KR101438726B1 - 적외선 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 적외선 검출기는 채널이 형성되는 채널 영역을 포함하는 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 내에 일정 깊이로 형성된 게이트 리세스(gate recess), 상기 게이트 리세스 일측면에 인접하여 제1 도전형으로 도핑되어 형성된 소스, 상기 게이트 리세스 타측면에 인접하여 제2 도전형으로 도핑되어 형성된 드레인 및 상기 리세스 내에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트(gate)를 포함하여 상기 소스와 상기 채널 영역의 접합부에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가된 바이어스를 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절한다.

Description

적외선 검출기{Infrared Ray Detector}
본 발명은 적외선 검출기에 관한 것이다.
일반적인 적외선 감지기(Infrared Ray Detector)는 광자(photon)를 검출하는 구성을 취하거나, 적외선이 입사하여 발생시키는 열을 감지하는 구성을 취한다. 적외선이 입사함에 따라 발생하는 열에 의한 전기 저항값의 변화를 검출하는 구성, 적외선이 입사하여 발생하는 열에 의하여 발생하는 전압 변화를 검출하는 구성 등이 후자에 의한 예이다. 광자를 감지하는 구성은 열 감지 구성에 비하여 감도와 응답 속도의 면에서 뛰어나나, 열 잡음을 차단하기 위하여 냉각되어야 한다. 광자를 검출하여 적외선을 검출하는 구성은 일반적으로 좁은 밴드갭을 가지는 화합물 반도체를 이용하여 입사한 적외선에 의하여 전자가 여기되어 흐르는 전류를 검출한다.
터널링 전계효과 트랜지스터(TFET, Tunneling Field Effect Transistor)는 일반적인 트랜지스터와는 달리 서로 다른 도전형으로 강하게 도핑된 소스와 드레인을 가지며, 소스에서 채널이 형성된 바디 영역으로 밴드 투 밴드 터널링(BTBT, Band To Band Tunneling)에 의하여 도전 경로가 형성된다.
바이어스를 가하기 전 배일런스 밴드(Valence Band)에 위치하는 전자가 금지 대역(forbidden band)를 터널링하여 바디영역으로 주입될 확률은 매우 낮다. 그러나, 소스(source)와 드레인(drain) 사이에 일정한 전위를 가하고 게이트에 소정의 전위를 가하면 채널이 형성되는 바디의 밴드는 인가된 전위에 의하여 일정량 하향 이동(shift down)된다. 따라서, 소스측 배일런스 밴드에 위치하는 전자가 금지 밴드를 터널링하여 바디 영역으로 전이하는데, 이러한 양자역학적 현상을 밴드 투 밴드 터널링(Band To Band Tunneling)이라 한다.
종래의 적외선 검출기는 III-V족 화합물 반도체를 사용하였다. 따라서, 현재 반도체 산업의 기반이 되는 실리콘 공정으로 적외선 검출기를 제조할 수 없었으며, 검출할 수 있는 적외선의 파장대가 한정적이었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 현재 널리 사용되는 반도체 공정인 실리콘 기반 공정을 이용하여 제조될 수 있는 적외선 검출기를 제공하는 것이 본 발명의 목적 중 하나이다.
또한, 본 발명의 목적 중 하나는, 검출하고자 하는 적외선 대역을 조절할 수 있는 적외선 검출기를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 적외선 검출기는 채널이 형성되는 채널 영역을 포함하는 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 내에 일정 깊이로 형성된 게이트 리세스(gate recess), 상기 게이트 리세스 일측면에 인접하여 제1 도전형으로 도핑되어 형성된 소스, 상기 게이트 리세스 타측면에 인접하여 제2 도전형으로 도핑되어 형성된 드레인 및 상기 리세스 내에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트(gate)를 포함하여 상기 소스와 상기 채널 영역의 접합부에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가된 바이어스를 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절한다.
일 실시예에서, 상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된다.
일 실시예에서, 상기 게이트, 상기 소스 및 드레인의 측면부는 평면이고, 저면부는 곡면으로 형성된다.
일 실시예에서, 상기 소스와 연결되어 상기 입사한 적외선에 의하여 형성된 전류를 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 게이트 리세스의 외주면은 소스 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는다.
본 발명에 의한 적외선 검출기는 실리콘 기판에 소정의 길이로 형성된 채널 영역, 상기 채널 영역의 마주하는 두 면에 각각 절연막을 개재하여 형성된 게이트; 및 상기 채널 영역의 다른 두 면에 각각 서로 반대 도전형으로 도핑되어 형성된 소스 및 드레인을 포함하며, 상기 채널 영역과 상기 소스의 접합면에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가하는 바이어스의 값을 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절한다.
일 실시예에서, 상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된다.
일 실시예에서, 상기 게이트는 상기 채널 영역을 중심으로 서로 대향하도록 배치되며, 상기 소스와 드레인은 상기 채널 영역을 중심으로 서로 대향하도록 배치된다.
일 실시예에서, 상기 소스와 연결되어 상기 입사한 적외선에 의하여 형성된 전류를 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판 상에 형성된 게이트, 상기 게이트 상에 형성된 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 상에 형성된 반도체 층으로, 상기 반도체 층의 일 영역에는 제1 도전형으로 도핑된 소스와, 상기 반도체 층의 타 영역에는 제2 도전형으로 도핑된 드레인과, 상기 소스와 드레인 사이에 위치한 바디를 포함하며 상기 바디에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가하는 바이어스의 값을 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절한다.
일 실시예에서, 상기 소스와 상기 드레인은 상기 바디를 중심으로 서로 대향하도록 배치된다.
일 실시예에서, 상기 소스와 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된다.
일 실시예에서, 상기 소스와 연결되어 상기 입사한 적외선에 의하여 형성된 전류를 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 게이트에 인가되는 바이어스를 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 대역을 조절할 수 있다는 장점이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 화합물 반도체가 아닌 실리콘 공정으로 제조할 수 있어 경제적인 방법으로 대량 생산할 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 적외선 검출기의 개요를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 검출기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 적외선 검출기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 검출기의 개요를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 검출기의 개요를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하며, 이하에서 설명되는 실시예에서 동일한 기능을 수행하는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 적외선 검출기의 개요를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 적외선 검출기는 채널이 형성되는 채널 영역을 포함하는 실리콘 기판(110)과, 실리콘 기판 내에 일정 깊이로 형성된 게이트 리세스(gate recess, R)와, 게이트 리세스 일측면에 인접하여 제1 도전형으로 도핑되어 형성된 소스(source, 140)와, 게이트 리세스 타측면에 인접하여 제2 도전형으로 도핑되어 형성된 드레인(drain, 150) 및 리세스(R) 내에 게이트 절연막(120)을 개재하여 형성된 게이트(gate, 130)를 포함하여 소스와 채널 영역의 접합부에 입사한 적외선(IR)을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가된 바이어스를 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이 소스(140)와 드레인(150)은 반도체 기판(110)과 각각의 매립 절연막(160S, 160D) 사이에 소정의 두께로 형성된다. 이와 같은 구조를 통하여 게이트 소스간 커패시턴스(gate to source capacitance) 및 게이트 드레인 커패시턴스(gate to drain capacitance)를 최소화 시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이 소스(140)와 드레인(150)은 제조 공정을 간이하게 하기 위하여 매립 절연막(160)을 형성하지 않고 형성할 수 있다.
소스(140)와 드레인(150)은 서로 반대 도전형으로 고농도 도핑된다. 일 실시예에서, 소스(140)가 P+로 도핑된다면 드레인(150)은 N+로 도핑된다. 다른 실시예에서, 소스(140)가 N+로 도핑된다면 드레인(150)은 P+로 도핑된다.
도 3은 소스(140)와 게이트가 형성된 리세스(R)가 접하는 면의 단면도이다. 도 3에는 게이트(130)와 게이트 절연막(120)이 도시되어 있으며, 해당 위치의 소스(140)쪽에는 매립 절연막(160S)이 위치한다. 게이트 리세스의 외주면의 단면을 RP라 표시하고, 소스(140)의 내주면(inner perimeter)은 소스(140)와 매립 절연막(140S)의 경계면으로, SIP로 표시하고, 소스(140)의 외주면(outer perimeter)은 소스(140)와 반도체 기판(110)의 경계면으로 SOP로 표시한다. 또한, 밴드 투 밴드 터널링이 일어나는 영역은 TR이라고 표시한다. 도 3을 참조하면, 게이트가 형성된 리세스의 외주면(RP)은 소스의 내주면(SIP)과 일치한다. 이러한 경우에 밴드 투 밴드 터널링이 일어나는 영역(TR)은 소스의 내주면(SIP)와 외주면(SOP) 사이에 위치한다. 일 실시예에서, 터널링이 일어나는 터널링 영역(TR)의 폭은 게이트가 인가하는 바이어스 크기에 따라 바뀔 수 있으며, 터널링 영역(TR)의 폭은 소스의 폭보다 좁을 수 있다. 다른 실시예에서, 게이트에 인가된 바이어스의 크기와 소스 내주면(SIP) 및 외주면(SOP) 사이의 폭에 따라 터널링이 일어나는 영역이 소스의 폭을 넘을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 적외선 검출기의 동작을 설명하기 위한 에너지 밴드도(energy band diagram)이다. 도 4a를 참조하면, 베일런스 밴드(Valence Band, Ev)에 위치한 전자는 밴드갭(Egap) 이상의 에너지를 얻지 않는 한 컨덕션 밴드(Conduction Band, Ec)로 전이하지 못한다.
게이트에 일정한 전위를 인가하면 도 4a에 실선으로 도시된 바와 같이 베일런스 밴드와 컨덕션 밴드에 기울기가 형성된다. 기울기가 형성된 베일런스 밴드에서 컨덕션 밴드로 전자가 전이하기 위하여는 Egap 만큼의 에너지를 외부로부터 흡수하여야 한다. 그러나, 인가된 바이어스에 의하여 베일런스 밴드에서의 전자, 정공의 파동 함수 말단(tail)이 도시된 바와 같이 금지 대역(forbidden band)내로 침투한다. 게이트가 인가하는 전위에 따라 형성되는 전기장에 의하여 전자와 정공의 파동함수는 평면파(planar wave)가 아닌 에어리 함수(Airy function)가 되며 이와 같이 에어리 함수의 형태를 가지는 파동함수는 금지대역 안으로 연장된 말단(tail)을 가지기 때문이다. 이와 같은 상태에서 Ephoton만큼의 에너지를 가지는 광이 입사한다면 컨덕션 밴드에의 전자 파동 함수의 말단으로 전이될 수 있다.
또한, 도 4b를 참조하면, 게이트가 바이어스를 인가하지 않은 상태에서 공핍층(depletion region)의 베일런스 밴드(Ev)와 컨덕션 밴드(Ec)는 고농도 도핑 프로파일에 의하여 점선으로 도시된 바와 같이 일정한 기울기를 가진다. 게이트가 바이어스를 인가하지 않은 상태에서 베일런스 밴드(Ev)에서 컨덕션 밴드(Ec)로의 터널링이 발생하기 위하여는 길이 L을 가지는 경로(tunneling path)를 따라 터널링이 이루어져야 한다. 게이트가 바이어스를 인가한다면 바이어스에 따른 전기장에 의하여 실선으로 도시된 바와 같이 베일런스 밴드(Ev')와 컨덕션 밴드(Ec')에 더욱 급한 기울기가 형성되며, 터널링 경로의 길이는 L에서 P로 단축된다.
게이트가 바이어스를 인가한 상태에서 일정한 에너지를 가지는 광이 조사되면 베일런스 밴드에 위치하는 전자는 상술한 바와 같이 금지대역내로 연장된 컨덕션 밴드 전자의 파동 함수의 말단으로 전이가 가능하며, 이 때 터널링이 이루어지는 경로의 길이는 P'로, P 또는 L에 비하여 더욱 단축됨을 알 수 있다. 따라서, 터널링 경로의 단축에 의하여 터널링 확률은 증가하며, 터널링 전류가 증가한다.
따라서, 게이트에 의하여 인가된 전위에 의하여 베일런스 밴드와 컨덕션 밴드에 기울기가 형성되며, 이러한 기울기의 변화에 따라 터널링 경로의 길이가 변화하므로 그에 따른 터널링 확률이 변화한다. 또한, 금지 대역내로 침투한 컨덕션 밴드에서의 파동 함수 말단과 베일런스 밴드에서의 파동 함수 말단 사이의 에너지 차이도 변화하므로, 게이트에 의하여 인가된 전위를 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장 대역을 조절할 수 있다.
즉, 게이트에 인가된 전위가 낮을수록 에너지 밴드의 기울기가 작아지므로, 파동함수 말단 사이의 에너지 차이(Ephoton)와 밴드갭 에너지(Egap)의 에너지 차이도 감소하며, 터널링 경로의 길이도 증가한다. 즉, 게이트에 인가된 전위가 낮을수록 베일런스 밴드에 위치한 전자가 컨덕션 밴드로 터널링하기 위하여 큰 에너지가 필요하다. 따라서, 짧은 파장의 적외선이 조사되어야 한다. 그러나 이와 반대로 게이트에 인가된 전위가 높을수록 에너지 대역의 기울기가 커지므로 터널링 경로의 길이도 감소하고, 파동함수 말단 사이의 에너지 차이와 밴드갭 에너지간 에너지 차이가 커지므로, 전자가 터널링하기 위하여 필요한 에너지는 적어진다. 따라서 보다 긴 파장 대역의 적외선을 조사하여 전자를 베일런스 밴드에서 컨덕션 밴드로 터널링시킬 수 있다. 따라서, 게이트에 의하여 인가된 바이어스에 의하여 실리콘의 밴드갭 에너지인 1.12eV에 해당하는 1.1um 파장대역보다 긴 파장을 가지는 적외선의 검출이 가능하다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 게이트(130)에 검출하고자 하는 적외선 대역에 해당하는 바이어스를 인가하면 소스와 연결된 리드 아웃 회로(read out circuit, 미도시)는 전류를 검출하여 검출하고자 하는 대역의 적외선 조사 여부를 판별할 수 있다. 다만, 도 1 및 도 2에는 적외선(IR)이 터널링 영역(TR)에만 조사되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 적외선(IR)은 터널링 영역(TR)을 포함하는 적외선 검출기의 전체 표면으로 조사될 수 있다.
본 실시예와 같이 U자형으로 형성된 소스, 드레인 및 게이트에 의하여 터널링 영역(TR)은 일정한 깊이로 형성되며, 저면부가 평면이 아닌 곡면으로 이루어지는 바, 채널폭(channel width)이 증가한다. 따라서 평면으로 터널링이 이루어지는 경우에 비하여 전류 특성이 향상된다. 또한, 상술한 바와 같이 게이트에 인가되는 바이어스의 크기를 조절하면 검출하고자 하는 적외선의 파장 대역을 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 검출기의 개요를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 적외선 검출기를 설명한다. 간결하고 명확한 설명을 위하여 상술한 실시예와 중복되는 부분은 설명을 생략한다. 본 실시예에 의한 적외선 검출기는 실리콘 기판(110)에 소정의 길이(Length, L), 폭(Width, W) 및 높이(Height, H)를 가지도록 배치되며 채널이 형성되는 바디(Body, B)와, 바디의 길이방향으로 접하며, 바디의 길이방향으로 마주하는 두 면에 각각 절연막(120)을 개재하여 형성된 게이트(130) 및 바디의 폭 방향으로 마주하는 두 면에 접하며, 두 면에 각각 서로 반대 도전형으로 도핑되어 형성된 소스(140) 및 드레인(150)을 포함하며, 바디와 소스가 접하여 터널링이 일어나는 터널링 영역(TR)에 입사한 적외선을 검출하며, 게이트(130)에 인가하는 바이어스의 값을 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절한다.
바디(B)는 실리콘 기판에 길이(L)와 폭(W)을 가지며 일정한 높이(H)로 형성된다. 바디(110)에는 상술한 실시예와 마찬가지로 채널이 형성되며, 소스(140)와 바디(B)가 접한 부분인 터널링 영역(TR)에서 밴드 투 밴드 터널링이 일어난다. 이전 실시예에서 설명한 바와 같이 터널링 영역(TR)은 게이트가 인가하는 바이어스에 의하여 그 폭이 변화한다. 일 실시예에서, 터널링 영역은 도 5a에 도시된 바와 같이 게이트에 인가된 바이어스에 따라 소스와 바디(B)의 접합면 전체에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 터널링 영역은 도 5b에 도시된 바와 같이 게이트에 인가된 바이어스에 따라 어느 한 게이트와 바디의 접합면, 다른 게이트와 바디의 접합면에 폭(W) 방향으로 분리되어 형성될 수 있다. 바디 폭(W)방향의 측면에는 바디와 접하여 드레인(150)이 위치하고, 드레인(150)과 마주하는 바디 폭방향의 다른 면에는 바디에 접하여 소스(140)가 위치한다. 일 실시예에서, 소스 및 드레인은 서로 반대 도전형으로 도핑된다. 또한, 소스와 드레인은 높은 농도로 도핑된다.
바디(B)의 길이(L) 방향의 측면에는 각각 절연막(120)을 개재하여 게이트(130)가 형성된다. 따라서 채널은 바디 높이(H)와 바디 길이(L) 방향으로 형성되어 전류는 바디 길이(L)방향으로 흐른다. 게이트(130)가 서로 마주하여 형성되므로 터널링 영역(TR)의 단면적이 증가한다.
게이트(130)에 바이어스를 인가하면 상술한 바와 같이 베일런스 밴드와 컨덕션 밴드에 기울기가 형성되고, 베일런스 밴드에서의 전자, 정공의 파동 함수 말단이 도시된 바와 같이 금지 대역(forbidden band)내로 침투하며, 터널링 경로의 길이가 바이어스를 인가하지 않은 경우에 비하여 단축된다. 나아가, 적외선이 인가되는 경우에는 터널링 경로가 더욱 단축된다. 따라서, 터널링이 이루어지는 영역(TR)에 적외선을 조사하면 터널링 확률이 증가하여 터널링 전류가 증가하므로, 터널링 전류를 센싱하여 적외선을 조사여부를 검출할 수 있다. 터널링 영역에 조사된 적외선에 의하여 금지대역의 에너지 폭에 비하여 적은 에너지가 인가되었음에도 불구하고 터널링이 일어나서 적외선을 검출할 수 있다. 일 실시예로, 터널링 전류를 검출하는 리드 아웃 회로(read out circuit, 미도시)는 소스와 연결될 수 있다. 다만, 도 5에는 적외선(IR)이 터널링 영역에만 조사되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 용이한 설명을 위한 것으로, 적외선은 터널링 영역(TR)을 포함한 적외선 검출 소자의 전면에 조사될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 검출기의 개요를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 적외선 검출기를 설명한다. 간결하고 명확한 설명을 위하여 상술한 실시예와 중복되는 부분은 설명을 생략한다. 본 실시예에 의한 적외선 검출기는 반도체 기판(110)과, 반도체 기판 상에 형성된 게이트(130)와, 게이트 상에 형성된 게이트 절연막(120)과, 게이트 절연막 상에 형성된 반도체 층으로, 반도체 층의 일 영역에는 제1 도전형으로 도핑된 소스(140)와, 반도체 층의 타 영역에는 제2 도전형으로 도핑된 드레인(150)과, 소스와 드레인 사이에 위치한 바디(B)를 포함하며 소스와 바디의 접합면에 형성된 터널링 영역(TR)에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가된 바이어스의 값을 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절한다.
게이트(130)는 실리콘 기판(110)의 상부에 형성되어 일정한 바이어스를 인가한다. 일 실시예에서, 게이트(130)는 실리콘 기판(110)위에 형성된 절연층(미도시)에 형성된다. 다른 실시예에서, 게이트(130)는 실리콘 온 인슐레이터(Silicon On Insulator, SOI) 기판상에 형성된다. 위에서 설명한 실시예와 같이 게이트에 의하여 인가된 전위에 의하여 파동함수의 말단이 금지 대역으로 침투한다.
게이트의 상부에는 게이트 절연막(120)이 형성된다. 게이트 절연막(120)은 상술한 실시예들과 같이 산화막으로 형성된다. 게이트 절연막(120)의 상부에는 반도체 층(180)이 형성된다. 반도체 층의 일부는 제1 도전형의 불순물로 고농도 도핑된 소스(140)가 위치하며, 소스와 접하여 채널이 형성되는 바디(B)가 위치하고, 바디를 중심으로 소스와 대향하여 제2 도전형의 불순물로 고농도 도핑된 드레인(150)이 배치된다. 소스(140)와 바디(B)의 접합면에는 터널링 영역(TR)이 형성되며, 터널링 영역에 적외선(IR)이 조사된다. 다만, 도 6에는 적외선(IR)이 터널링 영역에만 조사되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 용이한 설명을 위한 것으로, 적외선은 터널링 영역(TR)을 포함한 적외선 검출 소자의 전면에 조사될 수 있다.
터널링 영역(TR)의 면적은 게이트가 인가하는 바이어스에 의하여 결정되는 것으로 도시된 바와 같이 소스(140)과 바디(B)의 접합면 중 일부에만 형성될 수 있으며, 다른 실시예에 의하면 소스(140)과 바디(B)의 접합면 전 영역에 형성될 수 있다.
게이트(130)에 바이어스를 인가한 상태에서 소스(140)와 바디의 접합면에 적외선이 인가되면 상술한 바와 같이 베일런스 밴드와 컨덕션 밴드에 기울기가 형성되고, 베일런스 밴드에서의 전자, 정공의 파동 함수 말단이 도시된 바와 같이 금지 대역(forbidden band)내로 침투하며, 터널링 경로의 길이가 바이어스를 인가하지 않은 경우에 비하여 단축된다. 나아가, 적외선이 인가되는 경우에는 터널링 경로가 더욱 단축되므로 터널링 확률이 증가한다. 따라서, 터널링이 이루어지는 영역(TR)에 적외선을 조사하면 터널링 전류가 증가하므로, 터널링 전류를 센싱하여 적외선을 조사여부를 검출할 수 있다. 터널링 영역에 조사된 적외선에 의하여 금지대역의 에너지 폭에 비하여 적은 에너지가 인가되었음에도 불구하고 터널링이 일어나서 적외선을 검출할 수 있다. 일 실시예로, 터널링 전류를 검출하는 리드 아웃 회로(read out circuit, 미도시)는 소스와 연결될 수 있다.
110: 실리콘 기판 120: 게이트 절연막
130: 게이트 140: 소스
150: 드레인 160: 매립 절연막
IR: 적외선 TR: 터널링 영역
B: 바디

Claims (13)

  1. 채널이 형성되는 채널 영역을 포함하는 실리콘 기판;
    상기 실리콘 기판 내에 일정 깊이로 형성된 게이트 리세스(gate recess);
    상기 게이트 리세스 일측면에 인접하여 제1 도전형으로 도핑되어 형성된 소스;
    상기 게이트 리세스 타측면에 인접하여 제2 도전형으로 도핑되어 형성된 드레인; 및
    상기 리세스 내에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트(gate)를 포함하여 상기 소스와 상기 채널 영역의 접합부에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가된 바이어스를 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절하는 적외선 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된 적외선 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게이트, 상기 소스 및 드레인의 측면부는 평면이고, 저면부는 곡면으로 형성된 적외선 검출기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소스와 연결되어 상기 입사한 적외선에 의하여 형성된 전류를 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함하는 적외선 검출기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 리세스의 외주면은 소스 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는 적외선 검출기.
  6. 실리콘 기판에 소정의 길이로 형성된 채널 영역;
    상기 채널 영역의 마주하는 두 면에 각각 절연막을 개재하여 형성된 게이트; 및
    상기 채널 영역의 다른 두 면에 각각 서로 반대 도전형으로 도핑되어 형성된 소스 및 드레인을 포함하며, 상기 채널 영역과 상기 소스의 접합면에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가하는 바이어스의 값을 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절하는 적외선 검출기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된 적외선 검출기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 게이트는 상기 채널 영역을 중심으로 서로 대향하도록 배치되며, 상기 소스와 드레인은 상기 채널 영역을 중심으로 서로 대향하도록 배치된 적외선 검출기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 소스와 연결되어 상기 입사한 적외선에 의하여 형성된 전류를 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함하는 적외선 검출기.
  10. 실리콘 기판;
    상기 실리콘 기판 상에 형성된 게이트;
    상기 게이트 상에 형성된 게이트 절연막; 및
    바디와, 상기 바디를 사이에 두고 일 영역과 타 영역이 배치된 실리콘 층을 포함하며, 상기 실리콘 층의 상기 일 영역과 상기 타 영역에는 상기 실리콘 층이 서로 다른 도전형으로 도핑되어 형성된 소스와 드레인이 형성되며,
    상기 바디에 입사한 적외선을 검출하는 적외선 검출기로, 게이트에 인가하는 바이어스의 값을 조절하여 검출하고자 하는 적외선의 파장을 조절하는 적외선 검출기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소스와 상기 드레인은 상기 바디를 중심으로 서로 대향하도록 배치된 적외선 검출기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 소스와 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된 적외선 검출기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 소스와 연결되어 상기 입사한 적외선에 의하여 형성된 전류를 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함하는 적외선 검출기.
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