KR101942094B1 - 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템 - Google Patents

산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101942094B1
KR101942094B1 KR1020180096337A KR20180096337A KR101942094B1 KR 101942094 B1 KR101942094 B1 KR 101942094B1 KR 1020180096337 A KR1020180096337 A KR 1020180096337A KR 20180096337 A KR20180096337 A KR 20180096337A KR 101942094 B1 KR101942094 B1 KR 101942094B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
material layer
electromagnetic wave
wave sensor
vanadium oxide
present
Prior art date
Application number
KR1020180096337A
Other languages
English (en)
Inventor
김현탁
조진철
슬라 테티아나
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to PCT/KR2018/010216 priority Critical patent/WO2019050233A1/ko
Priority to US16/122,634 priority patent/US10243093B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101942094B1 publication Critical patent/KR101942094B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0481—Encapsulation of modules characterised by the composition of the encapsulation material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H03M2201/192—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서는 n형의 도펀트로 도핑된 실리콘을 포함하는 제1 물질 층; 상기 제1 물질 층 상에 배치되고, 분자식 VxOy로 표시되는 바나듐 산화물을 포함하는 제2 물질 층; 상기 제2 물질 층 상의 제1 전극; 및 상기 제1 물질 층 또는 상기 제2 물질 층 상의 제2 전극을 포함하되, 상기 제1 물질 층의 도펀트 농도는 1.0 x 1015 cm- 3 보다 크고 1.0 x 1019 cm- 3 보다 작고, 상기 분자식에서 x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작을 수 있다.

Description

산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템{Electromagnetic sensor of an oxygen-rich vanadium-oxide and its system}
본 발명은 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는, 차례로 적층된 제1 및 제2 물질 층들을 포함하는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템에 관한 것이다.
외부 환경 에너지 변화를 감지하여 일정한 신호로 알려주는 것을 센서라고 한다. 센서에는 온도센서, 전자파센서, 화학센서, 자기센서 등 많은 종류가 있다. 외부에너지를 양자역학적 에너지로 환산할 때 그 모든 에너지는 진동수 또는 파장의 함수로 표현될 수 있다. 진동수 또는 파장의 함수로 표현된 에너지는 전자파(또는 전자기파, Electromagnetic)로 분류될 수 있다.
전자파 센서는 빛 자체 또는 빛에 포함되는 정보를 전기신호로 변환하여 감지하는 소자이다. 전자파 센서의 검출 대상으로는 가시광선, 자외선 및 적외선이 있다. 도핑되지 않은 실리콘은 800nm 내지 1000nm의 근적외선 빛의 파장에서 가장 큰 흡수계수를 가진다. 따라서, 실리콘을 포함하는 전자파 센서는 근적외선 영역의 전자파에 대한 흡수특성을 가진다. 특히, 실리콘을 감지층으로 사용하는 전자파 센서의 흡수 피크는 근적외선 영역에 형성된다. 이러한 전자파 센서는 가시광 영역 중, 특히 파장 500nm 근방의 빛에 대한 흡수계수가 낮다.
근적외선이 사람의 피부에 닿는 경우, 근적외선과 인체내부의 전자파 간의 공진현상에 의한 강한 열작용으로 인체의 세포가 파괴될 수 있다. 따라서, 미국 산업위생전문가협의회 (American Conference of Government Industrial Hygienist, ACGIH)는 근적외선을 인체에 유해한 전자파로 분류하고 있다. Si 센서에서 근적외선 영역의 빛의 감지를 제거하기 위해 필터가 필요하다. 필터를 이용하여 감지 파장 영역을 제어하는 방식의 전자파 센서는 제조비용 및 검출 감도에 있어서 불리하다. 새로운 물질 및 단순한 구조를 이용하여 가시광선 및 자외선 영역의 전자파를 선택적으로 감지할 수 있는 전자파 센서의 개발이 요구된다.
한편, 사람의 존재의 유무를 판단하는 파이로일렉트릭 재료로 만들어진 동작감지 센서가 있다. 파이로일렉트릭 재료 기반의 동작감지 센서는 사람의 움직임에 기초하여 그 내부에 작은 용량의 캐패시터가 형성되는 원리를 이용하여 사람의 동작을 감지한다 그러나, 파이로일렉트릭 재료 기반의 동작감지 센서는 캐패시터에 충전된 전하가 방전되면 사람을 감지하지 못한다. 동작감지 센서에 계속적으로 인식되기 위해서는 사람이 계속 움직여야 하는 불편함이 있다. 이 때 사람의 인체에서 나오는 적외선을 감지하면 사람이 움직이지 않아도 된다. 움직이지 않아도 사람을 인식할 수 있는 인체적외선 감지 센서가 필요하다.
추가로, 150oC 이상의 고온을 측정하는 써미스터는 제조가 어려워서 고가이다. 박막형 재료를 이용하면 간단하게 만들 수 있는데 그런 재료의 개발이 요구되어 왔다.
본원 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 특정 파장 영역의 전자파를 선택적으로 감지할 수 있는 산소 리치 바나듐 산화물 전자파 센서를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 n형의 도펀트로 도핑된 실리콘을 포함하는 제1 물질 층; 상기 제1 물질 층 상에 배치되고, 분자식 VxOy로 표시되는 바나듐 산화물을 포함하는 제2 물질 층; 상기 제2 물질 층 상의 제1 전극; 및 상기 제1 물질 층 또는 상기 제2 물질 층 상의 제2 전극을 포함하되, 상기 제1 물질 층의 도펀트 농도는 1.0 x 1015 cm- 3 보다 크고 1.0 x 1019 cm-3 보다 작고, 상기 분자식에서 x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작을 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 전극은 상기 제2 물질 층 상에 배치되고, 상기 제1 전극과 이격될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 물질 층은 제1 파장의 전자파에 대하여 가장 높은 흡수 계수를 갖되, 상기 제1 파장은 100nm 내지 700nm 사이의 값을 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 물질 층은 1Ωcm 내지 10Ωcm 비저항을 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 바나듐 산화물의 밴드갭은 2.30eV 내지 2.40eV일 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 분자식에서 x에 대한 y의 비는 2.3일 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 물질 층은 상기 제2 물질 층에 비해 낮은 비저항을 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 물질 층은 상기 제1 물질 층과 직접 접촉할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 물질 층은 상기 제2 물질 층과 PN 접합을 이룰 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 전극은 상기 제1 물질 층 상에 배치될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 물질 층은 2μm 내지 20μm 사이의 전자파에 대하여 흡수 계수를 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 시스템은 차례로 적층된 제1 및 제2 물질 층들; 상기 제1 및 제2 물질 층들 상의 전극들; 및 상기 전극들과 연결되어 상기 제1 및 제2 물질 층들로부터 수신된 감지 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하되, 상기 제1 물질 층은 n형의 도펀트로 도핑된 실리콘을 포함하고, 상기 제1 물질 층의 도펀트 농도는 1.0 x 1015 cm- 3 보다 크고 1.0 x 1019 cm-3 보다 작고, 상기 제2 물질 층은 분자식 VxOy로 표시되는 바나듐 산화물을 포함하고, 상기 분자식에서 x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작을 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 증폭기로부터 수신된 증폭된 감지 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환기를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 증폭기는 상기 제1 및 제2 물질 층들의 저항값을 측정하는 휘스톤 브릿지 및 상기 휘스톤 브릿지의 출력 전압을 증폭시키기 위한 차동 증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 열 적외선(Thermal Infrared), 가시광 및 자외선 영역의 전자파에 대한 감도가 향상되고, 적외선 영역의 전자파에 영향을 받지 않는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 바나듐 산화물 박막에 대하여, 바나듐 및 산소의 원자 퍼센트(atomic percent)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 바나듐 산화물 박막에 대하여, 파장에 따른 흡수 계수를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4의 그래프에서 450nm 내지 800nm 파장 영역을 확대한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 조도에 따른 전자파 감지 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 감도의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 열 적외선에 노출되었을 때의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 10은 바이어스 전압의 방향에 따른 전자파 센서의 전자파 감지 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지의 사시도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 18 및 19는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서와 증폭기를 나타내는 회로도이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른, 전자파 센서를 이용한 전자파 측정 방법을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른, 전자파 센서를 이용한 전류 측정 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성(접촉)될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 예를 들어, 제1 막이 제2 막 상에 있다고 언급된 경우, 제1 막은: 제2 막의 상면, 제2 막의 하면 또는 제2 막의 또 다른 표면 상에 형성될 수 있다는 것을 의미한다. 즉, '상'에 있다는 표현은 어떤 구성이 또 다른 구성의 '위'에 있다는 의미로 제한되지 않는다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서를 나타낸 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 바나듐 산화물 전자파 센서는 제1 물질 층(120), 제1 물질 층(120) 상의 제2 물질 층(130) 및 제2 물질 층(130) 상의 전극들(140)을 포함할 수 있다. 제1 물질 층(120) 및 제2 물질 층(130)은 전자파 센서의 외부로부터 전자파(L)을 수신하고, 전극들(140)을 통하여 전자파 감지 신호(Sld)를 출력할 수 있다.
일 예에 따르면, 제어부(200)가 전극들(140)과 연결될 수 있다. 제어부(200)는 전극들(140)을 통하여 제2 물질 층(130)에 제어 신호(Sc)를 인가할 수 있다. 제어 신호(Sc)는 바이어스 전압을 포함할 수 있다. 제1 물질 층(120) 및 제2 물질 층(130)은 외부로부터 수신된 전자파(L) 중 특정 파장 영역의 전자파에 반응하여, 제2 물질 층(130)의 저항을 변화시킬 수 있다. 제1 물질 층(120) 및 제2 물질 층(130)은 제어 신호(Sc) 및, 특정 파장의 영역의 전자파에 대응하여 제어부(200)로 전자파 감지 신호(Sld)를 출력할 수 있다. 전자파 감지 신호(Sld)는 전자파 센서와 제어부(200)가 이루는 폐회로 내의 전류의 변화량을 포함할 수 있다.
상세하게, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 물질 층(120)이 절연성의 지지 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 물질 층(120)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 반도체 물질은 실리콘(Si)일 수 있다. 제1 물질 층(120)은 n형의 도전형 도펀트로 도핑된 n형 반도체 층일 수 있다. 제1 물질 층(120)이 실리콘(Si)을 포함하는 경우, n형의 도전형 도펀트는, 예컨대, 5족 원소일 수 있다. 상기 5족 원소는, 예컨대, 인(P) 또는 비소(As)일 수 있다. 제1 물질 층(120)은 지지 기판(110)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 제1 물질 층(120)은 그의 일단으로부터 타단에 이르기 까지 일정한 두께를 가질 수 있다. 제1 물질 층(120)의 두께는, 예컨대, 500nm 내지 1μm일 수 있다.
제1 물질 층(120)은 후술될 제2 물질 층(130)이 특정 파장 영역의 전자파에 대하여 민감하게 반응할 수 있도록 제2 물질 층(130)과 상호작용할 수 있다. 일 예로, 제1 물질 층(120)은 제2 물질 층(130)에 캐리어(예컨대, 정공 또는 전자)를 제공할 수 있다. 다른 예로, 제1 물질 층(120)은 제2 물질 층(130)과 PN 접합을 형성할 수 있다. 제1 물질 층(120)의 n형 도펀트 농도는 1.0 x 1015 cm- 3 보다 크고 1.0 x 1019 cm- 3 보다 작을 수 있다. 제1 물질 층(120)의 n형 도펀트 농도가 1.0 x 1019 cm-3 이상인 경우, 제1 물질 층(120)은 도체로써 기능하여, 제2 물질 층(130)의 저항 변화가 감지되지 못할 수 있다. 제1 물질 층(120)의 n형 도펀트 농도가 1.0 x 1015 cm-3 이하인 경우, 제1 물질 층(120) 내의 전자(electron)는 다수 캐리어로써 기능하지 못할 수 있다. 즉, 제1 물질 층(120) 내의 n형 도펀트 농도가 1.0 x 1015 cm-3 이하인 경우, 제1 물질 층(120)은 제2 물질 층(130)이 특정 파장대역의 전자파에 반응하는 것을 돕지 못할 수 있다. 상술한 효과들은 아래에서 표 1 및 실험 예들을 참조하여 보다 구체적으로 설명된다.
나아가, 제1 물질 층(120)은 n형의 도전형을 갖고, 그리고, 1.0 x 1015 cm- 3 보다 크고1.0 x 1019 cm- 3 보다 작은 도펀트 농도를 가짐으로써, 가시광 영역에 전자파에 대한 반응성이 낮아질 수 있다. 이로써, 제1 물질 층(120)이 불필요하게 전자파를 흡수하여, 전자파 감지 신호(Sld)에 노이즈가 포함되는 것이 방지될 수 있다. 제1 물질 층(120)이 실리콘(Si)을 포함하는 경우, 상기의 n형 도펀트 농도(1.0 x 1015 cm-3 초과 1.0 x 1019 cm-3 미만)를 갖는 제1 물질 층(120)은 1Ωcm 내지 10Ωcm의 비저항을 가질 수 있다. 제1 물질 층(120)은 제2 물질 층(130)에 비해 낮은 비저항을 가질 수 있다. 1Ωcm 내지 10Ωcm의 비저항을 갖는 제1 물질 층(120)은 제2 물질 층(130)의 저항 변화가 측정되는 것을 방해하지 않으면서, 특정 파장의 영역의 전자파 대한 제2 물질 층(130)의 반응성을 향상시킬 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 물질 층(120)을 형성하는 것은 실리콘 층 상에 이온 임플란트 공정 및 급속 열처리 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
제2 물질 층(130)이 제1 물질 층(120) 상에 배치될 수 있다. 제2 물질 층(130)은 제1 물질 층(120)의 상면을 완전히 덮을 수 있다. 또한 제2 물질 층(130)은 제1 물질 층(120)과 직접 접촉할 수 있다. 제2 물질 층(130)의 두께는 그의 일단으로부터 타단에 이르기 까지 일정할 수 있다. 제2 물질 층(130)의 두께는 예컨대, 500nm내지 1μm일 수 있다. 일 예에 따르면, 제2 물질 층(130)은 제1 물질 층(120) 상에 직접 배치될 수 있다. 제2 물질 층(130)은 분자식 VxOy로 표시되는 바나듐 산화물을 포함할 수 있다. 상기 분자식에서, x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작을 수 있다. 다시 말해서, 상기 바나듐 산화물 내의 바나듐(V)에 대한 산소(O)의 원자 비(Atomic ratio)는 2 보다 크고 2.5보다 작을 수 있다. 제2 물질 층(130) 내에서 바나듐의 원자 퍼센트(Atomic percent)와 산소의 원자 퍼센트의 비는 제2 물질 층(130)의 상면으로부터 제2 물질 층(130)의 하면에 이르기까지 일정할 수 있다(도3 참조). 상기 바나듐 산화물은 2.30eV 내지 2.40eV의 밴드갭을 가질 수 있다. 제2 물질 층(130)은 제1 파장의 전자파에 대하여 가장 높은 흡수 계수를 갖되, 상기 제1 파장은 100nm 내지 700nm 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 제2 물질 층(130)은 2μm 내지 20μm 사이의 전자파에 대하여 흡수 계수를 가질 수 있다. 제2 물질 층(130)은 가시광 영역 및 자외선 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 근적외선 영역의 빛의 대부분을 반사하거나 또는 투과시킬 수 있다. 실시예들에 따르면, 전자파 센서는 특정 파장 영역의 전자파를 흡수하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 제2 물질 층(130)을 형성하는 것은 제1 물질 층(120) 상에 증착 공정을 수행하여 바나듐 산화물을 성장시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 증착 공정은 펄스 레이저 증착법 (pulse laser deposition, PLD), 스퍼터링(Sputtering) 졸겔(Sol-gel)법 및 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)을 포함할 수 있다. 제2 물질 층(130)은 산소가 많은 분위기에서 형성될 수 있다. 예컨대, 원자층 증착법을 이용하여 제2 물질 층(130)을 형성하는 경우, 바나듐을 표면포화흡착(surface saturation adsorption)하는 시간에 비해 산소 전구체를 이용하여 표면포화반응(surface saturation reaction)시키는 시간이 클 수 있다. 실시예들에 따르면, 제2 물질 층(130)을 형성하는 것은 제1 물질 층(120) 상에 바나듐 산화물을 성장시킨 이후, 바나듐 산화물을 산소 분위기에서 어닐링하는 것을 더 포함할 수 있다.
전극들(140)이 제1 및 제2 물질 층(120, 130) 상에 배치될 수 있다. 전자파 센서(10)는 서로 이격된 두 전극들(140)을 포함하는 2단자 소자일 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극들(140)은 제2 물질 층(130) 상에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 전극들(140)의 각각은 제2 물질 층(130)의 일단 및 일단과 대향하는 타단 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 전극들(140)의 각각은 제2 물질 층의 상면을 가로지르는 막대의 형태를 가질 수 있다. 전극들(140)은, 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 바나듐 산화물 박막에 대하여, 바나듐 및 산소의 원자 퍼센트(atomic percent)를 측정하여 나타낸 그래프이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 바나듐 산화물 박막에 대하여, 파장에 따른 흡수 계수를 측정하여 나타낸 그래프이다. 도 5는 도 4의 그래프에서 450nm 내지 800nm 파장 영역을 확대한 그래프이다. 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 조도에 따른 전자파 감지 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 감도의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 열 적외선에 노출되었을 때의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다
<실험예 1>
기판 상에 예비 바나듐 산화물 박막을 증착하고, 증착된 예비 바나듐 산화물 박막을 산소 분위기에서 소정의 시간 동안 어닐링하여 산소의 원자 퍼센트(Atomic percent)가 조절된 바나듐 산화물 박막을 형성하였다.
상기 바나듐 산화물 박막을 식각 하면서, x선 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)을 이용하여, 바나듐 산화물 박막 내의 바나듐과 산소의 원자 퍼센트(Atomic percent)를 측정하였다. 측정 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3의 그래프에서, 카본에 의한 스캐터링에 의해 바인딩 에너지(Binding energy) 측정에 오차가 생길 수 있는 구간을 제외하면, 바나듐 산화물(VxOy)의 x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작음을 알 수 있다.
<실험예 2>
실험예 1과 동일한 조건에서 바나듐 산화물 박막을 형성하였다. 즉, 실험예 2에 사용된 바나듐 산화물 박막은 분자식 VxOy로 표시되는 바나듐 산화물을 포함하고, 분자식에서 x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작을 수 있다.
유브이 스펙트로메터(UV Spectrometer)를 이용하여 상온에서의 상기 바나듐 산화물 박막의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정하여 도 4 및 도 5에 나타내었다. 실험예 1과 같은 원자 퍼센트(Atomic percent)를 갖는 바나듐 산화물의 경우, 100nm 내지 700nm 의 파장의 전자파에 대한 흡수 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 바나듐 산화물 박막이 가장 높은 흡수 계수(Absorption Coefficient)를 갖는 전자파의 파장은 100nm 내지 700nm 사이의 값을 가짐을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 바나듐 산화물 박막에 대한 파장-흡수 그래프의 변곡점이 약 700nm 에서 형성되므로, 상기 바나듐 산화물 박막을 이용한 전자파 센서는 700nm 이하의 파장을 선택적으로 감지할 수 있음을 알 수 있다. 이로써, 근적외선 영역의 파장의 전자파가 전자파 센서의 감지 영역에서 제외될 수 있다.
<실험예 3>
기판 상에 n형 또는 p형 도펀트로 도핑된 실리콘 층을 형성하고, 실리콘 층 상에 실험예 1과 동일한 조건에서 바나듐 산화물 박막을 형성하였다. 400Lux 세기의 전자파원에 노출된 바나듐 산화물 박막의 저항과, 전자파원에 노출되지 않은 바나듐 산화물 박막의 저항을 각각 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다.
도핑된 실리콘 층의
도펀트 타입		 도펀트 농도 (cm-3) 400 Lux의 전자파원에서 바나듐 산화물 박막의 저항(MΩ) 전자파원이 없는 상태 에서 바나듐 산화물 박막의 저항(MΩ) 평가
N 1 x 1016 0.9 5.00 변화 큼
N 1 x 1017 0.79 2.63 변화 큼
N 1 x 1018 0.65 1.86 변화 큼
N 1 x 1019 0.15 0.15 변화 없음
P 1 x 1017 1.74 1.79 변화 매우 작음
표 1을 참조하면, n형 도펀트로 도핑된 실리콘 층 상의 바나듐 산화물 박막은 P형의 도펀트로 도핑된 실리콘 층 상의 바나듐 산화물 박막에 비해 전자파에 민감하게 반응하는 것을 알 수 있다. 또한, N형 도펀트 농도가 1.0 x 1015 cm- 3 보다 크고 1.0 x 1019 cm- 3 작을 때, 바나듐 산화물 박막의 저항 변화가 나타남을 알 수 있다.<실험예 4>
기판 상에 n형의 도펀트가 약 1.0 x 1018 cm-3의 농도로 도핑된 실리콘 박막을 형성하였다. 실리콘 박막 상에 실험예 1과 동일한 조건에서 바나듐 산화물 박막을 형성하였다. 조도를 변화시키면서 바나듐 산화물 박막의 저항을 측정하여 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 0 Lux 내지 1000 Lux 범위의 조도에서 전자파를 감지할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 5>
기판 상에 n형 도펀트로 도핑된 실리콘 층을 형성하고, 실리콘 층 상에 실험예 1과 동일한 조건에서 바나듐 산화물 박막을 형성하였다. 이어서, 바나듐 산화물 박막 상에 서로 이격된 전극들을 형성하여 전자파 센서를 제조하였다. 온도를 변화시키면서 전극들 사이의 저항을 측정하였다. 백색광을 실리콘 층 및 바나듐 산화물 박막 상에 조사하고, 온도를 변화시키면서 전극들 사이의 저항을 다시 측정하였다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 온도를 함께 감지할 수 있는 것을 알 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 백색광이 없는 경우, 온도에 대한 민감성이 증가하는 것을 알 수 있다.
<실험예 6>
기판 상에 n형 도펀트로 도핑된 실리콘 층을 형성하고, 실리콘 층 상에 실험예 1과 동일한 조건에서 바나듐 산화물 박막을 형성하였다. 이어서, 바나듐 산화물 박막 상에 서로 이격된 전극들을 형성하여 전자파 센서를 제조하였다.
2μm 내지 25μm 범위의 파장의 전자파를 발생시키고 및 측정하는 FTIR(Fourier Transform InfraRed) 장비로 흡수계수를 측정하여 그 결과를 도 8에 나타내었다.
2μm 내지 25μm 범위의 파장의 전자파는 중간 적외선(mid-infrared) 영역에 속한다. 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 인체온도영역(human body reion) 근방에서 작은 흡수 피크를 보인다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 800도까지 지속적으로 흡수 계수가 증가하고 있는 모습을 보여준다. 이것은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서가 인체온도뿐만 아니라 800도 까지 온도를 측정할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 인체온도 감지 센서 및 써미스터로도 사용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 10은 도 9를 참조하여 설명한 실시예에 따른 전자파 센서의 전자파 감지 특성을 타나내는 그래프로, 바이어스 전압의 방향에 따른 감지 특성의 변화를 나타낸다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 제1 물질 층(120)과 연결된 제1 전극(140a) 및 제2 물질 층(130)과 연결된 제2 전극(140b)을 포함할 수 있다. 제어부(200)가 제1 전극(140a) 및 제2 전극(140b)과 연결될 수 있다. 제어부(200), 제1 전극(140a), 제1 물질 층(120), 제2 물질 층(130) 및 제2 전극(140b)은 수직적으로 배치되어 폐 회로를 구성할 수 있다.
제어부(200)는 전자파 센서에 제1 전류 방향(Ia) 또는 제2 전류 방향(Ib)으로 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 제2 물질 층(130) 내의 바나듐 산화물은 정공(hole)을 다수 캐리어로써 가질 수 있다. 제1 물질 층(120)이 n형 도펀트로 도핑되는 경우, 제1 물질 층(120) 및 제2 물질 층(130)은 PN 접합을 형성하여 다이오드로 기능할 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 물질 층(120) 및 제2 물질 층(130)은 수신된 전자파(L) 및 바이어스 전압(Ia, Ib)에 대응하여 광 기전력을 발생시킬 수 있다. 본 예에 따르면, 전자파 센서가 출력하는 전자파 감지 신호는 광 기전력을 포함할 수 있다.
<실험예 5>
기판 상에 n형의 도펀트가 약 1.0 x 1018 cm-3의 농도로 도핑된 실리콘 박막을 형성하였다. 실리콘 박막 상에 실험예 1과 동일한 조건에서 바나듐 산화물 박막을 형성하였다. 실리콘 박막과 바나듐 산화물 박막 상에 전극을 각각 형성하고, 전극들에 바이어스 전압을 인가하였다. 바이어스 전압의 크기 및 방향을 변화시키면서, 출력되는 전류값을 측정하여 도 10에 나타내었다.
도 10을 참조하면, 동일한 크기의 전압이 인가되더라도, 바이어스 전압의 방향에 따라 전자파의 감지 특성이 달라짐을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서의 사시도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 11을 참조하면, 전자파 센서는 제2 물질 층(130)을 덮는 캡핑층(115)을 포함할 수 있다. 캡핑층(115)은, 예컨대, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN) 또는 실리콘 산질화물(SiON)을 포함할 수 있다. 캡핑층(115)은 가시광 영역 및 자외선 영역의 전자파를 투과시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지를 나타내는 사시도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 12을 참조하면, 전자파 센서 패키지는 지지 기판(110), 전자파 센서, 배선들(145) 단자들(160) 및 봉지층(encapsulation layer, 150)을 포함할 수 있다.
지지 기판(110)은 원형 평판 형상을 가질 수 있다. 지지 기판(110)은 절연체를 포함할 수 있다.
제1 물질 층(120) 및 제2 물질 층(130)이 지지 기판(110) 상에 적층될 수 있다. 두 개의 전극들(140)이 제2 물질 층(130) 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 물질 층(120), 제2 물질 층(130) 및 전극(140)은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 동일/유사할 수 있다.
단자들(160)이 지지 기판(110)을 상/하로 관통할 수 있다. 단자들(160)의 상부가 지지 기판(110)의 상면 상에 노출될 수 있다. 단자들(160)의 하부가 지지 기판(110)의 하면의 아래에 노출될 수 있다. 단자들(160)은 센서를 인쇄 회로 기판에 실장할 때 인쇄회로 기판(PCB, 미도시)과 연결되는 핀을 포함할 수 있다
배선들(145) 이 단자들(160)과 전극들(140)을 연결할 수 있다.
봉지층(150)이 지지 기판(110), 전자파 센서, 단자들(160) 및 배선들(145)을 덮을 수 있다. 봉지층(150)은, 예컨대, 투명한 수지를 포함할 수 있다. 봉지층(150)은 가시광 영역 및 자외선 영역의 전자파를 투과시킬 수 있다. 봉지층(150)은, 전자파 센서 패키지의 외부로부터 전자파 센서 패키지의 내부로 입사하는 전자파를 집중시킬 수 있도록, 반구의 형상을 가질 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지를 나타내는 사시도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 13을 참조하면, 봉지층(150)은 제1 층(150a) 및 제1 층(150a) 상의 제2 층(150b)을 포함할 수 있다. 제2 층(150b)은 제1 층(150a)에 비해 굴절률이 높은 물질을 포함할 수 있다. 제2 층(150b)은 볼록 렌즈의 형상을 가질 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지를 나타내는 단면도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 14를 참조하면, 전자파 센서 패키지는 제1 물질 층(120) 및 제2 물질 층(130)이 직렬로 연결된 다이오드형 전자파 센서 패키지일 수 있다.
지지 기판(110) 및 제1 물질 층(120) 사이에 전도성 에폭시(117)가 배치될 수 있다. 이때, 지지 기판(110)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 지지 기판(110)은, 예컨대, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 지지 기판(110)은 제1 물질 층(120)과 전기적으로 연결된 전극으로 기능할 수 있다.
제1 단자(160a)가 지지 기판(110)을 관통할 수 있다. 제1 단자(160a)는 배선(145)을 통하여 제2 물질 층(130) 상의 전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 단자(160a)와 지지 기판(110)의 사이에 절연 패턴(165)이 배치될 수 있다. 제1 단자(160a) 및 지지 기판(110)은 절연 패턴(165)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 제2 단자(160b)가 지지 기판(110)을 관통할 수 있다. 제2 단자(160b)는 지지 기판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지를 나타내는 평면도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 15를 참조하면, 하나의 전자파 센서 패키지 내에 복수개의 전자파 센서들(10)이 배치될 수 있다. 전자파 센서들(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 물질 층(120), 제1 물질 층(120) 상의 제2 물질 층(130) 및 제2 물질 층(130) 상의 전극들(140)을 포함할 수 있다. 전자파 센서들(10)은 직렬 또는 병렬로 서로 연결될 수 있다. 전자파 센서들(10)은 배선들(145)을 통하여 지지 기판(110)을 관통하는 단자들(160)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 패키지를 나타내는 단면도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 16을 참조하면, 전자파 센서 패키지는 PCB 기판(112) 및 PCB 기판(112) 상에 실장된 전자파 센서를 포함할 수 있다. PCB 기판(112)은 그의 상면 상에 노출된 도전성 패드들(114)을 포함할 수 있다. 전자파 센서의 전극들(140)은 배선들(145)을 통하여 도전성 패드들(114)과 연결될 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 17를 참조하면 전자파 센서 시스템은 센서부(100), 제어부(200) 및 통신부(300)를 포함할 수 있다.
센서부(100)는 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 전자파 센서(10) 또는 전자파 센서 패키지를 포함할 수 있다. 즉, 센서부(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 차례로 적층된 제1 및 제2 물질 층(120, 130)을 포함할 수 있다. 센서부(100)는 전자파 센서 시스템의 외부로부터 전자파를 수신할 수 있다. 센서부(100)는 수신된 전자파 중 100nm 내지 700nm 파장 영역의 전자파를 흡수하여, 제어부(200)로 감지 신호를 출력할 수 있다.
제어부(200)는 신호 생성기(240), 증폭기(210), 디지털 변환기(220) 및 신호 처리기(230)를 포함할 수 있다. 신호 생성기(240)는 센서부(100)에 제어 신호를 입력할 수 있다. 제어 신호는, 예컨대, 바이어스 전압을 포함할 수 있다. 센서부(100)는 제어 신호 및 흡수된 전자파에 대응하는 감지 신호를 생성하여 증폭기(210)로 출력할 수 있다. 증폭기(210)는 감지 신호를 증폭하여 디지털 변환기(220)에 전달할 수 있다. 디지털 변환기(220)는 증폭기(210)로부터 전달받은 증폭된 감지 신호를 프로세서가 처리 가능한 디지털 신호로 변환하여 신호 처리기(230)로 출력할 수 있다. 신호 처리기(230)는 디지털 변환기(220)로부터 수신된 디지털 신호를 선별 및 처리하여 전자파 감지 데이터를 생성할 수 있다. 신호 처리기(230)는 전자파 감지 데이터를 통신부(300)에 제공할 수 있다.
통신부(300)는 유선 또는 무선 통신수단을 포함할 수 있다. 통신부(300)는 제어부(200)로부터 수신된 전자파 감지 데이터를 유선 또는 무선으로 출력할 수 있다.
도 18 및 19는 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서와 증폭기를 나타내는 회로도이다.
도 18을 참조하면, 증폭기(210)는 베이스, 콜렉터 및 이미터를 갖는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서(10)는 트랜지스터의 베이스와 연결될 수 있다. 실시예들에 따르면, 증폭기(210)는 전계효과 트랜지스터를 포함할 수도 있다.
도 19를 참조하면, 증폭기(210)는 제1 및 제2 물질 층들(120, 130)의 저항값을 측정하는 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge) 및 휘스톤 브릿지의 출력 전압을 증폭시키기 위한 차동 증폭기를 포함할 수 있다. 휘스톤 브릿지 매우 작은 감지 신호를 증폭할 수 있다. 구체적으로, 휘스톤 브릿지의 제1 지점(A)과 제2 지점(B)의 전위차를 가변저항(R1)으로 조정하여 0으로 만들 수 있다. 이어서, 전자파 센서의 저항(R2)이 변하면 A와 B 지점의 전위차가 생기고, 그 전위차를 차동증폭기(180)가 증폭할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른, 전자파 센서를 이용한 전자파의 측정 방법을 나타내는 도면이다. 도 21은 본 발명의 실시예들에 따른, 전자파 센서를 이용한 전류 측정 방법을 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서(10)는 자기장 및 도선(190)의 발열에 의해 생기는 열 적외선을 측정할 수 있다. 구체적으로, 도선(190)은 원의 일부의 형상을 가질 수 있다. 도선(190)에 전류(191)가 흐르는 경우, 도선(190)에 의해 정의되는 중심부분(CP)에 열 적외선 및 자기장(192)이 집중될 수 있다. 전자파 센서(10, 도2 참조)가 중심부분(CP)에 배치되는 경우, 전자파 센서(10)는 열 적외선 및 자기장(192)을 측정할 수 있다.
도 21을 참조하면, 도선(190)은 원의 일부의 형상을 가질 수 있으며, 도선(190)의 사이에 금속판(194)이 배치될 수 있다. 금속판(194)은 도선(190)을 연결할 수 있다. 즉, 금속판(194)에는 전류(191)가 흐를 수 있다. 금속판 상에 전자파 센서(10)가 배치되는 경우, 전자파 센서(10)는 금속판(194)으로 흐르는 전류(191)에 의해 발생되는 열 자기력선을 측정할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 전자파 센서는 전류 센서로도 사용될 수 있다. 전자파 센서(10)는 전극들과 전기적으로 연결된 외부 전극들(141)을 더 포함할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (8)

  1. n형의 도펀트로 도핑된 실리콘을 포함하는 제1 물질 층;
    상기 제1 물질 층 상에 배치되고, 분자식 VxOy로 표시되는 바나듐 산화물을 포함하는 제2 물질 층;
    상기 제2 물질 층 상의 제1 전극; 및
    상기 제1 물질 층 또는 상기 제2 물질 층 상의 제2 전극을 포함하되,
    상기 제1 물질 층의 도펀트 농도는 1.0 x 1015 cm-3 보다 크고 1.0 x 1019 cm-3 보다 작고,
    상기 분자식에서 x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작은 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제2 물질 층 상에 배치되고, 상기 제1 전극과 이격되는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 물질 층 상에 배치되는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 물질 층은 제1 파장의 전자파에 대하여 가장 높은 흡수 계수를 갖되, 상기 제1 파장은 100nm 내지 700nm 사이의 값을 갖는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 물질 층은 2μm 내지 20μm 파장의 전자파에 대하여 흡수 계수를 갖는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서.
  6. 차례로 적층된 제1 및 제2 물질 층들;
    상기 제1 및 제2 물질 층들 상의 전극들; 및
    상기 전극들과 연결되어 상기 제1 및 제2 물질 층들로부터 수신된 감지 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하되,
    상기 제1 물질 층은 n형의 도펀트로 도핑된 실리콘을 포함하고, 상기 제1 물질 층의 도펀트 농도는 1.0 x 1015 cm-3 보다 크고 1.0 x 1019 cm-3 보다 작고,
    상기 제2 물질 층은 분자식 VxOy로 표시되는 바나듐 산화물을 포함하고, 상기 분자식에서 x에 대한 y의 비는 2 보다 크고 2.5보다 작은 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 증폭기로부터 수신된 증폭된 감지 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환기를 포함하는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 증폭기는 상기 제1 및 제2 물질 층들의 저항값을 측정하는 휘스톤 브릿지 및 상기 휘스톤 브릿지의 출력 전압을 증폭시키기 위한 차동 증폭기를 포함하는 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 시스템.
KR1020180096337A 2017-09-05 2018-08-17 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템 KR101942094B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2018/010216 WO2019050233A1 (ko) 2017-09-05 2018-09-03 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템
US16/122,634 US10243093B1 (en) 2017-09-05 2018-09-05 Electromagnetic sensor of oxygen-rich vanadium-oxide and system thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20170113574 2017-09-05
KR1020170113574 2017-09-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101942094B1 true KR101942094B1 (ko) 2019-01-24

Family

ID=65277410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180096337A KR101942094B1 (ko) 2017-09-05 2018-08-17 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10243093B1 (ko)
KR (1) KR101942094B1 (ko)
WO (1) WO2019050233A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485949B (zh) * 2022-01-27 2024-05-28 鸿海精密工业股份有限公司 微测辐射热计和其制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100308638B1 (ko) * 1998-08-25 2002-04-24 김춘호 밀리미터파감지장치및감지센서의제조방법
KR20030073616A (ko) * 2002-03-12 2003-09-19 한국과학기술연구원 적외선 감지소자용 고특성 나노 박막의 제조방법
WO2004079311A1 (ja) * 2003-03-07 2004-09-16 Fujitsu Limited 電磁放射線センサ及びその製造方法
KR101290590B1 (ko) * 2011-06-01 2013-07-30 주홍렬 단일 금속-절연체 전이 상 경계를 갖는 이산화바나듐
KR20160145040A (ko) * 2014-04-11 2016-12-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치, 반도체 장치의 구동 방법, 및 전자 기기의 구동 방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5801383A (en) * 1995-11-22 1998-09-01 Masahiro Ota, Director General, Technical Research And Development Institute, Japan Defense Agency VOX film, wherein X is greater than 1.875 and less than 2.0, and a bolometer-type infrared sensor comprising the VOX film
US20020166968A1 (en) * 2001-05-11 2002-11-14 Bradley Martin G. Apparatus and method of measuring bolometric resistance changes in an uncooled and thermally unstabilized focal plane array over a wide temperature range
WO2005065012A2 (en) 2003-12-24 2005-07-21 Nokia Corporation A method for efficient beamforming using a complementary noise separation filter
KR100609699B1 (ko) 2004-07-15 2006-08-08 한국전자통신연구원 급격한 금속-절연체 전이 반도체 물질을 이용한 2단자반도체 소자 및 그 제조 방법
KR100927598B1 (ko) 2007-10-05 2009-11-23 한국전자통신연구원 광 게이팅 스위치 시스템
KR100906152B1 (ko) 2007-12-07 2009-07-03 한국전자통신연구원 마이크로 볼로미터용 저항재료, 이의 제조방법 및 이를포함한 마이크로 볼로미터
WO2009110222A1 (ja) 2008-03-03 2009-09-11 パナソニック株式会社 近接場光検出素子及び情報記録媒体の再生方法
US8847160B2 (en) * 2008-11-13 2014-09-30 Hanvision Co., Ltd. Semiconductor for sensing infrared radiation and method thereof
KR100983818B1 (ko) 2009-09-02 2010-09-27 한국전자통신연구원 볼로미터용 저항재료, 이를 이용한 적외선 검출기용 볼로미터, 및 이의 제조방법
KR102054312B1 (ko) 2012-07-17 2019-12-10 한국전자통신연구원 인체 적외선 감지소자 및 그를 구비한 전자장치
KR20140049917A (ko) 2012-10-18 2014-04-28 한국전자통신연구원 금속-절연체 전이 현상 기반의 조도센서
GB2517400A (en) * 2013-06-24 2015-02-25 Cordex Instr Ltd Apparatus and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100308638B1 (ko) * 1998-08-25 2002-04-24 김춘호 밀리미터파감지장치및감지센서의제조방법
KR20030073616A (ko) * 2002-03-12 2003-09-19 한국과학기술연구원 적외선 감지소자용 고특성 나노 박막의 제조방법
WO2004079311A1 (ja) * 2003-03-07 2004-09-16 Fujitsu Limited 電磁放射線センサ及びその製造方法
KR101290590B1 (ko) * 2011-06-01 2013-07-30 주홍렬 단일 금속-절연체 전이 상 경계를 갖는 이산화바나듐
KR20160145040A (ko) * 2014-04-11 2016-12-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치, 반도체 장치의 구동 방법, 및 전자 기기의 구동 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Arash Joushaghani et al., "Wavelength-size hybrid Si-VO2 waveguide electroabsorption optical switches and photodetectors", OPTICS EXPRESS, Vol.23, pp.3657-3668* *
Luis G. Gerling et al., "Characterization of Transition Metal Oxide/Silicon Heterojunctions for Solar Cell Applications", Appl. Sci., Vol.5, pp.695-705* *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019050233A1 (ko) 2019-03-14
US20190074392A1 (en) 2019-03-07
US10243093B1 (en) 2019-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI261934B (en) Infrared sensing IC, infrared sensor and method for producing the same
US8330090B2 (en) Photosensitive device and method of manufacturing a photosensitive device using nanowire diodes
US8610133B2 (en) Photodetection device
US4318115A (en) Dual junction photoelectric semiconductor device
US20040061152A1 (en) Semiconductor photosensor device
CN110431672B (zh) 光伏场效应晶体管
US6897081B2 (en) Method for fabricating a monolithic chip including pH, temperature and photo-intensity multi-sensors and a readout circuit
CN104247018B (zh) 受光器件
US5130775A (en) Amorphous photo-detecting element with spatial filter
KR101942094B1 (ko) 산소 리치 바나듐산화물 전자파 센서 및 그 시스템
RU56069U1 (ru) Кремниевый pin-фотодиод большой площади
JP5670360B2 (ja) 半導体受光素子及びオプトエレクトロニクス装置
CN105190260B (zh) 紫外半导体传感器装置和测量紫外辐射的方法
JP6466668B2 (ja) 赤外線センサ装置
JP5290505B2 (ja) 光センサの製造方法
JP5442648B2 (ja) 赤外線センサ
JP5859364B2 (ja) 受光強度演算デバイス及び位置検出デバイス
EP3229278B1 (en) Sensor device and method for manufacturing a sensor device
Li et al. Operation of suspended lateral SOI PIN photodiode with aluminum back gate
JP2020003498A (ja) Ｍｍｉｃおよび単一光子検出器のオンチップ集積化
CN111947792B (zh) 一种基于二硒化钯/超薄硅/二硒化钯肖特基结的颜色探测系统及其制备方法
EP4375630A1 (en) Pyroelectric infrared detector device
Pu et al. ITO AlGaN/GaN Ultraviolet Broadband Photodetector with Exceeding Responsivity beyond the ITO Transmittance Limitation
KR20180017991A (ko) 그래핀 베이스 광 검출 장치 및 이의 제조방법
Camargo et al. Miniaturized InSb photovoltaic infrared sensor operating at room temperature

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant