KR102250409B1 - 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템 - Google Patents

전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102250409B1
KR102250409B1 KR1020190004719A KR20190004719A KR102250409B1 KR 102250409 B1 KR102250409 B1 KR 102250409B1 KR 1020190004719 A KR1020190004719 A KR 1020190004719A KR 20190004719 A KR20190004719 A KR 20190004719A KR 102250409 B1 KR102250409 B1 KR 102250409B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
selective filtering
electromagnetic wave
filtering element
ultraviolet
shape
Prior art date
Application number
KR1020190004719A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200088125A (ko
Inventor
주상현
임태경
Original Assignee
경기대학교 산학협력단
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 경기대학교 산학협력단 filed Critical 경기대학교 산학협력단
Priority to KR1020190004719A priority Critical patent/KR102250409B1/ko
Publication of KR20200088125A publication Critical patent/KR20200088125A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102250409B1 publication Critical patent/KR102250409B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 유전 물질로 형성되는 소자 기판 및 전기 전도성 물질로 형성되고, 블록 형상 또는 링 형상으로 형성되어 상기 소자 기판의 양면에 규칙적으로 배열되는 소자 패턴을 포함하며, 소정의 파장 범위를 갖는 투과 전자기파를 투과시키는 선택적 필터링 소자와 이를 포함하는 전자기파 센서 시스템을 개시한다..

Description

전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템{Selective Filtering Device of Electromagnetic Wave and Electromagnetic wave Sensor System}
본 발명은 메타 패턴을 이용하여 전자기파를 선택적으로 필터링하는 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템에 관한 것이다.
자외선과 감마선은 고에너지 전자기파의 일종이며, 여러 분야에서 사용되고 있다. 상기 자외선은 자외선 기반 살균 업종, 자외선 기반 산업용품 생산, 의료용 영상기기, 의료용 치료기기 등에서 사용되고 있고, 감마선의 경우 원자력 발전소, 방사성 폐기물 처분 시설 등에서 방출되고 있다. 상기 자외선과 감마선은 인체에 유해한 영향을 줄 수 있으므로, 적절한 관리를 위하여 지속적이고 신속한 측정 및 관리를 필요로 한다.
상기 자외선과 같은 고에너지 전자기파를 측정하기 위하여 사용되고 있는 자외선 필터는 반사형 회절 격자를 사용한다. 상기 자외선 필터는 필요한 대역의 자외선 전자기파를 뽑아내기 위해서는 입사하는 전자기파를 반사형 회절 격자와 슬릿을 투과시켜야 한다. 그러나, 상기 자외선 필터는 이러한 구조적인 한계로 인하여 부피가 크고, 구동을 위한 모듈이 장착되어야 하는 단점이 있다.
또한, 상기 자외선을 측정하는 센서는 섬광체 방식 또는 실리콘 기반의 반도체 방식을 이용하는데, 방사선을 가시광선으로 변환시키고, 가시광선을 전자 신호로 변환하는 2단계 과정을 거치므로 특성 효율이 대체적으로 낮은 편이다.
본 발명은 전자기파에서 측정을 필요로 하는 전자기파를 제외한 전자기파를 선택적으로 필터링하여 전자기파의 센싱 효율을 증가시킬 수 있는 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템을 제공하는 것으로 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파의 선택적 필터링 소자는 유전 물질로 형성되는 소자 기판 및 전기 전도성 물질로 형성되고, 블록 형상 또는 링 형상으로 형성되어 상기 소자 기판의 양면에 규칙적으로 배열되는 소자 패턴을 포함하며, 소정의 파장 범위를 갖는 투과 전자기파를 투과시키는 것을 특징으로 한다.
상기 소자 기판은 석영, 폴리메타크릴이미드 발포체, 테프론, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리이미드, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 알루미나, 질화알루미늄 및 지르코니아에서 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 소자 기판은 10nm ∼ 100㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 투과시키는 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 두께가 얇게 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 상대 유전율이 1 ~ 20인 유전체로 형성될 수 있다.
상기 소자 패턴은 구리, 은, 알루미늄, 금, 백금, 니켈, 전기 전도성 플라스틱, 불소 수지(PTFE), 그래핀 및 탄소나노튜브에서 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 원형 형상, 사각형 형상, 오각형 형상, 육각형 형상. 원형 링 형상, 사각 링 형상, 오각 링 형상 및 육각 링 형상에서 선택되는 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 2nm ∼ 100㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 투과시키는 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 두께가 얇게 형성될 수 있다.
상기 소자 패턴은 원판 형상으로 형성되는 경우에 50nm ~ 500㎛의 직경으로 형성되며, 원형 링 형상으로 형성되는 경우에 50nm ~ 150㎛의 내경 및 100nm ~ 500㎛의 외경을 갖는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 투과시키는 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 직경, 내경 또는 외경이 작아질 수 있다.
상기 선택적 필터링 소자는 복수 개가 상하로 배치되어 형성되며, 상기 선택적 필터링 소자의 소자 패턴은 서로 다른 크기로 형성되며, 상기 소자 패턴이 상부 및 하부에 위치하는 선택적 필터링 소자의 소자 패턴과 서로 겹치지 않도록 형성될 수 있다.
상기 선택적 필터링 소자는 복수 개가 수평 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 상기 선택적 필터링 소자는 각각 서로 다른 파장 범위의 투과 전자기파를 투과시키도록 형성될 수 있다.
상기 선택적 필터링 소자는 각각의 자외선 A, 자외선 B, 자외선 C, 엑스선, 감마선에 대하여 복수 개의 서브 파장 범위로 세분화하여 각각을 투과시키도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 센서 시스템은 위에서 기재한 상기 선택적 필터링 소자의 하부에 위치하여 상기 선택적 필터링 소자를 투과하는 전자기파를 측정하는 전자기파 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자기파의 선택적 필터링 소자는 메타 패턴을 이용하여 측정하고자하는 특정 파장 범위의 전자기파를 제외한 전자기파를 필터링하므로, 전자기파의 측정 효율이 증가될 수 있다.
또한, 본 발명의 전자기파 센서 시스템은 전자기파 필터링 소자가 전력을 필요로 하지 않으므로 소비 전력이 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 구성도이다.
도 2는 도 1의 A-A에 대한 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자를 구성하는 소자 패턴의 다양한 실시예에 대한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 작용을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자가 자외선 C를 투과시키는 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자가 자외선 B를 투과시키는 시뮬레이션 결과이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자가 자외선 A를 투과시키는 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자를 이용한 전자기파 센서 시스템의 구성도이다.
도 11은 도 10의 전자기파 센서 시스템에서 전자기파 센서의 전기적인 연결 관계를 나타내는 구성도이다.
도 12는 도 10의 전자기파 센서 시스템에서 선택적 필터링 소자와 전자기파 센서의 전기적인 연결 관계를 나타내는 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파의 선택적 필터링 소자에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 구성도이다. 도 2는 도 1의 A-A에 대한 수직 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자를 구성하는 소자 패턴의 다양한 실시예에 대한 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 작용을 나타내는 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파의 선택적 필터링 소자(100)는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 소자 기판(110) 및 소자 패턴(120)을 포함하여 형성된다.
상기 선택적 필터링 소자는 소자 기판을 중심으로 일측과 타측에 각각 소자 패턴이 결합된다. 상기 선택적 필터링 소자는 전체 전자기파가 입사되면 측정이 필요한 특정 파장 범위의 전자기파만을 투과(이하 "투과 전자기파"라 함.)시키고 다른 파장 범위의 전자기파를 모두 차단(이하 "차단 전자기파"라 함)시킨다. 따라서, 상기 선택적 필터링 소자는 측정이 필요한 전자기파인 투과 전자기파를 제외한 차단이 필요한 전자기파인 차단 전자기파를 차단시켜 투과 전자기파의 측정 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 소자 기판은 소정 두께를 갖는 판상으로 형성된다. 상기 소자 기판은 양면에 부착되는 소자 패턴을 소정 거리로 이격시키는데 필요한 두께로 형성된다. 즉, 상기 소자 기판은 양면에 위치하는 소자 패턴의 이격 거리에 대응되는 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 투과 전자기파의 파장 범위에 따라 적정한 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 10nm ∼ 100㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 바람직하게는 20nm ∼ 50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 투과 전자기파가 자외선 C(파장 범위: 100 ~ 280nm)인 경우에, 소자 기판은 25nm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 B(파장 범위: 280 ~ 320nm)인 경우에, 소자 기판은 40nm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 A(파장 범위: 320 ~ 400nm)인 경우에, 소자 기판은 50nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 두께가 얇게 형성될 수 있다.
상기 소자 기판은 소정의 유전율을 갖는 유전 물질로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 상대 유전율이 1 ∼ 20인 유전 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 소자 기판은 석영(Quartz), 폴리메타크릴이미드(Polymethacrylimide) 발포체(상품명 Rohacell), 테프론, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리이미드, 결정 실리콘, 다결정 실리콘, 알루미나, 질화알루미늄 또는 지르코니아로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판은 유전율이 낮을 때에 두께가 두꺼우며, 유전율이 높을 때는 두께가 얇게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 소자 기판의 유전율이 1인 경우에 두께가 2.2이며, 유전율이 5일 때 두께가 0.9일 수 있다. 상기 소자 기판은 두께가 너무 얇으면 기계적 강도가 약해 판상 또는 원하는 형상을 유지하기 어려운 측면이 있다. 또한, 상기 소자 기판은 두께가 너무 두꺼우면 투과 전자기파의 투과율이 낮아지는 문제가 있다.
상기 소자 패턴은, 도 3에서 보는 바와 같이, 원형 또는 사각형, 오각형, 육각형과 같은 블록 형상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 사각형 링, 오각링형 링 또는 육각형 링과 같은 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 소자 기판의 양면에서 외측으로 돌출되도록 소자 기판의 양면에 규칙적으로 배열된다.
상기 소자 패턴은 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 전기전도성 금속, 전기전도성 무기물 또는 전기전도성 유기물로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 소자 패턴은 구리, 은, 알루미늄, 금, 백금 또는 니켈과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소자 패턴은 전기 전도성 플라스틱, 불소 수지(PTFE), 그래핀 또는 탄소나노튜브로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 소자 기판의 표면에 박막이 형성된 후에 식각되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 소자 패턴은 소자 패턴의 형상으로 증착되어 형성될 수 있다.
상기 소자 패턴은 투과 전자기파의 파장 범위에 따라 적정한 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 2nm ∼ 100㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 바람직하게는 3nm ∼ 20㎛의 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 투과 전자기파가 자외선 C(파장 범위: 100 ~ 280nm)인 경우에, 소자 패턴은 5nm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 B(파장 범위: 280 ~ 320nm)인 경우에, 소자 패턴은 9nm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 A(파장 범위: 320 ~ 400nm)인 경우에, 소자 패턴은 11nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 두께가 얇게 형성될 수 있다.
상기 소자 패턴은 판상 형상인 경우에 투과 전자기파의 파장 범위에 따라 소정의 면적, 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소자 패턴은 링 형상인 경우에 투과 전자기파의 파장 범위에 따라 내경 및 외경으로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴이 원판 형상인 경우에, 소자 패턴은 50nm ~ 500㎛의 직경으로 형성되며 바람직하게는 70nm ~ 300㎛의 직경으로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴이 링 형상인 경우에, 50nm ~ 150㎛의 내경과 100nm ~ 500㎛의 외경을 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다.
상기 소자 패턴의 직경 또는 내경과 외경은 투과 전자기파의 파장 범위에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 상기 투과 전자기파가 자외선 C(파장 범위: 100 ~ 280nm)인 경우에, 소자 패턴은 40 ~ 90nm의 내경과 80 ~ 180nm의 외경을 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 B(파장 범위: 280 ~ 320nm)인 경우에, 소자 패턴은 90 ~ 110nm의 내경과 190 ~ 210nm의 외경을 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 A(파장 범위: 320 ~ 400nm)인 경우에, 소자 패턴은 110 ~ 140nm의 내경과 220 ~ 280nm의 외경을 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 패턴은 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 내경과 외경이 작아질 수 있다. 즉, 상기 소자 패턴은 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 작은 크기로 형성될 수 있다.
상기 소자 패턴은 인접하는 다른 소자 패턴과 소정의 소자 이격 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 여기서 상기 소자 이격 거리는 인접한 소자 패턴의 외주면 사이의 거리일 수 있다. 상기 소자 패턴은 투과 전자기파의 파장 범위에 따라 서로 다른 소자 이격 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 소자 패턴은 50nm ~ 500㎛의 소자 이격 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 소자 패턴은 인접하는 두 개의 소자 패턴의 중심 사이의 거리가 소자 패턴의 외경 또는 폭의 1.1배 내지 2.0배가 되도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 상기 투과 전자기파가 자외선 C(파장 범위: 100 ~ 280nm)인 경우에, 소자 이격 거리는 80 ~ 200nm일 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 B(파장 범위: 280 ~ 320nm)인 경우에, 소자 이격 거리는 200 ~ 220nm일 수 있다. 또한, 상기 투과 전자기파가 자외선 A(파장 범위: 320 ~ 400nm)인 경우에, 소자 이격 거리는 230 ~ 280nm일 수 있다. 상기 소자 이격 거리는 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 작을 수 있다. 즉, 상기 소자 패턴은 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 서로 인접하여 배치될 수 있다.
상기 소자 패턴은 소자 기판의 양면에 동일한 패턴과 동일한 위치로 배열되어 형성된다. 즉, 상기 소자 패턴은 행 방향과 열 방향으로 동일한 간격으로 이격되어 배치된다. 또한, 상기 소자 패턴은 벌집 형상을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 소자 패턴은 재질과 형상 및 이격 거리에 따라 공진 주파수 대역이 결정된다. 또한, 상기 공진 주파수 대역은 소자 기판의 유전율과 투과율 및 두께에 의하여서도 영향을 받게 된다. 상기 소자 패턴은 내부에서 일어나는 공진 주파수 대역의 전자기파에 의한 전기적 공진에 의하여 특정 파장 범위의 투과 전자기파를 투과시킬 수 있다. 상기 투과 전자기파를 제외한 차단 전자기파는 소자 패턴의 내부에서 전기적 공진이 발생되지 않으므로, 소자 기판과 소자 패턴에 대한 투과가 억제될 수 있다.
상기 선택적 필터링 소자는, 도 4를 참조하면, 각각 전체 자외선이 조사되며, 소자 패턴의 형상에 따라 각각 자외선 A, 자외선 B, 자외선 C만을 선택적으로 투과시킨다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 필터링 소자에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 구성도이다.
상기 선택적 필터링 소자는, 도 5를 참조하면, 복수 개가 상부로부터 하부로 배치되어 형성될 수 있다. 상기 선택적 필터링 소자는 이층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 선택적 필터링 소자는 상하로 이격될 때 서로 대향하는 소자 패턴의 표면이 접촉되거나 이격될 수 있다.
또한, 상기 선택적 필터링 소자가 복수 개로 형성될 때, 각각의 선택적 필터링 소자는 소자 기판의 유전율과 두께가 다르게 형성될 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 소자 패턴이 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 예를 들면 상기 소자 패턴은 서브 파장 범위의 투과 전자기파를 투과하도록 서로 다른 직경 또는 내경과 외경으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 선택적 필터링 소자는 투과 전자기파의 전체 파장 범위를 보다 작은 서브 파장 범위로 세분화하여 투과하도록 형성될 수 있다. 상기 선택적 필터링 소자는 4개로 형성되고 투과 전자기파는 전체 파장 범위가 4개의 서브 파장 범위로 나눠지며, 각각의 선택적 필터링 소자는 각각의 서브 파장 범위의 전자기파를 투과시킬 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 소자 패턴이 상부 및 하부에 위치하는 선택적 필터링 소자의 소자 패턴과 서로 겹치지 않도록 형성된다. 즉, 상기 선택적 필터링 소자는 평면을 기준으로 소자 패턴이 형성되는 영역에는 하나의 소자 패턴만이 위치한다. 따라서, 상기 선택적 필터링 소자는 전체 파장 범위에서 효율적으로 투과 전자기파를 투과시킬 수 있으며, 이웃하는 파장 범위의 투과 전자기파가 투과되지 않도록 한다. 예를 들면, 상기 선택적 필터링 소자가 자외선 B를 측정하도록 형성되는 경우에, 이웃하는 자외선 A 또는 자외선 C의 전자기파가 투과되지 않도록 한다.
다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 필터링 소자에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 구성도이다.
상기 선택적 필터링 소자는, 도 6을 참조하면, 복수 개로 형성되며, 수평 방향으로 동일한 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 선택적 필터링 소자는 복수 개가 수평 방향으로 동일한 간격으로 행과 열을 이루도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 선택적 필터링 소자는 각각 서로 다른 파장 범위의 투과 전자기파를 투과시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 선택적 필터링 소자는 각각 자외선 A, 자외선 B, 자외선 C, 엑스선, 감마선을 투과시키도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 선택적 필터링 소자는 5개로 형성될 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 다른 실시예와 같이 각각의 전자기파에 대하여 복수 개의 서브 파장 범위로 세분화하여 투과시키도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 선택적 필터링 소자는 각각의 자외선 A, 자외선 B, 자외선 C, 엑스선, 감마선에 대하여 복수 개의 서브 파장 범위로 세분화하여 각각을 투과시키도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 선택적 필터링 소자는 25개로 형성될 수 있다.
상기 선택적 필터링 소자는 소자 기판의 유전율과 두께가 다르게 형성될 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 소자 패턴이 서로 다른 크기와 두께로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 선택적 필터링 소자는 복수의 투과 전자기파에 대하여 동시에 측정이 가능하도록 한다. 즉, 상기 선택적 필터링 소자는 자외선 A, 자외선 B, 자외선 C, 엑스선, 감마선에 대하여 동시에 측정이 가능하도록 한다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자의 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자가 자외선 C를 투과시키는 시뮬레이션 결과이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자가 자외선 B를 투과시키는 시뮬레이션 결과이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자가 자외선 A를 투과시키는 시뮬레이션 결과이다.
상기 선택적 필터링 소자는, 도 7을 참조하면, 자외선 C를 선택적으로 투과시키도록 설계되었다. 상기 선택적 필터링 소자는 소자 기판의 양면에 링 형상의 소자 패턴이 형성되었다. 상기 소자 기판은 유전율이 3.75이며, 두께가 25nm이다. 상기 소자 패턴은 40 ~ 90nm의 내경과 80 ~ 180nm의 외경을 갖는 링 형상으로 형성되었다. 상기 소자 패턴은 80 ~ 200nm의 이격 거리로 형성되었다. 상기 소자 패턴은 금으로 형성되고, 5nm의 두께로 형성되었다. 상기 자외선 C의 전체 파장 범위를 5개의 서브 파장 범위로 분할하고, 소자 패턴은 각각의 서브 파장 범위를 투과하도록 형상이 설정되었다. 상기 소자 패턴은 형상의 범위에서 투과 전자기파의 파장 범위에 비례하여 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 작은 크기로 형성되었다. 상기 선택적 필터링 소자는, 도 7을 참조하면, 자외선 C의 파장 범위인 100 ~ 280nm의 범위에서 5개의 서브 파장 범위에 대응되는 5개의 피크로 투과시키는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 자외선 C의 파장 범위를 벗어나는 파장 범위를 갖는 전자기파를 투과시키지 않고 차단시킨다. 따라서, 상기 선택적 필터링 소자는 측정하고자 하는 파장 범위의 전자기파에 대한 투과 효율을 증가시켜, 전자기파에서의 측정 정확도를 증가시킨다.
상기 선택적 필터링 소자는, 도 8을 참조하면, 자외선 B를 선택적으로 투과시키도록 설계되었다. 상기 선택적 필터링 소자는 소자 기판의 양면에 링 형상의 소자 패턴이 형성되었다. 상기 소자 기판은 유전율이 3.75이며, 두께가 40nm이다. 상기 소자 패턴은 90 ~ 110nm의 내경과 190 ~ 210nm의 외경을 갖는 링 형상으로 형성되었다. 상기 소자 패턴은 200 ~ 220nm의 이격 거리로 형성되었다. 상기 소자 패턴은 금으로 형성되고, 9nm의 두께로 형성되었다. 상기 자외선 B의 전체 파장 범위를 5개의 서브 파장 범위로 분할하고, 소자 패턴은 각각의 서브 파장 범위를 투과하도록 형상이 설정되었다. 상기 소자 패턴은 형상의 범위에서 투과 전자기파의 파장 범위에 비례하여 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 작은 크기로 형성되었다. 상기 선택적 필터링 소자는, 도 8을 참조하면, 자외선 B의 파장 범위인 280 ~ 320nm의 범위에서 5개의 서브 파장 범위에 대응되는 5개의 피크로 투과시키는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 자외선 C의 파장 범위를 벗어나는 파장 범위를 갖는 전자기파를 투과시키지 않고 차단시킨다.
상기 선택적 필터링 소자는, 도 9를 참조하면, 자외선 A를 선택적으로 투과시키도록 설계되었다. 상기 선택적 필터링 소자는 소자 기판의 양면에 링 형상의 소자 패턴이 형성되었다. 상기 소자 기판은 유전율이 3.75이며, 두께가 50nm이다. 상기 소자 패턴은 110 ~ 140nm의 내경과 220 ~ 280nm의 외경을 갖는 링 형상으로 형성되었다. 상기 소자 패턴은 230 ~ 290nm의 이격 거리로 형성되었다. 상기 소자 패턴은 금으로 형성되고, 11nm의 두께로 형성되었다. 상기 자외선 A의 전체 파장 범위를 5개의 서브 파장 범위로 분할하고, 소자 패턴은 각각의 서브 파장 범위를 투과하도록 형상이 설정되었다. 상기 소자 패턴은 형상의 범위에서 투과 전자기파의 파장 범위에 비례하여 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 작은 크기로 형성되었다. 상기 선택적 필터링 소자는, 도 9를 참조하면, 자외선 A의 파장 범위인 280 ~ 320nm의 범위에서 5개의 서브 파장 범위에 대응되는 5개의 피크로 투과시키는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 자외선 A의 파장 범위를 벗어나는 파장 범위를 갖는 전자기파를 투과시키지 않고 차단시킨다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 센서 시스템에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 필터링 소자를 이용한 전자기파 센서 시스템의 구성도이다. 도 11은 도 10의 전자기파 센서 시스템에서 전자기파 센서의 전기적인 연결 관계를 나타내는 구성도이다. 도 12는 도 10의 전자기파 센서 시스템에서 선택적 필터링 소자와 전자기파 센서의 전기적인 연결 관계를 나타내는 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 센서 시스템(10)은, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 선택적 필터링 소자(100) 및 전자기파 센서(20)를 포함한다. 또한, 상기 전자기파 센서 시스템은 패시베이션층(30) 및 반사 방지층(40)을 더 포함할 수 있다.
상기 전자기파 센서 시스템은 선택적 필터링 소자가 측정하고자 하는 파장 범위의 전자기파만을 투과시키고 나머지 파장 범위의 전자기파를 차단한다. 또한, 상기 전자기파 센서 시스템은 선택적 필터링 소자를 투과한 투과 전자기파를 측정한다. 따라서, 상기 전자기파 센서 시스템은 투과 전자기파를 측정할 때 이웃하는 파장 범위의 전자기파를 차단하므로 투과 전자기파에 대한 전자기파 센서의 감도와 측정 효율이 향상될 수 있다.
상기 선택적 필터링 소자는 위에서 설명한 실시예들에 따른 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 선택적 필터링 소자는 자외선 C, 자외선 B, 자외선 A를 각각 투과하는 소자로 형성될 수 있다. 또한, 상기 선택적 필터링 소자는 자외선 C의 파장 범위를 5개의 서브 파장 범위로 분할하여 각각의 서브 파장 범위의 전자기파만을 투과시키도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전자기파 센서 시스템은, 도 9를 참조하면, 행 방향으로는 동일한 종류의 전자기파가 측정되도록 선택적 필터링 소자와 전자기파 센서가 배치된다. 예를 들면, 상기 전자기파 센서 시스템은 1번째 행부터 순차적으로 감마선, 엑스선, 자외선 C, 자외선 B, 자외선 A를 측정하도록 형성될 수 있다. 상기 전자기파 센서 시스템은 각 행에서 서브 파장 범위별로 전자기파를 측정하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전자기파 센서 시스템은 각 종류의 전자기파에 대하여 5개의 서브 파장 범위로 분할하여 측정할 수 있다.
상기 전자기파 센서는 각각의 전자기파를 측정하는데 사용되는 일반적인 센서로 형성될 수 있다. 상기 전자기파 센서는 해당 파장 범위의 전자기파만을 측정하는 센서로 형성될 수 있다. 예들 들면, 상기 전자기파 센서는 자외선 C, 자외선 B, 자외선 A를 각각 측정하는 센서로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전자기파 센서는 자외선 전체 파장 범위를 측정할 수 있는 센서로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 선택적 필터링 소자가 각각의 파장 범위의 전자기파만을 투과시키므로 각각의 전자기파 센서는 해당 파장 범위의 전자기파만이 입사되며 측정된 결과는 각각의 파장 범위의 전자기파에 대한 측정 결과를 나타낸다. 상기 전자기파 센서는 선택적 필터링 소자의 하부에 위치하며, 선택적 필터링 소자를 투과하는 투과 전자기파를 측정한다. 상기 전자기파 센서는 각각의 선택적 필터링 소자의 하부에 위치하며, 각각 전선에 의하여 외부로 전기적으로 연결된다.
상기 패시베이션층은 선택적 필터링 소자의 상면에 위치한다. 상기 패시베이션층은 선택적 필터링 소자의 상면에 직접 코팅되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 패시베이션층은 별도의 투명 기판에 코팅되어 선택적 필터링 소자의 상부에 위치할 수 있다.
상기 패시베이션층은 Al203와 같은 물질로 형성되며, 두께가 5nm 내지 50㎛로 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층은 원자층 증착 공정(Atomic Layer Deposition) 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 공정(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)법에 의하여 증착되어 형성될 수 있다.
상기 반사 방지층은 SiO2, SiON, SiNx와 같은 물질로 형성될 수 있다. 상기 반사 방지층은 20 ~ 150nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 반사 방지층은 선택적 필터링 소자와 전자기파 센서 사이에 위치할 수 있다. 상기 반사 방지층은 선택적 필터링 소자의 하면 또는 전자기파 센서의 상면에 형성될 수 있다. 상기 반사 방지층은 선택적 필터링 소자를 통과한 투과 전자기파가 전자기파 센서로 입사하기 전에 반사되는 것을 방지한다. 따라서, 상기 전자기파 센서는 입사되는 전자기파의 반사량이 감소되면서 측정 효율이 증가될 수 있다. 상기 반사 방지층은 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deopsition; PECVD)법에 의하여 형성될 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 선택적 필터링 소자
110: 소자 기판 120: 소자 패턴
10: 전자기파 센서 시스템 20: 전자기파 센서
30: 패시베이션층 40: 반사 방지층

Claims (15)

  1. 입사되는 전자기파에서 자외선 A, 자외선 B, 자외선 C, 엑스선 또는 감마선의 특정 파장 범위의 투과 전자기파만을 선택적으로 투과시키는 선택적 필터링 소자로서,
    유전 물질로 형성되는 소자 기판 및
    전기 전도성 물질로 형성되고, 블록 형상 또는 링 형상으로 형성되어 상기 소자 기판의 양면에 규칙적으로 배열되는 소자 패턴을 포함하며,
    상기 소자 기판은 10nm ∼ 100㎛의 두께로 형성되며, 투과시키는 상기 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 상기 소자 기판의 두께가 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 기판은 석영, 폴리메타크릴이미드 발포체, 테프론, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리이미드, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 알루미나, 질화알루미늄 및 지르코니아에서 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 기판은 상대 유전율이 1 ~ 20인 유전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 패턴은 구리, 은, 알루미늄, 금, 백금, 니켈, 전기 전도성 플라스틱, 불소 수지(PTFE), 그래핀 및 탄소나노튜브에서 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 패턴은
    원형 형상, 사각형 형상, 오각형 형상, 육각형 형상. 원형 링 형상, 사각 링 형상, 오각 링 형상 및 육각 링 형상에서 선택되는 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 패턴은 2nm ∼ 100㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 패턴은 투과시키는 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 두께가 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 패턴은 원판 형상으로 형성되는 경우에 50nm ~ 500㎛의 직경으로 형성되며, 원형 링 형상으로 형성되는 경우에 50nm ~ 150㎛의 내경 및 100nm ~ 500㎛의 외경을 갖는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 소자 패턴은 투과시키는 투과 전자기파의 파장이 짧을수록 직경, 내경 또는 외경이 작아지는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택적 필터링 소자는 복수 개가 상하로 배치되어 형성되며,
    상기 선택적 필터링 소자의 소자 패턴은 서로 다른 크기로 형성되며,
    상기 소자 패턴이 상부 및 하부에 위치하는 선택적 필터링 소자의 소자 패턴과 서로 겹치지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택적 필터링 소자는 복수 개가 수평 방향으로 서로 이격되어 배치되며,
    상기 선택적 필터링 소자는 각각 서로 다른 파장 범위의 투과 전자기파를 투과시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 선택적 필터링 소자는 각각의 자외선 A, 자외선 B, 자외선 C, 엑스선, 감마선에 대하여 복수 개의 서브 파장 범위로 세분화하여 각각을 투과시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 필터링 소자.
  15. 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 5 항 내지 제 14 항중 어느 하나의 항에 따른 선택적 필터링 소자 및
    상기 선택적 필터링 소자의 하부에 위치하여 상기 선택적 필터링 소자를 투과하는 전자기파를 측정하는 전자기파 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서 시스템.
KR1020190004719A 2019-01-14 2019-01-14 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템 KR102250409B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190004719A KR102250409B1 (ko) 2019-01-14 2019-01-14 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190004719A KR102250409B1 (ko) 2019-01-14 2019-01-14 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200088125A KR20200088125A (ko) 2020-07-22
KR102250409B1 true KR102250409B1 (ko) 2021-05-12

Family

ID=71893155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190004719A KR102250409B1 (ko) 2019-01-14 2019-01-14 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102250409B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006117979A1 (ja) 2005-04-12 2006-11-09 Tokai Kogaku Co., Ltd. 赤外線カットフィルター
JP2011059299A (ja) 2009-09-09 2011-03-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 吸収型多層膜ｎｄフィルターとその製造方法
WO2013105374A1 (ja) 2012-01-13 2013-07-18 コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 狭帯域バンドパスフィルター
US20140293467A1 (en) 2011-10-10 2014-10-02 Lamda Guard Technologies Ltd. Filter made of metamaterials

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102065025B1 (ko) * 2017-01-20 2020-01-10 주식회사 인비지블 자동차용 레이더의 전자기파 투과 부재

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006117979A1 (ja) 2005-04-12 2006-11-09 Tokai Kogaku Co., Ltd. 赤外線カットフィルター
JP2011059299A (ja) 2009-09-09 2011-03-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 吸収型多層膜ｎｄフィルターとその製造方法
US20140293467A1 (en) 2011-10-10 2014-10-02 Lamda Guard Technologies Ltd. Filter made of metamaterials
WO2013105374A1 (ja) 2012-01-13 2013-07-18 コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 狭帯域バンドパスフィルター

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200088125A (ko) 2020-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5862025B2 (ja) 光学センサー及び電子機器
US20160265125A1 (en) Curved Grating Structure Manufacturing Method, Curved Grating Structure, Grating Unit, And X-Ray Imaging Device
US10153061B2 (en) Metal grating for X-rays, production method for metal grating for X-rays, metal grating unit for X-rays, and X-ray imaging device
JP6196227B2 (ja) Ｘ線検知装置
US20130175449A1 (en) Infrared detector comprising a package integrating at least one diffraction grating
TWI604549B (zh) 晶圓級分光計
KR20140104915A (ko) 테라헤르츠파 검출 장치, 카메라, 이미징 장치 및 계측 장치
CN107251320A (zh) 多频带波长选择性结构
JP2013152213A (ja) テラヘルツ領域の電磁放射線のボロメータ検出器および同検出器を含む検出器アレイデバイス
KR101505123B1 (ko) 플라즈몬을 이용한 광대역 가시광선 흡수 나노구조체
US9239266B2 (en) Terahertz wave detecting device, camera, imaging apparatus and measuring apparatus
CN105445186A (zh) 太赫兹波检测装置、照相机、成像装置以及计测装置
KR102250409B1 (ko) 전자기파의 선택적 필터링 소자 및 이를 이용한 전자기파 센서 시스템
KR20180133333A (ko) 전자기 방사선용 스펙트럼 변환 소자
KR20140143326A (ko) 테라헤르츠파 검출 장치, 카메라, 이미징 장치 및 계측 장치
TWI512963B (zh) 光偵測器
CN114843293A (zh) 光谱芯片及其制备方法、光谱分析装置
JP6099950B2 (ja) テラヘルツ領域の電磁放射線のボロメータ検出器
US20020163992A1 (en) X-ray detector array and method for manufacturing same
JP3660879B2 (ja) スロット付き量子井戸センサ
US20140361169A1 (en) Terahertz wave detecting device, camera, imaging apparatus and measuring apparatus
US9252182B2 (en) Infrared multiplier for photo-conducting sensors
EP3971543A1 (en) Infrared detector forming method and associated infrared detector
WO2014085664A1 (en) Mems infrared sensor including a plasmonic lens
KR101882141B1 (ko) 분광센서 및 이의 제조방법과 이를 이용한 분광장치

Legal Events

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