KR102470061B1 - 개선된 다중 스펙트럼 검출을 위한 디바이스 - Google Patents
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Abstract
검출 디바이스는 2 개의 상이한 파장 범위에 각각 민감한 제 1 및 제 2 광 검출기들 (1a, 1b) 을 포함한다. 검출 디바이스는 제 1 파장 범위를 통과하게 하고 제 2 파장 범위를 차단하도록 구성되는 제 1 필터 (4a) 를 포함한다. 제 1 필터는 제 1 광 검출기 (1a) 를 커버하고 제 2 광 검출기 (1b) 는 커버되지 않게 한다. 검출 디바이스는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a, 1b) 로부터 이격되고 제 1 필터 (4a) 로부터 이격되어 배열되는 제 2 필터 (4b) 를 포함한다. 제 2 필터 (4b) 는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위를 통과하게 하도록 구성된다. 프로세싱 회로 (5) 는 제 1 및 제 2 광 검출기들 (1a, 1b) 로부터 나오는 전기 신호를 수신하고 제 1 신호를 제 2 신호 (7a) 와 비교함으로써 제 2 파장 범위의 방사선에 대한 데이터를 제공하도록 구성된다.
Description
본 발명은 다중 스펙트럼 검출 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 다중 스펙트럼 검출 디바이스를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
검출 디바이스 분야에서, 관찰되고 있는 장면에서 최대량의 데이터를 캡처하기 위해, 여러 상이한 스펙트럼 파장 대역을 사용하는 것이 유리하다.
여러 검출기가 사용되며, 상이한 스펙트럼 파장 대역에 할당된다. 이러한 방식으로, 각 검출기는 관찰된 장면의 특정 데이터 아이템을 캡처하고, 이는 상이한 데이터를 크로스-체크하여 분석을 용이하게 한다.
검출 디바이스를 제조하는 간단한 방식은 특정 스펙트럼 파장 대역을 검출하도록 구성된 여러 상이한 광 검출기를 연관시키는 것이다. 각각의 광 검출기는 수신된 데이터를 나타내는 전하를 저장할 판독 회로와 연관된다.
생성된 전기 정보는 그 후, 사용자가 사용가능한 정보를 제공하기 위해 상이한 데이터를 분석하는 프로세싱 회로로 전송된다.
통상적인 방식으로, 검출 디바이스는 제 1 스펙트럼 파장 대역의 방사선을 검출하도록 제 1 아키텍처 및 제 1 반도체 재료들로 제조된 제 1 광 검출기를 포함한다. 검출 디바이스는 또한, 제 1 아키텍처와 상이할 수 있는 제 2 아키텍처를 나타내는 제 2 광 검출기를 포함한다. 제 2 광 검출기는 제 2 스펙트럼 파장 대역의 방사선을 검출하도록 제 1 반도체 재료와 상이한 제 2 반도체 재료로 제조된다.
이러한 실시형태는 2 개의 상이한 타입의 광 검출기를 형성하기 위해 상이한 반도체 재료를 갖는 2 개의 상이한 스택의 제조를 필요로 하기 때문에 구현하기가 복잡하다.
대안으로서, 제 1 스펙트럼 파장 대역 및 제 2 스펙트럼 파장 대역 양자에 민감한 제 1 및 제 2 광 검출기를 제조하는 것이 제안된다.
제 1 스펙트럼 파장 대역 또는 제 2 스펙트럼 파장 대역에서 광 검출기를 특수화하기 위해, 필터는 각각의 광 검출기와 연관된다. 제 1 필터는 오직 제 1 스펙트럼 파장 대역이 통과할 수 있도록 제 1 광 검출기 위에 배치된다. 제 2 필터는 오직 제 2 스펙트럼 파장 대역이 통과할 수 있도록 제 2 광 검출기 위에 배치된다. 이러한 교시는 문헌 CN203883014 에 설명된다.
그러나, 이러한 실시형태는 또한, 제 1 광 검출기 위에 제 1 필터를 제공하고 제 2 광 검출기 위에 제 2 필터를 제공하는 것을 요구하므로 구현이 매우 복잡하다는 것이 명백하다. 따라서, 2 개의 필터들이 광 검출기 어레이 상에 형성되어야 한다.
실질적으로 동등한 교시가 문헌 US 2014/0034603 에 기술된다. 이 문헌에서, 다중 스펙트럼 필터가 광 검출기 위에 배열된다. 이 다중 스펙트럼 필터는 상이한 파장들이 통과하여 입사하는 방사선을 분리하게 하는 몇몇 상이한 필터들을 포함한다.
대안적인 실시형태는 적외선 범위의 다색 검출 디바이스를 설명하는 문헌 US 7,109,488 에 기술된다. 제 1 및 제 2 픽셀들은 광 검출기 어레이에서 정의된다. 제 1 및 제 2 픽셀은 상이한 광 검출기와 연관된 상이한 제 1 및 제 2 필터에 의해 정의된다.
제 1 필터는 적외선 방사가 9 미크론의 파장까지 통과하게 한다. 광 검출기는 7 과 9 미크론 사이에 포함된 방사선을 검출하도록 구성된다. 따라서, 픽셀은 7 과 9 미크론 사이에 포함된 방사선을 나타내는 신호를 전달할 것이다.
제 2 필터는 적외선 방사가 10 미크론의 파장까지 통과하게 한다. 연관된 광 검출기는 7 과 9 미크론 사이에 포함된 방사선 및 9 와 10 미크론 사이에 포함된 방사선을 검출하도록 구성된다. 제 2 픽셀은 7 과 10 미크론 사이에 포함된 방사선을 나타내는 신호를 전달할 것이다.
다른 대안적인 실시형태는 이중 스펙트럼 (bispectral) 매트릭스 센서에 관한 문헌 WO 2015/189423 에 기술된다. 이 문헌은 단일형 매트릭스 센서를 형성하기 위해 동일한 광 검출기를 제조하는 것을 제안한다. 여기에서 다시, 복잡한 필터링 시스템은 광 검출기의 일부분이 제 1 스펙트럼 파장 대역을 관찰하고 광 검출기의 다른 부분이 다른 스펙트럼 파장 대역을 관찰하도록, 광 검출기가 특수화될 수 있게 한다.
모든 검출기는 제 1 스펙트럼 파장 대역 및 제 2 스펙트럼 파장 대역의 방사선이 통과하게 하도록 구성된 이중 대역 간섭 필터에 의해 커버된다.
이들 광 검출기의 일부는 오직 제 1 스펙트럼 파장 대역의 방사선만을 수신하도록 저역 통과 필터에 의해 커버된다. 이들 광 검출기의 다른 부분은 오직 제 2 스펙트럼 파장 대역의 방사선만을 수신하도록 고역 통과 필터에 의해 커버된다.
이 해결책은 특히 구현하기가 복잡하고 비용이 많이 드는 것이 명백하다.
본 발명의 목적은 보다 용이하게 제조될 수 있고 더 소형화될 수 있는 다중 스펙트럼 검출 디바이스를 제공하는 것이다.
다중 스펙트럼 검출 디바이스는,
- 제 1 파장 범위 및 상기 제 1 파장 범위와 상이한 제 2 파장 범위에 각각 민감한 제 1 광 검출기 및 제 2 광 검출기로서, 상기 제 1 광 검출기는 수신된 방사선을 나타내는 제 1 신호를 전달하고 상기 제 2 광 검출기는 수신된 방사선을 나타내는 제 2 신호를 전달하는, 상기 제 1 광 검출기 및 제 2 광 검출기,
- 상기 제 1 파장 범위를 통과하게 하고 상기 제 2 파장 범위를 차단하도록 구성된 제 1 필터로서, 상기 제 1 필터는 상기 제 1 광 검출기를 커버하고 상기 제 2 광 검출기가 커버되지 않게 하며, 상기 제 1 필터는 상기 제 1 광 검출기와 접촉하여 제 1 광 검출기에서 상기 제 2 파장 범위가 통과되는 것을 방지하도록 하는, 상기 제 1 필터,
- 상기 제 1 및 제 2 광 검출기들로부터의 거리 및 상기 제 1 필터로부터의 거리에 위치된 제 2 필터로서, 상기 제 2 필터는 상기 제 1 파장 범위 및 상기 제 2 파장을 통과하도록 구성되고, 상기 제 2 필터는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위에서들의 최장 파장보다 더 높은 파장을 차단하고 및/또는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위들에서의 최단 파장보다 더 낮은 파장을 차단하도록 구성되는, 상기 제 2 필터
를 포함한다.
일 전개에서, 제 2 광 검출기는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위를 수신하기 위해, 제 1 파장 범위를 차단하도록 구성된 필터를 갖지 않고, 검출 디바이스는 제 1 및 제 2 광 센서들로부터 나오는 전기 신호들을 수신하고 제 1 신호를 제 2 신호와 비교함으로써 상기 제 2 파장 범위의 방사선에 관련된 데이터를 제공하도록 구성되는 프로세싱 회로를 포함한다.
대안으로서, 제 2 광 검출기는 제 1 파장 범위를 차단하고 제 2 파장 범위를 통과하게 하도록 구성된 제 3 필터에 의해 커버된다.
유리한 실시형태에서, 제 2 필터는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터 및 이중 대역 필터로부터 선택된다.
바람직하게, 제 1 필터는 제 2 파장 범위를 차단하는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 또는 대역 통과 필터이다.
제 2 필터가 가스 또는 보이드 층에 의해 분리된, 제 1 필터로부터 및 제 2 광 검출기로부터의 거리에 위치되도록 제공하는 것이 유리하다.
일 실시형태에서, 검출 디바이스는 방사선의 통과를 위한 애퍼처에 의해 입사 방사선을 포커싱하도록 구성된 콜드 쉴드를 포함하고, 제 2 필터는 상기 애퍼처 내에 위치된다.
바람직하게, 콜드 쉴드는 제 1 및 제 2 광 검출기를 포함하는 폐쇄형 엔클로저를 한정하고, 제 2 필터는 폐쇄형 엔클로저 내에 위치된다.
바람직하게, 콜드 쉴드는 제 1 및 제 2 광 검출기를 포함하는 폐쇄형 엔클로저를 한정하고, 제 2 필터는 폐쇄형 엔클로저 외부에 위치된다.
본 발명의 또 다른 목적은 구현하기에 더 간단한 다중 스펙트럼 검출 디바이스를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
다중 스펙트럼 검출 디바이스를 제조하기 위한 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 제 1 파장 범위 및 상기 제 1 파장 범위와 상이한 제 2 파장 범위에 각각 민감한 제 1 및 제 2 광 검출기들을 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 제 1 광 검출기는 수신된 방사선을 나타내는 제 1 신호를 전달하고 상기 제 2 광 검출기는 수신된 방사선을 나타내는 제 2 신호를 전달하는, 상기 기판을 제공하는 단계,
- 상기 제 1 파장 범위를 통과하게 하고 상기 제 2 파장 범위를 차단하도록 구성된 제 1 필터를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 필터는 상기 제 1 광 검출기를 커버하고 상기 제 2 광 검출기가 커버되지 않게 하며, 상기 제 1 필터는 상기 제 1 광 검출기와 접촉하여 제 1 광 검출기에서 상기 제 2 파장 범위가 통과되는 것을 방지하도록 하는, 상기 제 1 필터를 형성하는 단계,
- 상기 제 1 및 제 2 광 검출기들로부터의 거리 및 상기 제 1 필터로부터의 거리에 배열된 제 2 필터를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 필터는 상기 제 1 파장 범위 및 상기 제 2 파장 범위를 통과하게 하도록 구성되고, 상기 제 2 필터는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위들의 최장 파장보다 더 높은 파장을 차단하고 및/또는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위들의 최단 파장보다 더 낮은 파장을 차단하도록 구성되는, 상기 제 2 필터를 형성하는 단계.
특정 전개에서, 상기 방법은, 제 2 필터가 형성되기 전에,
- 상기 제 2 파장 범위가 통과하게 하고 상기 제 1 파장 범위를 차단하도록 구성된 제 3 필터를 형성하는 단계로서, 상기 제 3 필터는 상기 제 2 광 검출기를 커버하고 상기 제 1 광 검출기가 커버되지 않게 하며, 상기 제 3 필터는 상기 제 2 광 검출기와 접촉하여 제 2 광 검출기에서 상기 제 1 파장 범위가 통과되는 것을 방지하게 하는, 상기 제 3 필터를 형성하는 단계
를 포함한다.
다른 이점들 및 특징들은, 오직 비한정적인 예시의 목적들로 주어지고 그리고 첨부 도면들에 표현된 본 발명의 특정 실시형태들의 다음의 설명으로부터 더 분명히 명백해 질 것이다.
- 도 1 및 도 2 는 2 개의 광 검출기들 및 콜드 쉴드상의 필터가 제공된 검출 디바이스의 2 개의 대안적인 실시형태들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 3a 내지 도 3f 는 제 1 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 4a 내지 도 4f 는 제 2 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 5a 내지 도 5f 는 제 3 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 6a 내지 도 6f 는 제 4 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 7a 내지 도 7f 는 제 5 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 8a 내지 도 8f 는 제 6 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도의 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 9a 내지 도 9f 는 제 7 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 10 은 2 개의 광 검출기들 및 콜드 쉴드상의 필터가 제공된 검출 디바이스의 다른 실시형태를 개략적인 방식으로 나타낸다.
- 도 1 및 도 2 는 2 개의 광 검출기들 및 콜드 쉴드상의 필터가 제공된 검출 디바이스의 2 개의 대안적인 실시형태들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 3a 내지 도 3f 는 제 1 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 4a 내지 도 4f 는 제 2 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 5a 내지 도 5f 는 제 3 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 6a 내지 도 6f 는 제 4 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 7a 내지 도 7f 는 제 5 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 8a 내지 도 8f 는 제 6 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도의 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 9a 내지 도 9f 는 제 7 실시형태에 따른 검출 디바이스를 구성하는 상이한 컴포넌트들의 강도, 투과율 및 흡광도 플롯들을 개략적인 방식으로 나타내고,
- 도 10 은 2 개의 광 검출기들 및 콜드 쉴드상의 필터가 제공된 검출 디바이스의 다른 실시형태를 개략적인 방식으로 나타낸다.
도 1 및 도 2 는 적어도 제 1 스펙트럼 파장 대역으로도 불리는 제 1 파장 범위에 민감한 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 스펙트럼 파장 대역으로도 불리는 제 2 파장 범위에 민감한 제 2 광 검출기 (1b) 를 포함하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스를 도시한다.
특정 실시형태에서, 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위를 흡수하도록 구성된 단일 반도체 막을 포함한다. 이 실시형태는 매우 소형이므로 특히 유리하다.
대안적인 실시형태에서, 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위를 캡처하도록 개별적으로 구성된 별개의 제 1 및 제 2 반도체 막들을 각각 포함한다.
이들 2 개의 실시형태들은 2 개의 광 검출기가 동시에 제조될 수 있어서 제조 방법 및 집적 밀도를 용이하게 하기 때문에 유리하다.
유리한 실시형태에서, 다중 스펙트럼 검출 디바이스는 복수의 제 1 광 검출기 및 복수의 제 2 광 검출기를 포함한다. 유리한 방식으로, 제 1 광 검출기 및 제 2 광 검출기는 어레이를 형성한다. 제 1 광 검출기 및 제 2 광 검출기가 검출면 위로 균일하게 분포되도록 하는 것이 특히 유리하다.
유리한 실시형태에서, 복수의 제 1 광 검출기 및 복수의 제 2 광 검출기는 초점 평면 어레이를 형성한다, 즉 모든 광 검출기가 동일한 평면에 배치된다.
우선적으로, 검출 디바이스는 제 2 광 검출기만큼 많은 제 1 광 검출기를 포함한다. 대안으로서, 검출 디바이스가 제 2 광 검출기의 수와 상이한 수의 제 1 광 검출기를 포함하도록 제공하는 것이 또한 가능하다.
특정 실시형태에서, 제 2 파장 범위는 제 1 파장 범위와 상이하다. 유리한 방식으로, 제 2 파장 범위는 제 1 파장 범위로부터 분리된다, 즉 파장 범위는 중첩하지 않는다. 실시형태들에 따라, 제 1 및 제 2 파장 범위는 공통 경계를 가지거나 중간 파장 범위에 의해 분리된다.
제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 는 모두 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위에 민감하다. 즉, 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 는 제 1 파장 범위에서 방출된 방사선을 캡처하고 이 방사선을 나타내는 전기 신호를 제공할 수 있다. 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 는 또한 제 2 파장 범위에서 방출된 방사선을 캡처하고 이 방사선을 나타내는 전기 신호를 제공할 수 있다.
또한, 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 가 제 1 및 제 2 파장 범위와 상이한 제 3 파장 범위에서 방출된 방사선을 캡처할 수 있는 것도 가능하다. 이 제 3 파장 범위는 임의의 관련 데이터를 포함하지 않지만, 사용하기 용이한 반도체 재료를 선택함으로써 광 검출기의 제조를 용이하게 한다.
유리한 방식으로, 제 1 및 제 2 파장 범위는 적외선 방사 범위이다. 특정 실시형태에서, 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위는 하기 범위들로부터 선택된다:
NIR : 0.8㎛ 와 1.4㎛ 사이
SWIR : 1.4㎛ 와 3㎛ 사이
MWIR : 3㎛ 와 8㎛ 사이
LWIR : 8㎛ 와 15㎛ 사이
따라서, 검출 디바이스가 예를 들어, MWIR/LWIR, MWIR/SWIR, LWIR/SWIR, NIR/SWIR, NIR/LWIR 또는 NIR/MWIR 과 같은 파장 범위들의 상이한 쌍을 검출할 수 있도록, 검출 디바이스를 구성하는 것이 가능하다.
위에서 제시된 상이한 범위를 2 개의 상이한 서브-범위로 나누는 것이 또한 가능하다. 특정 실시형태에서, 예를 들어 제 1 및 제 2 파장 범위는 MWIR 방사선을 2 개의 별개의 서브-범위로 분할한다. LWIR, SWIR 또는 NIR 방사선의 경우도 동일할 수 있다.
제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 는 임의의 적절한 타입의 검출기, 예를 들어, 광 다이오드, 양자 우물 검출기 또는 다중 양자 우물 검출기에 의해 형성될 수 있다. 다른 타입의 광 검출기들도 또한 가능하다. 제 1 및 제 2 광 검출기들 (1a, 1b) 은 동일하거나 상이한 구조들로 제공될 수 있다. 유리한 방식으로, 제 1 광 검출기 (1a) 는 재료들 및 그 제조 아키텍처가 관련되는 한, 제 2 광 검출기 (1b) 와 동일하다. 따라서 광 검출기를 소형으로 제조하는 것이 훨씬 용이하다.
광 검출기 (1a 및 1b) 의 공급 조건은 상이할 수 있다. 유리하게, 공급 조건은 모든 광 검출기에 대해 동일하다. 공급 조건은 제 1 광 검출기 (1a) 에 대한 제 1 판독 회로 (2a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 에 대한 제 2 판독 회로 (2b) 에 의해 제공된다.
광 검출기 (1a 및 1b) 및 판독 회로 (2a 및 2b) 는 지지부 (3) 상에 배열되는 것이 유리하다.
제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 를 특수화하기 위해, 광 검출기는 입사 방사선의 필터링 시스템 (4) 과 연관된다. 필터링 시스템 (4) 은 제 1 광 검출기 (1a) 가 제 2 광 검출기 (1b) 와 상이한 방사선을 수신하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 2 개의 광 검출기 (1a 및 1b) 는 관찰된 장면 상에 2 개의 상이한 데이터 아이템을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 동일한 광 검출기를 사용함으로써 소형 디바이스를 용이하게 달성할 수 있다. 그러나, 소형화 (compactness) 는 제 1 광 검출기 (1a) 위에 및 제 2 광 검출기 (1b) 위에 상이한 고성능 필터를 제공하는 것을 어렵게 한다.
효율적인 검출 디바이스의 달성을 용이하게 하기 위해, 필터링 시스템 (4) 은 분리된 필터링 시스템이며, 즉 상이한 광학 특성을 제시하고 제 1 광 검출기 (1a) 의 광학 경로에 연속하여 배열되는 적어도 제 1 필터 (4a) 및 제 2 필터 (4b) 를 포함한다. 제 1 필터 (4a) 및 제 2 필터 (4b) 는 서로 접촉하지 않아서 필터링 시스템 (4) 을 보다 쉽게 달성하게 한다. 제 1 필터 (4a) 는 제 2 필터 (4b) 와 상이한 광학 특징들 및 바람직하게 기계적 특징들을 나타낸다.
광학 경로에서 2 개의 분리되고 연속적인 필터의 사용은 또한, 광 검출기와 접촉하는 등가의 필터와 비교하여 광 검출기와 접촉하여 배치된 필터의 두께가 감소될 수 있게 한다.
전형적으로, 필터의 두께는 컷-오프 주파수 파장과 실질적으로 동일하다. 따라서, 3-5㎛ 범위의 방사선을 흡수하도록 구성된 광 검출기의 경우, 등가의 필터는 3㎛ 와 5㎛ 사이에 실질적으로 포함된 두께를 나타낸다.
이러한 두께는 반복 피치가 30㎛ 미만인 광 검출기 어레이들에 대한 제조상의 문제를 야기한다는 것이 명백하게 인식된다. 집적의 문제는 20㎛ 미만의 반복 피치를 갖는 광 검출기 어레이에 더욱 중요하다. 반복 피치가 15㎛ 미만이고 특히 필터가 5㎛ 와 같은 두께를 가질 때 광 검출기 어레이에 상당한 제조상의 문제가 발생한다.
필터의 성능을 향상시키고, 특히 입사 방사선의 일부를 효율적으로 차단하는 능력을 증가시키기 위해, 필터를 형성하는 층의 수를 증가시켜 필터의 두께를 증가시켜야 한다는 것이 또한 인식된다. 예를 들어, 기준 필터와 비교하여 10% 까지 입사 방사선을 차단하는 능력인 필터의 거부 능력을 증가시키기 위해, 두께의 증가는 약 2㎛ 이다.
전형적으로 0 ℃ 미만인 저온에서 동작하는 검출 디바이스의 경우, 필터는 광 검출기에 큰 열 기계적 응력을 도입하여 검출 디바이스의 성능을 손상시키는 것이 명백하다. 열 기계적 응력은 두께가 증가할 때 및 증가함에 따라 증가한다.
필터링 시스템 (4) 은 제 1 파장 범위가 통과하게 하고 제 2 파장 범위를 차단하도록 구성되는 제 1 필터 (4a) 를 포함한다. 제 1 필터 (4a) 는 간섭 필터 또는 흡수 필터일 수 있다.
실시형태들에 의존하여, 제 1 파장 범위는 제 2 파장 범위보다 더 길거나 더 짧은 파장들을 제시할 수 있다. 따라서, 제 1 필터 (4a) 는 그 컷오프 파장이 제 1 파장 범위와 제 2 파장 범위 사이에 위치하는 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터일 수 있다. 이 실시형태는 저역 통과 필터 및 고역 통과 필터가 생산하기 쉽고 따라서 광 검출기의 표면에서 후자의 집적을 간단하게 하기 때문에 특히 유리하다. 그들은 일반적으로 다른 필터보다 덜 두껍다.
대안으로서, 제 1 파장 범위를 통과하게 하고 제 2 파장 범위를 차단하는 대역 통과 필터인 제 1 필터 (4a) 를 제공하는 것도 가능하다. 이 실시형태는 대역 통과 필터가 일반적으로 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터보다 두껍기 때문에 전술한 실시형태보다 약간 덜 유리하다.
제 1 필터 (4a) 는 제 1 광 검출기 (1a) 상에, 즉 초점 평면 어레이의 일부 상에 직접 배치되는 필터이다. 제 1 필터 (4a) 는 제 1 광 검출기 (1a) 를 커버하고 제 2 광 검출기 (1b) 를 커버되지 않도록, 제 2 광 검출기 (1b) 상에 배치되지 않는다. 제 1 필터 (4a) 는 제 1 광 검출기 (1a) 와 물리적으로 접촉한다. 제 1 필터 (4a) 는 제 1 광 검출기 (1a) 와 인접한 제 2 광 검출기 (1b) 사이의 크로스토크를 제한한다.
이러한 특정 구성에 의해, 제 1 광 검출기 (1a) 는 오직 입사 방사선의 일부만을 수신한다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 제 1 파장 범위를 수신하고 제 2 파장 범위를 수신하지 않는다.
기생 방사선을 효율적으로 제거하기 위해, 필터링 시스템 (4) 은 또한 제 2 필터 (4b) 를 포함한다. 제 2 필터 (4b) 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 에 의해 캡처되기 전에 입사 방사선의 일부를 차단하는데 사용된다. 보다 정확하게는, 제 2 필터 (4b) 는 초점 평면을 타격하기 전에 입사 방사선의 일부분, 및 특히 입사 방사선의 다른 부분을 차단할 제 1 필터 (4a) 를 차단하는데 사용된다.
제 2 필터 (4b) 는 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 로부터의 거리에 위치하고, 즉 제 2 필터 (4b) 는 제 1 광 검출기 (1a) 와 또는 제 2 광 검출기 (1b) 와 직접 접촉하지 않는다.
제 2 필터 (4b) 는 제 1 및 제 2 광 검출기를 지지하는 제 1 기판과 상이하거나 또는 제 1 및 제 2 광 검출기가 형성되는, 제 2 기판 상에 배치된다.
실시형태들에 의존하여, 제 2 필터 (4b) 는 간섭 필터 또는 흡수 필터일 수 있다.
제 1 필터 (4a) 및 제 2 필터 (4b) 는 제 1 광 검출기 (1a) 에 의해 수신된 방사선을 필터링하는 것과 연계하여 작동한다.
제 1 필터 (4a) 와 제 2 필터 (4b) 를 분리함으로써, 오직 관련된 방사선을 제 1 광 검출기의 방향으로 통과시킬 수 있는 동시에, 제 1 광 검출기 상에 직접 형성된 제 1 필터 (4a) 의 두께를 제한할 수 있는 글로벌 필터를 획득하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 더 소형의 제 1 필터를 형성하는 것이 가능하다.
제 2 필터 (4b) 는 가스 또는 보이드 층에 의해 광 검출기 (1a 및 1b) 로부터 그리고 제 1 필터 (4a) 로부터 분리된다. 이러한 방식으로, 제 2 필터 (4b) 에 연결된 열 기계적 응력이 크게 감소되거나 심지어 제거된다. 그 후에, 제 1 필터 (4a) 및 제 2 필터 (4b) 를 형성하는 것이 더 용이하다. 제 1 필터의 두께가 감소되어 열 기계적 응력이 감소시킬 수 있다.
특정 실시형태에서, 제 2 필터 (4b) 는 유리하게는 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 를 포함하는 기판으로 재배치된다. 그 후에, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 필터 (4a) 와 별도로 형성될 수 있고, 제 2 필터 (4b) 의 제조 방법은 제 1 필터 (4a) 또는 광 검출기 (1a 및 1b) 와 간섭하지 않는다.
대안적인 실시형태에서, 제 2 필터 (4b) 는 유리하게는 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 를 포함하는 기판을 지지하도록 구성된 지지부 (3) 로 재배치된다. 다시 말해서, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 필터 (4a) 와 별도로 형성될 수 있고, 제 2 필터 (4b) 의 제조 방법은 제 1 필터 (4a) 또는 광 검출기 (1a 및 1b) 와 간섭하지 않는다.
제 2 필터 (4b) 가 필터 (4a) 및 광 검출기 (1a 및 1b) 로부터의 거리에 위치하는 경우, 제 2 필터 (4b) 를 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 에 공통인 필터로 제공하는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 필터 (4a) 또는 제 2 광 검출기 (1b) 에 대한 정렬 제약에 구애받지 않는다. 제 2 필터 (4b) 는 방사 소스와 제 1 필터 (4a) 사이 및 또한 방사 소스와 제 2 광 검출기 (1b) 사이에 위치한다. 제 2 필터 (4b)가 제 1 필터 (4a) 및 광 검출기로부터의 거리에 위치됨에 따라, 제조 및 집적 제약들이 종래 기술의 디바이스와 비교하여 감소된다.
유리하게, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위가 통과하도록 구성된다. 제 2 필터 (4b) 는 유리하게 제 1 및 제 2 파장 범위와 상이한 제 3 파장 범위를 차단하도록 구성된다.
유리한 방식으로, 제 2 필터 (4b) 는 대역 저지 (band-stop) 필터이다. 저역 통과 또는 고역 통과 또는 이중 로브 필터를 제공하는 것도 가능하다.
실시형태들에 따라, 불완전한 방식으로, 제 2 필터 (4b) 는 다음의 범위 외부의 파장을 차단하도록 구성될 수 있다:
NIR 및 SWIR 방사선을 캡처하기 위해, 0.8㎛ - 3㎛,
SWIR 및 MWIR 방사선을 캡처하기 위해, 1.4㎛ - 8㎛,
MWIR 및 LWIR 방사선을 캡처하기 위해, 3㎛ - 15㎛,
NIR 방사선을 캡처하기 위해, 0.8㎛ - 1.4㎛,
SWIR 방사선을 캡처하기 위해, 1.4㎛ - 3㎛,
MWIR 방사선을 캡처하기 위해, 3㎛ - 8㎛,
LWIR 방사선을 캡처하기 위해, 8㎛ - 15㎛.
이러한 방식으로, 필터링 시스템 (4) 은 특정 파장이 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a/1b) 에 도달하는 것을 방지하고 수신된 유용한 신호를 오염시키는 것을 방지한다.
특정 실시형태에서, 제 2 광 검출기 (1b) 는 그 표면과 직접 접촉하여 배열된 필터를 갖지 않는다. 이 구성에서, 제 2 광 검출기 (1b) 는 제 1 필터 (4a) 와 연관되지 않기 때문에 제 1 파장 및 제 2 파장을 수신한다. 이 실시형태는 오직 제 1 광 검출기 (1a) 만이 제 1 필터 (4a) 에 의해 커버되며, 작은 치수의 광 검출기를 갖는 검출 디바이스의 제조를 용이하게 하기 때문에 특히 유리하다.
제 1 광 검출기 (1a) 는 수신된 방사선을 나타내는 전기 신호를 방출한다. 제 1 광 검출기 (1a) 로부터 나오는 전기 신호는 제 1 파장 범위의 방사선만을 나타낸다.
제 2 광 검출기 (1b) 는 또한 수신된 방사선을 나타내는 전기 신호를 방출한다. 제 2 광 검출기 (1b) 로부터 나오는 전기 신호는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위의 방사선을 나타낸다.
제 2 파장 범위의 방사선을 나타내는 신호를 획득하기 위해, 제 1 광 검출기 (1a) 로부터 나오는 전기 신호와 제 2 광 검출기 (1b) 로부터 오는 전기 신호를 비교하는 것이 유리하다.
2 개의 신호들 사이의 데이터의 차이는 제 2 파장 범위의 방사선을 나타낸다.
유리한 방식으로, 제 1 광 검출기 (1a) 는 제 1 전기 신호를 수신하는 판독/프로세싱 회로 (5) 에 접속된다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 또한 제 2 전기 신호를 수신하는 판독/프로세싱 회로 (5) 에 접속된다. 판독/프로세싱 회로 (5) 는 제 2 전기 신호에 대해 제 1 전기 신호를 비교하고 제 2 파장 범위에서 제 2 광 검출기 (1b) 에 의해 수신된 방사선을 나타내는 제 3 신호를 제공하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 판독/프로세싱 회로는 기판 (3) 내에 형성될 수 있다. 또한 판독 및 프로세싱 기능을 분리하고 지지부 (3) 에서 판독 기능을 수행하는 것이 가능하다. 프로세싱 기능은 그 후 다른 곳에서 수행된다.
고역 통과 필터 또는 저역 통과 필터인 제 2 필터 (4b) 를 사용하는 것이 유리하다. 그 다음, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위가 통과하게 하고 제 1 및 제 2 파장 범위에서 최장 파장보다 더 높은 파장을 차단하도록 또는 제 1 및 제 2 파장 범위에서 최소 파장보다 더 낮은 파장을 차단하도록 구성된다.
또한, 제 1 및 제 2 파장 범위에 의해 형성된 세트의 단부들 중 하나에 대응하는 컷오프 파장을 갖는 제 2 필터 (4b) 를 사용하는 것이 유리하다. 따라서, 광 검출기의 제조 위험들의 일부가 제거된다.
제 1 및 제 2 파장 범위에 의해 한정된 인터벌의 단부에 대응하는 하위 컷오프 파장 및 상위 컷오프 파장을 갖는 대역 통과 필터인 제 2 필터 (4b) 의 사용을 제공하는 것이 특히 유리하다. 따라서, 광 검출기의 제조 위험들의 일부가 제거된다.
일 변형으로서, 제 2 필터 (4b) 는 생산하기가 더 복잡하고 더 두꺼운 이중 대역 필터로 불리는 이중 로브 필터일 수 있다. 이중 대역 필터는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위가 통과하게 하도록 구성된다. 이 필터는 유용한 파장을 더 양호하게 선택할 수 있게 한다. 필터가 광 검출기로부터 멀리 떨어져서 위치되기 때문에 제작의 복잡성과 그 더 큰 두께는 더 이상 문제가 되지 않는다.
제 2 필터 (4b) 는 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위가 통과하게 하고, 필요하지 않은 파장 범위의 방사선을 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 배제한다.
본 발명자들은 이 실시형태가 종래 기술의 실시형태들과 비교하여 특히 유리하다는 것을 관찰했다. 종래 기술의 문헌들에서, 제 1 광 검출기 상에 제 1 필터를 배치하고 제 2 광 검출기 상에 상이한 제 2 필터를 배치하는 것이 실제로 제안된다.
사용된 2 개의 필터는 광 검출기의 측면 치수와 동일한 정도의 크기일 수도 있는 실질적인 두께를 갖는다. 따라서, 광 검출기들 사이에 작은 피치를 갖는 검출 매트릭스의 제조를 완전히 마스터하는 것은 어렵다.
제 2 광 검출기에 대해 제 1 광 검출기를 특수화시키기 위해 단일 필터, 여기서는 제 1 필터 (4a) 를 사용함으로써, 작은 반복 피치로 검출 매트릭스를 제조하는 것이 더 쉽다. 정렬 제약들은 제조 방법에서 제 1 필터 (4a) 로 제한된다.
제 1 파장 범위를 통과하게 하고 제 2 파장 범위를 차단하도록 구성된 단일의 제 1 필터 (4a) 의 사용은 달성하기 쉽다는 장점을 갖는다. 후속하는 퇴적 및 에칭 단계에 관련된 또는 광 검출기를 포함하는 기판 상에 또 다른 필터를 형성하기 위한 리프트-오프 (lift-off) 에 의한 제약은 더 이상 존재하지 않는다. 제 1 필터 (4a) 는 슬림 필터일 수 있고, 이 제 1 필터를 형성하기 위한 기술적 단계가 감소되므로, 제 1 및/또는 제 2 광 검출기의 손상의 위험을 동일한 정도로 감소시킬 수 있다.
입사 방사선의 일부를 차단하여 제 2 광 검출기 (1b) 에 대해 제 1 광 검출기 (1a) 를 특수화하도록, 제조하기에 가장 쉽고 최소로 두꺼운 저역 통과, 고역 통과 또는 대역 통과 필터를 선택하는 것이 특히 유리하다.
특정 실시형태에서, 반사 방지층 (미도시) 이 사용된다. 실시형태들에 의존하여, 반사 방지층은 제 2 필터 (4b) 상에 배duf될 수 있으며, 즉 제 2 필터 (4b) 는 반사 방지층과 광 검출기 (1a 및 1b) 를 분리한다. 일 변형으로서, 반사 방지층은 제 2 광 검출기 (1b) 및 제 1 필터 (4a) 상에 퇴적된다. 반사 방지층은 제 2 필터 검출기 (4b) 및 제 1 필터 (4a) 를 분리한다. 유리한 방식으로, 제 1 반사 방지층은 광 검출기 (1a 및 1b) 상에 퇴적되고, 제 2 반사 방지층은 제 2 필터 (4b) 상에 또는 제 2 필터 (4b) 와 접촉하여 퇴적된다. 실시형태들에 의존하여, 반사 방지층은 제 1 필터 상에 또는 제 1 광 검출기 (1a) 와 제 1 필터 (4a) 사이에 퇴적될 수 있다. 반사 방지층은 적외선이 통과할 수 있도록 구성되는 것이 유리하다.
또 다른 특정 실시형태에서, 패시베이션 층은 제 1 및/또는 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 를 커버하는데 사용된다. 유리한 방식으로, 패시베이션 층은 제 1 광 검출기 (1a) 와 제 1 필터 (4a) 사이에 배열된다. 패시베이션 층은 유리하게는 10nm 와 2000nm 사이에 포함된 두께를 제시한다. 패시베이션 층의 사용은 필터링되지 않은 대역의 오염을 제한하는데 특히 유리하다. 예를 들어, 필터링되지 않은 대역의 오염은 디바이스 외부의 엘리먼트들에 의한 오염 또는 오염물들의 확산에 의해 발생할 수도 있다. 패시베이션 층은 오염물이 광학 및/또는 전기적 성능을 변형시키지 않도록 광 검출기로부터 및/또는 필터로부터 전환되도록 할 수 있다. 오염물은 예를 들어, 금 또는 구리이다.
모놀리식 방식으로 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 를 커버하는 연속적인 패시베이션 층을 사용하는 것이 유리하다. 연속적인 패시베이션 층은 제 1 및 제 2 광 검출기 상의 응력을 평활화함으로써 열 기계적 응력을 더 잘 제어하도록 한다. 패시베이션 층을 형성하는데 사용되는 재료가 오염 종의 낮은 확산 계수를 나타내는 재료가 되도록 하는 것이 특히 유리하다.
특정 실시형태에서, 접착 촉진제는 광 검출기 및/또는 필터와 패시베이션 층 사이에 배치된다.
특정 실시형태에서, 패시베이션 층은 Ge, ZnS, CdTe, SiOX, SiNx 로부터 선택된 재료로 제조되어 패시베이션 층과 반사 방지층을 동시에 형성할 수 있다. 반사 방지층은 단일 재료로 제조된 단일 층에 의해 또는 상이한 재료로 제조된 여러 층의 스택으로 구성될 수 있다.
발명자들은 또한, 제 1 파장 범위 및 제 2 파장 범위에 민감하고 이들 2 개의 파장 범위 사이에서 민감하지 않은 제 1 및 제 2 광 검출기를 사용하는 것이 유리하다는 것을 관찰하였다. 따라서, 제 2 광 검출기 (1b) 에 대한 제 1 광 검출기 (1a) 의 특수화는 제 1 필터 (4a) 의 컷오프 주파수에 대한 제약이 감소됨에 따라 달성하기 더 쉽다.
이 실시형태는 또한 제 2 필터 (4b) 에 대한 제약이 감소됨에 따라 유리하다.
그러나, 많은 경우에, 광 검출기는 제 1 및 제 2 파장 범위 사이에 위치되는 적어도 제 3 파장 범위에 민감하다. 이중 대역 필터를 사용하는 것이 유리하다.
제 1 파장 범위를 넘어서 및 제 2 파장 범위를 넘어서 확장하는 감도를 갖는 광 검출기를 사용하면, 광 검출기의 제조 방법 및/또는 사용된 재료들에 관련된 특정 기술적 제약들이 완화될 수 있음은 자명하다.
그러나, 제 1 파장 범위 외부 및 제 2 파장 범위 외부에서 민감한 광 검출기를 사용하면, 원하지 않는 방사선 범위에서 발생하는 기생 신호가 추가된다.
필터링 시스템 (4) 은 이러한 제 3 파장 범위를 차단하도록 구성된다. 특히, 제 3 파장 범위는 제 2 필터 (4b) 에 의해 차단된다.
도 3b 및 도 4b 의 투과 곡선 플롯으로 도시된 특히 유리한 실시형태에서, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 및 제 2 파장 범위에 의해 한정된 인터벌의 하단부 아래의 파장을 컷오프하도록 구성된 고역 통과 필터이다. 이러한 필터는 컷오프 파장보다 낮은 파장에 대응하고 광 검출기 (1a 및 1b) 에 의해 흡수될 수 있는 기생 방사선을 차단할 수 있게 한다.
이 특정 경우에, 제 1 필터 (4a) 는 고역 통과 필터, 저역 통과 필터 또는 대역 통과 필터일 수 있다.
제 1 필터 (4a) 가 도 3c 에 도시된 투과 곡선 플롯인 저역 통과 필터인 경우, 제 1 파장 범위는 제 2 파장 범위보다 짧은 파장을 나타낸다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 도 3e 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같이 최단 파장에 할당된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 도 3f 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 양자의 파장 범위들을 수신한다. 도 3d 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a, 1b) 의 흡수 파장 범위를 나타낸다.
제 1 필터 (4a) 가 도 4c 에 도시된 투과 곡선 플롯인 고역 통과 필터인 경우, 제 1 파장 범위는 제 2 파장 범위보다 긴 파장을 나타낸다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 도 4e 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 최장 파장과 연관된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 도 4f 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 양자의 파장 범위들을 수신한다. 도 4d 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a, 1b) 의 흡수 파장 범위를 나타낸다.
제 1 필터 (4a) 가 통과 대역 필터 (도시되지 않음) 인 경우, 제 1 파장 범위는 제 1 필터 (4a) 의 특징에 의존하여 제 2 파장 범위보다 더 짧거나 더 긴 파장을 나타낼 수 있다. 제 1 필터 (4a) 가 최단 파장이 통과하게 하도록 구성되면, 그 동작은 저역 통과 필터와 동등하다. 제 1 필터 (4a) 가 최장 파장이 통과하게 하도록 구성되면, 그 동작은 고역 통과 필터와 동등하다.
도 5b 및 도 6b 의 투과 곡선 플롯들로 도시된 다른 실시형태에서, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 및 제 2 파장 범위에 의해 한정된 인터벌의 상단부 위의 파장을 컷오프하도록 구성된 저역 통과 필터이다. 이러한 필터는 컷오프 파장보다 높은 파장에 대응하고 광 검출기 (1a 및 1b) 에 의해 흡수될 수도 있는 기생 방사선을 차단한다 (도 5d).
이 특정 경우에, 제 1 필터 (4a) 는 고역 통과 필터, 저역 통과 필터 또는 대역 통과 필터일 수 있다.
제 1 필터 (4a) 가 도 5c 에 도시된 투과 곡선인 저역 통과 필터인 경우, 제 1 파장 범위는 제 2 파장 범위보다 짧은 파장을 나타낸다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 도 5e 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 최단 파장과 연관된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 도 5f 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 양자의 파장 범위들을 수신한다. 도 5d 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 의 흡수 파장 범위를 나타낸다.
제 1 필터 (4a) 가 도 6c 에 도시된 투과 곡선 플롯인 고역 통과 필터인 경우, 제 1 파장 범위는 제 2 파장 범위보다 긴 파장을 나타낸다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 도 6e 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 최장 파장과 연관된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 도 6f 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 양자의 파장 범위들을 수신한다. 도 6d 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 의 흡수 파장 범위를 나타낸다.
제 1 필터 (4a) 가 통과 대역 필터 (도시되지 않음) 인 경우, 제 1 파장 범위는 제 1 필터 (4a) 의 특징에 의존하여 제 2 파장 범위보다 더 짧거나 더 긴 파장을 나타낼 수 있다. 제 1 필터 (4a) 가 최단 파장이 통과하게 하도록 구성되면, 그 동작은 저역 통과 필터와 동등하다. 제 1 필터 (4a) 가 최장 파장이 통과하게 하도록 구성되면, 그 동작은 고역 통과 필터와 동등하다.
도 7b 의 투과 곡선 플롯으로 도시된 특히 유리한 실시형태에서, 제 2 필터 (4b) 는 제 1 및 제 2 파장 범위에 의해 한정된 인터벌의 하단부 아래의 파장을 컷오프하고 제 1 및 제 2 파장 범위에 의해 한정된 인터벌의 상단부 위의 파장을 컷오프하도록 구성된 대역 통과 필터이다. 이러한 필터는 2 개의 컷오프 파장보다 더 낮거나 더 높은 파장에 대응하고 광 검출기 (1a 및 1b) 에 의해 흡수될 수도 있는 기생 방사선을 차단한다 (도 7d).
이 특정 경우에, 제 1 필터 (4a) 는 고역 통과 필터, 저역 통과 필터 또는 대역 통과 필터일 수 있다.
제 1 필터 (4a) 가 도 7c 에 도시된 투과 곡선 플롯인 고역 통과 필터인 경우, 제 1 파장 범위는 제 2 파장 범위보다 긴 파장을 나타낸다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 도 7e 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 최장 파장과 연관된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 도 7f 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 양자의 파장 범위들을 수신한다. 도 7d 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 의 흡수 파장 범위를 나타낸다.
제 1 필터 (4a) 가 저역 통과 필터 (도시되지 않음) 인 경우, 제 1 파장 범위는 제 2 파장 범위보다 짧은 파장을 나타낸다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 최단 파장과 연관된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 양자의 파장 범위들을 수신한다.
제 1 필터 (4a) 가 통과 대역 필터 (도시되지 않음) 인 경우, 제 1 파장 범위는 제 1 필터 (4a) 의 특징에 의존하여 제 2 파장 범위보다 더 짧거나 더 긴 파장을 나타낼 수 있다. 제 1 필터 (4a) 가 최단 파장이 통과하도록 구성되면, 그 동작은 저역 통과 필터와 동등하다. 제 1 필터 (4a) 가 최장 파장이 통과하도록 구성되면, 그 동작은 고역 통과 필터와 동등하다.
도 8a 내지 도 8f 에 도시된 실시형태에서, 제 2 필터 (4b) 는 투과 곡선 플롯이 도 8b 에 도시되는 이중 대역 필터이다. 이중 대역 필터는 투과 곡선 플롯이 도 8c 에 도시된 고역 통과 타입의 제 1 필터 (4a) 와 연관된다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 도 8e 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 최장 파장과 연관된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 도 8f 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 양자의 파장 범위들을 수신한다. 도 8d 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 의 흡수 파장 범위를 나타낸다.
다른 실시형태들에서, 제 1 필터 (4a) 는 도 9a 내지 도 9f 에 도시된 대역 통과 필터 또는 저역 통과 필터로 대체될 수 있다.
도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6a, 도 7a, 도 8a 및 도 9a 는 관찰된 장면의 광 강도를 나타낸다.
저역 통과 필터의 투과 곡선 플롯은 도 9c 에 도시된다. 제 1 광 검출기 (1a) 는 도 9e 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 최단 파장과 연관된 파장 범위만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 도 9f 의 강도 곡선 플롯에 의해 도시된 바와 같은 양자의 파장 범위들을 수신한다. 도 9d 는 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 에 의해 흡수된 파장 범위를 나타낸다.
도 10 에 도시된 대안적인 실시형태에서, 제 2 광 검출기 (1b) 는 제 3 필터 (4c) 에 의해 커버된다. 제 3 필터 (4c) 은 제 2 파장 범위가 통과하게 하고 제 1 파장 범위를 차단하도록 구성된다. 제 3 필터 (4c) 는 간섭 필터 또는 흡수 필터일 수 있다.
따라서, 제 3 필터 (4c) 는 그 컷오프 파장이 제 1 파장 범위와 제 2 파장 범위 사이에 위치하는 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터일 수 있다. 제 1 필터가 저역 통과 필터인 경우, 제 2 필터는 고역 통과 필터이고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
대안으로서, 제 2 파장 범위를 통과하게 하고 제 1 파장 범위를 차단하는 대역 통과 필터인 제 3 필터 (4c) 를 제공하는 것도 가능하다. 이 실시형태는 대역 통과 필터가 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터보다 두껍기 때문에 전술한 실시형태보다 덜 유리하다.
제 3 필터 (4c) 는 제 2 광 검출기 (1b) 상에, 즉 초점 평면 어레이의 일부 상에 직접 배치되는 필터이다. 제 3 필터 (4c) 는 제 1 광 검출기 (1a) 상에 퇴적되지 않으며, 이는 제 3 필터 (4c) 가 제 2 광 검출기 (1b) 만을 커버하고 제 1 광 검출기 (1a) 는 커버되지 않는 것을 의미한다. 제 3 필터 (4c) 는 제 2 광 검출기 (1b) 와 물리적으로 접촉한다. 제 3 필터 (4c) 는 제 1 광 검출기 (1a) 와 인접한 제 2 광 검출기 (1b) 사이의 크로스토크를 제한한다.
이러한 특정 구성에 의해, 제 2 광 검출기 (1b) 는 오직 입사 방사선의 일부만을 수신한다. 제 2 광 검출기 (1b) 는 제 2 파장 범위를 수신하고 제 1 파장 범위를 수신하지 않는다. 각각의 광 검출기는 관찰된 파장 범위를 나타내는 데이터를 제공한다. 프로세싱 회로는 2 개의 광 검출기로부터 나오는 신호를 더 이상 비교할 필요가 없기 때문에 단순화될 수 있다.
도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6a, 도 7a, 도 8a 및 도 9a 를 예시하는 다른 예들에서, 관찰된 장면의 방출 곡선은 제 1 및 제 2 파장 범위를 넘어 연장된다.
검출 디바이스는 다음 방식으로 간단하게 제조될 수 있다. 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 는 반도체 기판 상에 형성된다. 2 개의 광 검출기 (1a 및 1b) 가 동일한 파장 범위에 민감하기 때문에, 2 개의 광 검출기를 동일한 반도체 재료로 동시에 제조하는 것이 유리하다. 바람직한 실시형태에서, 광 검출기 (1a 및 1b) 는 동일하다.
2 개의 광 검출기는 기판의 표면의 평면에 평행한 축을 따라 오프셋되고, 기판의 표면의 평면에 평행한 하나의 동일한 평면 내에 있다.
제 1 필터 (4a) 는 제 1 광 검출기 (1a) 를 커버하고 제 2 광 검출기 (1b) 를 커버되지 않도록, 제 1 광 검출기 (1a) 상에 형성된다.
제 1 의 대안적인 실시형태에서, 제 1 필터 (4a) 는 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 상에 형성된다. 제 1 필터 (4a) 는 제 2 광 검출기 (1b) 위에서 제거된다.
제 2 의 대안적인 실시형태에서, 제 2 광 검출기 (1b) 는 희생 층에 의해 보호된다. 제 1 필터 (4a) 는 제 1 광 검출기 (1a) 및 희생 층 상에 형성된다. 희생 층은 제거되어 제 1 필터가 없는 제 2 광 검출기 (1b) 를 방출한다.
이어서, 제 2 필터 (4b) 가 연관되며, 예를 들어 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 를 포함하는 기판과 접촉하여 배치된다. 제 2 필터 (4b) 는 기판 상에 퇴적에 의해 형성되지 않고, 독립적으로 형성되고 후속 단계에서 추가된다.
제 3 필터 (4c) 를 사용하는 다른 실시형태에서, 제 1 필터 (4a) 는 제 3 필터 (4c) 전후에 형성될 수 있다. 제 1 필터 (4a) 와 제 3 필터 (4c) 가 몇몇 층들을 공유하는 것과 동시에 부분적으로 형성되도록 제공하는 것이 가능하다. 유리한 방식으로, 제 2 필터 (4b) 가 설치되기 전에 제 3 필터 (4c) 가 제공된다. 제 3 필터 (4c) 는 제 2 필터 (4b) 로부터의 거리에 배치된다.
예시적인 목적으로, 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a, 1b) 를 유리하게 단단하게 밀폐된 폐쇄형 엔클로저에 배치하는 것이 유리하다. 이 폐쇄형 엔클로저는 방사선이 방사선 소스로부터 제 1 및 제 2 광 검출기 (1a 및 1b) 로 통과하게 하도록 구성된 개구를 포함한다. 제 1 및 제 2 파장 범위가 통과하게 하고 유용하지 않은 방사선의 일부를 차단할 수 있도록, 제 2 필터 (4b) 를 이 개구에 배치하는 것이 특히 바람직하다. 개구는 유리하게는 제 2 필터 (4b) 로 커버된 투명 재료로 제조된 윈도우 (6) 이다. 제 2 필터 (4b) 는 폐쇄형 엔클로저 내부 (도 1) 또는 폐쇄형 엔클로저 외부 (도 2) 에 위치될 수 있다. 윈도우의 전체 표면은 유리하게는 윈도우의 모든 영역에 유용한 신호만을 남기기 위해 제 2 필터 (4b) 에 의해 커버된다.
유리한 방식으로, 검출 디바이스는 냉각 검출 디바이스, 즉 300K 미만, 바람직하게는 40K 와 300K 사이, 및 바람직하게는 200K 미만의 온도에서 동작하도록 구성된 디바이스이다. 검출 디바이스는 또한 냉각되지 않을 수 있다.
검출 디바이스는 유리하게 그 동작 온도를 냉각시키기 위한 냉각 시스템 (7) 과 커플링된다.
검출 디바이스의 광 검출기는 II-VI 재료, 예를 들어 HgCdTe, 또는 III-V 재료, 예를 들어 InGaAs, InSb 또는 InAsSb 로 제조될 수 있다.
광 검출기 (1a 및 1b) 는 입사 방사선을 통과시키는 윈도우 (6) 를 제외하고 입사 방사선을 차단하도록 구성된 콜드 쉴드 (8) 에 의해 유리하게 둘러싸여 있다. 입사 방사선의 통과를 위해 제 2 필터 (4b) 를 이 윈도우 (6) 상에 배치하는 것이 특히 유리하다.
제 1 필터 (4a) 에 의해 커버되는 영역들 및 제 1 필터 (4a) 에 의해 커버되지 않은 영역들은 제 1 광 검출기 (1a) 와 제 2 광 검출기 (1b) 사이의 교번을 유리하게 정의한다.
제 1 및 제 2 광 검출기 사이의 이러한 교번은 바둑판 패턴의 형태로 또는 광 검출기의 행 또는 열로 나타낸 스트립들의 교번으로 표현될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 콜드 쉴드 (8) 내부의 압력은 콜드 쉴드 (8) 외부의 압력보다 낮거나 동일하다. 콜드 쉴드 (8) 내부의 압력을 대기압보다 낮게, 예를 들어 1013hPa 미만으로 제공하는 것이 유리하다.
특정 실시형태에서, 콜드 쉴드 내부의 압력은 10-4Pa 미만이다.
Claims (11)
- 다중 스펙트럼 검출 디바이스로서,
- 제 1 파장 범위 및 상기 제 1 파장 범위와 상이한 제 2 파장 범위에 각각 민감한 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b) 로서, 상기 제 1 광 검출기 (1a) 는 수신된 방사선을 나타내는 제 1 신호를 전달하고 상기 제 2 광 검출기는 상기 수신된 방사선을 나타내는 제 2 신호를 전달하고, 상기 제 1 파장 범위 및 상기 제 2 파장 범위는 적외선 파장 범위이고, 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 2 광 검출기 (1b) 는 반도체 기판 상에 형성되는, 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 제 2 광 검출기 (1b),
- 상기 제 1 파장 범위를 통과하게 하고 상기 제 2 파장 범위를 차단하도록 구성된 제 1 필터 (4a) 로서, 상기 제 1 필터는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 의 광 경로를 따라 상기 제 1 광 검출기 (1a) 를 커버하고 상기 제 2 광 검출기 (1b) 가 커버되지 않게 하며, 상기 제 1 필터 (4a) 는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 를 커버하여 상기 제 1 광 검출기 (1a) 에서 상기 제 2 파장 범위의 통과를 차단하도록 하며, 상기 제 1 필터 (4a) 는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 2 광 검출기 (1b) 에서 열 기계적 응력을 도입하는, 상기 제 1 필터 (4a)
를 포함하고,
- 상기 제 1 및 제 2 광 검출기들 (1a, 1b) 로부터 거리를 두고 그리고 상기 제 1 필터 (4a) 로부터 거리를 두고 배열된 제 2 필터 (4b) 로서, 상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 제 1 파장 범위 및 상기 제 2 파장 범위를 통과하게 하도록 구성되고, 상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위들에서의 최장 파장보다 더 높은 파장을 차단하고 및/또는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위들에서의 최단 파장보다 더 낮은 파장을 차단하도록 구성되고, 상기 제 2 필터 (4b) 는 가스 또는 보이드 층에 의해 상기 제 2 광 검출기 (1b) 로부터 그리고 상기 제 1 필터 (4a) 로부터 분리되는, 상기 제 2 필터 (4b),
상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 2 광 검출기 (1b) 를 연속적으로 커버하는 패시베이션 층으로서, 상기 패시베이션 층은 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 1 필터 (4a) 사이에 배열되고 10 nm 와 2000 nm 사이에 포함되는 두께를 가져 열 기계적 응력을 완화하는, 상기 패시베이션 층
을 포함하고,
상기 제 1 필터 (4a) 및 상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 의 상기 광학 경로에서 연속적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 광 검출기 (1b) 는 상기 제 1 파장 범위 및 상기 제 2 파장 범위를 수신하기 위해, 상기 제 1 파장 범위를 차단하도록 구성된 필터를 갖지 않고,
상기 다중 스펙트럼 검출 디바이스는 상기 제 1 및 제 2 광 검출기들 (1a, 1b) 로부터 나오는 제 1 및 제 2 신호들을 수신하고 상기 제 1 신호를 상기 제 2 신호와 비교함으로써 상기 제 2 파장 범위의 방사선에 관련된 데이터를 제공하도록 구성되는 프로세싱 회로 (5) 를 포함하는, 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 광 검출기 (1b) 는 상기 제 1 파장 범위를 차단하고 상기 제 2 파장 범위를 통과하게 하도록 구성된 제 3 필터 (4c) 에 의해 커버되는, 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 필터 (4b) 는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터 및 이중 대역 필터로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 필터 (4a) 는 상기 제 2 파장 범위를 컷오프하는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 또는 대역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 제 1 필터 (4a) 로부터 그리고 상기 제 2 광 검출기 (1b) 로부터 거리를 두고 배열되고, 상기 제 2 필터 (4b) 는 가스층에 의해 또는 보이드에 의해 상기 제 1 필터 (4a) 로부터 및 상기 제 2 광 검출기 (1b) 로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 다중 스펙트럼 검출 디바이스는 입사 방사선의 통과를 위한 애퍼처에 의해 상기 입사 방사선을 포커싱하도록 구성된 콜드 쉴드 (8) 를 포함하고,
상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 애퍼처 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 7 항에 있어서,
상기 콜드 쉴드 (8) 는 상기 제 1 및 제 2 광 검출기들을 포함하는 폐쇄형 엔클로저를 한정하고,
상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 폐쇄형 엔클로저 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 제 7 항에 있어서,
상기 콜드 쉴드 (8) 는 상기 제 1 및 제 2 광 검출기들을 포함하는 폐쇄형 엔클로저를 한정하고,
상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 폐쇄형 엔클로저 외부에 위치되는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스. - 다중 스펙트럼 검출 디바이스의 제조 방법으로서,
- 제 1 파장 범위 및 상기 제 1 파장 범위와 상이한 제 2 파장 범위에 각각 민감한 제 1 및 제 2 광 검출기들 (1a, 1b) 을 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계로서, 상기 제 1 광 검출기 (1a) 는 수신된 방사선을 나타내는 제 1 신호를 전달하고 상기 제 2 광 검출기 (1b) 는 수신된 방사선을 나타내는 제 2 신호를 전달하고, 상기 제 1 파장 범위 및 상기 제 2 파장 범위는 적외선 파장 범위이고, 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 2 광 검출기 (1b) 는 반도체 기판 상에 형성되는, 상기 기판을 제공하는 단계,
- 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 2 광 검출기 (1b) 를 연속적으로 커버하는 패시베이션 층을 형성하는 단계로서, 상기 패시베이션 층은 10 nm 내지 2000 nm 사이에 포함되는 두께를 갖는, 상기 패시베이션 층을 형성하는 단계,
- 상기 제 1 파장 범위를 통과하게 하고 상기 제 2 파장 범위를 차단하도록 구성된 제 1 필터 (4a) 를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 필터는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 를 커버하고 상기 제 2 광 검출기 (1b) 가 커버되지 않게 하며, 상기 제 1 필터 (4a) 는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 와 접촉하여 상기 제 1 광 검출기 (1a) 에서 상기 제 2 파장 범위의 통과를 차단하도록 하고, 상기 제 1 필터 (4a) 는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 2 광 검출기 (1b) 에서 열 기계적 응력을 도입하고, 상기 패시베이션 층은 상기 제 1 광 검출기 (1a) 및 상기 제 1 필터 (4a) 사이에 배열되어 열 기계적 응력을 완화시키는, 상기 제 1 필터 (4a) 를 형성하는 단계,
- 상기 제 1 및 제 2 광 검출기들 (1a, 1b) 로부터 거리를 두고 그리고 상기 제 1 필터 (4a) 로부터 거리를 두고 배열된 제 2 필터 (4b) 를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 제 1 파장 범위 및 상기 제 2 파장 범위를 통과하게 하도록 구성되고, 상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위들에서의 최장 파장보다 더 높은 파장을 차단하고 및/또는 상기 제 1 및 제 2 파장 범위들에서의 최단 파장보다 더 낮은 파장을 차단하도록 구성되고, 상기 제 1 필터 (4a) 및 상기 제 2 필터 (4b) 는 상기 제 1 광 검출기 (1a) 의 광학 경로에서 연속적으로 배열되는, 상기 제 2 필터 (4b) 를 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 필터 (4b) 가 형성되기 전에,
- 상기 제 2 파장 범위를 통과하게 하고 상기 제 1 파장 범위를 차단하도록 구성된 제 3 필터 (4c) 를 형성하는 단계로서, 상기 제 3 필터 (4c) 는 상기 제 2 광 검출기 (1b) 를 커버하고 상기 제 1 광 검출기 (1a) 가 커버되지 않게 하며, 상기 제 3 필터 (4c) 는 상기 제 2 광 검출기 (1b) 와 접촉하여 상기 제 2 광 검출기 (1b) 에서 상기 제 1 파장 범위의 통과를 차단하도록 하는, 상기 제 3 필터 (4c) 를 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 스펙트럼 검출 디바이스의 제조 방법.
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