KR20000044815A - 적외선 흡수 볼로메터 - Google Patents
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Abstract
발명적인 적외선 흡수 볼로메터는 구동기판레벨, 지지레벨, 한쌍의 포스트, 흡수레벨 등으로 구성된다. 상기 구동기판레벨은 집적회로가 형성되어 있는 기판과, 한쌍의 접속단자, 기판을 덮고 있는 보호층을 포함한다. 상기 지지레벨은 한쌍의 지지교각 및 상기 지지교각 상부에 형성된 한쌍의 전도선등으로 구성되는데 상기 지지교각의 상기 구동기판레벨에 부착되어 있는 앵커부분과 상기 구동기판레벨로부터 공간이격되어 있는 부상된 부분 등을 포함한다. 상기 흡수레벨은 흡수대 및 상기 흡수대에 둘러쌓여 있는 볼로메터 요소, 흡수대의 상부에 형성된 적외선 흡수코팅 등을 포함하고 있는데, 상기 볼로메터 요소는 흡수대내에서 최적의 길이를 갖도록 꼬불꼬불하게 굽어 있다. 상기 각각의 포스트는 전관절연부에 의해 둘러쌓여 있는 전관을 포함하고 있는데, 상기 각각의 포스트의 하부면은 상기 지지교각의 부상된 부분에 부착되어 있고 상부면은 상기 흡수대의 중앙에 부착되어 있고, 상기 흡수레벨의 볼로메터요소의 양끝은 상기 각각의 전관과 전도선, 접속단자등을 통하여 집적회로에 전기적으로 연결되어 있다. 본 발명의 적외선 흡수 볼로메터에서 상기 흡수레벨의 흡수대는 중앙이 포스트와 연결되어 있음으로서 흡수대 내부에 압축응력의 발생을 줄이고, 상기 흡수레벨의 볼로메터 요소는 최적의 길이를 갖도록 꼬불꼬불하게 굽어있음으로서 온도변화에 따른 저항변화를 크게 할 수 있다.
Description
본 발명은 적외선 흡수 볼로메터에 관한 것으로서, 특히, 흡수레벨의 흡수대는 중앙부분이 하부의 포스트에 부착되어 있음으로서 내부에 압축응력의 발생을 줄이고, 흡수레벨의 볼로메터 요소는 최적의 길이를 갖도록 꼬불꼬불하게 굽어있음으로서 온도변화에 따른 저항변화를 크게 할 수 있다
적외선 영역의 방사빔의 크기에 따라 민감하게 변화하여 이를 외부신호로 검출하는 장치로서 적외선 검출기로는 포톤(Photon) 검출기와 볼로메터로 구분할 수 있다.
포톤검출기는 방사빔이 입사되었을 때 검출기의 활동영역에서 전자와 상호작용하여 변하는 포톤의 개수를 검출한다. 이와같이 포톤검출기는 전자와 포톤의 상호작용을 기초로하기 때문에 높은 민감도와 볼로메터와 비교하여 빠른 반응속도를 얻을 수 있다. 그러나, 포톤검출기는 저온에서 작동하여야 하기 때문에 냉각장치가 필요로 하는 결점이 있다.
반면에, 볼로메터는 방사빔을 흡수하였을 때 활동영역의 온도변화에 따라 저항값이 변하는 원리를 기초로 한다. 볼로메터는 활동영역의 온도변화에 따라 비례적으로 저항이 바뀌는 재료(소위 볼로메터 요소)의 특성을 이용하여 외부신호를 만든다. 이와 같은 볼로메터 요소로서 금속과 반도체 재료를 이용하여 만들어진다. 금속에서, 온도가 올라갈수록 저항값이 높아지는 전형적인 저항값의 변화는 근본적으로 전자의 유동성의 변화에 기인하는 것이다. 반도체 재료 볼로메터 요소는 온도변화에 따라 민감하게 저항이 변화하는 특성을 가지고 있으나, 박막형 제조가 어려운 것이 큰 것이 문제점으로 남아있다.
도 1과 도 2에서 나타나는 발명적인 볼로메터(100)의 구성은 구동기판레벨(110), 지지레벨(120), 흡수레벨(130), 한쌍의 포스트(140)으로 구성된다.
상기 구동기판레벨(110)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(112)과 한쌍의 접속단자(114), 그리고 보호층(116)을 포함한다. 금속으로 만들어진 상기 각각의 접속단자(114)는 기판(112)의 상부에 형성되어 있고 기판의 집적회로에 전기적으로 접속되어 있다. 상기 보호층(116)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 즉, 실리콘 질화막으로 만들어져 있으면서 기판(112)을 덮고 있도록 형성되어 공정중에 기판(112)에 손상이 가지 않도록 한다.
상기 지지레벨(120)은 실리콘 질화막으로 만들어진 한쌍의 지지교각(122)을 포함하는데, 상기 지지교각(122)의 상부에는 티탄늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전도선(124)이 형성되어 있다. 상기 각각의 지지교각(122)은 하부의 구동기판레벨(110)에 부착되어 있는 앵커부분(121), 하부의 구동기판레벨(110)으로부터 공간이격되어 있는 부상된 부분(123) 등을 포함한다. 상기 앵커부분(121)에서는 비어홀(126)이 형성되어 있어서 전도선(124)의 한끝이 접속단자(114)에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 부상된 부분(123)은 'ㄱ'자 형태로 굽은 형상을 하고 있다.
상기 흡수레벨(130)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 즉, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화산화물(SiOxNy)로 만들어진 흡수대(132)와 상기 흡수대(132)에 의해 둘러쌓여진 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(134), 상기 흡수대(132)의 상부에 형성된 적외선 흡수코팅 (136)등을 포함한다. 상기 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(132)는 티타늄(Ti) 같은 온도 변화에 따른 저항변화가 크고 잡음지수가 적은 재료로서 만들어진다.
상기 각각의 포스트(140)은 흡수레벨(130)과 지지레벨(120)의 사이에 위치한다. 상기 각각의 포스트(140)는 실리콘 질화막 같은 절연물질로 만들어진 전관절연부(142)와 상기 전관절연부(142)에 의해서 둘러쌓여져 있고 티탄늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전관(144)를 포함한다. 상기 각 포스트(140)의 하부면은 상기 지지교각(122)의 부상된 부분(123)에 부착되어 있고, 상기 각 포스트(140)의 상부면은 흡수대(132)의 귀퉁이 부분에 부착되어 있음으로서 상기 흡수레벨(130)을 고정하게 된다.
상기 흡수레벨(130)의 연속적인 'ㄹ'자형의 볼로메터 요소(134)는 상기 포스트(140)의 전관(144), 상기 지지레벨(120)의 전도선(124), 상기 구동기판레벨(110)의 접속단자(114)를 통하여 집적회로에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 볼로메터(100)에 적외선이 입사되었을 때, 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소(134)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 적외선의 크기가 감지된다.
상기의 적외선 흡수 볼로메터(100)에 있어서 상기 흡수레벨(130)의 흡수대(132)는 대칭되는 두 귀퉁이가 하부의 포스트(140)에 의해 고정되어 있음으로서 부착되어 있음으로서 도 3에 도시된 바와 같이 상기 흡수대(132) 전체에 심한 압축응력이 형성되고 이에 따라 상기 흡수대(132)는 고정되지 않은 다른 두 귀퉁이가 상향 또는 하향으로 휘어지게 되어 구조적으로 불안정해 진다.
본 발명의 목적은 흡수대의 중앙부분이 하부의 포스트에 부착되어 있음으로서 내부에 압축응력의 발생을 막고, 볼로메터 요소는 최적의 길이를 갖도록 꼬불꼬불하게 굽어있음으로서 온도변화에 따른 저항변화율을 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수 볼로메터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적에 일치하여 형성된 적외선 흡수 볼로메터의 구성은: 기판과 기판 위에 형성된 한쌍의 접속단자, 기판을 덮는 보호층등을 갖는 구동기판레벨과; 한쌍의 지지교각과 상기 지지교각의 상부에 형성된 한쌍의 전도선을 포함하는 지지레벨과; 전관절연부에 둘러쌓여 있는 전관을 포함하고 상기 지지레벨과 흡수레벨을 연결하는 한쌍의 포스트와; 상기 포스트로부터 중앙부분이 고정되어 있는 흡수대와 흡수대에 의해 둘러쌓여 있으면서 최적의 길이를 갖는 볼로메터 요소 등을 포함하는 흡수레벨 등으로 구성되어 있으면서, 상기 흡수레벨의 볼로메터 요소는 상기 전관, 전도선을 통하여 상기 구동기판레벨의 접속단자에 전기적으로 연결되어 있다.
도 1은 종래의 적외선 흡수 볼로메터를 설명하는 사시도,
도 2는 도 1에 나타난 적외선 흡수 볼로메터의 A-A선을 따라 자른 단면도,
도 3은 도 1에 나타난 적외선 흡수 볼로메터에서 압축응력에 의해 변형이 일어난 흡수대를 예시적으로 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터를 나타내는 사시도,
도 5는 도 4에 나타난 적외선 흡수 볼로메터의 B - B선을 따라 자른 단면도,
도 6은 도 4에 도시된 볼로메터 요소를 나타내기 위해 흡수대를 투과하여 도시한 흡수레벨의 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 구동기판레벨 212 : 기판 214 : 접속단자
216 : 보호층 220 : 지지레벨 222 : 지지교각
224 : 비아홀 226 : 전도선 230 : 흡수레벨
232 : 흡수대 234 : 볼로메터 요소 236 : 흡수코팅
240 : 포스트 242 : 전관절연부 244 : 전관
도 4는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터(200)를 설명하는 사시도이고, 도 5는 도 4의 B - B선을 따라 자른 적외선 흡수 볼로메터(200)를 도시한 단면도이고, 도 6은 도 4의 볼로메터 요소(134)를 나타내기 위해 흡수대(132)를 투과하여 도시한 흡수레벨(230)의 평면도이다. 도 4 및 도 5, 도 6에 나타난 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터(200)의 구성은 구동기판레벨(210), 지지레벨(220), 흡수레벨(230) 및 한쌍의 포스트(240)로 구성된다.
상기 구동기판레벨(210)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(212)과 한쌍의 접속단자(214), 그리고 보호층(216)을 포함한다. 금속으로 만들어진 상기 각각의 접속단자(214)는 기판(212)의 상부에 형성되어 있고 기판의 집적회로에 전기적으로 접속되어 적외선 방사에너지 흡수작용에 의한 적외선 흡수 볼로메터(200)에 발생하는 저항변화를 집적회로에 전달한다. 상기 보호층(216)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 즉, 실리콘 질화막으로 만들어져 있으면서 기판(212)을 덮고 있도록 형성되어 공정중에 기판(212)에 손상이 가지않도록 한다.
상기 지지레벨(220)에는 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화산화물(SiOxNy)로 만들어진 한쌍의 지지교각(222)과, 상기 지지교각(222)의 상부에는 티탄늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전도선(224)이 형성되어 있다. 상기 각각의 지지교각(222)은 상기 구동기판레벨(210)에 부착되어 있는 앵커부분(221)과 상기 구동기판레벨(210)으로부터 공간이격되어 있는 부상된 부분(223)을 포함한다. 상기 앵커부분(221)에는 비어홀(226)이 형성되어 있어서 이를 통하여 전도선(224)의 한끝이 접속단자(214)에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 부상된 부분(223)은 'ㄱ'자 형태로 굽어있는 형상을 하고 있다.
상기 각각의 포스트(240)는 상기 지지교각(232)의 부상된 부분(233)의 상부에 위치하면서, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 같은 절연물질로 만들어진 전관절연부(242)와 상기 전관절연부(242)에 의해서 둘러쌓여져 있고 티탄늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전관(244)를 포함한다. 상기 전관(244)의 하부끝은 상기 지지레벨(220)의 전도선(224)에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 흡수레벨(230)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 즉, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화산화물(SiOxNy)로 만들어진 흡수대(232) 및 상기 흡수대(232)에 의해 둘러쌓여진 볼로메터요소(234), 상기 흡수대(232)의 상부에 형성된 적외선 흡수코팅(236) 등을 포함한다. 상기 흡수대(232)의 중앙부분은 상기 포스트(240)의 상부면에 부착되어 고정되어 있고, 상기 볼로메터 요소(234)는 온도변화에 따른 저항의 변화가 크고 잡음지수가 적인 티탄늄 같은 금속으로 만들어져 있다. 여기에서, 상기 볼로메터 요소(234)의 양끝은 상기 전관(244)의 상부 끝에 전기적으로 연결되어 있음으로서, 상기 볼로메터 요소(234)는 상기 포스트(240)의 전관(244), 상기 지지레벨(220)의 전도선(224) 및 상기 구동기판레벨(210)의 접속단자(214)를 통하여 집적회로에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 볼로메터 요소(234)는 온도변화에 따른 단위길이당 저항변화율은 재료의 선택에 따라 일정값이 정해진다. 또한 온도변화에 따른 전체 볼로메터 요소의 변화된 저항값의 크기는 길이에 길어질수록 커지게 된다. 따라서, 상기 볼로메터 요소(234)는 공정상의 형성가능한 크기의 한도내에서 길이를 길게함으로서 열변화에 대한 민감성을 얻기 위하여 최적의 패턴형상이 고려되고, 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 최대의 길이를 얻을 수 있도록 꼬불꼬불하게 굽어있는 형태로 형성할 수 있다.
상기 적외선 흡수 볼로메터(200)은 상기 흡수레벨(230)에 적외선 에너지가 흡수되었을 때, 볼로메터 요소(234)의 저항값이 바뀌고, 바뀐 저항값에 의하여 전압, 또는 전류의 크기가 변화한다. 이와같이, 변화된 전류나 전압은 집적회로에 입력시켜 증폭되어 출력되고, 증폭된 전류나 전압은 검출회로(도시되지 않음)에 의해 읽혀져 적외선 센싱이 된다.
본 발명의 적외선 흡수 볼로메터(200)은 상기 흡수레벨(230)의 중앙부분이 하부의 포스트(240)에 부착되어 있음으로서, 상기 흡수레벨(230) 내부에 압축응력의 발생을 막고, 상기 볼로메터 요소(234)는 최적의 길이를 갖도록 꼬불꼬불하게 굽어있음으로서 온도변화에 따른 저항변화를 크게 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Claims (2)
- 적외선 흡수 볼로메터의 구성은:기판과 기판 위에 형성된 한쌍의 접속단자, 기판을 덮는 보호층등을 갖는 구동기판레벨과;한쌍의 지지교각과 상기 지지교각의 상부에 형성된 한쌍의 전도선을 포함하는 지지레벨과;전관절연부에 둘러쌓여 있는 전관을 포함하고 상기 지지레벨과 흡수레벨을 연결하는 한쌍의 포스트와;상기 포스트로부터 중앙부분이 고정되어 있는 흡수대와 흡수대에 의해 둘러쌓여 있으면서 상기 전관, 전도선 등을 통하여 접속단자에 전기적으로 연결되어 있는 볼로메터 요소를 포함하는 흡수레벨 등으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수볼로메터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 볼로메터 요소는 형성가능한 크기의 한도내에서 최대의 길이를 갖을 수 있도록 꼬불꼬불하게 굽어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수 볼로메터.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101408905B1 (ko) * | 2013-04-25 | 2014-06-19 | 한국과학기술원 | 고 응답 멤스 디바이스 및 그 제조방법 |
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