WO2005036140A1 - Device for absorbing and/or emitting radiation, method for the production of such a device, and method for analyzing fluids - Google Patents

Device for absorbing and/or emitting radiation, method for the production of such a device, and method for analyzing fluids Download PDF

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WO2005036140A1
WO2005036140A1 PCT/EP2004/005789 EP2004005789W WO2005036140A1 WO 2005036140 A1 WO2005036140 A1 WO 2005036140A1 EP 2004005789 W EP2004005789 W EP 2004005789W WO 2005036140 A1 WO2005036140 A1 WO 2005036140A1
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WO
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absorption
emission element
substrate
emission
radiation
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/005789
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Inventor
Joachim Nurnus
Christa KÜNZEL
Armin Lambrecht
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Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V.
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

Definitions

  • the invention relates to a device for absorption and / or emission of radiation with an absorption and / or emission element arranged in a thinned area of a substrate, a method for producing such a device and a method for analyzing fluids.
  • Such devices are used in the infrared spectral range as emitters or detectors.
  • an efficient conversion of radiation energy into heat (detector) or the efficient conversion of heat into radiation (emitter) is important. It is important here that the absorption / emission element is thermally decoupled from the rest of the component, since this results in a high sensitivity of the detector or, in the case of the emitters, a lower energy consumption with simultaneous rapid heating, i.e. enable quicker operational readiness.
  • the detectors include e.g. the thermoelectric, pyroelectric or bolometric radiation detectors.
  • a disadvantage of the known detectors is that the metal clusters have poor adhesion to the substrate and that a coating can only be achieved using a shadow mask technique, which therefore does not permit use in microstructure technology.
  • Another disadvantage is that due to the different thermal expansion coefficients of the different materials, stresses build up when the temperature changes, which can lead to destruction in the thinnest possible membranes that arise in the area of thinning.
  • the object of the present invention is to provide a device for absorbing or emitting radiation which is simple and reproducible to produce, and furthermore it is an object, a corresponding method for producing such a device and a method for analyzing fluids with such To provide devices or devices so produced.
  • an absorption or emission element is not produced by applying a material with a high absorption, but rather the absorption and / or emission element is produced by working out of a material of the substrate. It is thus possible to also produce the absorption and / or emission element using the same or a similar process, process step or method as is used for thinning the substrate.
  • the absorption and / or emission element is preferably produced by etching the substrate, this etching being possible under certain environmental conditions by dry etching or laser processing. It is either possible to produce BSI ("Black Silicon") (see FIG. 12 and the description thereof), or it is also possible to produce regions which are as fine and deeply structured as possible (for example pores or the like) with good absorption.
  • BSI Black Silicon
  • a method configuration in which the thinning and the production of the absorption and / or emission element take place simultaneously is particularly advantageous. Two properties (thinning, absorption and / or emission element) can be achieved simultaneously in one process step.
  • An absorption and / or emission element structured in this way is advantageously passivated, this being possible with various methods. This prevents aging and contamination of the absorption and / or emission element. Furthermore, the optical properties such as transmission or reflectivity can be tailored or optimized by an aftertreatment. For example, it is possible to minimize the transparency of the material in the relevant spectral range or to increase the absorption. Gold vapor deposition can significantly reduce transparency.
  • a method is advantageous in which, when the substrate is thinned, it is thinned to such an extent that a material thickness remains which is sufficient for producing the absorption and / or emission element.
  • the thickness can be checked, for example, by time-controlled etching.
  • thinning is carried out down to an etching stop layer and then the etching stop layer is removed and the absorption and / or emission element is subsequently produced thereon.
  • the thinning can be achieved very precisely and homogeneously over a large area of a wafer.
  • an etching stop layer is advantageously provided which is surrounded by a semiconductor material, which means that there is semiconductor material on both sides of the etching stop layer.
  • a method is advantageous in which a superstructure mask is provided adjacent to the stop layer for producing the absorption and / or emission element. After the etching stop layer has been removed, the superstructure mask remains, so that it can subsequently serve as a superstructure mask in the production of the absorption or emission element. This makes it possible to To produce sorption and / or emission element, which consists not only of a single part, but of several independent areas.
  • an absorption and / or emission element which comprises the same material as a material of the substrate.
  • This material is preferably silicon, although other semiconductor materials or materials other than semiconductors are also possible.
  • the absorption and / or emission element comprises the same material as the material of the substrate, it can be produced using the same processes and methods that are available for processing the substrate (for example thinning).
  • the absorption and / or emission element comprises or consists of BSI.
  • BSI has a very high absorption and can be produced using the same process as thinning. It is also possible, similar to BSI, to provide silicon with a large surface area which is as fine and deeply structured as possible and which has a good absorption or emission effect.
  • the device for absorption and / or emission of radiation can be only the processed substrate itself or any product in which a processed substrate is installed, such as a fully assembled detector.
  • the device advantageously has further optical elements, such as mirror or focusing devices, with which the optical properties of the device can be influenced in a targeted manner.
  • Mirroring or focusing devices make it possible to collect or emit radiation from or in a large area even with a small absorption and / or emission element.
  • thermoelectric and / or pyroelectric materials and / or resistance layers for heating or for temperature detection are preferably on the other side of the substrate, such as the absorption and / or emission element is provided and can thus be applied, structured, processed and / or manufactured independently of the absorption and / or emission element. However, they can also be provided on the same side. Such further materials can be used to detect the temperature change caused by absorption of radiation in the absorption element or to achieve the temperature required for the emission of the emission element.
  • a device which has an emission and an absorption element and in which at least one cavity for a fluid (gas, liquid) is provided on the path through which the radiation passes between the emission and the absorption element is particularly advantageous. With such a device it is possible to determine various properties, such as the density, composition, etc., of the fluid.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional drawing of a further embodiment of the device
  • FIG. 6 shows a schematic, three-dimensional representation of an advantageous embodiment of the device (detector element, emitter element), 7 shows a schematic sectional drawing of a further embodiment of the device,
  • Fig. 12 is a greatly enlarged schematic plan view of an absorption and / or emission element.
  • a substrate 4 is thinned in a region 2.
  • An absorption and / or emission element 3 is arranged in the thinned area 2.
  • the thinner 2 serves to thermally decouple the absorption and / or emission element from the substrate 4. Because the absorption and / or emission element 3 is only connected to the substrate 4 via the regions 5a, 5b and the substrate is greatly thinned in the regions 5a, 5b, the thermal decoupling or thermal insulation between the absorption and / or given emission element 3 and the substrate 4.
  • the absorption and / or emission element 3 is shown hatched, but comprises the same material as the substrate 4. This is due to the fact that the absorption and / or emission element 3 has been worked out of the material of the substrate 4. Even if it is in principle irrelevant from which side the substrate is thinned and on which side the absorption and / or emission element is arranged, the specific arrangement as shown in FIG. 1 has the thinning and absorption and / or emission element 3 are arranged on the same side, certain advantages.
  • the fact that the absorption and / or emission element 3 is arranged in areas of the thinning 2 and thus sits in a recess means that it is somewhat protected against mechanical unwanted action and destruction.
  • the flanks of the thinner 2 can be used to direct radiation in the direction of the absorption and / or emission element or away from it, in that the flanks are, for example, specular.
  • flanks of the thinning are shown obliquely in FIG. 1, the flanks can also be oriented approximately perpendicular to the substrate. This can be achieved, for example, by trenching or the like.
  • an insulation layer 7 is provided on the side of the substrate that faces away from the absorption and / or emission element 3.
  • This can consist, for example, of silicon oxide, silicon nitride or combinations and mixtures thereof.
  • the layer 7 can be composed of different individual layers, so that an adaptation of the properties of the insulation layer 7 with respect to, for example, electrical insulation capacity, thermal conductivity, mechanical stresses etc. is possible.
  • the insulation layer 7 is used for electrical insulation and not so much for thermal insulation. It should be as thin as possible so that a good heat exchange between the absorption and / or emission element and the contact point 10 (see below) is made possible.
  • Two materials 6a and 6b are arranged on the insulation layer 7 and are in contact with one another in a region 10.
  • the area 10 is brought as close as possible to the absorption and / or emission element 3.
  • the materials 6a and 6b are different (for example p- and n-conducting thermoelectric materials; Si-Si / Ge superlattice structures)
  • a thermal voltage arises which can be registered, whereby on the temperature of the contact point 10 and thus on the temperature of element 3 can be closed.
  • element 3 would act as an absorption element or as an emission element, the temperature of which is to be controlled.
  • Material 6a and 6b can also be used for heating or cooling.
  • a current is passed through the contact point 10, so that heating or cooling occurs depending on the direction of the current.
  • the target temperature can be set particularly quickly here.
  • a special material Au, Pt, etc.
  • an electrical resistance can be arranged between or instead of material 6a and 6b, with which the absorption and / or emission element 3 can be heated.
  • Highly doped silicon can be used as the etch stop layer (see below). This can be arranged on or under an insulation layer. If it is still crystallographically oriented, it can serve as the basis for epitaxial superlattice materials with which it is possible to produce very efficient thermoelectric materials (Si-Si / Ge superlattice structures).
  • the absorption and / or emission element 3 shows a further embodiment of the device for absorption and / or emission of radiation, in which the absorption and / or emission element 3 is arranged directly on the insulation layer 7, that is to say that the thinner 2 extends through the entire substrate 4 extends to the insulation layer 7.
  • This embodiment is characterized by a particularly good thermal decoupling between the absorption and / or emission element 3 and the substrate 4, since no material remains for the thermal coupling from the substrate 4 itself.
  • the absorption and / or emission element 3 is worked out from the material of the substrate 4 and consists of or thus comprises the same material and is therefore identical to the substrate.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which a substrate is assumed, which on the one hand comprises an original substrate 4, but the substrate still has an etching stop layer 8 and a further material layer 9.
  • the insulation layer 7 can also already be part of the substrate.
  • materials 6a, 6b and the contact point 10 reference is made to the description of the function thereof for FIG. 2.
  • FIG. 4 is particularly advantageous with respect to the manufacturing process that will be discussed below.
  • the absorption and / or emission element 3 is shown as a coherent element in FIGS. 1 to 4, it can also consist of individual elements 3a to 3e in each of these figures, as shown in FIG. 5.
  • 5 shows a superstructure of the absorption and / or emission element 3.
  • Such superstructures have the advantage that the surface of the absorption element 3, which is available for absorbing the radiation, can be increased further, so that there is still an improved absorption effect.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional schematic representation of a device for absorption and / or emission of radiation, which corresponds to a combination of the device shown in FIG. 3 with the version of the absorption and / or emission element 3 from FIG. 5.
  • a one-segment one can also be provided.
  • the materials labeled 11 are each of the same type, as are the materials labeled 12 and 13, respectively.
  • the material 11 could be a p-type semiconductor, the material 12 an n-type semiconductor and the material 13 a metallization or the like.
  • Different materials 13 can be interposed between the materials 11 and 12. However, since these contact points between the materials 12 and 13 and between the materials 13 and 11 are in the area of the thick substrate 4, these different contact points are each at the same temperature, so that no disruptive thermal stresses can arise here.
  • FIG. 7 A particularly advantageous embodiment of the invention is shown in FIG. 7.
  • Two thinnings are provided in a substrate 4.
  • An emission element 3a is provided in one thinning and an absorption element 3b in the other thinning.
  • the emission element 3a can be heated with a local heater 16.
  • the temperature of the absorption element 3b can be detected.
  • this is achieved, for example, by two different materials 6a and 6b which are in contact with one another at a contact point 10, the contact point 10 being in thermal interaction with the absorption element 3b, so that the temperature of the contact point 10 is substantially the same as that Temperature of the absorption element 3b will be.
  • An insulation layer 7 is provided for the electrical insulation of the various electrical devices. This is common to both thinnings, but can also consist of two or more individual layer areas for the respective thinning.
  • a further substrate 17 is arranged adjacent to the substrate 4 and here has only one thinner 19.
  • thinning 19 may also be dispensed with.
  • the area between the two thinnings of the substrate 4, which is not thinned in FIG. 7, is also to be thinned, so that the absorption element 3b and the emissive element tion element 3a can be in radiation contact with one another through the space 18.
  • the flanks and inner sides of the space 18 created by the various thinnings are provided with a reflective layer 15.
  • This can be, for example, gold vapor deposition or the like, which suitably reflects infrared radiation or the type of radiation used in each case.
  • the gold vapor deposition can also be applied to the absorption and / or emission element at the same time, because here. the large surface area increases the absorption instead of increasing the reflectivity.
  • the radiation generated by the emission element 3a must pass through the cavity 18 in order to reach the absorption element 3b.
  • the path through the cavity 18 In order to make the path through the cavity 18 as long as possible, no direct beam path between the emission element 3a and the absorption element 3b is possible in FIG. 7.
  • the path can also be configured longer than shown in FIG. 7.
  • the absorption and / or emission element not to be provided in the same substrate (in FIG. 7, the substrate 4), but for them to be arranged on different substrates.
  • the absorption element 3b directly opposite the emission element 3a, but on the other substrate 17.
  • the substrate 4 need only have a thinning and the size of the thinning 19 corresponds to the size of the thinning of the substrate 4.
  • Fluids can be introduced into the cavity 18 via suitable external micromechanical or other devices.
  • concentration, nature or composition of the fluids can be determined by a device as shown in Fig. 7, e.g. Spectroscopy by emission of radiation by the emission element 3a and absorption of the radiation by the absorption element 3b can be detected.
  • a window can be made from a rial (e.g. diamond, sapphire, CaF 2 , BaF 2 ), which allows the emitted or absorbed radiation to pass through.
  • a rial e.g. diamond, sapphire, CaF 2 , BaF 2
  • With the window it is possible to protect the absorption and / or emission element (3) from environmental influences. It can also be prevented that a gas z. B. to be examined, is heated or cooled by the absorption and / or emission element (3). This can prevent a "thermal short circuit".
  • a filter can pass certain spectral ranges, or absorb / reflect and thus filter the radiation.
  • a specific Spactral range can be selected with this.
  • the window or the filter can be provided in the thinning or can also cover this thinning.
  • the window or the filter can also be provided at a distance from the substrate.
  • Another embodiment relates to the possibility of providing a plurality of absorption elements for one emission element. It is possible, for example, to provide the absorption elements at different distances from the emission element. As a result, even with different absorption levels of the emitted radiation on the way to the absorption element 3, there can always be one that receives enough radiation to be meaningfully evaluated (see below). The dynamic range can thus be increased.
  • a fluid is admitted into cavity 18 in FIG. 7. Then or before that, the heater 16 is put into operation so that the emission element 3a begins to emit infrared radiation.
  • the emitted radiation is reflected by the coating 15 and thus finally passes through the cavity 18 to the absorption element 3b.
  • the absorption element 3b heats up due to the absorption of the infrared radiation, so that the contact point 10 is heated and a thermal voltage is thus generated between the material 6a and 6b.
  • An absorption of the emitted radiation by the fluid in the cavity 18 results in a corresponding temperature of the absorption element 3b at a certain temperature of the emission element 3a, so that from the temperature to the composition, the presence, the concentration, the density, pressure, etc ., Can be closed by fluids in the region of the cavity 18.
  • the absorption of the fluid is so strong that no more measurable radiation arrives at the absorption element, a shorter beam path would be advantageous.
  • several absorption elements 3 can increase the measuring range at different distances.
  • the wavelength of the peak intensity by varying the temperature of the emission element 3a. This makes it possible to determine the absorption of the fluid in the cavity 18 spectroscopically at different wavelengths if the corresponding temperature of the absorption element 3b is detected at the respective temperature. Infrared spectroscopy is useful for identifying certain fluids or for determining their concentration, since different fluids have very characteristic absorption bands.
  • the method and the device can be used, for example, in air conditioning systems, in chemistry, pharmacy or also for controlling exhaust gases from power plants, engines or the like.
  • absorption elements 3 are provided, these can be matched to the respective spectral range with filters and the composition of the fluid with regard to several fluid components can be examined simultaneously.
  • 8 shows various process states in the manufacture of a device for the absorption and / or emission of radiation.
  • 8A shows a substrate 4 with an insulation layer 7.
  • the insulation layer 7 can also be understood as a component of the substrate 4.
  • Materials 6a, 6b are arranged on the insulation layer 7 and are used to form thermoelectric elements, Peltier elements, heating elements, etc.
  • a thinning in the region 2 is formed on the side of the substrate 4 opposite the materials 6a and 6b.
  • the thinner 2 initially does not completely thin the substrate 4 down to the insulation layer 7. Rather, part of the material of the substrate 4 remains. This can be done for example by time control of the etching process or similar control mechanisms of the etching.
  • the absorption and / or emission element 3 is formed from the remaining material of the substrate 4.
  • Various approaches are conceivable for this.
  • the area of the future absorption and / or emission element 3 can be heavily doped. This is particularly possible in the case where the substrate 4 is a semiconductor material. It is also advantageous that the semiconductor material is silicon, so that such doping processes are already very well developed in terms of process technology. An etching selectivity can be achieved by the doping in the area of the future absorption and / or emission element 3. A mask or the like can be used to control the area in which the doping takes place.
  • the areas to the side of the future absorption and / or emission element 3 are etched away as far as the insulation layer 7.
  • the material for the absorption and / or emission element thus remains. If the material for the absorption and / or emission element is also slightly etched, then this must be taken into account in the previous etching step (see FIG. 8b), so that an absorption and / or emission element of a suitable thickness then remains.
  • this can be processed, for example, in such a way that its absorption or emission capacity is increased. This is done by increasing the surface area of the absorption and / or emission element, as is the case, for example, in the production of BSI (black silicon).
  • the absorption and / or emission element 3 consists of the same material as the substrate 4, it can be produced using the same types of processes.
  • etching method it is also possible, by suitable choice of the etching method, to simultaneously etch away the areas on the side of the absorption and / or emission element 3 and to form the BSI in a single process step.
  • Such a method step can be optimized in each case with regard to the formation of the absorption and / or emission element 3, since this element can be etched down to the side on an insulation layer 7 which acts as an etching stop layer.
  • the desired structure can also be worked out with a mask (metal, lacquer, polymer, etc., mask).
  • a mask metal, lacquer, polymer, etc., mask.
  • FIG. 9A shows a substrate which consists of an original substrate 4, an etch stop layer 8, a further material layer 9 and an insulation layer 7.
  • the original substrate 4 can, for example, be silicon, the etch stop layer 8, any suitable etch stop layer and the material layers 9 again a silicon layer.
  • the materials 6a, 6b are applied to such a layered substrate as described with reference to FIG. 8.
  • thinning 2 is then carried out. However, this thinning takes place down to the etching stop layer 8.
  • the etch stop layer 8 which is exposed in the area of the thinner 2, is removed using suitable methods (see FIG. 9C). As a result, the material layer 9 of the substrate is exposed. From this, the absorption and / or emission element 3 can now be suitably worked out, as described with reference to FIG. 8 (see FIG. 9D).
  • the advantage of this method is that the thickness of the material from which the absorption and / or emission element 3 is worked out is independent of the etching process. Rather, the thickness is predetermined by the thickness of the layer 9. This improves the process accuracy compared to a method in which the thickness of the material for the absorption and / or emission element 3 is determined by a time control of the etching, which is somewhat imprecise and possibly not homogeneous across the substrate.
  • FIG. 10 shows a further procedure for producing a device for absorption and / or emission of radiation.
  • FIG. 10A shows a substrate 4 in which a special doping is present in a region of the future absorption and / or emission element 3. It would also be conceivable that in the area of the future absorption and / or emission element 3 a suitable material is introduced into a previously made trench of the substrate 4, which thus becomes part of the substrate 4.
  • the substrate 4 is provided with an insulation layer 7. It is also possible for the substrate to consist of an original substrate 4 and the insulation layer 7 and for doping to take place in the region of the future absorption and / or emission element 3 through the insulation layer 7.
  • thinning is carried out from the opposite side of the substrate 4.
  • an etching selectivity with respect to the undoped material can be produced, so that, as shown in FIG. 10B, the absorption and / or emission element 3 can be obtained.
  • FIG. 11 shows a special embodiment of a method for producing a device for the absorption and / or emission of radiation.
  • an etch stop layer 8 is arranged thereon.
  • a superstructure mask 20 is arranged on the etch stop layer 8 by means of microstructuring, which overgrown with a further material layer 9. After a planarization, the insulation layer 7 is possibly applied to this further material layer 9 and the finished substrate is thus obtained.
  • the contact point between the material 6a and 6b or a corresponding heating material or the like is arranged on the insulation layer 7.
  • the further material layer 9 and the superstructure mask 20 are exposed.
  • the further material layer 9 can then be etched away as far as the insulation layer 7, certain regions of the further material layer 9 not being etched away by the superstructure mask 20 (see FIG. 11B). An absorption and / or emission element 3 with a superstructure can then be obtained from these.
  • the superstructure mask 20 can be removed by a suitable selective measure and then removed from the remaining constituents. len of the material layers 9, the absorption and / or emission element 3 are produced (see also FIG. 5).
  • a mask without a superstructure could also be used, so that an absorption and / or emission element 3 with only one part is obtained
  • the same can be passivated.
  • the passivation can take place, for example, by oxidation of the surface, coating of the surface or the like.
  • the passivation serves to increase the life of the absorption and / or emission element. This could be restricted, for example, by aging processes, pollution or the like.
  • FIG. Machining the surface creates pyramid-like very fine structures. Such a surface has a very high absorption or emission capacity.

Abstract

The invention relates to a method for producing a component that is used for absorbing and/or emitting radiation. Said method comprises the following steps: the thickness of a substrate is reduced; and an absorbing and/or emitting element is produced in the zone having a reduced thickness, said absorbing and/or emitting element (3) being produced by carving a material (4, 9) of the substrate (4, 7, 8, 9). The invention further relates to a device (1) for absorbing and/or emitting radiation, comprising an absorbing and/or emitting element (3) that is disposed in a zone (2) of a substrate (4, 7, 8, 9), which has a reduced thickness, and is provided with the same material (4, 9) as the material (4, 9) of the substrate. Also disclosed is a method for analyzing fluids, according to which radiation is emitted by means of an emitting element, said radiation penetrates an area that can be filled with a fluid, and the radiation is absorbed, the radiation being emitted and/or absorbed by said device (1) or a device which is produced according to the inventive method.

Description

Vorrichtung zur Absorption und/oder Emission von Strahlung, Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung und Verfahren zur Analyse von Fluiden Device for absorbing and / or emitting radiation, method for producing such a device and method for analyzing fluids
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption und/oder Emission von Strahlung mit einem in einem abgedünnten Bereich eines Substrats angeordneten Absorptions- und/oder Emissionselement, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Analyse von Fluiden.The invention relates to a device for absorption and / or emission of radiation with an absorption and / or emission element arranged in a thinned area of a substrate, a method for producing such a device and a method for analyzing fluids.
Derartige Vorrichtungen werden im infraroten Spektralbereich als Emitter oder Detektor eingesetzt. Hierbei ist eine effiziente Konversion von Strahlungsenergie in Wärme (Detektor) bzw. die effiziente Konversion von Wärme in Strahlung (Emitter) wichtig. Hierbei ist es von Bedeutung, dass das Absorptions-/Emissionselement thermisch von dem Rest des Bauteils entkoppelt ist, da sich hierdurch eine hohe Empfindlichkeit des Detektors bzw. bei den Emittern ein geringerer Energieverbrauch bei gleichzeitig schnellem Aufheizen, d.h. rascher Betriebsbereitschaft ermöglichen lassen.Such devices are used in the infrared spectral range as emitters or detectors. Here, an efficient conversion of radiation energy into heat (detector) or the efficient conversion of heat into radiation (emitter) is important. It is important here that the absorption / emission element is thermally decoupled from the rest of the component, since this results in a high sensitivity of the detector or, in the case of the emitters, a lower energy consumption with simultaneous rapid heating, i.e. enable quicker operational readiness.
Zu den Detektoren zählen z.B. die thermoelektrischen, pyroelektrischen oder bolo- metrischen Strahlungsdetektoren.The detectors include e.g. the thermoelectric, pyroelectric or bolometric radiation detectors.
Stand der Technik ist es, zur Herstellung derartiger Detektoren bzw. Emitter ein Substrat abzudünnen, um so die thermische Isolation zu erreichen und anschließend die Absorptions- bzw. Emissionsschicht abzuscheiden. Hierzu werden beispielsweise Me- tallcluster erzeugt, die sich auf dem Substrat ablagern. Mit derartigen Schichten ist eine Absorption im Bereich von 99 % erreichbar.It is state of the art to thin a substrate for the production of such detectors or emitters in order to achieve the thermal insulation and then to separate the absorption or emission layer. For this purpose, for example, metal clusters are generated which are deposited on the substrate. With such layers, absorption in the range of 99% can be achieved.
Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, eine Siliziumoberfläche zu ätzen oder unter bestimmten Umgebungsgasen Laserstrahlung auszusetzen und so eine feine kegelartige Struktur auf dem Silizium zu erzeugen, wodurch die Absorption erhöht wird (BSI, Black Sjlicon).It is also known from the prior art to etch a silicon surface or to expose it to laser radiation under certain ambient gases and thus to produce a fine cone-like structure on the silicon, as a result of which the absorption is increased (BSI, Black Sjlicon).
Nachteilig bei den bekannten Detektoren ist, dass die Metallcluster eine schlechte Haftung auf dem Substrat aufweisen und eine Beschichtung nur über eine Schattenmaskentechnik realisierbar ist, die den Einsatz in der Mikrostrukturtechnik somit nicht ermöglicht. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich durch die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien bei einer Temperaturänderung Spannungen aufbauen, die bei den möglichst dünnen Membranen, die im Bereich der Abdünnung entstehen, zur Zerstörung führen können.A disadvantage of the known detectors is that the metal clusters have poor adhesion to the substrate and that a coating can only be achieved using a shadow mask technique, which therefore does not permit use in microstructure technology. Another disadvantage is that due to the different thermal expansion coefficients of the different materials, stresses build up when the temperature changes, which can lead to destruction in the thinnest possible membranes that arise in the area of thinning.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Absorption oder E- mission von Strahlung zu schaffen, die einfach und reproduzierbar herzustellen ist und weiterhin ist es eine Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Analysieren von Fluiden mit solchen Vorrichtungen oder so hergestellten Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide a device for absorbing or emitting radiation which is simple and reproducible to produce, and furthermore it is an object, a corresponding method for producing such a device and a method for analyzing fluids with such To provide devices or devices so produced.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und einem Verfahren zur Analyse von Fluiden nach Anspruch 23 gelöst.This object is achieved by a method having the steps of claim 1 and by an apparatus having the features of claim 13 and a method for analyzing fluids according to claim 23.
Bei dem Herstellungsverfahren wird nicht durch Aufbringen eines Materials mit einer hohen Absorption ein Absorptions- oder Emissionselement hergestellt, sondern vielmehr wird das Absorptions- und/oder Emissionselement durch Herausarbeiten aus einem Material des Substrats hergestellt. Damit ist es möglich, mit dem selben oder mit einem ähnlichen Prozess, Prozessschritt oder Verfahren, wie es zum Abdünnen des Substrats eingesetzt wird, auch das Absorptions- und/oder Emissionselement herzustellen.In the manufacturing method, an absorption or emission element is not produced by applying a material with a high absorption, but rather the absorption and / or emission element is produced by working out of a material of the substrate. It is thus possible to also produce the absorption and / or emission element using the same or a similar process, process step or method as is used for thinning the substrate.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn ein Siliziumsubstrat verwendet wird, da für Siliziumsubstrate eine hochentwickelte Prozesstechnik zur Verfügung steht.It is advantageous here if a silicon substrate is used, since a highly developed process technology is available for silicon substrates.
Das Absorptions- und/oder Emissionselement wird bevorzugterweise durch Ätzen des Substrats hergestellt, wobei dieses Ätzen durch Trockenätzen oder Laserbearbeitung unter bestimmten Umgebungsbedingungen möglich ist. Hierbei ist es entweder möglich, BSI ("Black Silicon") (s. Fig. 12 und die Beschreibung dazu) herzustellen, öder es ist auch möglich, möglichst fein und tief strukturierte Bereiche (z.B. Poren oder ähnliches) mit einer guten Absorption herzustellen. Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensausgestaltung, bei der das Abdünnen und das Herstellen des Absorptions- und/oder Emissionselements gleichzeitig geschieht. Dabei können in einem Verfahrensschritt gleichzeitig zwei Eigenschaften (Abdünnung, Absorptions- und/oder Emissionselement) erreicht werden.The absorption and / or emission element is preferably produced by etching the substrate, this etching being possible under certain environmental conditions by dry etching or laser processing. It is either possible to produce BSI ("Black Silicon") (see FIG. 12 and the description thereof), or it is also possible to produce regions which are as fine and deeply structured as possible (for example pores or the like) with good absorption. A method configuration in which the thinning and the production of the absorption and / or emission element take place simultaneously is particularly advantageous. Two properties (thinning, absorption and / or emission element) can be achieved simultaneously in one process step.
Ein derart strukturiertes Absorptions- und/oder Emissionselement wird vorteilhafterweise passiviert, wobei dies mit verschiedenen Verfahren möglich ist. Dadurch wird eine Alterung und Verschmutzung des Absorptions- und/oder Emissionselements verhindert. Weiterhin können die optischen Eigenschaften wie etwa Transmission oder Reflektivität durch eine Nachbehandlung maßgeschneidert bzw. optimiert werden. Beispielsweise ist es möglich, die Transparenz des Materials im relevanten Spektralbereich zu minimieren bzw. die Absorption zu erhöhen. Eine Goldbedampfung kann die Tranzparenz deutlich verringern.An absorption and / or emission element structured in this way is advantageously passivated, this being possible with various methods. This prevents aging and contamination of the absorption and / or emission element. Furthermore, the optical properties such as transmission or reflectivity can be tailored or optimized by an aftertreatment. For example, it is possible to minimize the transparency of the material in the relevant spectral range or to increase the absorption. Gold vapor deposition can significantly reduce transparency.
Vorteilhaft ist hierbei ein Verfahren, bei dem beim Abdünnen des Substrats dieses soweit abgedünnt wird, dass eine Materialstärke verbleibt, die zur Herstellung des Absorptions- und/oder Emissionselements ausreicht. Die Dickenkontrolle kann beispielsweise durch zeitgesteuertes Ätzen erfolgen.Here, a method is advantageous in which, when the substrate is thinned, it is thinned to such an extent that a material thickness remains which is sufficient for producing the absorption and / or emission element. The thickness can be checked, for example, by time-controlled etching.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin ein Verfahren, mit dem das Abdünnen bis auf eine Ätzstoppschicht durchgeführt wird und anschließend die Ätzstoppschicht entfernt wird und daran anschließend das Absorptions- und/oder Emissionselement hergestellt wird. Bei einem derartigen Verfahren kann die Abdünnung sehr exakt und homogen über einen großen Bereich eines Wafers erreicht werden.Also particularly advantageous is a method with which the thinning is carried out down to an etching stop layer and then the etching stop layer is removed and the absorption and / or emission element is subsequently produced thereon. With such a method, the thinning can be achieved very precisely and homogeneously over a large area of a wafer.
Dazu ist vorteilhafterweise eine Ätzstoppschicht vorgesehen, die von einem Halbleitermaterial umgeben ist, was bedeutet, dass auf beiden Seiten der Ätzstoppschicht Halbleitermaterial ist.For this purpose, an etching stop layer is advantageously provided which is surrounded by a semiconductor material, which means that there is semiconductor material on both sides of the etching stop layer.
Weiterhin ist ein Verfahren vorteilhaft, bei dem benachbart zu der Stoppschicht eine Überstrukturmaske zur Herstellung des Absorptions- und/oder Emissionselements vorgesehen ist. Nach Entfernen der Ätzstoppschicht bleibt die Überstrukturmaske bestehen, so dass diese anschließend als Überstrukturmaske bei der Herstellung des Absorptions- oder Emissionselements dienen kann. Dadurch ist es möglich, ein Ab- sorptions- und/oder Emissionselement herzustellen, das nicht nur aus einem einzelnen Teil, sondern aus mehreren unabhängigen Bereichen besteht.Furthermore, a method is advantageous in which a superstructure mask is provided adjacent to the stop layer for producing the absorption and / or emission element. After the etching stop layer has been removed, the superstructure mask remains, so that it can subsequently serve as a superstructure mask in the production of the absorption or emission element. This makes it possible to To produce sorption and / or emission element, which consists not only of a single part, but of several independent areas.
Bei der Vorrichtung zur Absorption und/oder Emission von Strahlung ist daher ein Absorptions- und/oder Emissionselement vorgesehen, das das gleiche Material wie ein Material des Substrats umfasst.In the device for absorption and / or emission of radiation, an absorption and / or emission element is therefore provided which comprises the same material as a material of the substrate.
Bevorzugterweise ist dieses Material Silizium, wobei jedoch auch andere Halbleitermaterialien oder auch andere Materialien außer Halbleitern möglich sind.This material is preferably silicon, although other semiconductor materials or materials other than semiconductors are also possible.
Dadurch, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement das gleiche Material wie das Material des Substrats umfasst, kann es mit denselben Prozessen und Verfahren, die zur Bearbeitung des Substrats (beispielsweise das Abdünnen) zur Verfügung stehen, hergestellt werden.Because the absorption and / or emission element comprises the same material as the material of the substrate, it can be produced using the same processes and methods that are available for processing the substrate (for example thinning).
Bevorzugt ist hierbei, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement BSI umfasst bzw. daraus besteht. BSI hat eine sehr hohe Absorption und lässt sich mit demselben Verfahren wie das Abdünnen herstellen. Auch ist es möglich, ähnlich wie BSI möglichst fein und tief strukturiertes Silizium mit einer großen Oberfläche vorzusehen, das eine gute Absorption bzw. Emissionswirkung hat.It is preferred here that the absorption and / or emission element comprises or consists of BSI. BSI has a very high absorption and can be produced using the same process as thinning. It is also possible, similar to BSI, to provide silicon with a large surface area which is as fine and deeply structured as possible and which has a good absorption or emission effect.
Die Vorrichtung zur Absorption und/oder Emission von Strahlung kann nur das bearbeitete Substrat selber sein oder auch jedes Produkt, in das ein bearbeitetes Substrat eingebaut wird, wie etwa ein fertig montierter Detektor.The device for absorption and / or emission of radiation can be only the processed substrate itself or any product in which a processed substrate is installed, such as a fully assembled detector.
Vorteilhafterweise hat die Vorrichtung weitere optische Elemente, wie etwa Spiegeloder Fokussiereinrichtungen, mit denen sich gezielt die optischen Eigenschaften der Vorrichtung beeinflussen lassen. Durch Spiegel- oder Fokussiereinrichtungen ist es möglich, auch mit einem kleinen Absorptions- und/oder Emissionselement Strahlung aus oder in einem großen Bereich aufzufangen oder abzugeben.The device advantageously has further optical elements, such as mirror or focusing devices, with which the optical properties of the device can be influenced in a targeted manner. Mirroring or focusing devices make it possible to collect or emit radiation from or in a large area even with a small absorption and / or emission element.
Weist die Vorrichtung weiterhin thermoelektrische und/oder pyroelektrische Materialien und/oder Widerstandsschichten zum Heizen oder zur Temperaturdetektion auf, so sind diese bevorzugterweise auf der anderen Substratseite, wie das Absorptions- und/oder Emissionselement vorgesehen und können so unabhängig von dem Absorptions- und/oder Emissionselement aufgebracht, strukturiert, bearbeitet und/oder hergestellt werden. Sie können aber auch auf derselben Seite vorgesehen sein. Derartige weitere Materialien können dazu dienen, die Temperaturänderung, die durch Absorption von Strahlung im Absorptionselement entsteht, zu detektieren oder die benötigte Temperatur für die Emission des Emissionselements zu erreichen.If the device also has thermoelectric and / or pyroelectric materials and / or resistance layers for heating or for temperature detection, these are preferably on the other side of the substrate, such as the absorption and / or emission element is provided and can thus be applied, structured, processed and / or manufactured independently of the absorption and / or emission element. However, they can also be provided on the same side. Such further materials can be used to detect the temperature change caused by absorption of radiation in the absorption element or to achieve the temperature required for the emission of the emission element.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Vorrichtung, die ein Emissions- und ein Absorptionselement aufweist und bei der auf dem Weg, den die Strahlung zwischen dem E- missions- und dem Absorptionselement durchläuft, mindestens einen Hohlraum für ein Fluid (Gas, Flüssigkeit) vorgesehen ist. Mit einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, verschiedene Eigenschaften, wie die Dichte, Zusammensetzung, etc., des Fluids zu bestimmen.A device which has an emission and an absorption element and in which at least one cavity for a fluid (gas, liquid) is provided on the path through which the radiation passes between the emission and the absorption element is particularly advantageous. With such a device it is possible to determine various properties, such as the density, composition, etc., of the fluid.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen anhand der beiliegenden Figuren erläutert werden. Dabei zeigt:Advantageous embodiments of the present invention will be explained with reference to the accompanying figures. It shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittzeichnung einer Ausführungsform der Vorrichtung,1 is a schematic sectional drawing of an embodiment of the device,
Fig. 2 eine schematische Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,2 shows a schematic sectional drawing of a further embodiment of the device,
Fig. 3 eine schematische Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,3 shows a schematic sectional drawing of a further embodiment of the device,
Fig. 4 eine schematische Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,4 shows a schematic sectional drawing of a further embodiment of the device,
Fig. 5 eine schematische Schnittzeichnung eines Absorptions- und/oder Emissionselements,5 shows a schematic sectional drawing of an absorption and / or emission element,
Fig. 6 eine schematische, dreidimensionale Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung (Detektorelement, Emitterelement), Fig. 7 eine schematische Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,6 shows a schematic, three-dimensional representation of an advantageous embodiment of the device (detector element, emitter element), 7 shows a schematic sectional drawing of a further embodiment of the device,
Fig. 8 verschiedene schematisch dargestellte Zustände bei Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens,8 shows various schematically represented states when an embodiment of the method is carried out,
Fig. 9 verschiedene schematisch dargestellte Zustände bei Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens,9 shows various schematically represented states when carrying out a further embodiment of the method,
Fig. 10 verschiedene schematisch dargestellte Zustände bei Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens;10 shows various schematically represented states when carrying out a further embodiment of the method;
Fig. 11 verschiedene schematisch dargestellte Zustände bei Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens,11 shows various schematically represented states when carrying out a further embodiment of the method,
Fig. 12 eine stark vergrößerte schematische Draufsicht auf ein Absoφtions- und/oder Emissionselement.Fig. 12 is a greatly enlarged schematic plan view of an absorption and / or emission element.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Absorption und/oder Emission von Strahlung. Ein Substrat 4 ist in einem Bereich 2 abgedünnt. In dem abgedünnten Bereich 2 ist ein Absorptions- und/oder Emissionselement 3 angeordnet. Die Abdünnung 2 dient dazu, das Absorptions- und/oder Emissionselement thermisch von dem Substrat 4 zu entkoppeln. Dadurch, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 nur über die Bereich 5a, 5b mit dem Substrat 4 verbunden ist und in den Bereichen 5a, 5b das Substrat stark abgedünnt ist, ist die thermische Entkopplung bzw. thermische Isolation zwischen dem Absorptions- und/oder Emissionselement 3 und dem Substrat 4 gegeben.1 shows a device 1 for the absorption and / or emission of radiation. A substrate 4 is thinned in a region 2. An absorption and / or emission element 3 is arranged in the thinned area 2. The thinner 2 serves to thermally decouple the absorption and / or emission element from the substrate 4. Because the absorption and / or emission element 3 is only connected to the substrate 4 via the regions 5a, 5b and the substrate is greatly thinned in the regions 5a, 5b, the thermal decoupling or thermal insulation between the absorption and / or given emission element 3 and the substrate 4.
Das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 ist zwar schraffiert gezeichnet, umfasst jedoch dasselbe Material wie das Substrat 4. Dies kommt dadurch, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 aus dem Material des Substrats 4 herausgearbeitet wurde. Auch wenn es prinzipiell unerheblich ist, von welcher Seite das Substrat abgedünnt ist und auf welcher Seite das Absorptions- und/oder Emissionselement angeordnet ist, so hat die konkrete Anordnung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, bei der Abdünnung und Absorptions- und/oder Emissionselement 3 auf derselben Seite angeordnet sind, gewisse Vorteile. Dadurch, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 in Bereichen der Abdünnung 2 angeordnet ist, und somit in einer Vertiefung sitzt, ist es vor mechanischer ungewollter Einwirkung und Zerstörung in gewisser Weise geschützt. Weiterhin können die Flanken der Abdünnung 2 dazu verwendet werden, Strahlung in Richtung des Absorptions- und/oder Emissionselements bzw. von diesem weg zu lenken, dadurch, dass die Flanken beispielsweise spiegelnd sind.The absorption and / or emission element 3 is shown hatched, but comprises the same material as the substrate 4. This is due to the fact that the absorption and / or emission element 3 has been worked out of the material of the substrate 4. Even if it is in principle irrelevant from which side the substrate is thinned and on which side the absorption and / or emission element is arranged, the specific arrangement as shown in FIG. 1 has the thinning and absorption and / or emission element 3 are arranged on the same side, certain advantages. The fact that the absorption and / or emission element 3 is arranged in areas of the thinning 2 and thus sits in a recess means that it is somewhat protected against mechanical unwanted action and destruction. Furthermore, the flanks of the thinner 2 can be used to direct radiation in the direction of the absorption and / or emission element or away from it, in that the flanks are, for example, specular.
Auch wenn in Fig. 1 die Flanken der Abdünnung schräg dargestellt sind, können die Flanken auch ungefähr senkrecht zum Substrat ausgerichtet sein. Dies kann beispielsweise durch Trenchen oder Ähnliches erreicht werden.Even if the flanks of the thinning are shown obliquely in FIG. 1, the flanks can also be oriented approximately perpendicular to the substrate. This can be achieved, for example, by trenching or the like.
Bei der Ausführungsform in Fig. 2 ist auf der Seite des Substrats, die dem Absorptions- und/oder Emissionselements 3 abgewandt ist, eine Isolationsschicht 7 vorgesehen. Diese kann beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Kombinationen und Mischungen hieraus bestehen. Beispielsweise kann die Schicht 7 aus verschiedenen Einzelschichten zusammengesetzt sein, so dass eine Anpassung der Eigenschaften der Isolationsschicht 7 in Bezug auf beispielsweise elektrische Isolationsfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, mechanische Spannungen etc. möglich ist. Die Isolationsschicht 7 dient der elektrischen Isolation und nicht so sehr der thermischen Isolation. Sie soll möglichst dünn sein, damit ein guter Wärmeaustausch zwischen dem Absorptions- und/oder Emissionselement sowie der Kontaktstelle 10 (s.u.) ermöglicht wird.In the embodiment in FIG. 2, an insulation layer 7 is provided on the side of the substrate that faces away from the absorption and / or emission element 3. This can consist, for example, of silicon oxide, silicon nitride or combinations and mixtures thereof. For example, the layer 7 can be composed of different individual layers, so that an adaptation of the properties of the insulation layer 7 with respect to, for example, electrical insulation capacity, thermal conductivity, mechanical stresses etc. is possible. The insulation layer 7 is used for electrical insulation and not so much for thermal insulation. It should be as thin as possible so that a good heat exchange between the absorption and / or emission element and the contact point 10 (see below) is made possible.
Auf der Isolationsschicht 7 sind zwei Materialien 6a und 6b angeordnet, die in einem Bereich 10 miteinander in Kontakt stehen. Der Bereich 10 ist hierbei möglichst nahe an das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 herangebracht. Sind die Materialien 6a und 6b verschieden (etwa p- und n-leitende thermoelektrische Materialien; Si - Si/Ge- Übergitterstrukturen), so entsteht bei Erwärmung des Elementes 3 gegenüber dem Substrat 4 an der Kontaktstelle 10 eine Thermospannung, die registriert werden kann, wodurch auf die Temperatur der Kontaktstelle 10 und damit auf die Temperatur des Elementes 3 geschlossen werden kann. In dieser Funktion würde das Element 3 als Absorptionselement wirken bzw. als Emissionselement, dessen Temperatur kontrolliert werden soll.Two materials 6a and 6b are arranged on the insulation layer 7 and are in contact with one another in a region 10. The area 10 is brought as close as possible to the absorption and / or emission element 3. If the materials 6a and 6b are different (for example p- and n-conducting thermoelectric materials; Si-Si / Ge superlattice structures), when the element 3 is heated relative to the substrate 4 at the contact point 10, a thermal voltage arises which can be registered, whereby on the temperature of the contact point 10 and thus on the temperature of element 3 can be closed. In this function, element 3 would act as an absorption element or as an emission element, the temperature of which is to be controlled.
Auch kann Material 6a und 6b zum Heizen oder Kühlen dienen. Dazu wird ein Strom durch die Kontaktstelle 10 geleitet, so dass sich je nach Stromrichtung ein Heizen o- der Kühlen ergibt. Hier ist eine besonders schnelle Einstellung der Solltemperatur möglich. Auch kann eventuell anstelle einer einzelnen Kontaktstelle 10 ein spezielles Material (Ag, Au, Pt, etc.) zum Heizen mittels eines elektrischen Widerstands zwischen oder anstelle von Material 6a und 6b angeordnet ist, mit dem das Absorptionsund/oder Emissionselement 3 geheizt werden kann.Material 6a and 6b can also be used for heating or cooling. For this purpose, a current is passed through the contact point 10, so that heating or cooling occurs depending on the direction of the current. The target temperature can be set particularly quickly here. Also, instead of a single contact point 10, a special material (Ag, Au, Pt, etc.) for heating by means of an electrical resistance can be arranged between or instead of material 6a and 6b, with which the absorption and / or emission element 3 can be heated.
Als Ätzstopschicht kann hochdotiertes Silizium verwendet werden (s.u.). Dieses kann auf oder unter einer Isolationsschicht angeordnet sein. Ist sie weiterhin kristal- lographisch orientiert kann sie als Grundlage für epitaktische Übergittermaterialien dienen, mit denen es möglich ist sehr effiziente thermoelektrische Materialien herzustellen (Si -Si/Ge- Übergitterstrukturen).Highly doped silicon can be used as the etch stop layer (see below). This can be arranged on or under an insulation layer. If it is still crystallographically oriented, it can serve as the basis for epitaxial superlattice materials with which it is possible to produce very efficient thermoelectric materials (Si-Si / Ge superlattice structures).
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Absoφtion und/oder Emission von Strahlung gezeigt, bei der das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 direkt auf der Isolationsschicht 7 angeordnet ist, d.h., dass die Abdünnung 2 durch das gesamte Substrat 4 hindurch geht bis auf die Isolationsschicht 7. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders gute thermische Entkopplung zwischen Absorptions- und/oder Emissionselement 3 und dem Substrat 4 aus, da von dem Substrat 4 selber kein Material mehr für eine thermische Kopplung verbleibt.3 shows a further embodiment of the device for absorption and / or emission of radiation, in which the absorption and / or emission element 3 is arranged directly on the insulation layer 7, that is to say that the thinner 2 extends through the entire substrate 4 extends to the insulation layer 7. This embodiment is characterized by a particularly good thermal decoupling between the absorption and / or emission element 3 and the substrate 4, since no material remains for the thermal coupling from the substrate 4 itself.
Auch bei dieser Ausführungsform ist das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 aus dem Material des Substrates 4 herausgearbeitet und besteht aus bzw. umfasst somit dasselbe Material und ist somit mit dem Substrat identisch.In this embodiment too, the absorption and / or emission element 3 is worked out from the material of the substrate 4 and consists of or thus comprises the same material and is therefore identical to the substrate.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der von einem Substrat ausgegangen wird, das zum einen ein ursprüngliches Substrat 4 umfasst, das Substrat aber weiterhin über eine Ätzstoppschicht 8 sowie eine weitere Materialschicht 9 verfügt. Auch die Isolationsschicht 7 kann bereits Bestandteil des Substrates sein. Bezüglich der Materialien 6a, 6b und der Kontaktstelle 10 wird auf die Beschreibung der Funktion derselben zur Fig. 2 verwiesen.FIG. 4 shows an embodiment in which a substrate is assumed, which on the one hand comprises an original substrate 4, but the substrate still has an etching stop layer 8 and a further material layer 9. The insulation layer 7 can also already be part of the substrate. With regard to the materials 6a, 6b and the contact point 10, reference is made to the description of the function thereof for FIG. 2.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ist insbesondere in Bezug auf das Herstellungsverfahren, das weiter unten diskutiert werden wird, vorteilhaft.The embodiment shown in FIG. 4 is particularly advantageous with respect to the manufacturing process that will be discussed below.
Während in Fig. 1 bis 4 das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 als ein zusammenhängendes Element dargestellt ist, kann es auch in jeder dieser Figuren, wie in Fig. 5 dargestellt, aus Einzelelementen 3a bis 3e bestehen. In Fig. 5 ist eine Überstruktur des Absoφtions- und/oder Emissionselements 3 dargestellt. Derartige Überstrukturen haben den Vorteil, dass die Oberfläche des Absorptionselements 3, die zur Absorption der Strahlung zur Verfügung steht, weiter erhöht werden kann, so dass sich noch eine verbesserte Absorptionswirkung ergibt.While the absorption and / or emission element 3 is shown as a coherent element in FIGS. 1 to 4, it can also consist of individual elements 3a to 3e in each of these figures, as shown in FIG. 5. 5 shows a superstructure of the absorption and / or emission element 3. Such superstructures have the advantage that the surface of the absorption element 3, which is available for absorbing the radiation, can be increased further, so that there is still an improved absorption effect.
In Fig. 6 ist eine dreidimensionale schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Absorption und/oder Emission von Strahlung gezeigt, die einer Kombination der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung mit der Version des Absorptions- und/oder Emissionselements 3 aus Fig. 5 entspricht. Anstelle des mehrsegmentigen Absorptions- und/oder Emissionselements 3 kann auch ein einsegmentiges vorgesehen sein.FIG. 6 shows a three-dimensional schematic representation of a device for absorption and / or emission of radiation, which corresponds to a combination of the device shown in FIG. 3 with the version of the absorption and / or emission element 3 from FIG. 5. Instead of the multi-segment absorption and / or emission element 3, a one-segment one can also be provided.
In Bezug auf Fig. 6 ist insbesondere zu erwähnen, wie zur Erhöhung beispielsweise der Thermospannung, die in einer solchen Vorrichtung erzeugt werden kann, mehrere Thermospannungsquellen in Reihe geschaltet sind. Die mit 11 bezeichneten Materialien sind jeweils gleichartig, ebenso wie die mit jeweils 12 und 13 bezeichneten Materialien. Das Material 11 könnte etwa ein p-Typ Halbleiter, das Material 12 ein n-Typ Halbleiter und das Material 13 eine Metallisierung oder ähnliches sein. Wie zu erkennen, finden sich im Bereich des Absorptions- und/oder Emissionselements 3 auf der gegenüberliegenden Seite der Isolationsschicht 7 mehrere Kontaktstellen 10, die jedoch in Richtung der schlangenlinienförmig aufgetragenen Materialien 11 , 12 und 13 jeweils einen Übergang von einem Material 11 zu einem Material 12 aufweisen, so dass sich die verschiedenen an den Kontaktstellen 10 erzeugten Thermospannungen aufaddieren. Zwischen den Materialien 11 und 12 können andersartige Materialien 13 zwischengeschaltet sein. Da sich diese Kontaktstellen zwischen den Materialien 12 und 13 und zwischen dem Material 13 und 11 jedoch im Bereich des dicken Substrates 4 befinden, sind diese verschiedenen Kontaktstellen jeweils auf derselben Temperatur, so dass hier keine störenden Thermospannungen entstehen können.With reference to FIG. 6, it should be mentioned in particular how, in order to increase, for example, the thermal voltage that can be generated in such a device, a plurality of thermal voltage sources are connected in series. The materials labeled 11 are each of the same type, as are the materials labeled 12 and 13, respectively. The material 11 could be a p-type semiconductor, the material 12 an n-type semiconductor and the material 13 a metallization or the like. As can be seen, there are several contact points 10 in the area of the absorption and / or emission element 3 on the opposite side of the insulation layer 7, but in the direction of the materials 11, 12 and 13 applied in the form of a serpentine line there is a transition from one material 11 to one material 12, so that the different thermal voltages generated at the contact points 10 add up. Different materials 13 can be interposed between the materials 11 and 12. However, since these contact points between the materials 12 and 13 and between the materials 13 and 11 are in the area of the thick substrate 4, these different contact points are each at the same temperature, so that no disruptive thermal stresses can arise here.
Während in Fig. 6 nur vier Kontaktstellen 10 dargestellt sind, können mittels der Mik- rostrukturierung auch mehrere Zehn, Hundert oder Tausend oder noch mehr Kontaktstellen 10 in derartiger Weise hintereinander geschaltet werden. Es ist jedoch auch die Anordnung von nur einer einzelnen Kontaktstelle 10 möglich.While only four contact points 10 are shown in FIG. 6, several tens, hundreds or thousands or even more contact points 10 can be connected in series in such a manner by means of the microstructuring. However, the arrangement of only a single contact point 10 is also possible.
Entsprechendes gilt für den Fall, dass an der Kontaktstelle 10 nicht Thermospannungen registriert werden sollen, sondern hier Peltierkühlen oder -heizen oder Widerstandsheizen erfolgen soll.The same applies in the event that thermal voltages are not to be registered at the contact point 10, but instead Peltier cooling or heating or resistance heating is to take place here.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. In einem Substrat 4 sind zwei Abdünnungen vorgesehen. In einer Abdünnung ist ein E- missionselement 3a vorgesehen und in der anderen Abdünnung ein Absorptionselement 3b. Das Emissionselement 3a ist mit einem lokalen Heizer 16 beheizbar. Die Temperatur des Absorptionselementes 3b ist erfassbar. In Fig. 7 ist dies beispielsweise durch zwei verschiedene Materialien 6a und 6b erreicht, die an einer Kontaktstelle 10 miteinander in Kontakt stehen, wobei die Kontaktstelle 10 in thermischer Wechselwirkung mit dem Absorptionselement 3b steht, so dass die Temperatur der Kontaktstelle 10 im Wesentlichen gleich der Temperatur des Absorptionselementes 3b sein wird. Zur elektrischen Isolation der verschiedenen elektrischen Einrichtungen ist eine Isolationsschicht 7 vorgesehen. Diese ist hier für beide Abdünnungen gemeinsam, kann jedoch auch aus zwei oder mehreren einzelnen Schichtbereichen für die jeweiligen Abdünnungen bestehen.A particularly advantageous embodiment of the invention is shown in FIG. 7. Two thinnings are provided in a substrate 4. An emission element 3a is provided in one thinning and an absorption element 3b in the other thinning. The emission element 3a can be heated with a local heater 16. The temperature of the absorption element 3b can be detected. In FIG. 7, this is achieved, for example, by two different materials 6a and 6b which are in contact with one another at a contact point 10, the contact point 10 being in thermal interaction with the absorption element 3b, so that the temperature of the contact point 10 is substantially the same as that Temperature of the absorption element 3b will be. An insulation layer 7 is provided for the electrical insulation of the various electrical devices. This is common to both thinnings, but can also consist of two or more individual layer areas for the respective thinning.
Benachbart zu dem Substrat 4 ist ein weiteres Substrat 17 angeordnet, das hier nur eine Abdünnung 19 aufweist. Bei geeigneter Formung des Substrates 4 oder 17 kann jedoch auch eventuell auch auf eine Abdünnung 19 verzichtet werden. Hierbei ist z.B. der Bereich zwischen den beiden Abdünnungen des Substrates 4, der in Fig. 7 nicht abgedünnt ist, auch abzudünnen, so dass das Absorptionselement 3b und das Emis- sionselement 3a über den Raum 18 hindurch miteinander in Strahlungskontakt stehen können.A further substrate 17 is arranged adjacent to the substrate 4 and here has only one thinner 19. With a suitable shaping of the substrate 4 or 17, however, thinning 19 may also be dispensed with. Here, for example, the area between the two thinnings of the substrate 4, which is not thinned in FIG. 7, is also to be thinned, so that the absorption element 3b and the emissive element tion element 3a can be in radiation contact with one another through the space 18.
Die Flanken und Innenseiten des durch die verschiedenen Abdünnungen entstandenen Raums 18 sind mit einer Reflektionsschicht 15 versehen. Dies kann beispielsweise eine Goldbedampfung oder Ähnliches sein, die Infrarotstrahlung oder die jeweils verwendete Strahlungsart geeignet reflektiert. Die Goldbedampfung kann gleichzeitig auch auf dem Absorptions- und/oder Emissionselement aufgebracht werden, da hier wg. der großen Oberfläche die Absorption erhöht wird anstelle die Reflektivität zu erhöhen.The flanks and inner sides of the space 18 created by the various thinnings are provided with a reflective layer 15. This can be, for example, gold vapor deposition or the like, which suitably reflects infrared radiation or the type of radiation used in each case. The gold vapor deposition can also be applied to the absorption and / or emission element at the same time, because here. the large surface area increases the absorption instead of increasing the reflectivity.
Die von dem Emissionselement 3a erzeugte Strahlung muss, um zu dem Absoφti- onselement 3b zu gelangen, durch den Hohlraum 18 hindurchtreten. Um den Weg durch den Hohlraum 18 möglichst lang zu gestalten, ist in Fig. 7 kein direkter Strahlengang zwischen dem Emissionselement 3a und dem Absoφtionselement 3b möglich. Je nach Anordnung von verschiedenen Vertiefungen in den Substraten 4 und 17 kann der Weg auch noch länger, als in Fig. 7 dargestellt, ausgestaltet werden.The radiation generated by the emission element 3a must pass through the cavity 18 in order to reach the absorption element 3b. In order to make the path through the cavity 18 as long as possible, no direct beam path between the emission element 3a and the absorption element 3b is possible in FIG. 7. Depending on the arrangement of different recesses in the substrates 4 and 17, the path can also be configured longer than shown in FIG. 7.
Auch ist es beispielsweise möglich, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement nicht in demselben Substrat (in Fig. 7 das Substrat 4) vorgesehen sind, sondern dass sie an verschiedenen Substraten angeordnet sind. Beispielsweise ist es möglich, das Absorptionselement 3b direkt gegenüber von dem Emissionselement 3a, jedoch auf dem anderen Substrat 17, vorzusehen. Dann braucht das Substrat 4 nur eine Abdünnung aufzuweisen und die Größe der Abdünnung 19 entspricht der Größe der Abdünnung des Substrates 4.It is also possible, for example, for the absorption and / or emission element not to be provided in the same substrate (in FIG. 7, the substrate 4), but for them to be arranged on different substrates. For example, it is possible to provide the absorption element 3b directly opposite the emission element 3a, but on the other substrate 17. Then the substrate 4 need only have a thinning and the size of the thinning 19 corresponds to the size of the thinning of the substrate 4.
In den Hohlraum 18 können über geeignete externe mikromechanische oder sonstige Einrichtungen Fluide eingeleitet werden. Die Konzentration, Beschaffenheit oder Zusammensetzung der Fluide kann durch eine Vorrichtung, wie in Fig. 7 dargestellt, mittels z.B. Spektroskopie durch Emission von Strahlung durch das Emissionselement 3a und Absorption der Strahlung durch das Absoφtionselement 3b detektiert werden.Fluids can be introduced into the cavity 18 via suitable external micromechanical or other devices. The concentration, nature or composition of the fluids can be determined by a device as shown in Fig. 7, e.g. Spectroscopy by emission of radiation by the emission element 3a and absorption of the radiation by the absorption element 3b can be detected.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Fenster bzw. einen Filter vor dem Absorptions- und/oder Emissionselement (3). Ein Fenster kann aus einem Mate- rial (z.B. Diamant, Saphir, CaF2, BaF2) bestehen, das die emittierte oder zu absorbierende Strahlung gut hindurch lässt. Mit dem Fenster ist es möglich das Absoφtions- und/oder Emissionselement (3) vor Umwelteinflüssen zu schützen. Auch kann verhindert werden, dass ein Gas, das z. B. untersucht werden soll, durch das Absorptionsund/oder Emissionselement (3) aufgeheizt, bzw. gekühlt wird. Damit kann ein "thermischer Kurzschluss" verhindert werden.Another embodiment of the invention comprises a window or a filter in front of the absorption and / or emission element (3). A window can be made from a rial (e.g. diamond, sapphire, CaF 2 , BaF 2 ), which allows the emitted or absorbed radiation to pass through. With the window it is possible to protect the absorption and / or emission element (3) from environmental influences. It can also be prevented that a gas z. B. to be examined, is heated or cooled by the absorption and / or emission element (3). This can prevent a "thermal short circuit".
Ein Filter kann bestimmte Spektralbereiche hindurchlassen, bzw. Absorbieren/Reflektieren und so die Strahlung filtern. Damit kann ein bestimmter Spaktralbe- reich selektiert werden.A filter can pass certain spectral ranges, or absorb / reflect and thus filter the radiation. A specific Spactral range can be selected with this.
Das Fenster bzw. der Filter können in der Abdünnung vorgesehen sein oder aber auch diese Abdünnung abdecken. Auch kann das Fenster bzw. der Filter beabstandet von dem Substrat vorgesehen sein.The window or the filter can be provided in the thinning or can also cover this thinning. The window or the filter can also be provided at a distance from the substrate.
Eine weitere Ausführungsform betrifft die Möglichkeit mehrere Absorptionselemente zu einem Emissionselement vorzusehen. Dabei ist es etwa möglich die Absorptionselemente in verschiedenen Abständen zu dem Emissionselement vorzusehen. Dadurch kann auch bei verschieden starker Absoφtion der emittierten Strahlung auf dem Weg zum Absorptionselement 3 immer eines gegeben sein, dass genügend Strahlung erhält um sinnvoll ausgewertet zu werden ( s.u.). Somit lässt sich der Dynamikbereich erhöhen.Another embodiment relates to the possibility of providing a plurality of absorption elements for one emission element. It is possible, for example, to provide the absorption elements at different distances from the emission element. As a result, even with different absorption levels of the emitted radiation on the way to the absorption element 3, there can always be one that receives enough radiation to be meaningfully evaluated (see below). The dynamic range can thus be increased.
Auch ist es möglich die Absorptionselemente in gleich Abständen zu dem Emissionselement 3 anzuordnen. Dadurch wird eine Redundanz möglich, die bei Ausfall eines Elements hilfreich ist.It is also possible to arrange the absorption elements at equal distances from the emission element 3. This enables redundancy, which is helpful if an element fails.
Auch ist es möglich die Detektionscharakteristika der einzelnen Absorptionselemente durch unterschiedliche Nachbehandlung, unterschiedliche Filter, unterschiedliche Größe etc. unterschiedlich zu gestalten. Damit können beispielsweise für verschiedene Spektralbereiche gleichzeitig Intensitäten ermittelt werden.It is also possible to design the detection characteristics of the individual absorption elements differently by means of different aftertreatment, different filters, different sizes, etc. In this way, for example, intensities can be determined simultaneously for different spectral ranges.
Anhand von Fig. 7 soll die Vorgehensweise zur Analyse von einem Fluid (Gas, Flüssigkeit) erläutert werden. Ein derartiges Verfahren kann dazu eingesetzt werden, zu bestimmen, ob ein bestimmtes Fluid, mehrere bestimmte Fluide oder Ähnliches überhaupt vorhanden sind, und wenn ja, in welcher Konzentration. Hierbei geht es also sowohl um die quantitative als auch um die qualitative Analyse von Fluiden. Es ist also beispielsweise der Partialdruck von Gasen bzw. somit auch der Druck überhaupt bestimmbar.The procedure for the analysis of a fluid (gas, liquid) will be explained with reference to FIG. 7. Such a method can be used to determine whether a certain fluid, several specific fluids or the like are present at all, and if so, in what concentration. So this is about the quantitative as well as the qualitative analysis of fluids. For example, the partial pressure of gases, and thus the pressure at all, can thus be determined.
Ein Fluid wird in den Hohlraum 18 in Fig. 7 eingelassen. Anschließend oder davor wird der Heizer 16 in Betrieb genommen, so dass das Emissionselement 3a beginnt, Infrarotstrahlung zu emittieren. Die emittierte Strahlung wird durch die Beschichtung 15 reflektiert und gelangt so schließlich nach Passage durch den Hohlraum 18 zu dem Absorptionselement 3b. Durch die Absoφtion der Infrarotstrahlung erwärmt sich das Absorptionselement 3b, so dass die Kontaktstelle 10 erwärmt wird und so eine Ther- mospannung zwischen dem Material 6a und 6b erzeugt wird.A fluid is admitted into cavity 18 in FIG. 7. Then or before that, the heater 16 is put into operation so that the emission element 3a begins to emit infrared radiation. The emitted radiation is reflected by the coating 15 and thus finally passes through the cavity 18 to the absorption element 3b. The absorption element 3b heats up due to the absorption of the infrared radiation, so that the contact point 10 is heated and a thermal voltage is thus generated between the material 6a and 6b.
Durch eine Absoφtion der emittierten Strahlung durch das Fluid in dem Hohlraum 18 ergibt sich bei einer bestimmten Temperatur des Emissionselementes 3a eine jeweils entsprechende Temperatur des Absorptionselementes 3b, so dass aus der Temperatur auf die Zusammensetzung, die Anwesenheit, die Konzentration, die Dichte, Druck etc., von Fluiden im Bereich des Hohlraums 18 geschlossen werden kann. Je länger die Wechselwirkung der Strahlung mit dem Fluid dauert, desto kleiner ist das Rauschen in dem gemessenen Signal, da mehr Absorption durch das Fluid erfolgt. Daher ist ein langer Weg zwischen Emissions- und Absorptionsquelle für eine hohe Empfindlichkeit von Vorteil. Ist die Absorption des Fluids jedoch so stark, dass keine messbare Strahlung mehr bei dem Absorptionselement ankommt, wäre ein kürzerer Strahlengang vorteilhaft. Wie oben erwähnt können hierbei mehrere Absorptionselemente 3 in verschiedenen Abständen den Messbereich erhöhen.An absorption of the emitted radiation by the fluid in the cavity 18 results in a corresponding temperature of the absorption element 3b at a certain temperature of the emission element 3a, so that from the temperature to the composition, the presence, the concentration, the density, pressure, etc ., Can be closed by fluids in the region of the cavity 18. The longer the interaction of the radiation with the fluid lasts, the smaller the noise in the measured signal, since there is more absorption by the fluid. Therefore, a long way between emission and absorption source is advantageous for high sensitivity. However, if the absorption of the fluid is so strong that no more measurable radiation arrives at the absorption element, a shorter beam path would be advantageous. As mentioned above, several absorption elements 3 can increase the measuring range at different distances.
Weiterhin ist es möglich, durch Variation der Temperatur des Emissionselementes 3a, die Wellenlänge der Spitzenintensität zu verschieben. Dadurch ist es möglich, spektroskopisch bei verschiedenen Wellenlängen die Absorption des Fluids in dem Hohlraum 18 zu bestimmen, falls bei der jeweiligen Temperatur die entsprechende Temperatur des Absorptionselementes 3b erfasst wird. Zur Identifikation von bestimmten Fluiden bzw. zur Bestimmung der Konzentration derselben bietet sich Infrarotspektroskopie an, da hier verschiedene Fluide sehr charakteristische Absorptionsbanden aufweisen. Das Verfahren und die Vorrichtung können beispielsweise in Klimaanlagen, in der Chemie, Pharmazie oder auch zur Kontrolle von Abgasen aus Kraftwerken, Motoren oder ähnlichem eingesetzt werden.Furthermore, it is possible to shift the wavelength of the peak intensity by varying the temperature of the emission element 3a. This makes it possible to determine the absorption of the fluid in the cavity 18 spectroscopically at different wavelengths if the corresponding temperature of the absorption element 3b is detected at the respective temperature. Infrared spectroscopy is useful for identifying certain fluids or for determining their concentration, since different fluids have very characteristic absorption bands. The method and the device can be used, for example, in air conditioning systems, in chemistry, pharmacy or also for controlling exhaust gases from power plants, engines or the like.
Sind mehrere Absoφtionselemente 3 vorgesehen, so können diese mit Filtern auf den jeweiligen Spektralbereich abgestimmt werden und so kann die Zusammensetzung des Fluids hinsichtlich mehrerer Fluidkomponenten gleichzeitig untersucht werden.If several absorption elements 3 are provided, these can be matched to the respective spectral range with filters and the composition of the fluid with regard to several fluid components can be examined simultaneously.
In Fig. 8 sind verschiedene Verfahrenszustände bei der Herstellung einer Vorrichtung zur Absoφtion und/oder Emission von Strahlung dargestellt. In Fig. 8A ist ein Substrat 4 mit einer Isolationsschicht 7 dargestellt. Die Isolationsschicht 7 kann auch als ein Bestandteil des Substrates 4 aufgefasst werden.8 shows various process states in the manufacture of a device for the absorption and / or emission of radiation. 8A shows a substrate 4 with an insulation layer 7. The insulation layer 7 can also be understood as a component of the substrate 4.
Auf der Isolationsschicht 7 werden Materialien 6a, 6b angeordnet, die zur Ausbildung von thermoelektrischen Elementen, Peltierelementen, Heizelementen, etc. dienen.Materials 6a, 6b are arranged on the insulation layer 7 and are used to form thermoelectric elements, Peltier elements, heating elements, etc.
Anschließend wird, wie in Fig. 8B dargestellt ist, auf der den Materialien 6a und 6b gegenüberliegenden Seiten des Substrates 4 eine Abdünnung im Bereich 2 ausgebildet. Die Abdünnung 2 dünnt das Substrat 4 zunächst nicht vollständig bis auf die Isolationsschicht 7 hin ab. Vielmehr verbleibt ein Teil des Materials des Substrates 4 stehen. Dies kann beispielsweise durch Zeitkontrolle des Ätzvorgangs oder ähnliche Kontrollmechanismen des Ätzens geschehen.Subsequently, as shown in FIG. 8B, a thinning in the region 2 is formed on the side of the substrate 4 opposite the materials 6a and 6b. The thinner 2 initially does not completely thin the substrate 4 down to the insulation layer 7. Rather, part of the material of the substrate 4 remains. This can be done for example by time control of the etching process or similar control mechanisms of the etching.
Aus dem verbliebenen Material des Substrates 4 wird im nächsten Schritt das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 herausgebildet. Hierzu sind verschiedene Vorgehensweisen denkbar.In the next step, the absorption and / or emission element 3 is formed from the remaining material of the substrate 4. Various approaches are conceivable for this.
Zum Einen kann der Bereich des zukünftigen Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 stark dotiert werden. Dies ist insbesondere für den Fall, dass das Substrat 4 ein Halbleitermaterial ist, gut möglich. Vorteilhaft ist es weiterhin, dass das Halbleitermaterial Silizium ist, so dass derartige Dotierungsvorgänge prozesstechnisch bereits sehr gut entwickelt sind. Durch die Dotierung im Bereich des zukünftigen Absoφtions- und/oder Emissionselementes 3 kann eine Ätzselektivität erreicht werden. Zur Kontrolle des Bereiches, in dem dotiert wird, kann eine Maske oder Ähnliches eingesetzt werden.On the one hand, the area of the future absorption and / or emission element 3 can be heavily doped. This is particularly possible in the case where the substrate 4 is a semiconductor material. It is also advantageous that the semiconductor material is silicon, so that such doping processes are already very well developed in terms of process technology. An etching selectivity can be achieved by the doping in the area of the future absorption and / or emission element 3. A mask or the like can be used to control the area in which the doping takes place.
Bei dem nachfolgenden Ätzen werden die Bereiche seitlich des zukünftigen Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 bis auf die Isolationsschicht 7 hindurch weggeätzt. Hierbei bleibt somit das Material für das Absorptions- und/oder Emissionselement stehen. Falls das Material für das Absorptions- und/oder Emissionselement auch etwas geätzt wird, dann muss dies bei dem vorangegangenen Ätzschritt (s. Fig. 8b) berücksichtigt werden, so dass anschließend ein Absorptions- und/oder Emissionselement passender Dicke übrig bleibt. Dieses kann in einem abschließenden Schritt beispielsweise derartig bearbeitet werden, dass seine Absorptions- bzw. Emissionsfähigkeit erhöht wird. Dies erfolgt durch Vergrößern der Oberfläche des Absoφtions- und/oder Emissionselementes, wie es beispielsweise bei der Herstellung von BSI (Black Silicon) erfolgt.In the subsequent etching, the areas to the side of the future absorption and / or emission element 3 are etched away as far as the insulation layer 7. The material for the absorption and / or emission element thus remains. If the material for the absorption and / or emission element is also slightly etched, then this must be taken into account in the previous etching step (see FIG. 8b), so that an absorption and / or emission element of a suitable thickness then remains. In a final step, this can be processed, for example, in such a way that its absorption or emission capacity is increased. This is done by increasing the surface area of the absorption and / or emission element, as is the case, for example, in the production of BSI (black silicon).
Dadurch, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 aus demselben Material wie das Substrat 4 besteht, kann es mit denselben Verfahrensarten hergestellt werden.Because the absorption and / or emission element 3 consists of the same material as the substrate 4, it can be produced using the same types of processes.
Auch ist es durch geeignete Wahl der Ätzverfahren möglich, das Wegätzen der Bereiche seitlich des Absoφtions- und/oder Emissionselementes 3 sowie die Ausbildung des BSI gleichzeitig in einem einzigen Prozessschritt zu erreichen. Ein derartiger Verfahrensschritt kann jeweils in Bezug auf die Herausbildung des Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 optimiert werden, da seitlich dieses Elementes auf eine als Ätzstoppschicht wirkende Isolationsschicht 7 heruntergeätzt werden kann.It is also possible, by suitable choice of the etching method, to simultaneously etch away the areas on the side of the absorption and / or emission element 3 and to form the BSI in a single process step. Such a method step can be optimized in each case with regard to the formation of the absorption and / or emission element 3, since this element can be etched down to the side on an insulation layer 7 which acts as an etching stop layer.
Statt einer Dotierung, um eine Ätzselektivität zu erreichen, kann auch mit einer Maske (Metall-, Lack-, Polymer-, etc., -Maske) die gewünschte Struktur herausgearbeitet werden.Instead of doping in order to achieve an etching selectivity, the desired structure can also be worked out with a mask (metal, lacquer, polymer, etc., mask).
Eine andere Verfahrensweise soll anhand von Fig. 9 erläutert werden. In Fig. 9A ist ein Substrat gezeigt, das aus einem ursprünglichen Substrat 4, einer Ätzstoppschicht 8, einer weiteren Materialschicht 9 sowie einer Isolationsschicht 7 besteht. Das ur sprüngliche Substrat 4 kann beispielsweise Silizium, die Ätzstoppschicht 8, jede geeignete Ätzstoppschicht und die Materialschichten 9 wieder eine Siliziumschicht sein.Another procedure is to be explained with reference to FIG. 9. FIG. 9A shows a substrate which consists of an original substrate 4, an etch stop layer 8, a further material layer 9 and an insulation layer 7. The ur The original substrate 4 can, for example, be silicon, the etch stop layer 8, any suitable etch stop layer and the material layers 9 again a silicon layer.
Auf einem derartigen geschichteten Substrat werden die Materialien 6a, 6b wie in Bezug auf Fig. 8 beschrieben, aufgebracht.The materials 6a, 6b are applied to such a layered substrate as described with reference to FIG. 8.
Wie in Fig. 9B dargestellt, wird anschließend eine Abdünnung 2 vorgenommen. Diese Abdünnung erfolgt jedoch bis auf die Ätzstoppschicht 8 herunter.As shown in FIG. 9B, thinning 2 is then carried out. However, this thinning takes place down to the etching stop layer 8.
Im nachfolgenden Schritt wird die Ätzstoppschicht 8, die im Bereich der Abdünnung 2 frei liegt, mit geeigneten Verfahren entfernt (s. Fig. 9C). Dadurch liegt die Materialschicht 9 des Substrats frei. Aus dieser kann nun geeigneterweise, wie in Bezug auf Fig. 8 beschrieben, das Absoφtions- und/oder Emissionselement 3 herausgearbeitet werden (s. Fig. 9D).In the subsequent step, the etch stop layer 8, which is exposed in the area of the thinner 2, is removed using suitable methods (see FIG. 9C). As a result, the material layer 9 of the substrate is exposed. From this, the absorption and / or emission element 3 can now be suitably worked out, as described with reference to FIG. 8 (see FIG. 9D).
Der Vorteil bei diesem Verfahren ist, dass die Dicke des Materials, aus dem das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 herausgearbeitet wird, unabhängig von dem Ätzprozess ist. Vielmehr ist die Dicke durch die Dicke der Schicht 9 vorgegeben. Dies verbessert die Prozessgenauigkeit im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem die Dicke des Materials für das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 durch eine Zeitkontrolle des Ätzens bestimmt wird, die etwas ungenau und evtl. nicht homogen über das Substrat hinweg ist.The advantage of this method is that the thickness of the material from which the absorption and / or emission element 3 is worked out is independent of the etching process. Rather, the thickness is predetermined by the thickness of the layer 9. This improves the process accuracy compared to a method in which the thickness of the material for the absorption and / or emission element 3 is determined by a time control of the etching, which is somewhat imprecise and possibly not homogeneous across the substrate.
In Fig. 10 ist eine weitere Verfahrensweise zur Herstellung einer Vorrichtung zur Absorption und/oder Emission von Strahlung dargestellt. In Fig. 10A ist ein Substrat 4 gezeigt, in dem in einem Bereich des zukünftigen Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 eine spezielle Dotierung vorliegt. Auch wäre es denkbar, dass im Bereich des zukünftigen Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 ein geeignetes Material in einen vorher angefertigten Graben des Substrates 4 eingebracht wird, das somit Bestandteil des Substrates 4 wird.10 shows a further procedure for producing a device for absorption and / or emission of radiation. FIG. 10A shows a substrate 4 in which a special doping is present in a region of the future absorption and / or emission element 3. It would also be conceivable that in the area of the future absorption and / or emission element 3 a suitable material is introduced into a previously made trench of the substrate 4, which thus becomes part of the substrate 4.
Das Substrat 4 wird mit einer Isolationsschicht 7 versehen. Auch ist es möglich, dass das Substrat aus einem ursprünglichen Substrat 4 sowie der Isolationsschicht 7 besteht und eine Dotierung im Bereich des zukünftigen Absoφtions- und/oder Emissionselementes 3 durch die Isolationsschicht 7 hindurch erfolgt.The substrate 4 is provided with an insulation layer 7. It is also possible for the substrate to consist of an original substrate 4 and the insulation layer 7 and for doping to take place in the region of the future absorption and / or emission element 3 through the insulation layer 7.
In dem Bereich des zukünftigen Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 wird von der gegenüberliegenden Seite des Substrates 4 her eine Abdünnung vorgenommen. Durch die Dotierung des Bereichs des zukünftigen Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 kann eine Ätzselektivität gegenüber dem undotierten Material hergestellt werden, so dass, wie in Fig. 10B dargestellt, das Absorptions- und/oder Emissionselement 3 gewonnen werden kann.In the area of the future absorption and / or emission element 3, thinning is carried out from the opposite side of the substrate 4. By doping the area of the future absorption and / or emission element 3, an etching selectivity with respect to the undoped material can be produced, so that, as shown in FIG. 10B, the absorption and / or emission element 3 can be obtained.
In Fig. 11 ist eine besondere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung zur Absoφtion und/oder Emission von Strahlung dargestellt. Ausgehend von einem ursprünglichen Substrat 4 wird auf diesem eine Ätzstoppschicht 8 angeordnet. Mittels Mikrostrukturierung wird auf der Ätzstoppschicht 8 eine Überstrukturmaske 20 angeordnet, die andererseits mit einer weiteren Materialschicht 9 überwachsen wird. Auf dieser weiteren Materialschicht 9 wird eventuell nach einem Plan- arisieren die Isolationsschicht 7 aufgebracht und so das fertige Substrat gewonnen. In dem Bereich, in dem die Überstrukturmaske 20 ausgebildet ist, wird die Kontaktstelle zwischen dem Material 6a und 6b bzw. ein entsprechendes Heizmaterial oder ähnliches auf der Isolationsschicht 7 angeordnet.FIG. 11 shows a special embodiment of a method for producing a device for the absorption and / or emission of radiation. Starting from an original substrate 4, an etch stop layer 8 is arranged thereon. A superstructure mask 20 is arranged on the etch stop layer 8 by means of microstructuring, which overgrown with a further material layer 9. After a planarization, the insulation layer 7 is possibly applied to this further material layer 9 and the finished substrate is thus obtained. In the area in which the superstructure mask 20 is formed, the contact point between the material 6a and 6b or a corresponding heating material or the like is arranged on the insulation layer 7.
Nach Abdünnen des ursprünglichen Substrats 4 sowie dem Entfernen der Ätzstoppschicht 8 liegt die weitere Materialschicht 9 sowie die Überstrukturmaske 20 frei.After the original substrate 4 has been thinned and the etching stop layer 8 has been removed, the further material layer 9 and the superstructure mask 20 are exposed.
In einem weiteren Prozessschritt kann dann die weitere Materialschicht 9 bis auf die Isolationsschicht 7 hin weggeätzt werden, wobei durch die Überstrukturmaske 20 bestimmte Bereiche der weiteren Materialschicht 9 nicht weggeätzt werden (s. Fig. 11 B). Aus diesen kann dann ein Absorptions- und/oder Emissionselement 3 mit einer Überstruktur gewonnen werden.In a further process step, the further material layer 9 can then be etched away as far as the insulation layer 7, certain regions of the further material layer 9 not being etched away by the superstructure mask 20 (see FIG. 11B). An absorption and / or emission element 3 with a superstructure can then be obtained from these.
Zur weiteren Bearbeitung kann die Überstrukturmaske 20 durch eine geeignete selektive Maßnahme entfernt werden, und sodann aus den übrig gebliebenen Bestandtei- len der Materialschichten 9 das Absoφtions- und/oder Emissionselement 3 hergestellt werden (siehe auch Fig. 5).For further processing, the superstructure mask 20 can be removed by a suitable selective measure and then removed from the remaining constituents. len of the material layers 9, the absorption and / or emission element 3 are produced (see also FIG. 5).
Statt der Überstrukturmaske könnte auch eine Maske ohne Überstruktur eingesetzt werden, so das ein Absoφtions- und/oder Emissionselement 3 mit nur einem Teil erhalten wirdInstead of the superstructure mask, a mask without a superstructure could also be used, so that an absorption and / or emission element 3 with only one part is obtained
Nach Herstellung des Absorptions- und/oder Emissionselementes 3 mit den verschiedenen Verfahrensweisen ist eine Passivierung desselben möglich. Die Passivierung kann beispielsweise durch Oxidation der Oberfläche, Beschichten der Oberfläche o- der ähnliches geschehen. Die Passivierung dient dazu, die Lebensdauer des Absorptions- und/oder Emissionselementes zu erhöhen. Diese könnte beispielsweise durch Alterungsprozesse, Verschmutzung oder ähnliches eingeschränkt sein.After the absorption and / or emission element 3 has been produced using the various methods, the same can be passivated. The passivation can take place, for example, by oxidation of the surface, coating of the surface or the like. The passivation serves to increase the life of the absorption and / or emission element. This could be restricted, for example, by aging processes, pollution or the like.
In Fig. 12 ist eine stark vergrößerte Draufsicht auf die Oberfläche von BSI gezeigt. Durch die Bearbeitung der Oberfläche entstehen pyramidenartige sehr feine Strukturen. Eine derartige Oberfläche weist eine sehr große Absorptions- bzw. Emissionsfähigkeit auf. A greatly enlarged top view of the surface of BSI is shown in FIG. Machining the surface creates pyramid-like very fine structures. Such a surface has a very high absorption or emission capacity.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils zur Absoφtion und/oder Emission von Strahlung mit den Schritten1. A method for producing a component for absorption and / or emission of radiation with the steps
desAbdünnens eines Substrats undthinning a substrate and
dem Herstellen eines Absoφtions- und/oder Emissionselements im Bereich der Abdünnungthe manufacture of an absorption and / or emission element in the area of thinning
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
das Absorptions- und/oder Emissionselement (3) durch Herausarbeiten aus einem Material (4,9) des Substrats (4,7,8,9) hergestellt wird.the absorption and / or emission element (3) is produced by working out of a material (4,9) of the substrate (4,7,8,9).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4,7,8,9) ein Halbleitersubstrat bevorzugterweise ein Siliziumsubstrat umfasst oder ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the substrate (4,7,8,9) a semiconductor substrate preferably comprises or is a silicon substrate.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absoφtions- und/oder Emissionselement (3) durch Strukturieren, bevorzugterweise durch Ätzen, wie beispielsweise Trockenätzen und/oder Laserbearbeitung, aus dem Material (4,9) des Substrats (4,7,8,9) hergestellt wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the Absoφtions- and / or emission element (3) by structuring, preferably by etching, such as dry etching and / or laser processing, from the material (4,9) of the substrate (4,7,8,9) is produced.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement (3) BSI umfasst.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the absorption and / or emission element (3) comprises BSI.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdünnen und das Herstellen eines Absorptions- und/oder Emissionselements (3) gleichzeitig durchgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thinning and the manufacture of an absorption and / or emission element (3) is carried out simultaneously.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Schritt der Ausbildung von mindestens einem weiteren optischen Element (15) wie etwa ei- nem Spiegel (15) und/oder einem Fokussierelement (14) und/oder einem Fenster und/oder einem Filter.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized by the step of forming at least one further optical element (15) such as egg Nem mirror (15) and / or a focusing element (14) and / or a window and / or a filter.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den Schritt der Passivierung und/oder der Nachbehandlung des Absorptions- und/oder Emissionselementes (3), beispielsweise durch Beschichten und/oder Oxidieren und/oder chemische Oberflächenbehandlung.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized by the step of passivation and / or post-treatment of the absorption and / or emission element (3), for example by coating and / or oxidizing and / or chemical surface treatment.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den Schritt des Anordnens von thermoelektrischen und/oder pyroelektrischen Materialien (6a, 6b, 11 , 12, 13) und/oder Widerstandschichten (16) zum Heizen/Kühlen oder zum Detektieren einer Temperatur, die bevorzugterweise auf der anderen Substratseite liegen, als auf derjenigen Seite, auf der das Absorptions- und/oder Emissionselement (3) hergestellt werden wird oder hergestellt wurde und bevorzugterweise elektrisch von dem Substrat (4,7,8,9) isoliert sind.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized by the step of arranging thermoelectric and / or pyroelectric materials (6a, 6b, 11, 12, 13) and / or resistance layers (16) for heating / cooling or for detecting one Temperature which is preferably on the other side of the substrate than on the side on which the absorption and / or emission element (3) is or will be produced and which are preferably electrically insulated from the substrate (4,7,8,9) ,
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch den Schritt des Abdünnens bis auf eine Ätzstoppschicht (8), die bevorzugterweise eine epitaktische und bevorzugterweise hochdotierte Si-Schicht ist.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized by the step of thinning down to an etch stop layer (8), which is preferably an epitaxial and preferably highly doped Si layer.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzstoppschicht (8) benachbart zu einer Überstrukturmaske (20) der Herstellung des Absoφtions- und/oder Emissionselements (3) ist.10. The method according to claim 9, characterized in that the etching stop layer (8) is adjacent to a superstructure mask (20) of the manufacture of the absorption and / or emission element (3).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Herstellen des Absorptions- und/oder Emissionselements (3) durch Ionenimplantation hochdotierte Bereiche geschaffen werden, die bei einem Ätzvorgang als Absorptions- und/oder Emissionselement (3) oder als Überstrukturmaske zur Herstellung des Absorptions- und/oder Emissionselements (3)verbleiben.11. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that before the manufacture of the absorption and / or emission element (3) by ion implantation highly doped areas are created, which in an etching process as an absorption and / or emission element (3) or as Superstructure mask for the production of the absorption and / or emission element (3) remain.
12. Vorrichtung (1) zur Absorption und/oder Emission von Strahlung, mit einem in einem abgedünnten Bereich (2) eines Substrats (4,7,8,9) angeordneten Absorptions- und/oder Emissionselement (3)12. Device (1) for absorption and / or emission of radiation, with an absorption and / or emission element (3) arranged in a thinned area (2) of a substrate (4,7,8,9)
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
das Absorptions- und/oder Emissionselement (3) das gleiche Material (4,9) wie ein Material (4,9) des Substrats (4,7,8,9) umfasst.the absorption and / or emission element (3) comprises the same material (4,9) as a material (4,9) of the substrate (4,7,8,9).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4,7,8,9) ein Halbleitersubstrat bevorzugterweise ein Siliziumsubstrat umfasst oder ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the substrate (4,7,8,9) a semiconductor substrate preferably comprises or is a silicon substrate.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdünnung (2) so vorgesehen ist, dass sie zur ausreichenden thermischen Isolation des Absorptions- und/oder Emissionselements (3) dienen kann.14. Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that the thinning (2) is provided so that it can serve for sufficient thermal insulation of the absorption and / or emission element (3).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement (3) ein strukturiertes Halbleitermaterial umfasst, das bevorzugterweise durch Ätzen, wie beispielsweise Trockenätzen und/oder Laserbearbeitung, hergestellt ist.15. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the absorption and / or emission element (3) comprises a structured semiconductor material which is preferably produced by etching, such as dry etching and / or laser processing.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptions- und/oder Emissionselement (3) BSI umfasst.16. Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that the absorption and / or emission element (3) comprises BSI.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) weitere optische Elemente wie etwa Spiegel (15) und/oder Fokussiereinrichtungen (14) umfasst.17. Device according to one of claims 12 to 16, characterized in that the device (1) comprises further optical elements such as mirrors (15) and / or focusing devices (14).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Absoφtions- und/oder Emissionselement (3) passiviert ist, beispielsweise durch Beschichten, Oxidieren, oder eine chemische Oberflächenbehandlung.18. Device according to one of claims 12 to 17, characterized in that the absorption and / or emission element (3) is passivated, for example by coating, oxidizing, or a chemical surface treatment.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung thermoelektrische und/oder pyroelektrische Materialien (6a,6b,11 , 12,13) und/oder Widerstandschichten (16) zum Heizen oder zur Tempera- turdetektion aufweist, die bevorzugterweise auf der anderen Substratseite liegen wie das Absorptions- und/oder Emissionselement (3).19. Device according to one of claims 12 to 18, characterized in that the device thermoelectric and / or pyroelectric materials (6a, 6b, 11, 12, 13) and / or resistance layers (16) for heating or for temperature detection, which are preferably on the other side of the substrate like the absorption and / or emission element (3).
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens ein Emissionselement (3a) und mindestens ein Ab¬20. Device according to one of claims 12 to 19, characterized in that the device (1) at least one emission element (3a) and at least one Ab¬
sorption selement (3b) aufweist, wobei auf dem Strahlungsweg zwischen Emissionselement und Absorptionselement mindestens ein Hohlraum (18) für ein Fluid vorgesehen ist.Sorption element (3b), wherein at least one cavity (18) for a fluid is provided on the radiation path between the emission element and the absorption element.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Emissionselement (3a) und Absoφtionselement (3b) auf demselben Substrat (4,7,8,9) oder auf zwei verschiedenen vorzugsweise gegenüberliegend angeordneten Substraten (4,7,8,9,17) angeordnet sind.21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the emission element (3a) and absorption element (3b) on the same substrate (4,7,8,9) or on two different substrates (4,7,8,9, preferably arranged opposite one another) 17) are arranged.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Absoφtions- und/oder Emissionselement (3) ein Fenster und/oder Filter angeordnet ist, das/der beispielsweise Diamant, Saphir, CaF2 oder BaF2 umfasst.22. The device according to one of claims 12 to 21, characterized in that a window and / or filter is arranged in front of the absorption and / or emission element (3), which comprises, for example, diamond, sapphire, CaF 2 or BaF 2 .
23. Vorrichtung nach Anspruch 22 soweit zurückbezogen auf Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster und/oder der Filter den Hohlraum und das Absorptions- und/oder Emissionselement (3) räumlich trennt.23. The device according to claim 22 as far as referred back to claim 20 or 21, characterized in that the window and / or the filter spatially separates the cavity and the absorption and / or emission element (3).
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass einem Emissionselement (3) mehrere Absorptionselemente (3) zugeordnet sind, die vorzugsweise jeweils verschiedene Detektionscharakteristika aufweisen.24. Device according to one of claims 12 to 23, characterized in that a plurality of absorption elements (3) are assigned to one emission element (3), each of which preferably has different detection characteristics.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass einem Emissionselement (3) mehrere Absorptionselemente (3) zugeordnet sind, die jeweils verschiedene Abstände zu dem Emissionselement aufweisen. 25. Device according to one of claims 12 to 24, characterized in that a plurality of absorption elements (3) are assigned to one emission element (3), each of which has different distances from the emission element.
26. Verfahren zur Analyse von Fluiden durch Emission von Strahlung, Durchtritt der Strahlung durch einen Bereich, der mit einem Fluid füllbar ist, und Absoφtion der Strahlung,26. Method for the analysis of fluids by emission of radiation, passage of the radiation through an area which can be filled with a fluid, and absorption of the radiation,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
die Emission und/oder die Absorption der Strahlung mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 25 oder einer nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Vorrichtung erfolgt. the emission and / or absorption of the radiation is carried out with a device (1) according to one of claims 12 to 25 or a device produced according to a method of claims 1 to 11.
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