KR20000044814A - 적외선 볼로메터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 볼로메터에 관한 것으로, 볼로메터 요소(285) 및 볼로메터 요소(285)를 둘러싸고 있는 흡수대(295)를 포함하는 적외선 볼로메터에 있어서, 흡수대(295)의 상부에 형성되고, 티타늄으로 이루어지는 박막층(297) 및 편평한 티타늄 박막층(297) 상에 형성되고, 거친 표면을 갖는 적외선 흡수코팅막(299)을 포함하는 것에 의해, 흡수율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 물체가 방사하고 있는 각종 적외선(온도)을 검출하는 적외선 볼로메터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 향상된 흡수면적 및 흡수율을 갖는 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.
적외선은 파장이 가시광보다 길고 전파보다 짧은 전자파의 일종으로 자연계에 존재하는 물체는 사람을 비롯하여 모두 적외선을 방사하고 있다. 단, 물체의 온도에 따라 그 파장이 다르므로 온도검출이 가능하다.
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 및 도 2는 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 1의 사시도를 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), 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 금속저항층(21), 실리콘 질화막층(20)과 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 금속저항층(21) 위에 형성된 또 다른 실리콘 질화막층(22), 실리콘 질화막층(22) 위에 형성된 적외선 흡수코팅막(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 적을 수도 많을 수도 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.
상술한 볼로메터에 있어서의 하나의 결점은 도 2에 도시된 바와 같이, 부상된 검출레벨 지지역활을 하는 다리가 함께 형성되어 있기 때문에 적외선을 흡수하는 전체면적이 줄어들기 때문에 최대의 흡수면적(Fill Factor)을 얻을 수 없다는 것이다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 향상된 흡수면적 및 흡수율을 갖는 적외선 볼로메터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 볼로메터 요소 및 볼로메터 요소를 둘러싸고 있는 흡수대를 포함하는 적외선 볼로메터에 있어서, 흡수대의 상부에 형성되고, 티타늄으로 이루어지는 박막층 및 티타늄 박막층 상에 형성되고, 거친 표면을 갖는 적외선 흡수코팅막을 포함하는 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 종래 볼로메터의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 볼로메터의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 적외선 볼로메터의 사시도,
도 4는 도 3의 I-I선에 따른 볼로메터의 단면도,
도 5a∼도 5c는 본 발명에 따른 적외선 흡수코팅막의 제조공정을 설명하기 위한 단면도.
<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 285 : 볼로메터 요소 295 : 흡수대
297 : 티타늄 박막층 299 : 적외선 흡수코팅막
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적외선 볼로메터를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 적외선 볼로메터의 사시도이고 도 4는 도 3의 I-I선에 따른 단면도이다.
도시된 바와 같이, 적외선 볼로메터(201)의 구성은 구동기판레벨(210), 지지레벨(220), 적어도 한쌍 이상의 포스트(270), 흡수레벨(230)로 구성된다.
구동기판레벨(210)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(212)과 한쌍의 접속단자(214) 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 이루어져 있으면서 기판(212)을 덮고 있도록 형성되어 공정중에 기판(212)에 손상이 가지 않도록 한다.
지지레벨(220)은 실리콘 질화막으로 만들어진 한쌍의 지지교각(240)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. 한편, 흡수대(295)의 상부에는 티타늄(Ti)으로 이루어지는 박막층(297)이 증착된 후, 그 위에 실리콘 산화 질화물(SiOxNy, 여기에서 x=0.1∼2.5 및 y=0.0∼2.0)로 이루어지는 적외선 흡수코팅막(299)이 형성된다. 이 적외선 흡수코팅막(299)의 형성과정은 후술한다.
각각의 포스트(270)는 흡수레벨(230)과 지지레벨(220)의 사이에 위치한다. 각각의 포스트(270)는 실리콘 질화막 같은 절연물질에 의해서 둘러싸여져 있고 티타늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전관(272)을 포함하는데, 전관(272)의 상부 끝은 볼로메터 요소(285)의 한쪽 끝에 전기적으로 연결되어 있고, 하부 끝은 지지교각(240)의 전도선(265)에 전기적으로 연결되어 있음으로서 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 입력되어 증폭, 출력되고, 증폭된 전류나 전압은 검출회로(도시되지 않음)에 의해 읽혀져 적외선 센싱이 된다.
이하, 본 발명에 따른 적외선 흡수코팅막(299)의 제조공정을 도 5a∼도 5c를 참조하여 간단히 설명한다.
즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 흡수대(295)의 상부에는 티타늄 박막층(297)이 스퍼터링법에 의해 20∼100nm의 두께로 증착된다.
그후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 티타늄 박막층(297) 상에 실리콘 산화 질화물(SiOxNy)로 이루어지는 적외선 흡수코팅막(299)이 증착된다. 실리콘 산화 질화물층이 티타늄 박막상에 성장하는 경우, 실리콘 산화 질화물층은 표면이 거칠고 내부에 기공이 많은 다공성 박막으로 성장하게 된다. 그 이유는, 실리콘 산화 질화물층이 편평한 티타늄층 상에서 성장하는 경우, 안정하게 성장할 수 있는 핵생성 장소가 제공되지 않기 때문이다. 여기에서, 적외선 흡수코팅막(299)의 표면을 거칠게 하는 것은 적외선을 보다 효율적으로 흡수하기 위한 것이다. 보다 상세하게 설명하면, 적외선이 적외선 흡수코팅막에 흡수될 때, 적외선의 일정 부분만 적외선 흡수코팅막에 흡수되고 나머지는 반사된다. 이때, 편평한 표면을 갖는 적외선 흡수코팅막과 비교할 때, 거친 표면을 갖는 적외선 흡수코팅막은 표면의 굴곡으로 인해 반사되는 적외선의 일부분을 재흡수할 수 있게 된다.
계속해서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 적외선 흡수코팅막(299)은 티타늄 박막층(297)의 일부가 노출되도록 패터닝 된 후, 티타늄 박막층(297)의 일부, 흡수대(295)의 일부가 에칭되고, 제 2 및 제 1 희생층 (310), (300)이 제거되어, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 볼로메터(201)가 완성된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 적외선 볼로메터는 지지교각과 흡수레벨이 동일상에 형성되어 있지 않고 흡수레벨의 아래에 지지교각이 형성되어 있으므로, 흡수레벨 전체가 적외선 흡수작용을 할 수 있으며, 적외선 흡수코팅막이 거친 표면을 가지므로, 흡수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (3)
- 볼로메터 요소 및 상기 볼로메터 요소를 둘러싸고 있는 흡수대를 포함하는 적외선 볼로메터에 있어서,상기 흡수대의 상부에 형성되고, 티타늄으로 이루어지는 박막층 및상기 박막층 상에 형성되고, 거친 표면을 갖는 적외선 흡수코팅막을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적외선 흡수코팅막은 실리콘 산화 질화물(SiOxNy)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 적외선 흡수코팅막의 재질인 실리콘 산화 질화물(SiOxNy)에 있어서 x의 범위는 0.1∼2.5이고 y의 범위는 0.0∼2.0인 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20030016866A (ko) * | 2001-08-22 | 2003-03-03 | 대우전자주식회사 | 적외선 흡수 볼로메터의 산화막 형성 방법 |
| KR20210041944A (ko) * | 2019-10-08 | 2021-04-16 | 국방과학연구소 | 다공성 양극 산화 알미늄 기반 적외선 방사체 소자 |
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1998
- 1998-12-30 KR KR1019980061314A patent/KR20000044814A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |