KR101554430B1 - Electrically-driven infrared thermal radiatior based of semiconductor - Google Patents

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Abstract

Disclosed is an electrically-driven infrared thermal radiator based on a semiconductor. The infrared thermal radiator includes a substrate, a first dielectric layer which is formed on the substrate, a semiconductor layer which is formed on the first dielectric layer, and a second dielectric layer which is formed on the semiconductor layer.

Description

전기적으로 구동되는 반도체 기반의 적외선 열 복사 장치{ELECTRICALLY-DRIVEN INFRARED THERMAL RADIATIOR BASED OF SEMICONDUCTOR}ELECTRICALLY-DRIVEN INFRARED THERMAL RADIATOR BASED OF SEMICONDUCTOR BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명의 실시예들은 반도체 기반의 열 복사 장치 및 방법에 관한 것으로, 열의 구속에 용이한 전기적 열원과 이를 둘러싸고 있는 광 구조(photonic structure) 기술에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a semiconductor based thermal radiation apparatus and method, and more particularly, to a photonic structure technology that surrounds an electrical heat source that facilitates heat confinement.

일반적으로, 2 내지 5μm의 중 적외선 광원을 구현하기 위한 기술로는 양자 계단 레이저(Quantum cascade laser)와 광섬유 레이저(Optical fiber laser)가 존재한다. 양자 계단 레이저와 광섬유 레이저는 반도체의 자발 및 자극 방출에 의존하여 동작하며, 고효율, 고출력의 동작이 가능하다.Generally, quantum cascade laser and optical fiber laser exist as a technique for implementing a medium infrared light source of 2 to 5 탆. The quantum step laser and the fiber laser operate depending on the spontaneous and stimulated emission of the semiconductor, and can operate with high efficiency and high power.

그러나, 양자 계단 레이저의 경우, 화합물 반도체에 기반하며, 매우 복잡하고 정교하게 쌓아 올려진 수십층의 양자 우물 및 장벽층이 요구된다. 이로 인해, 대량 및 저비용 생산에 어려움이 존재한다.However, quantum step lasers require dozens of layers of quantum wells and barrier layers that are based on compound semiconductors and that are very complex and delicately stacked. As a result, there are difficulties in mass production and low cost production.

파이버 레이저의 경우, 고출력의 발진이 가능하지만, 소자의 길이가 수 미터가 넘어 전기적으로 구동하는데 어려움이 존재한다.In the case of fiber lasers, high output oscillation is possible, but there is a difficulty in electrically driving the device beyond the length of several meters.

또한, 양자 계단 레이저와 파이버 레이저 모두 물질적 이질성 및 실장이 어려워 실리콘 평판 회로 기술에 적용되는데 어려움이 존재한다.In addition, both quantum step lasers and fiber lasers have difficulties in applying to silicon flat circuit technology due to their difficulty in material heterogeneity and mounting.

따라서, 고효율의 열 복사가 가능하면서, 실리콘 평판 회로 기술을 적용하여 전기적으로 구동 가능한 반도체 기반의 열 복사 기술이 요구된다.Accordingly, there is a need for a semiconductor-based thermal radiation technology capable of being electrically driven by applying a silicon flat circuit technology while enabling high-efficiency thermal radiation.

본 발명은 고효율의 열 복사가 가능하고, 전기적으로 구동 가능하도록 불순물의 주입과 광학 구조의 도입을 통해 열 복사율(emissivity)을 극대화하기 위한 것이다.The present invention is intended to maximize heat emissivity through the introduction of impurities and the introduction of an optical structure so as to enable high-efficiency thermal radiation and to be electrically driven.

본 발명의 일실시예에 따른 적외선 열 복사 장치는, 기판, 상기 기판 위에 형성되는 제1 유전체막, 상기 제1 유전체막 위에 형성되는 반도체막, 및 상기 반도체막 위에 형성되는 제2 유전체막을 포함할 수 있다.An infrared ray thermal radiation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a first dielectric film formed on the substrate, a semiconductor film formed on the first dielectric film, and a second dielectric film formed on the semiconductor film .

일측면에 따르면, 상기 반도체막은, 상기 제1 유전체막 위에 형성되며 P형 및 N형 불순물이 주입됨에 따라 PN 접합 반도체 다이오드 소자로 동작하고, 상기 PN 접합 반도체 다이오드 소자에 역 전압이 인가됨에 따라 전기적으로 구동될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the semiconductor film is formed on the first dielectric film and operates as a pn junction semiconductor diode device as p-type and n-type impurities are implanted, and as the reverse voltage is applied to the pn junction semiconductor diode device, Lt; / RTI >

다른 측면에 따르면, 상기 반도체막은, PN 접합 경계에 형성되며 전압 강하를 발생시키는 공핍 영역을 포함할 수 있다. 상기 공핍 영역은, 상기 반도체막에 주입되는 불순물의 도핑 농도를 조절함에 따라 두께가 조절될 수 있다.According to another aspect, the semiconductor film may include a depletion region formed at the PN junction boundary and causing a voltage drop. The depletion region may be adjusted in thickness by adjusting a doping concentration of an impurity implanted into the semiconductor film.

또 다른 측면에 따르면, 상기 반도체막은, 역전압 인가 시 상기 공핍 영역에 의해 큰 직류 전기장을 형성하며, 상기 전기장을 가로지르는 사태(Avalanche) 전류에 기초하여 상기 전기장이 형성된 국소 구간에서 열을 발생할 수 있다.According to another aspect, the semiconductor film forms a large direct-current electric field by the depletion region upon application of a reverse voltage, and generates heat in a local region where the electric field is formed based on an Avalanche current across the electric field have.

또 다른 측면에 따르면, 상기 공핍 영역은, 상기 불순물의 도핑 농도가 증가됨에 따라 자유 운반자 농도가 증가되어 광을 흡수하는 흡수체로 동작할 수 있다.According to another aspect, the depletion region can act as an absorber that absorbs light with increased free carrier concentration as the doping concentration of the impurity is increased.

또 다른 측면에 따르면, 상기 적외선 열 복사 장치는, 상기 반도체막 내의 P+, 및 N+ 영역에 불순물의 도핑 농도를 높임에 따라 제너(Zener) 다이오드로 동작할 수 있으며, 역전압 인가 시 제너 사태 이후에도 동작할 수 있다. 이처럼, 제너 사태 이후에 동작하는 경우, 더욱 높은 전기장과 전류 밀도를 공핍 영역에 집중함에 따라 열원의 동작 온도가 상승될 수 있다. According to another aspect of the present invention, the infrared thermal radiation apparatus may operate as a zener diode as the doping concentration of impurities is increased in the P +, N + regions in the semiconductor film, and may operate as a zener diode can do. As such, when operating after the Zener event, the operating temperature of the heat source can be increased as the higher electric field and current density are concentrated in the depletion region.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제2 유전체막은, 상기 반도체막 내의 능동층 위에 형성되어 대기 동작 상태에서의 산화를 방지할 수 있다.According to another aspect, the second dielectric film can be formed on the active layer in the semiconductor film to prevent oxidation in a standby operation state.

또 다른 측면에 따르면, 상기 기판은, SOI(Silicon-On-Insulator) 기판일 수 있다.According to another aspect, the substrate may be a silicon-on-insulator (SOI) substrate.

또 다른 측면에 따르면, 상기 반도체막은, 고농도로 도핑된 P++ 영역 및 N++ 영역을 포함하며, 상기 P++ 영역 및 N++ 영역 각각 위에 전극이 형성될 수 있다.According to another aspect, the semiconductor film includes a heavily doped P ++ region and an N ++ region, and an electrode may be formed on each of the P ++ region and the N ++ region.

본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 열 복사 장치는, 기판, 상기 기판 위에 형성되는 유전체층, 상기 유전체층 위에 형성되며, 반사를 통해 열 복사를 상부 방향으로 집중시키는 도체층, 상부 및 하부 금속 사이의 절연을 위해 상기 도체층 위에 형성되는 이격 유전체층, 상기 이격 유전체층 위에 불순물을 주입함에 따라 형성되는 반도체막, 및 상기 반도체막 위에 형성되는 유전체막을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an infrared thermal radiation apparatus comprising: a substrate; a dielectric layer formed on the substrate; a conductor layer formed on the dielectric layer and concentrating thermal radiation upward through reflection; A semiconductor layer formed by implanting impurities on the isolation dielectric layer, and a dielectric layer formed on the semiconductor layer.

일측면에 따르면, 상기 도체층은, 상기 반도체막에 구속된 광 공진 모드의 광 흡수 손실을 증가시킬 수 있다.According to one aspect, the conductor layer can increase light absorption loss in the light resonance mode confined to the semiconductor film.

다른 측면에 따르면, 상기 반도체막은, P형 또는 N형 불순물이 주입됨에 따라 P형 혹은 N형의 능동 반도체 막으로 동작할 수 있다.According to another aspect, the semiconductor film can operate as a P-type or N-type active semiconductor film as the P-type or N-type impurity is implanted.

또한, 상기 유전체막은 진공 상태에서 상기 적외선 열 복사 장치의 동작 효율을 증가시키기 위하여 제거될 수 있다.In addition, the dielectric film may be removed in a vacuum to increase the operating efficiency of the infrared radiator.

본 발명에 의하면, 불순물의 주입과 광학 구조의 도입을 통해 열 복사율(emissivity)을 극대화함에 따라, 반도체 기반의 열 복사 징치는 고효율의 열 복사를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 전기적으로 구동될 수 있다.According to the present invention, as the heat radiation rate is maximized through the injection of impurities and the introduction of optical structures, the semiconductor-based thermal radiation mount not only can provide high efficiency thermal radiation, but can also be electrically driven .

도 1은 종래 기술에서 전기적으로 직접 반도체 열원을 구동하는 열 복사 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본발명의 일실시예에 따른 적외선 열 복사 장치의 구성을 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 열 복사 장치에서 광 도파로 방향으로 열 복사가 가능한 구조를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본발명의 다른 실시예에 따른 적외선 열 복사 장치의 구성을 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a view showing a configuration of a heat radiation apparatus for electrically driving a semiconductor heat source directly in the prior art.
2 is a plan view and a cross-sectional view showing a configuration of an infrared heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure capable of thermal radiation in the direction of an optical waveguide in an infrared heat radiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of an infrared heat radiation device according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래 기술에서 전기적으로 직접 반도체 열원을 구동하는 열 복사 장치의 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a configuration of a heat radiation apparatus for electrically driving a semiconductor heat source directly in the prior art.

도 1에 따르면, 종래 기술의 열 복사 장치(100)는 갈룸비소(GaAs) 계열의 다중양자우물(Multi-Quantum Well: MQW) 멤브레인(membrane) 구조를 가질 수 있다. 도 1에서 화살표(101)는 전류의 흐름을 나타낼 수 있다. 1, the conventional thermal radiation apparatus 100 may have a multi-quantum well (MQW) membrane structure of gallium arsenide (GaAs). In Fig. 1, an arrow 101 may indicate a current flow.

종래 기술의 MQW 멤브레인 구조에서, 열원은 멤브레인 전체에 고르게 분포되며, 열 발생(heat generation)의 크기는 해당 각 영역에서의 전류 밀도와 직류 전기장 세기의 곱에 비례할 수 있다. 그러면, 종래 기술의 MQW 멤브레인 구조에서는 열원이 집중되지 않아 분포 열원들의 표면 온도는 상온에서 크게 오르기 어렵다. 이처럼, 낮은 표면 온도로 인해 열 복사의 파장을 Plank? law에 따라 장파장(~10um)으로 제한될 수 있다.In a prior art MQW membrane structure, the heat source is uniformly distributed throughout the membrane, and the magnitude of the heat generation can be proportional to the product of the current density in the respective regions and the DC field strength. Thus, in the MQW membrane structure of the prior art, the heat source is not concentrated, and the surface temperature of the distributed heat sources hardly rises at room temperature. Thus, due to the low surface temperature, the wavelength of thermal radiation is Plank? It can be limited to a long wavelength (~ 10um) according to the law.

도 2는 본발명의 일실시예에 따른 적외선 열 복사 장치의 구성을 도시한 평면도 및 단면도이다.2 is a plan view and a cross-sectional view showing a configuration of an infrared heat radiation device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 따르면, 적외선 열 복사 장치(200)는 기판(201), 제1 유전체막(202), 반도체막(205), 전극(203), 및 제2 유전체막(204)을 포함할 수 있다.2, the infrared thermal radiation apparatus 200 may include a substrate 201, a first dielectric film 202, a semiconductor film 205, an electrode 203, and a second dielectric film 204 .

제1 유전체막(202)은 기판(201) 위에 형성될 수 있다. 일례로, 기판(201)으로는 실리콘 기반의 기판(Silicon-On-Insulator: SOI)이 이용될 수 있으며, SOI 기판에 기판(201), 제1 유전체막(202), 반도체막(205)이 함께 형성될 수 있다.The first dielectric film 202 may be formed on the substrate 201. For example, a silicon-based substrate (Silicon-On-Insulator) may be used as the substrate 201, and a substrate 201, a first dielectric film 202, Can be formed together.

반도체막(205)에 불순물이 주입됨에 따라, 반도체막(205)은 PN 접합 다이오드 소자로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 유전체막(202) 위에 형성된 반도체막(205) 내부에 P형 및 N형 불순물이 주입될 수 있다. 그러면, 반도체막(205) 내에 존재하는 해당 PN 접합 다이오드 소자는 역 전압 인가를 통해 작동될 수 있다. 이처럼, PN 접합 다이오드 소자가 작동됨에 따라 공핍 영역(210)에서 전압 강하가 발생할 수 있다. 여기서, 공핍 영역은, 반도체막(205) 내의 중앙에 해당하며, P형 불순물과 N형 불순물이 만나는 경계 영역에 해당할 수 있다.As the impurity is implanted into the semiconductor film 205, the semiconductor film 205 can operate as a PN junction diode element. For example, P-type and N-type impurities may be implanted into the semiconductor film 205 formed on the first dielectric film 202. Then, the PN junction diode element existing in the semiconductor film 205 can be operated through reverse voltage application. As such, a voltage drop may occur in the depletion region 210 as the PN junction diode device operates. Here, the depletion region corresponds to the center in the semiconductor film 205, and may correspond to a boundary region where the P-type impurity and the N-type impurity meet.

이때, 공핍 영역의 두께는 P+, N+ 불순물의 도핑 농도에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 공핍 영역의 두께는 도핑 농도를 증가시킴에 따라 축소되도록 조절될 수 있다.At this time, the thickness of the depletion region can be controlled according to the doping concentration of the P +, N + impurity. For example, the thickness of the depletion region can be adjusted to decrease as the doping concentration increases.

또한, 반도체막(205) 내에 공핍 영역이 좁게 형성될수록 공핍 영역에 직류 전기장이 크게 형성될 수 있다.Further, as the depletion region is narrowly formed in the semiconductor film 205, a DC electric field can be formed to a large extent in the depletion region.

일례로, 공핍 영역에 큰 전기장이 형성된 경우, 전기장을 가로지르는 사태(Avalanche) 전류에 의해 전기장이 형성된 국소 영역에서만 열이 발생할 수 있다. 이 경우, 구동 구간은 항복(breakdown) 전압 이전에 국한될 수 있다. For example, when a large electric field is formed in a depletion region, heat may be generated only in a local region where an electric field is generated by an Avalanche current across the electric field. In this case, the driving period may be limited before the breakdown voltage.

이때, 반도체막(205) 내의 P+ 영역(211) 및 N+ 영역(212)에 불순물의 도핑 농도를 높인 경우, 적외선 열 복사 장치(200)는 제너(Zener) 다이오드로 동작할 수 있다. 제너 다이오드로 동작할 경우 항복(breakdown) 전압 이후에서도 동작이 가능하기 때문에 사태 구동보다 더욱 큰 전력 밀도를 공핍 영역에서 달성할 수 있다. At this time, when the doping concentration of the impurity is increased in the P + region 211 and the N + region 212 in the semiconductor film 205, the infrared heat radiation device 200 can operate as a zener diode. When operating with a zener diode, it is possible to operate even after the breakdown voltage, so that a greater power density can be achieved in the depletion region than the field drive.

다시 말해, 구동 전류가 큰 폭으로 상승될 수 있다. 그러면, 매우 큰 전기장과 전류가 매우 국소적인 영역인 공핍 영역에 집중될 수 있다. 이에 따라, 주입된 전기적 전력은 특정 국소 지역인 공핍 영역에 집중된 열원으로 전환되고, 열원의 집중을 통해 공핍 영역에서 매우 높은 온도를 발생시킬 수 있다. In other words, the driving current can be greatly increased. Then, a very large electric field and current can be concentrated in the depletion region, which is a very localized region. Thus, the injected electrical power is converted into a heat source concentrated in the depletion region, which is a specific local region, and can generate a very high temperature in the depletion region through concentration of the heat source.

제2 유전체막(204)은 대기 동작 상태에서 능동층이 산화되는 것을 방지하기 위해 능동층 위에 형성될 수 있다. The second dielectric film 204 may be formed over the active layer to prevent the active layer from oxidizing in the standby state of operation.

이때, 반도체막(205)은 양 끝에 P++ 영역(214) 및 N++ 영역(215)을 포함할 수 있으며, P++ 영역(214) 및 N++ 영역(215)의 상부에는 전극(203)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극(203)의 하부에는 오믹 접촉(Ohmic Contact)를 위해 좀 더 고농도로 도핑된 P++ 영역(214) 및 N++ 영역(215)이 형성될 수 있다. 그리고, 전극(203)을 통해 외부 전압이 인가될 수 있다.At this time, the semiconductor film 205 may include a P ++ region 214 and an N ++ region 215 at both ends, and an electrode 203 may be formed on the P ++ region 214 and the N ++ region 215 . For example, a more heavily doped P ++ region 214 and an N ++ region 215 may be formed in the lower portion of the electrode 203 for ohmic contact. An external voltage may be applied through the electrode 203.

이때, 식각 시 원통으로 된 영역은 식각되지 않고, 원통 이외의 영역은 식각될 수 있다. 그리고, 제2 유전체막(204)은 식각된 영역, 다시 말해, 반도체막(205)의 양 끝 상부에 형성된 전극(203) 사이의 영역에 산화 방지를 위해 형성될 수 있다.At this time, the region of the cylinder other than the cylinder is etched when the etching is performed. The second dielectric film 204 may be formed to prevent oxidation in an etched region, that is, an area between the electrodes 203 formed on both ends of the semiconductor film 205.

이때, 특정 온도로 달구어진 표면의 특정 방향, 특정 파장으로의 열 복사 효율은, 해당 방향으로 입사되는 해당 파장의 흡수 효율과 같을 수 있다. 이에 따라, 반도체막(205)은 높은 광 흡수를 갖는 것이 요구되며, 반도체막(205)은 불순물의 도핑 농도가 증가됨에 따라 자유 운반자 농도가 증가되어 광을 흡수하는 흡수체로 동작할 수 있다. 그러면, 특정 광학적 구조의 공진 파장에서 광 모드 흡수 손실이 증가될 수 있다. At this time, the heat radiation efficiency to a specific direction or a specific wavelength of the surface heated to a specific temperature may be the same as the absorption efficiency of a corresponding wavelength incident in the corresponding direction. Accordingly, the semiconductor film 205 is required to have high light absorption, and the semiconductor film 205 can operate as an absorber that absorbs light by increasing the free carrier concentration as the doping concentration of the impurity is increased. Then, the optical mode absorption loss at a resonance wavelength of a specific optical structure can be increased.

또한, 반도체막(205)은 열 전도를 최소화하도록 얇게 형성될 수 있다. 그리고, 반도체막(205)은 반도체 식각 공정을 통해 부분적으로 더 얇은 막을 형성할 수 있다.Further, the semiconductor film 205 may be formed thin so as to minimize heat conduction. Then, the semiconductor film 205 can form a thinner film partly through the semiconductor etching process.

일례로, 반도체막(205)은 원통형으로 된 영역을 주기적으로 남겨두고 식각 공정을 수행할 수 있다. 이때, 남겨진 원통형 구조물은 광학적인 동작을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 원통의 주기와 직경을 조절함에 따라 동작 파장이 조절될 수 있다. 그리고, 식각되어 형성되는 원통 구조물의 개수가 조절되어 공진 광 모드의 방사 손실이 결정될 수 있으며, 광 모드 방사 손실이 광 모드 흡수 손실과 같을 때 최대의 열 복사율(emissivity)을 가질 수 있다.In one example, the semiconductor film 205 may be subjected to an etching process leaving a cylindrical region periodically. At this time, the remaining cylindrical structure can be used to perform an optical operation. The operating wavelength can be adjusted by adjusting the period and diameter of the cylinder. In addition, the number of cylindrically structured structures to be etched can be controlled to determine the radiation loss of the resonant optical mode, and the maximum thermal emissivity can be obtained when the optical mode radiation loss is equal to the optical mode absorption loss.

이처럼, 적외선 열 복사 장치(200)는 원통 구조를 통해 열 복사를 수행함에 따라, 중앙의 집중된 열원은 외곽 방향으로의 열 전도 대신 표면 방향으로 열 복사될 수 있다. 예를 들어, 표면 방향은 수직 방향일 수 있다. 이때, 반도체막(205)의 상부 및 하부 각각에 위치하는 제1 유전체막(202) 및 제2 유전체막(204)은 반도체막(205)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. As such, the infrared heat radiating device 200 performs thermal radiation through the cylindrical structure, so that the central concentrated heat source can be thermally radiated in the surface direction instead of the heat conduction in the outward direction. For example, the surface direction may be vertical. At this time, the first dielectric film 202 and the second dielectric film 204 located at the upper and lower portions of the semiconductor film 205 may have a refractive index lower than that of the semiconductor film 205.

이상의 도 2에서 설명한 바와 같이, 적외선 열 복사 장치(200)는 열원을 공핍 영역에 집중시키고, 열 전도를 최소화함에 따라 소자의 국부적인 영역에서 매우 높은 온도를 발생시킬 수 있다. 그리고, 적외선 열 복사 장치(200)는 불순물(dopont)을 주입하고, 광학 구조를 이용함에 따라 열 복사율(emissivity)를 극대화할 수 있다. 이때, 열 복사 전력은 열 복사율에 비례하며, 소자 온도의 4제곱승에 비례한다는 스테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann) 법칙에 의해 묘사 될 수 있다.As described above with reference to FIG. 2, the infrared thermal radiation apparatus 200 can generate a very high temperature in the local region of the device as the heat source is concentrated in the depletion region and the thermal conduction is minimized. In addition, the infrared thermal radiation apparatus 200 can maximize heat emissivity by injecting dopants and using an optical structure. At this time, the thermal radiation power is proportional to the heat emittance and can be described by the Stefan-Boltzmann law, which is proportional to the square of the device temperature.

또한, 적외선 열 복사 장치(200)는 SOI 기판의 실리콘층에서 CMOS 공정을 통해 제작이 가능함에 따라 대량 생산에 용이하고 생산 단가를 낮출 수 있다. In addition, since the infrared thermal radiation apparatus 200 can be manufactured through a CMOS process in a silicon layer of an SOI substrate, it can be easily mass-produced and the production cost can be lowered.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 열 복사 장치에서 광 도파로 방향으로 열 복사가 가능한 구조를 도시한 평면도 및 단면도이다.3 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure capable of thermal radiation in the direction of an optical waveguide in an infrared heat radiation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따르면, 광 도파로 영역(301)은 중앙에 덜 식각되어 있는 영역으로서, PN 접합이 형성된 영역일 수 있다. According to Fig. 3, the optical waveguide region 301 is an area which is less etched at the center, and may be a region where a PN junction is formed.

그리고, 주기적으로 배치된 흰색 영역(302)은 완전히 식각된 영역으로 열 전도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 광 도파로 영역(301)은 반도체막이 덜 식각된 중앙 영역에 해당하며, 반도체막 위에 세로 방향으로 나란히 배치된 주기적 영역(302)은 완전히 식각된 영역일 수 있다.And, periodically arranged white regions 302 can reduce thermal conduction to a fully etched region. For example, the optical waveguide region 301 corresponds to the central region where the semiconductor film is less etched, and the periodic region 302 arranged in the longitudinal direction on the semiconductor film may be a fully etched region.

도 4는 본발명의 다른 실시예에 따른 적외선 열 복사 장치의 구성을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of an infrared heat radiation device according to another embodiment of the present invention.

도 4의 적외선 열 복사 장치(400)는 도 2의 적외선 열 복사 장치(200)에서 반도체막 하부에 위치하는 제1 유전체막 대신에 이격 유전체층, 도체층, 및 유전체층을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 도 3에서, 도 2와 중복되는 내용은 생략하기로 한다.4 may have a structure including a spacing dielectric layer, a conductor layer, and a dielectric layer in place of the first dielectric film located under the semiconductor film in the infrared heat radiation device 200 of FIG. 2 . Accordingly, in FIG. 3, contents overlapping with FIG. 2 will be omitted.

도 4에 따르면, 적외선 열 복사 장치(400)는 기판(401), 유전체층(402), 도체층(403), 이격 유전체층(404), 반도체막(407), 전극(405) 및 유전체막(406)을 포함할 수 있다.4, the infrared heat radiation device 400 includes a substrate 401, a dielectric layer 402, a conductor layer 403, a spacing dielectric layer 404, a semiconductor film 407, an electrode 405, and a dielectric film 406 ).

유전체층(402)은 기판(401)위에 형성될 수 있다. 일례로, 기판(401)은 실리콘 기판(Silicon-On-Insulator: SOI)이 이용될 수 있다.The dielectric layer 402 may be formed on the substrate 401. For example, the substrate 401 may be a silicon substrate (Silicon-On-Insulator: SOI).

도체층(403)은 유전체층(402) 위에 형성될 수 있다. 이때, 도체층(403)은 반사를 통해 열 복사를 상부 방향으로 집중시킬 수 있으며, 공진 모드의 방사 손실을 줄일 수 있다. 이에 따라, 목표 방사 손실에 요구되는 원통의 개수를 축소 할 수 있다. 또한 도체층(403)을 통해 공진 모드는 높은 광 흡수 손실을 가질 수 있다. 도체층(403)의 도입을 통해 적외선 열 복사 장치(400)은 원통 구조 개수가 제한적일 때 대체로 높게 형성되는 방사 손실을 줄이는 한편 대체로 낮게 형성되는 흡수 손실을 높일 수 있다. 이로 인해, 원통의 개수가 작을 때에도 흡수 손실과 방사 손실을 일치 시킬 수 있게 되어 최대의 열 복사 효율을 얻을 수 있다. 예를 들어, 도체층(403)으로는 흡수도가 크고 열적으로 안정적인 금속들이 사용될 수 있다. A conductor layer 403 may be formed over the dielectric layer 402. At this time, the conductor layer 403 can concentrate the heat radiation in the upward direction through reflection, and the radiation loss in the resonance mode can be reduced. Thus, the number of cylinders required for the target radiation loss can be reduced. Further, the resonance mode through the conductor layer 403 can have a high light absorption loss. Through the introduction of the conductor layer 403, the IR heat radiating apparatus 400 can reduce radiation loss, which is formed to be generally high when the number of cylindrical structures is limited, and increase absorption loss that is formed to be generally low. Therefore, even when the number of the cylinders is small, the absorption loss and the radiation loss can be matched with each other, and the maximum thermal radiation efficiency can be obtained. For example, as the conductor layer 403, metals that are highly absorbent and thermally stable can be used.

또한, 도체층(403)의 도입에 따라 공진 광 모드는 반도체막(407)과 도체층(403) 의 경계에서 큰 위상 변화가 발생할 수 있다. 이러한 위상 변화로 인해 공진 모드의 파장은 증가될 수 있다. 이처럼, 도체층(403)은 공진 광 모드의 파장을 증가시킴으로써, 반도체막(405)의 두께 대비 매우 큰 파장의 열 복사를 발생시킬 수 있다.Further, with the introduction of the conductor layer 403, a large phase change may occur at the boundary between the semiconductor film 407 and the conductor layer 403 in the resonance mode. Due to this phase change, the wavelength of the resonant mode can be increased. Thus, the conductor layer 403 can generate heat radiation of a very large wavelength compared to the thickness of the semiconductor film 405 by increasing the wavelength of the resonant light mode.

이격 유전체층(404)은 상부 및 하부 금속 사이의 절연을 위해 도체층(403) 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 이격 유전체층(404)은 하부에 위치하는 도체층(403)과 상부에 위치하는 반도체막(405)이 절연되도록 도체층(403)과 반도체막(407) 사이에 위치할 수 있다. 이처럼, 이격 유전체층(404)에 의해 도체층(403)과 반도체막(407)은 서로 이격될 수 있다.The spacing dielectric layer 404 may be formed on the conductor layer 403 for insulation between the top and bottom metal. For example, the spacing dielectric layer 404 may be positioned between the conductor layer 403 and the semiconductor film 407 so that the conductor layer 403 located below and the semiconductor film 405 positioned thereon are insulated. As such, the conductor layer 403 and the semiconductor film 407 can be separated from each other by the spacing dielectric layer 404.

반도체막(407)은 이격 유전체층(404) 위에 형성되며, 반도체막(407)에 불순물이 주입됨에 따라 P형 혹은 N형의 능동 반도체 막으로 동작할 수 있다. The semiconductor film 407 is formed on the spacing dielectric layer 404 and can act as a P-type or N-type active semiconductor film as impurities are implanted into the semiconductor film 407.

유전체막(406)은 대기 동작 상태에서 산화 방지를 위해 반도체막(407) 상부에 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 유전체막(406)은 진공 상태에서 상기 적외선 열 복사 장치의 동작 효율을 증가시키기 위하여 제거될 수도 있다.The dielectric film 406 may be formed on the semiconductor film 407 to prevent oxidation in the standby operation state. In addition, the dielectric film 406 may be removed in a vacuum to increase the operating efficiency of the infrared thermal radiation apparatus.

도 1 내지 도 4에 도시되지 아니하였지만, 본 발명의 제조 방법은 적외선 열 복사 장치를 제조하는 방법을 포함한다. 예를 들어, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 위에 제1 유전체막을 형성하는 단계; 상기 제1 유전체막 위에 반도체막을 형성하는 단계; 및 상기 반도체막 위에 제2 유전체막을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 반도체막은, 상기 반도체막 내부에 P형 및 N형 불순물이 주입됨에 따라 PN 접합 다이오드 소자로 동작하고, 상기 PN 접합 다이오드 소자에 역 전압이 인가됨에 따라 전기적으로 구동된다. 또한, 도 1 내지 도 4를 통하여 설명된 내용은 본 발명의 제조 방법에도 그대로 적용되므로, 자세한 설명은 생략한다.Although not shown in FIGS. 1 to 4, the manufacturing method of the present invention includes a method of manufacturing an infrared heat radiation device. For example, providing a substrate; Forming a first dielectric film on the substrate; Forming a semiconductor film on the first dielectric film; And forming a second dielectric film on the semiconductor film. Here, the semiconductor film operates as a PN junction diode element as P-type and N-type impurities are implanted into the semiconductor film, and is electrically driven as a reverse voltage is applied to the PN junction diode element. 1 through 4 are applied to the manufacturing method of the present invention as they are, the detailed description will be omitted.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (15)

기판;
상기 기판 위에 형성되는 제1 유전체막;
상기 제1 유전체막 위에 형성되는 반도체막; 및
상기 반도체막 위에 형성되는 제2 유전체막
을 포함하는 적외선 열 복사 장치.Board;
A first dielectric film formed on the substrate;
A semiconductor film formed on the first dielectric film; And
The second dielectric film formed on the semiconductor film
/ RTI > 제1항에 있어서,
상기 반도체막은,
상기 반도체막 내부에 P형 및 N형 불순물이 주입됨에 따라 PN 접합 다이오드 소자로 동작하고, 상기 PN 접합 다이오드 소자에 역 전압이 인가됨에 따라 전기적으로 구동되는 적외선 열 복사 장치.The method according to claim 1,
Wherein:
Wherein the p-type and n-type impurities are implanted into the semiconductor film, and the p-type and n-type impurities are operated as PN junction diode elements and are electrically driven as reverse voltage is applied to the PN junction diode elements. 제1항에 있어서,
상기 반도체막은,
전압 강하를 발생시키는 공핍 영역을 포함하고,
상기 공핍 영역은,
상기 제1 유전체막 위에 주입되는 불순물의 도핑 농도를 증가함에 따라 두께가 축소되는 적외선 열 복사 장치.The method according to claim 1,
Wherein:
A depletion region that causes a voltage drop,
The depletion region
Wherein the thickness is reduced as the doping concentration of the impurity implanted on the first dielectric film is increased. 제3항에 있어서,
상기 반도체막은,
역전압 인가 시 상기 공핍 영역에 의해 직류 전기장을 형성하며, 상기 전기장을 가로지르는 사태(Avalanche) 전류에 기초하여 상기 전기장이 형성된 국소 구간에서 열을 발생하는 적외선 열 복사 장치.The method of claim 3,
Wherein:
And generates a DC electric field by the depletion region when a reverse voltage is applied, and generates heat in a local region where the electric field is formed based on an Avalanche current across the electric field. 제3항에 있어서,
상기 반도체막은,
상기 불순물의 도핑 농도가 조절됨에 따라 자유 운반자 농도가 조절되어 공진 광 모드의 흡수 손실을 조절 하는 적외선 열 복사 장치.The method of claim 3,
Wherein:
Wherein the free carrier concentration is controlled as the doping concentration of the impurity is controlled to adjust the absorption loss of the resonance light mode. 제3항에 있어서,
상기 반도체막은,
식각되어 형성되는 원통 구조물의 개수가 조절되어 공진 광 모드의 방사 손실을 조절하는 적외선 열 복사 장치.The method of claim 3,
Wherein:
Wherein the number of cylindrical structures formed by etching is controlled to adjust the radiation loss of the resonant light mode. 제1항에 있어서,
상기 적외선 열 복사 장치는,
상기 반도체막 내의 P+, 및 N+ 영역에 불순물의 도핑 농도를 높임에 따라 제너(Zener) 다이오드로 동작하는 적외선 열 복사 장치.The method according to claim 1,
Wherein the infrared heat radiation device comprises:
And an impurity doping concentration in the P +, N + region in the semiconductor film is increased to operate as a Zener diode. 제1항에 있어서,
상기 제2 유전체막은,
상기 반도체막 내의 능동층 위에 형성되어 대기 동작 상태에서의 산화를 방지하는 적외선 열 복사 장치.The method according to claim 1,
And the second dielectric film
An infrared radiation heat radiation device formed on the active layer in the semiconductor film to prevent oxidation in a standby operation state. 제1항에 있어서,
상기 기판은,
SOI(Silicon-On-Insulator) 기판인 적외선 열 복사 장치.The method according to claim 1,
Wherein:
Infrared thermal radiation device, which is a silicon-on-insulator (SOI) substrate. 제1항에 있어서,
상기 반도체막은,
P++ 영역 및 N++ 영역을 포함하며,
상기 P++ 영역 및 N++ 영역 각각 위에 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 열 복사 장치.The method according to claim 1,
Wherein:
P ++ region and N ++ region,
And an electrode is formed on each of the P ++ region and the N ++ region. 기판;
상기 기판 위에 형성되는 유전체층;
상기 유전체층 위에 형성되며, 반사를 통해 열 복사를 상부 방향으로 집중시키는 도체층;
상부 및 하부 금속 사이의 절연을 위해 상기 도체층 위에 형성되는 이격 유전체층;
상기 이격 유전체층 위에 형성되며, 불순물이 주입되는 반도체막; 및
상기 반도체막 위에 형성되는 유전체막
을 포함하는 적외선 열 복사 장치.Board;
A dielectric layer formed on the substrate;
A conductor layer formed on the dielectric layer and concentrating thermal radiation upward through reflection;
A spacing dielectric layer formed over the conductor layer for insulation between the top and bottom metal;
A semiconductor layer formed on the spacing dielectric layer and doped with impurities; And
The dielectric film formed on the semiconductor film
/ RTI > 제11항에 있어서,
상기 도체층은,
상기 반도체막에서의 광 흡수 손실을 증가시키고, 광 방사 손실을 감소시키는 적외선 열 복사 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the conductor layer comprises:
Thereby increasing light absorption loss in the semiconductor film and reducing light radiation loss. 제11항에 있어서,
상기 반도체막은,
P형 또는 N형 불순물이 주입됨에 따라 P형 혹은 N형의 능동 반도체 막으로 동작하는 적외선 열 복사 장치.12. The method of claim 11,
Wherein:
Infrared thermal radiation device operating as P-type or N-type active semiconductor film as P-type or N-type impurities are implanted. 제11항에 있어서,
상기 유전체막은
진공 상태에서 상기 적외선 열 복사 장치의 동작 효율을 증가시키기 위하여 제거되는 적외선 열 복사 장치.12. The method of claim 11,
The dielectric film
And is removed to increase the operation efficiency of the infrared heat radiation device in a vacuum state. 기판을 제공하는 단계;
상기 기판 위에 제1 유전체막을 형성하는 단계;
상기 제1 유전체막 위에 반도체막을 형성하는 단계; 및
상기 반도체막 위에 제2 유전체막을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 반도체막은,
상기 반도체막 내부에 P형 및 N형 불순물이 주입됨에 따라 PN 접합 다이오드 소자로 동작하고, 상기 PN 접합 다이오드 소자에 역 전압이 인가됨에 따라 전기적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 적외선 열 복사 장치를 제조하는 방법.Providing a substrate;
Forming a first dielectric film on the substrate;
Forming a semiconductor film on the first dielectric film; And
Forming a second dielectric film on the semiconductor film
Lt; / RTI >
Wherein:
Wherein the P-type and N-type impurities are injected into the semiconductor film to function as a PN junction diode element and are electrically driven as a reverse voltage is applied to the PN junction diode element. Way.
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