KR20000026863A - 적외선 볼로메터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 볼로메터에 관한 것으로, 흡수대(295)에 의해 둘러싸여 있고, 그의 형상이 X축 방향의 총길이에 대한 Y축 방향의 총길이의 비가 0.5∼2.0이고 서로 동일한 ㄴ자형의 연속하는 형상을 가지며, 그의 길이가 그의 중심으로 갈수록 점점 작아지는 형상을 갖는 볼로메터 요소(285)를 포함하는 것에 의해, X축 및 Y축 방향의 응력이 동일하게 되어 한쪽 방향으로의 변형을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 물체가 방사하고 있는 각종 적외선(온도)을 검출하는 적외선 볼로메터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축응력에 따른 변형량을 감소시킬 수 있는 형상을 갖는 볼로메터 요소를 포함하는 적외선 볼로메터에 관한 것이다.
일반적으로 볼로메터는 적외선 센서의 일종으로서, 물체에서 방사되는 적외선을 흡수하여 열에너지로 바뀔 때 그로 인한 온도상승으로 전기저항이 변화하는 것을 측정하여 직접 접촉하지 않아도 물체 표면의 온도를 감지할 수 있는 특징을 가진다.
이와 같은 볼로메터는 금속 또는 반도성 재료를 이용하여 제조된다. 금속 볼로메터 요소는 온도의 변화에 자유전자의 밀도가 지수적으로 변화하는 특성을 가지며, 반도성 재료 볼로메터 요소는 온도변화에 따른 저항변화에 있어서 큰 민감성을 얻을 수 있다. 그러나 반도성 재료 볼로메터는 박막형으로 제조하기가 어려워 실용화되기 어려운 문제점이 있다.
도 1, 도 2 및 도3은 종래의 일실시예에 따른 볼로메터를 예시한 것으로, 미합중국 특허 No.5,300,915에 "열센서(THERMAL SENSOR)"라는 명칭으로 공개되어 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 볼로메터를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 볼로메터의 사시도이며, 도 3은 볼로메터 요소의 형상을 보여주기 위한 도 1의 상면의 평면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
종래의 볼로메터(10)는 부상된 검출레벨(11)과 하부레벨(12)로 이루어져 있다. 하부레벨(12)은 단결정 실리콘 기판과 같은 상부가 평평한 반도성 기판(13)을 가지고 있다. 반도성 기판(13)의 상부표면(14) 위에는 다이오드, X-버스라인, Y-버스라인, 접속단자, X-버스라인의 끝에 위치하는 접촉패드 등을 구비하는 집적회로(15)가 통상적인 실리콘 집적회로 제조기술을 이용하여 제조되어 있다. 집적회로(15)는 실리콘 질화막(16)으로 이루어진 보호층으로 코팅되어 있다. 선형으로 패인 도랑(17)은 부상된 검출레벨(11)에 의해 덮여져 있지 않다.
부상된 검출레벨(11)은 실리콘 질화막층(20), 금속저항층(21), 실리콘 질화막층(20)과 금속저항층(21) 위에 형성된 또다른 실리콘 질화막층(22), 실리콘 질화막층(22) 위에 형성된 적외선 흡수코팅(23) 등으로 이루어져 있다. 아래쪽으로 뻗어있는 실리콘 질화막층(20')(22')은 부상된 검출레벨(11)을 지지하는 기울어진 네 개의 다리를 만드는 동안 동시에 만들어진다. 다리의 개수는 네 개보다 적을수도 많을수도 있다. 두 레벨사이에는 빈공간(26)이 형성되어 서로 이격되어 있다. 제조공정동안, 빈공간(26)은 실리콘 질화막층(20)(20')(22)(22')이 증착될 때까지 용해성 유리나 용해성 재료로 제거되기 쉬운 재료로 증착되어 채워져 있다가 용해성유리나 용해성재료가 제거되어 빈공간(26)으로 남게된다.
이러한 적외선 볼로메터에 있어서, 외부로부터 적외선이 입사되는 경우, 입사된 적외선은 실리콘 질화막(21)을 통해 열에너지로 변환되고, 이 변환된 열에너지에 의해 금속저항층(21)의 저항이 변화하게 된다. 이때, 금속저항층(21)의 길이를 최대한 길게 형성하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 X축 방향이 길고 Y축 방향이 상대적으로 짧은 ㄹ자형의 연속적인 구조로 배치한다.
그러나, 상술한 금속저항층(21)은 X축 방향이 길고 Y축 방향이 상대적으로 짧은 비대칭구조를 가지므로, 금속저항층(21)의 길이가 길어짐에 따라 압축응력이 증가되어 금속저항층(21)의 X축 방향이 변형된다. 이렇게 변형된 금속박막층(21)을 갖는 픽셀이 집적되면, 적외선 볼로메터가 전체적으로 X축 방향으로만 휘게 되어 잡음이 커지게 되며 열상 이미지가 일그러지고 분해능이 떨어진다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축응력에 따른 변형량을 감소시킬 수 있는 형상을 갖는 볼로메터 요소를 포함하는 적외선 볼로메터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기판과 기판 위에 형성된 적어도 한쌍 이상의 접속단자, 기판을 덮는 보호층을 갖는 구동기판레벨과, 접속단자에 전기적으로 연결된 전도선을 포함하면서 지지대가 적어도 한쌍 이상이 형성되는 지지레벨과, 지지레벨에 의해 지지되는 흡수대와 흡수대에 의해 둘러싸인 볼로메터 요소를 갖는 흡수레벨을 구비하는 적외선 볼로메터에 있어서, 볼로메터 요소는 X축 방향의 총길이에 대한 Y축 방향의 총길이의 비가 0.5∼2.0이고 서로 동일한 ㄴ자형의 연속하는 형상을 가지며, 그의 길이가 그의 중심으로 갈수록 점점 작아지는 형상을 갖는
것을 특징으로 한다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 볼로메터를 설명하는 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 볼로메터의 사시도,
도 3은 볼로메터 요소의 형상을 보여주기 위한 도 1의 상면의 개략적인 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 적외선 볼로메터를 도시한 단면도,
도 5는 볼로메터 요소의 형상을 보여주기 위한 도 4의 상면의 개략적인 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 구동기판레벨 220 : 지지레벨 230 : 흡수레벨
212 : 기판 214 : 접속단자 216 : 보호층
240 : 지지교각 252 : 비아홀 265 : 전도선
270 : 포스트 272 : 전관 274 : 절연물질
285 : 볼로메터 요소 295 :흡수대
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적외선 볼로메터를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 적외선 볼로메터를 도시한 단면도이고, 도 5는 볼로메터 요소의 형상을 보여주기 위한 도 4의 상면의 개략적인 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 적외선 볼로메터(201)의 구성은 구동기판레벨(210), 지지레벨(220), 적어도 한쌍 이상의 포스트(270) (한개만 도시), 흡수레벨(230)로 구성된다.
구동기판레벨(210)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(212)과 한쌍의 접속단자(214) (한개만 도시), 및 보호층(216)을 포함한다. 금속으로 만들어진 각각의 접속단자(214)는 기판(212)의 상부에 형성되어, 기판(212)의 집적회로에 전기적으로 접속되어 적외선 방사에너지 흡수작용에 의한 볼로메터(201)의 저항변화를 집적회로에 전달하는 역할을 한다. 보호층(216)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 예를들면, 실리콘 질화막으로 만들어져 있으면서 기판(212)을 덮고 있도록 형성되어 공정중에 기판(212)에 손상이 가지않도록 한다.
지지레벨(220)은 실리콘 질화막으로 만들어진 한쌍의 지지교각(240) (한개만 도시)을 포함하는데, 지지교각(240)의 상부에는 티타늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전도선(265)이 형성되어 있다. 지지교각(240)의 앵커부분에는 비아홀(252)이 형성되어 있어서, 이 비아홀(252)을 통해 전도선(265)의 한끝이 접속단자(214)에 전기적으로 연결될 수 있다.
흡수레벨(230)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 예를들면, 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어진 흡수대(295)와, 흡수대(295)에 의해 둘러싸여진 볼로메터 요소(285)를 포함한다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 볼로메터 요소(285)는 X축 방향의 총길이에 대한 Y축 방향의 총길이의 비가 0.5∼2.0이고 서로 동일한 ㄴ자형의 연속하는 형상을 가지며, 그의 길이가 그의 중심으로 갈수록 점점 작아지는 형상인 대략 동심원의 형상을 갖는다. 이러한 형상에 의해 볼로메터 요소(285)의 X축 및 Y축 방향의 응력이 같아지게 되어 한쪽 방향으로의 심한 변형을 방지할 수 있다.
한편, 포스트(270)는 흡수레벨(230)과 지지레벨(220)의 사이에 위치한다. 포스트(270)는 실리콘 질화막 같은 절연물질(274)에 의해서 둘러싸여져 있고 티타늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전관(272)을 포함하는데, 전관(272)의 상부 끝은 X축 방향의 총 길이의 합과 Y축 방향의 총 길이의 합이 서로 동일하게 형성된 볼로메터 요소(285)의 한쪽 끝에 전기적으로 연결되어 있고, 다른 한쪽 끝은 지지교각(240)의 전도선(265)에 전기적으로 연결되어 있다. 여기에서, 비록 도시하지는 않았지만 상술한 연결구성을 갖는 포스트가 또 하나 있다. 따라서, 상술한 한쌍의 포스트에 의해 흡수레벨(230)의 볼로메터 요소(285)의 양끝은 전관(272), 전도선(265), 접속단자(214)를 통하여 구동기판레벨(210)의 집적회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 적외선 에너지가 흡수되었을 때, 볼로메터 요소(285)의 저항값이 바뀌고, 바뀐 저항값에 의하여 전압, 또는 전류가 변화한다. 변화된 전류나 전압은 집적회로에 입력시켜 증폭되어 출력되고, 증폭된 전류나 전압은 검출회로(도시되지 않음)에 의해 읽혀져 적외선 센싱이 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, X축 방향의 총길이에 대한 Y축 방향의 총길이의 비가 0.5∼2.0이고 서로 동일한 ㄴ자형의 연속하는 형상을 가지며, 그의 길이가 그의 중심으로 갈수록 점점 작아지는 대략 동심원 형상의 볼로메터 요소에 의해, X축 및 Y축 방향의 응력이 동일하게 되어 한쪽 방향으로의 변형을 방지할 수 있다.
Claims (2)
- 흡수대에 의해 둘러싸인 볼로메터 요소를 포함하는 적외선 볼로메터에 있어서,상기 볼로메터 요소는 X축 방향의 총길이에 대한 Y축 방향의 총길이의 비가 0.5∼2.0인 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 볼로메터 요소는 X축 방향의 길이와 Y축 방향의 길이가 그의 중심으로 갈수록 점점 작아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터.
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