経時温度変化の変換を行うトランスデューサ、このトランスデューサを組み込んである電子チップ、およびこの電子チップの製造方法
【課題】 従来用いられている大きな焦電係数を有する焦電材料で得られる感度に近い感度を有し、かつマイクロ電子製造方法によって容易に作製可能な焦電材料を用いた、経時温度変化から電位差への変換を行うトランスデューサを提供する。
【解決手段】 このトランスデューサは、測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極（４０）と、導電性の下部電極（４２）と、上部電極と下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、経時温度変化に対応する電位差を発生させるために、上部電極と下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層（４４）とを備えており、焦電材料層の少なくとも一層は、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている層である。
【解決手段】 このトランスデューサは、測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極（４０）と、導電性の下部電極（４２）と、上部電極と下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、経時温度変化に対応する電位差を発生させるために、上部電極と下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層（４４）とを備えており、焦電材料層の少なくとも一層は、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている層である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、経時温度変化から電位差への変換を行うトランスデューサに関する。また本発明は、このトランスデューサを組み込んである、温度パターンを検出するための電子チップ、およびこの電子チップの製造方法に関する。
【０００２】
通常、電子チップは、マイクロ電子製造方法によって、すなわち、基板上ヘの連続的な層の被着、および例えばフォトリソグラフィを用いて、これらの層の一部分をエッチングすることによって製造される。
【背景技術】
【０００３】
従来のトランスデューサは、次のものを備えている。
− 測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極と、
− 導電性の下部電極と、
− 上部電極と下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、温度変化に対応する電位差を発生させるために、上部電極と下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層。
【０００４】
このようなトランスデューサは、例えば指紋検出器に関する特許文献１に開示されている。
【０００５】
機械的な外部応力は、トランスデューサに相対的に移動可能な外部物体によって、上部導電性電極に印加される機械的な応力である。
【０００６】
重要なことは、用いられる焦電材料が、可能な限り大きな焦電係数を有する必要があるということである。用語「焦電係数」は、本明細書においては、次の関係式、すなわち（ｙ＝ΔＰ／ΔＴ）によって定義される比を意味している。この関係式において、
− ΔＴは、温度変化であり、
− ΔＰは、温度変化ΔＴに対して得られる電位差である。
【０００７】
検出される温度変化が非常に小さく、１℃未満、場合によっては０．１℃未満であるから、焦電係数ｙは大きくなければならない。さらに、トランスデューサと、このトランスデューサに押し付けられる物体との間の熱交換面の面積は、極めて小さい場合が多く、すなわち１ｍｍ2未満、典型的には５０００μｍ2未満または３０００μｍ2未満である。したがって、大きな信号を得るために、このように小さな温度変化に対して、可能な限り、大きな電位差を与えることができる焦電材料を用いる必要がある。
【０００８】
したがって、従来のトランスデューサは、もっぱら、大きな焦電係数、すなわち２０μＣ／ｍ2／Ｋを超過する焦電係数を有する焦電材料で作られている。従来用いられている焦電材料には、例えば次のものがある。
ａ）焦電係数が約４０μＣ／ｍ2／Ｋであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの重合体。
ｂ）焦電係数が約３５０μＣ／ｍ2／Ｋである、頭字語ＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で知られているセラミックスなどのセラミックス。
ｃ）頭字語ＴＧＳ（硫酸トリグリシン）またはＬｉＴａＯ3で知られている結晶などの結晶。
【０００９】
さらに、空間分解能を大きくするために、トランスデューサの寸法は、可能な限り小さいことが望ましい。例えばトランスデューサの検知面は、１ｍｍ2未満、好ましくは０．５ｍｍ2未満または０．３ｍｍ2未満であるべきである。
【００１０】
トランスデューサの検知面は、電位差に変換された温度変化が収集される、このトランスデューサの面である。
【００１１】
寸法を小さくするために、マイクロ電子製造方法によって、すなわち、コンピュータなどを作るために用いられる電子チップを製造するための製造方法と同じ集合的な製造方法によって、トランスデューサを製造することが好ましい。これらの集合的な製造方法では、例えば基板上への積層の被着およびエッチングを用いる。通常、基板は、シリコンまたはガラスから成るウエハである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４４２９４１３号公報
【特許文献２】米国特許第７０３２４５４号公報
【特許文献３】米国特許第６０９１８３７号公報
【特許文献４】米国特許第６２８９１１４号公報
【特許文献５】ヨーロッパ特許第０８２５８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術における、大きな焦電係数を有する焦電材料を、マイクロ電子製造方法で用いることは困難である。
【００１４】
例えばＰＶＤＦ重合体の場合には、その被着後に、数百ボルトの電圧でＰＶＤＦ重合体を分極させなければならず、また分極化の後には、ＰＶＤＦ重合体の焦電特性が失われないように、他の製造プロセスを、１２０℃未満の温度で行わなければならない。
【００１５】
セラミックスの場合には、高い製造温度、すなわち６００℃を超過する製造温度、したがって、マイクロ電子製造方法の遂行のための上限として一般に与えられている４００〜４５０℃よりはるかに高い温度が必要になる。したがって、マイクロ電子製造方法によって、従来のトランスデューサを製造することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような問題を解決するために、本発明は、マイクロ電子製造方法で、より容易に製造することができるトランスデューサを提供することを目的としている。この目的を達成するために、本発明は、焦電材料がＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている、経時温度変化の変換を行うトランスデューサを提供する。
【００１７】
用語「ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている」は、焦電材料層が、ＩＩＩ−Ｖ窒化物またはＩＩＩ−Ｖ窒化物の混合物を、少なくとも１０質量％、好ましくは少なくとも２５質量％、５０質量％、または７５質量％含んでいることを意味している。
【００１８】
ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、元素周期律表のＩＩＩ族の１つ以上の元素（アルミニウム、ガリウムなど）と、Ｖ族の１つ以上の元素（窒素、リン、ヒ素、アンチモンなど）とから成る化合物半導体のグループに属する窒化物である。ＩＩＩ−Ｖ窒化物には、特に、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムが含まれる。
【００１９】
ＩＩＩ−Ｖ窒化物が、焦電性を有していることは知られている。しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、６μＣ／ｍ2／Ｋ未満、または８μＣ／ｍ2／Ｋ未満と小さい焦電係数しか有していないために、従来、トランスデューサの焦電材料層の形成のために用いられていなかった。
【００２０】
より詳細には、通常、トランスデューサを製造するために、窒化アルミニウムなどのＩＩＩ−Ｖ窒化物が用いられる場合には、動作原理として圧電特性が用いられている。したがって、ＩＩＩ−Ｖ窒化物を用いて製造されたトランスデューサは、温度の変換を行うトランスデューサではなくて、圧力の変換を行うトランスデューサである（例えば特許文献２を参照)。窒化アルミニウムの圧電特性を利用する場合には、窒化アルミニウムを変形させることができるスペースを設けなければならない。
【００２１】
しかしながら、この小さな焦電係数は、およそ１０の小さな比誘電率によって補われる。実際、ＩＩＩ−Ｖ窒化物の比誘電率が小さいために、上部電極と下部電極との間に大きな電位差が生じ、したがって感度が上昇する。この小さな比誘電率に伴う、感度のこの上昇によって、小さな焦電係数によってもたらされる感度の低下が、少なくとも部分的に補われる。したがって、ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、はるかに大きな焦電係数を有する他の焦電材料で得られる感度に近い感度を有する、経時温度変化の変換を行うトランスデューサの創出を可能にする。
【００２２】
さらに、ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、マイクロ電子製造方法によって、極めて容易に作製されるという利点を有する。この利点は、とりわけ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合に顕著であるが、他のＩＩＩ−Ｖ窒化物においても見出されている。例えば窒化アルミニウムの場合には、ＰＶＤＦ重合体の場合のような、焦電特性を与えるための、電位の印加による分極を必要としない。したがって、窒化アルミニウム層の焦電効果は、基板上への被着の直後に機能し、したがって測定可能である。したがって、この製造方法で得られる窒化アルミニウム層は、他の焦電材料よりもはるかに迅速に、有効に動作しているか否かをテストすることができ、したがって、いかなる異常または故障も検出することができる。
【００２３】
窒化アルミニウムは、いかなるキュリー温度すなわちキュリー点（その温度を超過すると、焦電特性が失われる）も有していない。したがって、窒化アルミニウムの場合には、窒化アルミニウム層の被着に続くプロセス、例えばはんだ付けや、さらなる層の被着などのプロセスは、約１２５℃のキュリー温度を有するＰＶＤＦ重合体などの他の焦電材料の場合のように、温度によって制約されるということはない。
【００２４】
したがって、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにした層を、焦電材料として用いる本発明のトランスデューサは、大きな焦電係数を有する材料を用いるトランスデューサの性能特性に近い性能特性を示すとともに、マイクロ電子製造方法によって、はるかに容易に製造される。
【００２５】
このトランスデューサの実施形態は、次の特性のうちの１つ以上を有している場合がある。
・ 焦電材料は、窒化アルミニウムをベースにしている。
・ 上部電極は、モリブデンまたはチタンで作られている。
・ 上部電極は、焦電材料層に接している面と反対側の上面だけが酸化されている導電性の金属で作られており、したがって、この上面の色は、上部電極が酸化されていない場合に比して変更されている。
・ トランスデューサは、少なくとも下部電極、焦電材料層および上部電極を積み上げられた基板を有している。
【００２６】
さらに、このトランスデューサのこれらの実施形態は、次の利点を有している。
− モリブデン（Ｍｏ）およびチタン（Ｔｉ）は、摩耗および化学的腐食に対して強い耐性を有する材料であるから、モリブデンまたはチタンで上部電極を作製することによって、トランスデューサの保護が強化される。
− 上部電極の酸化によって、トランスデューサを熱的に絶縁しがちなニスやカラーペイントに頼らずに、単純な方法でトランスデューサの感知面に色を付けることができる。
【００２７】
本発明は、さらに、次のものを備えている、温度パターンを検出するための電子チップを提供する。
− 経時温度変化から電位差への変換を行う少なくとも１つの上述のトランスデューサと、
− トランスデューサの下部電極、および／または上部電極の作製のための層と同じ層のエッチングによって形成された帯状抵抗体の形態を呈しており、かつ電流を流されることによって、トランスデューサの焦電材料層を加熱する少なくとも１つのレジスタであって、帯状抵抗体は、下部電極および／または上部電極を、空間的に分離した少なくとも２つのプレートに分割するように、これらのプレートの間を通っているレジスタと、
− 帯状抵抗体が形成されている層の高さの上方／下方で、空間的に分離したプレート同士を短絡させるために用いられている導電ピン。
【００２８】
電極を互いに分離されたいくつかのプレートに分割する帯状抵抗体を用いることによって、加熱レジスタの作製が単純化されるとともに、トランスデューサ中で、この帯状抵抗体によって占められる表面積が最小化される。このような構造を用いることによって、さらに、各トランスデューサ内の温度分布を、より一様にすることができる。
【００２９】
この電子チップの実施形態は、次の特性を有している場合がある。
− 電子チップは、温度パターンをもたらす物体を載せることができる検知面を形成するように、互いに近接して配置された複数のトランスデューサから成るマトリクスを有しており、
− トランスデューサの各々の上部電極または下部電極は、最大で０．５ｍｍ2の表面積を有しており、この上部電極または下部電極の中心は、隣接するトランスデューサの上部電極または下部電極の中心から、最長で０．５ｍｍだけ隔てられている。
【００３０】
さらに、電子チップのこの実施形態は、次の利点を有している。
− 互いに極めて近接して配置された、サイズの小さな多数のトランスデューサを用いることによって、指紋の検出が可能になる。
【００３１】
最後に、本発明は、さらに、各々が、少なくとも１つの上述のトランスデューサと、このトランスデューサから読み取りを行うための回路とを備えている複数の電子チップを集合的に製造する、次のステップを含んでいる方法を提供するものである。
− 同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して、同時に、この基板上に導電性の下部電極を、被着プロセスおよびエッチングプロセスによって形成するステップと、
− 同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して、同時に、少なくとも一層の焦電材料層を、該焦電材料層の少なくとも一層はＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとして作製されるように、被着プロセスによって形成するステップと、
− 機械的な外部応力が存在していない場合にも発生する、経時温度変化に対応する電位差を、焦電材料層から検出することを可能にするために、導電性の上部電極を、同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、被着プロセスおよび／またはエッチングプロセスによって形成するステップと、
− 製造された各電子チップを機械的に分離するために、基板の切断を行うステップ。
【００３２】
この集合的な製造の方法の実施形態は、次の特性を有する場合がある。
− この方法は、同一の基板上に製造された全電子チップのトランスデューサの全てに対して同時に、上部電極の、焦電材料層が形成されている側と反対側の上面の酸化を行うステップを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による温度パターン検出器の概要図である。
【図２】図１の温度パターン検出器の検知面上のピクセルの分布を示す部分概要図である。
【図３】相異なる２つの状況において、図１の温度パターン検出器の検出ピクセルによって測定される温度変化を示すグラフである。
【図４】図１の温度パターン検出器の通常ピクセルの断面概要図である。
【図５】図４の通常ピクセルの下部電極の平面概要図である。
【図６】図１の温度パターン検出器の較正ピクセルの断面概要図である。
【図７】図１の温度パターン検出器の検出ピクセルの読み取り回路の概要図である。
【図８】図１の温度パターン検出器の電子チップの製造方法を説明するフローチャートである。
【図９】図１の温度パターン検出器の電子チップを較正する方法を説明するフローチャートである。
【図１０】図９の方法の遂行中になされる測定の結果を示すグラフである。
【図１１】図１の温度パターン検出器の読み取り回路の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付図面を参照して、単に非限定的な例として示す以下の説明を読むことによって、本発明をより明瞭に理解することができると思う。
【００３５】
添付図面において、同等の要素には、同一の符号が付してある。
【００３６】
以下の記述において、当業者に公知の特性および機能については、詳細に説明しない。
【００３７】
図１は、温度パターン検出器２を示している。
【００３８】
温度パターンは、温度パターン検出器２の電子チップ３によって検出可能な物体の熱的特性の非一様な空間分布を示している。物体は、一般に、このような温度パターンをもたらす。この実施形態においては、温度パターン検出器２によって、指紋から温度パターンが検出される。
【００３９】
用語「熱的特性」は、熱容量および熱伝導率の関数である、物体の特性を意味している。
【００４０】
以下の記述において、温度パターン検出器２は、特に指紋を検出するように適合化されている特定の場合について説明する。この特定の場合には、温度パターン検出器２は、指紋検出器として、より一般的に知られている。
【００４１】
電子チップ３は、読み取られる温度パターンを発生させる物体が押し付けられるべき検知面４を有している。本明細書においては、この物体は、その表皮を検知面４に密着させられる指６である。指６の表皮上の指紋は、凸部８が凹部１０によって分離されている形状を呈している。図１においては、凸部８および凹部１０がはっきりと識別されるように、指６は相当に拡大されている。
【００４２】
指６が検知面４上にあるときに、凸部８だけが、検知面４に直接接している。対照的に、凹部１０は、空気によって、検知面４から空間的に離されている。したがって、指６と検知面４との間の熱伝導は、凹部１０におけるよりも、凸部８において、より良好である。したがって、指紋は、電子チップ３によって読み取ることができる温度パターンと一致する。
【００４３】
この読み取りのために、電子チップ３は、その検知面４の全体にわたって、互いに近接して配置されている多数の検出ピクセルＰijを有している。検出ピクセルＰijは、温度変化を検出することができる最小単位の面エリアを形成している。検出される温度変化は、検出ピクセルＰijが凸部８に接しているか、または凹部１０に面しているかによって、検出ピクセルＰij毎に変化する。
【００４４】
これらの検出ピクセルＰijは、同一の基板１６上に形成されている。
【００４５】
互いに近接して分布している検出ピクセルＰijの一例を、図２に示す。この例においては、検出ピクセルＰijは、行および列状に分布しており、検出ピクセルのマトリクスを形成している。例えば電子チップ３は、それぞれに少なくとも１００個または１５０個の検出ピクセルから成る、少なくとも２つまたは５つの行を有している。
【００４６】
各検出ピクセルは、検知面４の一区画を定めている。検知面４のこれらの区画は矩形形状を呈しており、図２において破線で画定されている。各区画の表面積は１ｍｍ2未満であり、好ましくは０．０５ｍｍ2未満、または０．０１ｍｍ2未満、または０．００５ｍｍ2未満である。この例においては、各検出ピクセルＰijによって定められる、検知面４のこの区画は、各辺が５０μｍの正方形状を呈している。隣接し合う２つの検出ピクセルの幾何学的中心間の距離は１ｍｍ未満であり、好ましくは０．５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満、または０．０１ｍｍ未満、または０．００１ｍｍ未満である。この例においては、隣接し合う２つの検出ピクセルの幾何学的中心間の距離は５０μｍである。
【００４７】
各検出ピクセルには、次のものが設けられている。
− 温度変化を電位差に変換することができるトランスデューサ。
− このトランスデューサに接する物体を加熱することができる加熱レジスタ。
【００４８】
電位差は、電子チップ３の較正後に、この電位差を温度変化に直接変換することができるという意味で、温度変化の「測定結果」を表している。
【００４９】
この加熱レジスタは、特許文献３に開示されているような能動的検出方法の実行を可能にする。この能動的検出方法の動作原理を、図３を参照して説明する。図３において、実線は、指６の凸部８に直接接しているトランスデューサの温度の時間変化を表わしている。一方、破線の曲線は、凹部１０に面しているトランスデューサの温度の時間変化を表わしている。ある検出ピクセルのトランスデューサが、凸部８に直接接しているときには、この検出ピクセルの加熱レジスタから放出された熱の一部分が、指６に直接伝達されるから、このトランスデューサの温度は、相対的にゆるやかに上昇する。対照的に、ある検出ピクセルのトランスデューサが、凹部１０に面しているときには、このトランスデューサと指６との間の熱伝導は比較的小さく、この検出ピクセルの加熱レジスタから放出された熱によって、この検出ピクセルの温度は比較的急速に上昇する。したがって、時刻ｔ0とｔ1との間の温度変化が、トランスデューサによって測定されたときに、凸部８に直接接している検出ピクセルのトランスデューサによって測定される温度変化ΔＴdは、凹部１０に面している検出ピクセルのトランスデューサによって測定される温度変化ΔＴ1よりも小さい。温度変化のこの違いによって、検知面４のそれぞれの位置上に凹部が存在しているのか、それとも凸部が存在しているのかを検出することができる。
【００５０】
能動的検出方法は、とりわけ、検出ピクセルの初期温度が、温度パターンをもたらす物体の初期温度に近接しているか、もしくは同一である場合にも動作することができるという事実を含めて、いくつかの利点を有している。さらに、各検出ピクセルの加熱レジスタから放出される熱量の制御によって、コントラストを調整することが可能である。
【００５１】
各検出ピクセルＰijは、各検出ピクセルＰijによって行われる、温度変化の測定値を読み取るための読み取り回路１４に電気的に接続されている。読み取り回路１４は、より詳細には、次のことを行うことができる。
− 読み取るべき１つ以上の検出ピクセルＰijの選択。
− 選択された１つ以上の検出ピクセルの加熱レジスタの制御。
− 選択された１つ以上の検出ピクセルのトランスデューサによって測定された温度変化の読み取り。
【００５２】
通常、この読み取り回路は、検出ピクセルＰijが形成される基板である剛性の基板１６のエッチング、および／または基板１６への被着によって形成される。基板１６は、例えばシリコンまたはガラスから成っている。
【００５３】
温度パターン検出器２は、さらに、有線リンク２２を介して電子チップ３に接続されている電子計算機２０を備えている。この電子計算機２０は、例えば電子チップ３を駆動するための駆動モジュール２４、および処理モジュール２６を具備している。
【００５４】
駆動モジュール２４は、検出ピクセルによってなされた測定に基づいて温度パターンを読み取るために用いられる。より詳細には、この駆動モジュール２４は、検出ピクセルの測定値、および検出ピクセル同士のあらかじめ知られている位置関係の関数として、各ピクセルによって検出された凸部と凹部とのマップを作成することができる。
【００５５】
この駆動モジュール２４は、さらに、電子チップ３の較正のための較正サブモジュール２８を具備している。この較正サブモジュール２８の動作を、図９を参照して、後で説明する。
【００５６】
処理モジュール２６は、読み取られた温度パターンと、あらかじめ記憶されている、温度パターンのデータベースとを比較して、特定の温度パターンを識別することができ、その結果に応じて、例えば建物への進入などのいくつかの行動を許可するか、またはその逆に禁止する。
【００５７】
それに替えて、またはそれに加えて、処理モジュール２６は、さらに、読み取られた温度パターンを、スクリーン上に表示することができる。これによって、例えば読み取られた温度パターンを拡大することができる。
【００５８】
通常、電子計算機２０は、情報記録媒体にあらかじめ記録されている命令を実行することができる、プログラム可能な少なくとも１つの電子計算機である。この実行を可能にするために、電子計算機２０は、図９および図１１の方法を実行するために必要な命令、およびデータを記憶しているメモリ３０に接続されている。具体的には、メモリ３０は、電子チップ３の較正に必要な温度変化ΔＴ1ref、ΔＴ2ref、およびΔＴcrefの値を記憶している。これらの値については、図９を参照して、後に説明する。
【００５９】
電子チップ３は、次の２つのタイプの検出ピクセルＰij、すなわち、Ｐnijとして表示されている「通常」ピクセル、およびＰcijとして示されている「較正」ピクセルを有している。通常ピクセルＰnijは、それらが電子チップ３の検出ピクセルの大多数（例えば検出ピクセルＰijの９０％を超過する）を占めているために、「通常」の名称が冠せられている。通常ピクセルＰnijは全て、互いに同等である。用語「同等」は、通常ピクセルＰnijの全てが、同一の熱特性を有しており、かつ同一の作製方法によって作製されているということを意味している。図４は、電子チップ３の通常ピクセルＰnijの特定の一実施例を示している。
【００６０】
通常ピクセルＰnijは、上部電極４０および下部電極４２を有しており、それらの間には、焦電材料層４４が被着されている。
【００６１】
上部電極４０は、電子チップ３の全ての検出ピクセルに対して共通である。この上部電極４０は、パッド４６を介して接地されている。検知面４に指６が押し付けられているときには、上部電極４０は、この指６と焦電材料層４４との間に位置している電極である。したがって、上部電極４０は、焦電材料層４４に、熱を効果的かつ迅速に導くように作られている。この例においては、上部電極４０は、良好な熱伝導体、すなわち１０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1を超過する熱伝導率を有する材料で作られている。さらに、上部電極４０の厚さは薄い、すなわち１００μｍ未満、好ましくは１μｍ未満の厚さである。この例においては、上部電極４０は、モリブデン（Ｍｏ）で作られている。
【００６２】
この実施形態においては、焦電材料層４４は、窒化アルミニウムで作られている。用語「作られている」は、層がほとんど同一の材料で作られていることを意味している。したがって、窒化アルミニウムは、焦電材料層４４の９０質量％、好ましくは９５質量％を超過している。さらに、焦電材料層４４は、電子チップ３の全ての検出ピクセルに対して共通である。焦電材料層４４の厚さは、０．５μｍまたは０．６μｍを超えており、１μｍを超えていると有利である。焦電材料層４４の厚さが厚いほど、焦電材料層に発生する電荷量は、より多くなる。この例においては、焦電材料層４４の厚さは、およそ２〜３μｍである。この焦電材料層４４は、温度変化を、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差に変換する。
【００６３】
下部電極４２の各々は、対応する検出ピクセルに専用の電極であり、他の検出ピクセルの下部電極から電気的に絶縁されている。下部電極４２から、検出ピクセルＰijにおける焦電材料層４４によって発生した電位差を読み取ることができる。この下部電極は、例えばモリブデンで作られており、その厚さは５０ｎｍである。
【００６４】
通常ピクセルＰnijは、さらに、下部電極４２を形成するために用いられた層と同じ層から形成された加熱レジスタ４６を有している。この加熱レジスタ４６は、能動的検出方法を遂行するために、焦電材料層４４を加熱する。
【００６５】
下部電極４２および加熱レジスタ４６は、導電トラック４８（図４において、破線で表わされた矩形で示されている）を介して、読み取り回路１４に接続されている。
【００６６】
通常ピクセルＰnijは、さらに、摩耗、化学的腐食、および酸化から上部電極４０を保護するための保護層４９を、上部電極４０上に被着されている。この保護層は、良好な熱伝導体である材料で作られている。さらに、この保護層の厚さは薄い。例えば保護層４９の厚さは１００μｍより相当に薄く、好ましくは１０μｍ未満である。例えば保護層４９は、数μｍの厚さを有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の層である。
【００６７】
図５は、各加熱レジスタ４６が、１ｋΩを超過する抵抗を有しており、同時に、各通常ピクセルＰnijの表面積の１５％未満の表面積しか占めていない、加熱レジスタ４６の特定の一レイアウトを示している。加熱レジスタ４６は、下部電極４２の作製に用いた層と同じ層のエッチングによって得られるから、この例においては、下部電極４２と同じく、モリブデンで作られている。加熱レジスタ４６は、蛇行形状の帯状抵抗体である。より詳細には、この帯状抵抗体は、互いに平行に延在している、いくつかの第１ストランド５２〜５５を、その構成要素としている。これらの第１ストランドは、直列に接続されている。この直列接続を可能にするために、第１ストランド５２〜５５の一端または両端が、これらの第１ストランドに直交している第２ストランド５６〜５８によって互いに接続されている。加熱レジスタ４６は、下部電極４２を、３つの同等の矩形形状のプレート６０〜６２に分割している。各プレート６０〜６２は、例えば４９μｍの長さ、および１５μｍの幅を有している。帯状抵抗体を、プレート６０〜６２から電気的に絶縁するために、帯状抵抗体は、各プレート６０〜６２から、０．５μｍだけ隔てられている。帯状抵抗体の幅は０．５μｍであり、全長は２５０μｍである。帯状抵抗体の厚さが下部電極の厚さに等しい、すなわち５０ｎｍであるから、帯状抵抗体が、１０μΩ・ｃｍの抵抗率を有するモリブデンで作られている場合には、２つの端６４と６６との間のこの帯状抵抗体の抵抗は約１ｋΩである。このような構造においては、加熱レジスタ４６は、通常ピクセルＰnijの表面積の１２％未満の表面積しか占めない。
【００６８】
プレート６０〜６２は、垂直ピン７０〜７２を介して互いに短絡されている（図４）。
【００６９】
さらに、加熱レジスタ４６の２つの端６４および６６は、垂直ピンを介して、導電トラック４８に接続されている。
【００７０】
電子チップ３の較正を容易にするために、通常ピクセルＰnijの熱的特性と異なる熱的特性を有する少なくとも１つの較正ピクセルＰcijが、さらに、電子チップ３に設けられている。
【００７１】
図６は、そのような較正ピクセルＰcijの一例を示している。較正ピクセルＰcijは、保護層４９上に追加層７０が被着されているという点を除いて、通常ピクセルＰnijと同等である。この追加層７０のために、較正ピクセルＰcijの熱容量および／または熱伝導は、通常ピクセルＰnijの熱容量、および／または熱伝導と異なっている。したがって、同一の条件下では、加熱レジスタ４６の電源が入れられた後の、ある時刻ｔ1において、較正ピクセルＰcijで測定された温度変化は、通常ピクセルＰnijで測定された温度変化と異なる。
【００７２】
図７は、読み取り回路１４の一実施例を示している。図７において、読み取られる検出ピクセルＰijが、上部電極４０を接地されており、かつ下部電極４２を読み取り回路１４に接続されているキャパシタとして、記号で表わされている。
【００７３】
読み取り回路１４は、電子チップ３の検出ピクセルのうちの任意の１つの下部電極４２の電位をリセットするための１セットのトランジスタを有している。図７を単純化するために、このセットのうちの１つのトランジスタ８０しか示されていない。このトランジスタ８０は、導通時に、下部電極４２を初期電位、すなわちリセット電位Ｖrに電気的に接続し、非導通時に、下部電極４２の電位を浮遊状態にする。下部電極４２の電位が浮遊状態にあるときに、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差ΔＶpは、温度変化ΔＴの関数である。電位差ΔＶpと温度変化ΔＴとの間の関係は、例えば関係式〔ΔＶp＝ｙ×Ｃ×ΔＴ／（ε0×εr）〕によってモデル化される。この関係式において、
− Ｃは、焦電材料層４４の厚さであり、
− ｙは、焦電材料層４４を作るために用いられた焦電材料の焦電係数であり、
− ε0およびεrは、それぞれ真空の絶対誘電率および用いられた焦電材料の比誘電率である。
【００７４】
読み取り回路１４は、さらに、電子チップ３の検出ピクセルＰijのうちの任意の１つの選択を、その検出ピクセルの導通時に可能にする１セットのトランジスタを有している。図７では、単純化のために、このセットのうちのただ１つのトランジスタ８２しか示していない。トランジスタ８２は、その導通時に、選択された検出ピクセルの下部電極４２を、その検出ピクセルの電位差ΔＶpを増幅するアナログ増幅器８４に電気的に接続する。
【００７５】
読み取り回路１４は、さらに、アナログ増幅器８４から出力された、増幅されたアナログ信号をサンプルしてデジタル化し、そのデジタル化された信号を、電子計算機２０に伝達することができるアナログ／デジタルコンバータ８６を有している。このアナログ／デジタルコンバータ８６は、アナログ／デジタルコンバータ８６によってサンプルされるべき電圧の範囲を定める極限値ＢminおよびＢmaxを記憶する揮発性メモリ８８に接続されている。
【００７６】
最大感度を得るためには、理想的には、極限値Ｂminは、通常ピクセルＰnijが、最大可能な熱伝導率を有する凸部８に直接接しているときに、通常ピクセルＰnijによって測定される温度変化ΔＴdに一致しているべきである。同様に、理想的には、極限値Ｂmaxは、通常ピクセルＰnijが、空気にしか接していないときに、通常ピクセルＰnijによって測定される温度変化ΔＴ1に一致しているべきである。
【００７７】
これらの極限値ＢminおよびＢmaxは、通常ピクセルＰnijの熱的特性に依存するが、さらに、とりわけ、読み取り回路１４の各電子部品の電気的特性に依存する。実際には、通常ピクセルの特性寸法は、１マイクロメートルよりかなり大きく、１０マイクロメートルの程度である。したがって、通常ピクセルのトランスデューサを作製する際の、１マイクロメートル未満のいかなるわずかの不正確さも、通常ピクセルの熱的特性にほとんど影響を与えない。したがって、通常ピクセルの熱的特性の反復性および再現性は良好である。
【００７８】
対照的に、トランジスタ８０および８２などの、読み取り回路１４の電子部品は、１マイクロメートルよりかなり小さい特性寸法を有している。したがって、電子部品のうちの１つの作製中に、上述の不正確さと等しい、１マイクロメートル未満の不正確さが発生すると、その不正確さによって、その電子部品の動作モードは非常に異なったものになる。したがって、読み取り回路１４の電気的特性の反復性および再現性は、はるかに劣る。したがって、同一の製造方法が用いられている場合には、電子チップ間で、通常ピクセルの熱的特性は、実質的に一定であるとみなすことができる。対照的に、同一の製造方法が用いられたとしても、電子部品の電気的特性は、電子チップ間で、はるかに大きく変化する。
【００７９】
電子チップ３の集合的な製造方法を、図８を参照して、より詳細に説明する。いくつかの電子チップが、同一の基板上に同時に製造されるから、この製造方法は集合的である。
【００８０】
最初に、ステップ１００において、製造される各電子チップの読み取り回路１４および各導電トラック４８を、同一の基板１６のエッチングによって形成する。
【００８１】
次に、ステップ１０２において、下部電極、および加熱レジスタの２つの端６４および６６を、導電トラック４８に接続するために、垂直ピン７０〜７２などの垂直ピンを作製する。
【００８２】
次いで、ステップ１０４において、ステップ１０２で作製された各垂直ピンと電気的に接続されるように、基板の上面全体上に、モリブデン層を一様に被着する。
【００８３】
ステップ１０６において、ただ１回の操作によって、各電子チップの各トランスデューサの各下部電極と、同時に、各電子チップの各検出ピクセルの各加熱レジスタ４６とを形成するために、このモリブデン層を、例えばフォトリソグラフィによってエッチングする。
【００８４】
その後、ステップ１０８において、ただ１回の操作によって、各電子チップの各トランスデューサの焦電材料層４４を形成するために、基板の上面全体上に、窒化アルミニウム層を被着する。
【００８５】
ステップ１１０において、上部電極の接地接続のためのパッド４６を形成するために、例えばフォトリソグラフィによって、この窒化アルミニウム層をエッチングする。
【００８６】
ステップ１１２において、各電子チップの全トランスデューサに対して共通の上部電極を形成するために、基板の上面全体に、モリブデン層を被着する。
【００８７】
ステップ１１４において、所望の色を得るために、上部電極を、あらかじめ定められた深さまで酸化させる。得られる色は、酸化の深さに依存する。この酸化は、上部電極の上面の全体にわたって一様に行ってもよいし、または例えばロゴを描くために、上部電極の上面の若干の部分だけに選択的に行ってもよい。
【００８８】
上部電極は、モリブデンの熱的・電気的性質を最大限に保つために、その厚さの一部分だけが酸化される。
【００８９】
次に、ステップ１１６において、基板の上面全体上に、保護層４９が被着される。
【００９０】
このステップ１１６中に、較正ピクセルＰcijの追加層７０も作製される。例えば保護層４９に用いられる材料と同じ材料が、較正ピクセルＰcij上だけに、他の部分より厚く被着される。
【００９１】
最後に、ステップ１１８において、同一の基板上に製造された各電子チップを、機械的に互いに分離するために、この基板を分割する。
【００９２】
このように製造されると、各電子チップは、温度パターン検出器２のような検出器に用いられる。しかしながら、温度パターン検出器としての使用前に、その感度を最大にするために、各電子チップは較正される。
【００９３】
このような電子チップの較正方法を、図９を参照して説明する。
【００９４】
図９の方法においては、最初に、基準電子チップにおける測定を行い、次いで、その測定結果を、各電子チップの較正のために用いる。基準電子チップは、較正される電子チップのトランスデューサと同等のトランスデューサを有している。例えば基準電子チップは、較正される電子チップと同等である、すなわち、基準電子チップと較正される電子チップとは、同じ製造方法によって製造される。同じ製造方法を用いたとしても、製造の不正確さのために、基準電子チップと較正される電子チップとの読み取り回路１４は、同一の電気的特性を有しないということが起こり得る。
【００９５】
最初に、ステップ１３０において、基準電子チップの通常ピクセルＰnijの少なくとも１つを、第１の熱的特性を有する第1の要素に直接接するように配置する。この第１の要素は、温度パターン検出器２の使用中に遭遇する可能性のある最低の熱伝導を有する要素に一致するように選ばれる。この例においては、第１の要素は例えば周囲空気である。
【００９６】
次に、ステップ１３２において、この通常ピクセルＰnijによって測定された温度変化ΔＴ1refを、基準電子チップの読み取り回路１４によって読み取る。検出ピクセルを介して、温度変化ΔＴを読み取る方法については、図１１を参照して、後に、より詳細に説明する。
【００９７】
ステップ１３０と同時に、ステップ１３４において、基準電子チップの較正ピクセルＰcijも、第１の要素すなわち周囲空気に接するように配置する。次いで、ステップ１３６において、読み取り回路１４が、較正ピクセルＰcijによって測定された、対応する温度変化ΔＴcrefを読み取る。
【００９８】
したがって、ステップ１３２および１３６における測定は、周囲空気に対してなされる。この場合に、本明細書においては、「非接触測定」という用語を用いる。
【００９９】
その後、ステップ１３８において、基準電子チップの通常ピクセルＰnijの少なくとも１つを、第１の要素の熱的特性と異なる熱的特性を有する第２の要素と接するように配置する。第２の要素は、温度パターン検出器２の通常の使用中に遭遇する可能性のある最高の熱伝導を示す要素と一致するように選ばれる。皮膚すなわち表皮は、相当に水を含んでいるから、本明細書においては、第２の要素は、近似的に水とする。
【０１００】
ステップ１４０において、この通常ピクセルＰnijによって測定された温度変化ΔＴ2refを読み取るために、基準電子チップの読み取り回路１４を用いる。
【０１０１】
ステップ１４２において、温度変化ΔＴ1ref、ΔＴcref、およびΔＴ2refが、基準電子チップの製造に用いられた製造方法と同じ製造方法によって製造された電子チップを用いている任意の温度パターン検出器２のメモリ３０に記憶される。これらの温度変化は、例えば較正サブモジュール２８のコードに記録される。
【０１０２】
一般に、温度変化ΔＴcrefは、通常ピクセルＰnijが、第１の要素と第２の要素との熱的特性の中間の熱的特性を有する物体と接するように配置されたならば測定されると思われる温度変化に相当する。したがって、ステップ１３０〜１４０において、基準電子チップで測定された温度変化ΔＴ1ref、ΔＴcref、およびΔＴ2refは、通常ピクセルＰnijと接するように配置される物体の熱的特性の関数として、同一のグラフ（図１０）上に表わすことができる。このグラフにおいて、測定される温度変化は、物体の熱的特性の関数として、線形に変化すると仮定されている。
【０１０３】
第２の段階として、較正される電子チップが組み込まれている温度パターン検出器２のメモリ３０に記憶されている温度変化ΔＴ1ref、ΔＴcref、およびΔＴ2refを用いて、較正される電子チップが較正される。
【０１０４】
より詳細には、ステップ１４４において、第２の（較正される）電子チップの通常ピクセルＰnijの少なくとも１つ、および較正ピクセルＰcijの少なくとも１つが、ステップ１３０の場合と同様に、第１の要素すなわち周囲空気と接するように配置される。
【０１０５】
ステップ１４６において、較正される電子チップの読み取り回路１４が、通常ピクセルＰnijおよび較正ピクセルＰcijによってそれぞれ測定された温度変化ΔＴ1およびΔＴcを読み取る。したがって、非接触測定が、ステップ１４６において行われる。
【０１０６】
次に、ステップ１５４において、較正される電子チップのいずれかの通常ピクセルＰnijが、第２の要素、すなわち水と接するように配置されたとすれば、その通常ピクセルＰnijによって測定されると思われる温度変化ΔＴ2が、実際には、その通常ピクセルＰnijを水と接するように配置することなく決定される。より詳細には、温度変化ΔＴ2は、それを、測定された温度変化ΔＴ1およびΔＴcに関連付ける、あらかじめ定められた関係式に基づいて決定される。この関係式は、温度変化ΔＴ1ref、ΔＴ2ref、およびΔＴcrefから決定される。
【０１０７】
説明を簡単にするために、測定される温度変化ΔＴは、検知面４に押し付けられる物体の熱的特性の関数として、線形に変化すると仮定する。したがって、例えば物体の熱的特性に比例する、差（ΔＴ2ref−ΔＴ1ref）と（ΔＴ1ref−ΔＴcref）との比αを定めることができる。この比αは、全ての電子チップにわたって一定に維持されると仮定する。検出ピクセルの熱的特性が、全ての電子チップにわたって、読み取り回路１４の電気的特性より安定しているから、この仮定は妥当である。これらの条件においては、温度変化ΔＴ2を、測定された温度変化ΔＴ1およびΔＴcに関連付ける、あらかじめ定められた関係式は、例えば次のようになる。
ΔＴ2＝ΔＴ1−（ΔＴ2ref−ΔＴ1ref）（ΔＴ1−ΔＴc）／（ΔＴ1ref−ΔＴcref）
【０１０８】
ステップ１５６において、較正サブモジュール２８は、電子チップの設定、すなわち電子チップの設定のための少なくとも１つのパラメータの決定のために、温度変化ΔＴ1およびΔＴ2を用いる。電子チップの設定のための各パラメータが変更されると、その変更によって、電子チップの動作または性能も変更される。この電子チップの設定には、読み取り回路１４の感度の調整が含まれる。より詳細には、電子チップの設定のためのパラメータは、アナログ／デジタルコンバータ８６の２つの極限値ＢminおよびＢmaxである。これらの極限値は、温度変化ΔＴ1およびΔＴ2に基づいて、読み取り回路１４の感度を最大にするように計算される。例えば極限値Ｂminは温度変化ΔＴ2と一致し、極限値Ｂmaxは温度変化ΔＴ1と一致する。この計算は、例えば較正サブモジュール２８によって行われる。次いで、極限値ＢminおよびＢmaxの値が、揮発性メモリ８８に記憶される。
【０１０９】
ステップ１５４および１５６は、電子チップの較正の段階を形成している。この較正の段階は、電子チップの電源が入れられるたびに、温度パターンの検出のために電子チップが使用される前に、常に実行される。
【０１１０】
電子チップの電源が入れられるたびに、較正サブモジュール２８によって、この較正方法を実行することが好ましい。その場合には、温度変化ΔＴ1ref、ΔＴ2refおよびΔＴcref、または比αを、電子チップ３自体に記憶させる必要はない。
【０１１１】
ここで、温度パターン検出器２、より詳細には読み取り回路１４の動作を、図１１を参照して、説明する。
【０１１２】
読み取り回路１４は、温度パターンを読み取るために、電子チップ３の各通常ピクセルＰnijによる測定値を得る。これを可能にするために、最初に、ステップ１６０において、下部電極４２をリセット電位Ｖrに接続するように、トランジスタ８０が駆動される。通常、測定される温度変化が電圧増加をもたらす場合には、リセット電位はローであり、その反対に、測定される温度変化が電圧減少をもたらす場合には、リセット電位はハイである。
【０１１３】
次に、ステップ１６２において、読み取り回路１４は、通常ピクセルＰnijを加熱するために、加熱レジスタ４６に電流を流す。必要に応じて、ステップ１６２において、読み取り回路１４は、さらに、測定に用いられる通常ピクセルに直接隣接している全ての通常ピクセルの加熱レジスタの両端間に電流を流してもよい。これによって、伝達される熱量が増す。
【０１１４】
次いで、ステップ１６４において、トランジスタ８０は、非導通状態になるように駆動される。したがって、下部電極４２の電圧は浮遊状態になり、この時点から、温度変化が追跡される。トランジスタ８０のこの非導通状態の開始は、もっぱら、加熱レジスタ４６の電源が入れられた後に行なわれ、したがって、加熱レジスタの始動に伴う擾乱は、通常ピクセルＰnijのその後の動作に影響を及ぼさない。
【０１１５】
ステップ１６６において、通常ピクセルＰnijを選択するためのトランジスタ８２が駆動される。この時点から、下部電極４２は、アナログ増幅器８４を介して、アナログ／デジタルコンバータ８６に電気的に接続される。次に、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差がサンプルされ、次いで、電子計算機２０に伝達される。
【０１１６】
その後、ステップ１６８において、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差の読み取りの後に、加熱レジスタ４６への給電が停止される。
【０１１７】
電子チップ３の全ての通常ピクセルＰnijに対して、ステップ１６０〜１６８が繰り返される。電子チップ３の全ての通常ピクセルＰnijに対するこの繰り返しによって、温度パターンのマップを作成することができる。通常、毎秒１００枚または１０００枚を超過するマップを作成することができる。
【０１１８】
ステップ１７２において、温度パターンを明示するために、またそれに呼応して何らかのアクションを起こすために、作成された各マップが、処理モジュール２６によって処理される。
【０１１９】
多くの他の実施形態が可能である。例えば上部電極および下部電極は、タングステンまたはチタンなどの、他の材料で作られる場合がある。
【０１２０】
上部電極は、必ずしも、全ピクセルに対して共通である必要はない。
【０１２１】
保護層は省略されるか、または窒化アルミニウム以外の材料で作られる場合がある。保護層が省略された場合には、検出すべき温度パターンをもたらす物体は、上部電極上に直接載せられることになる。保護層を別の材料で作る場合には、窒化ケイ素で作ることができる。
【０１２２】
焦電材料層は、必ずしも、窒化アルミニウムで作られる必要はない。実際、焦電材料層は、窒化アルミニウムと、上部電極と下部電極との間の電荷の流れを妨げない１つ以上の他の材料との混合物であってもよい。この場合に、この混合物中の窒化アルミニウムの割合は、少なくとも１０、２５、５０、または７５質量％である。他の材料は、それ自体が焦電材料である場合もあるし、焦電材料でない場合もある。
【０１２３】
本明細書の全ての実施形態において、窒化アルミニウムを、ＩＩＩ−Ｖ窒化物で構成されるグループから選ばれた窒化物、または窒化物の混合物に置き換えることができる。具体的には、焦電材料層は、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムで構成されるグループから選ばれた窒化物、または窒化物の混合物をベースとしている場合がある。
【０１２４】
下部電極と上部電極との間に、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとした焦電材料層に加えて、１層以上の他の層が組み込まれている場合がある。トランスデューサが動作するように、この組み込み層、またはこれらの組み込み層の各々は、下部電極と上部電極との間の電荷の流れを妨げない材料で作られている。この組み込み層、またはこれらの組み込み層は、別の焦電材料で作られている場合がある。例えば下部電極と上部電極との間に、少なくとも１層の窒化アルミニウム層が、ＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）または炭素から成る組み込み層の上または下に積層されている。
【０１２５】
加熱レジスタは、上部電極を形成するためにエッチングされた材料層と同じ材料層から形成されている場合がある。
【０１２６】
帯状抵抗体を薄くすることによって、加熱レジスタ４６の抵抗を増やすことができる。
【０１２７】
別の実施形態において、加熱レジスタは、いくつかの検出ピクセルに対して共通である場合がある。この場合には、例えば帯状抵抗体の２つの端６４と６６との間に、いくつかの検出ピクセルが配置されている。
【０１２８】
別の一実施形態において、加熱レジスタは、下部電極を、いくつかのプレートに分割していない。例えば加熱レジスタは、下部電極の外側周縁に沿って延在するように形作られている場合がある。例えば加熱レジスタは、この下部電極の外側周縁の８０％を超過して、その外側周縁に延在している。
【０１２９】
さらに、加熱レジスタは、下部電極の下部に埋め込まれており、必ずしも、下部電極と同じ高さに作られていない場合がある。
【０１３０】
さらに、較正サブモジュール２８が、電子チップ内に組み込まれている場合がある。その場合には、較正サブモジュール２８は、基板１６内に、ハードウェアの形態で組み込まれていることが好ましい。
【０１３１】
温度変化ΔＴ1およびΔＴ2の値を、アナログ／デジタルコンバータの感度の設定以外の用途にも用いることができる。電子チップを第２の要素に接するように配置することなく決定された温度変化ΔＴ2を用いるいかなるステップも、較正ステップであるとみなすことができる。例えばこれらの温度変化ΔＴ1およびΔＴ2は、測定された信号が限界値ＢminAとＢmaxAとの間に含まれている場合にのみ、測定された信号を増幅するようにアナログ増幅器を設定するために用いられる。例えば限界値ＢminAは、温度変化ΔＴ1の関数として調整され、増幅器の利得は、温度変化ΔＴ1およびΔＴ2の関数として設定される。
【０１３２】
いくつかの較正ピクセルＰcijを用いることができる。これらの較正ピクセルは、必ずしも、それらの全てが同じ熱的特性を有している必要はない。特に、温度変化ΔＴc、ΔＴ1、ΔＴ2の間の関係が線形でない場合には、第２の要素を電子チップに押し付ける必要なく、温度変化ΔＴ2を決定するために、相異なる熱的特性を有する、いくつかの較正ピクセルが用いられる。
【０１３３】
さらに、相異なる熱的特性を有するいくつかの較正ピクセルが用いられる場合には、温度変化ΔＴ1を特定するために、通常ピクセルＰnijの非接触測定による電位差の測定を必要としない。例えば温度変化と物体の熱的特性の変化との間の関係が線形である場合には、通常ピクセルＰnijでなんらの測定もなすことなく温度変化ΔＴ2を特定するために、相異なる熱的特性を有する２つの較正ピクセルがあるだけで十分である。
【０１３４】
上述の較正方法において、通常ピクセルＰnijと較正ピクセルＰcijとの役割を反対にすることができる。
【０１３５】
さらに、較正ピクセルが第１の要素に接しているときに、第２の要素に接しているときの温度変化と一致する温度変化を測定することができるように、熱的特性を変更された較正ピクセルを設けることも可能である。例えば追加層７０を、水カプセルに替えることができる。
【０１３６】
較正ピクセルＰcijのいくつかの別の実施形態が可能である。ヒートシンクとして働かせて、較正ピクセルＰcijがあまりにも急速に加熱されることを防止するために、例えばかなりの量の金属を、その加熱レジスタの近傍に配置することができる。
【０１３７】
別の一実施形態においては、較正ピクセルＰcijの加熱レジスタを、通常ピクセルＰnijの加熱レジスタに比して、小さくする。
【０１３８】
トランスデューサの読み取り回路は、必ずしも、温度パターン検出器の全ての検出ピクセルに対して共通である必要はない。例えば一変形例として、第１の読み取り回路は、通常ピクセルの読み取り用に作られており、第１の読み取り回路から独立した第２の読み取り回路は、較正ピクセルの読み取り用に作られている。
【０１３９】
焦電材料としてＩＩＩ−Ｖ窒化物、詳細には窒化アルミニウムをベースとした焦電材料層を、受動検出ピクセルと能動検出ピクセルとの両方に用いることができる。受動検出ピクセルは、加熱レジスタを欠いている検出ピクセルである。したがって、受動検出ピクセルは、温度パターンを明示するために物体を加熱せずに、物体の温度だけを利用する。
【０１４０】
検知面に接した物体を静止させることもできるし、対照的に、その検知面に沿って移動させることもできる。例えば指を、検知面に沿ってスイープさせることができる。このようなスイープによって、検知面の表面積より相当に広い面積にわたる温度パターンを読み取ることが可能になる。このような方法は、特許文献４に開示されている。
【０１４１】
単一の電子チップが、この電子チップの基板のエッチングまたは基板上への被着によって形成された、検出ピクセルの１つ以上のマトリクスおよび１つ以上の読み取り回路を備えている場合がある。
【０１４２】
温度パターン検出器２の多くの他の応用が可能である。温度パターン検出器２は、指紋における温度パターンの検出だけではなく、特に、紙幣や織物などの、温度パターンをもたらす任意の物体における温度パターンの検出を可能にする。
【０１４３】
例えば、検知面と物体とを直接接するように配置することは、すべての応用例において必須であるわけではない。したがって、本明細書における電子チップを、温度カメラとして用いることもできる。
【０１４４】
さらに、温度パターンを示すために、物体が凸部と凹部とを有していることは必須ではない。実際、物体の表面は、一様に平坦である場合がある。この場合には、温度パターンは、電子チップの検出ピクセルによって検出可能な、熱的特性の局所的な差に対応している。物体は、例えば指紋が完全に摩滅した指である場合がある。実際、特許文献５に開示されているように、表皮は、もはやいかなる凹部も凸部も有していない場合でさえ、依然として、電子チップによって検出可能な、熱的特性の局所的な差を有している。
【０１４５】
上部電極の上面の酸化を、上述の検出ピクセルの他の特性と無関係に行うことができる。例えば上部電極の酸化を、窒化アルミニウムまたはＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとした焦電材料層と異なる焦電材料層で行うことができる。
【０１４６】
同様に、本発明の加熱レジスタの種々の実施形態を、トランスデューサの他の特性と無関係に施すことができる。例えば電極をいくつかのプレートに分割する帯状抵抗体による、加熱レジスタの形成を、上述の検出ピクセルの他の特性と無関係に行うことができる。特に、電極のこの構造を、焦電材料が用いられるいかなる場合にも応用することができる。
【０１４７】
最後に、本発明の較正方法を実行するために必要な温度パターン検出器の種々の特性を、この温度パターン検出器の他の特性と無関係に、特に、用いられている焦電材料と無関係に組み込むことができる。
【符号の説明】
【０１４８】
２ 温度パターン検出器
３ 電子チップ
４ 検知面
６ 指
８ 凸部
１０ 凹部
１４ 読み取り回路
１６ 基板
２０ 電子計算機
２２ 有線リンク
２４ 駆動モジュール
２６ 処理モジュール
２８ 較正サブモジュール
３０ メモリ
４０ 上部電極
４２ 下部電極
４４ 焦電材料層
４６ 加熱レジスタ、パッド
４８ 導電トラック
４９ 保護層
５２〜５５ 第１ストランド
５６〜５８ 第２ストランド
６０〜６２ プレート
６４、６６ 端
７０ 垂直ピン、追加層
７１、７２ 垂直ピン
８０、８２ トランジスタ
８４ アナログ増幅器
８６ アナログ／デジタルコンバータ
８８ 揮発性メモリ
Ｃ 厚さ
Ｐij 検出ピクセル
Ｐcij 較正ピクセル
Ｐnij 通常ピクセル
ｔ0、ｔ1 時刻
ΔＴ1、ΔＴ2、ΔＴc、ΔＴd、ΔＴ1ref、ΔＴ2ref、ΔＴcref 温度変化
Ｖr リセット電位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、経時温度変化から電位差への変換を行うトランスデューサに関する。また本発明は、このトランスデューサを組み込んである、温度パターンを検出するための電子チップ、およびこの電子チップの製造方法に関する。
【０００２】
通常、電子チップは、マイクロ電子製造方法によって、すなわち、基板上ヘの連続的な層の被着、および例えばフォトリソグラフィを用いて、これらの層の一部分をエッチングすることによって製造される。
【背景技術】
【０００３】
従来のトランスデューサは、次のものを備えている。
− 測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極と、
− 導電性の下部電極と、
− 上部電極と下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、温度変化に対応する電位差を発生させるために、上部電極と下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層。
【０００４】
このようなトランスデューサは、例えば指紋検出器に関する特許文献１に開示されている。
【０００５】
機械的な外部応力は、トランスデューサに相対的に移動可能な外部物体によって、上部導電性電極に印加される機械的な応力である。
【０００６】
重要なことは、用いられる焦電材料が、可能な限り大きな焦電係数を有する必要があるということである。用語「焦電係数」は、本明細書においては、次の関係式、すなわち（ｙ＝ΔＰ／ΔＴ）によって定義される比を意味している。この関係式において、
− ΔＴは、温度変化であり、
− ΔＰは、温度変化ΔＴに対して得られる電位差である。
【０００７】
検出される温度変化が非常に小さく、１℃未満、場合によっては０．１℃未満であるから、焦電係数ｙは大きくなければならない。さらに、トランスデューサと、このトランスデューサに押し付けられる物体との間の熱交換面の面積は、極めて小さい場合が多く、すなわち１ｍｍ2未満、典型的には５０００μｍ2未満または３０００μｍ2未満である。したがって、大きな信号を得るために、このように小さな温度変化に対して、可能な限り、大きな電位差を与えることができる焦電材料を用いる必要がある。
【０００８】
したがって、従来のトランスデューサは、もっぱら、大きな焦電係数、すなわち２０μＣ／ｍ2／Ｋを超過する焦電係数を有する焦電材料で作られている。従来用いられている焦電材料には、例えば次のものがある。
ａ）焦電係数が約４０μＣ／ｍ2／Ｋであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの重合体。
ｂ）焦電係数が約３５０μＣ／ｍ2／Ｋである、頭字語ＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で知られているセラミックスなどのセラミックス。
ｃ）頭字語ＴＧＳ（硫酸トリグリシン）またはＬｉＴａＯ3で知られている結晶などの結晶。
【０００９】
さらに、空間分解能を大きくするために、トランスデューサの寸法は、可能な限り小さいことが望ましい。例えばトランスデューサの検知面は、１ｍｍ2未満、好ましくは０．５ｍｍ2未満または０．３ｍｍ2未満であるべきである。
【００１０】
トランスデューサの検知面は、電位差に変換された温度変化が収集される、このトランスデューサの面である。
【００１１】
寸法を小さくするために、マイクロ電子製造方法によって、すなわち、コンピュータなどを作るために用いられる電子チップを製造するための製造方法と同じ集合的な製造方法によって、トランスデューサを製造することが好ましい。これらの集合的な製造方法では、例えば基板上への積層の被着およびエッチングを用いる。通常、基板は、シリコンまたはガラスから成るウエハである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４４２９４１３号公報
【特許文献２】米国特許第７０３２４５４号公報
【特許文献３】米国特許第６０９１８３７号公報
【特許文献４】米国特許第６２８９１１４号公報
【特許文献５】ヨーロッパ特許第０８２５８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術における、大きな焦電係数を有する焦電材料を、マイクロ電子製造方法で用いることは困難である。
【００１４】
例えばＰＶＤＦ重合体の場合には、その被着後に、数百ボルトの電圧でＰＶＤＦ重合体を分極させなければならず、また分極化の後には、ＰＶＤＦ重合体の焦電特性が失われないように、他の製造プロセスを、１２０℃未満の温度で行わなければならない。
【００１５】
セラミックスの場合には、高い製造温度、すなわち６００℃を超過する製造温度、したがって、マイクロ電子製造方法の遂行のための上限として一般に与えられている４００〜４５０℃よりはるかに高い温度が必要になる。したがって、マイクロ電子製造方法によって、従来のトランスデューサを製造することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような問題を解決するために、本発明は、マイクロ電子製造方法で、より容易に製造することができるトランスデューサを提供することを目的としている。この目的を達成するために、本発明は、焦電材料がＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている、経時温度変化の変換を行うトランスデューサを提供する。
【００１７】
用語「ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている」は、焦電材料層が、ＩＩＩ−Ｖ窒化物またはＩＩＩ−Ｖ窒化物の混合物を、少なくとも１０質量％、好ましくは少なくとも２５質量％、５０質量％、または７５質量％含んでいることを意味している。
【００１８】
ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、元素周期律表のＩＩＩ族の１つ以上の元素（アルミニウム、ガリウムなど）と、Ｖ族の１つ以上の元素（窒素、リン、ヒ素、アンチモンなど）とから成る化合物半導体のグループに属する窒化物である。ＩＩＩ−Ｖ窒化物には、特に、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムが含まれる。
【００１９】
ＩＩＩ−Ｖ窒化物が、焦電性を有していることは知られている。しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、６μＣ／ｍ2／Ｋ未満、または８μＣ／ｍ2／Ｋ未満と小さい焦電係数しか有していないために、従来、トランスデューサの焦電材料層の形成のために用いられていなかった。
【００２０】
より詳細には、通常、トランスデューサを製造するために、窒化アルミニウムなどのＩＩＩ−Ｖ窒化物が用いられる場合には、動作原理として圧電特性が用いられている。したがって、ＩＩＩ−Ｖ窒化物を用いて製造されたトランスデューサは、温度の変換を行うトランスデューサではなくて、圧力の変換を行うトランスデューサである（例えば特許文献２を参照)。窒化アルミニウムの圧電特性を利用する場合には、窒化アルミニウムを変形させることができるスペースを設けなければならない。
【００２１】
しかしながら、この小さな焦電係数は、およそ１０の小さな比誘電率によって補われる。実際、ＩＩＩ−Ｖ窒化物の比誘電率が小さいために、上部電極と下部電極との間に大きな電位差が生じ、したがって感度が上昇する。この小さな比誘電率に伴う、感度のこの上昇によって、小さな焦電係数によってもたらされる感度の低下が、少なくとも部分的に補われる。したがって、ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、はるかに大きな焦電係数を有する他の焦電材料で得られる感度に近い感度を有する、経時温度変化の変換を行うトランスデューサの創出を可能にする。
【００２２】
さらに、ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、マイクロ電子製造方法によって、極めて容易に作製されるという利点を有する。この利点は、とりわけ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合に顕著であるが、他のＩＩＩ−Ｖ窒化物においても見出されている。例えば窒化アルミニウムの場合には、ＰＶＤＦ重合体の場合のような、焦電特性を与えるための、電位の印加による分極を必要としない。したがって、窒化アルミニウム層の焦電効果は、基板上への被着の直後に機能し、したがって測定可能である。したがって、この製造方法で得られる窒化アルミニウム層は、他の焦電材料よりもはるかに迅速に、有効に動作しているか否かをテストすることができ、したがって、いかなる異常または故障も検出することができる。
【００２３】
窒化アルミニウムは、いかなるキュリー温度すなわちキュリー点（その温度を超過すると、焦電特性が失われる）も有していない。したがって、窒化アルミニウムの場合には、窒化アルミニウム層の被着に続くプロセス、例えばはんだ付けや、さらなる層の被着などのプロセスは、約１２５℃のキュリー温度を有するＰＶＤＦ重合体などの他の焦電材料の場合のように、温度によって制約されるということはない。
【００２４】
したがって、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにした層を、焦電材料として用いる本発明のトランスデューサは、大きな焦電係数を有する材料を用いるトランスデューサの性能特性に近い性能特性を示すとともに、マイクロ電子製造方法によって、はるかに容易に製造される。
【００２５】
このトランスデューサの実施形態は、次の特性のうちの１つ以上を有している場合がある。
・ 焦電材料は、窒化アルミニウムをベースにしている。
・ 上部電極は、モリブデンまたはチタンで作られている。
・ 上部電極は、焦電材料層に接している面と反対側の上面だけが酸化されている導電性の金属で作られており、したがって、この上面の色は、上部電極が酸化されていない場合に比して変更されている。
・ トランスデューサは、少なくとも下部電極、焦電材料層および上部電極を積み上げられた基板を有している。
【００２６】
さらに、このトランスデューサのこれらの実施形態は、次の利点を有している。
− モリブデン（Ｍｏ）およびチタン（Ｔｉ）は、摩耗および化学的腐食に対して強い耐性を有する材料であるから、モリブデンまたはチタンで上部電極を作製することによって、トランスデューサの保護が強化される。
− 上部電極の酸化によって、トランスデューサを熱的に絶縁しがちなニスやカラーペイントに頼らずに、単純な方法でトランスデューサの感知面に色を付けることができる。
【００２７】
本発明は、さらに、次のものを備えている、温度パターンを検出するための電子チップを提供する。
− 経時温度変化から電位差への変換を行う少なくとも１つの上述のトランスデューサと、
− トランスデューサの下部電極、および／または上部電極の作製のための層と同じ層のエッチングによって形成された帯状抵抗体の形態を呈しており、かつ電流を流されることによって、トランスデューサの焦電材料層を加熱する少なくとも１つのレジスタであって、帯状抵抗体は、下部電極および／または上部電極を、空間的に分離した少なくとも２つのプレートに分割するように、これらのプレートの間を通っているレジスタと、
− 帯状抵抗体が形成されている層の高さの上方／下方で、空間的に分離したプレート同士を短絡させるために用いられている導電ピン。
【００２８】
電極を互いに分離されたいくつかのプレートに分割する帯状抵抗体を用いることによって、加熱レジスタの作製が単純化されるとともに、トランスデューサ中で、この帯状抵抗体によって占められる表面積が最小化される。このような構造を用いることによって、さらに、各トランスデューサ内の温度分布を、より一様にすることができる。
【００２９】
この電子チップの実施形態は、次の特性を有している場合がある。
− 電子チップは、温度パターンをもたらす物体を載せることができる検知面を形成するように、互いに近接して配置された複数のトランスデューサから成るマトリクスを有しており、
− トランスデューサの各々の上部電極または下部電極は、最大で０．５ｍｍ2の表面積を有しており、この上部電極または下部電極の中心は、隣接するトランスデューサの上部電極または下部電極の中心から、最長で０．５ｍｍだけ隔てられている。
【００３０】
さらに、電子チップのこの実施形態は、次の利点を有している。
− 互いに極めて近接して配置された、サイズの小さな多数のトランスデューサを用いることによって、指紋の検出が可能になる。
【００３１】
最後に、本発明は、さらに、各々が、少なくとも１つの上述のトランスデューサと、このトランスデューサから読み取りを行うための回路とを備えている複数の電子チップを集合的に製造する、次のステップを含んでいる方法を提供するものである。
− 同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して、同時に、この基板上に導電性の下部電極を、被着プロセスおよびエッチングプロセスによって形成するステップと、
− 同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して、同時に、少なくとも一層の焦電材料層を、該焦電材料層の少なくとも一層はＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとして作製されるように、被着プロセスによって形成するステップと、
− 機械的な外部応力が存在していない場合にも発生する、経時温度変化に対応する電位差を、焦電材料層から検出することを可能にするために、導電性の上部電極を、同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、被着プロセスおよび／またはエッチングプロセスによって形成するステップと、
− 製造された各電子チップを機械的に分離するために、基板の切断を行うステップ。
【００３２】
この集合的な製造の方法の実施形態は、次の特性を有する場合がある。
− この方法は、同一の基板上に製造された全電子チップのトランスデューサの全てに対して同時に、上部電極の、焦電材料層が形成されている側と反対側の上面の酸化を行うステップを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による温度パターン検出器の概要図である。
【図２】図１の温度パターン検出器の検知面上のピクセルの分布を示す部分概要図である。
【図３】相異なる２つの状況において、図１の温度パターン検出器の検出ピクセルによって測定される温度変化を示すグラフである。
【図４】図１の温度パターン検出器の通常ピクセルの断面概要図である。
【図５】図４の通常ピクセルの下部電極の平面概要図である。
【図６】図１の温度パターン検出器の較正ピクセルの断面概要図である。
【図７】図１の温度パターン検出器の検出ピクセルの読み取り回路の概要図である。
【図８】図１の温度パターン検出器の電子チップの製造方法を説明するフローチャートである。
【図９】図１の温度パターン検出器の電子チップを較正する方法を説明するフローチャートである。
【図１０】図９の方法の遂行中になされる測定の結果を示すグラフである。
【図１１】図１の温度パターン検出器の読み取り回路の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付図面を参照して、単に非限定的な例として示す以下の説明を読むことによって、本発明をより明瞭に理解することができると思う。
【００３５】
添付図面において、同等の要素には、同一の符号が付してある。
【００３６】
以下の記述において、当業者に公知の特性および機能については、詳細に説明しない。
【００３７】
図１は、温度パターン検出器２を示している。
【００３８】
温度パターンは、温度パターン検出器２の電子チップ３によって検出可能な物体の熱的特性の非一様な空間分布を示している。物体は、一般に、このような温度パターンをもたらす。この実施形態においては、温度パターン検出器２によって、指紋から温度パターンが検出される。
【００３９】
用語「熱的特性」は、熱容量および熱伝導率の関数である、物体の特性を意味している。
【００４０】
以下の記述において、温度パターン検出器２は、特に指紋を検出するように適合化されている特定の場合について説明する。この特定の場合には、温度パターン検出器２は、指紋検出器として、より一般的に知られている。
【００４１】
電子チップ３は、読み取られる温度パターンを発生させる物体が押し付けられるべき検知面４を有している。本明細書においては、この物体は、その表皮を検知面４に密着させられる指６である。指６の表皮上の指紋は、凸部８が凹部１０によって分離されている形状を呈している。図１においては、凸部８および凹部１０がはっきりと識別されるように、指６は相当に拡大されている。
【００４２】
指６が検知面４上にあるときに、凸部８だけが、検知面４に直接接している。対照的に、凹部１０は、空気によって、検知面４から空間的に離されている。したがって、指６と検知面４との間の熱伝導は、凹部１０におけるよりも、凸部８において、より良好である。したがって、指紋は、電子チップ３によって読み取ることができる温度パターンと一致する。
【００４３】
この読み取りのために、電子チップ３は、その検知面４の全体にわたって、互いに近接して配置されている多数の検出ピクセルＰijを有している。検出ピクセルＰijは、温度変化を検出することができる最小単位の面エリアを形成している。検出される温度変化は、検出ピクセルＰijが凸部８に接しているか、または凹部１０に面しているかによって、検出ピクセルＰij毎に変化する。
【００４４】
これらの検出ピクセルＰijは、同一の基板１６上に形成されている。
【００４５】
互いに近接して分布している検出ピクセルＰijの一例を、図２に示す。この例においては、検出ピクセルＰijは、行および列状に分布しており、検出ピクセルのマトリクスを形成している。例えば電子チップ３は、それぞれに少なくとも１００個または１５０個の検出ピクセルから成る、少なくとも２つまたは５つの行を有している。
【００４６】
各検出ピクセルは、検知面４の一区画を定めている。検知面４のこれらの区画は矩形形状を呈しており、図２において破線で画定されている。各区画の表面積は１ｍｍ2未満であり、好ましくは０．０５ｍｍ2未満、または０．０１ｍｍ2未満、または０．００５ｍｍ2未満である。この例においては、各検出ピクセルＰijによって定められる、検知面４のこの区画は、各辺が５０μｍの正方形状を呈している。隣接し合う２つの検出ピクセルの幾何学的中心間の距離は１ｍｍ未満であり、好ましくは０．５ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満、または０．０１ｍｍ未満、または０．００１ｍｍ未満である。この例においては、隣接し合う２つの検出ピクセルの幾何学的中心間の距離は５０μｍである。
【００４７】
各検出ピクセルには、次のものが設けられている。
− 温度変化を電位差に変換することができるトランスデューサ。
− このトランスデューサに接する物体を加熱することができる加熱レジスタ。
【００４８】
電位差は、電子チップ３の較正後に、この電位差を温度変化に直接変換することができるという意味で、温度変化の「測定結果」を表している。
【００４９】
この加熱レジスタは、特許文献３に開示されているような能動的検出方法の実行を可能にする。この能動的検出方法の動作原理を、図３を参照して説明する。図３において、実線は、指６の凸部８に直接接しているトランスデューサの温度の時間変化を表わしている。一方、破線の曲線は、凹部１０に面しているトランスデューサの温度の時間変化を表わしている。ある検出ピクセルのトランスデューサが、凸部８に直接接しているときには、この検出ピクセルの加熱レジスタから放出された熱の一部分が、指６に直接伝達されるから、このトランスデューサの温度は、相対的にゆるやかに上昇する。対照的に、ある検出ピクセルのトランスデューサが、凹部１０に面しているときには、このトランスデューサと指６との間の熱伝導は比較的小さく、この検出ピクセルの加熱レジスタから放出された熱によって、この検出ピクセルの温度は比較的急速に上昇する。したがって、時刻ｔ0とｔ1との間の温度変化が、トランスデューサによって測定されたときに、凸部８に直接接している検出ピクセルのトランスデューサによって測定される温度変化ΔＴdは、凹部１０に面している検出ピクセルのトランスデューサによって測定される温度変化ΔＴ1よりも小さい。温度変化のこの違いによって、検知面４のそれぞれの位置上に凹部が存在しているのか、それとも凸部が存在しているのかを検出することができる。
【００５０】
能動的検出方法は、とりわけ、検出ピクセルの初期温度が、温度パターンをもたらす物体の初期温度に近接しているか、もしくは同一である場合にも動作することができるという事実を含めて、いくつかの利点を有している。さらに、各検出ピクセルの加熱レジスタから放出される熱量の制御によって、コントラストを調整することが可能である。
【００５１】
各検出ピクセルＰijは、各検出ピクセルＰijによって行われる、温度変化の測定値を読み取るための読み取り回路１４に電気的に接続されている。読み取り回路１４は、より詳細には、次のことを行うことができる。
− 読み取るべき１つ以上の検出ピクセルＰijの選択。
− 選択された１つ以上の検出ピクセルの加熱レジスタの制御。
− 選択された１つ以上の検出ピクセルのトランスデューサによって測定された温度変化の読み取り。
【００５２】
通常、この読み取り回路は、検出ピクセルＰijが形成される基板である剛性の基板１６のエッチング、および／または基板１６への被着によって形成される。基板１６は、例えばシリコンまたはガラスから成っている。
【００５３】
温度パターン検出器２は、さらに、有線リンク２２を介して電子チップ３に接続されている電子計算機２０を備えている。この電子計算機２０は、例えば電子チップ３を駆動するための駆動モジュール２４、および処理モジュール２６を具備している。
【００５４】
駆動モジュール２４は、検出ピクセルによってなされた測定に基づいて温度パターンを読み取るために用いられる。より詳細には、この駆動モジュール２４は、検出ピクセルの測定値、および検出ピクセル同士のあらかじめ知られている位置関係の関数として、各ピクセルによって検出された凸部と凹部とのマップを作成することができる。
【００５５】
この駆動モジュール２４は、さらに、電子チップ３の較正のための較正サブモジュール２８を具備している。この較正サブモジュール２８の動作を、図９を参照して、後で説明する。
【００５６】
処理モジュール２６は、読み取られた温度パターンと、あらかじめ記憶されている、温度パターンのデータベースとを比較して、特定の温度パターンを識別することができ、その結果に応じて、例えば建物への進入などのいくつかの行動を許可するか、またはその逆に禁止する。
【００５７】
それに替えて、またはそれに加えて、処理モジュール２６は、さらに、読み取られた温度パターンを、スクリーン上に表示することができる。これによって、例えば読み取られた温度パターンを拡大することができる。
【００５８】
通常、電子計算機２０は、情報記録媒体にあらかじめ記録されている命令を実行することができる、プログラム可能な少なくとも１つの電子計算機である。この実行を可能にするために、電子計算機２０は、図９および図１１の方法を実行するために必要な命令、およびデータを記憶しているメモリ３０に接続されている。具体的には、メモリ３０は、電子チップ３の較正に必要な温度変化ΔＴ1ref、ΔＴ2ref、およびΔＴcrefの値を記憶している。これらの値については、図９を参照して、後に説明する。
【００５９】
電子チップ３は、次の２つのタイプの検出ピクセルＰij、すなわち、Ｐnijとして表示されている「通常」ピクセル、およびＰcijとして示されている「較正」ピクセルを有している。通常ピクセルＰnijは、それらが電子チップ３の検出ピクセルの大多数（例えば検出ピクセルＰijの９０％を超過する）を占めているために、「通常」の名称が冠せられている。通常ピクセルＰnijは全て、互いに同等である。用語「同等」は、通常ピクセルＰnijの全てが、同一の熱特性を有しており、かつ同一の作製方法によって作製されているということを意味している。図４は、電子チップ３の通常ピクセルＰnijの特定の一実施例を示している。
【００６０】
通常ピクセルＰnijは、上部電極４０および下部電極４２を有しており、それらの間には、焦電材料層４４が被着されている。
【００６１】
上部電極４０は、電子チップ３の全ての検出ピクセルに対して共通である。この上部電極４０は、パッド４６を介して接地されている。検知面４に指６が押し付けられているときには、上部電極４０は、この指６と焦電材料層４４との間に位置している電極である。したがって、上部電極４０は、焦電材料層４４に、熱を効果的かつ迅速に導くように作られている。この例においては、上部電極４０は、良好な熱伝導体、すなわち１０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1を超過する熱伝導率を有する材料で作られている。さらに、上部電極４０の厚さは薄い、すなわち１００μｍ未満、好ましくは１μｍ未満の厚さである。この例においては、上部電極４０は、モリブデン（Ｍｏ）で作られている。
【００６２】
この実施形態においては、焦電材料層４４は、窒化アルミニウムで作られている。用語「作られている」は、層がほとんど同一の材料で作られていることを意味している。したがって、窒化アルミニウムは、焦電材料層４４の９０質量％、好ましくは９５質量％を超過している。さらに、焦電材料層４４は、電子チップ３の全ての検出ピクセルに対して共通である。焦電材料層４４の厚さは、０．５μｍまたは０．６μｍを超えており、１μｍを超えていると有利である。焦電材料層４４の厚さが厚いほど、焦電材料層に発生する電荷量は、より多くなる。この例においては、焦電材料層４４の厚さは、およそ２〜３μｍである。この焦電材料層４４は、温度変化を、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差に変換する。
【００６３】
下部電極４２の各々は、対応する検出ピクセルに専用の電極であり、他の検出ピクセルの下部電極から電気的に絶縁されている。下部電極４２から、検出ピクセルＰijにおける焦電材料層４４によって発生した電位差を読み取ることができる。この下部電極は、例えばモリブデンで作られており、その厚さは５０ｎｍである。
【００６４】
通常ピクセルＰnijは、さらに、下部電極４２を形成するために用いられた層と同じ層から形成された加熱レジスタ４６を有している。この加熱レジスタ４６は、能動的検出方法を遂行するために、焦電材料層４４を加熱する。
【００６５】
下部電極４２および加熱レジスタ４６は、導電トラック４８（図４において、破線で表わされた矩形で示されている）を介して、読み取り回路１４に接続されている。
【００６６】
通常ピクセルＰnijは、さらに、摩耗、化学的腐食、および酸化から上部電極４０を保護するための保護層４９を、上部電極４０上に被着されている。この保護層は、良好な熱伝導体である材料で作られている。さらに、この保護層の厚さは薄い。例えば保護層４９の厚さは１００μｍより相当に薄く、好ましくは１０μｍ未満である。例えば保護層４９は、数μｍの厚さを有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の層である。
【００６７】
図５は、各加熱レジスタ４６が、１ｋΩを超過する抵抗を有しており、同時に、各通常ピクセルＰnijの表面積の１５％未満の表面積しか占めていない、加熱レジスタ４６の特定の一レイアウトを示している。加熱レジスタ４６は、下部電極４２の作製に用いた層と同じ層のエッチングによって得られるから、この例においては、下部電極４２と同じく、モリブデンで作られている。加熱レジスタ４６は、蛇行形状の帯状抵抗体である。より詳細には、この帯状抵抗体は、互いに平行に延在している、いくつかの第１ストランド５２〜５５を、その構成要素としている。これらの第１ストランドは、直列に接続されている。この直列接続を可能にするために、第１ストランド５２〜５５の一端または両端が、これらの第１ストランドに直交している第２ストランド５６〜５８によって互いに接続されている。加熱レジスタ４６は、下部電極４２を、３つの同等の矩形形状のプレート６０〜６２に分割している。各プレート６０〜６２は、例えば４９μｍの長さ、および１５μｍの幅を有している。帯状抵抗体を、プレート６０〜６２から電気的に絶縁するために、帯状抵抗体は、各プレート６０〜６２から、０．５μｍだけ隔てられている。帯状抵抗体の幅は０．５μｍであり、全長は２５０μｍである。帯状抵抗体の厚さが下部電極の厚さに等しい、すなわち５０ｎｍであるから、帯状抵抗体が、１０μΩ・ｃｍの抵抗率を有するモリブデンで作られている場合には、２つの端６４と６６との間のこの帯状抵抗体の抵抗は約１ｋΩである。このような構造においては、加熱レジスタ４６は、通常ピクセルＰnijの表面積の１２％未満の表面積しか占めない。
【００６８】
プレート６０〜６２は、垂直ピン７０〜７２を介して互いに短絡されている（図４）。
【００６９】
さらに、加熱レジスタ４６の２つの端６４および６６は、垂直ピンを介して、導電トラック４８に接続されている。
【００７０】
電子チップ３の較正を容易にするために、通常ピクセルＰnijの熱的特性と異なる熱的特性を有する少なくとも１つの較正ピクセルＰcijが、さらに、電子チップ３に設けられている。
【００７１】
図６は、そのような較正ピクセルＰcijの一例を示している。較正ピクセルＰcijは、保護層４９上に追加層７０が被着されているという点を除いて、通常ピクセルＰnijと同等である。この追加層７０のために、較正ピクセルＰcijの熱容量および／または熱伝導は、通常ピクセルＰnijの熱容量、および／または熱伝導と異なっている。したがって、同一の条件下では、加熱レジスタ４６の電源が入れられた後の、ある時刻ｔ1において、較正ピクセルＰcijで測定された温度変化は、通常ピクセルＰnijで測定された温度変化と異なる。
【００７２】
図７は、読み取り回路１４の一実施例を示している。図７において、読み取られる検出ピクセルＰijが、上部電極４０を接地されており、かつ下部電極４２を読み取り回路１４に接続されているキャパシタとして、記号で表わされている。
【００７３】
読み取り回路１４は、電子チップ３の検出ピクセルのうちの任意の１つの下部電極４２の電位をリセットするための１セットのトランジスタを有している。図７を単純化するために、このセットのうちの１つのトランジスタ８０しか示されていない。このトランジスタ８０は、導通時に、下部電極４２を初期電位、すなわちリセット電位Ｖrに電気的に接続し、非導通時に、下部電極４２の電位を浮遊状態にする。下部電極４２の電位が浮遊状態にあるときに、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差ΔＶpは、温度変化ΔＴの関数である。電位差ΔＶpと温度変化ΔＴとの間の関係は、例えば関係式〔ΔＶp＝ｙ×Ｃ×ΔＴ／（ε0×εr）〕によってモデル化される。この関係式において、
− Ｃは、焦電材料層４４の厚さであり、
− ｙは、焦電材料層４４を作るために用いられた焦電材料の焦電係数であり、
− ε0およびεrは、それぞれ真空の絶対誘電率および用いられた焦電材料の比誘電率である。
【００７４】
読み取り回路１４は、さらに、電子チップ３の検出ピクセルＰijのうちの任意の１つの選択を、その検出ピクセルの導通時に可能にする１セットのトランジスタを有している。図７では、単純化のために、このセットのうちのただ１つのトランジスタ８２しか示していない。トランジスタ８２は、その導通時に、選択された検出ピクセルの下部電極４２を、その検出ピクセルの電位差ΔＶpを増幅するアナログ増幅器８４に電気的に接続する。
【００７５】
読み取り回路１４は、さらに、アナログ増幅器８４から出力された、増幅されたアナログ信号をサンプルしてデジタル化し、そのデジタル化された信号を、電子計算機２０に伝達することができるアナログ／デジタルコンバータ８６を有している。このアナログ／デジタルコンバータ８６は、アナログ／デジタルコンバータ８６によってサンプルされるべき電圧の範囲を定める極限値ＢminおよびＢmaxを記憶する揮発性メモリ８８に接続されている。
【００７６】
最大感度を得るためには、理想的には、極限値Ｂminは、通常ピクセルＰnijが、最大可能な熱伝導率を有する凸部８に直接接しているときに、通常ピクセルＰnijによって測定される温度変化ΔＴdに一致しているべきである。同様に、理想的には、極限値Ｂmaxは、通常ピクセルＰnijが、空気にしか接していないときに、通常ピクセルＰnijによって測定される温度変化ΔＴ1に一致しているべきである。
【００７７】
これらの極限値ＢminおよびＢmaxは、通常ピクセルＰnijの熱的特性に依存するが、さらに、とりわけ、読み取り回路１４の各電子部品の電気的特性に依存する。実際には、通常ピクセルの特性寸法は、１マイクロメートルよりかなり大きく、１０マイクロメートルの程度である。したがって、通常ピクセルのトランスデューサを作製する際の、１マイクロメートル未満のいかなるわずかの不正確さも、通常ピクセルの熱的特性にほとんど影響を与えない。したがって、通常ピクセルの熱的特性の反復性および再現性は良好である。
【００７８】
対照的に、トランジスタ８０および８２などの、読み取り回路１４の電子部品は、１マイクロメートルよりかなり小さい特性寸法を有している。したがって、電子部品のうちの１つの作製中に、上述の不正確さと等しい、１マイクロメートル未満の不正確さが発生すると、その不正確さによって、その電子部品の動作モードは非常に異なったものになる。したがって、読み取り回路１４の電気的特性の反復性および再現性は、はるかに劣る。したがって、同一の製造方法が用いられている場合には、電子チップ間で、通常ピクセルの熱的特性は、実質的に一定であるとみなすことができる。対照的に、同一の製造方法が用いられたとしても、電子部品の電気的特性は、電子チップ間で、はるかに大きく変化する。
【００７９】
電子チップ３の集合的な製造方法を、図８を参照して、より詳細に説明する。いくつかの電子チップが、同一の基板上に同時に製造されるから、この製造方法は集合的である。
【００８０】
最初に、ステップ１００において、製造される各電子チップの読み取り回路１４および各導電トラック４８を、同一の基板１６のエッチングによって形成する。
【００８１】
次に、ステップ１０２において、下部電極、および加熱レジスタの２つの端６４および６６を、導電トラック４８に接続するために、垂直ピン７０〜７２などの垂直ピンを作製する。
【００８２】
次いで、ステップ１０４において、ステップ１０２で作製された各垂直ピンと電気的に接続されるように、基板の上面全体上に、モリブデン層を一様に被着する。
【００８３】
ステップ１０６において、ただ１回の操作によって、各電子チップの各トランスデューサの各下部電極と、同時に、各電子チップの各検出ピクセルの各加熱レジスタ４６とを形成するために、このモリブデン層を、例えばフォトリソグラフィによってエッチングする。
【００８４】
その後、ステップ１０８において、ただ１回の操作によって、各電子チップの各トランスデューサの焦電材料層４４を形成するために、基板の上面全体上に、窒化アルミニウム層を被着する。
【００８５】
ステップ１１０において、上部電極の接地接続のためのパッド４６を形成するために、例えばフォトリソグラフィによって、この窒化アルミニウム層をエッチングする。
【００８６】
ステップ１１２において、各電子チップの全トランスデューサに対して共通の上部電極を形成するために、基板の上面全体に、モリブデン層を被着する。
【００８７】
ステップ１１４において、所望の色を得るために、上部電極を、あらかじめ定められた深さまで酸化させる。得られる色は、酸化の深さに依存する。この酸化は、上部電極の上面の全体にわたって一様に行ってもよいし、または例えばロゴを描くために、上部電極の上面の若干の部分だけに選択的に行ってもよい。
【００８８】
上部電極は、モリブデンの熱的・電気的性質を最大限に保つために、その厚さの一部分だけが酸化される。
【００８９】
次に、ステップ１１６において、基板の上面全体上に、保護層４９が被着される。
【００９０】
このステップ１１６中に、較正ピクセルＰcijの追加層７０も作製される。例えば保護層４９に用いられる材料と同じ材料が、較正ピクセルＰcij上だけに、他の部分より厚く被着される。
【００９１】
最後に、ステップ１１８において、同一の基板上に製造された各電子チップを、機械的に互いに分離するために、この基板を分割する。
【００９２】
このように製造されると、各電子チップは、温度パターン検出器２のような検出器に用いられる。しかしながら、温度パターン検出器としての使用前に、その感度を最大にするために、各電子チップは較正される。
【００９３】
このような電子チップの較正方法を、図９を参照して説明する。
【００９４】
図９の方法においては、最初に、基準電子チップにおける測定を行い、次いで、その測定結果を、各電子チップの較正のために用いる。基準電子チップは、較正される電子チップのトランスデューサと同等のトランスデューサを有している。例えば基準電子チップは、較正される電子チップと同等である、すなわち、基準電子チップと較正される電子チップとは、同じ製造方法によって製造される。同じ製造方法を用いたとしても、製造の不正確さのために、基準電子チップと較正される電子チップとの読み取り回路１４は、同一の電気的特性を有しないということが起こり得る。
【００９５】
最初に、ステップ１３０において、基準電子チップの通常ピクセルＰnijの少なくとも１つを、第１の熱的特性を有する第1の要素に直接接するように配置する。この第１の要素は、温度パターン検出器２の使用中に遭遇する可能性のある最低の熱伝導を有する要素に一致するように選ばれる。この例においては、第１の要素は例えば周囲空気である。
【００９６】
次に、ステップ１３２において、この通常ピクセルＰnijによって測定された温度変化ΔＴ1refを、基準電子チップの読み取り回路１４によって読み取る。検出ピクセルを介して、温度変化ΔＴを読み取る方法については、図１１を参照して、後に、より詳細に説明する。
【００９７】
ステップ１３０と同時に、ステップ１３４において、基準電子チップの較正ピクセルＰcijも、第１の要素すなわち周囲空気に接するように配置する。次いで、ステップ１３６において、読み取り回路１４が、較正ピクセルＰcijによって測定された、対応する温度変化ΔＴcrefを読み取る。
【００９８】
したがって、ステップ１３２および１３６における測定は、周囲空気に対してなされる。この場合に、本明細書においては、「非接触測定」という用語を用いる。
【００９９】
その後、ステップ１３８において、基準電子チップの通常ピクセルＰnijの少なくとも１つを、第１の要素の熱的特性と異なる熱的特性を有する第２の要素と接するように配置する。第２の要素は、温度パターン検出器２の通常の使用中に遭遇する可能性のある最高の熱伝導を示す要素と一致するように選ばれる。皮膚すなわち表皮は、相当に水を含んでいるから、本明細書においては、第２の要素は、近似的に水とする。
【０１００】
ステップ１４０において、この通常ピクセルＰnijによって測定された温度変化ΔＴ2refを読み取るために、基準電子チップの読み取り回路１４を用いる。
【０１０１】
ステップ１４２において、温度変化ΔＴ1ref、ΔＴcref、およびΔＴ2refが、基準電子チップの製造に用いられた製造方法と同じ製造方法によって製造された電子チップを用いている任意の温度パターン検出器２のメモリ３０に記憶される。これらの温度変化は、例えば較正サブモジュール２８のコードに記録される。
【０１０２】
一般に、温度変化ΔＴcrefは、通常ピクセルＰnijが、第１の要素と第２の要素との熱的特性の中間の熱的特性を有する物体と接するように配置されたならば測定されると思われる温度変化に相当する。したがって、ステップ１３０〜１４０において、基準電子チップで測定された温度変化ΔＴ1ref、ΔＴcref、およびΔＴ2refは、通常ピクセルＰnijと接するように配置される物体の熱的特性の関数として、同一のグラフ（図１０）上に表わすことができる。このグラフにおいて、測定される温度変化は、物体の熱的特性の関数として、線形に変化すると仮定されている。
【０１０３】
第２の段階として、較正される電子チップが組み込まれている温度パターン検出器２のメモリ３０に記憶されている温度変化ΔＴ1ref、ΔＴcref、およびΔＴ2refを用いて、較正される電子チップが較正される。
【０１０４】
より詳細には、ステップ１４４において、第２の（較正される）電子チップの通常ピクセルＰnijの少なくとも１つ、および較正ピクセルＰcijの少なくとも１つが、ステップ１３０の場合と同様に、第１の要素すなわち周囲空気と接するように配置される。
【０１０５】
ステップ１４６において、較正される電子チップの読み取り回路１４が、通常ピクセルＰnijおよび較正ピクセルＰcijによってそれぞれ測定された温度変化ΔＴ1およびΔＴcを読み取る。したがって、非接触測定が、ステップ１４６において行われる。
【０１０６】
次に、ステップ１５４において、較正される電子チップのいずれかの通常ピクセルＰnijが、第２の要素、すなわち水と接するように配置されたとすれば、その通常ピクセルＰnijによって測定されると思われる温度変化ΔＴ2が、実際には、その通常ピクセルＰnijを水と接するように配置することなく決定される。より詳細には、温度変化ΔＴ2は、それを、測定された温度変化ΔＴ1およびΔＴcに関連付ける、あらかじめ定められた関係式に基づいて決定される。この関係式は、温度変化ΔＴ1ref、ΔＴ2ref、およびΔＴcrefから決定される。
【０１０７】
説明を簡単にするために、測定される温度変化ΔＴは、検知面４に押し付けられる物体の熱的特性の関数として、線形に変化すると仮定する。したがって、例えば物体の熱的特性に比例する、差（ΔＴ2ref−ΔＴ1ref）と（ΔＴ1ref−ΔＴcref）との比αを定めることができる。この比αは、全ての電子チップにわたって一定に維持されると仮定する。検出ピクセルの熱的特性が、全ての電子チップにわたって、読み取り回路１４の電気的特性より安定しているから、この仮定は妥当である。これらの条件においては、温度変化ΔＴ2を、測定された温度変化ΔＴ1およびΔＴcに関連付ける、あらかじめ定められた関係式は、例えば次のようになる。
ΔＴ2＝ΔＴ1−（ΔＴ2ref−ΔＴ1ref）（ΔＴ1−ΔＴc）／（ΔＴ1ref−ΔＴcref）
【０１０８】
ステップ１５６において、較正サブモジュール２８は、電子チップの設定、すなわち電子チップの設定のための少なくとも１つのパラメータの決定のために、温度変化ΔＴ1およびΔＴ2を用いる。電子チップの設定のための各パラメータが変更されると、その変更によって、電子チップの動作または性能も変更される。この電子チップの設定には、読み取り回路１４の感度の調整が含まれる。より詳細には、電子チップの設定のためのパラメータは、アナログ／デジタルコンバータ８６の２つの極限値ＢminおよびＢmaxである。これらの極限値は、温度変化ΔＴ1およびΔＴ2に基づいて、読み取り回路１４の感度を最大にするように計算される。例えば極限値Ｂminは温度変化ΔＴ2と一致し、極限値Ｂmaxは温度変化ΔＴ1と一致する。この計算は、例えば較正サブモジュール２８によって行われる。次いで、極限値ＢminおよびＢmaxの値が、揮発性メモリ８８に記憶される。
【０１０９】
ステップ１５４および１５６は、電子チップの較正の段階を形成している。この較正の段階は、電子チップの電源が入れられるたびに、温度パターンの検出のために電子チップが使用される前に、常に実行される。
【０１１０】
電子チップの電源が入れられるたびに、較正サブモジュール２８によって、この較正方法を実行することが好ましい。その場合には、温度変化ΔＴ1ref、ΔＴ2refおよびΔＴcref、または比αを、電子チップ３自体に記憶させる必要はない。
【０１１１】
ここで、温度パターン検出器２、より詳細には読み取り回路１４の動作を、図１１を参照して、説明する。
【０１１２】
読み取り回路１４は、温度パターンを読み取るために、電子チップ３の各通常ピクセルＰnijによる測定値を得る。これを可能にするために、最初に、ステップ１６０において、下部電極４２をリセット電位Ｖrに接続するように、トランジスタ８０が駆動される。通常、測定される温度変化が電圧増加をもたらす場合には、リセット電位はローであり、その反対に、測定される温度変化が電圧減少をもたらす場合には、リセット電位はハイである。
【０１１３】
次に、ステップ１６２において、読み取り回路１４は、通常ピクセルＰnijを加熱するために、加熱レジスタ４６に電流を流す。必要に応じて、ステップ１６２において、読み取り回路１４は、さらに、測定に用いられる通常ピクセルに直接隣接している全ての通常ピクセルの加熱レジスタの両端間に電流を流してもよい。これによって、伝達される熱量が増す。
【０１１４】
次いで、ステップ１６４において、トランジスタ８０は、非導通状態になるように駆動される。したがって、下部電極４２の電圧は浮遊状態になり、この時点から、温度変化が追跡される。トランジスタ８０のこの非導通状態の開始は、もっぱら、加熱レジスタ４６の電源が入れられた後に行なわれ、したがって、加熱レジスタの始動に伴う擾乱は、通常ピクセルＰnijのその後の動作に影響を及ぼさない。
【０１１５】
ステップ１６６において、通常ピクセルＰnijを選択するためのトランジスタ８２が駆動される。この時点から、下部電極４２は、アナログ増幅器８４を介して、アナログ／デジタルコンバータ８６に電気的に接続される。次に、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差がサンプルされ、次いで、電子計算機２０に伝達される。
【０１１６】
その後、ステップ１６８において、上部電極４０と下部電極４２との間の電位差の読み取りの後に、加熱レジスタ４６への給電が停止される。
【０１１７】
電子チップ３の全ての通常ピクセルＰnijに対して、ステップ１６０〜１６８が繰り返される。電子チップ３の全ての通常ピクセルＰnijに対するこの繰り返しによって、温度パターンのマップを作成することができる。通常、毎秒１００枚または１０００枚を超過するマップを作成することができる。
【０１１８】
ステップ１７２において、温度パターンを明示するために、またそれに呼応して何らかのアクションを起こすために、作成された各マップが、処理モジュール２６によって処理される。
【０１１９】
多くの他の実施形態が可能である。例えば上部電極および下部電極は、タングステンまたはチタンなどの、他の材料で作られる場合がある。
【０１２０】
上部電極は、必ずしも、全ピクセルに対して共通である必要はない。
【０１２１】
保護層は省略されるか、または窒化アルミニウム以外の材料で作られる場合がある。保護層が省略された場合には、検出すべき温度パターンをもたらす物体は、上部電極上に直接載せられることになる。保護層を別の材料で作る場合には、窒化ケイ素で作ることができる。
【０１２２】
焦電材料層は、必ずしも、窒化アルミニウムで作られる必要はない。実際、焦電材料層は、窒化アルミニウムと、上部電極と下部電極との間の電荷の流れを妨げない１つ以上の他の材料との混合物であってもよい。この場合に、この混合物中の窒化アルミニウムの割合は、少なくとも１０、２５、５０、または７５質量％である。他の材料は、それ自体が焦電材料である場合もあるし、焦電材料でない場合もある。
【０１２３】
本明細書の全ての実施形態において、窒化アルミニウムを、ＩＩＩ−Ｖ窒化物で構成されるグループから選ばれた窒化物、または窒化物の混合物に置き換えることができる。具体的には、焦電材料層は、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムで構成されるグループから選ばれた窒化物、または窒化物の混合物をベースとしている場合がある。
【０１２４】
下部電極と上部電極との間に、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとした焦電材料層に加えて、１層以上の他の層が組み込まれている場合がある。トランスデューサが動作するように、この組み込み層、またはこれらの組み込み層の各々は、下部電極と上部電極との間の電荷の流れを妨げない材料で作られている。この組み込み層、またはこれらの組み込み層は、別の焦電材料で作られている場合がある。例えば下部電極と上部電極との間に、少なくとも１層の窒化アルミニウム層が、ＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）または炭素から成る組み込み層の上または下に積層されている。
【０１２５】
加熱レジスタは、上部電極を形成するためにエッチングされた材料層と同じ材料層から形成されている場合がある。
【０１２６】
帯状抵抗体を薄くすることによって、加熱レジスタ４６の抵抗を増やすことができる。
【０１２７】
別の実施形態において、加熱レジスタは、いくつかの検出ピクセルに対して共通である場合がある。この場合には、例えば帯状抵抗体の２つの端６４と６６との間に、いくつかの検出ピクセルが配置されている。
【０１２８】
別の一実施形態において、加熱レジスタは、下部電極を、いくつかのプレートに分割していない。例えば加熱レジスタは、下部電極の外側周縁に沿って延在するように形作られている場合がある。例えば加熱レジスタは、この下部電極の外側周縁の８０％を超過して、その外側周縁に延在している。
【０１２９】
さらに、加熱レジスタは、下部電極の下部に埋め込まれており、必ずしも、下部電極と同じ高さに作られていない場合がある。
【０１３０】
さらに、較正サブモジュール２８が、電子チップ内に組み込まれている場合がある。その場合には、較正サブモジュール２８は、基板１６内に、ハードウェアの形態で組み込まれていることが好ましい。
【０１３１】
温度変化ΔＴ1およびΔＴ2の値を、アナログ／デジタルコンバータの感度の設定以外の用途にも用いることができる。電子チップを第２の要素に接するように配置することなく決定された温度変化ΔＴ2を用いるいかなるステップも、較正ステップであるとみなすことができる。例えばこれらの温度変化ΔＴ1およびΔＴ2は、測定された信号が限界値ＢminAとＢmaxAとの間に含まれている場合にのみ、測定された信号を増幅するようにアナログ増幅器を設定するために用いられる。例えば限界値ＢminAは、温度変化ΔＴ1の関数として調整され、増幅器の利得は、温度変化ΔＴ1およびΔＴ2の関数として設定される。
【０１３２】
いくつかの較正ピクセルＰcijを用いることができる。これらの較正ピクセルは、必ずしも、それらの全てが同じ熱的特性を有している必要はない。特に、温度変化ΔＴc、ΔＴ1、ΔＴ2の間の関係が線形でない場合には、第２の要素を電子チップに押し付ける必要なく、温度変化ΔＴ2を決定するために、相異なる熱的特性を有する、いくつかの較正ピクセルが用いられる。
【０１３３】
さらに、相異なる熱的特性を有するいくつかの較正ピクセルが用いられる場合には、温度変化ΔＴ1を特定するために、通常ピクセルＰnijの非接触測定による電位差の測定を必要としない。例えば温度変化と物体の熱的特性の変化との間の関係が線形である場合には、通常ピクセルＰnijでなんらの測定もなすことなく温度変化ΔＴ2を特定するために、相異なる熱的特性を有する２つの較正ピクセルがあるだけで十分である。
【０１３４】
上述の較正方法において、通常ピクセルＰnijと較正ピクセルＰcijとの役割を反対にすることができる。
【０１３５】
さらに、較正ピクセルが第１の要素に接しているときに、第２の要素に接しているときの温度変化と一致する温度変化を測定することができるように、熱的特性を変更された較正ピクセルを設けることも可能である。例えば追加層７０を、水カプセルに替えることができる。
【０１３６】
較正ピクセルＰcijのいくつかの別の実施形態が可能である。ヒートシンクとして働かせて、較正ピクセルＰcijがあまりにも急速に加熱されることを防止するために、例えばかなりの量の金属を、その加熱レジスタの近傍に配置することができる。
【０１３７】
別の一実施形態においては、較正ピクセルＰcijの加熱レジスタを、通常ピクセルＰnijの加熱レジスタに比して、小さくする。
【０１３８】
トランスデューサの読み取り回路は、必ずしも、温度パターン検出器の全ての検出ピクセルに対して共通である必要はない。例えば一変形例として、第１の読み取り回路は、通常ピクセルの読み取り用に作られており、第１の読み取り回路から独立した第２の読み取り回路は、較正ピクセルの読み取り用に作られている。
【０１３９】
焦電材料としてＩＩＩ−Ｖ窒化物、詳細には窒化アルミニウムをベースとした焦電材料層を、受動検出ピクセルと能動検出ピクセルとの両方に用いることができる。受動検出ピクセルは、加熱レジスタを欠いている検出ピクセルである。したがって、受動検出ピクセルは、温度パターンを明示するために物体を加熱せずに、物体の温度だけを利用する。
【０１４０】
検知面に接した物体を静止させることもできるし、対照的に、その検知面に沿って移動させることもできる。例えば指を、検知面に沿ってスイープさせることができる。このようなスイープによって、検知面の表面積より相当に広い面積にわたる温度パターンを読み取ることが可能になる。このような方法は、特許文献４に開示されている。
【０１４１】
単一の電子チップが、この電子チップの基板のエッチングまたは基板上への被着によって形成された、検出ピクセルの１つ以上のマトリクスおよび１つ以上の読み取り回路を備えている場合がある。
【０１４２】
温度パターン検出器２の多くの他の応用が可能である。温度パターン検出器２は、指紋における温度パターンの検出だけではなく、特に、紙幣や織物などの、温度パターンをもたらす任意の物体における温度パターンの検出を可能にする。
【０１４３】
例えば、検知面と物体とを直接接するように配置することは、すべての応用例において必須であるわけではない。したがって、本明細書における電子チップを、温度カメラとして用いることもできる。
【０１４４】
さらに、温度パターンを示すために、物体が凸部と凹部とを有していることは必須ではない。実際、物体の表面は、一様に平坦である場合がある。この場合には、温度パターンは、電子チップの検出ピクセルによって検出可能な、熱的特性の局所的な差に対応している。物体は、例えば指紋が完全に摩滅した指である場合がある。実際、特許文献５に開示されているように、表皮は、もはやいかなる凹部も凸部も有していない場合でさえ、依然として、電子チップによって検出可能な、熱的特性の局所的な差を有している。
【０１４５】
上部電極の上面の酸化を、上述の検出ピクセルの他の特性と無関係に行うことができる。例えば上部電極の酸化を、窒化アルミニウムまたはＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとした焦電材料層と異なる焦電材料層で行うことができる。
【０１４６】
同様に、本発明の加熱レジスタの種々の実施形態を、トランスデューサの他の特性と無関係に施すことができる。例えば電極をいくつかのプレートに分割する帯状抵抗体による、加熱レジスタの形成を、上述の検出ピクセルの他の特性と無関係に行うことができる。特に、電極のこの構造を、焦電材料が用いられるいかなる場合にも応用することができる。
【０１４７】
最後に、本発明の較正方法を実行するために必要な温度パターン検出器の種々の特性を、この温度パターン検出器の他の特性と無関係に、特に、用いられている焦電材料と無関係に組み込むことができる。
【符号の説明】
【０１４８】
２ 温度パターン検出器
３ 電子チップ
４ 検知面
６ 指
８ 凸部
１０ 凹部
１４ 読み取り回路
１６ 基板
２０ 電子計算機
２２ 有線リンク
２４ 駆動モジュール
２６ 処理モジュール
２８ 較正サブモジュール
３０ メモリ
４０ 上部電極
４２ 下部電極
４４ 焦電材料層
４６ 加熱レジスタ、パッド
４８ 導電トラック
４９ 保護層
５２〜５５ 第１ストランド
５６〜５８ 第２ストランド
６０〜６２ プレート
６４、６６ 端
７０ 垂直ピン、追加層
７１、７２ 垂直ピン
８０、８２ トランジスタ
８４ アナログ増幅器
８６ アナログ／デジタルコンバータ
８８ 揮発性メモリ
Ｃ 厚さ
Ｐij 検出ピクセル
Ｐcij 較正ピクセル
Ｐnij 通常ピクセル
ｔ0、ｔ1 時刻
ΔＴ1、ΔＴ2、ΔＴc、ΔＴd、ΔＴ1ref、ΔＴ2ref、ΔＴcref 温度変化
Ｖr リセット電位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極（４０）と、
導電性の下部電極（４２）と、
前記上部電極と前記下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、前記経時温度変化に対応する電位差を発生させるために、前記上部電極と前記下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層（４４）とを備えている、経時温度変化から電位差への変換を行うトランスデューサであって、
前記焦電材料層の少なくとも一層は、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている層であることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項２】
前記焦電材料層の少なくとも一層は、窒化アルミニウムをベースにしている層である、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記上部電極（４０）は、モリブデンまたはチタンで作られている、請求項１または２に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
前記上部電極（４０）は、前記焦電材料層に接している面と反対側の上面だけが酸化されている導電性の金属で作られており、したがって、この上面の色は、前記上部電極が酸化されていない場合に比して変更されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項５】
少なくとも前記下部電極、前記焦電材料層および前記上部電極を積み上げられた基板（１６）を有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
前記焦電材料層（４４）の厚さは０．５μｍまたは０．６μｍまたは１μｍを超過している、請求項１〜５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項７】
経時温度変化から電位差への変換を行う少なくとも１つの、請求項１〜６のいずれか１つに記載のトランスデューサと、
前記トランスデューサの下部電極および／または上部電極の作製のための層と同じ層のエッチングによって形成された帯状抵抗体の形態を呈しており、かつ電流を流されることによって、前記トランスデューサの焦電材料層（４４）を加熱する少なくとも１つのレジスタ（４６）であって、前記帯状抵抗体は、前記下部電極および／または上部電極を、空間的に分離した少なくとも２つのプレート（６０、６１、６２）に分割するように、該プレートの間を通っているレジスタと、
前記帯状抵抗体が形成されている層の高さの上方／下方で、前記空間的に分離した前記プレート同士を短絡させるために用いられている導電ピン（７０、７１、７２）とを備えている、温度パターンを検出するための電子チップ。
【請求項８】
前記電子チップは、温度パターンをもたらす物体を載せることができる検知面（４）を形成するように、互いに近接して配置された複数のトランスデューサから成るマトリクスを有しており、
前記トランスデューサの各々の上部電極（４０）または下部電極（４２）は、最大で０．５ｍｍ2の表面積を有しており、該上部電極または下部電極の中心は、隣接するトランスデューサの上部電極または下部電極の中心から、最長で０．５ｍｍだけ隔てられている、請求項7に記載の電子チップ。
【請求項９】
各々が、少なくとも１つの、請求項１〜６のいずれか１つに記載のトランスデューサと、該トランスデューサから読み取りを行うための回路とを備えている複数の電子チップを集合的に製造する方法であって、
同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、該基板上に導電性の下部電極を、被着プロセス（１０４）およびエッチングプロセス（１０６）によって形成するステップと、
前記同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、少なくとも一層の焦電材料層を、被着プロセス（１０８）によって形成するステップと、
機械的な外部応力が存在していない場合にも発生する、経時温度変化に対応する電位差を、前記焦電材料層から検出することを可能にするために、導電性の上部電極を、前記同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、被着プロセス（１１２）および／またはエッチングプロセスによって形成するステップと、
製造された各電子チップを機械的に分離するために、前記基板の切断（１１８）を行うステップとを含んでいる方法において、
前記焦電材料層の被着プロセス（１０８）において、前記焦電材料層の少なくとも一層は、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとするように作製されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記同一の基板上に製造された全電子チップのトランスデューサの全てに対して同時に、前記上部電極の、前記焦電材料層が形成されている側と反対側の上面の酸化を行うステップを含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１】
測定される経時温度変化をもたらす物体に対向するように作られている導電性の上部電極（４０）と、
導電性の下部電極（４２）と、
前記上部電極と前記下部電極との間に、機械的な外部応力が存在していない場合にも、前記経時温度変化に対応する電位差を発生させるために、前記上部電極と前記下部電極との間に配置されている少なくとも一層の焦電材料層（４４）とを備えている、経時温度変化から電位差への変換を行うトランスデューサであって、
前記焦電材料層の少なくとも一層は、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースにしている層であることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項２】
前記焦電材料層の少なくとも一層は、窒化アルミニウムをベースにしている層である、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記上部電極（４０）は、モリブデンまたはチタンで作られている、請求項１または２に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
前記上部電極（４０）は、前記焦電材料層に接している面と反対側の上面だけが酸化されている導電性の金属で作られており、したがって、この上面の色は、前記上部電極が酸化されていない場合に比して変更されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項５】
少なくとも前記下部電極、前記焦電材料層および前記上部電極を積み上げられた基板（１６）を有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
前記焦電材料層（４４）の厚さは０．５μｍまたは０．６μｍまたは１μｍを超過している、請求項１〜５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項７】
経時温度変化から電位差への変換を行う少なくとも１つの、請求項１〜６のいずれか１つに記載のトランスデューサと、
前記トランスデューサの下部電極および／または上部電極の作製のための層と同じ層のエッチングによって形成された帯状抵抗体の形態を呈しており、かつ電流を流されることによって、前記トランスデューサの焦電材料層（４４）を加熱する少なくとも１つのレジスタ（４６）であって、前記帯状抵抗体は、前記下部電極および／または上部電極を、空間的に分離した少なくとも２つのプレート（６０、６１、６２）に分割するように、該プレートの間を通っているレジスタと、
前記帯状抵抗体が形成されている層の高さの上方／下方で、前記空間的に分離した前記プレート同士を短絡させるために用いられている導電ピン（７０、７１、７２）とを備えている、温度パターンを検出するための電子チップ。
【請求項８】
前記電子チップは、温度パターンをもたらす物体を載せることができる検知面（４）を形成するように、互いに近接して配置された複数のトランスデューサから成るマトリクスを有しており、
前記トランスデューサの各々の上部電極（４０）または下部電極（４２）は、最大で０．５ｍｍ2の表面積を有しており、該上部電極または下部電極の中心は、隣接するトランスデューサの上部電極または下部電極の中心から、最長で０．５ｍｍだけ隔てられている、請求項7に記載の電子チップ。
【請求項９】
各々が、少なくとも１つの、請求項１〜６のいずれか１つに記載のトランスデューサと、該トランスデューサから読み取りを行うための回路とを備えている複数の電子チップを集合的に製造する方法であって、
同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、該基板上に導電性の下部電極を、被着プロセス（１０４）およびエッチングプロセス（１０６）によって形成するステップと、
前記同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、少なくとも一層の焦電材料層を、被着プロセス（１０８）によって形成するステップと、
機械的な外部応力が存在していない場合にも発生する、経時温度変化に対応する電位差を、前記焦電材料層から検出することを可能にするために、導電性の上部電極を、前記同一の基板上に製造される全電子チップのトランスデューサの領域の全てに対して同時に、被着プロセス（１１２）および／またはエッチングプロセスによって形成するステップと、
製造された各電子チップを機械的に分離するために、前記基板の切断（１１８）を行うステップとを含んでいる方法において、
前記焦電材料層の被着プロセス（１０８）において、前記焦電材料層の少なくとも一層は、ＩＩＩ−Ｖ窒化物をベースとするように作製されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記同一の基板上に製造された全電子チップのトランスデューサの全てに対して同時に、前記上部電極の、前記焦電材料層が形成されている側と反対側の上面の酸化を行うステップを含んでいる、請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２３７４３３（Ｐ２０１１−２３７４３３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１０３３９７（Ｐ２０１１−１０３３９７）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３３９７（Ｐ２０１１−１０３３９７）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
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