электрод 130 затвора на стороне первой, второй и третьей зон 111, 112, 113, противоположной к первой стороне, если на эту первую сторону можно подать смещение при помощи электрического соединения с второй зоной 112, все же, не выходя за рамки изобретения, можно подать смещение на второй электрод 130 затвора по-другому. В такой конфигурации необходимо предусмотреть третью проводящую дорожку, выполненную либо в первом или втором изолирующих плечах, либо в третьем изолирующем плече.

Можно также отметить, что, если в описанных выше вариантах выполнения предусмотрен второй электрод 130 затвора, такой второй электрод 130 затвора не является необходимым для нормальной работы изобретения. Так, вполне можно предусмотреть регулирование порогового напряжения при помощи зарядов, захватываемых в первом или втором электроизолирующих слоях, или можно предусмотреть независимое смещение первого электрода 120 затвора.

Точно так же, если в первом и втором вариантах выполнения предусмотрена отражающая поверхность 330, 331, можно, не выходя за рамки изобретения, предусмотреть, чтобы детектирующая структура 10 не имела такой отражающей поверхности.

Можно также отметить, что формы зон и/или электродов затвора, описанные в рамках первого и второго вариантов выполнения, представлены исключительно в качестве примеров и не являются ограничительными. Так, в рамках изобретения можно вполне предусмотреть структуру, подобную структуре из первого варианта выполнения, за исключением того, что первая, вторая и третья зоны следуют друг за другом вдоль первого направления. Точно так же, можно предусмотреть структуру, подобную структуре из второго варианта выполнения, за исключением того, что первая, вторая и третья, четвертая и пятая зоны следуют друг за другом вдоль первого направления.

Детектирующая структура (10) типа болометра для обнаружения электромагнитного излучения. Детектирующая структура (10) содержит транзистор (100) типа MOSFET, связанный с первым поглощающим элементом для обнаружения повышения температуры указанного поглощающего элемента при поглощении электромагнитного излучения. Транзистор (100) содержит по меньшей мере одну первую и по меньшей мере одну вторую зоны (111, 112), по меньшей мере одну третью зону (113), отделяющую первую и вторую зоны (111, 112) одну от другой, и по меньшей мере один первый электрод (120) затвора, выполненный с возможностью смещения третьей зоны (113). Первый электрод (120) затвора содержит по меньшей мере один первый металлический участок, образующий первый поглощающий элемент. Первый металлический участок имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующему неравенству: . Объектом изобретения является также способ изготовления такой структуры. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Детектирующая структура (10) типа болометра для обнаружения электромагнитного излучения, содержащая:

- по меньшей мере один первый поглощающий элемент, выполненный с возможностью поглощения электромагнитного излучения,

- транзистор (100) типа MOSFET, связанный с первым поглощающим элементом для обнаружения повышения температуры указанного поглощающего элемента при поглощении электромагнитного излучения, при этом MOSFET транзистор (100) содержит:

- по меньшей мере одну первую зону (111) и по меньшей мере одну вторую зону (112) с первым типом проводимости,

- по меньшей мере одну третью зону (113), отделяющую первую зону (111) и вторую зону (112) одну от другой, при этом третья зона (113) имеет тип проводимости, выбранный из группы, в которую входят второй тип проводимости, противоположный первому типу проводимости, и тип проводимости, при котором третья зона (113) по существу не имеет носителей,

- по меньшей мере один первый электрод (120) затвора, выполненный с возможностью смещения третьей зоны (113),

отличающаяся тем, что первый электрод (120) затвора содержит по меньшей мере один первый металлический участок, образующий указанный первый поглощающий элемент, при этом указанный первый металлический участок имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующему неравенству: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный металлический участок.

2. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, в которой первый металлический участок первого электрода (120) затвора выполнен из металла типа «середины запрещенной зоны» для указанной третьей зоны (113).

3. Детектирующая структура (10) типа болометра по п.2, в которой первый металлический участок предпочтительно выполнен из металла, выбранного из группы, в которую входят нитриды титана, нитриды тантала и силициды молибдена, при этом третья зона (113) выполнена из кремния.

4. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, в которой первый электрод (120) затвора замкнут накоротко с первой или второй зоной (111, 112).

5. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, в которой первая зона (111) окружена третьей зоной (113), при этом третья зона (113) окружена второй зоной (112).

6. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, в которой MOSFET транзистор (100) дополнительно содержит:

- четвертую зону (114) и пятую зону (115), при этом четвертая зона (114) имеет указанный первый тип проводимости, а пятая зона (115) имеет второй тип проводимости, выбранный из группы, в которую входят второй тип проводимости, противоположный первому типу проводимости, и тип проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей,

- третий электрод затвора, выполненный с возможностью смещения пятой зоны (115),

при этом пятая зона (115) отделяет вторую зону (112) и четвертую зону (114) одну от другой, при этом комплекс, образованный третьей зоной (113), второй зоной (112) и пятой зоной (115), отделяет друг от друга первую зону (111) и четвертую зону (114), а третий электрод (140) затвора содержит по меньшей мере один второй металлический участок, образующий второй поглощающий элемент, при этом указанный второй металлический участок имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующему неравенству: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный второй металлический участок.

7. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 6, в которой первая зона (111) окружена третьей зоной (113), третья зона (113) окружена второй зоной (112), а

пятая зона (115) окружает вторую зону (112) и четвертая зона (114) окружает пятую зону (115).

8. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, в которой третья зона (113) имеет тип проводимости, при котором третья зона (113) по существу не имеет носителей.

9. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, которая содержит отражающую поверхность (330, 331), выполненную с возможностью образовывать вместе с указанным первым поглощающим элементом четвертьволновой резонатор.

10. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, дополнительно содержащая считывающую схему (340), выполненную с возможностью создавать смещение MOSFET транзистора (100) и определять, на основании рабочего тока транзистора (100), повышение температуры указанного поглощающего элемента,

при этом считывающая схема (340) и MOSFET транзистор (100) отделены друг от друга по меньшей мере первым изолирующим плечом (310) и вторым изолирующим плечом (320), каждое из которых содержит по меньшей мере одну проводящую дорожку (311, 321) для смещения MOSFET транзистора (100).

11. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 10, в которой каждая из проводящих дорожек (311, 321) первого и второго изолирующих плеч (310, 320) является металлической дорожкой, образующей третий поглощающий элемент, и имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующему неравенству: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный второй металлический участок.

12. Детектирующая структура (10) типа болометра по п. 1, в которой MOSFET транзистор дополнительно содержит второй электрод (130) затвора на стороне MOSFET транзистора, противоположной к первому электроду (120) затвора,

при этом второй электрод (130) затвора содержит по меньшей мере один металлический участок, образующий четвертый поглощающий элемент.

13. Способ изготовления детектирующей структуры (10) типа болометра, содержащий этапы, на которых

обеспечивают наличие по меньшей мере по одной первой зоны (111), второй зоны (112) и третьей зоны (113), при этом первая зона (111) и вторая зона (112) имеют первый тип проводимости, а третья зона (113) отделяет первую зону (111) и вторую зону (112) одну от другой, причем третья зона (113) имеет тип проводимости, выбранный из группы, в которую входят второй тип проводимости, противоположный указанному первому типу проводимости, и тип проводимости, при котором третья зона по существу не имеет носителей,

формируют первый электрод (120) затвора, обладающий возможностью смещения третьей зоны (113), так чтобы образовать MOSFET транзистор (100), при этом первый электрод (120) затвора содержит по меньшей мере один первый металлический участок, образующий поглощающий элемент, выполненный с возможностью поглощения электромагнитного излучения, и таким образом MOSFET транзистор (100) связан с поглощающим элементом для обнаружения повышения температуры указанного поглощающего элемента при поглощении электромагнитного излучения, причем указанный первый металлический участок имеет толщину Ер, удовлетворяющую следующему неравенству: , где ρ обозначает удельное сопротивление металлического материала, образующего указанный металлический участок.

14. Способ изготовления детектирующей структуры типа болометра по п. 13, в котором при формировании первого электрода (120) затвора первый металлический участок первого электрода (120) затвора выполняют из металла типа «середины запрещенной зоны» для третьей зоны.

15. Способ изготовления детектирующей структуры типа болометра по п.14, в котором указанный первый металлический участок выполняют из металла, выбранного из группы, в которую входят нитриды титана, нитриды тантала и силициды молибдена, при этом третью зону (113) выполняют из кремния.

16. Способ изготовления детектирующей структуры (10) типа болометра по п. 13, в котором дополнительно

формируют считывающую схему (340), которую выполняют с возможностью смещения MOSFET транзистора (100) и определения, на основании рабочего тока MOSFET транзистора (100), повышение температуры поглощающего элемента,

выполняют первое изолирующее плечо (310) и второе изолирующее плечо (320), при этом каждое плечо из первого изолирующего плеча (310) и второго изолирующего плеча (320) содержит по меньшей мере одну проводящую дорожку (311, 321),

объединяют вместе MOSFET транзистор (100), первое изолирующее плечо (310), второе изолирующее плечо (320) и считывающую схему (340) таким образом, чтобы считывающая схема (340) была электрически соединена с транзистором (100) через соответствующие проводящие дорожки (311, 321) первого изолирующего плеча (310) и второго изолирующего плеча (320).

17. Способ изготовления детектирующей структуры (10) типа болометра по п. 16, в котором при формировании считывающей схемы (340) выполняют подэтап формирования отражающей поверхности (330, 331),

при этом на указанном этапе объединения транзистора (100), первого изолирующего плеча (310), второго изолирующего плеча (320) и считывающей схемы (340) отражающая поверхность (330, 331) имеет такое расположение, чтобы вместе с указанным участком из нитрида титана первого электрода (120) затвора образовывать четвертьволновой резонатор.