KR100304668B1 - 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기 및 그 제조방법과 작동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강유전체를 게이트 산화물(gate oxide)층에 적용하고 적외선에 의한 강유전체 분극(polarization)의 변화를 박막트랜지스터(TFT)로 검출하며 상온에서 작동이 가능한 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기(IR detector)에 관한 것이다. 즉, 적외선 흡수소자에 접합된 강유전체에 게이트 산화물이 없는 박막 트랜지스터를 직접 접속시켜 강유전체를 게이트 산화물로 이용함으로써, 게이트 산화물이 형성된 트랜지스터를 사용할 경우에 게이트 산화물에서 발생되는 전압강하를 제거하여, 적외선(IR)에 의한 강유전체 분극변화를 보다 정확하게 감지할 수 있다. 즉, 강유전체가 분극되면 반도체 박막에 속박 전하(bound charge)가 형성되는데, 소스-드레인(source-drain) 사이의 저항의 변화(혹은 도전율(conductivity) 변화)를 읽거나, 채널의 상태에 따른 소스-드레인 간의 전류를 읽어 적외선에 의한 강유전체의 분극변화를 정확하게 감지한다.
Description
본 발명은 강유전체를 게이트 산화물(gate oxide)층에 적용하고 적외선에 의한 강유전체 분극(polarization)의 변화를 박막트랜지스터(TFT)로 검출하며 상온에서 작동이 가능한 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기(IR detector)에 관한 것이다.
적외선 검출 소자에 있어서, 일반적으로 열전하(Pyroelectric charge)는 전류로 검출하기 때문에 시정수(time constant; RC)의 지배를 받아 쵸퍼(chopper)를사용하는 번거로움이 있고, 또한 회로 특성상 감응성(responsivity)를 높이기 위해 figure of merit을 최대치로 해야하는 물질 특성의 제한이 따른다. 이의 효과를 극대화한 강유전체 볼로미터(ferroelectric bolometer)는 열전효과(pyroelectric effect)를 최대한 이용하는 것으로 감도는 좋으나 바이어스(bias)를 가해야 하는 조건이 추가로 따른다.
열전퇴 검출기(Thermopile detector)는 전류를 측정하는 대신 적외선(IR)을 받았을 때, FET 채널(channel)의 도전율(conductivity)이 변하는 것을 측정하는 것인데, 열전달에 시간이 소요되므로 응답 속도가 느린 것이 흠이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 적외선 흡수소자와 전계효과 트랜지스터들의 결합으로 적외선에 대한 검출 감도를 조절할 수 있으며 응답 속도가 빠른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기 및 그 제조 방법과 작동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기의 실시예로서, 두가지 형(type)의 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기들의 수직 단면도들이고,
도 3은 도 2의 실시예에 적외선 판독용 집적 회로를 본딩한 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기들의 수직 단면도이며,
그리고 도 4a 및 도 4b는 각각 도 3의 메사 구조물에 형성된 금속 패드들이 형성된 모습을 보여주는 정면도 및 측면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1. 칼럼(혹은 로우) 라인에 연결하는 금속 콘택(metal contact)
1'. 로우(혹은 칼럼) 라인에 연결하는 금속 콘택(metal contact)
2. 강유전체 전극에 해당하는 반도체 박막(doped 혹은 undoped)
3. 소스 (혹은 드레인)
3'. 드레인(혹은 소스)
4, 4'. 반도체 박막과 오믹 콘택(ohmic contact)을 이루는 금속 콘택
5. 절연체
6. 강유전체
7. 격벽
8. 적외선 흡수소자
9, 9'. 반도체 박막의 고농도 도핑 영역(highly doped area)
10. TFT 채널
11, 11'. 소스 및 드레인을 ROIC에 연결하는 금속 콘택
12. 메사
13. 채널 혹은 반도체 박막을 ROIC에 연결하는 금속 콘택
14. 공기 혹은 진공
15. ROIC(Read-out Integrated Circuits)가 형성된 반도체 기판
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기는, 평판형 비도전성 적외선 흡수 소자; 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들; 상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게 형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들; 상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들; 일방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들; 상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들; 일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들; 및 상기 적외선 흡수 소자와 상기 강유전체 사이에 상기 로우 라인과 평행하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 공통 전극들;을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 더 형성된 것도 바람직하고, 상기 적외선 흡수소자, 공통 전극들, 강유전체, 반도체 박막들 및 도전성 패드들의 상부에 상기 층들이 덮히도록 절연층이 형성되고, 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 상기 로우 라인들과 전기적으로 접촉되게 하고, 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 상기 칼럼 라인들과 전기적으로 접촉되게 하며, 상기 반도체 박막들이 상기 게이트 라인들과 전기적으로 접촉되게 하는 도전성 콘택들이 각각 상기 절연층을 관통하도록 형성되며, 상기 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서는 적외선을 감지하기 위한 판독용 집적 회로를 더 구비하며, 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들은 상기 판독용 집적 회로에 형성되어 상기 금속 콘택들에 의해 전기적으로 접속되며, 상기 판독용 집적 회로가 형성된 기판과 상기 강유전체가 형성된 적외선 흡수소자의 구조물 사이에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 상기 판독용 집적 회로에 형성된 상기 금속 콘택들에 전기적으로 접속하기 위하여 절연성 메사 구조물 및상기 메사 구조물의 측면에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 각각 상기 금속 콘택들과 전기적으로 접속시키는 금속 패드들이 더 구비되며, 각 셀들에 대응하는 상기 금속 콘택 및 금속 패드들은 진공 혹은 공기에 의해 격리되며, 상기 반도체 박막들은 비정질 반도체, 다결정 반도체 혹은 단결정 반도체로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기의 제조 방법은, (가) 평판형 비도전성 적외선 흡수소자 상에 일방향의 스트라이프 상으로 공통 전극들을 형성하고, 상기 공통 전극들 상에 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀 영역에 대응하는 강유전체들을 형성하며, 상기 강유전체들 상면에 일대일로 대응하는 반도체 박막들을 형성하고, 상기 반도체 박막들의 양측면에 소스 및 드레인 역할을 하는 도전성 패드들을 형성하며, 상기 도전성 패드들 및 반도체 박막들의 상면에 각각 금속 콘택을 형성하는 단계; (나) 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들이 형성된 적외선 판독용 집적 회로의 반도체 기판 상에 각 셀에 대응하는 절연성 메사 구조물을 형성하고, 상기 절연성 메사 구조물의 측면들에 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들과 각각 접속된 금속 패드들을 형성하는 단계; 및 (다) 상기 금속 콘택들과 상기 금속 패드들이 일대일로 접속되도록 상기 (가) 단계에서 형성된 구조물과 상기 (나) 단계에서 형성된 구조물들을 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 반도체 박막들을 형성한 다음, 상기 반도체 박막들의 양측 일부분에 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 서브 단계;를 더 포함하는 것도 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기의 작동 방법은, 평판형 비도전성 적외선 흡수 소자; 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들; 상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게 형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들; 상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들; 일방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들; 상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들; 일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들; 및 상기 적외선 흡수 소자와 상기 강유전체 사이에 상기 로우 라인과 평행하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 공통 전극들;을 구비하고, 상기 강유전체의 분극 상태를 미리 초기화하여 복수개의 분극도를 가지는 상태로 변조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 더 형성된 것도 바람직하며, 상기 초기화를 이용하여 적외선 검출 감도를 조절하되, 상기 게이트 라인과 공통 전극을 이용하여 초기화하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기는, 일방향의 스트라이프 상으로 형성된 도전성 적외선 흡수소자; 상기 적외선 흡수소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들; 상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게 형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들; 상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들; 상기 도전성 적외선 흡수소자와 같은 방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들; 상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들; 및 일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들;을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 형성된 것도 바람직하며, 상기 도전성 적외선 흡수소자와 상기 강유전체들 사이에 격벽이 더 형성되고, 상기 적외선 흡수소자, 공통 전극들, 강유전체, 반도체 박막들 및 도전성 패드들의 상부에 상기 층들이 덮히도록 절연층이 형성되고, 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 상기 로우 라인들과 전기적으로 접촉되게 하고, 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 상기 칼럼 라인들과 전기적으로 접촉되게 하며, 상기 반도체 박막들이 상기 게이트 라인들과 전기적으로 접촉되게 하는 도전성 콘택들이 각각 상기 절연층을 관통하도록 형성되며, 상기 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서는 적외선을 감지하기 위한 판독용 집적 회로를 더 구비하며, 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들은 상기 판독용 집적 회로에 형성되어 상기 금속 콘택들에 의해 전기적으로 접속되며, 상기 판독용 집적 회로가 형성된 기판과 상기 강유전체가 형성된 적외선 흡수소자의 구조물 사이에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 상기 판독용 집적 회로에 형성된 상기 금속 콘택들에 전기적으로 접속하기 위하여 절연성 메사 구조물 및 상기 메사 구조물의 측면에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 각각 상기 금속 콘택들과 전기적으로 접속시키는 금속 패드들이 더 구비되며, 각 셀들에 대응하는 상기 금속 콘택 및 금속 패드들은 진공 혹은 공기에 의해 격리되며, 상기 반도체 박막들은 비정질 반도체, 다결정 반도체 혹은 단결정 반도체로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기의 제조 방법은, (가) 평판형 도전성 적외선 흡수소자 상에 절연성 격벽을 형성하고, 상기 절연성 격벽 상에 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀 영역에 대응하는 강유전체들을 형성하며, 상기 평판형 도전성 적외선 흡수소자를 일방향의 스트라이프 상으로 패터닝하여 공통전극으로 형성하며, 상기 강유전체들 상면에 일대일로 대응하는 반도체 박막들을 형성하고, 상기 반도체 박막들의 양측면에 소스 및 드레인 역할을 하는 도전성 패드들을 형성하며, 상기 도전성 패드들 및 반도체 박막들의 상면에 각각 금속 콘택을 형성하는 단계; (나) 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들이 형성된 적외선 판독용 집적 회로의 반도체 기판 상에 각 셀에 대응하는 절연성 메사 구조물을 형성하고, 상기 절연성 메사 구조물의 측면들에 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들과 각각 접속된 금속 패드들을 형성하는 단계; 및 (다) 상기 금속 콘택들과 상기 금속 패드들이 일대일로 접속되도록 상기 (가) 단계에서 형성된 구조물과 상기 (나) 단계에서 형성된 구조물들을 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 반도체 박막들을 형성한 다음, 상기 반도체 박막들의 양측 일부분에 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 서브 단계;를 더 포함하는 것도 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기의 작동 방법은, 일방향의 스트라이프 상으로 형성된 도전성 적외선 흡수소자; 상기 적외선 흡수소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들; 상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게 형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들; 상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들; 상기 도전성 적외선 흡수소자와 같은 방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들; 상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들; 및 일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들;을 구비하고, 상기 강유전체의 분극 상태를 미리 초기화하여 복수개의 분극도를 가지는 상태로 변조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 더 형성되는 것도 바람직하며, 상기 초기화를 이용하여 적외선 검출 감도를 조절하되, 상기 게이트 라인과 공통 전극을 이용하여 초기화하는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기 및 그 제조 방법과 작동 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기는 유전체 게이트(dielectric gate)가 없는 것이 특징으로 강유전체 위에 TFT를 직접 제작하는 구조를 갖는다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기의 실시예로서, 두가지 형(type)의 TFT로 구성된 적외선 검출기들의 수직 단면도들이다. 도시된 바와 같이, 실시예들은 적외선 흡수소자(8) 위에 강유전체(6)를 잘 증착시키기 위한 격벽(Barrier)(7)을 증착한다. 만약, 강유전체가(6) 적외선 흡수소자(IR absorber)(8)에 잘 증착되면 격벽(barrier)(7)은 필요없다. 격벽(7)이 없는 경우 적외선 흡수 소자(8)는 스트라이프 상의 도전체로 형성되어 공통 전극의 역할을 수행해야 한다. 즉, 적외선 흡수소자(8)와 격벽(7)의 둘 중 적어도 하나는 도전체이어야 한다. 그리고 둘 중의 하나가 도전체가 아닌 경우에는 격벽(7)은 절연체나 유전체로 형성되어야 하는데, 고유전 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 강유전체(7) 위에는 반도체 박막(2)을 증착하는데 비정질 Si,다결정(polycrystalline) Si, 단결정 Si이 가능하나 Si 이외의 반도체도 가능하다. 이 반도체 박막(2)에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 채널(10)을 형성하지 않을 때에는, 반도체 박막(2) 양 쪽에 도전체 패드(pad)(3, 3')를 제작하여 소스(3) 및 드레인(3') 역할을 하게 한다. 적외선(IR) 검출 효과를 높이기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 박막에 불순물을 도핑(doping)하여 소스(9), 드레인(9'), 채널(10)을 형성하기도 한다. 이 때 도전체 패드(3, 3')는 각각 소스 및 드레인의 외측면에 형성된다. 이와 같이, 강유전체(6)가 분극되면 반도체 박막(2)에 속박 전하(bound charge)가 형성되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 채널이 없는 구조에서는 소스(3)와 드레인(3') 사이의 저항의 변화(혹은 도전율(conductivity) 변화)를 읽게 되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 채널(10)이 있는 구조에서는 채널(10)의 상태에 따른 소스(9)와 드레인(9') 간의 전류를 읽게 되어 적외선에 의한 강유전체(6)의 분극변화를 정확하게 감지할 수 있게 된다.
또한, 상기 실시예들에 있어서, 소스(3, 9) 및 드레인(3', 9')들에는 금속 콘택(metal contact)(1,1')이 접속된다. 이 금속 콘택(metal catact)(1, 1')들은 다시 각각 적외선 판독용 집적회로(Read-Out Integrated Circuit; ROIC)의 칼럼 라인(column line)과 로우 라인(row line)으로 연결된다. 마찬가지로, 도 1의 반도체 박막(2)이나 도 2의 채널(10)에도 금속 콘택(4, 4')이 접속된다. 이들 반도체 박막(2)을 직접 연결하는 금속 콘택(metal contact)(4)이나 채널(10)을 연결하는 금속 콘택(4')은 오믹 콘택(ohmic contact)으로 이루어지도록 한다. 이 금속 콘택(metal contact)(4, 4')은 다시 ROIC의 게이트 라인(gate line)으로 연결되는데, 이 게이트 라인은 칼럼 라인과 평행하게 제작할 수도 있고, 로우 라인과 평행하게 제작할 수도 있다. 게이트 라인(Gate line)은 공통 전극과 함께 강유전체(6)를 분극시키는데 사용한다. 즉, 게이트 라인과 도전성 격벽(conductive barrier) 혹은 도전성 적외선 흡수소자(conductive IR absorber) 사이에 전압을 가하여 강유전체를 분극시키는데 부분 분극(partial polarization)을 하기도 하여 분극 상태를 미리 설정(setting)하는 이른바 변조(modulation)가 가능하도록 한다. 강유전체(6), 반도체 박막(2, 9, 9', 10), 콘택 패드(contact pad)(3,3')가 형성되면 절연물질(5)로 각 셀(cell)들을 격리시키고 금속 콘택(metal contact)(1, 1', 4)들을 제작하여 셀들을 완성한다.
한편, 이 셀(cell)들은 CMOS 기판의 적외선 판독용 집적 회로(Read-out integrated circuit; ROIC)(15)에 연결해야하는데 각 셀들로 열전달이 이루어지는 것을 차단하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같은 메사 구조물(mesa)(12)을 제작한다. 즉, ROIC 기판(15) 위에 메사 구조물(12)을 제작하고 셀들의 각 금속 콘택(1,1',4, 4')와 연결하기 위한 금속 콘택(11,11',13)들을 메사 구조물(12) 상면에 제작한다. 이 금속 패드(11,11',13)들은 각각 적외선 판독용 집적 회로(Read-out integrated circuit; ROIC)(15)에 형성된 칼럼 라인, 로우 라인 및 게이트 라인들과 전기적으로 접속되도록 형성된다. ROIC 기판(15) 위에 메사 구조물(12) 및 금속 콘택(11,11',13)들이 완성되면 이 것을 앞서 언급한 셀들과 본딩(bonding) 혹은 솔더링(soldering)한다. 이 때, 메사 구조물(15) 상의 금속 패드(11, 11')들은 셀들의 금속 콘택(1, 1')들과 본딩되게 하고, 금속 패드(13)들은 셀들의 금속콘택(4, 4')과 본딩(bonding)되게 한다. 이렇게 함으로써 셀들 판과 ROIC 기판(15) 사이는 메사(12)를 지지대로 하여 공기 혹은 진공(14)을 유지하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 검출기는 적외선 흡수소자에 접합된 강유전체에 게이트 산화물이 없는 박막 트랜지스터를 직접 접속시켜 강유전체를 게이트 산화물로 이용함으로써, 게이트 산화물이 형성된 트랜지스터를 사용할 경우에 게이트 산화물에서 발생되는 전압강하를 제거한다. 따라서, 적외선(IR)에 의한 강유전체 분극변화를 보다 정확하게 감지할 수 있다. 즉, 강유전체가 분극되면 반도체 박막에 속박 전하(bound charge)가 형성되는데 채널이 없는 구조에서는 소스-드레인(source-drain) 사이의 저항의 변화(혹은 도전율(conductivity) 변화)를 읽게 되고, 채널이 있는 구조에서는 채널의 상태에 따른 소스-드레인 간의 전류를 읽게 되어 적외선에 의한 강유전체의 분극변화를 정확하게 감지할 수 있게 된다.
Claims (33)
- 평판형 비도전성 적외선 흡수 소자;상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들;상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들;상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들;일방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들;상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들;일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들; 및상기 적외선 흡수 소자와 상기 강유전체 사이에 상기 로우 라인과 평행하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 공통 전극들;을구비한 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 적외선 흡수소자, 공통 전극들, 강유전체, 반도체 박막들 및 도전성 패드들의 상부에 상기 층들이 덮히도록 절연층이 형성되고, 상기 소스 역할의 도전성패드들을 상기 로우 라인들과 전기적으로 접촉되게 하고, 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 상기 칼럼 라인들과 전기적으로 접촉되게 하며, 상기 반도체 박막들이 상기 게이트 라인들과 전기적으로 접촉되게 하는 도전성 콘택들이 각각 상기 절연층을 관통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제3항에 있어서,상기 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서는 적외선을 감지하기 위한 판독용 집적 회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제4항에 있어서,상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들은 상기 판독용 집적 회로에 형성되어 상기 금속 콘택들에 의해 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서,
- 제4항에 있어서,상기 판독용 집적 회로가 형성된 기판과 상기 강유전체가 형성된 적외선 흡수소자의 구조물 사이에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 상기 판독용 집적 회로에 형성된 상기 금속 콘택들에 전기적으로 접속하기 위하여 절연성 메사 구조물 및 상기 메사 구조물의 측면에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 각각 상기 금속 콘택들과 전기적으로 접속시키는 금속 패드들이 더 구비된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제6항에 있어서,각 셀들에 대응하는 상기 금속 콘택 및 금속 패드들은 진공 혹은 공기에 의해 격리된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 반도체 박막들은 비정질 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 반도체 박막들은 다결정 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 반도체 박막들은 단결정 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- (가) 평판형 비도전성 적외선 흡수소자 상에 일방향의 스트라이프 상으로 공통 전극들을 형성하고, 상기 공통 전극들 상에 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀 영역에 대응하는 강유전체들을 형성하며, 상기 강유전체들 상면에 일대일로 대응하는 반도체 박막들을 형성하고, 상기 반도체 박막들의 양측면에 소스 및 드레인 역할을 하는 도전성 패드들을 형성하며, 상기 도전성 패드들 및 반도체 박막들의 상면에 각각 금속 콘택을 형성하는 단계;(나) 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들이 형성된 적외선 판독용 집적 회로의 반도체 기판 상에 각 셀에 대응하는 절연성 메사 구조물을 형성하고,상기 절연성 메사 구조물의 측면들에 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들과 각각 접속된 금속 패드들을 형성하는 단계; 및(다) 상기 금속 콘택들과 상기 금속 패드들이 일대일로 접속되도록 상기 (가) 단계에서 형성된 구조물과 상기 (나) 단계에서 형성된 구조물들을 접착하는 단계;를포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 (가) 단계에서 상기 반도체 박막들을 형성한 다음, 상기 반도체 박막들의 양측 일부분에 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 서브 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 제조방법.
- 평판형 비도전성 적외선 흡수 소자; 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들; 상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게 형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들; 상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들; 일방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들; 상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들; 일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들; 및 상기 적외선 흡수 소자와 상기 강유전체 사이에 상기 로우 라인과 평행하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 공통 전극들;을 구비하고,상기 강유전체의 분극 상태를 미리 초기화하여 복수개의 분극도를 가지는 상태로 변조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
- 제13항에 있어서,상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 더 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서,상기 초기화를 이용하여 적외선 검출 감도를 조절하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서,상기 초기화는 상기 게이트 라인과 공통 전극을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
- 일방향의 스트라이프 상으로 형성된 도전성 적외선 흡수소자;상기 적외선 흡수소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들;상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게 형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들;상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들;상기 도전성 적외선 흡수소자와 같은 방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들;상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들; 및일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들; 을구비한 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제17항에 있어서,상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,상기 도전성 적외선 흡수소자와 상기 강유전체들 사이에 격벽이 더 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제19항에 있어서,상기 적외선 흡수소자, 공통 전극들, 강유전체, 반도체 박막들 및 도전성 패드들의 상부에 상기 층들이 덮히도록 절연층이 형성되고, 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 상기 로우 라인들과 전기적으로 접촉되게 하고, 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 상기 칼럼 라인들과 전기적으로 접촉되게 하며, 상기 반도체 박막들이 상기 게이트 라인들과 전기적으로 접촉되게 하는 도전성 콘택들이 각각 상기 절연층을 관통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제20항에 있어서,상기 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서는 적외선을 감지하기 위한 판독용 집적 회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제21항에 있어서,상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들은 상기 판독용 집적 회로에 형성되어 상기 금속 콘택들에 의해 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서,
- 제21항에 있어서,상기 판독용 집적 회로가 형성된 기판과 상기 강유전체가 형성된 적외선 흡수소자의 구조물 사이에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 상기 판독용 집적 회로에 형성된 상기 금속 콘택들에 전기적으로 접속하기 위하여 절연성 메사 구조물 및 상기 메사 구조물의 측면에는 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들을 각각 상기 금속 콘택들과 전기적으로 접속시키는 금속 패드들이 더 구비된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제23항에 있어서,각 셀들에 대응하는 상기 금속 콘택 및 금속 패드들은 진공 혹은 공기에 의해 격리된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,상기 반도체 박막들은 비정질 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,상기 반도체 박막들은 다결정 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,상기 반도체 박막들은 단결정 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서.
- (가) 평판형 도전성 적외선 흡수소자 상에 절연성 격벽을 형성하고, 상기 절연성 격벽 상에 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀 영역에 대응하는 강유전체들을 형성하며, 상기 평판형 도전성 적외선 흡수소자를 일방향의 스트라이프 상으로 패터닝하여 공통전극으로 형성하며, 상기 강유전체들 상면에 일대일로 대응하는 반도체 박막들을 형성하고, 상기 반도체 박막들의 양측면에 소스 및 드레인 역할을 하는 도전성 패드들을 형성하며, 상기 도전성 패드들 및 반도체 박막들의 상면에 각각 금속 콘택을 형성하는 단계;(나) 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들이 형성된 적외선 판독용 집적 회로의 반도체 기판 상에 각 셀에 대응하는 절연성 메사 구조물을 형성하고, 상기 절연성 메사 구조물의 측면들에 상기 로우 라인들, 칼럼 라인들 및 게이트 라인들과 각각 접속된 금속 패드들을 형성하는 단계; 및(다) 상기 금속 콘택들과 상기 금속 패드들이 일대일로 접속되도록 상기 (가) 단계에서 형성된 구조물과 상기 (나) 단계에서 형성된 구조물들을 접착하는 단계;를포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 제조 방법.
- 제28항에 있어서,상기 (가) 단계에서 상기 반도체 박막들을 형성한 다음, 상기 반도체 박막들의 양측 일부분에 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 서브 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 제조 방법.
- 일방향의 스트라이프 상으로 형성된 도전성 적외선 흡수소자; 상기 적외선 흡수소자의 각 셀에 대응하도록 형성되고, 초전 효과에 의해 상기 적외선 흡수 소자의 각 셀에 흡수된 적외선 량에 따라 생성된 열전하에 의해 분극되는 강유전체들; 상기 강유전체에 일대일로 대응하도록 상기 강유전체 상면에 직접 접촉되게 형성되어 상기 강유전체의 전극으로 사용되는 반도체 박막들; 상기 반도체 박막들의 양쪽 상면에 소스 및 드레인의 역할을 하도록 각각 형성된 도전성 패드들; 상기 도전성 적외선 흡수소자와 같은 방향으로 배열된 상기 소스 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 로우 라인들; 상기 로우 라인과 교차하는 방향으로 배열된 상기 드레인 역할의 도전성 패드들을 전기적으로 연결하는 칼럼 라인들; 및 일방향으로 나열된 상기 반도체 박막들을 전기적으로 연결하는 게이트 라인들;을 구비하고,상기 강유전체의 분극 상태를 미리 초기화하여 복수개의 분극도를 가지는 상태로 변조하는 단계;를포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
- 제30항에 있어서,상기 반도체 박막들의 양쪽 일부분에 불순물이 도핑되어 소스 및 드레인이 더 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
- 제30항 또는 제31항에 있어서,상기 초기화를 이용하여 적외선 검출 감도를 조절하는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
- 제30항 또는 제31항에 있어서,상기 초기화는 상기 게이트 라인과 공통 전극을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 박막 트랜지스터 적외선 센서의 작동 방법.
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