KR20080085798A - Laminating type thermovision sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적층형 열화상 센서장치에 관한 것으로, 특히 열적외선을 감지할 수 있는 열적외선 감광부와 MOS트랜지스터 등의 회로가 형성된 신호처리부를 갖는 기판를 서로 적층시키는 구조를 가지는 적층형 열화상 센서장치에 관한것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stacked thermal image sensor device, and more particularly, to a stacked thermal image sensor device having a structure in which a substrate having a thermal infrared photosensitive unit capable of detecting thermal infrared rays and a signal processing unit on which a circuit such as a MOS transistor is formed is laminated. will be.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metaloxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 시모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 시모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, in which charge carriers are stored and transferred to a capacitor while individual metal oxide-silicon (MOS) capacitors are located in close proximity to each other. By using CMOS technology that uses charge coupled device (CCD), control circuit, and signal processing circuit to peripheral circuits, MOS transistors are made as many as the number of pixels. There is a complementary MOS (CMOS) image sensor that employs a switching scheme that sequentially detects the output.
또한, 상기와 같은 종래 이미지센서에는 열적외선 이미지센서도 포함되는데, 이러한 열적외선 이미지센서는 일정한 온도를 갖는 물체에서 방사되는 열적외선을 집속하는 렌즈와 열적외선을 감지할 수 있는 소자들의 배열, 열적외선 감지소자들로부터 얻어지는 신호를 추출하는 readout chip으로 이루어진다. 여기서, 상기 열적외선 감지소자는 반도체를 사용하는 반도체형과, 열적인 효과를 사용하는 열형으로 구분할 수 있다. 이때, 상기 소장중 반도체형은 낮은 밴드갭을 갖는 HgCdTe등을 사용하여 열적외선이 입사하는 경우, 열적외선에 의하여 여기되는 전자-정공을 생성하는 방식으로 높은 감도를 갖지만 밴드갭이 낮으므로 열적 노이즈에 취약하여 보통 저온에서 냉각하여 사용하는데, 그에 대한 대안으로 냉각이 필요 없는, 양자구조를 갖는 artificial semiconductor에 의한 열적외선 감지 방법이 연구되고 있다.In addition, the conventional image sensor as described above also includes a thermal infrared image sensor, such a thermal infrared image sensor is a lens that focuses the thermal infrared radiation emitted from an object having a constant temperature and the arrangement of the elements that can detect the thermal infrared, heat It consists of a readout chip that extracts signals from infrared sensing elements. Here, the thermal infrared sensing element may be classified into a semiconductor type using a semiconductor and a thermal type using a thermal effect. At this time, the semiconductor type in the small intestine has a high sensitivity in the manner of generating electron-holes excited by thermal infrared rays when HIRCdTe or the like having a low bandgap is incident, but because the bandgap is low thermal noise It is vulnerable to low temperature and usually used at low temperature. As an alternative, a method for detecting infrared rays by an artificial semiconductor having a quantum structure that does not require cooling has been studied.
반면에, 상기와 같은 감지소자중 열형은 렌즈에서 모아진 열적외선을 열적외선 흡수체에 입사시켜, 열적외선을 흡수하게 하여, 열적외선 흡수체의 온도가 상승하게 하여 열영상을 측정하는 방법으로, 온도에 민감하게 상전이가 일어나는 물질을 사용하는 bolometric material을 사용하는 방법과, 강유전체의 온도에 따른 특성을 사용하는 pyroelectric material을 사용하는 방법(PbTiO3, Ba1 - xSrxTiO3등), Thermoelectric material (BiTe, Bi1 - xSbx등)을 사용하여 온도가 상승할 때의 열기전력을 사용하는 방법 등이 있다. 열기전력을 사용하는 열적외선 감지의 예는 도2와 같다. On the other hand, the thermal type of the sensing element as described above is a method of injecting the thermal infrared rays collected from the lens into the thermal infrared absorber to absorb the thermal infrared rays, the temperature of the thermal infrared absorber is raised to measure the thermal image, How to use bolometric material using sensitive phase transition material, how to use pyroelectric material using characteristics of ferroelectric temperature (PbTiO3, Ba 1 - x Sr x TiO3), Thermoelectric material (BiTe, Bi 1 - x Sb x etc.) and the method of using thermoelectric power when temperature rises. An example of thermal infrared sensing using thermoelectric power is shown in FIG. 2.
그리고, 상기와 같은 종래 열적외선 감지소자들로부터 얻어진 신호를 처리하는 readout chip은 높은 증폭율과 복잡한 잡음 처리가 필요하므로 일반적으로 CMOS 공정을 사용하여 제작되며, 열적외선 감지소자 배열과 직렬로 연결되게 된다. In addition, the readout chip for processing signals obtained from the conventional thermal infrared sensing elements as described above is generally manufactured using a CMOS process because it requires high amplification rate and complicated noise processing, and is connected in series with the thermal infrared sensing element array. do.
그러면, 상기와 같은 종래 반도체형 열적외선 이미지센서장치의 일례를 도 1을 참고로 살펴보면, 하우징(도시안됨)의 전단에 설치되어 외부로부터 입사되는 적외선을 포함한 광신호를 집속하는 광렌즈(70)와; 상기 광렌즈(70)의 후면에 위치하고 반도체의 웨이퍼기판(71)에 매트릭스 형상으로 배열되어 광전변환을 실행하는 복수개의 광전변환영역(Photo Diode ;PD:72)과; Then, referring to FIG. 1, an example of the conventional semiconductor type thermal infrared image sensor device as described above is installed at a front end of a housing (not shown) to collect an optical signal including an infrared ray incident from the outside. Wow; A plurality of photodiode (PD) 72 positioned on the rear surface of the
상기 광전변환영역(72)의 수직열 사이에 형성되어 신호를 전송하는 복수개의 수직전송채널(VC:73)과; A plurality of vertical transmission channels (VC) 73 formed between the vertical columns of the
상기 광전변환영역(72)과 수직전송채널(72) 사이에 설치되어 상기 광전변환영역(72)내에 축적된 신호전하를 상기 수직전송채널(72)로 전달하는 작용을 제어하는 복수개의 전달게이트(TG:74)와;A plurality of transfer gates disposed between the
상기 광전변환영역(72)의 수평열들 사이에 설치되고 각 수직열 사이에서 전달게이트(74) 및 수직전송채널(73)의 일부를 덮는 연장부를 가지는 복수의 제1전극(FL:75)과; A plurality of first electrodes (FL) 75 disposed between the horizontal columns of the
상기 광전변환영역(72)들의 수평열 사이의 제1전극(75)상에 형성되고, 각 수직열 사이에서 수직전송채널(73)의 나머지 일부를 덮는 연장부를 가지는 복수의 제2전극(SL:76)를 포함하여 구성된다.A plurality of second electrodes SL formed on the
한편, 상기와 같은 종래 열적외선 이미지센서장치의 동작을 살펴보면, 외부의 가시광선이 열적외선 이미지센서장치(77)의 광렌즈(70)를 통해 그 후면에 위치 한 광전변환영역(72)에 입사될 경우 PN접합 포토다이오드나 MOS 캐퍼시터로된 이 부분에 광자효과에 의한 전화가 축적된다.On the other hand, referring to the operation of the conventional thermal infrared image sensor device as described above, the external visible light is incident on the
이때, 상기와 같은 과정을 통해 광신호가 광전변환영역(72)에 의해 전기적 신호전화로 변환, 축적되어 있다가 필드 쉬프트(field shift)기간 동안에 광전변환영역(72)과 수직전송채널(73) 사이에 형성된 전달게이트(74)로 조절되는 채널영역을 통과하여 수직전송채널(73)로 전송된다. At this time, the optical signal is converted and accumulated by the
그러면, 상기 수직채널영역(73)상으로 형성되는 복수의 전송전극, 즉 상기 제1전극(75), 제2전극(76)들에 인가되는 클럭펄스에 의해 상기 다수의 신호전하들은 수평전송채널을 통해 센서어레이(78)에 의해 수집처리되어 리드아웃회로부(79)로 입력된다. 따라서, 상기 리드아웃회로부(79)는 상기 센서어레이(78)로부터 입력된 신호들을 순차적으로 신호 처리하여 열 영상을 구성하게된다.Then, the plurality of signal charges are transferred to the horizontal transfer channel by clock pulses applied to the plurality of transfer electrodes formed on the
그런데, 상기와 같은 종래 열적외선 이미지센서장치는 예컨대, Pyroelectric material을 사용하는 경우, 열적외선 감지를 위하여 단층의 pyroelectric layer가 필요하므로 비교적 간단한 방법으로 CMOS공정을 사용하는 신호처리 칩과 결합될 수 있지만, thermoelectric effect를 사용하는 경우 p-type semiconductor와 n-type semiconductor의 교차 배열이 필요하므로 열적외선 센서 배열과 readout chip이 분리되는 방식을 사용해야한다. By the way, the conventional thermal infrared image sensor device as described above, for example, when using a pyroelectric material, since a single layer of pyroelectric layer is required for thermal infrared detection, it can be combined with a signal processing chip using a CMOS process in a relatively simple manner. In case of using thermoelectric effect, the arrangement of p-type semiconductor and n-type semiconductor is required, so the method of separating thermal infrared sensor array and readout chip should be used.
그러나, 상기와 같은 종래 반도체형 열적외선 이미지센서장치는 열전효과(thermoelectric effect)를 이용한 열적외선 이미지센서가 열적외선 센서배열과 CMOS 공정으로 제작되는 리드아웃회로부 등의 분리된 과정을 실행할 경우 제작비용의 상당히 증가할 뿐만아니라 그 잡음이 유입되어 정확한 센싱결과를 산출하기 어렵다는 문제점이 있었다. However, the conventional semiconductor type infrared infrared image sensor device as described above is a manufacturing cost when the thermal infrared image sensor using a thermoelectric effect is executed in a separate process such as a thermal infrared sensor array and a lead-out circuit part manufactured by a CMOS process. In addition to the significant increase in the noise, it was difficult to produce accurate sensing results due to the noise introduced.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기위해 발명된 것으로, 열적외선 픽셀(pixel)별로 각기 분리하여 신호처리를 하기 때문에 잡음특성을 상당히 향상시킬 수 있는 적층형 열화상 센서장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a stacked thermal image sensor device that can significantly improve noise characteristics because signal processing is performed separately for each thermal infrared pixel. Has its purpose.
본 발명의 또 다른 목적은 열적외선 센서와 리드아웃회로칩을 일체형으로 적층하여 센서를 구성하기 때문에 소형으로 제작할 수 있는 적층형 열화상 센서장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a stacked thermal image sensor device which can be manufactured in a small size because the sensor is configured by integrally stacking a thermal infrared sensor and a lead-out circuit chip.
상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은 웨이퍼기판상에 MOSFET구조의 패턴을 형성하여 열전위에 따른 전하신호를 처리하는 픽셀신호처리부와;The present invention for achieving the above object is a pixel signal processing unit for forming a pattern of the MOSFET structure on the wafer substrate to process the charge signal according to the thermal potential;
상기 픽셀신호처리부의 MOSFET구조 위에 적층형성시키고 외부로부터 감지되는 적외선의 양에 비례하는 열기전력을 발생시키는 열감지픽셀부로 구성되는 픽셀장치부를 다수개 배열하여 구성되는 적층형 열화상 센서장치를 제공한다.Provided is a stacked thermal image sensor device which is formed by stacking a plurality of pixel device units formed of a thermal sensing pixel unit that is stacked on the MOSFET structure of the pixel signal processing unit and generates heat power proportional to the amount of infrared rays sensed from the outside.
본 발명의 다른 특징은 웨이퍼기판상에 MOSFET구조의 패턴을 형성하여 열전위에 따른 전하신호를 처리하는 픽셀신호처리부와;Another aspect of the present invention is a pixel signal processor for processing a charge signal according to the thermal potential by forming a pattern of the MOSFET structure on the wafer substrate;
상기 픽셀신호처리부의 MOSFET구조 위에 적층형성시키되, 적외선(IR)의 열을 흡수하는 흡수체와, 상기 흡수체의 하단부에 설치되어 흡수체의 열을 전달하는 금속부재와, 상기 금속부재와 감지단자 연결부사이에 복수개의 열전도체[(TE+),(TE-)]를 직렬로 연결하는 열전셀부재를 포함하는 열감지픽셀부를 포함하여 구성되는 적층형 열화상 센서장치를 제공한다.Stacked on the MOSFET structure of the pixel signal processor, the absorber absorbing heat of infrared (IR), a metal member installed at a lower end of the absorber to transfer heat of the absorber, and between the metal member and the sensing terminal connection part. Provided is a stacked thermal image sensor device including a heat sensing pixel portion including a thermoelectric cell member for connecting a plurality of thermal conductors (TE +) and (TE−) in series.
상기와 같은 본 발명은 열적외선을 감지할 수 있는 열적외선 감광부와 MOS트랜지스터 등의 회로가 형성된 신호처리부를 갖는 기판를 서로 적층시키는 구조를 가지므로써, 열적외선 픽셀(pixel)별로 각기 분리하여 신호처리를 하기 때문에 잡음특성을 상당히 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.The present invention as described above has a structure in which a substrate having a thermal infrared photosensitive unit capable of detecting thermal infrared rays and a signal processing unit on which a circuit such as a MOS transistor is formed is stacked on each other, so that the signal processing is separately performed for each thermal infrared pixel. Since it has the advantage that can significantly improve the noise characteristics.
또한, 본 발명에 의하면, 열적외선 센서의 하부에 고배율의 중폭회로를 사용할 수 있으며, 픽셀 부에서 열적외선 감지부가 차지하는 면적이 넓으므로 그에 따라 센싱감도도 상당히 향상시키는 장점을 가지고 있다. In addition, according to the present invention, a high magnification circuit can be used in the lower portion of the thermal infrared sensor, and since the area occupied by the thermal infrared sensing unit in the pixel portion is large, the sensing sensitivity is also significantly improved.
더나아가, 본 발명에 의하면, 열적외선 센서와 리드아웃회로칩을 일체형으로 적층하여 센서를 구성하기 때문에 소형으로 제작할 수 있어 제조비용도 상당히 저감시키는 효과도 가지고 있다. Furthermore, according to the present invention, since the infrared infrared sensor and the lead-out circuit chip are stacked integrally with each other, the sensor is constituted so that the sensor can be made compact and the manufacturing cost is also considerably reduced.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 적층형 열화상센서는 도 3과 도 4에 도시된 바와같이 웨이퍼기판(2)상에 MOSFET구조의 패턴을 형성하여 열전위에 따른 전하신호를 처리하는 픽셀신호처리부(3)와;3 and 4, the stacked thermal image sensor includes: a pixel signal processor (3) for forming a MOSFET structure pattern on a wafer substrate (2) to process charge signals according to thermal potential;
상기 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET구조 위에 적층형성시키고 외부로부터 감지되는 적외선의 양에 비례하는 열기전력을 발생시키는 열감지픽셀부(4)로 구성되는 픽셀장치부(1A-N)를 다수개 배열하여 구성된다.A plurality of pixel device sections 1A-N formed by stacking the MOSFET structure of the pixel
제1 First 실시예Example
여기서, 상기 픽셀신호처리부(3)는 도 5에 도시된 바와같이 반도체의 웨이퍼기판(2)에 매트릭스 형상으로 배열되어 인가된 전자의 양에 비례하여 전압을 출력시키는 FD확산부(Floating diffusion;FD:5)과; Here, the
상기 FD확산부(5)의 수평열들 사이에 설치되고 픽셀신호처리부(3)의 스위칭제어를 수행하는 Tx와 Rx단자(6,7)와,픽셀신호처리부(3)의 스위칭제어동작시 전하를 축적하는 CT단자(8)와, 상기 CT단자(8)의 전하를 유출시키는 Vdd단자(9)와, 상기 FD확산부(5)의의 수평열사이에 형성되어 FD확산부(5)로부터 출력되는 전압을 외부로 출력시키는 Vout단자(10)를 포함하는 배선전극부와;Tx and
상기 열감지픽셀부(4)의 열전 결합(thermoelectric junction)에 의해 구성되는 복수개의 각 단자와 연결되는 감지단자 연결부(11,12)를 포함하여 구성된다.And sensing
한편, 상기 열감지픽셀부(4)는 도 3에 도시된 바와같이 적외선(IR)의 열을 흡수하는 흡수체(13)와;On the other hand, the heat
상기 흡수체(13)의 하단부에 설치되어 흡수체(13)의 열을 전달하는 금속부재(14)와; A
상기 금속부재(14)와 감지단자 연결부(11,12)사이에 열전결합(thermoelectric junction)이 되도록 복수개의 열전소자로된 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]로 구성되는 열전셀부재(15)를 포함하여 구성된다.Thermoelectric cell composed of a
여기서, 상기 열전셀부재(15)의 열전도체[16A(TE+)]는 감지단자 연결부(12)에, 열전도체[16B(TE-)]는 감지단자 연결부(11)에 각기 연결된다. Here, the
그리고, 상기 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]로 구성되는 열전셀부재(15)의 재질로는 열전소자인 BiTe, [Bi(0.88),Sb(0.12))], ZnO를 사용할 수 있다. The
즉, 상기 본발명의 픽셀신호처리부(3)는 CMOS 공정에 의하여 제작된 기판에 MOS transister로 패턴형성하여 구성하고, 상기 열감지픽셀부(4)는 상기 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET의 상부에 적층의 과정을 통하여 열전 결합(Thermoelectric junction)을 구성하는 복수개의 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]의 각 단자를 연결하여 구성한다. That is, the pixel
따라서, 상기 복수개의 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]의 각 단자는 그 상부에서 금속부재(14)에 의해 전기적으로 함께 접속되어 있고, 상기 금속부재(14)의 상 부측에 다시 열적외선을 흡수됨에 따라 온도가 상승하는 적외선 흡수체(13)가 위치하는데, 그와 같은 구조의 한 pixel의 등가회로는 도 6과 같다. Accordingly, the terminals of the plurality of
제2 2nd 실시예Example
본 발명 제2 실시예에 따른 픽셀신호처리부(3)는 도 5에 도시된 바와같이 반도체의 웨이퍼기판(2)에 매트릭스 형상으로 배열되어 인가된 전자의 양에 비례하여 전압을 출력시키는 FD확산부(Floating diffusion;FD:5)과; As shown in FIG. 5, the
상기 FD확산부(5)의 수평열들 사이에 설치되고 픽셀신호처리부(3)의 스위칭제어를 수행하는 Tx와 Rx단자(6,7)와,픽셀신호처리부(3)의 스위칭제어동작시 전하를 축적하는 CT단자(8)와, 상기 CT단자(8)의 전하를 유출시키는 Vdd단자(9)와, 상기 FD확산부(5)의의 수평열사이에 형성되어 FD확산부(5)로부터 출력되는 전압을 외부로 출력시키는 Vout단자(10)를 포함하는 배선전극부와;Tx and
상기 열감지픽셀부(4)의 초전 결합(pyroelectric junction)에 의해 구성되는 복수개의 각 단자와 연결되는 감지단자 연결부(11,12)를 포함하여 구성된다.And sensing
한편, 상기 열감지픽셀부(4)는 도 3에 도시된 바와같이 적외선(IR)의 열을 흡수하는 흡수체(13)와;On the other hand, the heat
상기 흡수체(13)의 하단부에 설치되어 흡수체(13)의 열을 전달하는 금속부재(14)와; A
상기 금속부재(14)와 감지단자 연결부(11,12)사이에 초전결합(pyroelectric junction)이 되도록 복수개의 초전소자로된 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]로 구성되는 열전셀부재(15)를 포함하여 구성된다.A thermoelectric cell composed of a plurality of
여기서, 상기 열전셀부재(15)의 열전도체[16A(TE+)]는 감지단자 연결부(12)에, 열전도체[16B(TE-)]는 감지단자 연결부(11)에 각기 연결된다.Here, the
그리고, 상기 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]로 구성되는 열전셀부재(15)의 재질로는 초전소자들인 (PT), 를 사용할 수 있다. As the material of the
즉, 상기 본발명의 픽셀신호처리부(3)는 CMOS 공정에 의하여 제작된 기판에 MOS transister로 패턴형성하여 구성하고, 상기 열감지픽셀부(4)는 상기 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET의 상부에 적층의 과정을 통하여 초전 결합(pyroelectric junction)을 구성하는 복수개의 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]의 각 단자를 연결하여 구성한다. That is, the pixel
따라서, 상기 복수개의 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]의 각 단자는 그 상부에서 금속부재(14)에 의해 전기적으로 함께 접속되어 있고, 상기 금속부재(14)의 상부측에 다시 열적외선을 흡수됨에 따라 온도가 상승하는 적외선 흡수체(13)가 위치하는데, 그와 같은 구조의 한 pixel의 등가회로는 도 6과 같다. Accordingly, the terminals of the plurality of
제3 The third 실시예Example
본 발명 제3 실시예에 따른 픽셀신호처리부(3)는 도 5에 도시된 바와같이 반도체의 웨이퍼기판(2)에 매트릭스 형상으로 배열되어 인가된 전자의 양에 비례하여 전압을 출력시키는 FD확산부(Floating diffusion;FD:5)과; The pixel
상기 FD확산부(5)의 수평열들 사이에 설치되고 픽셀신호처리부(3)의 스위칭제어를 수행하는 Tx와 Rx단자(6,7)와,픽셀신호처리부(3)의 스위칭제어동작시 전하를 축적하는 CT단자(8)와, 상기 CT단자(8)의 전하를 유출시키는 Vdd단자(9)와, 상기 FD확산부(5)의의 수평열사이에 형성되어 FD확산부(5)로부터 출력되는 전압을 외부로 출력시키는 Vout단자(10)를 포함하는 배선전극부와;Tx and
상기 열감지픽셀부(4)의 열이온소자 결합(Thermionic junction)에 의해 구성되는 복수개의 각 단자와 연결되는 감지단자 연결부(11,12)를 포함하여 구성된다.It includes a sensing terminal connecting portion (11, 12) connected to each of a plurality of terminals formed by the thermal ion element (Thermionic junction) of the thermal sensing pixel portion (4).
한편, 상기 열감지픽셀부(4)는 도 3에 도시된 바와같이 적외선(IR)의 열을 흡수하는 흡수체(13)와;On the other hand, the heat
상기 흡수체(13)의 하단부에 설치되어 흡수체(13)의 열을 전달하는 금속부재(14)와; A
상기 금속부재(14)와 감지단자 연결부(11,12)사이에 열이온소자 결합(Thermionic junction)이 되도록 복수개의 열이온소자로된 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]로 구성되는 열전셀부재(15)를 포함하여 구성된다.Consists of a thermal conductor [16A (TE +), 16B (TE-)] consisting of a plurality of thermal ion devices to form a thermal ion junction between the
상기 열이온소자들은 금속재질로서 work function이 낮은 물질이 사용될 수 있다.The thermal ion devices may be made of a metal material having a low work function.
여기서, 상기 열전셀부재(15)의 열전도체[16A(TE+)]는 감지단자 연결부(12)에, 열전도체[16B(TE-)]는 감지단자 연결부(11)에 각기 연결된다.Here, the
즉, 상기 본발명의 픽셀신호처리부(3)는 CMOS 공정에 의하여 제작된 기판에 MOS transister로 패턴형성하여 구성하고, 상기 열감지픽셀부(4)는 상기 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET의 상부에 적층의 과정을 통하여 열이온소자 결합(Thermionic junction)을 구성하는 복수개의 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]의 각 단자를 연결하여 구성한다. That is, the pixel
따라서, 상기 복수개의 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)]의 각 단자는 그 상부에서 금속부재(14)에 의해 전기적으로 함께 접속되어 있고, 상기 금속부재(14)의 상부측에 다시 열적외선을 흡수됨에 따라 온도가 상승하는 적외선 흡수체(13)가 위치하는데, 그와 같은 구조의 한 pixel의 등가회로는 도 6과 같다. Accordingly, the terminals of the plurality of
제4 4th 실시예Example
본 발명 제4 실시예로는 도 7에 도시된 바와같이 열전도체[16A(TE+)]와 열전도체[16B(TE-)]의 각각을 다수개를 직렬로 연결하는 것이다.In the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, a plurality of
즉, 상기 열전도체[16A(TE+)]와 열전도체[16B(TE-)], 열전도체[16C(TE+)]와 열전도체[16D(TE-)], 열전도체[16E(TE+)]와 열전도체[16F(TE-)]의 상단부를 흡수체(13)에 부착된 금속부재(14)에 접착시키고;That is, the heat conductor [16A (TE +)], the heat conductor [16B (TE-)], the heat conductor [16C (TE +)], the heat conductor [16D (TE-)], and the heat conductor [16E (TE +)] and Attaching an upper end of the
상기 열전도체[16A(TE+)]와 열전도체[16F(TE-)]의 하단부는 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET에 각기 연결하며; Lower ends of the
상기 열전도체[16B(TE-)]와 열전도체[16C(TE+)], 열전도체[16D(TE-)]와 열 전도체[16E(TE+)]의 하단부를 각기 직렬로 연결시킨다. The lower ends of the
따라서, 상기 제4 실시예의 직렬연결에 의하여 증폭될 수 있는데, 이때, 열감지픽셀부(4)가 N개의 열전소자가 직렬로 배치되는 경우, 온도차에 의하여 발생하는 열기전력은 N배가 되므로 픽셀신호처리부(3)의 MOS transistor의 gate에는 N배가 증폭된 전압을 공급하게 된다. Therefore, it can be amplified by the series connection of the fourth embodiment. In this case, in the case where the N
다음에는 상기와 같은 구성으로된 본발명실시예들의 작용효과를 설명한다.Next, the effects of the embodiments of the present invention having the above configuration will be described.
본 발명 실시예들이 적용되는 적층형 열화상센서가 동작될 경우 먼저, 도 9에 도시된 바와같이 외부로부터 적외선이 광렌즈(17)를 통해 적외선(IR)이 입사되면 이 입사된 적외선(IR)은 광렌즈(17)의 후면에 위치하는 흡수체(13)로 집속된다.When the stacked thermal image sensor to which the embodiments of the present invention are applied is operated, first, when the infrared ray is incident from the outside through the
그러면, 상기 하나의 픽셀에 해당하는 열감지픽셀부(4)의 흡수체(13)는 그 입사되는 적외선(IR)의 열을 흡수한다. 그리고, 상기 흡수제(13)의 후면에 결합되어 있는 금속부재(14)가 이 적외선의 열을 그 후면에 위치한 열전셀부재(15)의 각 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)로 전달한다.Then, the
여기서, 상기 열전셀부재(15)는 그 구성되는 열전도체의 구성에 따라 그 열전형상이 모두 다르게 작용하게되는데, 즉, 상기 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)가 제1 실시예를 적용할 경우 열전 결합(Thermoelectric junction)에 의한 열전효과로 상기 금속부재(14)로부터 전달받은 열을 처리하여 픽셀신호처리부(3)의 감지단자 연결부(11,12)로 각각 전달한다. Here, the
반면에, 상기 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)가 제2 실시예를 적용할 경우 초전 결합(pyroelectric junction)에 의한 초전효과로 상기 금속부재(14)로부터 전달받은 열을 처리하여 픽셀신호처리부(3)의 감지단자 연결부(11,12)로 각각 전달한다. On the other hand, when the
또한, 상기 열전도체[16A(TE+),16B(TE-)가 만약 제3 실시예를 적용할 경우 열이온소자 결합(Thermionic junction)에 의한 열이온 효과로 상기 금속부재(14)로부터 전달받은 열을 처리하여 픽셀신호처리부(3)의 감지단자 연결부(11,12)로 각각 전달한다. In addition, the
즉, 상기와 같이 본 발명의 열화상센서에서 적외선이 흡수되어 흡수체(13)를 가열하게되면 이 흡수체(13)와 금속부재(14)를 경유하여 결합된 열전셀부재(15)의 열전도체[16A(TE+)]와 열전도체[16B(TE-)]사이에도 온도차가 발생되게된다. 따라서, 상기와 같이 상기 열전셀부재(15)의 열전도체[16A(TE+)]와 열전도체[16B(TE-)]사이에 온도차가 발생할 경우 해당 열전셀부재(15)의 내부 구성소자효과에 의해 전위차가 발생하게 된다. That is, when the infrared ray is absorbed by the thermal image sensor of the present invention to heat the
그러면, 상기와 같이 열전셀부재(15)의 전위차에 의해 그 하부에 결합된 픽셀신호처리부(3)의 감지단자 연결부(11,12)를 통해 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET를 오픈(OPEN)하게되므로 전류가 흐르게 되어 도 6의 out단자의 전압을 높이게 된다.Then, the MOSFET of the pixel
이때, 상기 픽셀신호처리부(3)는 도 8에 도시된바와같이 초기에 Tx와 Rx단자(6,7)를 ON한 다음 OFF시켜 픽셀신호처리부(3)의 스위칭제어한다. At this time, the
여기서, 상기 Tx와 Rx단자(6,7)를 ON한 다음 OFF시킬 경우 CT단자(charge tank:8)에 있던 전자는 Vdd단자(9)를 통하여 유출된다. Here, when the Tx and
그리고, 상기 과정후에 열전셀부재(15)의 열전도체[16A(TE+)]와 열전도 체[16B(TE-)]사이의 양단에 전위차가 발생하면 GND단자를 통하여 CT단자(8)로 전자가 유입되며, 그 유입된 전자의 양은 가해준 IR의 양에 비례하고, 축적시키는 시간에 비례한다. After the above process, if a potential difference occurs between the
한편, 상기와 같은 과정후에 Tx를 On하여 CT단자(8)에 모인 전하를 FD확산부(5)에 넘기면 이 FD확산부(5)에 의해 출력되는 전압(Vout)은 넘겨진 전자의 양에 비례하여 낮아지게 된다.On the other hand, when the Tx is turned on and the charge collected in the
즉, 상기와 같은 본 발명은 하나의 픽셀신호처리부(3)와 하나의 열감지픽셀부(4)를 일체로 적층시켜 구성된 각각의 픽셀장치부(1A-N) 즉, 각 픽셀의 열전도체[16A(TE+)]와 열전도체[16B(TE-)]사이에서 얻어진 전압을 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET구조에서 증폭한다. 그리고, 이와같이 각각의 개별픽셀을 구성하는 각각의 픽셀장치부(1A-N)에서 처리된 적외선에 따른 신호들을 이미지시그널프로세서(17)가 수신한 다음 이를 이미지신호처리하여 예컨대, 디스플레이나 혹은 기타 출력장치로 출력시키게된다.That is, according to the present invention as described above, each pixel device unit 1A-N formed by integrally stacking one pixel
이때, 상기와 같이 본 발명의 각각의 개별픽셀을 구성하는 각각의 픽셀장치부(1A-N)에서 개별적으로 신호를 증폭하여 처리하게되므로 별도의 대용량 증폭회로가 필요없어 그에 따라 센서제조비용도 상당히 저감시킬 수 있다.At this time, since each of the pixel device units (1A-N) constituting each individual pixel of the present invention as described above amplify and process the signal individually, there is no need for a separate large-capacity amplification circuit, so the sensor manufacturing cost is also significantly Can be reduced.
한편, 일반적으로 thermal noise로 얻어지는 영상은 그 품질이 대개 저하되게된다. 그런데, 이러한 thermal noise를 방지하기 위하여 CT단자(8)는 기판의 표면과 분리되는 것이 바람직한데, 본 발명은 적외선의 열을 감지하는 열감지픽셀부(4)와 CT단자(8)를 갖는 픽셀신호처리부(3)를 분리구성하므로써 이문제를 해결한 다.On the other hand, images obtained with thermal noise generally have poor quality. However, in order to prevent such thermal noise, the
여기서, 상기 본 발명의 제4 실시예의 동작은 열감지픽셀부(4)의 열전셀부재(15)만 N개의 열전소자로 직렬로 배치되어 있을 뿐 상기 N개의 열전셀부재(15)에 의해서 발생된 N배 증가된 열기전력은 상기 픽셀신호처리부(3)의 MOSFET에 연결된 열전도체[16A(TE+)]와 열전도체[16F(TE-)]의 하단부에 의해 픽셀신호처리부(3)의 게이트에 의해 검출되어 그 나머지 과정은 상기 제1 내지 제3 실시예의 동작과 동일하게 처리된다.Herein, the operation of the fourth embodiment of the present invention is generated by the N
이상설명에서와 같이 본 발명은 적외선 픽셀(pixel)별로 각기 분리하여 신호처리를 하기 때문에 잡음특성을 향상시키고 열적외선 센서의 하부에 고배율의 증폭회로를 사용할 수 있기 때문에 센싱감도도 상당히 향상시킬 수 있어 야간투시경이나 화재감지기, 야간 주행용 등의 이미지센서에 적용한다면 매우 유용하게 사용할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the signal processing is performed separately for each infrared pixel, the noise characteristics can be improved and the sensing sensitivity can be considerably improved since a high-magnification amplifier circuit can be used at the bottom of the thermal infrared sensor. It can be very useful when applied to image sensors such as night vision glasses, fire detectors, and night driving.
도1은 종래 열화상센서구조의 일례를 설명하는 설명도. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of a conventional thermal image sensor structure.
도2는 종래 열화상센서의 신호처리상태를 설명하는 설명도. 2 is an explanatory diagram illustrating a signal processing state of a conventional thermal image sensor.
도3은 본 발명 센서의 일실시예를 설명하는 구조설명도. Figure 3 is a structural diagram illustrating an embodiment of the sensor of the present invention.
도4는 본 발명 센서의 신호처리구조를 설명하는 설명도. 4 is an explanatory diagram illustrating a signal processing structure of the sensor of the present invention.
도5는 본 발명 센서의 픽셀신호처리상태를 설명하는 설명도. 5 is an explanatory diagram for explaining a pixel signal processing state of the sensor of the present invention;
도6은 본 발명의 일실시예의 등가회로. 6 is an equivalent circuit of one embodiment of the present invention.
도7은 본 발명의 제4 실시예를 설명하는 설명도. 7 is an explanatory diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.
도8은 본 발명 제1 내지 제4 실시예의 등가회로. 8 is an equivalent circuit of the first to fourth embodiments of the present invention.
도 9는 본 발명 센서의 실시상태를 간략하게 설명하는 설명도. 9 is an explanatory diagram briefly explaining an embodiment of the sensor of the present invention.
<부호의 상세한 설명> <Detailed Description of Codes>
1A-N: 픽셀장치부 2 : 웨이퍼기판 1A-N: pixel device portion 2: wafer substrate
3 : 픽셀신호처리부 4 : 열감지픽셀부 3: pixel signal processing unit 4: heat sensing pixel unit
5 : FD확산부 6 : Tx단자 5: FD diffusion part 6: Tx terminal
7 : Rx단자 8 : CT단자 7: Rx terminal 8: CT terminal
9 : Vdd단자 10: Vout단자 9: Vdd terminal 10: Vout terminal
11: 감지단자연결부 12: 감지단자 연결부 11: detection terminal connection 12: detection terminal connection
13: 흡수체 14: 금속부재 13: absorber 14: metal member
15: 열전셀부재 16A-B: 열전도체 15:
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080076368A KR20080085798A (en) | 2008-08-05 | 2008-08-05 | Laminating type thermovision sensor device |
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KR1020080076368A KR20080085798A (en) | 2008-08-05 | 2008-08-05 | Laminating type thermovision sensor device |
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ID=40025345
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080076368A KR20080085798A (en) | 2008-08-05 | 2008-08-05 | Laminating type thermovision sensor device |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20080085798A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9171885B2 (en) | 2013-01-10 | 2015-10-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Infrared detector and infrared image sensor including the same |
KR101643248B1 (en) | 2015-12-04 | 2016-07-28 | 주식회사 신우테크 | Intelligent thermal image sensor |
US9666503B2 (en) | 2013-03-11 | 2017-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor package and electronic system including the same |
US10424611B2 (en) | 2016-01-12 | 2019-09-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor including first and second overlapping device isolation patterns |
-
2008
- 2008-08-05 KR KR1020080076368A patent/KR20080085798A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9666503B2 (en) | 2013-03-11 | 2017-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor package and electronic system including the same |
KR101643248B1 (en) | 2015-12-04 | 2016-07-28 | 주식회사 신우테크 | Intelligent thermal image sensor |
US10424611B2 (en) | 2016-01-12 | 2019-09-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor including first and second overlapping device isolation patterns |
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