KR101865889B1 - 3d structure of uncooled type infrared sensor pixel and thermography equipment with the infrared sensor pixel array - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조에 관한 것으로, 비냉각형 적외선 센서를 구성하는 픽셀의 구조에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 설치된 지지기둥; 상기 지지기둥에 일단이 연결된 연결레그; 및 상기 연결레그의 타단이 연결되어 상기 기판으로부터 공중으로 이격되어 위치하는 적외선 감지부를 포함하여 구성되며, 상기 연결레그는 상기 적외선 감지부의 양쪽에 2개가 연결되고, 상기 2개의 연결레그는 각각 다른 지지기둥에 연결되며, 상기 연결레그가 연결된 2개의 지지기둥 중에 적어도 하나는 인접한 다른 픽셀의 적외선 감지부에 일단이 연결된 연결레그의 타단이 함께 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 지지기둥을 인접한 픽셀에서 공유하여 사용함으로써, 지지기둥의 면적을 좁히지 않아서 지지기둥의 기계적 안정성은 유지하는 상태로 각 픽셀에서 지지기둥이 차지하는 면적을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 각 픽셀에서 지지기둥이 차지하는 면적을 줄여 적외선 감지부의 면적을 넓힘으로써, 적외선 센서의 분해능과 성능이 향상되고, 나아가 웨이퍼 당 칩의 개수를 더 많이 획득하게 되어 제품의 가격 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.
The present invention relates to a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel, the structure of a pixel constituting an uncooled infrared sensor, comprising: a substrate; A supporting column provided on the substrate; A connecting leg whose one end is connected to the supporting column; And an infrared sensing unit connected to the other end of the connection leg and spaced apart from the substrate in the air, wherein two connection legs are connected to both sides of the infrared sensing unit, And at least one of the two support pillars to which the connection leg is connected is connected to the other end of the connection leg connected to the infrared sensing unit of another adjacent pixel.
The present invention has the effect of reducing the area occupied by the support pillars in each pixel while maintaining the mechanical stability of the support pillars by not sharing the area of the support pillars by using the support pillars shared by adjacent pixels.
Further, by increasing the area of the infrared ray sensing unit by reducing the area occupied by the support pillars in each pixel, the resolution and performance of the infrared ray sensor are improved, and furthermore, the number of chips per wafer is increased, It is effective.

Description

비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조 및 이를 포함하는 적외선 열화상 장치{3D STRUCTURE OF UNCOOLED TYPE INFRARED SENSOR PIXEL AND THERMOGRAPHY EQUIPMENT WITH THE INFRARED SENSOR PIXEL ARRAY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel and an infrared imaging device including the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 열영상 촬영 장치에 사용되는 비냉각형 적외선 센서의 픽셀에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 비냉각형 적외선 센서의 분해능과 성능을 향상시킬 수 있는 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조와 이를 포함하는 적외선 열화상 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pixel of an uncooled infrared sensor used in a thermal imaging apparatus, and more particularly to a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel capable of improving the resolution and performance of an uncooled infrared sensor, And more particularly to a thermal imaging apparatus.

일반적으로 적외선 센서는 작동 원리에 따라 크게 양자형(photon)과 열형(thermal)으로 나눌 수 있는데, 양자형은 주로 반도체 재료로서 특성은 좋으나 액체 질소 온도(-193℃)에서 작용한다는 단점이 있는 반면에, 열형 재료들은 반도체에 비해 성능은 다소 떨어지지만 상온에서 동작한다는 장점이 있다. 따라서 냉각이 필요한 양자형 재료들을 사용한 적외선 센서를 냉각형 적외선 센서로 호칭하며 주로 군수용의 목적으로 연구되고 있으며, 열형 재료들을 사용한 적외선 센서를 비냉각형 적외선 센서로 호칭하며 민수용으로 주로 사용되고 있다. 이 중 비냉각형 적외선 센서는 감지 방식에 따라서 볼로미터(Bolometer)형과 열전쌍(Thermocouple)형 및 초전기(Pyroelectric)형의 3가지 형태로 나눌 수 있다.In general, infrared sensors can be divided into two types, photon and thermal, depending on the operating principle. The quantum type is mainly a semiconductor material, but its drawback is that it operates at liquid nitrogen temperature (-193 ° C.) , Thermal materials have the advantage of operating at room temperature although the performance is somewhat lower than that of semiconductors. Therefore, an infrared sensor using a quantum type material requiring cooling is referred to as a cooling type infrared sensor. The infrared sensor using thermal materials is called an uncooled infrared sensor and is mainly used for civil purposes. Among them, the uncooled infrared sensor can be classified into three types of bolometer type, thermocouple type and pyroelectric type according to the sensing method.

비냉각형 적외선 센서는 기판 위에 적외선을 검지하는 감지부가 공중에 떠서 위치하는 3차원 구조로 제작되며, 특히 볼로미터형 적외선 센서의 경우에 3차원 구조를 주로 적용하고 있다.In the uncooled infrared sensor, the sensing part for detecting infrared rays on the substrate is formed in a three-dimensional structure located in the air, and in particular, a three-dimensional structure is mainly applied in the case of a bolometer type infrared sensor.

도 5는 종래의 일반적인 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 나타내는 모식도이다.5 is a schematic diagram showing a three-dimensional structure of a conventional uncooled infrared sensor pixel.

도면은 비냉각형 적외선 센서를 구성하는 어레이 중에서 하나의 픽셀을 구성하는 3차원 구조를 도시한 것으로, 회를 포함하는 반도체 기판(100)에 세워진 지지기둥(200)과 지지기둥(200)에 연결된 연결레그(300) 및 연결레그(300)와 연결되어 기판(100) 위에 부양된 상태의 적외선 감지부(400)를 포함하여 구성된다. 비냉각형 적외선 센서는 도 3의 구조에 의한 픽셀들을 배열하여 구성되며, 픽셀의 크기를 줄이는 방법으로 분해능과 성능을 높일 수 있다. 하지만 비냉각형 적외선 센서는 적외선을 감지하기 위해서는 적외선 감지부(400)가 소정 면적 이상으로 구성되어야 하기 때문에 픽셀의 크기를 줄이는 것에 한계가 있다. 나아가 픽셀을 구성하는 지지기둥(200)에 의해서 적외선 감지부(400)의 영역이 제한되는 문제가 있다.The figure shows a three-dimensional structure constituting one pixel among the arrays constituting the uncooled infrared sensor. The supporting column 200 is connected to the support column 200 and the support column 200 is mounted on the semiconductor substrate 100, And an infrared ray sensing unit 400 connected to the leg 300 and the connection leg 300 and floating on the substrate 100. The uncooled infrared sensor is configured by arranging the pixels according to the structure of FIG. 3, and the resolution and performance can be improved by reducing the size of the pixels. However, the uncooled infrared sensor has a limitation in reducing the size of the pixel because the infrared sensor 400 needs to have a predetermined area or more in order to detect the infrared ray. There is a problem that the area of the infrared ray sensing unit 400 is restricted by the support pillars 200 constituting the pixels.

도 6은 종래의 일반적인 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조에 의한 픽셀영역을 도시한 모식도이다.6 is a schematic diagram showing a pixel region according to a three-dimensional structure of a conventional uncooled infrared sensor pixel.

점선으로 표시된 1개의 픽셀 영역(P)에 2개의 지지기둥(200)을 구비하는 경우에 지지기둥(200)과 연결레그(300)의 면적만큼이 추가적으로 필요하기 때문에 분해능과 성능이 제한되는 단점이 있다.When the two support pillars 200 are provided in one pixel region P indicated by a dotted line, the resolution and performance are limited because the additional support pillars 200 and the connection legs 300 need to be additionally provided have.

이때, 지지기둥(200)의 면적을 줄이는 경우에 지지기둥(200)의 기계적 안정성이 떨어지는 문제와 지지기둥(200)을 형성하는 공정에서의 공정비용이 상승하는 문제가 있다.In this case, when the area of the support column 200 is reduced, there is a problem that the mechanical stability of the support column 200 is lowered and a process cost in the process of forming the support column 200 is increased.

이러한 문제를 해결하기 위하여 3층 구조의 적외선 센서 등이 개발되었으나 구조가 복잡하여 제조비용이 상승하는 단점이 있다.In order to solve such a problem, a three-layer infrared sensor has been developed, but has a disadvantage in that the manufacturing cost is increased due to the complicated structure.

한국공개특허 제2000-0046517호Korean Patent Publication No. 2000-0046517 한국등록특허 제10-0299642호Korean Patent No. 10-0299642

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 지지기둥이 차지하는 면적을 줄임으로써 분해능과 성능이 향상된 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel with improved resolution and performance by reducing the area occupied by the support pillars.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조는, 비냉각형 적외선 센서를 구성하는 픽셀의 구조에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 설치된 지지기둥; 상기 지지기둥에 일단이 연결된 연결레그; 및 상기 연결레그의 타단이 연결되어 상기 기판으로부터 공중으로 이격되어 위치하는 적외선 감지부를 포함하여 구성되며, 상기 연결레그는 상기 적외선 감지부의 양쪽에 2개가 연결되고, 상기 2개의 연결레그는 각각 다른 지지기둥에 연결되며, 상기 연결레그가 연결된 2개의 지지기둥 중에 적어도 하나는 인접한 다른 픽셀의 적외선 감지부에 일단이 연결된 연결레그의 타단이 함께 연결된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a three-dimensional structure of a uncooled infrared sensor pixel according to the present invention is a structure of a pixel constituting an uncooled infrared sensor, comprising: a substrate; A supporting column provided on the substrate; A connecting leg whose one end is connected to the supporting column; And an infrared sensing unit connected to the other end of the connection leg and spaced apart from the substrate in the air, wherein two connection legs are connected to both sides of the infrared sensing unit, And at least one of the two support pillars to which the connection leg is connected is connected to the other end of the connection leg connected to the infrared sensing unit of another adjacent pixel.

본 발명은 지지기둥을 인접한 픽셀에서 공유하여 사용함으로써, 지지기둥의 면적을 좁히지 않아서 지지기둥의 기계적 안정성은 유지하는 상태로 기판에 픽셀 어레이를 형성하기 위하여 세워지는 지지기둥의 전체 숫자를 줄일 수 있다.The present invention can reduce the total number of support pillars that are set up to form a pixel array in the substrate while maintaining the mechanical stability of the support pillars by not sharing the area of the support pillars by using the support pillars shared by adjacent pixels .

결국, 각 픽셀에서 지지기둥이 차지하는 면적을 줄여, 적외선 감지부의 면적을 넓힘으로써, 적외선 센서의 분해능과 성능이 향상되는 효과가 있다.As a result, by reducing the area occupied by the support pillars in each pixel and increasing the area of the infrared sensing unit, the resolution and performance of the infrared sensor are improved.

나아가 웨이퍼 당 칩의 개수를 더 많이 획득하게 되어 제품의 가격 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.Furthermore, since the number of chips per wafer is increased, the price competitiveness of the product can be increased.

이때, 지지기둥이 적외선 감지부의 주변에 4개가 위치하되 사각형의 모서리 자리에 각각 위치하고, 2개의 연결레그는 4개의 지지기둥 중에서 대각선에 위치하는 2개에 각각 연결되며, 연결레그가 연결되지 않은 2개의 지지기둥은 인접한 다른 픽셀들의 연결레그에 연결된 구조일 수 있다.At this time, four support pillars are positioned in the periphery of the infrared sensing part, respectively, at the corners of the square, and the two connection legs are connected to two diagonally positioned ones of the four support pillars. The supporting pillars may be connected to the connecting legs of adjacent pixels.

다른 형태로서, 지지기둥은 적외선 감지부의 주변에 사각형의 모서리 자리 중 서로 대각 방향에 2개가 위치하는 구조일 수 있다.Alternatively, the supporting columns may have a structure in which two corner positions of a square are located in the diagonal direction with respect to the periphery of the infrared ray sensing unit.

이러한 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조가 적용되는 비냉각형 적외선 센서는 마이크로 볼로미터형 적외선 센서일 수 있다. 본 발명의 3차원 구조는 마이크로 볼로미터형 적외선 센서에 특히 적합하다. 한편, 마이크로 볼로미터형 적외선 센서의 경우에 회로의 구성과 적외선 감지부의 구성 등의 구체적인 구조에서 차이가 있을 수 있지만, 본 발명은 기본적인 구조에 대한 것으로서 다양한 형태의 마이크로 볼로미터형 적외선 센서에 모두 적용될 수 있기 때문에, 구조에 대해서는 설명을 생략한다.The uncooled infrared sensor to which the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel is applied may be a microbolometer type infrared sensor. The three-dimensional structure of the present invention is particularly suitable for a microbolometer type infrared sensor. In the case of the microbolometer type infrared sensor, the structure of the circuit and the structure of the infrared sensor may differ. However, the present invention can be applied to various types of microbolometer infrared sensors Therefore, the description of the structure is omitted.

그리고 본 발명의 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조에 있어서, 기판과 적외선 감지부 사이의 간격은 1㎛ 이상 이격되어 있어야 적외선 감지에 적합하며, 특히 8㎛ 이상의 장파장 대역을 감지하는 적외선 센서를 구성하기 위해서는 기판과 적외선 감지부 사이의 간격은 2㎛ 이상인 것이 바람직하다. 본 발명은 지지기둥 자체의 면적을 줄이지 않았기 때문에, 기판과 적외선 감지부 사이의 간격을 유지하기 위하여 지지기둥의 높이를 높게 형성하는 경우에도 지지기둥의 기계적 안정성이 매우 뛰어난 장점이 있다.In the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel according to the present invention, the distance between the substrate and the infrared ray sensing unit should be at least 1 mu m so as to be suitable for infrared ray detection. In particular, an infrared ray sensor It is preferable that the distance between the substrate and the infrared sensing unit is 2 mu m or more. Since the area of the support column itself is not reduced, even when the height of the support column is increased in order to maintain the distance between the substrate and the infrared ray sensing unit, the support column has excellent mechanical stability.

본 발명의 다른 형태에 의한 적외선 열영상 장치는, 상기한 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조들 중에서 하나의 구조를 갖는 픽셀들의 어레이로 구성된 적외선 감지기를 포함하는 것을 특징으로 한다.An infrared ray thermal imaging apparatus according to another aspect of the present invention includes an infrared ray detector configured by an array of pixels having one structure among the three-dimensional structures of the uncooled infrared ray sensor pixels.

본 발명의 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 적용하여 만들어진 적외선 센서 픽셀 어레이를 사용하여 적외선 감지기를 구성하고, 적외선 감지기를 포함한 적외선 열화상 장치를 구성하는 구조는 제한 없이 적용될 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.The structure of the infrared ray sensor using the infrared sensor pixel array formed by applying the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel of the present invention and the structure of the infrared ray imaging apparatus including the infrared ray detector can be applied without limitation. It is omitted.

나아가, 본 발명의 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 적용하여 만들어진 적외선 센서 픽셀 어레이를 적용한 적외선 감지기를 포함하는 적외선 카메라 장치는 작고, 정밀하며, 감도가 높고 화질이 정확한 영상을 실현하는 적외선 열화상 장치가 된다. Furthermore, the infrared camera device including the infrared sensor using the infrared sensor pixel array formed by applying the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel of the present invention is an infrared camera device which is small, precise, and has high sensitivity and high resolution, And becomes an image device.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 지지기둥을 인접한 픽셀에서 공유하여 사용함으로써, 지지기둥의 면적을 좁히지 않아서 지지기둥의 기계적 안정성은 유지하는 상태로 각 픽셀에서 지지기둥이 차지하는 면적을 줄일 수 있는 효과가 있다.The present invention configured as described above can reduce the area occupied by the support pillars in each pixel while maintaining the mechanical stability of the support pillars without narrowing the area of the support pillars by using the support pillars shared by adjacent pixels .

또한, 각 픽셀에서 지지기둥이 차지하는 면적을 줄여 적외선 감지부의 면적을 넓힘으로써, 적외선 센서의 분해능과 성능이 향상되고, 나아가 웨이퍼 당 칩의 개수를 더 많이 획득하게 되어 제품의 가격 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.Further, by increasing the area of the infrared ray sensing unit by reducing the area occupied by the support pillars in each pixel, the resolution and performance of the infrared ray sensor are improved, and furthermore, the number of chips per wafer is increased, It is effective.

나아가, 본 발명의 적외선 카메라 장치는, 각 픽셀에서 지지기둥이 차지하는 면적을 줄인 새로운 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 적용하여 만들어진 적외선 센서 픽셀 어레이를 적용한 적외선 감지기를 포함하기 때문에, 작고, 정밀하며, 감도가 높고 화질이 정확한 영상을 실현하는 적외선 열화상 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, since the infrared camera device of the present invention includes the infrared ray sensor using the infrared sensor pixel array made by applying the three-dimensional structure of the new uncooled infrared sensor pixel which reduces the area occupied by the support pillars in each pixel, There is an effect that it is possible to provide an infrared ray imaging apparatus which realizes an image with high sensitivity and high image quality.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조가 지지기둥을 공유하는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 가진 픽셀들을 배열한 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 가진 픽셀들의 다른 배열 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래의 일반적인 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 나타내는 모식도이다.
도 6은 종래의 일반적인 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조에 의한 픽셀영역을 도시한 모식도이다.
FIG. 1 is a view for explaining a form in which a three-dimensional structure of a non-cooled infrared sensor pixel according to an embodiment of the present invention shares support pillars. FIG.
2 is a view for explaining a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel according to another embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a layout of pixels having a three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining another arrangement of pixels having a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a three-dimensional structure of a conventional uncooled infrared sensor pixel.
6 is a schematic diagram showing a pixel region according to a three-dimensional structure of a conventional uncooled infrared sensor pixel.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조가 지지기둥을 공유하는 형태를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining a form in which a three-dimensional structure of a non-cooled infrared sensor pixel according to an embodiment of the present invention shares support pillars. FIG.

본 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조가 지지기둥을 공유하는 기본 형태를 설명하기 위하여, 위와 아래의 세로방향으로 배치된 2개의 픽셀(P1, P2)에 대하여 설명한다. 이하에서는 도면을 기준으로 상하좌우의 방향을 설명하고, 또한 가로방향으로 배열된 행과 세로방향으로 배열된 열로서 표현하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 도시된 픽셀들을 회전하여 사용하는 경우에는 행과 열이 바뀌어 표현될 수 있다.In order to explain the basic form in which the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel according to this embodiment shares the supporting pillars, two pixels P1 and P2 arranged in the vertical direction above and below will be described. Hereinafter, the directions of the top, bottom, left and right will be described with reference to the drawings, and they are expressed as rows arranged in the horizontal direction and columns arranged in the vertical direction. However, when the illustrated pixels are rotated and used, Can be expressed and changed.

도 1에는 위쪽에 배치된 P1 픽셀과 그 아래쪽에 배치된 P2 픽셀로 구성된 1개의 세로 열을 도시하였으나, P1 픽셀과 P2 픽셀의 좌우양측방향이나 좌측방향 또는 우측방향으로 추가적인 픽셀이 더 배열되어 가로 행을 구성한다.1 shows one vertical column composed of the upper P1 pixel and the lower P2 pixels, but additional pixels are further arranged in the left and right directions of the P1 pixel and the P2 pixel, or in the left direction or the right direction, Configure the rows.

P1 픽셀은 가운데 위치하는 적외선 감지부(410)를 중심으로 4개 모서리 각각에 4개의 지지기둥(210, 230, 240, 250)이 위치하고, 지지기둥 중에서 우측 상부와 좌측 하부의 대각선에 위치하는 지지기둥(210, 230)에 각각 연결된 2개의 연결레그(311, 312)에 의해서 적외선 감지부(410)가 공중에 띄워진 2층 형태의 3차원 구조를 가진다. 또한, 아래쪽에 위치하는 P2 픽셀은 가운데에 적외선 감지부(420)가 위치하고 2개의 연결레그(321,322)에 연결되어 공중에 띄워진 3차원 구조인 점에서 P1 픽셀과 같으며, 본 실시예는 P1 픽셀의 아래쪽 연결레그(312)가 연결된 좌측 하부의 지지기둥(230)에 P2 픽셀의 위쪽 연결레그(321)가 함께 연결된다. 그리고 P2 픽셀의 아래쪽 연결레그(322)는 위쪽 연결레그(321)가 연결된 지지기둥(230)과 대각선 위치에 있는 우측 하부의 기둥(220)에 연결된다. The P1 pixel includes four supporting pillars 210, 230, 240 and 250 located at four corners of the center of the infrared sensing part 410 positioned at the center, Dimensional structure of a two-layered structure in which the infrared ray sensing part 410 is floated in the air by two connection legs 311 and 312 connected to the columns 210 and 230, respectively. The P2 pixel positioned at the lower side is the same as the P1 pixel in that the infrared sensing unit 420 is located at the center and is connected to the two connection legs 321 and 322 and floated in the air, The upper connection legs 321 of the P2 pixels are connected together to the lower left support pillars 230 to which the lower connection legs 312 of the pixels are connected. And the lower connecting leg 322 of the P2 pixel is connected to the lower right column 220 at a diagonal position with the supporting column 230 to which the upper connecting leg 321 is connected.

비냉각형 적외선 센서는 기판에 형성된 회로와 적외선 감지부가 연결레그를 통해서 회로를 구성해야 할 수 있다. 상기한 실시예와 같이 인접하는 2개의 픽셀이 1개의 지지기둥을 공유하는 경우에도, 기판에 형성된 회로의 흐름 방향을 조절하여 구성함으로써 2개의 픽셀이 모두 동작하도록 구성할 수 있다.Uncooled infrared sensors may require circuitry to be formed through circuitry on the board and through the connection legs of the infrared sensing part. Even when two adjacent pixels share one support column as in the above embodiment, the flow direction of the circuit formed on the substrate can be adjusted so that both of the pixels are operated.

한편, P1 픽셀과 P2 픽셀이 사용하지 않는 3개의 지지기둥(240, 250, 260)은 각각 P1 픽셀과 P2 픽셀의 좌측과 우측에 배열되는 또다른 세로열을 구성하는 픽셀에서 사용된다. 구체적으로 P1 픽셀의 좌측 상부에 위치하는 지지기둥(250)은 P1 픽셀의 좌측에 위치하는 픽셀의 위쪽 연결레그와 연결되고, P2 픽셀의 좌측 하부에 위치하는 지지기둥(260)은 P2 픽셀의 좌측에 위치하는 픽셀의 아래쪽 연결레그와 연결되며, P1 픽셀의 우측 하부이자 P2 픽셀의 우측 상부에 위치하는 지지기둥(240)은 P1 픽셀의 우측에 위치하는 픽셀의 아래쪽 연결레그 및 P2 픽셀의 우측에 위치하는 픽셀의 위쪽 연결레그가 동시에 연결된다. On the other hand, the three support pillars 240, 250, and 260, which are not used by the P1 pixel and the P2 pixel, are used in the pixels constituting another vertical column arranged on the left side and the right side of the P1 pixel and the P2 pixel, respectively. Specifically, the support column 250 located at the upper left of the P1 pixel is connected to the upper connection leg of the pixel located at the left of the P1 pixel, and the support column 260 located at the lower left of the P2 pixel is connected to the left side of the P2 pixel The support pillars 240 located at the lower right of the P1 pixel and the upper right of the P2 pixel are connected to the lower connection leg of the pixel located at the right side of the P1 pixel and the lower connection leg of the lower pixel The upper connecting legs of the positioned pixels are connected at the same time.

이와 같이, 본 실시예의 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조는 상하로 배열된 두 개의 픽셀(P1, P2)이 지지기둥(230)을 공유하여 사용하며, 각 픽셀이 2개씩의 지지기둥을 개별적으로 구비한 종래의 구조에 비하여 지지기둥이 차지하는 면적이 감소한다. 구체적으로, P1 픽셀은 위쪽 연결레그(311)가 연결된 지지기둥(210) 면적의 1/2과 P1 픽셀의 좌측에 위치하는 다른 픽셀이 사용하는 지지기둥(250) 면적의 절반1/2 및 아래쪽 연결레그(312)가 연결된 지지기둥(230) 면적의 1/4과 P1 픽셀의 우측에 위치하는 다른 픽셀이 사용하는 지지기둥(240)면적의 의 1/4이 픽셀 내부에 포함된다. 결국, 1.5개의 기둥이 P1 픽셀의 범위에 포함되어 2개의 기둥이 한 개의 픽셀에 포함되는 종래의 구조보다 기둥이 차지하는 면적이 감소하고, 그에 따라서 적외선 감지부(410)의 상대적 면적을 넓힐 수 있다. 이는 P2 픽셀에 대해서도 동일하다.As described above, the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel of the present embodiment uses two vertically arranged pixels P1 and P2 sharing the support column 230, and each pixel supports two separate support columns The area occupied by the supporting pillars is reduced as compared with the conventional structure provided with the supporting pillars. Specifically, the P1 pixel has a half of the area of the supporting column 210 to which the upper connecting leg 311 is connected and a half of the area of the supporting column 250 used by the other pixel located on the left side of the P1 pixel, One quarter of the area of the support column 230 to which the connection leg 312 is connected and one fourth of the area of the support column 240 used by the other pixel located to the right of the P1 pixel are included in the pixel. As a result, the area occupied by the column is smaller than that of the conventional structure in which 1.5 columns are included in the range of P1 pixels and two columns are included in one pixel, and accordingly, the relative area of the infrared sensor 410 can be widened . This is the same for P2 pixels.

이때, P1 픽셀의 연결레그(311, 312)가 연결된 지지기둥(210, 230)이 좌측 및 우측의 픽셀 범위에 포함되지 않고, P1 픽셀의 연결레그가 연결되지 않은 지지기둥(240, 250)이 P1 픽셀의 범위에 포함되지 않고 각각 우측 픽셀의 범위와 좌측 픽셀의 범위로 포함된다고 하여도, 위쪽 연결레그(311)가 연결된 지지기둥(210) 면적과 아래쪽 연결레그(312)가 연결된 지지기둥(230) 면적의 1/2이 P1 픽셀에 포함되어, 1.5개의 기둥이 P1 픽셀의 범위에 포함되는 것은 동일하다.At this time, the support pillars 210 and 230 to which the P1 connection legs 311 and 312 are connected are not included in the left and right pixel ranges, and the support pillars 240 and 250, to which the P1 connection legs are not connected, The area of the supporting column 210 to which the upper connecting leg 311 is connected and the area of the supporting column 210 to which the lower connecting leg 312 is connected are not included in the range of the right pixel and the left pixel, 230) is included in the P1 pixel, and 1.5 columns are included in the range of the P1 pixel.

이러한 형태의 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조가 지지기둥을 공유하는 형태를 도 2에 도시하였다.FIG. 2 shows a form in which the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel of this type shares a support column.

도 1에 도시된 경우와 달리, 도 2에 도시된 P1'픽셀에는 대각선 방향으로 2개의 지지기둥(210, 230)만 포함되고, P2'픽셀에도 대각선 방향으로 2개의 지지기둥(230,220)만 포함된다. 도 1에서 P1 픽셀과 P2 픽셀에 포함된 연결레그가 연결되지 않았던 2개의 지지기둥(250, 260)은 P1'픽셀과 P2'픽셀의 왼쪽에 배열된 픽셀에만 포함된다.Unlike the case shown in FIG. 1, the P1 'pixel shown in FIG. 2 includes only two supporting pillars 210 and 230 in the diagonal direction, and includes only two supporting pillars 230 and 220 in the diagonal direction do. In FIG. 1, the two support pillars 250 and 260, to which the connection leg included in the P1 pixel and the P2 pixel are not connected, are included only in the pixels arranged to the left of the P1 'pixel and the P2' pixel.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 가진 픽셀들을 배열한 모습을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a layout of pixels having a three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel according to the embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 3은 2개의 행과 4개의 열로 본 발명의 일 실시예에 따른 비냉식 적외선 센서의 3차원 구조를 가진 픽셀 어레이를 구성한 뒤에 2개를 연속으로 배열한 모습이다.Specifically, FIG. 3 shows a configuration in which a pixel array having a three-dimensional structure of a non-cooled infrared sensor according to an embodiment of the present invention is formed in two rows and four columns, followed by two consecutive arrangements.

1행 픽셀(P1-1 내지 P1-4)과 2행 픽셀(P2-1 내지 P2-4)은 픽셀 사이에 위치하는 지지기둥을 서로 공유한다. 또한, 3행 픽셀(P3-1 내지 P3-4)과 4행 픽셀(P4-1 내지 P4-4)도 픽셀 사이에 위치하는 지지기둥을 서로 공유한다.The one-row pixels P1-1 to P1-4 and the two-row pixels P2-1 to P2-4 share support columns located between the pixels. In addition, the three-row pixels P3-1 to P3-4 and the four-row pixels P4-1 to P4-4 share the supporting columns located between the pixels.

한편, 도 3에 도시된 픽셀의 어레이에서 적외선 감지기 구성에 필요한 열의 수만큼의 열을 가지는 2행의 픽셀 어레이를 제조한 뒤에 이들을 가로방향으로 배열할 수 있다. 다른 방법으로는 열의 수가 특정의 수로 규격화된 기본 어레이를 제조한 뒤에, 이들 기본 어레이를 가로와 세로 방향으로 조합하여 적외선 감지기에 필요한 픽셀의 수에 맞추어 배열하도록 구성할 수 있다.On the other hand, in the array of pixels shown in Fig. 3, two rows of pixel arrays having rows corresponding to the number of rows necessary for the infrared sensor configuration can be manufactured and then arranged in the horizontal direction. Alternatively, the basic arrays may be fabricated with a certain number of columns normalized to a specific number, and then arranged such that the basic arrays are arranged in the horizontal and vertical directions to match the number of pixels required for the infrared detector.

적외선 감지기에 필요한 픽셀의 열만큼을 한 번에 제조하는 경우, 지지기둥에 의한 면적의 손해가 최소가 되어 분해능과 성능이 뛰어나지만, 필요한 픽셀의 수에 따라서 제조설비를 개별적으로 각각 구성해야하기 때문에 비용이 상승하는 문제가 있을 수 있다. 반면에 규격화된 기본 어레이를 제조한 뒤에 조합하여 배열하는 경우에는, 기본 어레이들이 옆으로 인접한 부분에 위치하는 지지기둥은 공유하지 못하여 지지기둥의 면적에 의한 손해가 일부 있을 수 있지만, 종래의 구조에 비해서는 지지기둥의 면정에 의한 손해가 크게 감소하며, 규격화된 몇 개의 제조설비만 구성하기 때문에 상대적으로 비용을 낮출 수 있다.In the case of manufacturing a row of pixels necessary for an infrared ray detector at a time, the damage to the area by the supporting column is minimized, and the resolution and performance are excellent. However, since the manufacturing facilities must be individually configured according to the number of pixels required There may be a problem that the cost increases. On the other hand, when the standardized arrays are assembled after being fabricated, there is a possibility that the supporting arrays located in the side adjacent portions of the basic arrays are not shared and there is some damage due to the area of the supporting columns. However, In comparison, the damage caused by the support of the supporting columns is greatly reduced, and the cost can be relatively reduced because only a few standard manufacturing facilities are constituted.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 가진 픽셀들의 다른 배열 형태를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining another arrangement of pixels having a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 4는 3개의 행과 3개의 열로 본 발명의 일 실시예에 따른 비냉식 적외선 센서의 3차원 구조를 가진 픽셀들을 배열한 모습이다.Specifically, FIG. 4 shows an arrangement of pixels having a three-dimensional structure of an uncooled infrared sensor according to an embodiment of the present invention in three rows and three columns.

제일 위에 행에 배열된 픽셀들(P1, P2, P3)은, 위쪽에 배치된 2개의 지지기둥은 면적의 1/2만큼이 픽셀에 포함되고 아래쪽에 배치된 2개의 지지기둥은 면적의 1/4만큼이 픽셀에 포함되어, 하나의 픽셀에 포함된 지지기둥의 면적은 1.5개이다. 그리고 제일 아래에 행에 배열된 픽셀들(P7, P8, P9)은, 위쪽에 배치된 2개의 지지기둥은 면적의 1/4만큼이 픽셀에 포함되고 아래쪽에 배치된 2개의 지지기둥은 면적의 1/2만큼이 픽셀에 포함되어, 하나의 픽셀에 포함된 지지기둥의 면적은 1.5개이다. 결국 제일 위에 행에 배열된 픽셀들(P1, P2, P3)과 제일 아래에 행에 배열된 픽셀들(P7, P8, P9)은 도 1에 도시된 픽셀들과 동일하게 1.5개의 기둥이 하나의 픽셀에 포함된 형태가 된다.The pixels P1, P2, and P3 arranged in the first row are arranged such that the two support columns disposed on the upper side are included in the pixel by 1/2 of the area, and the two support pillars disposed on the lower side are 1 / 4 are included in the pixel, and the area of the supporting column included in one pixel is 1.5. And the pixels P7, P8 and P9 arranged in the bottom row are arranged such that the upper two supporting columns are included in the pixel by a quarter of the area and the two supporting pillars arranged on the lower side have the area 1/2 are included in the pixel, and the area of the support column included in one pixel is 1.5. As a result, the pixels P1, P2, and P3 arranged in the first row and the pixels P7, P8, and P9 arranged in the bottom row are the same as the pixels shown in FIG. 1, It becomes the form contained in the pixel.

이에 비하여, 가운데 행에 배열된 픽셀들(P4, P5, P6)은 위쪽에 배치된 2개의 지지기둥과 아래쪽에 배치된 2개의 지지기둥이 모두 면적의 1/4만큼만 픽셀에 포함되어, 하나의 픽셀에 포함된 지지기둥의 면적이 1개이다.On the other hand, the pixels P4, P5, and P6 arranged in the middle row include only two of the upper support pillars and the two lower support pillars, which are included in the pixels by a quarter of the area, The area of the support column included in the pixel is one.

이와 같이, 본 발명에 따른 3차원 구조를 가지는 비냉각형 적외선 센서의 픽셀들을 다수의 행과 열로 배열하는 경우에는, 지지기둥이 차지하는 면적이 상대적으로 많은 최외곽에 위치하는 픽셀들에 비하여, 지지기둥이 차지하는 면적이 상대적으로 적은 내부에 위치하는 픽셀들의 수가 늘어난다. 따라서, 전체적으로 지지기둥에 의해 사용되는 면적이 줄어들고, 동일한 크기에서 적외선 감지부의 면적을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 적외선 센서의 분해능과 성능이 크게 향상된다.As described above, in the case where the pixels of the uncooled infrared sensor having the three-dimensional structure according to the present invention are arranged in a plurality of rows and columns, compared with the pixels located at the outermost side where the area occupied by the supporting columns is relatively large, The number of pixels located inside is relatively small. Therefore, the area used by the support pillars as a whole is reduced, and the area of the infrared sensing part can be sufficiently secured in the same size, so that the resolution and performance of the infrared sensor are greatly improved.

이와 같이 본 발명에 따른 3차원 구조를 가지는 비냉각형 적외선 센서의 픽셀들을 XㅧY(X=행의 수, Y=열의 수) 또는 XㅧX의 크기로 다양하게 조합하여 적용할 수 있다.As described above, the pixels of the uncooled infrared sensor having the three-dimensional structure according to the present invention can be variously combined with X X Y (X = number of rows, Y = number of columns) or X X X.

지금까지 설명한 본 발명에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조는 특정된 방식의 비냉각형 적외선 센서에만 적용되는 것이 아니고, 3차원 구조 자체에 대한 것이므로 지지기둥에 의해서 적외선 감지부를 공중에 띄운 형태를 적용하는 모든 방식의 적외선 센서에 적용될 수 있다. 특히, 구체적인 구조에 차이가 있는 다양한 형태의 마이크로 볼로미터형 적외선 센서에 제한 없이 적용될 수 있기 때문에, 기판과 적외선 감지부의 구체적인 구조에 대해서는 설명을 생략하였다.The three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel according to the present invention described above is not applied only to the uncooled infrared sensor of the specified type but to the three-dimensional structure itself, so that the infrared sensor unit It can be applied to all kinds of infrared sensors applied. Particularly, since it can be applied to various types of microbolometer-type infrared sensors having different specific structures, the detailed description of the structure of the substrate and the infrared sensor is omitted.

본 발명에 따른 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 적용하는 경우, 기판으로 사용되는 웨이퍼 내 면적을 가장 효율적으로 활용할 수 있게 되며, 웨이퍼 당 칩의 개수를 더 많이 획득하게 되어 제품의 가격 경쟁력도 높일 수 있다. 또한, 기술적으로 넓어진 픽셀의 면적은 취득하는 입력 값을 높일 수 있게 되므로 센서의 성능이 높아져 고성능의 적외선 센서를 제조할 수 있다. When the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel according to the present invention is applied, the area of the wafer used as the substrate can be utilized most efficiently, the number of chips per wafer is further increased, . In addition, since the area of the technologically widened pixel can be increased, the performance of the sensor is enhanced and a high-performance infrared sensor can be manufactured.

나아가, 본 발명의 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조를 적용하여 만들어진 적외선 센서 픽셀 어레이를 적용한 적외선 감지기를 포함하는 적외선 카메라 장치는 작고, 정밀하며, 감도가 높고 화질이 정확한 영상을 실현하는 적외선 열화상 장치가 된다. 적외선 센서 픽셀 어레이를 사용하여 적외선 감지기를 구성하고, 적외선 감지기를 포함한 적외선 열화상 장치를 구성하는 구조는 제한 없이 적용될 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.Furthermore, the infrared camera device including the infrared sensor using the infrared sensor pixel array formed by applying the three-dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel of the present invention is an infrared camera device which is small, precise, and has high sensitivity and high resolution, And becomes an image device. The configuration of the infrared ray sensor using the infrared sensor pixel array and the structure of the infrared ray imaging device including the infrared ray detector can be applied without limitations, so a detailed description will be omitted.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Those skilled in the art will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 기판
200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270: 지지기둥
300, 311, 312, 321, 322: 연결레그
400, 410, 420: 적외선 감지부
100: substrate
200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270:
300, 311, 312, 321, 322: connecting legs
400, 410, 420: Infrared detection unit

Claims (7)

비냉각형 적외선 센서를 구성하는 픽셀의 구조에 있어서,
기판;
상기 기판 상에 설치된 지지기둥;
상기 지지기둥에 일단이 연결된 연결레그; 및
상기 연결레그의 타단이 연결되어 상기 기판으로부터 공중으로 이격되어 위치하는 적외선 감지부를 포함하여 구성되며,
상기 연결레그는 상기 적외선 감지부의 양쪽에 2개가 연결되고, 상기 2개의 연결레그는 각각 다른 지지기둥에 연결되며,
상기 연결레그가 연결된 2개의 지지기둥 중에 적어도 하나는 인접한 다른 픽셀의 적외선 감지부에 일단이 연결된 연결레그의 타단이 함께 연결된 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조.
In the structure of the pixel constituting the uncooled infrared sensor,
Board;
A supporting column provided on the substrate;
A connecting leg whose one end is connected to the supporting column; And
And an infrared ray sensing unit connected to the other end of the connection leg to be spaced apart from the substrate in the air,
Two connection legs are connected to both sides of the infrared sensing unit, the two connection legs are connected to different support posts,
Wherein at least one of the two support pillars to which the connection leg is connected is connected to the other end of the connection leg connected to the infrared sensing unit of another adjacent pixel.
청구항 1에 있어서,
상기 지지기둥은 상기 적외선 감지부의 주변에 4개가 위치하되 사각형의 모서리 자리에 각각 위치하고,
상기 2개의 연결레그는 상기 4개의 지지기둥 중에 대각선에 위치하는 2개에 각각 연결되며,
연결레그가 연결되지 않은 2개의 지지기둥은 인접한 다른 픽셀들의 연결레그에 연결된 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the support posts are positioned at four corners of the square of the infrared sensing unit,
Wherein the two connecting legs are connected to two diagonally positioned posts of the four supporting posts,
Wherein the two support pillars, to which the connection legs are not connected, are connected to the connection legs of adjacent pixels.
청구항 1에 있어서,
상기 지지기둥은 상기 적외선 감지부의 주변에 사각형의 모서리 자리 중 서로 대각 방향에 2개가 위치하는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the supporting pillars are located in the periphery of the infrared sensing unit in two diagonal directions of corner positions of a quadrangle.
청구항 1에 있어서,
상기 비냉각형 적외선 센서가 마이크로 볼로미터형 적외선 센서인 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조.
The method according to claim 1,
Dimensional structure of an uncooled infrared sensor pixel characterized in that the uncooled infrared sensor is a microbolometer type infrared sensor.
청구항 1에 있어서,
상기 기판과 상기 적외선 감지부 사이의 간격이 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조.
The method according to claim 1,
Dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel, wherein the interval between the substrate and the infrared sensing unit is 1 mu m or more.
청구항 5에 있어서,
상기 기판과 상기 적외선 감지부 사이의 간격이 2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 픽셀의 3차원 구조.
The method of claim 5,
Dimensional structure of the uncooled infrared sensor pixel, wherein the distance between the substrate and the infrared sensing unit is 2 mu m or more.
청구항 1 내지 청구항 6 중 하나의 3차원 구조를 갖는 픽셀들의 어레이로 구성된 적외선 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 열영상 장치.An infrared ray imaging apparatus comprising an infrared ray detector comprising an array of pixels having a three-dimensional structure of any one of claims 1 to 6.
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