KR101701275B1 - 높은 충전 레벨을 갖는 써모파일 적외선 센서 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 매질(15)로 채워진 하우징 내에서 높은 충전 레벨을 갖는 써모파일 적외선-센서 구조물(thermopile infrared sensor structure)에 관한 것으로서, 이 센서 구조물은 캐리어 기판(11)으로 이루어지며, 이 캐리어 기판은 외부로의 전기 접속부(28, 28')를 구비하고, 광학 어셈블리(13)에 의해 폐쇄되어 있으며, 이때 하우징 내에서 캐리어 기판(11) 상에는 센서 칩(14)이 제공되어 있고, 이 센서 칩은 다수의 열전기 센서 소자 구조물(16)을 구비하며, 이들 열전기 센서 소자 구조물의 소위 "핫 콘택(10)(hot contact)"은 개별 격판(3)(diaphragm) 상에 있고, 이들 격판은 열 전도성이 양호한 실리콘 지지 몸체(24) 내에서 각각 하나의 캐비티(9)(cavity) 위에 뻗어 있으며, 이 경우 "콜드 콘택(25)(cold contact)"은 상기 실리콘 지지 몸체(24) 상에 또는 상기 실리콘 지지 몸체(24) 근처에 있다. 본 발명의 과제는, 칩의 크기가 작은 경우에 높은 열적 분해 능력 및 특히 높은 충전 레벨을 갖는 써모파일-적외선-어레이-센서(센서 셀)를 제공하는 것이다. 이와 같은 센서는 바람직하게 정상 압력 또는 감소된 압력을 갖는 기체 상태에서 작동되어야만 하고, 최고-진공 하에서 하우징을 폐쇄하기 위한 복잡한 기술 없이 경제적인 방식으로 대량 생산될 수 있어야만 한다. 이와 같은 상황은 캐비티(9) 위로 걸쳐지는, 센서 소자 구조물(16)의 각각의 개별 격판(3) 위에 복사선 콜렉터 구조체(17)가 있음으로써 달성된다.
Description
본 발명은 매질로 채워진 하우징 내에서 높은 충전 레벨을 갖는 써모파일 적외선-센서 구조물(thermopile infrared sensor structure)에 관한 것으로서, 이 센서 구조물은 베이스 플레이트(base plate)로 이루어지며, 이 베이스 플레이트는 외부로의 전기 접속부를 구비하고, 광학 어셈블리에 의해 폐쇄되어 있으며, 이때 하우징 내에서 베이스 플레이트 상에는 센서 칩이 제공되어 있고, 이 센서 칩은 다수의 열전기 센서 소자 구조물을 구비하며, 이들 열전기 센서 소자 구조물의 소위 "핫 콘택(hot contact)"은 개별 격판(diaphragm) 상에 있고, 이들 격판은 열 전도성의 실리콘 지지 몸체 내에서 각각 하나의 캐비티(cavity) 위에 뻗어 있으며, 이 경우 "콜드 콘택(cold contact)"은 상기 실리콘 지지 몸체상에 또는 상기 실리콘 지지 몸체 근처에 있다.
실리콘-마이크로 공학-기술을 이용한 다양한 전술로 제조될 수 있는 적외선-써모파일-센서 어레이가 공지되어 있다. 이러한 센서 어레이에서는 통상적으로 각 센서 셀의 중앙에 얇은 격판이 있고, 이 격판 상에는 박막 기술로 열전 소자가 배치되어 있다. 상기 격판은 그 아래에 실리콘 기판이 있는 캐비티 위에 있다.
열전 소자는 소위 "핫 콘택" 및 "콜드 콘택"을 구비하며, 이때 "핫 콘택"은 격판의 중심부, 즉 흡수체 영역에 있는 한편, "콜드 콘택"은 실리콘 기판의 에지(픽셀) 상에 위치 설정되어 있다. 흡수체를 포함하는 상기 격판의 중심부와 히트 싱크(heat sink)로서 이용되는 실리콘 기판의 에지는 얇은 브릿지(빔)를 통해 서로 연결되어 있다.
적외선의 대부분의 흡수 작용은 격판의 중심 영역에서 이루어진다. 상기 중심 영역의 크기는 [특히 고밀도 어레이(High Density Array)의 경우] 픽셀의 크기보다 훨씬 더 작다.
상기와 같은 종래 기술이 갖는 두 가지 중요한 단점은, 적외선(IR-복사선)의 일 부분이 픽셀로 이용되지 않는다는 것, 그리고 그로 인해 달성될 분해 능력이 줄어든다는 것이다.
다른 한 편으로, 크기가 작은 핫 스팟(검출될 혹은 측정될 물체 또는 사람)은 충분한 신호 량을 운반하지 않아서 "간과"되며, 이때 상기 핫 스팟의 형상은 광학 장치에 의해 중심 영역 외부에서 픽셀의 에지 영역에 투사된다.
이하에서는 유럽 공개 특허 출원서 EP 2 348 294호 혹은 미국 공개 특허 출원서 US 2003/0054179 A1호를 참조하여 종래 기술에 공지된 써모파일 어레이에 대한 상기와 같은 한 가지 해결책이 기술된다. 상기 해결책에서는 하우징 내에 있는 열적 IR-센서가 다루어지고, 상기 하우징은 복사선 입력 광학 장치 및 열 전도성이 양호한 프레임 모양의 지지 몸체 위에 뻗어 있는 중앙의 얇은 격판 상에 열전 소자를 구비한 칩을 갖는다. 이와 같은 센서에서의 단점은, 흡수 작용을 하는 중앙 영역의 크기가 일 픽셀의 총 표면적보다 작다는 것이다. 상기 격판 상에는 다중 파일(pile)-복사선 검출기 층이 있으며, 이 층은 종래의 스위칭 회로 제조 공정에 의해서 구성된다. 이 경우에서의 한 가지 중요한 단점은, 반도체 스위칭 회로-스택의 다중-파일-구조물로 인해 단지 70%만 흡수할 수 있다는 것이다.
센서 구조물 아래에서 캐리어 기판에는 동공이 형성되어 있고, 이와 같은 형상은 습식 화학 에칭 방법(표면-마이크로 공학)을 통해 달성되며, 이 경우에는 비스듬한 벽이 발생한다.
열 센서가 고진공 하에서 작동되지 않으면, 센서 하우징 내의 잔류 기체 혹은 충전 기체의 열 전도는 흡수체 영역에 있는 "핫 콘택"과 히트 싱크(캐리어 기판)에 있는 "콜드 콘택" 사이에서 도달 가능한 온도 차를 감소시킨다.
흡수된 IR-복사선이 상대적으로 더 적은 온도 차를 발생시키면, 센서 셀의 도달 가능한 감도 역시 감소하게 된다.
『Kanno, T 외 (NEC corp.): "Uncooled focal plane array having 128x128 thermopile detector elements" B. Andersen (Ed.), Infrared Technology, Proc. SPIE 2269, Vol. XX, San Diego, 1994년 7월, 450-459 페이지』에서는 모놀리식(monolithic)의 써모파일 센서 어레이가 기술되며, 이와 같은 센서 어레이에서는 센서 소자가 희생 층을 갖도록 표면-마이크로 공학-기술로 제조된다.
재차, 흡수 층을 갖는 중심부의 크기는 픽셀의 크기보다 훨씬 더 작다. 센서 구조물과 히트 싱크의 간격은 기판 자체의 두께보다 훨씬 더 적다. 이와 같은 해결책은 센서 칩이 고진공 밀도의 하우징 내에 있는 경우를 위해서만 상대적으로 양호한 분해 능력을 허용한다. 잔류 기체 압력이 낮거나 충전 기체를 갖는 저렴한 하우징 구조체에서는, 충분히 높은 감도에 도달되지 않는다.
DE 693 29 708 T2호 혹은 유럽 공고 특허 출원서 EP 0 599 364 B1호에서는, 열적으로 단지 약간의 전도성만을 갖는 기체로 채워진 진공 하우징 또는 하우징이 사용됨으로써 감도가 개선되는 적외선-복사선 센서용 제조 방법이 다루어진다.
상기 복사선 센서는 습식 에칭된 비스듬한 에칭 그루브(groove) 벽을 갖는다. 베이스 플레이트와 기판 사이에는 배기 갭이 있으며, 이 배기 갭은 바람직하게 격판 위에 있는 영역과 아래에 있는 영역 사이에서 압력을 보상하기 위해 이용된다. 이 경우에는 흡수체 영역의 크기도 마찬가지로 일 픽셀의 치수보다 훨씬 더 작다.
『HORIBA product information: "8x8 element thermopile Imager"; Tech Jam International, 2002년 9월 26일』에서는 벌크(Bulk)-Si-마이크로 공학-기술로 제조되는 모놀리식 써모파일-센서 어레이가 기술된다. 64개의 소자가 8x8mm 크기의 칩 상에 있으며, 이 경우 각각의 소자는 실리콘-벽에 의해서 습식 에칭 기술로 열적으로 분리된다. 상기 칩의 과학 기술적으로 야기되는 크기는 상대적으로 높은 제조 비용을 야기하며, 또한 경제적인 방식의 대량 생산과도 대립한다.
전술된 두 가지 해결책에서는 충전율(filling factor)이 특히 불량이다.
상기와 같은 써모파일-해결책 이외에 저비용-적외선-어레이를 위한 추가의 해결책들도 존재한다.
『"A surface micromachined thermopile detector array with an interference-based absorber", J. Micromech. Microeng. 21 (2011년) 8 페이지 이하』에서는 표면 실리콘 마이크로 공학 기술로 제조된 써모파일 디텍터 어레이가 기술된다. 이 간행물에서는 써모파일의 제조 이외에 다른 무엇보다도 위·아래로 겹쳐서 배치된 4개의 층(SiC/Ti/SiC/Al)으로 이루어진 CMOS-호환성의 간섭 기반 흡수체가 다루어진다. 이와 같은 층 스택은 전경에서 1-5㎛ 범위 안에 있는 파장을 흡수한다. 하지만, 이러한 파장은 사람 검출 또는 물체 검출의 적용 예를 위해서는 덜 유용하다. 또한, 제조 공정에서의 문제점들에 대해서도 기술된다. 다른 무엇보다도 질화규소 층을 제거할 때에는 잔류물이 생성되는데, 이 잔류물은 비-투과성 필름을 형성하고, 최악의 경우에는 구조물의 파괴를 야기할 수 있다.
『Skidmore 외: "Pixel Structure having an umbrella type absorber with one or more recesses or channels sized to increase radiation absorption" US 2009/0140147 A1호』에서는 소위 엄브렐러-타입의 흡수체(우산 모양의 흡수체)를 구비하는 픽셀 구조물에 대해서 기술된다. 볼로미터(bolometer) 및 기판으로 이루어진 픽셀 구조물이 기술된다. 이 볼로미터는 저항 및 흡수를 높여야만 하는 다수의 홀 또는 채널을 갖는 트랜스듀서를 구비한다. 상기 리세스 및 채널은 또한 평상시에는 반사되는 적외선의 부분이 흡수체 내부로 향하게 되는 상황을 야기한다. 상기 리세스는 또한 볼로미터의 열적인 질량도 감소시킨다. 하지만, 이와 같은 상황에 의해서는 더 많은 공정 단계들이 필요하게 되고, 제조 공정도 더 비싸진다.
우산 모양의 흡수체는 볼로미터 위에 있다. 하지만, 이와 같은 볼로미터의 구조체로 인해, 민감한 재료의 강한 드리프트(drift)를 보상하기 위해서는 진공 패키징이 필요하고, 볼로미터는 또한 일반적으로 온도 안정화 또는 셔터 혹은 다른 복잡한 보정 방법을 필요로 한다.
상기 진공-패키징은 다른 무엇보다도 신뢰할만한 적용을 위해서는 복잡하고도 비싸다. 상기 트랜스듀서는 산화바다늄(VOx), 산화티타늄(TiOx), 비정질 실리콘 또는 양호한 온도-저항 특성을 갖는 다른 재료들로 이루어질 수 있다.
상기 모든 구조물은 진공 없이도 충분히 높은 충전 레벨을 갖는 경제적인 방식의 써모파일 어레이의 구조체를 허용하지 않는다.
전술된 모든 써모파일-적외선-어레이-센서 셀에서는 흡수체의 표면적이 픽셀 표면적에 비해 작다. 이와 같은 상황은 픽셀 당 최대로 달성 가능한 신호 비율을 제한하고, 측정 오류의 위험을 증가시킨다.
일 써모파일 픽셀의 신호 전압은 다른 무엇보다도 직렬로 접속된 다수의 써모 쌍이 픽셀 상에서 구조화됨으로써 증가할 수 있다. 낮은 제조 비용을 이용하기 위해서는, 열전 소자들이 나란히 놓이는 표준-CMOS-공정이 이용되어야만 한다. 이때 빔 상에 있는 열전 소자의 개수가 증가하면, 필연적으로 상기 빔의 폭은 확장되지만 - 그와 동시에 흡수체 면을 갖는 중심 영역은 더 작아지며, 이와 같은 상황은 재차 픽셀 당 흡수되는 적외선 에너지의 양을 감소시키고, 그와 더불어 충전 레벨을 더욱 악화시킨다.
본 발명의 과제는, 칩의 크기가 작은 경우에 높은 열적 분해 능력 및 특히 높은 충전 레벨을 갖는 써모파일-적외선-어레이-센서(센서 셀)를 제공하는 것이다. 이와 같은 센서는 바람직하게 정상 압력 또는 감소된 압력을 갖는 기체 상태에서 작동되어야만 하고, 최고-진공 하에서 하우징을 폐쇄하기 위한 복잡한 기술 없이 경제적인 방식으로 대량 생산될 수 있어야만 한다.
본 발명은 제 2 평면에서 일 격판 위에 있는, 콜렉터와 유사한 IR-흡수체(추후에는 복사선 콜렉터로 언급)를 구비하고 실리콘 마이크로 공학 기술로 제조되는 적외선-(실리콘)칩에 관한 것이다. 이와 같은 적외선 칩에 의해서는 특히 높은 충전 레벨에 도달한다.
상기 적외선 칩은 써모파일 센서이지만, 파이로(Pyro) 센서와 같은 다른 적외선-센서 타입도 가능하다.
핫 콘택이 그 위에 배치되어 있는 격판의 중심부는 연결 브릿지에 의해서 실리콘 벽에 연결된다.
상기 연결 브릿지의 측은 슬롯에 의해서 격판의 중심부로부터 그리고 실리콘 지지 몸체로부터 분리되어 있다. 그럼으로써, 격판의 중심부, 연결 브릿지와 실리콘 지지 몸체 사이에서 열 저항이 증가하게 된다. 상기 연결 브릿지 상에는 핫 콘택과 콜드 콘택을 서로 연결하는 열전 소자가 있다.
본 발명에 따르면, 복사선 콜렉터 구조체는 복사선 콜렉터를 기계식으로 고정시키는 각각의 개별 격판 위에 있는 하나 이상의 열 전도 푸트(foot) 또는 지지대(prop) 상에 구성되어 있다. 상기 격판은 실리콘 지지 몸체 내에 있는 캐비티 위에 걸쳐있다. 상이한 형태 및 구조물 방식의 다수의 지지대 및 다수의 복사선 콜렉터도 가능하다. 상기 지지대(들)는 복사선 콜렉터를 지지하기 위해서 그리고 복사선 콜렉터로부터 그 아래에 놓여 있고 핫 콘택을 갖는 격판으로의 열 전달을 보증하기 위해서 존재한다.
상기 캐비티는 실리콘 지지 몸체의 전면으로부터 또는 후면으로부터 내부로 깊게 형성되며, 이 경우 실리콘 지지 몸체의 후면에는 바람직하게 수직의 또는 거의 수직의 측벽이 제공되어 있다. 기본적으로는 비스듬한 기판 벽을 갖는 어레인지먼트(arrangement)도 가능하지만, 이 경우에는 도달 가능한 감도의 악화를 감수해야만 한다.
또한, 격판 또는 캐비티는 정방형, 직사각형, 다각형 또는 원형의 형상을 갖는다. 계속해서 본 발명에서 복사선 콜렉터 구조체는 하나 또는 다수의 복사선 콜렉터 및 상기 복사선 콜렉터를 지지하는 하나 또는 다수의 지지대로 이루어지며, 이 지지대는 복사선 콜렉터 면을 그 아래에 놓인 격판의 중심부 및 "핫 콘택"에 열적으로 연결한다. 바람직하게 상기 복사선 콜렉터(들) 및 상기 지지대(들)가 동일한 재료로 이루어지고 동일한 공정으로 제조됨으로써, 제조 비용은 매우 적다.
본 발명의 추가의 특별한 일 실시 예에서는, 이웃하는 복사선 콜렉터들 사이에 혹은 복사선 콜렉터 구조체들 사이에 하나 또는 다수의 얇은 연결 브릿지가 배치되어 있으며, 이들 브릿지는 복사선 콜렉터 또는 복사선 콜렉터 구조체의 기계적인 안정성을 높여준다. 하지만, 주목해야만 할 사실은, 상기 연결 브릿지에 의해서는 이웃하는 복사선 콜렉터들 사이에서 상당한 정도의 온도 보상이 이루어지지 않는다는 것이며, 이와 같은 상황은 열에 의한 누화(crosstalk) 및 그와 더불어 복사선 검출의 오류를 결과적으로 야기할 수 있다.
상기 실시 예에서 지지대의 형상은 콜렉터의 종류에 따라서 변동된다. 지지대는 사용된 희생 층 기술로 인해 실린더의 형상을 가질 수 있다. 다른 기하학적인 형상, 사각형과 유사한 형상 및 원형의 형상 혹은 파이프 모양의 횡단면도 가능하다. 한 가지 가능한 구조체 형태는 원형이며, 이 경우 지지대는 원형 경로 상에서 복사선 콜렉터 아래에 있고, 상기 복사선 콜렉터를 지지한다. 지지대가 타원형의, 직사각형의, 평행사변형의 또는 사다리 모양의 기하학적인 형상으로 복사선 콜렉터 아래에 놓이는 것도 가능하다.
지지대의 폭은 기계적인 안정성을 위한 확실한 고정을 보증해주어야만 한다. 3차원적인 전체 형상체의 기계적인 취성(fragility) 및 가급적 적은 열 흐름으로 인해 주변을 둘러싸는 영역을 넘어서기 위해서는, 가능한 모든 접촉 위험을 피하기 위해, 둘레에 있는 토폴로지(topology)에 대한 복사선 콜렉터의 간격이 충분히 크게 보증되어야만 한다. 매질(기체)이 매우 낮은 압력(진공)을 갖지만 상기 매질이 하우징 폐쇄 비용을 심하게 증가시키는 경우에는, 상기와 같은 콜렉터 면과 그 아래에 놓인 격판의 간격이 변경될 수도 있다.
한 편으로는 기계적인 안정성을 높이기 위하여 그리고 다른 한 편으로는 또한 복사선 콜렉터로부터 핫 콘택 쪽으로의 열 흐름을 높이기 위하여, 다수의 지지대 및 복사선 콜렉터가 한 가지 기하학적인 형상 및 구조체 방식으로 존재할 수도 있다.
최대로 가능한 기계적인 안정성 및 핫 콘택으로의 최대 열 흐름을 보증할 수 있기 위하여, 지지대 및 복사선 콜렉터의 개수는 변경될 수 있다.
예컨대 콘택에 의한 또는 기체를 통한 열 교환이 이루어질 수 없도록, 이웃하는 토폴로지의 충분한 간격을 보증하기 위하여 지지대의 두께는 상이한 두께로 형성될 수 있다.
격판들은 각각 좁고 얇은 브릿지를 통해서 실리콘 지지 몸체에 연결되어 있으며, 이 경우 기능 층을 갖는 열전 소자는 상기 브릿지를 통해서 가이드 되고, 격판의 중심 영역에 있는 "핫 콘택"을 실리콘 지지 몸체상에 있는 "콜드 콘택"에 연결한다.
상기와 같은 방식으로 인해 하나 이상의 빔(브릿지)에 걸리게 되는 격판의 중심부는 예컨대 에칭에 의해서 제조된다. 이 경우에는 격판을 전면에서 노출시키기 위하여, 실리콘 지지 몸체의 후면으로부터 에칭에 의해 그루브(캐비티)가 깊게 형성된다. 이때에는 습식 에칭 공정뿐만 아니라 플라즈마 에칭 공정도 적용될 수 있다. 플라즈마 에칭 공정은 달성 가능한 수직의 또는 거의 수직의 벽으로 인해, 비스듬한 벽을 결과적으로 야기하는 습식 에칭 공정보다 훨씬 더 높은 집적 밀도를 가능케 한다.
연결 브릿지 상에는 바람직하게 위·아래로 겹쳐진 2개 이상의 폴리실리콘 층이 있으며, 이들 층은 CMOS-공정에서 생성된다. 상기 폴리실리콘 층은 CMOS-공정에서 열전 소자를 제조하기 위해 구조화되었다. 빔의 열 전도를 줄이기 위하여 그리고 가급적 높은 신호를 발생시키기 위하여, 각각의 연결 브릿지 상에는 20개 미만의, 바람직하게는 10개 미만의 열전 소자가 있다. 열전 소자의 개수는 격판의 중심부의 최소 크기에 의해서 위로 제한되어 있다. 상기 중심부는 적어도 복사선 콜렉터를 고정시키기 위한 지지대 및 핫 콘택을 설치할 수 있을 정도의 크기를 가져야만 한다.
상기 2개 층의 하나는 n-전도성이고, 다른 하나는 p-전도성이다. 연결 브릿지는 격판의 중심부 둘레에 배치되어 있으며, 이 경우 이들 브릿지는 슬롯에 의해서 열적으로 결합 해제되어 있다. 빔의 한 가지 가능한 형상은 곡류 형태이며, 이와 같은 형상에 의해서는 신호가 확연하게 증가한다. 이와 같은 버전의 한 가지 추가의 장점은 전체 구조물의 응력 감소이다. 단점은, 다수의 긴 이중 폴리실리콘 층에 의해서 전기 저항이 증가한다는 것이며, 이와 같은 전기 저항의 증가는 열적인 잡음(Johnson noise)을 증가시킨다. 하지만, 질소/공기보다 적은 열 전도성을 갖는 낮은 열 전도성의 기체의 경우는 그와 반대이다. 열 전도성이 상대적으로 적은 기체에 의해서는, 흡수체 영역으로부터 곡류 형태의 슬롯을 거쳐서 또는 복사선 콜렉터로부터 히트 싱크인 실리콘 쪽으로의 열 전도가 점차 최소화된다.
계속해서 본 발명에서 복사선 콜렉터는 실리콘 지지 몸체 내에서 대략 상기 복사선 콜렉터 아래에 있는 캐비티와 동일한 크기를 갖는다.
복사선 콜렉터는 또한 상기 캐비티의 에지 위로 연장될 수도 있다.
본 발명의 한 가지 특별한 실시 예는, 에지 영역에 있는 복사선 콜렉터가 단(stage) 또는 융기부를 갖고/갖거나 실리콘 지지 몸체 위에 있는 에지 영역에서 상기 단 또는 융기부 아래에 놓인 층들이 내부에 형성된 그루브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 에지 영역에 있는 복사선 콜렉터는 또한 얇게 절단될 수도 있다.
복사선 콜렉터는 높은 열 전도성 및 적은 열 용량을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 복사선 콜렉터는 입사되는 복사선의 방향으로 적은 반사율을 가져야만 한다. 그럼으로써, 입사되는 IR-복사선이 콜렉터의 표면에서 반사되어 센서 내부로 투과될 수 없는 상황이 방지된다. 한 가지 가능한 접근 방식은 원주형의 구조물을 갖는 재료의 사용에 있다.
그 다음에 상기 흡수된 열은 콜렉터 및 지지대를 거쳐서 격판 상에 있는 핫 콘택으로 운송된다.
복사선 콜렉터는 반드시 양호한 흡수력을 가질 필요가 없는 기계적으로 안정된 층들로 이루어진 다중 층 시스템일 수도 있다. 기계적인 안정성을 높이기 위하여, 복사선 콜렉터는 두 가지 이상의 상이한 재료로 구성될 수 있다. 다중 층 시스템으로서의 복사선 콜렉터는 자체 흡수율을 높이기 위하여 적외선 흡수력이 양호한 하나 또는 다수의 추가 층을 포함한다. 이와 같은 다중 층 시스템에서는 강한 비틀림 및 그와 더불어 격판에 대한 기계적인 접촉을 방지하기 위하여 기계적인 응력이 보상되어야만 한다.
전송되어 아래로부터 역으로 반사된 적외 광선을 흡수하기 위하여, 하부 면에 있는 복사선 콜렉터는 흡수력이 양호한 층을 포함할 수 있다.
복사선 콜렉터는 또한 얇은 흡수체 층으로 덮일 수도 있다.
또한, 핫 콘택 쪽으로의 열 흐름을 높이기 위하여 복사선 콜렉터에는 열 전도성이 양호한 합금이 제공될 수도 있다.
복사선 콜렉터는 또한 흡수체 표면적을 높이기 위한 뾰족한 형성체들로 구조화된 표면 및 상기 뾰족한 형성체들 사이에 있는, 시간 상수를 줄이기 위한 자유 영역도 구비할 수 있다.
한 가지 추가의 가능성은, 반사 작용을 하는 벽 및 하니콤(honeycomb)의 바닥에 있는 적외선 흡수 층을 구비하는 복사선 콜렉터의 벌집 모양의 다층-구조체이다. 이와 같은 구조체에 의해서는, 수직으로 입사되지 않고 측방에 서 있는 벽에서 아래로 반사되는 열 복사선이 추가로 수집될 수 있다.
복사선 콜렉터와 이웃하는 토폴로지의 간격은, 심지어 열적인 부하로 인해 복사선 콜렉터가 팽창 및/또는 변형되는 경우에도 절대로 둘레에 있는 토폴로지에 대한 콘택이 생성되지 않을 정도까지 높은 온도-응력 하중의 상황을 충족시켜야만 한다. 구조물의 안정성을 높이기 위하여, 상기 간격은 확연하게 더 커질 수 있다. 상대적으로 더 큰 간격은 또한 복사선 콜렉터의 외부 에지와 Si-에지 영역 사이에서의 기체 교환도 감소시킨다.
지지대(들)를 구비하는 복사선 콜렉터는 공지된 실리콘 마이크로 공학 기술의 릴리스-공정에 의해서 노출될 수 있다. 복사선 콜렉터는 반드시 CMOS-호환성 재료로 이루어질 필요는 없다. 그 아래에 놓인 격판 상에는 적외 광선을 흡수하는 재료가 있을 수 있으며, 이 재료는 복사선 콜렉터를 통과하는 경우에 열 복사선을 흡수한다. 격판의 중심 면에서는 흡수력이 그다지 양호하지 않은 재료도 가능하며, 상기 재료에 의해서는 적외 광선의 일 부분이 재차 역으로 반사된다. 그 다음에 복사선은 복사선 콜렉터의 하부 면에서 또는 내부에서 흡수된다.
복사선 콜렉터는 적합한 마이크로 기계적인 제거 공정에 의해서 COMS-층 내부에 깊게 형성된 그루브 내부에 형성될 수 있다.
이 경우 그루브 내부에 통합된 복사선 콜렉터는 적어도 그 아래에 놓인 격판의 중심부와 동일한 폭을 가질 수 있다. 이상적으로 IR-복사선 콜렉터의 크기는 최대로 픽셀의 크기와 동일하고, 그루브 에지에 대해서 필요한 간격은 이상적으로, IR-콜렉터로부터 히트 싱크까지 가급적 적은 기생 열 흐름이 결과적으로 발생하도록 형성되어야만 한다.
복사선 콜렉터는 격판 위에 그리고 추가로는 둘레에 있는 실리콘 싱크[실리콘 지지 몸체(24)] 위에 놓일 수 있다. 이 경우 콜렉터들 간의 열 흐름을 피하기 위하여, 콜렉터의 최대 크기는 이웃하는 픽셀의 콜렉터에 대한 최소 간격에 의해서 결정된다.
이때 다수의 콜렉터는 어레이로서 나란히, 픽셀 및 중간-픽셀-전자 장치에 걸쳐서, 좁은 슬롯에 의해 제한된 상태로 있다. 이와 같은 좁은 슬롯은 제조 공정에서 예를 들어 희생 층을 제거하기 위해서 그리고 복사선 콜렉터들을 열적으로 상호 분리시키기 위해서도 이용된다.
격판의 두께는 CMOS-공정에 사용된 층간(interlayer)-유전체의 개수 및 마이크로 기계적으로 얇게 된 정도에 의해서 결정된다. 격판이 지나치게 두꺼우면, 열 용량이 증가하게 되고, 시간 상수 및 신호는 더 작아진다. 그러나 매우 얇은 격판은 재차 전체 형성체의 불안정성을 야기하고, 기술의 특히 양호한 통제 및 격판 층들 내에서의 적은 응력을 필요로 한다.
적은 소자 개수를 위한 일 실시 예에서는, 어레이의 개별 센서 셀(픽셀)이 어레이로서의 콜드 콘택을 통해 금속 도체 스트립에 의해서 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 전자식의 데이터 처리부는 센서 어레이 필드 외부에서 어레이 칩 둘레에 넓게 존재한다.
특히 바람직한 일 형태에서, 전자 데이터 처리부의 큰 일 부분은 픽셀들 사이에 있다. 픽셀들 사이에서 전자 장치를 위한 면적을 가급적 작게 유지하고, 복사선 콜렉터의 크기를 크게 유지하기 위하여, 예컨대 2개 이상의 셀이 하나의 전자식 데이터 처리부를 나누는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 써모파일-센서 어레이에서는, 흡수된 열 복사선이 종래 기술과 달리 전경에서 아래로 방향 전환되지 않고, 오히려 바람직하게는 복사선 콜렉터 내에서 흡수 현상이 발생하게 된다. 흡수된 열은 열 전도 푸트 또는 지지대를 통해 그 아래에 놓여 있고 핫 콘택을 구비하는 격판의 중심부로 전도될 수 있다.
본 발명은 실시 예들을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명된다:
도 1a는 실드(shield)로 폐쇄된 하우징 내에 있는 본 발명에 따른 써모파일 센서 어레이의 기본적인 구조체를 도시한 개략도이고;
도 1b는 입력 광학 장치 및 폐쇄부로서의 필터를 구비하는 본 발명에 따른 써모파일 센서 어레이의 기본적인 구조체를 도시한 개략도이며;
도 2a는 복사선 콜렉터 구조체를 구비하는 센서 어레이-칩의 일 센서 셀의 횡단면을 도시한 개략도이고;
도 2b는 지지대 및 복사선 콜렉터로 이루어진 복사선 콜렉터 구조체를 구비하는 센서 어레이-칩의 일 센서 셀의 구조체를 도시한 개략도이며;
도 2c 내지 도 2e는 본 발명에 따른 써모파일 센서 셀의 기본적인 구조체를 다른 기하학적인 형태로 보여주는 개략도이고;
도 3a 및 도 3b는 복사선 콜렉터를 위한 다양한 기하학적 구조체를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀을 구비하는 적외선 센서의 셀들의 형상 및 격판 표면에서의 상기 복사선 콜렉터의 구조체를 도시한 상세도이며;
도 4a 내지 도 4d는 복사선 콜렉터의 조립을 위한 다양한 실시 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-어레이-센서 셀의 횡단면도로서, 본 도면에서는 격판 상에서 지지대 위에 복사선 콜렉터를 설치하는 기술이 명확해지고;
도 5a 및 도 5b는 복사선 콜렉터 상에 있는 흡수 층을 위한 다양한 실시 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-어레이-센서 셀의 횡단면도이며; 그리고
도 6a 내지 도 6e는 격판을 위한 다양한 실시 예 그리고 얇게 하는 기술 및 슬롯에 대한 변형 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀에 대한 평면도이다.
도 1a는 실드(shield)로 폐쇄된 하우징 내에 있는 본 발명에 따른 써모파일 센서 어레이의 기본적인 구조체를 도시한 개략도이고;
도 1b는 입력 광학 장치 및 폐쇄부로서의 필터를 구비하는 본 발명에 따른 써모파일 센서 어레이의 기본적인 구조체를 도시한 개략도이며;
도 2a는 복사선 콜렉터 구조체를 구비하는 센서 어레이-칩의 일 센서 셀의 횡단면을 도시한 개략도이고;
도 2b는 지지대 및 복사선 콜렉터로 이루어진 복사선 콜렉터 구조체를 구비하는 센서 어레이-칩의 일 센서 셀의 구조체를 도시한 개략도이며;
도 2c 내지 도 2e는 본 발명에 따른 써모파일 센서 셀의 기본적인 구조체를 다른 기하학적인 형태로 보여주는 개략도이고;
도 3a 및 도 3b는 복사선 콜렉터를 위한 다양한 기하학적 구조체를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀을 구비하는 적외선 센서의 셀들의 형상 및 격판 표면에서의 상기 복사선 콜렉터의 구조체를 도시한 상세도이며;
도 4a 내지 도 4d는 복사선 콜렉터의 조립을 위한 다양한 실시 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-어레이-센서 셀의 횡단면도로서, 본 도면에서는 격판 상에서 지지대 위에 복사선 콜렉터를 설치하는 기술이 명확해지고;
도 5a 및 도 5b는 복사선 콜렉터 상에 있는 흡수 층을 위한 다양한 실시 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-어레이-센서 셀의 횡단면도이며; 그리고
도 6a 내지 도 6e는 격판을 위한 다양한 실시 예 그리고 얇게 하는 기술 및 슬롯에 대한 변형 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀에 대한 평면도이다.
본 발명에 따른 적외선-센서 어레이의 기본적인 구조체를 도 1a가 보여준다.
써모파일-센서 어레이 칩(14)은 캐리어 기판(예컨대 베이스 플레이트)(11) 상에서 중앙에 제공되어 있다. 상기 어레인지먼트는 입력 광학 장치(13)를 위한 개구를 포함하는 실드(12)의 형태로 형성된 광학 어셈블리에 의해서 폐쇄되며, 이때 상기 입력 광학 장치는 정확하게 써모파일-센서 어레이 칩(14)의 센서 소자의 중앙부 위에 배치되어 있다. 선택적으로는, 도 1a에 따라 실드(12)의 형태로 형성된 광학 어셈블리가 도 1b에 따른 입력 광학 장치(13)로서의 필터로 대체될 수 있음으로써, 결과적으로 평평한 SMD-컴포넌트의 구조물이 생성된다.
써모파일-센서 어레이 칩(14)은 예컨대 행 또는 필드(어레이)의 형태로 칩 상에 배치된 다수의 열전기 센서 소자(16)를 포함한다. 상기 개별 센서 소자(16)에는 복사선 콜렉터 구조체(17)가 할당되어 있으며, 이 경우에 바람직하게 각각의 센서 소자(16)는 하나의 복사선 콜렉터 구조체(17)를 포함한다.
입력 광학 장치(13)는 한 편으로는 평면 병렬(plane parallel)로 배치된 필터(도 1b 참조) 또는 렌즈 광학 장치(도 1a 참조)일 수 있다. 도 1a에 도시된 변형 예에서는 입력 광학 장치로서 이미징 렌즈(13)가 도시되어 있다. 실드(12)의 치수, 복사선 콜렉터(1)를 구비하는 써모파일-센서 어레이 칩(14)의 치수 그리고 입력 광학 장치(13)의 초점 거리(focal length)는 전사될 물체가 입력 광학 장치(13)를 통해 센서 소자(16) 상에 선명하게 전사되도록 선택되었다. 필터에 대한 일 변형 예는 도 1b에 도시되어 있으며, 이 경우에는 하나 이상의 렌즈 또는 다른 이미징 광학 소자(예컨대 미러 광학 장치)가 하우징 외부에 장착되어야만 한다.
써모파일-센서 어레이 칩(14)의 출력 신호를 다른 어셈블리로 전달하기 위하여, 캐리어 기판(11)에는 통상 콘택 소자(28') 또는 플러그 타입 커넥터(28)가 배치되어 있다. 상기 써모파일-센서 어레이 칩(14)은 매우 높은 열 전도성을 갖는 콘택 수단(도면에는 도시되지 않음)을 통해 베이스 플레이트(11)에 연결되어 있다. 상기 콘택 수단은 예컨대 금속 또는 세라믹으로 채워진 접착제, 금속으로 채워진 유리 또는 땜납일 수 있다.
실드(12) 아래에는 기체 또는 기체 혼합물(15) 형태의 매질이 포함되어 있으며, 이 경우 상기 실드(12)는 이 실드(12) 외부에서 주변과의 기체 교환이 전혀 이루어질 수 없도록 베이스 플레이트(11)에 의해 밀봉 방식으로 폐쇄되어야만 한다.
센서 어레이 칩(14) 혹은 복사선 콜렉터(1)의 복사선 콜렉터 층 상에 있는 민감 소자로부터 히트 싱크로서 기능을 하는 실리콘 지지 몸체(24)(도 2a 참조) 또는 하우징[실드(12)]로의 대류를 가급적 적게 유지하기 위하여, 기체 또는 기체 혼합물(15)은 공기 또는 질소의 열 전도성보다 적은 열 전도성을 가져야만 한다.
하우징 내에 포함된 기체 또는 기체 혼합물(15)의 상기와 같이 적은 열 전도에 도달하기 위하여, 정상적인 공기 압력에 대하여 강하게 감소된 내부 압력(예컨대 기체-진공)이 발생한다.
비용적인 여러 가지 이유에서, 기체 또는 기체 혼합물(15)을 위해서는 바람직하게 정상적인 대기압 하에서 높은 몰(mol) 질량을 갖는 기체(크세논, 크립톤 또는 아르곤)가 사용되는데, 그 이유는 이 경우에는 매우 낮은 압력에서의 기체 진공 또는 기체 혼합물의 경우보다 적은 비용으로써 하우징 밀봉의 장시간 안정성에 훨씬 더 간단하게 도달할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 IR-복사선 콜렉터 구조체(17)를 구비하는 센서 어레이 칩(14)의 구조체를 도 2a 내지 도 2e가 보여준다.
도 2a는 복사선 콜렉터 구조체(17)를 구비하는 써모파일-센서 어레이 칩(14)의 일 센서 셀의 횡단면을 보여준다. 써모파일-센서 어레이 칩(14)은 격판(3)이 그 위에 걸쳐지는 캐비티(9)를 구비한, 실리콘 기판으로부터 제작된 프레임 형태의 실리콘 지지 몸체(24)로 이루어진다. 상기 격판(3)은 좁은 브릿지(6)를 통해 실리콘 지지 몸체(24)에 연결되어 있다. 격판(3) 및 실리콘 지지 몸체(24) 상에는 CMOS-층 구조체(29)가 있으며, 이 층 구조체는 상기 격판(3) 위에 위로부터 깊게 형성된 그루브(18)를 구비한다.
그루브(18) 내에서 격판(3) 위에는 복사선 콜렉터 구조체(17)가 있으며(도 1 참조), 특히 바람직한 구성에서 상기 구조체는 단 하나의 공정으로 제조되는 재료로 이루어진다. 그럼으로써, 제조 비용이 줄어들고, 층 내부에서의 기계적인 응력도 최소화된다.
복사선 콜렉터 구조체(17)를 제조하기 위하여 마이크로 기계 공학의 표준 방법들이 사용된다. 이들 방법은 예컨대 희생 층 기술, 리프트-오프 방법 및 다른 에칭 방법과 같은 공지된 공정일 수 있다. 상기 구조체는 또한 복사선 콜렉터 구조체(17) 상에서 흡수 작용뿐만 아니라 열 전도 작용까지도 하는 추가 층의 제공을 허용한다(예컨대 도 4b 참조).
복사선 콜렉터 구조체(17) 둘레, 격판(3) 둘레, 슬롯(5) 내부, 캐비티(9) 내부 및 그루브(18) 내부에는 소자들 상호 간의 결합 및 히트 싱크로서 이용되는 실리콘 지지 몸체(24)에 대한 소자의 결합을 열적으로 해제하기 위한 기체 또는 기체 혼합물(15)이 있다. 격판(3)의 중심부 둘레에는 열전 소자를 구비하는 연결 브릿지(6)가 있으며, 이들 열전 소자는 적은 제조 비용에 도달하기 위하여 직접 CMOS-공정(실리콘 웨이퍼-가공 공정)에서 함께 생성된다. 상기 열전 소자는 제백 효과(seeback effect; 열전 효과)에 따라 동작을 하고, 예컨대 실리콘 또는 게르마늄 또는 다른 반도체 그리고 제백-계수가 높은 금속 층(예컨대 Bi, Sb 또는 다른 합금)으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는 n-도핑 된 그리고 p-도핑 된 다결정 실리콘이 사용되는데, 그 이유는 이와 같은 실리콘이 표준-CMOS 공정으로 간단히 그리고 경제적으로 제조되기 때문이다. 절연된 격판 상에 핫 콘택을 갖는 그리고 실리콘-히트 싱크, 즉 실리콘 지지 몸체(24) 상에 또는 상부에 콜드 콘택을 갖는 써모파일-구조물의 구조는 공지되어 있기 때문에 이곳에서는 상세하게 기술되지 않을 것이다.
도 2b는 지지대(4) 및 이 지지대에 의해서 지지되는 복사선 콜렉터(1)로 이루어진 복사선 콜렉터 구조체(17)를 구비하는 센서 어레이-칩(14)의 일 원형 센서 셀의 구조를 보여준다. 지지대(4)는 격판(3) 상에 있다.
복사선 콜렉터 구조체(17)(도 1 참조)는 또한 다수의 복사선 콜렉터(1) 및 다수의 지지대(4)를 구비하는 다수의 소자로 이루어질 수도 있다. 이와 같은 구성은 적용 예들의 요구 사항에 대해 더 적절하게 매칭되고, 상대적으로 더 적은 시간 상수 및 특히 높은 신호에 도달하게끔 해준다.
지지대(4)는, 심지어 열적인 부하가 높은 경우에도 상기 지지대 상에 제공된 복사선 콜렉터(1)와 그 아래에 놓인 격판(3)의 중심부 또는 CMOS-층 구조체(29)를 갖는 실리콘 지지 몸체(24) 사이에서 절대로 기계적인 콘택이 이루어질 수 없을 정도로 높게 구현되었다(도 2c 참조).
도 2c 내지 도 2e는 다른 기하학적인 형태로 형성된 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀의 기본적인 구조를 보여준다.
도 2c에서는 복사선 콜렉터(1)가 격판(3) 상에 있는 지지대(4) 상에 뻗어 있다. 상기 지지대는 격판(3)의 중심부 및 캐비티(9) 그리고 둘레에 있는 실리콘 지지 몸체(24) 위에 걸쳐 있다. 상기 실리콘 지지 몸체상에는 금속 도체 스트립 및 픽셀-판독 출력 전자 장치가 있을 수 있다. 격판(3) 혹은 민감성 층과 히트 싱크로서 작용을 하는 캐비티의 벽 사이에 있는 기체 또는 기체 혼합물(15)을 통한 열 전도가 가급적 적도록 하기 위하여, 캐비티(9)는 아래로부터 센서 칩의 실리콘 지지 몸체(24)(예컨대 CMOS-공정으로 제조된 실리콘 웨이퍼) 내부로 가급적 깊게 형성된다.
상기 캐비티(9)는 예를 들어 전면으로부터 격판 내에 있는 개구를 통해 실리콘을 등방성으로 또는 이방성으로 에칭 제거함으로써 제조될 수 있다. 대부분 이 목적을 위해서는 실리콘에 대한 에칭률이 큰 KOH 또는 TMAH(테트라메틸 수산화암모늄)와 같은 에칭 잿물(lye)이 사용된다. 그러나 캐비티(9) 내에서 실리콘을 용해해서 유출시키는 과정은 다른 제거 방법(예컨대 레이저 기술 및 유사한 방법)에 의해서도 이루어질 수 있다.
따라서, 캐비티(9)는 비스듬한 벽(도 2e 참조) 또는 - 에칭 방향 및 에칭 수단에 따라 - 라운딩 처리된 벽을 가질 수 있다.
바람직하게 캐비티(9)는 전체 기판을 관통하는 수직의 또는 거의 수직의 벽을 갖는데, 그 이유는 이 경우에는 매질(15)에 의한 최소 열 손실 및 이로써 최고 신호 감도에 도달되기 때문이다. 이와 같은 수직의 벽은 예를 들어 웨이퍼의 하부 면으로부터 소위 깊이 에칭에 의해서 이루어질 수 있다(소위 건식 에칭 방법 또는 DRIE). 따라서, 픽셀 표면적은 흡수체 표면적보다 작거나 같게 되고, 높은 신호와 동시에 작은 센서 표면적이 가능해진다.
도 2d는 일 어레이의 이웃하는 2개 픽셀 구조물의 비스듬한 도면을 보여주며, 이 경우 2개의 이웃하는 복사선 콜렉터(1)는 기계적인 연결 브릿지(7)에 의해서 서로 연결되어 있다.
2개의 복사선 콜렉터(1)는 (원하는 픽셀 기하학적 형상에 따라) 정방형 또는 직사각형의 형상을 갖고, 간격을 두고 서로 나란히 배치된 각각 2개의 지지대(4) 상에 뻗어 있다. 예컨대 복사선 콜렉터 구조체(17)의 더 높은 기계적인 안정성에 도달하기 위하여, 복사선 콜렉터(1) 사이에는 얇은 기계적인 연결 브릿지(7)가 있다.
상기 연결 브릿지(7)는 바람직하게 적은 횡단면을 가져야만 한다. 사용되는 재료는 이들 재료가 높은 기계적인 강도를 가급적 적은 열 전도성과 연관시키도록 선택되어야만 한다.
상기 브릿지는 다수 개로 존재할 수도 있으며, 이들은 에지 또는 측면에서도 복사선 콜렉터(1)를 안정화시킬 수 있다. 격판(3) 사이의 면(8)에는 금속 도체 스트립 및 전자 장치가 있을 수 있다. 격판(3)은 도시된 바와 같이 원형, 직사각형, 8각형 및 정방형일 수 있고, 개별 복사선 콜렉터(1)의 형상은 흡사할 수 있다.
복사선 콜렉터(1)의 크기가 격판(3)의 크기와 적어도 동일하면, 이와 같은 상황에 의해서는 상기 복사선 콜렉터(1) 상에서 흡수되는, 입사하는 적외 광선의 비율이 더 커진다. 또한, 상기와 같은 복사선 콜렉터(1)의 크기는 입사되는 복사선이 슬롯(5) 상에 충돌하여 사라지거나, 또는 면(8)에 의해 반사되어 하우징 내에서 다중 반사에 의한 누화를 야기할 수 있는 가능성을 방지해준다.
적외선을 흡수하는 층이 격판(3) 상에 있을 수 있다. 이로써, 복사선 콜렉터(1)를 통해 전달되고 수직으로 또는 거의 수직으로 상기 복사선 콜렉터(1)로부터 아래로 방출되는 복사선은 그 아래에 놓인 상기 흡수체 층에서 추가로 흡수된다.
도 2e에는, 본 경우에 격판(3) 내에 있는 개구를 통한 이방성 Si-에칭에 의해서 제조된 정방형의 또는 수직의 소자 기하학적 구조물 및 전면으로부터 기판 내부로 깊게 형성된 캐비티(9)를 구비하는 센서 소자의 본 발명에 따른 추가의 일 실시 예가 도시되어 있다. 도시된 경우에는 캐비티(9)의 비스듬한 벽이 나타난다. 이때에는 격판(3)도 마찬가지로 좁은 연결 브릿지(6)에 의해서 지지되며, 상기 연결 브릿지는 격판(3)을 부분적으로 둘러싸고, 둘레에 놓인 기판(30)(히트 싱크)에 대하여 좁은 슬롯(5)에 의해서 분리되어 있다. 격판(3) 위에 있는 직사각형의 복사선 콜렉터(1)는 상기 격판(3) 위에 있는 2개의 지지대(4)에 의해서 고정된다. 복사선 콜렉터(1)는 격판(3)보다 크고, 또한 연결 브릿지(6) 및 슬롯(5) 위를 덮는다. 그럼으로써, 적외 광선이 슬롯(5)을 통과하면서 사라질 수 있는 가능성이 방지된다.
도 3은 복사선 콜렉터(1)를 위한 다양한 기하학적 구조체를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀을 구비하는 적외선 센서의 셀들의 형상 및 격판(3) 상에서 상기 복사선 콜렉터의 구조체를 도시한 추가의 상세도를 보여준다.
도 3a에는 슬롯(5)을 통과할 때 열에 의해서 결합 해제된 실리콘 지지 몸체(24)로부터 격판(3)까지의 연결 브릿지(6)를 구비하는 본 발명에 따른 써모파일-센서 칩(14)의 일 셀의 부분 확대 단면도가 도시되어 있다.
복사선 콜렉터(1)는 (도면에 도시되지 않은) 지지대에 의해서 격판(3)의 중심부에 고정되어 있다. 격판(3)은 적외선을 흡수하는 층으로 코팅되어 있다. 연결 브릿지(6) 상에 있는 열전 소자는 슬롯(5)에 의해서 주변을 둘러싸는 층 및 격판(3)으로부터 분리되어 있다. 셀의 에지 내에서 주변 전자 장치를 위한 공간을 충분히 만들기 위하여, 셀 구조체는 원형의 형상을 갖는다.
도 3b에는 정방형의 베이스 구조물을 구비하는 셀이 도시되어 있다.
복사선 콜렉터(1)는 2개의 지지대(4)에 의해서 직사각형의 격판(3) 상에 고정되어 있다. 연결 브릿지(6) 상에 있는 열전 소자는 슬롯(5)에 의해서 주변을 둘러싸는 층 및 격판의 중심부로부터 분리되어 있다. 셀 구조체는 직사각형의 형상을 갖는다. 주목할 사실은, 셀의 기하학적 형상은 원형 또는 정방형 대신에 6각형, 8각형 또는 임의의 다른 다각형 또는 타원일 수도 있다는 것이다. 깊게 배치된 격판(3) 아래에는 수직의 벽을 갖는 캐비티(9)가 있다.
도 4a 내지 도 4d는 복사선 콜렉터(1)의 가능한 조립을 위한 다양한 실시 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-어레이-센서 셀의 횡단면을 보여준다.
본 도면에서는 격판(3) 상에서 지지대(4) 위에 복사선 콜렉터(1)를 설치하는 기술이 명확해진다.
도 4a로부터는, 제1 실시 예에서 복사선 콜렉터(1)가 조립된 본 발명에 따른 일 셀의 횡단면이 드러난다.
도 4a는 CMOS-층 구조체(29) 내부에 위로부터 깊게 형성된 그루브(18) 내에 IR-복사선 콜렉터(1) 및 지지대(4)를 구비하는 셀 구조체를 보여준다. 슬롯(5) 및 연결 브릿지(6)가 노출되도록 하기 위하여, 아래로부터 실리콘 지지 몸체(24) 내부로 깊게 형성된 그루브(9)는 수직의 또는 거의 수직의 벽을 갖는다. 도 4a의 예에서 연결 브릿지(6) 상에는 각각 3개의 폴리실리콘-도체 스트립(31)이 있으며, 이 경우 n-폴리실리콘-도체 스트립 및 p-폴리실리콘-도체 스트립은 면적의 활용을 개선하기 위하여 그리고 유리한 제조 비용을 위해 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다.
다른 어레인지먼트, 다른 도핑, 다른 재료, 다른 개수의 폴리실리콘-도체 스트립 및 위·아래로 겹쳐진 다수의 층도 당연히 가능하다.
격판(3)의 중심부는 핫 콘택(10)을 포함하며, 이 핫 콘택은 이상적으로 지지대(4) 바로 아래에 또는 지지대 근처에 있다. 그러나 상기 핫 콘택(10)은 격판(3) 상에서 또는 그 내부에서 다른 임의의 장소에 있을 수도 있다.
도 4b는 추가의 흡수체 층(27)을 갖는 다층 복사선 콜렉터(1)를 구비하는 본 발명에 따른 추가 셀의 횡단면을 도시한다. 본 실시 예에서도 복사선 콜렉터(1)는 CMOS-층 구조체(29) 내부에서 위로부터 깊게 형성된 그루브(18) 내에 있다.
도 4b는 분리된 흡수체 커버 층(27)을 추가로 갖는 IR-복사선 콜렉터(1)를 구비하는 셀 구조체를 보여준다. 이와 같은 셀 구조체에 의해서는, 예를 들어 매우 높은 흡수력을 갖지만 이를 위해 적은 열 전도 능력 또는 적은 기계적인 안정성을 갖는 흡수체 층이 양호한 열 전도성을 높은 기계적인 안정성과 연관시키는 복사선 콜렉터(1)에 연결될 수 있음으로써, 결과적으로 높은 흡수력은 높은 안정성 및 적은 열 용량(높은 응답 속도)과 연결된다.
상기 추가의 흡수체 층(27)은 또한 다층으로 구현될 수도 있다.
도 4c에는 위로부터 깊게 형성된 그루브(18) 위에 지지대(4)를 구비하는 복사선 콜렉터(1)가 조립된 본 발명에 따른 일 셀의 횡단면이 도시되어 있다. 본 실시 예에서 복사선 콜렉터(1)는 측면에서 실리콘 지지 몸체(24) 위까지 연장된다.
도 4c의 실시 예에서는, 슬롯(5) 및 연결 브릿지(6)가 노출되도록 하기 위하여, 아래로부터 깊게 형성된 그루브(9)도 마찬가지로 수직의 또는 거의 수직의 벽을 갖는다. 격판(3)의 중심부는 핫 콘택(10)을 포함하며, 이 핫 콘택은 이상적으로 지지대(4) 바로 아래에 있지만, 기본적으로 상기 격판(3)의 중심부 영역에서 다른 장소에 배치될 수도 있다.
상기와 같은 도 4c의 버전은, 비용적인 여러 가지 이유에서 매질(15)이 진공이 아닌 정상 대기압 하의 기체인 경우에, 이웃하는 구조물에 대한 복사선 콜렉터(1)의 특히 유리한 열 절연이다. 본 실시 예에서 실리콘 지지 몸체(24) 상에 있는 CMOS-층 구조체(29)는 부분적으로 덮여 있다.
도 4d에는, 복사선 콜렉터(1)가 에지 영역에 단(19)을 가짐으로써 실리콘 지지 몸체(24) 상에 있는 CMOS-층 구조체(29)가 덮여지는 경우에 상기 복사선 콜렉터(1)의 면적이 더욱 확장될 수 있는 가능성을 보여주는, 본 발명에 따른 복사선 콜렉터(1)의 추가의 일 실시 예가 도시되어 있다. 도 4d에 따른 버전은 제조 비용 및 충전율과 관련해서 가장 유리한 기술을 가능케 한다.
상기 단(19)에 의해서는 그 아래에 놓인 층 스택 및 CMOS-층 구조체(29)를 갖는 실리콘 지지 몸체(24)에 대한 간격이 확장된다. 이와 같은 본 발명에 따른 형상은 하우징 내부에서 주변을 둘러싸는 매질(기체 또는 기체 혼합물)(15)의 열 전도성을 감소시키며, 그럼으로써 특히 크기가 큰 콜렉터를 위해 달성될 수 있는 신호 감도 및 온도 분해능(temperature resolution) 그리고 그와 더불어 또한 높은 충전 레벨까지도 개선한다.
기본적으로 복사선 콜렉터(1)의 에지 영역은 이웃 픽셀에 대하여 단지 하나의 작은 갭만이 남을 정도로만 넓게 가이드 될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 복사선 콜렉터(1) 상에 있는 흡수 층을 위한 다양한 실시 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-센서 어레이-셀(픽셀)의 횡단면을 보여준다.
도 5a는 사이프러스(cypress) 형태의 흡수체 층 및 그 아래에 있는 열 전도성 층을 갖는 층 스택으로 이루어진 복사선 콜렉터(1)를 구비하는 픽셀-셀의 횡단면을 보여준다. 복사선 콜렉터(1) 상에는 큰 표면을 갖는 좁고 뾰족한 형성체(20)가 있고, 이들 형성체는 자유 영역(21)에 의해 상호 분리되어 있으며, 상기 자유 영역 내에서는 적외 광선이 곧바로 아래로 침투할 수 있다.
도 5b는 복사선 콜렉터(1) 상에 벌집과 유사한 구조물(22)을 갖는 셀의 횡단면을 보여준다. 구조물(23)의 측벽이 적합하게 구조화됨으로써, 결과적으로 측방으로 입사되는 열 복사선의 흡수되지 않은 비율은 IR-복사선 콜렉터(1) 쪽으로 아래로 반사되고 그곳에서 흡수된다. 상기 구조물들은 하나 또는 다수의 IR 흡수 재료로 이루어진다. 흡수체 커버 층의 상대적으로 더 큰 표면을 위해서는 예컨대 나노 화합물이 사용된다.
도 6a 내지 도 6e는 복사선 콜렉터 층을 위한 다양한 실시 예 그리고 얇게 하는 기술 및 슬롯에 대한 변형 예를 갖는 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀에 대한 평면도를 보여준다.
도 6a는 원형으로 형성된 본 발명에 따른 써모파일-센서 셀에 대한 평면도를 도시한다. 격판(3)의 중심부는 지지대(4)를 포함하고, 상기 지지대 상에는 복사선 콜렉터(1)가 장착되어 있다(도 6a에는 도시되지 않음). 상기 복사선 콜렉터(1)는 이 복사선 콜렉터가 연결 브릿지(6) 위로 걸쳐질 정도의 크기를 갖는다(도 4 참조). 재차 슬롯(5)을 통과하면서 열에 의해 결합 해제된 열전 소자를 구비하는 상기 연결 브릿지(6)는 실리콘 지지 몸체(24)에 연결되어 있으며, 이로써 격판(3)의 중심부를 복사선 콜렉터(1)와 함께 부유 상태로 고정시킨다. 센서 셀 둘레에는 도체 스트립 및 판독 출력 전자 장치(26)가 있으며, 이 판독 출력 전자 장치는 콜드 콘택(26)에 접속되어 있다. (도 6a에 도시되지 않은) 핫 콘택(10)은 격판(3) 상에서 지지대(4) 근처에 있다.
픽셀에 가까운 판독 출력 전자 장치는 예를 들어 저역 통과 필터, 예비 증폭기를 구비할 수 있지만 아날로그-디지털-변환기, 샘플-&-홀드-부재 또는 스위칭 장치, 데이터 메모리 또는 멀티플렉서도 포함할 수 있으며, 행 또는 어레이 형태로 배치된 개별 셀이 개별 셀 당 또는 적어도 4개의 개별 셀 당 각각 하나의 전자식 신호 처리 유닛을 공동으로 구비하는 것을 특징으로 한다. 통상적으로 픽셀 둘레에 있는 전체 에지 영역은 픽셀에 가까운 전자 장치로 채워져 있다[어셈블리(26)는 이것을 단지 상징적으로만 기술함]. 센서 칩의 외부 영역(즉, 개별 열전 소자 셀을 구비하는 소위 "초점면(focal plane)" 외부)에는 어레이를 제어하기 위한 추가의 전자 장치 및 신호 판독 출력 장치가 집적되어 있으며, 이들은 예를 들어 증폭기 및 드라이버 외에 예컨대 멀티플렉서, AD-변환기, EEPROM, RAM-메모리 및 마이크로 프로세서 그리고 인터페이스 어셈블리일 수 있다.
도 6b는 원형의 지지대(4)를 구비하는 본 발명에 따른 직사각 형상의 써모파일-센서 셀에 대한 평면도이다. 격판(3)의 중심부는 지지대(4)를 구비하고, 상기 지지대 상에는 복사선 콜렉터(1)가 장착되어 있다(도 6b에는 도시되지 않음). 상기 복사선 콜렉터(1)는 이 복사선 콜렉터가 연결 브릿지(6) 및 슬롯(5) 위에 걸칠 정도의 크기를 갖는다(예컨대 도 4 참조). 열전 소자를 구비하는 상기 연결 브릿지(6)가 L자 형태로 격판(3)의 중심부 둘레에 배치되어 있음으로써, 센서 셀의 감도가 증가될 수 있다. 둘레에 있는 콜드 콘택(25)을 통해서는, 둘레에 있는 전자 장치가 연결 브릿지(6)와 실리콘 지지 몸체(24) 사이의 천이부에 접속되어 있다.
도 6c는 별 모양의 횡단면을 갖는 지지대(4)를 구비하는 본 발명에 따른 직사각 형상의 써모파일-센서 셀에 대한 평면도를 보여준다. 격판(3)의 중심부는 지지대(4)를 구비하고, 상기 지지대 상에는 복사선 콜렉터(1)가 장착되어 있다(도 6c에는 도시되지 않음). 상기 복사선 콜렉터(1)는 이 복사선 콜렉터가 실리콘 지지 몸체(24) 상에 있는 콜드 콘택(25) 바로 앞까지 근접하여 돌출할 정도의 크기를 갖는다. 격판(3) 상에서의 흡수 면적을 증가시키기 위하여, 열전 소자를 구비하는 연결 브릿지(6)는 단지 격판(3)의 중심부의 4개 측면 중에서 단지 2개의 측면에만 배치되어 있다.
도 6d는 원형의 지지대(4)를 구비하는 본 발명에 따른 직사각 형상의 써모파일-센서 셀에 대한 평면도를 보여준다. 격판(3)의 중심부의 크기는 지지대(4) 자체의 크기와 동일하며, 상기 지지대 상에는 복사선 콜렉터(1)가 장착되어 있다(도 6d에는 도시되지 않음). 상기 복사선 콜렉터(1)는 이 복사선 콜렉터가 콜드 콘택(25) 바로 앞까지 근접하여 돌출할 정도의 크기를 갖는다. 응력 완화(stress relaxation)를 발생시키고 복사선 콜렉터(1)를 격판(3) 상부에 안정적으로 고정시킬 수 있기 위하여, 열전 소자를 구비하는 연결 브릿지(6)는 격판(3)의 중심부의 측면에 십자 형태로 설치되어 있다. 연결 브릿지(6)와 실리콘 지지 몸체(24) 사이에는 슬롯 구역(5)이 있다.
단지 하나의 얇은 슬롯(5)만이 가스 교환을 위해 남을 정도로만 연결 브릿지(6)를 확장시키고 완전히 열전 소자로 패킹(packing)하는 것도 가능하다.
도 6e에는 십자 모양의 횡단면을 갖는 지지대(4)를 구비하는 본 발명에 따른 직사각 형상의 써모파일-센서 셀에 대한 평면도이다. 격판(3)의 중심부의 크기는 지지대(4) 자체의 크기와 동일하며, 상기 지지대 상에는 복사선 콜렉터(1)가 장착되어 있다(도 6e에는 도시되지 않음). 길이가 길고(그로 인해 열 전도가 적은) 다수 개의 열전 소자를 가질 수 있기 위하여, 열전 소자를 구비하는 연결 브릿지(6)는 격판(3)의 중심부 둘레에 곡류 형태로 배치되어 있다. 연결 브릿지(6)와 실리콘 지지 몸체(24) 사이에는 슬롯 구역(5)이 있다. 콜드 콘택(25)은 실리콘 지지 몸체(24) 상에서 연결 브릿지(6)의 단부에 있는 반면, 핫 콘택은 격판(3) 상에서 지지대(4) 근처에 배치되어 있다.
1: 복사선 콜렉터 2: 둘레에 있는 CMOS-구조물
3: 격판의 중심부 4: 지지대
5: 슬롯 6: 연결 브릿지
7: 기계적인 안정화 브릿지 8: 격판들 사이의 면
9: 캐비티 10: 핫 콘택
11: 캐리어 기판 12: 실드
13: 이미징 렌즈/입력 광학 장치 14: 써모파일-센서 어레이 칩
15: 기체 또는 기체 혼합물 16: 열전기 센서 소자(픽셀)
17: 복사선 콜렉터 구조체 18: 위로부터 깊게 형성된 그루브
19: 에지 영역에 있는 복사선 콜렉터의 단
20: 높은 표면을 갖는 뾰족한 형성체
21: 뾰족한 형성체들 사이에 있는 자유 영역
22: 하니콤 또는 벌집과 유사한 구조물
23: 벌집의 측벽 24: 실리콘 지지 몸체
25: 콜드 콘택 26: 전자 장치
27: 복사선 콜렉터 상에 있는 흡수체 커버 층
28: 플러그 타입 커넥터 28': 콘택 소자
29: CMOS-층 구조체 30: 센서 칩의 기판
31: 위·아래로 겹쳐서 놓인 폴리실리콘 도체 스트립
3: 격판의 중심부 4: 지지대
5: 슬롯 6: 연결 브릿지
7: 기계적인 안정화 브릿지 8: 격판들 사이의 면
9: 캐비티 10: 핫 콘택
11: 캐리어 기판 12: 실드
13: 이미징 렌즈/입력 광학 장치 14: 써모파일-센서 어레이 칩
15: 기체 또는 기체 혼합물 16: 열전기 센서 소자(픽셀)
17: 복사선 콜렉터 구조체 18: 위로부터 깊게 형성된 그루브
19: 에지 영역에 있는 복사선 콜렉터의 단
20: 높은 표면을 갖는 뾰족한 형성체
21: 뾰족한 형성체들 사이에 있는 자유 영역
22: 하니콤 또는 벌집과 유사한 구조물
23: 벌집의 측벽 24: 실리콘 지지 몸체
25: 콜드 콘택 26: 전자 장치
27: 복사선 콜렉터 상에 있는 흡수체 커버 층
28: 플러그 타입 커넥터 28': 콘택 소자
29: CMOS-층 구조체 30: 센서 칩의 기판
31: 위·아래로 겹쳐서 놓인 폴리실리콘 도체 스트립
Claims (23)
- 써모파일 적외선-센서 구조물(thermopile infrared sensor structure)로서,
매질로 채워진 하우징;
베이스 플레이트(base plate) －상기 베이스 플레이트는 외부로의 전기 접속부를 구비하고, 광학 어셈블리에 의해 폐쇄됨－;
상기 하우징 내에서 상기 베이스 플레이트 상에 제공되는 센서 칩 －상기 센서 칩은 복수의 열전기 센서 소자 구조물을 개별 격판 상에 위치된 상기 써모파일 적외선-센서 구조물의 "핫 콘택(hot contact)"과 함께 구비하고, 상기 개별 격판은 열 전도성이 양호한 실리콘 지지 몸체 내에서 각각 캐비티(cavity) 위에 펼쳐져 있으며, 상기 캐비티는 연결 브릿지들에 의해 상기 격판에 연결된 프레임 형태(frame like) 실리콘 지지 몸체에 의해 둘러싸이고, 상기 써모파일 적외선-센서 구조물의 "콜드 콘택(cold contact)"은 상기 실리콘 지지 몸체 상에 또는 상기 실리콘 지지 몸체 근처에 위치됨－;
상기 프레임 형태 실리콘 지지 몸체, 상기 연결 브릿지들 및 상기 격판 상의 CMOS 구조물 －상기 CMOS 구조물은 상기 CMOS 구조물의 상부에 형성된 그루브(groove)를 포함함 －;
상기 센서 소자 구조물의 각각의 격판 위에 위치된 복사선 콜렉터 구조체 －상기 복사선 콜렉터 구조체는 적어도 상기 캐비티, 상기 격판, 상기 브릿지의 일부 또는 상기 브릿지 위의 전체 영역 위에 놓여있고, 상기 복사선 콜렉터 구조체는 개별 격판의 중심부, 상기 브릿지의 일부 또는 상기 브릿지의 전체 영역보다 큰 영역을 가지고, 상기 복사선 콜렉터 구조체는 적어도 하나의 지지대에 의해 지지되는 복사선 콜렉터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 지지대는 아래에 놓인 상기 격판의 중심부를 상기 복사선 콜렉터와 열적으로 연결함－
를 포함하고,
상기 "핫 콘택"은 상기 적어도 하나의 지지대 상에 또는 상기 적어도 하나의 지지대 근처에 배치되고, 상기 "콜드 콘택"은 상기 실리콘 지지 몸체 상에 또는 상기 실리콘 지지 몸체 근처에 배치되는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
하우징 내에 포함된 매질(15)은 미리 결정된 값보다 더 낮은 압력을 갖는 기체 또는 기체 혼합물이거나, 공기 또는 질소보다 더 낮은 열 전도성을 갖는 기체인,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
캐비티(9)는 전면으로부터 실리콘 지지 몸체(24) 내부로 깊게 형성된,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
캐비티(9)는 후면으로부터 실리콘 지지 몸체(24) 내부로 깊게 형성되고, 수직의 측벽을 구비하는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
격판(3) 또는 캐비티(9)는 정방형, 직사각형, 다각형 또는 원형의 형상을 갖는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
개별 센서 소자의 신호 처리 장치(25)는 예비 증폭기 및 잡음 대역폭을 제한하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 삭제
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
복사선 콜렉터 구조체(17)는 복사선 콜렉터(1) 및 하나 또는 다수의 지지대(4)로 이루어지며, 상기 복사선 콜렉터(1) 및 상기 지지대(들)(4)는 동일한 재료로 이루어지고, 하나의 공정에서 공동으로 제조되는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
이웃하는 복사선 콜렉터(1) 사이에 혹은 복사선 콜렉터 구조체(17) 사이에 하나 또는 다수의 연결 브릿지(7)가 배치된,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
지지대(4)는 원형 또는 각진 횡단면을 갖거나 또한 파이프 모양의 횡단면도 갖는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
격판(3)은 브릿지(6)를 통해 실리콘 지지 몸체(24)에 연결되어 있으며, 기능 층을 갖는 열전 소자는 상기 브릿지(6)를 통해 가이드 되고, 격판(3)의 중심 영역 상에 있는 핫 콘택(10)을 실리콘 지지 몸체(24)의 상부에 있는 "콜드 콘택(25)"에 연결하는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
복사선 콜렉터(1)는 실리콘 지지 몸체(24) 내에서 상기 복사선 콜렉터 아래에 놓인 캐비티(9)의 크기와 동일한 크기를 갖는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
복사선 콜렉터(1)는 캐비티(9)의 에지 위로 연장되는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
에지 영역에 있는 복사선 콜렉터(1)는 단(stage) 또는 융기부(19)를 갖는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
복사선 콜렉터(1)의 에지 영역은 복사선 콜렉터(1)의 중앙 영역보다 얇은,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
복사선 콜렉터(1)는 흡수체 층(27)으로 덮인,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
복사선 콜렉터(1)는 뾰족한 형성체(20) 및 이들 형성체 사이에 있는 자유 영역(21)을 갖는 구조화된 표면을 갖는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항에 있어서,
복사선 콜렉터(1)는 벌집 모양의 표면(23)을 갖는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
신호 처리 장치의 적어도 일 부분은 동일한 반도체 기판상에 집적된,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 19 항에 있어서,
실리콘 지지 몸체(24)의 에지 영역에 있는 개별 센서 소자(픽셀)의 신호 처리 장치의 적어도 일 부분은 각각의 센서 소자(16) 둘레에 배치된,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 20 항에 있어서,
매 네 번째 픽셀, 매 두 번째 픽셀 또는 각각의 픽셀을 위해 각각의 센서 소자(16) 둘레에 하나의 개별적인 신호 처리 장치(25)가 배치된,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 19 항에 있어서,
실리콘 지지 몸체(24)의 에지 영역에 있는 개별 센서 소자(픽셀)의 신호 처리 장치의 적어도 일 부분은 각각의 센서 소자(16) 둘레에 배치되어 있고, 예비 증폭기 및 잡음 대역 폭을 제한하기 위한 저역 통과 필터 및/또는 아날로그/디지털 변환기 및 스위칭 장치를 포함하는,
써모파일 적외선-센서 구조물. - 제 2 항에 있어서,
상기 미리 결정된 값보다 더 낮은 압력은 진공과 동일하며,
상기 공기 또는 질소보다 훨씬 더 낮은 열 전도성을 갖는 기체는 Xe, Kr 또는 Ar 중 하나인,
써모파일 적외선-센서 구조물.
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