KR102620734B1 - Bolometer Infrared Sensors to Minimize Output Change Due to High Temperature of Targets - Google Patents
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Abstract
고온 타겟에 의한 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서를 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서는 신호취득회로의 전기신호 전달을 위한 신호층을 포함하는 센서 기판; 상기 센서 기판의 신호층과 연결되며, 전기적 연결을 위한 컨텍 패드; 상기 컨텍 패드와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층과 연결되는 지지 기둥; 상기 지지 기둥과 일측이 연결되고, 타측이 저항체 층과 연결되는 연결 다리층; 상기 연결 다리층과 연결되며, 온도에 따라 저항이 가변하는 저항체 층; 적외선을 차단하기 위하여 상기 저항체 층과 접하는 형태로 형성된 차단막 층; 및 상기 저항체 층 및 상기 센서 기판 사이에 위치하며, 일부 영역이 상기 센서 기판과 연결된 열 전도층을 포함할 수 있다. Disclosed is a bolometer infrared sensor for minimizing output changes caused by high temperature targets.
A bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention includes a sensor substrate including a signal layer for transmitting electrical signals of a signal acquisition circuit; a contact pad connected to the signal layer of the sensor substrate and for electrical connection; a support pillar connected to the contact pad on one side and connected to the connection bridge layer on the other side; a connection bridge layer connected on one side to the support pillar and on the other side connected to a resistor layer; a resistive layer connected to the connecting bridge layer and having variable resistance depending on temperature; a blocking film layer formed in contact with the resistive layer to block infrared rays; and a heat conduction layer located between the resistor layer and the sensor substrate, and a portion of the heat conduction layer connected to the sensor substrate.
Description
본 발명은 고온에 노출된 타겟에 의해 발생되는 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a bolometric infrared sensor for minimizing output changes caused by targets exposed to high temperatures.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information on embodiments of the present invention and does not constitute prior art.
볼로미터 적외선 센서는 목표물체에서 입사하는 적외선 에너지를 흡수하는데 따른 온도의 변화를 전기 저항의 변화로 바꾸고, 이 전기 저항의 변화에 따른 전류의 변화를 신호취득회로를 통해 읽어내는 데에 그 핵심이 있다. The core of the bolometer infrared sensor is to convert the change in temperature caused by absorbing infrared energy incident from the target object into a change in electrical resistance, and to read the change in current due to this change in electrical resistance through a signal acquisition circuit. .
참조 셀은 반응체 셀에 흐르는 기본 전류를 제거하여 적외선 에너지에 의해 변조된 전류 성분만이 검출될 수 있도록 적외선 에너지에 반응하지 않고 일정한 오프셋 전류를 생성해야 한다. 이 때문에 열이 잘 빠져나갈 수 있도록 열전도도가 크게 설계되어야 하기 때문에 주로 연결다리부가 없고 저항체가 곧바로 지지기둥부로 연결되어진 형태로 구성되거나 혹은 높은 열전도도를 갖는 추가적인 열전도부가 구성되거나 혹은 센서기판 상에 이격없이 곧바로 구성되어진다. The reference cell must generate a constant offset current without reacting to infrared energy, so that the base current flowing in the reactor cell can be removed so that only the current component modulated by infrared energy can be detected. For this reason, the thermal conductivity must be designed to be large so that heat can escape easily, so it is mainly constructed in a form where there is no connecting leg and the resistor is directly connected to the support pillar, or an additional thermal conductive portion with high thermal conductivity is constructed, or it is constructed on the sensor board. It is composed immediately without any separation.
높은 열전도도를 갖는 구조의 경우 일반적인 경우에는 활용상 문제가 없으나 고온의 타겟으로부터 적외선이 입사될 경우 영상의 불균일이 초래된다. 즉, 태양과 같은 고온의 타겟으로부터 높은 적외선 에너지가 입사될 경우 흡수된 적외선 에너지를 배출하지 못하고 영상의 패턴 노이즈를 생성하게 된다. 이를 해소하기 위해서 적외선 흡수를 최소화 할 수 있도록 참조 셀 표면에 반사판을 형성하는데 업체마다 높은 열전도도를 갖는 구조를 활용하거나 혹은 반사층을 블라인드 셀에 직접 형성하거나 혹은 반사층 상부에 반사구조물을 이격시켜 형성하는 방식을 취한다. 차단막을 참조셀 상부에 컨택시켜 형성시 열용량 증가에 따라 동작전류의 잔열이 빠지지 않고 참조셀의 온도를 상승시켜 고온에서의 열적 안정성이 저해되는 기술은 한국 등록 특허 제10-1442811호에 기재되어 있다. In the case of a structure with high thermal conductivity, there is no problem in general use, but when infrared rays are incident from a high temperature target, image unevenness occurs. In other words, when high infrared energy is incident from a high temperature target such as the sun, the absorbed infrared energy cannot be emitted and pattern noise in the image is generated. To solve this problem, a reflector is formed on the surface of the reference cell to minimize infrared absorption. Each company uses a structure with high thermal conductivity, forms a reflective layer directly on the blind cell, or forms a reflective structure spaced apart on top of the reflective layer. take a method A technology in which thermal stability at high temperatures is impaired by increasing the temperature of the reference cell without dissipating the residual heat of the operating current as the heat capacity increases when a blocking film is formed by contacting the upper part of the reference cell is described in Korean Patent No. 10-1442811. .
하지만, 추가의 반사층(차단막)을 형성하는 경우 볼로미터 적외선 센서의 제조 공정의 스텝이 증가하며, 반도체 공정 특성상 단가 상승 및 수율 저하의 요인이 된다.However, when forming an additional reflective layer (blocking film), the steps in the manufacturing process of the bolometer infrared sensor increase, and due to the characteristics of the semiconductor process, this becomes a factor in increasing unit costs and lowering yield.
본 발명은 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 볼로미터형 적외선 센서에 관한 것으로서, 고온 타겟에 의한 참조 셀의 원치 않는 온도변화에 따른 출력 신호 균일성 저하를 개선하기 위한 고온 타겟에 의한 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서를 제공하는 데 주된 목적이 있다.The present invention relates to a bolometric infrared sensor that absorbs infrared rays and modulates them into electrical signals. The present invention relates to a bolometric infrared sensor that absorbs infrared rays and modulates them into electrical signals. The present invention relates to a bolometer-type infrared sensor that minimizes output changes caused by high-temperature targets to improve output signal uniformity degradation due to unwanted temperature changes in reference cells caused by high-temperature targets. The main purpose is to provide a bolometer infrared sensor to do this.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 볼로미터 적외선 센서는 고온 타겟에 의한 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서로서, 신호취득회로의 전기신호 전달을 위한 신호층을 포함하는 센서 기판; 상기 센서 기판의 신호층과 연결되며, 전기적 연결을 위한 컨텍 패드; 상기 컨텍 패드와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층과 연결되는 지지 기둥; 상기 지지 기둥과 일측이 연결되고, 타측이 저항체 층과 연결되는 연결 다리층; 상기 연결 다리층과 연결되며, 온도에 따라 저항이 가변하는 저항체 층; 적외선을 차단하기 위하여 상기 저항체 층과 접하는 형태로 형성된 차단막 층; 및 상기 저항체 층 및 상기 센서 기판 사이에 위치하며, 일부 영역이 상기 센서 기판과 연결된 열 전도층을 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, a bolometric infrared sensor for achieving the above object is a bolometric infrared sensor for minimizing output changes caused by a high temperature target, comprising: a sensor substrate including a signal layer for transmitting electrical signals of a signal acquisition circuit; a contact pad connected to the signal layer of the sensor substrate and for electrical connection; a support pillar connected to the contact pad on one side and connected to the connection bridge layer on the other side; a connection bridge layer connected on one side to the support pillar and on the other side connected to a resistor layer; a resistive layer connected to the connection bridge layer and having variable resistance depending on temperature; a blocking film layer formed in contact with the resistive layer to block infrared rays; and a heat conduction layer located between the resistor layer and the sensor substrate, and a portion of the heat conduction layer connected to the sensor substrate.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 참조셀에 차단막 층을 추가하여 고온 환경에서 출력 변화를 최소화할 수 있는 볼로미터 적외선 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of providing a bolometric infrared sensor that can minimize output changes in a high temperature environment by adding a barrier layer to the reference cell.
또한, 본 발명은 볼로미터 적외선 센서를 제조하는 공정 단계를 추가하지 않으면서 참조셀에 차단막 층을 추가하여, 제조 단가를 낮추고 수율 향상을 높힐 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of lowering the manufacturing cost and increasing yield by adding a barrier layer to the reference cell without adding a process step for manufacturing the bolometer infrared sensor.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 포함하는 적외선 검출기를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀과 참조 셀이 신호 취득 회로와 연결된 검출 회로를 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 이용한 적외선 영상의 출력을 나타낸 예시도이다.1 is a diagram showing an infrared detector including a bolometric infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams showing a reference cell of a bolometric infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining the manufacturing process of a reference cell according to the first embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams showing a reference cell of a bolometer infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the manufacturing process of a reference cell according to a second embodiment of the present invention.
Figures 6a and 6b are diagrams showing a reactant cell of a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram for explaining the manufacturing process of a reactant cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a circuit diagram showing a detection circuit in which a reactant cell and a reference cell are connected to a signal acquisition circuit according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is an exemplary diagram showing the output of an infrared image using a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 고온 타겟에 의한 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서에 대해 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or restricted thereto, and of course, it can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art. Hereinafter, with reference to the drawings, a detailed description will be given of the bolometer infrared sensor for minimizing output change caused by a high temperature target proposed in the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 포함하는 적외선 검출기를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an infrared detector including a bolometric infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1의 (a)는 적외선 검출기(10)를 나타내며, 도 1의 (b)는 적외선 검출기(10)의 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 적외선 검출기(10)는 적외선 윈도우(100), 적외선 센서(200) 및 피드쓰루부(300)를 포함한다. 도 1의 적외선 검출기(10)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 1에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 적외선 검출기(10)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. Figure 1(a) shows the
적외선 검출기(10)는 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 트랜스듀서를 의미한다. 적외선 검출기(10)는 흡수된 적외선 에너지를 보존하기 위하여 내부를 진공 상태로 유지한다. The
적외선 윈도우(100)는 적외선 파장만 선택적으로 투과한다. The
적외선 센서(200)는 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 반도체 센서를 의미한다. The
적외선 센서(200)는 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 볼로미터형 적외선 센서를 의미한다. The
적외선 센서(200)는 반응체 셀(210), 참조 셀(220) 등 중 적어도 하나의 셀을 포함하는 형태로 구현될 수 있다. The
반응체 셀(210)은 적외선 에너지를 흡수하여 온도 변화에 따른 저항변화로 전기신호를 발생시키는 동작을 수행한다. 반응체 셀(210)에 대한 구성은 도 6 내지 도 7에서 자세히 설명하도록 한다. The
참조 셀(220)은 반응체 셀(210)과 이 반응체 셀(210)의 변조되지 않는 기본전류를 제거하여 변조된 전류의 크기만 증폭시켜 주기 위해 적외선을 흡수하지 않는 동작을 수행한다. 참조 셀(220)에 대한 구성은 도 2 내지 도 5에서 자세히 설명하도록 한다. The
피드쓰루부(300)는 적외선 센서(200)의 동작을 위한 입력 및 적외선에 의해 생성된 전기 출력을 외부로 전달하는 동작을 수행한다. The feed through
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.2A and 2B are diagrams showing a reference cell of a bolometric infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 2a는 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 평면도를 나타내고, 도 2b는 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 단면도를 나타낸다. FIG. 2A shows a top view of the
일반적으로 참조 셀은 반응체 셀에 흐르는 기본 전류를 제거하여 적외선 에너지에 의해 변조된 전류 성분만이 검출될 수 있도록 적외선 에너지에 반응하지 않고 일정한 오프셋 전류를 생성한다. 이 때문에 참조 셀은 열이 잘 빠져나갈 수 있도록 열전도도가 크게 설계되어야 하기 때문에 주로 연결 다리부가 없고 저항체가 지지기둥부와 직접 연결되어진 형태로 구성되거나 혹은 높은 열전도도를 갖는 추가적인 열전도부가 구성되거나 혹은 센서 기판 상에 이격없이 접하는 형태로 구성될 수 있다. In general, the reference cell does not react to infrared energy and generates a constant offset current by removing the base current flowing in the reactor cell so that only the current component modulated by infrared energy can be detected. For this reason, the reference cell must be designed to have high thermal conductivity so that heat can escape well, so it is mainly composed of a form without connecting legs and a resistor directly connected to the support pillar, or an additional heat conduction part with high thermal conductivity is formed, or It may be configured to contact the sensor substrate without separation.
그러나 높은 적외선 에너지가 입사될 경우 참조 셀에서 흡수한 적외선 에너지를 전부 배출하지 못하여 영상의 왜곡이 발생하게 된다. However, when high infrared energy is incident, all of the infrared energy absorbed by the reference cell cannot be discharged, resulting in distortion of the image.
제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)은 고온 타겟에 의한 참조 셀의 원치 않는 온도변화에 따른 출력 신호 균일성 저하를 개선하기 위한 구조를 가진다. The
제1 실시예에 따른 참조 셀(220)은 흡수한 적외선 에너지를 전부 배출하지 못하여 발생되는 영상 왜곡을 원천적으로 차단하기 위해서는 적외선을 흡수하지 못하는 차단막을 형성한다. The
제1 실시예에 따른 참조 셀(220)은 구조를 지지하고 전기적 신호를 전달하기 위하여 형성되는 지지 기둥(224)을 생성 시 동시에 차단막 층(20)을 생성하여 별도의 추가적인 제조 공정 없이 적외선 에너지를 전부 배출하지 못하여 발생되는 영상 왜곡을 방지할 수 있다. 제1 실시예에 따른 지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 등의 금속 물질로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)의 두께는 100 nm 이상으로 형성되는 것이 바람직하며, 8 ~ 14 μm 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장대역의 적외선을 반사할 수 있는 두께인 것이 바람직하다. The
한편, 제1 실시예에서, 참조 셀은 열 전도층(228)을 잔존시켜 흡수된 적외선 에너지가 신호취득회로기판(227)로 빠져나가도록 설계된 것으로 가정한다. Meanwhile, in the first embodiment, it is assumed that the reference cell is designed so that the
이하, 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)의 구성에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration of the
제1 실시예에 따른 참조 셀(220)은 센서 기판(227), 컨텍 패드(225), 지지 기둥(224), 연결 다리층(22), 저항체 층(21), 차단막 층(20) 및 열 전도층(228)을 포함한다. The
센서 기판(227)은 신호취득회로의 전기신호 전달을 위한 신호층(226)을 포함한다. The
컨텍 패드(225)는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 지지 기둥(224) 사이에 형성되며, 전기적 연결을 위하여 형성된다. 여기서, 컨텍 패드(225)는 일반적으로 반응체 셀(210)의 반사 패드(215)와 동일 평면상에 형성되며, 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속을 주로 사용하여 형성된다.The
지지 기둥(224)은 저항체 층(21)과 연결된 연결 다리층(22)과 컨텍 패드(225) 사이에 형성된다. The
지지 기둥(224)은 컨텍 패드(225)와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층(22)과 연결된다. 지지 기둥(224)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성된다. One side of the
지지 기둥(224)은 기둥 중앙에 요홈부(U)를 포함한다. 지지 기둥(224)의 요홈부는 지지 기둥(224)의 두께가 0.1 μm 내지 1 μm이 되도록 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 지지 기둥(224)의 두께가 0.1 μm 미만인 경우 지지 역할을 수행하기 어렵게 되며, 지지 기둥(224)의 두께가 1 μm를 초과하는 경우 전기적 연결의 효율성이 저하된다. The
연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)을 포함한다. The
연결 다리층(22)은 신호층(226)과 저항체(223a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(221a), 연결 다리부(221a)와 연결된 연결 다리 금속층(221b)을 포함한다. 또한, 연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)를 보호하기 위한 절연체(222)를 포함할 수 있다. 여기서, 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)은 전도성이 높고 열전도도가 낮은 티타늄, 크롬, 니켈-크롬, 티타늄 합금 등의 금속이나 전도성 세라믹 물질이 사용된다. The
저항체 층(21)은 연결 다리층(22)과 연결된다. 저항체 층(21)은 저항층(223a) 및 보호층(223b)을 포함한다. The
저항층(223a)의 일부 영역은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)와 접하는 형태로 연결된다. A portion of the
보호층(223b)은 저항층(223a)의 상면 및 하면을 덮는 형태로 형성되며, 절연 물질로 형성된다. The
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성된다. 여기서, 차단막 층(20)은 차단막(229a) 및 차단막 보호층(229b)를 포함할 수 있다. The
차단막(229a)은 연결 다리층(22)과 소정의 이격 간격을 가지는 형태로 형성된다. 여기서, 소정의 이격 간격은 0.1 μm 내지 2 μm 사이의 간격인 것이 바람직하다. The blocking
또한, 차단막(229a)은 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. 즉, 차단막 층(20)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성될 수 있다. Additionally, the blocking
차단막(229a)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다. 차단막 보호층(229b)은 절연체로 형성될 수 있다. The blocking
제1 실시예에 따른 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 사각 형상으로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)은 사각 형상으로 형성된 경우 100 nm 이상의 두께로 형성되며, 적어도 8 내지 14 μm의 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장 대역의 적외선을 반사 가능한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. The
한편, 차단막 층(20)의 사각 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성되거나, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면보다 0.1 μm 내지 1 μm 높은 높이로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)이 절연층(222)의 상층면보다 높게 형성되는 경우 적외선 차단률을 더욱 증가시킬 수 있다. Meanwhile, the blocking
열 전도층(228)은 저항체 층(21) 및 센서 기판(227) 사이에 위치한다. 열 전도층(228)의 일부 영역은 센서 기판(227)과 연결된다. 열 전도층(228)은 흡수된 적외선 에너지가 센서 기판(227)으로 빠져나가도록 한다. The
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining the manufacturing process of a reference cell according to the first embodiment of the present invention.
도 3의 (a)는 센서 기판(227) 상에 컨텍 패드(225)를 형성하는 S310 단계를 나타낸다. Figure 3(a) shows step S310 of forming the
S310 단계는 센서 기판(227) 상에 반사 물질을 증착하고, 일부 영역을 식각 처리하여 컨텍 패드(225)를 형성한다. 여기서, 컨텍 패드(225)는 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속 물질을 이용하여 형성될 수 있다. In step S310, a reflective material is deposited on the
컨텍 패드(225)는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. The
도 3의 (b)는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228) 및 저항체 층(21)을 형성하는 S320 단계를 나타낸다. Figure 3(b) shows step S320 of forming the
S320 단계는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228)을 우선적으로 증착하고, 열 전도층(228) 상에 저항체 층(21)을 증착한다. 구체적으로, S320 단계는 열 전도층(228) 상에 제1 보호층(223b), 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b) 순으로 증착을 수행하고, 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b)의 양단을 식각 처리한다. In step S320, the
S320 단계에서 형성된 열 전도층(228)은 광 최대 흡수효율을 갖는 λ/4 이격 구조를 위하여 형성된다. 또한, 저항층(223a)은 온도 변화에 따라 저항이 변화되는 동작을 위하여 형성된다. The
도 3의 (c)는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성하는 S330 단계를 나타낸다. Figure 3(c) shows step S330 of forming a cavity for forming the
S330 단계는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성한다. In step S330, a cavity is formed to electrically connect the
S330 단계에서 동공은 제2 보호층(223b) 및 열 전도층(228)의 양단에 홀(Hole) 패터닝 및 식각을 통해 형성된다. In step S330, cavities are formed through hole patterning and etching at both ends of the second
도 3의 (d)는 지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)을 형성하고, 연결 다리층(22)을 형성하는 S340 단계를 나타낸다. Figure 3 (d) shows step S340 of forming the
S340 단계는 기 형성된 동공에 지지 기둥(224)을 증착하면서 동시에 저항체 층(21) 상에 차단막 층(20)를 형성한다. 즉, 차단막 층(20)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성된다. Step S340 deposits the
높은 적외선 에너지가 입사될 경우 참조 셀(220)에서 흡수한 적외선 에너지를 배출하지 못해 영상의 왜곡이 발생하는데 이를 차단하기 위해 지지 기둥(224) 형성시 차단막 층(20)을 같이 형성한다. When high infrared energy is incident, the infrared energy absorbed by the
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성되며, 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. The
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다.The
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)이 형성된 이후, S340 단계에서는 연결 다리층(22)을 형성한다.After the
연결 다리층(22)은 신호층(226)과 저항체(223a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(221a), 연결 다리부(221a)와 연결된 연결 다리 금속층(221b)을 포함하는 형태로 형성된다. 또한, 연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)를 보호하기 위한 절연체(222)를 포함하여 형성된다. The
S340 단계에서, 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 사각 형상으로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)은 사각 형상으로 형성된 경우 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성된다. 또한, 차단막 층(20)은 적어도 8 μm 내지 14 μm의 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장 대역의 적외선을 반사 가능한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. In step S340, the blocking
한편, S340 단계에서, 차단막 층(20)의 사각 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성될 수 있다.Meanwhile, in step S340, the blocking
도 3에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 3에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In Figure 3, each step is described as being executed sequentially, but it is not necessarily limited to this. In other words, the steps shown in FIG. 3 may be applied by modifying them or executing one or more steps in parallel, so FIG. 3 is not limited to a time-series order.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.4A and 4B are diagrams showing a reference cell of a bolometer infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 4a는 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 평면도를 나타내고, 도 4b는 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 단면도를 나타낸다. FIG. 4A shows a top view of the
제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서는 고온 타겟에 의한 참조 셀의 원치 않는 온도변화에 따른 출력 신호 균일성 저하를 개선하기 위한 구조를 가진다. The bolometer infrared sensor according to the second embodiment has a structure to improve output signal uniformity degradation due to unwanted temperature changes in the reference cell due to the high temperature target.
제2 실시예에 따른 참조 셀(220)은 도 2a 및 도 2b에 기재된 제1 실시예에 따른 참조 셀(220)과 그 구조가 동일하며, 차단막 층(20)의 구조만 상이함에 따라 중복되는 설명은 생략하고, 차단막 층(20)에 대한 차이점을 위주로 설명하도록 한다. The
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성된다. 여기서, 차단막 층(20)은 차단막(229a) 및 차단막 보호층(229b)를 포함할 수 있다. The
또한, 차단막(229a)은 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. 즉, 차단막(229a)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성될 수 있다. Additionally, the blocking
차단막(229a)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다. 차단막 보호층(229b)은 절연체로 형성될 수 있다.The blocking
제2 실시예에 따른 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 메쉬 형상으로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)은 메쉬 형상으로 형성된 경우 메쉬 형상의 격자 모양 각각은 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성된다. 메쉬 형상의 차단막 층(20)은 벌크 형상 차단막 대비 낮은 열용량을 가지며, 보다 빠른 적외선 에너지 배출 가능하다. The blocking
메쉬 형상의 차단막 층(20)은 복수개의 격자들이 배열된 구조를 포함하며, 격자 패턴의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 일 수 있고, 격자들 사이에 형성되는 스페이스의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 일 수 있다. 여기서, 메쉬 형상의 차단막 층(20)의 격자 패턴의 폭이 0.18 μm 미만이거나 스페이스의 폭이 4 μm를 초과하는 경우 차단막 구현이 어렵고, 적외선 차단성이 저하될 수 있다. 메쉬 형상의 차단막 층(20)의 격자 패턴의 폭이 4 μm를 초과하거나 스페이스의 폭이 0.18 μm 미만인 경우 차단막 층(20)의 개구율이 기 설정된 임계치 미만이 되어 열용량이 증가하게 된다. The mesh-shaped
한편, 차단막 층(20)의 메쉬 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성되거나, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면보다 0.1 μm 내지 1 μm 높은 높이로 형성될 수 있다. Meanwhile, the
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. Figure 5 is a diagram for explaining the manufacturing process of a reference cell according to a second embodiment of the present invention.
도 5의 (a)는 센서 기판(227) 상에 컨텍 패드(225)를 형성하는 S510 단계를 나타낸다. Figure 5(a) shows step S510 of forming the
S510 단계는 센서 기판(227) 상에 반사 물질을 증착하고, 일부 영역을 식각 처리하여 컨텍 패드(225)를 형성한다. 여기서, 컨텍 패드(225)는 일반적으로 반응체 셀(210)의 반사 패드(215)와 동일 평면상에 형성되며, 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속 물질을 사용하여 형성될 수 있다. In step S510, a reflective material is deposited on the
컨텍 패드(225)는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. The
도 5의 (b)는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228) 및 저항체 층(21)을 형성하는 S520 단계를 나타낸다. Figure 5(b) shows step S520 of forming the
S520 단계는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228)을 우선적으로 증착하고, 열 전도층(228) 상에 저항체 층(21)을 증착한다. 구체적으로, S520 단계는 열 전도층(228) 상에 제1 보호층(223b), 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b) 순으로 증착을 수행하고, 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b)의 양단을 식각 처리한다. In step S520, the
S520 단계에서 형성된 열 전도층(228)은 광 최대 흡수효율을 갖는 λ/4 이격 구조를 위하여 형성된다. 또한, 저항층(223a)은 온도 변화에 따라 저항이 변화되는 동작을 위하여 형성된다. The
도 5의 (c)는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성하는 S530 단계를 나타낸다. Figure 5(c) shows step S530 of forming a cavity for forming the
S530 단계는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성한다. In step S530, a cavity is formed to form a
S530 단계에서 동공은 제2 보호층(223b) 및 열 전도층(228)의 양단에 홀(Hole) 패터닝 및 식각을 통해 형성된다. 여기서, 식각은 Cl 및 F-기 이용한 식각일 수 있다. In step S530, cavities are formed through hole patterning and etching at both ends of the second
도 5의 (d)는 지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)을 형성하고, 연결 다리층(22)을 형성하는 S540 단계를 나타낸다. Figure 5(d) shows step S540 of forming the
S540 단계는 기 형성된 동공에 지지 기둥(224)을 증착하면서 동시에 저항체 층(21) 상에 차단막 층(20)를 형성한다. 즉, 차단막 층(20)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성된다. Step S540 deposits the
높은 적외선 에너지가 입사될 경우 참조 셀(220)에서 흡수한 적외선 에너지를 배출하지 못해 영상의 왜곡이 발생하는데 이를 차단하기 위해 지지 기둥(224) 형성시 차단막 층(20)을 같이 형성한다. When high infrared energy is incident, the infrared energy absorbed by the
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성되며, 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. The
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다.The
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)이 형성된 이후, S540 단계에서는 연결 다리층(22)을 형성한다.After the
연결 다리층(22)은 신호층(226)과 저항체(223a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(221a), 연결 다리부(221a)와 연결된 연결 다리 금속층(221b)을 포함하는 형태로 형성된다. 또한, 연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)를 보호하기 위한 절연체(222)를 포함하여 형성된다. The
S540 단계에서, 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 메쉬 형상으로 형성될 수 있다. In step S540, the blocking
차단막 층(20)은 메쉬 형상으로 형성된 경우 메쉬 형상의 격자 모양 각각은 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성된다. 메쉬 형상의 차단막 층(20)은 벌크 형상 차단막 대비 낮은 열용량을 가지며, 보다 빠른 적외선 에너지 배출 가능하다. When the
S540 단계에서, 메쉬 형상의 차단막 층(20)은 복수개의 격자들이 배열된 구조로 형성되며, 격자 패턴의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성될 수 있고, 격자들 사이에 형성되는 스페이스의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성될 수 있다. In step S540, the mesh-shaped
한편, S540 단계에서, 차단막 층(20)의 메쉬 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성될 수 있다.Meanwhile, in step S540, the
도 5에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 5에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In Figure 5, each step is described as being executed sequentially, but it is not necessarily limited to this. In other words, the steps shown in FIG. 5 may be applied by modifying them or executing one or more steps in parallel, so FIG. 5 is not limited to a time-series order.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀을 나타낸 도면이다.Figures 6a and 6b are diagrams showing a reactant cell of a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 본 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀(210)에 대한 평면도를 나타내고, 도 6b는 본 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀(210)에 대한 단면도를 나타낸다. FIG. 6A shows a plan view of the
볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀(210)은 적외선을 흡수하여 저항이 변화되어 변조된 전류신호를 발생시킨다. The
반응체 셀(210)은 적외선을 흡수하는 흡수체 층(30), 흡수체 층(30)에서 흡수한 열을 신호취득회로가 포함된 센서 기판(217)에 빼앗기지 않기 위해 열전도도가 작게 설계되어져 열적 고립을 이뤄주는 연결다리층(32), 흡수체 층(30) 및 저창체 층(31)을 센서 기판(217)으로부터 λ/4 가량 이격시켜서 최대의 흡수율을 갖도록 해주는 지지 기둥(214)을 포함하는 형태로 구성된다. 여기서, λ는 8 μm 내지 14 μm의 파장을 의미한다. 광 흡수 메커니즘상 최대 흡수 효율을 가지려면 반사판(215)에서 흡수층 사이 간격이 λ/4 구조(예: 2 내지 3.5 μm)로 구현되는 것이 바람직하다. The
저항체 층(31)은 연결 다리층(32)과 연결된다. 저항체 층(31)은 저항층(213a) 및 보호층(213b)을 포함한다. The
저항층(213a)의 일부 영역은 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)와 접하는 형태로 연결된다. A portion of the
보호층(213b)은 저항층(213a)의 상면 및 하면을 덮는 형태로 형성되며, 절연 물질로 형성된다. The
흡수체 층(30)은 적외선을 흡수하는 흡수층(219a), 흡수층(219a)을 전기적으로 절연 혹은 외부로부터 보호해주는 역할을 하는 흡수 보호층(219b)을 포함한다. 흡수층(219a)은 저항체 층(31)의 상면에 접하는 형태로 구현되며, 흡수 보호층(219b)은 흡수층(219a)의 상면을 보호하는 형태로 형성된다. 흡수 보호층(219b)은 절연 물질로 형성된다. The
연결 다리층(32)은 저항층(213a)과 지지 기둥(214)을 전기적으로 연결해주는 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)을 포함한다. 또한, 연결 다리층(32)은 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)를 보호하기 위한 절연체(212)를 포함할 수 있다. 여기서, 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)은 전도성이 높고 열전도도가 낮은 티타늄, 크롬, 니켈-크롬, 티타늄 합금 등의 금속이나 전도성 세라믹 물질이 사용된다. The
지지 기둥(214)은 저항층(213a)과 연결된 연결 다리층(32)과 반사 패드(215) 사이에 형성된다. The
지지 기둥(214)은 반사 패드(215)와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층(32)과 연결된다. 지지 기둥(214)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성된다. One side of the
도 6의 반응체 셀(210)에서는 열 전도층(218)인 희생층을 제거하여 열적 고립을 이루는 구조를 형성한다.In the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. Figure 7 is a diagram for explaining the manufacturing process of a reactant cell according to an embodiment of the present invention.
도 7의 (a)는 센서 기판(217) 상에 반사 패드(215)를 형성하는 S710 단계를 나타낸다. Figure 7(a) shows step S710 of forming the
S710 단계는 센서 기판(217) 상에 반사 물질을 증착하고, 일부 영역을 식각 처리하여 반사 패드(215)를 형성한다. 여기서, 반사 패드(215)는 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속 물질을 이용하여 형성될 수 있다. In step S710, a reflective material is deposited on the
반사 패드(215)는 센서 기판(217)의 신호층(216)과 전기적으로 연결되도록 형성되며, 투과된 적외선의 재흡수를 위하여 형성될 수 있다. The
도 7의 (b)는 센서 기판(217) 및 반사 패드(215) 상에 열 전도층(218) 및 저항체 층을 형성하는 S720 단계를 나타낸다. Figure 7(b) shows step S720 of forming the heat conduction layer 218 and the resistor layer on the
S720 단계는 센서 기판(217) 및 반사 패드(215) 상에 열 전도층(218)을 우선적으로 증착하고, 열 전도층(218) 상에 저항체 층을 증착한다. 구체적으로, S720 단계는 열 전도층(218) 상에 제1 보호층(213b), 저항층(213a) 및 제2 보호층(213b) 순으로 증착을 수행하고, 저항층(213a) 및 제2 보호층(213b)의 양단을 식각 처리한다. In step S720, a heat-conducting layer 218 is preferentially deposited on the
S720 단계에서 형성된 열 전도층(218)은 광 최대 흡수효율을 갖는 λ/4 이격 구조를 위하여 형성된다. 또한, 저항층(213a)은 온도 변화에 따라 저항이 변화되는 동작을 위하여 형성된다. The heat conduction layer 218 formed in step S720 is formed to have a λ/4 spaced structure with maximum light absorption efficiency. Additionally, the
도 7의 (c)는 지지 기둥(214)을 형성하기 위한 동공을 형성하는 S730 단계를 나타낸다. Figure 7 (c) shows step S730 of forming a cavity for forming the
S730 단계는 센서 기판(217)의 신호층(216)과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(214)을 형성하기 위한 동공을 형성한다. In step S730, a cavity is formed to electrically connect the
S730 단계에서 동공은 제2 보호층(213b) 및 열 전도층(218)의 양단에 홀(Hole) 패터닝 및 식각을 통해 형성된다. 여기서, 식각은 Cl 및 F-기 이용한 식각일 수 있다. In step S730, cavities are formed through hole patterning and etching at both ends of the second
도 7의 (d)는 지지 기둥(214) 및 연결 다리층(32)을 형성하는 S740 단계를 나타낸다. Figure 7 (d) shows step S740 of forming the
S740 단계는 기 형성된 동공에 신호회로기판과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(214)을 증착한다. Step S740 deposits a
지지 기둥(214)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다.The
지지 기둥(214)이 형성된 이후, S740 단계에서는 구조체의 열적 고립을 위한 연결 다리층(32)을 형성한다. 여기서, 연결 다리층(32)은 열전도도가 낮은 물질 사용하여 형성된다. After the
연결 다리층(32)은 신호층(216)과 저항체(213a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(211a), 연결 다리부(211a)와 연결된 연결 다리 금속층(211b)을 포함하는 형태로 형성된다. 또한, 연결 다리층(32)은 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)를 보호하기 위한 절연체(212)를 포함하여 형성된다. The
도 7의 (e)는 흡수층(219)을 형성하는 S750 단계를 나타낸다. Figure 7(e) shows step S750 of forming the absorption layer 219.
S750 단계는 저항체 층(31) 상에 흡수체 층(30)을 형성한다. Step S750 forms the
흡수체 층(30)은 적외선을 흡수하는 흡수층(219a), 흡수층(219a)을 전기적으로 절연 혹은 외부로부터 보호해주는 역할을 하는 흡수 보호층(219b)을 포함한다. 흡수층(219a)은 저항체 층(31)의 상면에 접하는 형태로 구현되며, 흡수 보호층(219b)은 흡수층(219a)의 상면을 보호하는 형태로 형성된다. 흡수 보호층(219b)은 절연 물질로 형성된다. The
도 7의 (f)는 열적 고립을 위한 구조체 형성을 위하여 열 전도층(218)을 제거하는 S760 단계를 나타낸다. Figure 7(f) shows step S760 of removing the heat conductive layer 218 to form a structure for thermal isolation.
S760 단계는 열 전도층(218)인 희생층(폴리이미드)을 제거하여 열적 고립을 위한 구조를 형성한다. S760 단계는 열 전도층(218) 제거를 통해 연결다리층(32) 및 흡수체 층(30)를 센서 기판(217)으로부터 λ/4 가량 이격시켜서 최대의 흡수율을 갖도록 해주는 지지 기둥(214)을 포함하는 형태로 열적 고립을 위한 구조체를 형성한다.Step S760 forms a structure for thermal isolation by removing the sacrificial layer (polyimide), which is the heat conducting layer 218. Step S760 includes a
도 7에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 7에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In Figure 7, each step is described as being executed sequentially, but it is not necessarily limited to this. In other words, the steps shown in FIG. 7 may be applied by modifying and executing one or more steps in parallel, so FIG. 7 is not limited to a time series order.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀과 참조 셀이 신호 취득 회로와 연결된 검출 회로를 나타낸 회로도이다. Figure 8 is a circuit diagram showing a detection circuit in which a reactant cell and a reference cell are connected to a signal acquisition circuit according to an embodiment of the present invention.
반응체 셀(210)은 바이어스 전압(Va)을 결정하는 트랜지스터(240)와 접지에 연결되어지고 참조 셀(220)은 바이어스 전압(Vb)을 결정하는 또다른 트랜지스터(250)와 전원선과 연결된다. The
두 트랜지스터(240, 250)는 연산증폭기의 음의 단자에 연결되고 이 단자는 캐패시터에 연결되어져 연산증폭기의 출력부와 연결된다. The two
연산 증폭기의 양의 단자는 기준전압에 연결된다. 반응체 셀(210)에서 생성된 기본 전류(Ia)는 참조 셀에서 생성된 오프셋 전류(Ib)에 의해 상쇄된다. The positive terminal of the operational amplifier is connected to the reference voltage. The base current (Ia) generated in the
만약 입사된 적외선에 의해 반응체 셀(210)의 저항이 변하게 되면 반응체 셀(210)에 흐르는 전류성분이 변하게 되고 이 변조된 전류(ΔI)만이 캐패시터(260)에 적분되어져 신호성분으로 나타나게 된다. If the resistance of the
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 이용한 적외선 영상의 출력을 나타낸 예시도이다.Figure 9 is an exemplary diagram showing the output of an infrared image using a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
도 9의 (a)는 일반적인 볼로미터 적외선 센서에 의해 출력되는 적외선 영상을 나타낸다. Figure 9(a) shows an infrared image output by a general bolometer infrared sensor.
도 9의 (b)는 일반적인 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀에 태양광이 입사되었을 시 발생되는 영상 노이즈(900)를 나타낸다. Figure 9(b) shows image noise 900 generated when sunlight is incident on the reference cell of a general bolometer infrared sensor.
본 발명의 실시예와 같이 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀에 차단막 층을 형성한 경우, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 영상 노이즈가 발생하지 않는 적외선 영상을 출력할 수 있다. When a blocking film layer is formed on the reference cell of a bolometer infrared sensor as in an embodiment of the present invention, an infrared image without image noise can be output, as shown in (c) of FIG. 9.
이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an exemplary explanation of the technical idea of the embodiments of the present invention, and those skilled in the art can make various modifications and modifications without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Transformation will be possible. Accordingly, the embodiments of the present invention are not intended to limit but to explain the technical idea of the embodiment of the present invention, and the scope of the technical idea of the embodiment of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the embodiments of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the embodiments of the present invention.
10: 적외선 검출기 100: 적외선 윈도우
200: 적외선 센서 300: 피드쓰루부
210: 반응체 셀
31: 흡수체 층 32: 연결 다리층
214: 지지 기둥 215: 컨텍 패드
217: 센서 기판
220: 참조 셀
21: 저항체 층 22: 연결 다리층
224: 지지 기둥 225: 컨텍 패드
227: 센서 기판 228: 열 전도층
229: 차단막 층10: infrared detector 100: infrared window
200: Infrared sensor 300: Feed through unit
210: reactant cell
31: absorber layer 32: connecting bridge layer
214: support pillar 215: contact pad
217: sensor board
220: Reference cell
21: resistor layer 22: connection bridge layer
224: support pillar 225: contact pad
227: sensor substrate 228: heat conduction layer
229: barrier layer
Claims (11)
신호취득회로의 전기신호 전달을 위한 신호층을 포함하는 센서 기판;
상기 센서 기판의 신호층과 연결되며, 전기적 연결을 위한 컨텍 패드;
상기 컨텍 패드와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층과 연결되는 지지 기둥;
상기 지지 기둥과 일측이 연결되고, 타측이 저항체 층과 연결되는 연결 다리층;
상기 연결 다리층과 연결되며, 온도에 따라 저항이 가변하는 저항체 층;
적외선을 차단하기 위하여 상기 저항체 층과 접하는 형태로 형성된 차단막 층; 및
상기 저항체 층 및 상기 센서 기판 사이에 위치하며, 일부 영역이 상기 센서 기판과 연결된 열 전도층을 포함하되,
상기 차단막 층의 상측면은, 상기 지지 기둥의 일측단을 감싸고 있는 절연층의 상층면과 동일한 높이 또는 상기 지지 기둥의 일측단을 감싸고 있는 절연층의 상층면보다 0.1 μm 내지 1 μm 높은 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.In a bolometer infrared sensor to minimize output changes caused by high temperature targets,
A sensor substrate including a signal layer for transmitting electrical signals of a signal acquisition circuit;
a contact pad connected to the signal layer of the sensor substrate and for electrical connection;
a support pillar connected to the contact pad on one side and connected to the connection bridge layer on the other side;
a connection bridge layer connected on one side to the support pillar and on the other side connected to a resistor layer;
a resistive layer connected to the connection bridge layer and having variable resistance depending on temperature;
a blocking film layer formed in contact with the resistive layer to block infrared rays; and
It is located between the resistor layer and the sensor substrate, and includes a heat conduction layer in which a portion of the area is connected to the sensor substrate,
The upper side of the barrier layer is formed at the same height as the upper surface of the insulating layer surrounding one end of the support pillar or 0.1 μm to 1 μm higher than the upper surface of the insulating layer surrounding one end of the support pillar. Bolometric infrared sensor, characterized in that.
상기 차단막 층은,
상기 연결 다리층과 소정의 이격 간격을 가지는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to paragraph 1,
The barrier layer is,
A bolometric infrared sensor, characterized in that it is formed in a shape having a predetermined separation distance from the connecting bridge layer.
상기 차단막 층은,
상기 연결 다리층과 0.1 μm 내지 2 μm 사이의 이격 간격을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to paragraph 2,
The barrier layer is,
A bolometric infrared sensor, characterized in that it is formed to have a separation distance between the connecting bridge layer and 0.1 μm to 2 μm.
상기 차단막 층은,
상기 지지 기둥의 재질과 동일한 재질로 형성되며, 상기 지지 기둥을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to paragraph 1,
The barrier layer is,
A bolometric infrared sensor that is formed of the same material as the support pillar and is formed simultaneously in the process step of forming the support pillar.
상기 차단막 층은,
티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to paragraph 4,
The barrier layer is,
A bolometric infrared sensor, characterized in that it is formed of one metal of titanium (Ti), nickel (Ni), copper (Cu), and aluminum (Al) or an alloy of at least one metal mixed.
상기 차단막 층은,
상기 저항체 층의 상측면에 사각 형상 또는 매쉬 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to paragraph 1,
The barrier layer is,
A bolometric infrared sensor, characterized in that it is formed in a square shape or mesh shape on the upper side of the resistive layer.
상기 차단막 층은,
사각 형상으로 형성된 경우 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성되며, 적어도 8 내지 14 μm의 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장 대역의 적외선을 반사 가능한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to clause 6,
The barrier layer is,
When formed in a square shape, it is formed to a thickness of 0.1 μm to 1 μm, and is formed to a thickness that can reflect infrared rays in the far infrared (LWIR: Long Wavelength InfraRed) wavelength band of at least 8 to 14 μm.
상기 차단막 층은,
메쉬 형상으로 형성된 경우 격자 모양 각각은 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to clause 6,
The barrier layer is,
When formed in a mesh shape, a bolometric infrared sensor is characterized in that each grid shape is formed with a thickness of 0.1 μm to 1 μm.
상기 차단막 층은,
복수개의 격자들이 배열된 구조로 형성되며, 격자 패턴의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성되며, 격자들 사이에 형성되는 스페이스의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.According to clause 8,
The barrier layer is,
A bolometric infrared sensor formed in a structure in which a plurality of grids are arranged, the width of the grid pattern is 0.18 μm to 4 μm, and the width of the space formed between the grids is 0.18 μm to 4 μm. .
상기 지지 기둥은,
기둥 중앙에 요홈부를 포함하며, 상기 요홈부는 상기 지지 기둥의 두께가 0.1 μm 내지 1 μm이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서.
According to paragraph 1,
The support pillar is,
A bolometric infrared sensor comprising a groove in the center of the pillar, wherein the groove is formed so that the thickness of the support pillar is 0.1 μm to 1 μm.
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