KR100294616B1 - Improved structure of bolometer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부로부터 입사되는 적외선에 대응하여 저항값이 변화되는 저항 노선이 구비된 적외선 감지부와, 상기 적외선 감지부에 구비된 저항 노선의 변화되는 저항값을 검출하기 위한 검출부와, 상기 감지부와 상기 검출부를 기구적, 전기적으로 접속하는 지지부를 구비하는 볼로메터에 관한 것으로서, 상기 적외선 감지부 내에 M×N(M, N은 2 이상의 정수) 배열의 응력 완충구가 배치되는 것을 특징으로 하는 볼로메터의 개선된 구조를 제공하므로써, 적외선 감지부(300) 전체에 걸리는 응력을 다수개의 응력 완충구를 이용하여 분할 해소하여 적외선 감지부(300)의 왜곡 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention includes an infrared detector having a resistance line whose resistance value changes in response to infrared rays incident from the outside, a detection unit for detecting a changed resistance value of the resistance line provided in the infrared detection unit, and the detection unit And a support unit for mechanically and electrically connecting the detection unit, wherein the stress buffer of the M × N (M, N is an integer of 2 or more) array is disposed in the infrared detection unit. By providing an improved structure of the bolometer, the stress applied to the entire infrared sensing unit 300 can be divided and solved by using a plurality of stress buffers, thereby preventing distortion of the infrared sensing unit 300.
Description
본 발명은 볼로메터(Bolometer)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 볼로메터의 제조시 발생된 잔류 응력에 의해 볼로메터가 왜곡되는 것을 방지하기에 적합한 볼로메터의 개선된 구조에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ballometer, and more particularly, to an improved structure of a ballometer suitable for preventing the ballometer from being distorted by residual stresses generated in the manufacture of the ballometer.
주지하다시피, 볼로메터는 방사열의 변화에 따라 저항값이 변하는 재료(소위 볼로메터 요소)의 특성에 바탕을 둔 에너지 검출기중의 하나이다. 이때, 볼로메터 요소는 금속과 반도체성 재료를 이용하여 만들어진다.As is well known, a bolometer is one of the energy detectors based on the properties of the material (the so-called bolometer element) whose resistance value changes with the change of radiant heat. At this time, the bolometer element is made of metal and semiconducting material.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래 기술에 따른 볼로메터에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 이때, 도 1은 종래의 2층 구조를 갖는 볼로메터의 단면도이고, 도 2는 종래의 3층 구조를 갖는 볼로메터의 단면도이며, 도 3은 도 1 및 도 2의 볼로메터의 평면 구조를 도시한 평면도이다.Hereinafter, a ballometer according to the related art will be schematically described with reference to FIGS. 1 to 3. At this time, Figure 1 is a cross-sectional view of a conventional two-layered ballometer, Figure 2 is a cross-sectional view of a conventional three-layered ballometer, Figure 3 shows a planar structure of the ballometer of Figures 1 and 2 One floor plan.
먼저, 도 1은 "THERMAL SENSOR"라는 명칭으로 미합중국 특허 No.5,300,915에 공개되어 있는 구조를 인용한 것으로서, 2층 구조를 갖는 볼로메터의 단면이다.First, FIG. 1 refers to a structure disclosed in US Patent No. 5,300,915 under the name of "THERMAL SENSOR", which is a cross-section of a ballometer having a two-layer structure.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 일 실시에에 따라 2층 구조를 갖는 볼로메터는 크게 검출부(100), 지지부(200), 적외선 감지부(300)의 세 구성 부재로 이루어짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that a bolometer having a two-layer structure according to one embodiment of the related art is largely composed of three components, a detector 100, a support 200, and an infrared detector 300.
검출부(100)는 다이오드, X-버스 라인, Y-버스 라인, 접속 단자, X-버스 라인 등을 포함하는 집적 회로(115)가 형성된 실리콘 기판(110)과, 절연 특성이 우수한 물질로 실리콘 기판(110)의 상부 전면을 피복하는 보호막(120), 그리고, 보호막(120)에 형성된 개구를 통해서 실리콘 기판(110)에 형성된 집적 회로(115)를외부와 전기적으로 접속할 수 있도록 하는 접속 단자(130)를 포함하여 이루어진다. 이때, 접속 단자(130)에 전기적으로 접속되는 도전선을 통해서 집적 회로는 적외선 감지부(300)로부터 감지되는 적외선의 양을 전기적으로 검출한다. 또한, 접속 단자(130)는 한쌍이 구비되며, 도 1에 도시된 단면에는 한 개의 접속 단자(130)가 도시되지만 도시되지 않은 타측에도 하나의 접속 단자(130)가 형성되어 있을 것이다.The detector 100 is a silicon substrate 110 having an integrated circuit 115 including a diode, an X-bus line, a Y-bus line, a connection terminal, an X-bus line, and the like, and a silicon substrate made of a material having excellent insulation characteristics. A connection terminal 130 for electrically connecting the protective film 120 covering the upper entire surface of the 110 and the integrated circuit 115 formed on the silicon substrate 110 to the outside through an opening formed in the protective film 120. ) At this time, the integrated circuit electrically detects the amount of infrared rays detected by the infrared sensing unit 300 through the conductive line electrically connected to the connection terminal 130. In addition, the pair of connection terminals 130 is provided, one connection terminal 130 is shown in the cross section shown in Figure 1, but one connection terminal 130 will be formed on the other side not shown.
지지부(200)는 지주(210)에 의해서 적외선 감지부(300)가 검출부(100)로부터 소정 간격 이격 부상하도록 기구적으로 지지하는 한편, 지주(210)내에 형성된 도전선(220)을 통해 적외선 감지부(300)에 구비된 저항 도선(330)과 접속 단자(130)를 전기적으로 접속하므로써, 적외선 감지부(300)에 입사되는 적외선에 대응하여 저항 도선(130)의 변화된 저항값을 집적 회로(115)에서 검출할 수 있도록 한다.The support 200 is mechanically supported by the support 210 so that the infrared detector 300 is spaced apart from the detection unit 100 by a predetermined distance, while detecting the infrared light through the conductive line 220 formed in the support 210. By electrically connecting the resistance conductor 330 and the connection terminal 130 included in the unit 300, the changed resistance value of the resistance conductor 130 is changed to correspond to the infrared rays incident on the infrared detector 300. Can be detected at 115).
적외선 감지부(300)는 적외선 감지부(300)의 전체 구조를 지지하기 위한 멤브레인(310), 외부로부터 입사되는 적외선을 열에너지로 변환하는 적외선 흡수막(320), 적외선 흡수막(320)에서 변환된 열에너지에 의해서 저항이 변화되는 저항 노선(330) 및 적외선 흡수막(320)의 적외선 흡수 효율을 높이기 위해 적외선 흡수막(320)의 상부를 피복하는 적외선 코팅막(340)으로 구성된다. 이때, 저항 노선(130)은 최대한 길게 형성하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 '연속하는 ㄹ자형 구조'로 배치된다.The infrared detecting unit 300 converts the membrane 310 to support the entire structure of the infrared detecting unit 300, an infrared absorbing film 320 for converting infrared rays incident from the outside into thermal energy, and an infrared absorbing film 320. In order to increase the infrared absorption efficiency of the resistance line 330 and the infrared absorption film 320 whose resistance is changed by the thermal energy, the infrared coating film 340 covering the upper portion of the infrared absorption film 320 is included. At this time, the resistance line 130 is arranged in a 'continuous r-shaped structure' as shown in Figure 3 to form as long as possible.
한편, 도 2를 참조하면, 상술한 2층 구조에서는 적외선 감지부(300)의 측면에 형성되는 지지부(200)를 적외선 감지부(300)의 하부에 형성하여 적외선감지부(300)의 면적을 극대화하기 위한 3층 구조의 볼로메터이다. 이와 같은 구조에서는 동일한 구성 부재를 유지하되 동일한 면적의 단위 픽셀에 대하여 2층 구조의 볼로메터보다 적외선 감지부(300)의 면적이 넓으므로 보다 넓은 범위에 걸쳐 적외선의 변화 정도를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 2, in the above-described two-layer structure, the support part 200 formed on the side of the infrared detector 300 is formed under the infrared detector 300 to increase the area of the infrared detector 300. It is a three-layer bolometer to maximize. In such a structure, the area of the infrared sensing unit 300 is larger than that of the two-layered bolometer while maintaining the same structural member, so that the degree of change of infrared rays can be measured more precisely over a wider range. Can be.
이밖에도, 상술한 기본 구성 부재, 즉, 검출부(100), 지지부(200), 적외선 감지부(300)를 구비하되 여러 다양한 형태로 구조 변형을 이룰 수 있을 것이다.In addition, the above-described basic components, that is, the detection unit 100, the support unit 200, the infrared detection unit 300, but may be a structural modification in various forms.
한편, 상술한 바와 같이 적외선 감지부(300)가 지지부(200)에 의해서 검출부(100)로부터 소정 간격만큼 이격 부상되도록 형성하기 위해서는, 적외선 감지부(300)가 형성되는 동안 적외선 감지부(300)가 형성될 지지체가 있어야 한다.Meanwhile, in order to form the infrared detector 300 spaced apart from the detector 100 by a predetermined interval by the supporter 200 as described above, the infrared detector 300 is formed while the infrared detector 300 is formed. There must be a support to be formed.
따라서, 적외선 감지부(300)와 검출부(100)가 서로 이격되는 공간에 용해도가 좋은 물질로 매립한 희생층(도시 생략함)을 형성하고, 그 희생층(도시 생략함)의 상부에 적외선 감지부(300)를 형성한 후, 식각액등으로 희생층(도시 생략함)을 제거하므로써, 적외선 감지부(300)를 검출부(100)로부터 소정 간격만큼 이격 부상되게 형성하였다.Accordingly, a sacrificial layer (not shown) filled with a good solubility material is formed in a space where the infrared detector 300 and the detector 100 are spaced apart from each other, and infrared detection is formed on the sacrificial layer (not shown). After forming the portion 300, by removing the sacrificial layer (not shown) with an etchant, the infrared detection unit 300 was formed to be spaced apart from the detection unit 100 by a predetermined interval.
그러나, 적외선 감지부(300)의 형성 공정시 멤브레인(310) 및 적외선 흡수막(320)에는 압축 응력(Compressive Stress)이 걸리게 되나 멤브레인(310) 및 적외선 흡수막(320)의 하부에 위치한 희생막(도시 생략함)으로 인해 그 압축 응력은 해소되지 않고 잔류하게 된다.However, the compressive stress is applied to the membrane 310 and the infrared absorbing film 320 during the formation of the infrared sensing unit 300, but the sacrificial film is disposed under the membrane 310 and the infrared absorbing film 320. (Not shown), the compressive stress remains unresolved.
따라서, 적외선 감지부(300)의 형성후 희생막을 제거하고 나면, 그 잔류하는 압축응력에 의해 적외선 감지부(300)는 왜곡 변형되며, 그 결과, 적외선 감지 면적이 감소하게 되는 문제점이 발생한다.Therefore, after the sacrificial film is removed after the formation of the infrared sensing unit 300, the infrared sensing unit 300 is distorted and deformed by the remaining compressive stress. As a result, the infrared sensing area decreases.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 감지부에 형성되는 M×N개의 응력 완충구를 수평방향으로 1/M, 수직방향으로 1/N로 분할함으로써, 감지부의 면적 변화없이 감지부 내의 잔류 응력을 용이하게 해소하도록 한 볼로메터의 개선된 구조를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the object of the present invention is to detect by dividing the M × N stress buffer holes formed in the sensing unit in 1 / M in the horizontal direction, 1 / N in the vertical direction, It is to provide an improved structure of the bolometer to easily solve the residual stress in the sensing portion without changing the area of the portion.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 외부로부터 입사되는 적외선에 대응하여 저항값이 변화되는 저항 노선이 구비된 적외선 감지부와, 상기 적외선 감지부에 구비된 저항 노선의 변화되는 저항값을 검출하기 위한 검출부와, 상기 감지부와 상기 검출부를 기구적, 전기적으로 접속하는 지지부를 구비하는 볼로메터에 있어서, 상기 적외선 감지부 내에 M×N(M, N은 2 이상의 정수) 배열의 응력 완충구가 배치되는 것을 특징으로 하는 볼로메터의 개선된 구조를 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, the infrared resistance unit having a resistance line that changes the resistance value corresponding to the infrared ray incident from the outside, and the changed resistance value of the resistance line provided in the infrared detection unit A bolometer comprising a detecting unit for detecting and a supporting unit for mechanically and electrically connecting the detecting unit to the detecting unit, wherein the infrared buffer detects stress in an M × N array (M, N is an integer of 2 or more). It provides an improved structure of the ballometer characterized in that the sphere is disposed.
도 1은 종래의 2층 구조 볼로메터의 단면도,1 is a cross-sectional view of a conventional two-layer structure bolometer,
도 2는 종래의 3층 구조 볼로메터의 단면도,2 is a cross-sectional view of a conventional three-layer structure bolometer,
도 3은 도 1 및 도 2의 볼로메터의 평면 구조를 도시한 평면도,3 is a plan view showing a planar structure of the bolometer of FIGS. 1 and 2;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼로메터의 평면 구조를 도시한 평면도,Figure 4 is a plan view showing a planar structure of the bolometer according to an embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼로메터의 평면 구조를 도시한 명면도.Figure 5 is a plan view showing a planar structure of the bolometer according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 검출부 115 : 집적회로100 detection unit 115 integrated circuit
120 : 보호막 130 : 접속 단자120: protective film 130: connection terminal
200 : 지지부 210 : 지주(支柱)200: support portion 210: prop
220 : 도전선 300 : 적외선 감지부220: conductive wire 300: infrared detection unit
310 : 멤브레인 320 : 적외선 흡수막310: membrane 320: infrared absorption film
330 : 저항 노선 340 : 적외선 코팅막330: resistance route 340: infrared coating film
350 : 응력 완충구350: stress buffer
이하, 첨부된 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 볼로메터의 개선된 구조에 대해서 설명하기로 한다. 이때, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼로메터의 평면 구조를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 볼로메터의 평면 구조를 도시한 평면도이다. 또한, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도 4 내지 도 5에 도시된 구성 부재중 도 1 내지 도 3에 도시된 구성 부재와 동일한 구성 부재에는 동일 참조 번호를 부여하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying Figure 4, the improved structure of the bolometer according to the present invention will be described. At this time, Figure 4 is a plan view showing a planar structure of the ballometer according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a plan view showing a planar structure of the ballometer according to another embodiment of the present invention. In addition, in order to help the understanding of the present invention, the same reference numerals will be given to the same constituent members as those shown in FIGS. 1 to 3 among the constituent members shown in FIGS. 4 to 5.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 2층 구조의 볼로메터에 채용되는 적외선 감지부(300)를 도시한 것으로서, 중앙의 사각 구조는 적외선 감지부(300)를 나타내고, 그 적외선 감지부의 양측에 형성된 직사각형 구조는 지지부(200)를 나타낸다. 이때, 적외선 감지부(300) 내에 접선으로 도시되는 것은 저항 노선(330)이고, 지지부(200) 내에 점선으로 도시되는 것은 도전선(220)을 나타내며, 도4에 도시된 바와 같이 도전선(220)과 저항 노선(330)은 전기적으로 접속된다.Referring to Figure 4, in accordance with a preferred embodiment of the present invention as shown in the infrared sensing unit 300 employed in the two-layer bolometer, the center square structure represents the infrared sensing unit 300, The rectangular structure formed on both sides of the infrared sensing unit indicates the support 200. In this case, a tangential line in the infrared sensing unit 300 is a resistance line 330, and a dotted line in the support unit 200 represents a conductive line 220, and as shown in FIG. 4, the conductive line 220 is illustrated in FIG. 4. ) And the resistance line 330 are electrically connected.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 적외선 감지부(300) 내에는 적외선 감지부(300)에 걸리는 응력을 해소하기 위한 응력 완충구(350)가 M×N(M, N은 2 이상의 정수) 배열로 형성된다. 이때, M×N 배열의 응력 완충구(350)가 위치한 수직 연장선 및 수평연장선상에 위치한 적외선 감지부의 테두리에도 응력 완충구(350)의 부분적인 홈을 더 형성할 수도 있을 것이다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 적외선 감지부(300)의 수평축 및 수직축으로 걸리는 압축 응력을 해소하기 위해서 응력 완충구(350)를 십자형으로 형성하거나, 전체 방향에 걸친 압축 응력을 고루 분산해서 해소할 수 있도록 별모양(☆)으로 형성하는 것이 보다 바람직할 것이다.On the other hand, according to a preferred embodiment of the present invention, in the infrared sensor 300, the stress buffer 350 for solving the stress applied to the infrared sensor 300 is M × N (M, N is an integer of 2 or more) ) Is formed in an array. In this case, a partial groove of the stress buffer 350 may be further formed at the edge of the infrared sensing unit located on the vertical extension line and the horizontal extension line where the stress buffer 350 of the M × N array is positioned. In addition, in the preferred embodiment of the present invention, in order to solve the compressive stress applied to the horizontal axis and the vertical axis of the infrared sensor 300, the stress buffer port 350 is formed in a cross shape, or evenly distributed compressive stress over the entire direction It may be more preferable to form a star shape (☆) so that it can be eliminated.
다른 한편, 본 발명에 따른 응력 완충구(350)의 수, 즉, M×N의 배열에서 M, N을 결정하는 것은 매우 중요한 의미를 가진다. 다시 말하면, 응력 완충구(350)의 수는 다수의 실험 결과에 의거해서, 즉, 적외선 감지부(300)의 각 크기에 걸리는 응력의 크기를 실험한 결과에 의거해서 응력 완충구(350)의 수를 결정해야 할 것이다. 왜냐하면, 응력 완충구(350)는 소정 선폭을 갖는 개구로 이루어지므로 응력 완충구(350)의 수가 증가할수록 적외선 감지부(300)의 면적은 줄어들게 되고, 그 결과, 볼로메터의 적외선 감지 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 응력 완충구(350)의 수를 결정하는 데는 다수의 실험 결과치에 의거해서 최소의 수자로 배열할 필요가 있을 것이다.On the other hand, it is very important to determine the number of stress buffers 350 according to the present invention, that is, M, N in the arrangement of M × N. In other words, the number of the stress buffer 350 is based on the results of a plurality of experiments, that is, on the basis of the results of experimenting the magnitude of the stress applied to each size of the infrared sensing unit 300 of the stress buffer 350 You will have to decide the number. Because the stress buffer 350 is formed of an opening having a predetermined line width, the area of the infrared sensor 300 decreases as the number of stress buffers 350 increases, and as a result, the infrared sensing efficiency of the bolometer is lowered. Can be. Therefore, in determining the number of stress buffers 350, it may be necessary to arrange the minimum number of figures based on a plurality of experimental results.
상술한 구조는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3층 구조의 볼로메터에도 동일하게 적용될 것이다. 다만, 소정 부재에 잔류하는 응력은 그 해당 부재의 면적에 비례하므로, 3층 구조의 볼로메터에 채용되는 적외선 감지부(300)는 2층 구조의 볼로메터에 채용되는 적외선 감지부(300)보다 더 많은 수의 응력 완충구(350)를 갖추어야 할 것이다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 3층 구조의 볼로메터에 채용되는 적외선 감지부(300)는 2층 구조의 볼로메터에 채용된 적외선 감지부(300)보다 지지부(200)가 형성된 면적 및 지지부(200)와 적외선 감지부(300)사이의 공간 만큼 그 면적이 더 넓다. 따라서, 3층 구조의 볼로메터에 채용되는 적외선 감지부(300)에는 2층 구조의 볼로메터에 채용된 적외선 감지부(300)보다 그 잔류 응력이 보다 클 것이고, 이를 분할하기 위해서는 2층 구조에서 보다 많은 수의 응력 완충구(350)가 필요할 것이다.The above-described structure will be equally applied to the bolometer of the three-layer structure according to another embodiment of the present invention. However, since the stress remaining in the predetermined member is proportional to the area of the corresponding member, the infrared sensing unit 300 employed in the three-layer bolometer is more sensitive than the infrared sensing unit 300 employed in the two-layer bolometer. It will be necessary to have a greater number of stress buffers 350. That is, as shown in FIG. 5, the infrared sensing unit 300 employed in the bolometer having a three-layer structure has an area in which the supporting unit 200 is formed than the infrared sensing unit 300 employed in the two-layer bolometer and The area is wider as the space between the support 200 and the infrared detector 300. Therefore, in the infrared sensing unit 300 employed in the three-layer bolometer, the residual stress will be greater than that of the infrared sensing unit 300 employed in the two-layer bolometer. A larger number of stress buffers 350 will be needed.
이상, 2층 구조와 3층 구조를 갖는 볼로메터에 채용되는 적외선 감지부(300)에 대해서만 설명하였으나, 상술한 응력 완충구(350)는 다른 변형 구조의 볼로메터에서도 용이하게 적용되어, 적외선 감지부(300)에 걸리는 잔류 응력을 해소할 수 있을 것이다.As described above, only the infrared detector 300 employed in the bolometer having a two-layer structure and a three-layer structure has been described. However, the above-described stress buffer 350 may be easily applied to the other bolometer having a different structure, thereby detecting infrared rays. Residual stress applied to the portion 300 may be eliminated.
본 발명에 따른 볼로메터의 개선된 구조를 채용하면 적외선 감지부(300) 전체에 걸리는 응력을 다수개의 응력 완충구를 이용하여 분할 해소하므로써, 적외선 감지부(300)의 왜곡 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다. 즉, 적외선 감지부(300)의 수평 방향에 걸리는 잔류 응력 및 수직 방향에 걸리는 잔류 응력이 각각 1이고, 적외선 감지부(300)에 형성되는 응력 완충구(350)의 수가 수평 방향 및 수직 방향에 대해서 각각 M, N개 형성되었을 때, 개별적인 응력 완충구(350)에 걸리는 잔류 응력은 수평방향으로 1/M, 수직 방향으로 1/N로 분할되므로, 적외선 감지부(300)에 존재하는 잔류 응력을 용이하게 해소하므로써, 적외선 감지부(300) 전체의 왜곡 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다When the improved structure of the bolometer according to the present invention is adopted, the stresses applied to the entire infrared sensing unit 300 can be divided and solved by using a plurality of stress buffers, thereby preventing distortion of the infrared sensing unit 300. It works. That is, the residual stress in the horizontal direction of the infrared sensor 300 and the residual stress in the vertical direction are 1, respectively, and the number of stress buffers 350 formed in the infrared sensor 300 is in the horizontal direction and the vertical direction. When M and N are formed, respectively, the residual stresses applied to the individual stress buffer holes 350 are divided into 1 / M in the horizontal direction and 1 / N in the vertical direction, so that the residual stresses present in the infrared sensing unit 300 are present. By easily solving the problem, there is an effect that can prevent distortion distortion of the entire infrared sensor 300.
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