KR0168958B1 - 초전형 적외선 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 계측에 사용되는 초전형 적외선 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적 달성을 위한 본 발명은 실리콘 기판상에 MgO 박막, Pt 전극, 초전체로서 PbTiO3박막층이 형성되고, 선택에칭후 Cr-Ni 수광박막이 형성된 구조를 갖는 초전형 적외선 센서에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
Description
제1도는 종래의 초전형 적외선 센서의 단면 구조를 나타내는 모식도.
제2도는 본 발명에 의한 초전형 적외선 센서의 단면구조를 나타내는 모식도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판 11 : 산화마그네슘 단결정 박막
12 : 백금전극 13 : 초전체 박막층
14 : 수광전극 12 : 채널 홀(channel hole)
본 발명은 적외광계측에 사용되는 초전형 적외선 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 기판상에 초전성 박막을 성장시킨 적외선 센서에 관한 것이다.
일반적으로 광센서 분야는 비접촉 계측이 가능하고, 게다가 그 응용속도가 빠르며 감도가 높은 것 등의 장점으로 인하여 그 응용분야가 급속히 신장되고 있다.
특히, 적외선 센서의 경우 최근 초전형 센서가 주류를 이루며, 온도계측, 지구자원관측, 기상관측, 공해감시, 방범, 화재방지 감시, 교통기관의 운전관리 및 공장의 열관리공정, 의료등 다양한 분야에 이용되고 있다
이와같은 초전형 적외선 센서는 초전성 박막으로 사용한 초전체에 적외광을 조사했을 때 전기분극의 온도에 따른 변화를 이용하여 그 적외광을 검출하는 것이므로 감도 즉 온도변화를 크게 하기 위해 복사율을 크게 하고 열용량 및 열손실을 작게 할 필요가 있다. 그러기 위해서는 적외광을 잘 흡수하는 전극을 사용한다든가 박막의 두께를 얇게 한다든가 검지부를 공중에 띄운다든가 하는 것이 효과적이다.
이러한 점에서 지금까지 개발되어온 종래의 초전형 적외선 센서를 살펴보면, 제1도에 도시된 바와같이 종래의 대표적인 초전형 적외선 센서는 산화마그네슘(MgO) 단결정기판(1)상에 스퍼터링 증착에 의해 티탄산연(PbTO3)계 증착막(3)이 형성되며, 상기 초전체 증착막(3)의 상하부에 각각 Cr-Ni 수광전극(4)과 하부 백금전극(2)이 형성되는 구조를 이루고 있다(일본공개특허공보 (소) 63-79022호). 상기와 같은 구조를 갖는 초전형 적외선 센서는 결정성이 양호한 초전박막의 형성되어 고감도를 갖게 되지만, 증착기판(1)으로서 산화마그네슘(MgO) 단결정을 사용하기 때문에 소자자체의 크기에 제한(최대 20㎜×20㎜ 정도)이 따르며, 산화마그네슘 단결정이 고가인 단점이 있다.
또 다른 예로서 일본공개 특허공보 (평) 4-368186호에는 강유전체 박막소자가 제시되어 있는데, 이 박막소자도 기판으로서 산화마그네슘 단결정을 사용하기 때문에 소자 자체의 활용할 수 있는 크기 및 실용성 측면에서 많은 제약이 따르고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 초전형 적외선 센서의 단점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 기판으로서 산화마그네슘 단결정 대신 실리콘 단결정을 사용하므로서 강도가 그대로 유지되면서도 산화마그네슘 단결정 기판을 사용한 소자도다도 크기에 제약을 받지 않아 경제적일 뿐만 아니라 초전체의 열강지능력이 보다 향상된 초전형 적외선센서를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기한 목적물 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 단결정 기판상에 MgO 박막이 형성되고, 상기 MgO 박막층 위에 백금층의 박막이 형성되며, 상기 백금층 박막 상에는 초전체 박막이 증착되어 있고, 그 초전체 박막상에는 상부 전극으로서 Cr-Ni 수광박막이 형성되는 초전형 센서에 있어서, 상기 실리콘 단결정 기판내에는 채널홀이 형성되고, 상기 채널홀의 단면적 보다 넓은 에칭부가 상기 채널홀과 연결되어 백금층 박막의 하부에 마련된 초전형 센서에 관한 것이다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명은 고가의 산화마그네슘 단결정 대신 실리콘 단결정으로 이루어지는 기판을 사용하기 때문에 MOSFET과 같은 소자에 적용이 가능하며, 대면적으로 제적할 수 있는 잇점이 있다. 특히, 본 발명에 의한 초전형 적외선 센서소자에 사용도는 초전체는 PbTiO3또는 PbZrTiO3를 사용할 수 있는데 이들은 특히 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)에 의해 증착될 수 있어 기존의 스퍼터당법에 비해 초전체의 성막속도가 빠른 장점이 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 통해 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
제2도는 본 발명에 의한 초전형 적외선 센서의 구조를 나타내는 모식도이다.
제2도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 초전형 적외선 센서의 기판(10)으로서는 실리콘 단결정을 사용하는데, 본 발명에서는 실리콘 웨이퍼(wafer)를 사용하였다. 이때, 실리콘 웨이퍼는 이후 후공정에서의 증착막 특성을 개선하기 위해 아세톤이나 RCA 세척 방법에 의해 세척하는 것이 필요하다.
본 발명의 실시예에서는 초전체로서 티탄산연(PbTiO3)을 사용하였다. 그러나, 세척된 실리콘 웨이퍼위에 상기 PbTiO3초전체 박막(13)을 직접 방향성 있게 성장시키는데는 곤란하므로 먼저 MgO 박막(11)과 백금전극층(12)을 증착시킨다.
MgO 단결정 박막위에서 백금을 (10) 방향으로 성장시키기 위해 먼저 MgO을 스퍼터링 증착방법에 의해 100-500 Å정도로 증착시켜 MgO 단결정 박막(11)을 형성하였다. 그리고, 상기와 같이 MgO 단결정 박막(11)이 증착된 실리콘 웨이퍼 기판상에 PbTiO3초전체 박막층(13)을 (001) 방향으로 형성시키기 위해 스퍼터링 증착에 의해 Pt 전극박막(12)을 약 500Å정도 증착시켰다. 이후, Pt 전극박막(12)위에 PbTiO3초전체 박막(13)을 (001) 방향으로 약 ㎛ 정도 성막시키는데, 본 발명에서는 PbTiO3초전체 박막 증착을 위해 스퍼터링 증착 또는 화학 기상 증착(CVD)등의 증착방법이 적용될 수 있지만, 본 발명의 실시예에서는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법을 사용하였다.
상기 MOCVD 방법에 의한 PbTiO3초전체 박막증착은 스퍼터링도다도 PbTiO3성막속도를 빠르게 하는 잇점이 있다.
한편, 상기와 같이 증착된 PbTiO3박막의 열감지 능력을 향상시키기 위해 제2도에 도시된 바와같이, 실리콘 웨이퍼를 HF 용액을 이용하여 채널홀(channel hole)(15)을 형성한 다음, 인산계 용액을 이용하여 MgO 만을 선택에칭하의 에칭부(16)를 마련하였다. 이후, 초전체 박막위에 수광전극(14)으로서 Cr-Ni 박막을 스퍼터링 증착에 의해 형성하였다.
이와같이 제조된 본 발명에 의한 초전형 적외선 센서는 실리콘 웨이퍼 기판을 사용하기 때문에 대면적 제작이 가능하며 고해상도 2차원 화면 구성이 가능하며, 또한 MOSFET과 같은 소자를 구현하는 것이 가능할 뿐만 아니라 MgO 기판을 사용할 때와 동등 이상의 적외선 감지 특성을 발휘하면서도 MgO 기판 제작시 보다도 원단가가 약 1/10로 줄일 수 있는 등 경제적인 효과도 있다.
Claims (5)
- 실리콘 단결정 기판상에 MgO 박막이 형성되고, 상기 MgO 박막층위에 백금층의 박막이 형성되며, 상기 백금층 박막상에는 초전체 박막이 증착되어 있고, 그 초전체 박막상에는 상부 전극으로서 Cr-Ni 수광박막이 형성되어 구성되는 초전형 적외선 센서에 있어서, 상기 실리콘 단결정 기판내에 채널홀(15)이 형성되고, 상기 채널홀의 단면적보다 넓은 애칭부(16)가 상기 채널홀과 연결되어 백금층 박막의 하부에 마련됨을 특징으로 하는 초전형 적외선 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 초전도체 PbTiO3또는 PbZrTiO3박막임을 특징으로 하는 초전형 적외선 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 MgO 박막이 100-500Å의 범위로 증착되는 박막임을 특징으로 하는 초전형 적외선 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 백금층이 (100)방향으로 성장되어 형성됨을 특징으로 하는 초전형 적외선 센서.
- 제2항에 있어서, 상기 PbTiO3초전도체 박막이 (001) 방향으로 성장되어 형성됨을 특징으로 하는 초전형 적외선 센서.
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