KR102554847B1 - Thermal-based infra-red source - Google Patents
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Abstract
기판; 상기 기판과 이격되어 있는 히터; 상기 히터를 지지하는 멤브레인; 상기 멤브레인을 상기 기판에 고정하는 멤브레인 지지대; 및 상기 멤브레인과 상기 기판 사이의 공기간극을 포함하는 열적 적외선 소스가 제공된다.Board; a heater spaced apart from the substrate; a membrane supporting the heater; a membrane support for fixing the membrane to the substrate; and an air gap between the membrane and the substrate.
Description
본 발명은 열적 적외선 소스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세기전집적시스템(MEMS, 멤스) 기술을 이용한 열적(thermal-based) 적외선(Infra-red) 소스(source)에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal infrared source, and more particularly, to a thermal-based infrared source using microelectromechanical integration system (MEMS) technology.
최근 IoT(the Internet of Things)를 포함한 다양한 분야에서 다양한 방식의 적외선 센서가 연구되고 있으며, 이 중 일부는 상용화되어 다양한 제품에 실제 적용되고 있다.Recently, various types of infrared sensors have been studied in various fields including the Internet of Things (IoT), and some of them have been commercialized and are actually applied to various products.
적외선은 그 파장이 가시광선보다 큰 0.75 um 내지 1000 um인 전자기파의 일종이다. 파장이 수 ㎛ 이하이면 근적외선이라 하고, 파장 25㎛ 이상을 원적외선, 그 사이를 중간적외선이라고 분류한다.Infrared is a kind of electromagnetic wave whose wavelength is 0.75 um to 1000 um larger than visible light. When the wavelength is less than a few μm, it is called near infrared rays, and when the wavelength is 25 μm or more, it is classified as far infrared rays, and between them is classified as mid-infrared rays.
절대온도 이상인 모든 물체는 원자의 진동으로 인한 고유진동수를 가지며, 플랑크의 법칙 (Plank's law)에 따라 흑체복사(Black body radiation)를 한다. 고체와 같이 밀도가 있는 물체는 연속스펙트럼형태의 복사를 하게 되며, 총 복사량은 스테판-볼쯔만 (StefanBoltzmann)식에 따라 온도의 4승에 비례한다.All objects with a temperature above absolute zero have a natural frequency due to the vibration of atoms, and they emit black body radiation according to Plank's law. Dense objects such as solids emit radiation in the form of a continuous spectrum, and the total amount of radiation is proportional to the fourth power of temperature according to the Stefan-Boltzmann equation.
적외선은 열을 가지고 있기 때문에 열선이라고 불리기도 하며, 열 작용이 적외선의 특징이기도 하다. 물질이 근적외선을 흡수하면 물질 내 입자들의 운동이 활발해져 온도가 상승하게 된다.Infrared rays are also called heat rays because they contain heat, and thermal action is also a characteristic of infrared rays. When a material absorbs near-infrared rays, the movement of particles in the material becomes active, and the temperature rises.
적외선 센서는 일정 주파수의 빛을 발산하는 발광부와, 발광부에서 발산하는 빛을 받아들이는 수광부를 포함할 수 있다. 발광부에서 발생된 적외선은 물체에 부딪혀 반사되고, 수광부는 반사된 빛을 감지하여 물체의 유·무 또는 물체까지의 거리 등을 감지할 수 있다.The infrared sensor may include a light emitting unit emitting light of a certain frequency and a light receiving unit receiving light emitted from the light emitting unit. Infrared rays generated by the light emitting unit collide with an object and are reflected, and the light receiving unit may detect the presence or absence of an object or the distance to the object by detecting the reflected light.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정이 단순하고 고출력 구동이 가능하며 기계적으로 안정한 초소형 표면가공 열적 적외선 소스를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a compact surface-processing thermal infrared source that is simple in process, capable of high-output driving, and mechanically stable.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 환경에서 서비스를 제공할 수 있는 초소형 열전 적외선 소스를 제공하는데 있다.An object to be solved by the present invention is to provide a subminiature thermoelectric infrared source capable of providing services in various environments.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 열적 적외선 소스는 기판; 상기 기판과 이격되어 있는 히터; 상기 히터를 지지하는 멤브레인; 상기 멤브레인을 상기 기판에 고정하는 멤브레인 지지대; 및 상기 멤브레인과 상기 기판 사이의 공기간극을 포함한다.In order to achieve the above object, a thermal infrared source according to an embodiment of the present invention includes a substrate; a heater spaced apart from the substrate; a membrane supporting the heater; a membrane support for fixing the membrane to the substrate; and an air gap between the membrane and the substrate.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스에 의하면, 멤스기반 표면가공방법을 통하여 기판 상부에서만 공정이 진행되므로 복잡한 양면 공정을 단순화 할 수 있다.According to the thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention, the complicated double-sided process can be simplified because the process is performed only on the top of the substrate through the MEMS-based surface processing method.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스에 의하면, 적외선 선택 필터를 반도체 일체 공정으로 제작하므로 공정을 간략화 할 수 있고, 나아가 초소형으로 제작 가능하다.According to the thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention, since the infrared selective filter is manufactured through an integrated semiconductor process, the process can be simplified and furthermore, it can be miniaturized.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스에 의하면, 초소형으로 제작되어 여러 시스템(IoT 센서 노드 혹은 휴대용 단말기 등)에 장착되어 다양한 서비스를 제공할 수 있다.According to the thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention, it is manufactured in a small size and installed in various systems (IoT sensor nodes or portable terminals) to provide various services.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스에 의하면, 멤브레인 지지대를 통해 적외선 감지 부분을 기판에 고정하여 외부충격이나 낙하 신뢰성을 향상 시킬 수 있어 기계적으로 안정한 구조를 제공할 수 있다.According to the thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention, it is possible to provide a mechanically stable structure by fixing the infrared sensing part to the substrate through the membrane support to improve the reliability of external shock or drop.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스에 의하면, 기계적으로 안정적인 구조를 가져 휴대단말기에 쉽게 적용할 수 있다.According to the thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention, it has a mechanically stable structure and can be easily applied to a portable terminal.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스에 의하면, 공기간극을 사이에 두고 기판 절연체에 반사판이 배치되어 있어 출력손실을 억제할 수 있다.According to the thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention, since a reflector is disposed on a substrate insulator with an air gap therebetween, output loss can be suppressed.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스에 의하면, 저전력 특성으로 인하여 장시간 사용할 수 있다.According to the thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention, it can be used for a long time due to low power characteristics.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스를 도 1의 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스를 도 1의 B-B'을 따라 절단한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스의 제작방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a perspective view illustrating a thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention taken along line AA′ of FIG. 1 .
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 1 of a thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 기술적 사상의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명 기술적 사상은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들의 설명을 통해 본 발명의 기술적 사상의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.In order to sufficiently understand the configuration and effects of the technical idea of the present invention, preferred embodiments of the technical idea of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various forms and various changes may be made. However, it is provided to complete the disclosure of the technical idea of the present invention through the description of the present embodiments, and to completely inform those skilled in the art of the scope of the invention to which the present invention belongs.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상의 이상적인 예시도인 블록도, 사시도, 및/또는 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 다양한 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.Parts designated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements. Embodiments described herein will be described with reference to block diagrams, perspective views, and/or cross-sectional views, which are ideal illustrations of the technical idea of the present invention. In the drawings, the thickness of regions is exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have schematic properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of a region of a device and are not intended to limit the scope of the invention. Although various terms are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. The terms 'comprises' and/or 'comprising' used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시 예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the technical idea of the present invention with reference to the accompanying drawings.
적외선 센서 발광부는 IR 레이져(Laser), IR LED(Light Emitting Diode), 열소자(thermal device)로 구분될 수 있다. IR 레이저는 출력파워가 크고 우수한 방향성(Directivity)을 가질 수 있다. IR 레이저는 고가일 수 있다. IR LED는 출력이 상대적으로 낮을 수 있다. IR LED는 가격 경쟁력이 있을 수 있다. IR LED는 최근 적외선 센서에 사용되고 있다.The infrared sensor light emitting unit may be classified into an IR laser, an IR LED (Light Emitting Diode), and a thermal device. The IR laser may have high output power and excellent directivity. IR lasers can be expensive. IR LEDs can have relatively low output. IR LEDs can be price competitive. IR LEDs are recently used in infrared sensors.
열소자는 마이크로 전구(Micro-bulb), 흑체(Black-body), 멤스 등으로 구분될 수 있다. 열소자는 레이저 혹은 LED에 비해 출력파워 및 방향성(Directivity)이 낮을 수 있고, 스펙트럼이 넓을 수 있다. 열소자에는 적외선 필터가 적용될 수 있다. 열소자는 저가로 구현될 수 있다. 열소자는 IoT 응용분야에 용이하게 적용될 수 있다.Thermal elements may be classified into micro-bulb, black-body, MEMS, and the like. Thermal elements may have lower output power and directivity than lasers or LEDs, and may have a wide spectrum. An infrared filter may be applied to the thermal element. The thermal element can be implemented at low cost. Thermal elements can be easily applied to IoT applications.
열적 적외선 소스는 열적으로 고립된 국부적인 마이크로 히터를 형성하기 위해 멤스(MEMS, microelectro-mechanical system) 공정을 이용하여 초소형으로 제작될 수 있다.The thermal infrared source can be fabricated in a miniature form using a microelectro-mechanical system (MEMS) process to form a thermally isolated localized micro-heater.
멤스 기반 열적 적외선 소스는 반도체 제작공정을 이용하는 멤스 공정을 통해 제작될 수 있다. 멤스 기반 열적 적외선 소스는 수 um 정도의 선폭을 가지는 마이크로 히터에 전기 에너지를 가하여 넓은 스펙트럼의 적외선을 방출할 수 있다.A MEMS-based thermal infrared source may be fabricated through a MEMS process using a semiconductor fabrication process. The MEMS-based thermal infrared source can emit infrared rays in a wide spectrum by applying electric energy to a micro-heater having a line width of several μm.
멤스 기반 열적 적외선 소스는 기판 양면을 가공하는 벌크가공형(bulk micromachined-type) 소스와 기판 상부만을 가공하는 표면가공형(surface micromachined-type) 소스로 구분될 수 있다.The MEMS-based thermal infrared source can be divided into a bulk micromachined-type source for processing both sides of a substrate and a surface micromachined-type source for processing only an upper portion of a substrate.
멤스 기반 벌크가공형 열적 적외선 소스는 기판 양면을 동시에 가공해야 하므로 공정이 복잡할 수 있다. 멤스 기반 벌크가공형 열적 적외선 소스는 열손실을 최소화하기 위해 마이크로 히터를 포함하는 멤브레인 하부의 기판부분이 제거된 구조를 가질 수 있다. 벌크가공형 열적 적외선 소스는 구조적으로 충격에 약할 수 있다. 벌크가공형 열적 적외선 소스는 IoT 센서 노드나 휴대용 단말기 적용이 제한이 있을 수 있다.The MEMS-based bulk processing type thermal infrared source may have a complicated process because both sides of the substrate must be processed simultaneously. The MEMS-based bulk processing type thermal infrared source may have a structure in which a substrate portion under a membrane including a micro-heater is removed to minimize heat loss. Bulky thermal infrared sources may be structurally vulnerable to impact. Bulk processing type thermal infrared sources may have limitations in application to IoT sensor nodes or portable terminals.
멤스 기반 표면가공형 소스는 멤브레인 하부의 일부분만 기판 상부에서 에칭하는 구조이므로 공정을 단순화할 수 있다. 멤스 기반 표면가공형 소스는 대량생산이 용이할 수 있다. 활성 영역 내에서 벌크가공형 소스는 멤브레인 하부의 기판부분이 모두 제거되는 구조와는 다르게 표면가공형 소스의 기판은 균일한 두께로 유지될 수 있다. 표면가공형 소스는 낙하신뢰성이 우수할 수 있다.Since the MEMS-based surface-processed source has a structure in which only a portion of the lower portion of the membrane is etched from the upper portion of the substrate, the process can be simplified. MEMS-based surface-processed sources can be easily mass-produced. In the active region, the substrate of the surface-processing type source may be maintained at a uniform thickness, unlike a structure in which the entire substrate portion under the membrane is removed in the bulk processing type source. The surface-processed source may have excellent drop reliability.
멤스 기반 표면가공형 열적 적외선 소스는 단순한 공정으로 제작될 수 있으며, 출력효율이 우수할 수 있고, 기계적으로 안정할 수 있다. 멤스 기반 표면가공형 열적 적외선 소스는 IoT 센서 노드 혹은 휴대용 단말기 등에서 탑재되어 다양한 서비스에 이용될 수 있다.The MEMS-based surface-processed thermal infrared source can be fabricated with a simple process, has excellent output efficiency, and is mechanically stable. The MEMS-based surface-processed thermal infrared source can be mounted on an IoT sensor node or a portable terminal and used for various services.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스를 나타내기 위해 도 1의 A-A'를 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스를 나타내기 위해 도 1의 B-B'을 따라 절단한 단면도이다.1 is a perspective view illustrating a thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along A-A' of FIG. 1 to show a thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 1 to show a thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 열적 적외선 소스(1)는 기판(10), 기판(10) 상에 형성된 기판 절연체(11), 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 적외선을 방출하는 히터(31) 및 히터금속(30), 히터(31)에 전기적 절연을 형성하는 히터 절연체(32), 열에너지가 기판(10) 또는 기판 절연체(11)로 손실되는 것을 방지하는 반사판(12), 히터(31) 및 히터금속(30)을 지지하는 멤브레인(20), 멤브레인(20)을 기판 절연체(11) 상에 지지하는 멤브레인 지지대(22), 적외선 필터를 구성하는 메타물질 금속패턴(40) 및 메타물질 절연체(41)를 포함할 수 있다.1 and 2, a thermal
예시적인 실시 예에 따르면, 기판(10)은 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판일 수 있다. 예시적인 실시 예에 따르면, 기판(10)에는 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑되어 있을 수 있다. 예시적인 실시 예에 따르면, 기판(10)은 히터(31) 등을 고정할 수 있는 다른 물질로 형성될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the
기판 절연체(11)는 기판(10) 위에 위치할 수 있다. 기판 절연체(11)는 절연물질로 형성될 수 있다. 기판 절연체(11)는 기판(10)과 나머지 구성을 전기적으로 절연시킬 수 있다.A
히터(31)는 가해지는 전기에너지에 비례하는 열에너지를 생성하여 적외선을 방출할 수 있다. 히터(31)는 전기적 저항을 가질 수 있다. 히터(31)는 전기가 가해지면 줄열(Joule Heat)을 발생시킬 수 있다.The
도 3을 참고하면, 히터(31)는 멤브레인(20) 위에 형성될 수 있는데, 바람직하게는 수 um 폭을 가질 수 있다. 그러나 도 3의 배치는 예시적인 것이며 이에 한정하는 것은 아니다. 히터(31)는 줄열을 효율적으로 발생시켜 적외선을 방출할 수 있는 다른 구조로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
히터금속(30)은 히터(31)에 연결되어 전기에너지를 공급하는 기능을 가질 수 있다. 히터금속(30)은 히터패드들(31a, 31b)을 포함할 수 있다. 히터패드들(31a, 31b)을 통해 히터금속(30)에 전기에너지가 공급될 수 있다.The
히터(31) 및/또는 히터금속(30)은 금속 또는 전도성 금속 산화물 등으로 형성될 수 있다. 예시적인 실시 예에 따르면, 히터(31) 및/또는 히터금속(30)은 백금(Pt), 알루미늄(Al), 금(Au) 등으로 형성될 수 있다. 히터(31) 및/또는 히터금속(30)은 스퍼터링 증착법, 전자빔 증착법 또는 기화 증착법 등의 방법에 의하여 형성될 수 있다.The
히터 절연체(32)는 히터(31) 및 히터금속(30)의 일부 또는 전부를 덮을 수 있다. 히터 절연체(32)는 히터(31) 및 히터금속(30)의 일부를 다른 구성으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.The
멤브레인(20)은 히터(31) 및/또는 히터금속(30) 등을 지지할 수 있다. 멤브레인(20)은 전기적으로 절연 기능을 가질 수 있다. 멤브레인(20)은 절연체를 이용하여 형성될 수 있다. 멤브레인(20)은 단일 또는 다수의 고분자 절연 물질, 산화 실리콘 막 또는 질화 실리콘 막으로 형성될 수 있다.The
멤브레인 지지대(22)는 멤브레인(20) 아래에 위치할 수 있다. 멤브레인 지지대(22)는 멤브레인(20)을 지지할 수 있다. 멤브레인 지지대(22)는 멤브레인(20)을 기판 절연체(11) 혹은 기판(10)에 고정할 수 있다. 멤브레인 지지대(22)는 낙하 충격 시 발생할 수 있는 구조적 문제점을 개선할 수 있다. 멤브레인 지지대(22)는 기계적인 신뢰성을 향상 시킬 수 있다. 열적 적외선 소스(1)는 멤스 기반 표면가공형으로 제조되어 외부 충격에 기계적으로 안정할 수 있다.A
멤브레인(20)과 기판 절연체(11) 사이에는 공기간극(50)이 존재할 수 있다. 공기간극(50)에는 공기가 위치할 수 있다. 공기는 열전도율이 낮을 수 있다. 공기간극(50)에 의해 히터(31) 등에서 발생한 열이 기판(10) 등으로 손실되는 것을 최소화될 수 있다. 열적 적외선 소스(1)의 출력은 향상될 수 있다. 열적 적외선 소스(1)의 효율은 향상될 수 있다.An
공기간극(50)을 형성하기 위해, 멤브레인(20)과 기판 절연체(11) 사이에 일정 두께를 갖는 임의의 고체 희생층(21, 도 5 내지 도 7 참고)을 형성 하고 멤브레인(20), 히터 (31), 히터 절연체(32), 메타물질 금속패턴(40) 및 메타물질 절연체(41)를 적층한 후, 표면가공법으로 희생층을 제거할 수 있다. 희생층(21)이 제거된 공간에 공기간극(50)이 형성될 수 있다. 공기간극(50)에 의해 열 손실은 최소화될 수 있다.In order to form the
기판 절연체(11) 위에는 반사판(12)이 배치될 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 반사판(12)은 금속을 포함할 수 있다. 반사판(12)은 히터(31)에서 발생하는 에너지 중 기판(10)으로 향하는 복사열을 반사할 수 있다. 반사판(12)은 에너지가 손실되는 것을 방지할 수 있다. 반사판(12)은 적외선의 출력을 향상시킬 수 있다.A
메타물질 금속패턴(40)은 표면 플라즈몬 공명(SPR, surface plasmon resonance) 현상을 이용하는 구조를 통해 구현될 수 있다. 메타물질 금속패턴(40)은 반도체 공정으로 제작될 수 있다. 이러한 공정으로 제작 과정이 단순화될 수 있다. 메타물질 금속패턴(40)은 반도체 공정을 이용하여 특정 파장 대를 선택할 수 있도록 설계될 수 있다. 메타물질 금속패턴(40)을 적절하게 배치하면 원하는 파장 대역만 통과시키는 필터를 구현할 수 있다.The
메타물질 절연체(41)는 메타물질 금속패턴(40)을 덮을 수 있다. 메타물질 절연체(41)는 메타물질 금속패턴(40)을 다른 물질로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다. 메타물질 절연체(41)는 실리콘 막 또는 질화 실리콘 막 등으로 형성될 수 있다. 메타물질 절연체(41)는 열산화 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 이용해 제조될 수 있다.The
멤스 기반 표면가공 공정을 통해 제작된 열적 적외선 소스는 구조체 상부에 일괄적으로 제작될 수 있다. 열적 적외선 소스는 CMOS 파운드리 서비스를 통하여 금속과 절연체로 일괄 제작 가능할 수 있다. 열적 적외선 소스는 상대적으로 가격경쟁력이 있을 수 있다.The thermal infrared source fabricated through the MEMS-based surface processing process can be collectively fabricated on the top of the structure. The thermal infrared source may be batch fabricated from metal and insulator through a CMOS foundry service. Thermal infrared sources can be relatively cost competitive.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 멤스 기반 표면가공 열적 적외선 소스는 기판 상부만을 가공하여 간단하게 제작될 수 있다. 열적 적외선 소스는 멤브레인 지지대(22)에 의해 외부의 갑작스런 충격에도 기계적인 안정성을 확보할 수 있다. 열적 적외선 소스는 반사판(12)에 의해 기판(10)으로 손실되는 열을 최소화하여 출력효율을 향상시킬 수 있다. 열적 적외선 소스는 멤스 기반 표면가공 방법으로 제조되므로 기판(10)의 식각 공정이 포함되지 않아 제조 과정을 단순화할 수 있다.The MEMS-based surface-processed thermal infrared source according to an exemplary embodiment of the present invention can be simply manufactured by processing only the upper portion of the substrate. The thermal infrared source can secure mechanical stability against sudden external impact by means of the
도 4 내지 도 8은 열적 적외선 소스의 제작방법을 순서대로 나타내는 단면도이다.4 to 8 are cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing a thermal infrared source.
도 4를 참고하면, 기판(10) 위에 기판 절연체(11)을 적층하여 기판(10)과 나머지 구성 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 기판 절연체(11) 위에는 반사판(12)을 적층하여 출력 효율을 향상 시킬 수 있다.Referring to FIG. 4 , a
도 5를 참고하면, 멤브레인(20)이 기판(10) 또는 기판 절연체(11)에 고정될 수 있도록 기판 절연체(11) 위에 멤브레인 지지대(22)를 배치할 수 있다. 또한 기판 절연체(11) 및/또는 반사판(12) 위에 일정한 두께를 가지는 희생층(21)을 형성할 수 있다. 멤브레인 지지대(22)와 희생층(21) 위에는 멤브레인(20)이 적층될 수 있다. 희생층(21)은 마지막 공정에서 제거되어 희생층(21) 자리에 공기간극(50)이 형성될 수 있다. 공기간극(50)은 기판(10)으로 손실되는 적외선을 최소화할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a
도 6을 참고하면, 희생층(21) 위에 형성된 멤브레인(20) 상부에 히터금속(30) 및 히터(31)가 적층될 수 있다. 입력 전력을 내부에 가해주기 위해서 히터패드들(31a, 31b)이 가장자리에 형성될 수 있다. 히터(31) 및/또는 히터금속(30)은 스퍼터링 증착법, 전자빔 증착법 또는 기화 증착법 등의 방법에 의하여 형성될 수 있다. 다음으로 히터(31)를 전기적으로 절연을 시키기 위해 히터(31) 및/또는 히터금속(30)의 일부를 감싸는 히터 절연체(32)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a
도 7을 참고하면, 히터 절연체(32) 위에 적외선을 선택할 수 있는 메타물질 금속패턴(40)과 메타물질 절연체(41)를 반도체 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 메타물질 절연체(41)는 열산화 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 이용해 제조될 수 있다.Referring to FIG. 7 , a
도 8을 참고하면, 절연 물질로 구성된 희생층(21)을 제거할 수 있다. 예시적인 실시 예에 따르면, 희생층(21)은 멤스 기반 반도체 공정을 통해서 제거될 수 있다. 희생층(21)이 제거된 자리에는 공기간극(50)이 형성될 수 있다. 공기간극(50)에는 공기가 위치할 수 있다. 공기는 열전도율이 낮을 수 있다. 희생층(21)이 공기간극(50)로 대체된 열적 적외선 소스는 열 손실을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1: 열적 적외선 소스
10: 기판
11: 기판 절연체
12: 반사판
20: 멤브레인
21: 희생층
22: 멤브레인 지지대
30: 히터금속
31: 히터
31a: 히터패드
31b: 히터패드
32: 히터패드 절연체
40: 메타물질 금속패턴
41: 메타물질 절연체
50: 공기간극1: thermal infrared source
10: substrate
11: board insulator
12: reflector
20: membrane
21: sacrificial layer
22: membrane support
30: heater metal
31: heater
31a: heater pad
31b: heater pad
32: heater pad insulator
40: metamaterial metal pattern
41: metamaterial insulator
50: air gap
Claims (10)
상기 기판으로부터 위로 이격되어 있는 히터;
상기 히터를 지지하는 멤브레인;
상기 멤브레인을 상기 기판에 고정하는 멤브레인 지지대;
상기 멤브레인과 상기 기판 사이의 공기간극;
상기 기판 상의 기판 절연체; 및
상기 기판 절연체 상의 반사판; 을 포함하되,
상기 반사판은 상기 기판 절연체와 상기 히터 사이에서, 상기 공기간극 아래에 배치되는 열적 적외선 소스.Board;
a heater spaced upward from the substrate;
a membrane supporting the heater;
a membrane support for fixing the membrane to the substrate;
an air gap between the membrane and the substrate;
a substrate insulator on the substrate; and
a reflector on the substrate insulator; Including,
The thermal infrared source of claim 1 , wherein the reflector is disposed under the air gap between the substrate insulator and the heater.
상기 히터에 연결되어 상기 히터에 전기에너지를 공급하는 히터금속을 더 포함하는 열적 적외선 소스.According to claim 1,
The thermal infrared source further comprises a heater metal connected to the heater to supply electric energy to the heater.
상기 히터 및 상기 히터금속의 적어도 일부를 덮는 히터 절연체를 더 포함하는 열적 적외선 소스.According to claim 2,
and a heater insulator covering at least a portion of the heater and the heater metal.
상기 히터 절연체 상의 메타물질 금속패턴을 더 포함하는 열적 적외선 소스.According to claim 3,
A thermal infrared source further comprising a metamaterial metal pattern on the heater insulator.
상기 메타물질 금속패턴을 덮는 메타물질 절연체를 더 포함하는 열적 적외선 소스.According to claim 4,
A thermal infrared source further comprising a metamaterial insulator covering the metamaterial metal pattern.
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