KR20110115975A - 공간 잡음에 대해 낮은 민감도를 가지는 전자기 방사 검출 기기 - Google Patents

Abstract

각각이 수 개의 기본 검출기(32, 320)를 구비한 하나 이상의 하위-조립체들(300)로 그룹화된 다수의 기본 검출기들 (32, 320)를 구비한 전자기 방사 검출 기기로서, 각각의 기본 검출기(32, 320)는 상호접속(32.1, 320.1)에 의해 임피던스-정합 기기 (33)에 연결되는 전자기 방사 검출 기기에 있어서, 임피던스-정합 기기(33)는 단일 하위-조립체(300)의 모든 기본 검출기들(32, 320)에 공통이며, 각각의 하위-조립체(300)에서 상호접속들(32.1, 320.1)은 대략 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면, 임피던스-정합 기기의 크기에 관련한 모든 잡음이 감소된다.

Description

공간 잡음에 대해 낮은 민감도를 가지는 전자기 방사 검출 기기{Device for detection of electromagnetic radiation with low sensitivity to spatial noise}

본 발명은 전자기 방사를 검출하는 기기 분야에 관한 것이다. 이것은 볼로미터(bolometer) 또는 마이크로볼로미터에 기초하여 적외선 방사를 검출하는 기기에 유익하게 적용되지만, 포토다이오드 또는 포토컨덕터에 기초하여 전자기 방사를 검출하는 기기에도 관한 것이다. 그것의 사용 분야는 특히, 수많은 기본 검출기(elementary detector)들로 형성되는 이미져(imager)라고도 불리는 전자 망막의 생산도 포함한다. 마이크로볼로미터는 그것의 적어도 한 치수가 마이크로미터인 볼로미터를 의미하는 것으로 이해되며; 그것은 특히 마이크로전자공학의 기법들 또는 마이크로기술 및/또는 나노기술을 사용하는 생산되는 볼로미터에 특히 관련된다.

전자기 방사의 검출 및 상 형성(imaging)을 위한 가장 진보적인 검출 기기들은 적어도 하나의 라인 및/또는 적어도 하나의 열로 정렬된 기본 검출기들의 매트릭스를 사용하는 것에 기초한다.

각종 디옵터들의 조립체로 구성된 광학계가 검출하기 원하는 방사 소스와 기본 검출기들을 포함한 평면 사이에 보통 삽입된다. 이 광학계의 기능은 입사 광선들이 기본 검출기들에 초점이 맺히도록 입사 광선들을 구부리는 것과, 방사 소스의 이미지를 검출 평면상에 재현하는 것이다. 그래서 각각의 기본 검출기는 특정한 입사각도를 가지고서 기기에 의해 수신된 전자기 방사의 량이 특징인 정보 요소를 동시에 수신한다. 매트릭스의 각종 기본 검출기들에 의한 전달되는 신호들의 독출은 소스에 의해 방출된 전자기 방사의 이른바 이미지라고 불리는 이차원 매핑을 재구성되게 한다.

기본 검출기들에 의해 전달된 신호들의 독출을 하기 위하여, 검출 기기 상에 있는 기본 검출기들만큼 많은 신호 입력들을 가지는 전자 회로가 제공된다. 이 전자 회로는 독출 회로라고도 불리는데, CMOS 또는 BICMOS 마이크로전자 기술을 사용하는 또는 CCD 마이크로전자 기술을 사용하는 집적 회로로 구성된다.

이 문서의 다음에서는 화소가 단일의 기본 검출기와 이 기본 검출기에 특화되어 이 기본 검출기를 독출 회로에 연결하는 전자 부품들을 포함하는 것으로서 정의된다. 이들 전자 부품은 상호접속(interconnections), 전기접속, 스위치 또는 임피던스-정합(impedance-matching) 기기들일 수 있다. 화소는 또한 단일 기본 검출기에 특화된 포착 및 성형 회로를 구비할 수 있다. 화소 간격은 2개의 이웃하는 화소들 사이의 주기(period)로서 정의된다.

독출 회로와 기본 검출기들의 매트릭스는 모놀리식(monolithic) 유닛을 구성하는 단일 기판, 또는 2개의 별개 기판들 상에 제조될 수 있는데, 그러면 그것들은 상호접속되고, 이 경우 그것들은 하이브리드 유닛을 구성한다.

기본 검출기들의 분극화 외에도, 독출 회로는 검출 기기의 동작에 다음 3가지 기능을 달성한다:

각각의 기본 검출기 및 독출 회로 사이에서 임피던스-정합 기기가 담당하는 임피던스-정합 기능,

포착 및 성형 회로에 의해 달성되는 기본 검출기들에 의해 전달된 신호의 포착 및 성형을 위한 기능,

상이한 기본 검출기들로부터 유래하는 신호들의 단일 전기신호 형태의 다중화로서, 대체로 스위치들 및 제어 수단의 조합에 의해 이루어지는 다중화. 단일 전기신호는, 비디오 신호라고 불리는데, 디스플레이 시스템에 의해 이용될 수 있다.

예를 들어 비디오 신호의 아날로그-디지털 변환을 위한 기능과 같은 그 밖의 관련된 기능들이 독출 회로에 구비될 수 있다.

전술한 3가지 기능(임피던스 정합, 신호의 포착 및 다중화)을 구비한 독출 회로를 형성하는 것은 그 기능들의 복잡한 배치를 요구하는 복잡한 일이다. 정말로, 이 3가지 기능들의 배치는 신호/잡음 비와 기본 검출기들의 효율에 크게 영향을 준다.

적외선 광발전(photovoltaic) 기본 검출기들의 경우, 포착 및 임피던스-정합 기능들 및 신호 성형 기능은 대체로 각 화소 내에 위치되고 그러므로 매트릭스의 모든 화소들을 위한 더 균일한 동작 지점을 허용하는 그런 방식으로 각각의 기본 검출기에 가까이 위치되고, 이 수단에 의해 매트릭스의 스케일에서 불균일성은 감소되는데, 이 불균일성은 고정 공간 잡음(fixed spatial noise)이라 불린다.

그러므로 매트릭스에 있는 기본 검출기들만큼 많은 임피던스-정합 기기들과 포착 및 성형 회로들이 존재한다. 마이크로볼로미터들을 가지는 적외선 기본 검출기들, 또는 가시 파장들을 위한 광발전 검출기들의 경우, 포착 및 성형 기능은 매트릭스의 주변, 예를 들면 매트릭스의 열들 또는 라인들의 각각의 끝단으로 보통 옮겨지는 반면, 임피던스-정합 기능은 종종 화소 내부에 남아 있다. 마이크로볼로미터들의 사용은 유익한데, 그것들이 대기 온도(ambient temperature)에서 기능하는 반면, 적외선 포토다이오드들을 가진 기본 검출기들은 종종 77K에 가까운 극저온(cryogenic) 작업 온도를 요구하기 때문이다.

다중화 기능은 화소 내에 위치되어 주어진 열 또는 주어진 라인 내의 다중화를 담당하는 제1부분, 및 유익하게는 열의 베이스에 또는 개별적으로 라인의 끝단에 위치되어 매트릭스의 상이한 열들의, 또는 각각의 상이한 라인들의 다중화를 담당하는 제2부분 사이에 대체로 분배된다. 다중화가 화소 내에서만 이루어지는 구성 역시 가능하다.

만들려는 광발전 적외선 기본 검출기와 독출 회로의 전기적 커플링을 가능하게 하는 몇 개의 방법이 논문 [1]에 설명되며, 이것에 대한 완전한 참조는 선행기술 문헌 란에서 주어진다.

연구된 상이한 해법들 중에서, 임피던스-정합 기능은 유익하게는 직접 주입이라고도 불리는 공통 게이트 조립체(assembly)의 MOS 트랜지스터들이 담당하는 것이 명백한데, 기본 검출기들의 습관적인 사용 조건에서 기본 검출기들에 흐르는 전류의 높은 레벨 때문이다.

도 1은 화소(1)의 전기도면을 도시하는데, 이 화소는 적외선 포토다이오드 형의 기본 검출기(2)와, 이것에 직렬로 연결되며 소스 및 드레인을 가지는 직접 주입식 임피던스-정합 트랜지스터 형의 임피던스-정합 기기(3)로 형성된다. 포토다이오드(2)의 애노드는 임피던스-정합 기기의 입력 단자, 이 경우 정합 트랜지스터(3)의 소스에 연결된다. 이 조립체는 낮은 입력 임피던스를 가지는데, 이는 여기서 정합 트랜지스터(3)의 상호컨덕턴스(transconductance) 값의 역으로서 표현된다. 이 상호컨덕턴스 값은 정합 트랜지스터(3)를 가로지르는 분극 전류(I)에 의존한다.

직접 주입 조립체는 각각의 기본 검출기(2)에 대해 단일 정합 트랜지스터(3)만을 가지는 작은 크기의 임피던스-정합 기기가 얻어질 수 있게 한다. 그래서 예를 들면 증폭기-기반 임피던스-정합 조립체들을 가지는 경우가 아닌 작은 크기의 화소들에 임피던스-정합 기능을 쉽사리 통합하는 것이 가능하다.

더 효율적이 되도록 하기 위해, 전자기 방사 검출 기기는 민감도의 선형성 및 균일성을 요구하고, 직접 주입 조립체는 이들 특성들이 개선될 수 있게 한다.

그러나, 화소의 기하구조에 의해 부과되는 집적 및 소형화가 고려되어야만 한다. 화소들의 크기가 각각의 신규 제품 세대와 함께 더 작아지는 경향이 있으므로, 임피던스-정합 기기는 각각의 기술 세대 때문에 공간 제약이 증대하고 있다.

논문 [2]는 상세한 설명의 끝에서 참조가 주어지는데, 임피던스-정합 트랜지스터들을 직접 주입식 조립체에 통합한 마이크로볼로미터 형의 기본 검출기들을 보이고 있다. 이 조립체는 마이크로볼로미터의 민감도가 마이크로볼로미터를 가로지르는 전류에 비례하기 때문에 선택되는데, 이 전류는 독출 전류라고 불린다.

도 2는 공통 게이트에 조립되고 각각의 기본 검출기(22, 220)에 관련된 PMOS 형의 정합 트랜지스터들(23, 230)의 직접 주입 조립체에 의한 마이크로볼로미터 형 기본 검출기들(22, 220)의 독출 방법을 사용하여 전자기 방사를 검출하는 기기를 보이고 있다.

이 검출 기기는 다수의 화소를 구비하며, 이들 중 2개의 화소(21, 210)는 여기에 표현되어 있다. 각각의 화소는 마이크로볼로미터에 의해 형성되며 그것이 노출되는 입사 전자기 방사에 따라 가변하는 전기저항을 가지는 기본 검출기(22, 220), 임피던스-정합 기능을 이행하는 PMOS 형으로 묘사된 정합 트랜지스터(23, 230), 및 스위치(24, 240)를 구비한다.

마이크로볼로미터들(22, 220)은 그것들의 개별 화소(21, 210)의 임피던스-정합 기기(23, 230)의 입력 단자에 제1단자에 의해 연결된다. 임피던스-정합 기기(23, 230)가 소스 및 드레인을 가지는 정합 트랜지스터이므로, 마이크로볼로미터들(22, 220)은 각각이 그것들의 개별 화소(21, 210)의 정합 트랜지스터(23, 230)의 소스에 연결된다. 마이크로볼로미터들(22, 220)은 제2단자에 의해 제1 공통전압 소스(P1)에 연결되는데, 제1 공통전압 소스는 마이크로볼로미터(22, 220)을 가로지르는 독출 전류(Ids)를 접속선(C1)을 통해 전달한다. PMOS 트랜지스터들(23, 230)의 드레인들은 스위치들(24, 240)의 제1단자에 각각 연결되며; 상기 스위치들(24, 240)의 제2단자들은 공통 독출 버스(B1)에 연결된다. 독출 버스(B1)는 기본 검출기들(22, 220)에 의해 전달되는 신호의 포착 및 성형을 위한 회로(5)에 연결된다. 스위치들(24, 240)은 독출 버스(B1)의 주어진 화소가 절연되게 할 수 있다.

포착 및 성형 회로(5)는 버스(B1)에 연결된 반전 입력단, 전압 소스(54)에 연결된 비반전 입력단 및 출력단을 가지는 연산 증폭기(51)를 통상 구비한다. 콘덴서(52)가 반전 입력단 및 연산 증폭기(51)의 출력단 사이에 설치된다. 스위치(53)가 콘덴서(52)와 병렬로 설치된다.

정합 트랜지스터들(23, 230)의 게이트들은 전기 접속(C2)를 통해 제2 전압 소스(P2)에 공통으로 연결되는데, 제2 전압 소스는 정합 트랜지스터들(23, 230)의 포화된 동작을 보장하기 위해 조절된다. 포화된 동작은 추구하는 바의 낮은 입력 임피던스를 얻을 수 있게 한다.

그러한 조립체에서, 스위치들(24, 240) 중의 하나가 닫힐 때, 독출 전류(Ids)가 제1 전압 소스(P1) 및 독출 버스(B1) 사이에 확립되는데, 이 전류의 진폭은 독출 전류(Ids)가 가로지르는 마이크로볼로미터(22, 220)의 저항값에 의해 조절된다. 마이크로볼로미터(22, 220)의 저항은 입사 전자기 방사에 의존한다.

스위치들(24, 240)은 동시에 단일 마이크로볼로미터(22, 220)만이 포착 및 성형 회로(5)에 연결될 수 있도록 순차적으로 닫힐 수 있다. 이것은 상이한 화소들(21, 210)을 가로지르는 독출 전류(Ids)의 시간 다중화를 나타내는 단일 전기 신호를 형성한다. 그러므로 이것은 동일한 독출 버스(B1)를 사용하고 일반적으로 주어진 열 또는 주어진 라인에 위치되는 기본 검출기들에 의해 전달되는 신호들의 시간 다중화를 형성한다. 이 모드의 동작은 보통은 "롤링 셔터(rolling shutter)" 동작이라고 불린다.

베이스-클립핑 기기(6)가 구비될 수 있는데, 그것의 기능은 수신되는 전자기 방사에 관한 어떠한 정보도 운반하지 않으면서 독출 버스(B1)를 통해 흐르는 공통 모드 전류라고 불리는 독출 전류(Ids)의 일부를 제거하는 것이다. 베이스-클립핑(base-clipping)이라고도 불리는 공통 모드 전류의 제거는, 신호 포착 및 성형 회로(5)에 더 큰 민감도가 주어지도록 할 수 있다. 앞으로 Ids를 독출 버스(B1)에서 그리고 기본 검출기(22, 220)에서 상기 기본 검출기(22, 220)가 독출될 시간에 흐르는 독출 전류라고 부를 것이다.

마이크로볼로미터들의 경우, 공통 모드 전류는 사용중인 검출 기기의 평균 온도에 의존한다. 베이스-클립핑 기기(6)는 기본 검출기들(22, 220)과 동일한 종류의 마이크로볼로미터로 구성된 제어 저항(61)으로 주로 구성되지만, 전자기 방사에는 덜 민감하다. 제어 저항(61)은 예에서 NMOS 형으로 설명된 트랜지스터(62)에 의해 독출 버스(B1)에 연결된 단자와 예를 들면 접지일 수 있는 낮은 임피던스 전압 소스(63)에 연결된 다른 단자를 가진다. 베이스-클립핑 기기의 트랜지스터(62)는 포착 및 성형 회로(5)의 입력단에서 추구하는 낮은 임피던스를 얻기 위하여 트랜지스터(62)의 포화된 동작을 보장하기 위해 조절되는 전압 소스(미도시)에 연결된 게이트를 가진다.

블라인드 마이크로볼로미터라고 불리는 이 유형의 마이크로볼로미터(61)는, 각각의 기본 검출기(22, 220)의 저항기로 차분 독출(differential reading)을 하게 하는 가능성을 제공한다. 차분 독출은 모든 마이크로볼로미터들(22, 220, 61)에 공통인 저항 변동이 없어지도록 할 수 있다. 특히 이는 전체 검출 기기에 공통인 평균 온도 변동으로 인한 저항 변동이 무시될 수 있게 할 수 있다.

베이스-클립핑 기기(6)는 동일한 독출 버스(B1)를 사용하는 상이한 기본 검출기들(22, 220)에 공통이다. 스위치(24, 240)가 닫힐 때, 독출 버스(B1)에서 흐르는 전류는 기본 검출기(22, 220) 독출 시에 흐르는 독출 전류(Ids)와 동일하다. NMOS 트랜지스터(62)와 블라인드 마이크로볼로미터(61)는 화소(21, 210)의 마이크로볼로미터(22, 220)를 가로지르는 상기 독출 전류(Ids)로부터 공통 모드 전류의 큰 부분을 도출한다. 그 결과는 전자기 방사로 인한 저항 변동의 결과로 생기는 기본 검출기(22, 220)에 의해 전달된 신호라 불리는 전류 변동이 비례하여 증폭되는 전류를 포착 및 성형 회로(5)가 수신한다는 것이다.

기본 검출기들(22, 220)이 낮은 신호-대-잡음 비를 가지므로, 전자기 방사 검출 기기의 성능은 포착 및 성형 회로(5)에, 정합 트랜지스터들(23, 230)에 그리고 기본 검출기들(22, 220)의 레이아웃에 고유한 저하를 최소화하는 동안 기본 검출기들(22, 220)의 신호-대-잡음 비를 재현하는 그것의 능력에 의해 측정된다.

그러한 기기의 성능은 또한 기본 검출기들에 의해 전달되는 신호들의 재생 품질에 의해 평가된다. 재생 품질은, 예를 들면 마이크로볼로미터 형의 기본 검출기들의 경우, 단락회로 검출기를 위해 얻어진 전류의 변동에 대한 전자기 방사에 의해 야기된 Ids 독출 전류 변동의 비로 특징지어지는데, 단락회로 검출기를 위해 얻어진 전류의 변동은 그러므로 영인 독출 임피던스를 가지며 이는 검출기의 내재성(intrinsic) 신호라고 불린다. 이 비는 주입 효율(Eta)이라고도 불리는데, 다음 수학식 1에 의해 표현된다.

여기서 G_m은 직접 주입식 정합 트랜지스터(23, 230)의 상호컨덕턴스이고 R_d는 마이크로볼로미터의 저항값이다.

수학식 1은 정합 트랜지스터(23, 230)의 상호컨덕턴스가 마이크로볼로미터(22, 220)의 저항보다 훨씬 낮을 경우에 100%에 가까운 주입 효율이 얻어질 수 있음을 보인다.

낮은 잡음 레벨을 얻는 것이 소망된다면 높은 값의 주입 효율이 생성되어만 한다.

실제로, 포착 및 성형 회로(5)에 입력되는 잡음(I_{n - total})은 주로 첫째로는 마이크로볼로미터(22, 220)에 고유한 I_{n - bolo} 잡음으로부터 그리고 둘째로는 정합 트랜지스터(23, 230)에 내재하는 I_{n - tmos}로부터 다음 수학식 2에 따라 생긴다:

100% 주입 효율의 경우, 기본 검출기(22, 220)의 전체 내재성 신호는 포착 및 성형 회로(5)에 전송되는데, 포착 및 성형 회로(5)에서 독출 전류(Ids)로 전달되는 신호는 내재성 신호의 값을 가지고, 수학식 2는 포착 및 성형 회로(5)에 입력되는 잡음이 마이크로볼로미터(22, 220)의 잡음과 동일함을 보인다. 그러므로, 이 상황에서, 기본 검출기(22, 220)의 신호-대-잡음 비는 완전히 재현된다.

반면, 100% 미만의 주입 효율(Eta)의 경우, 포착 및 성형 회로(5)의 입력에서는 약하게 전달되는 신호가 관측될 뿐만 아니라, 부가적으로, I_n-total에는 큰 기여분의 정합 트랜지스터(23, 230)의 내재성 잡음(I_{n - tmos})도 관측된다. 이 효과들의 조합은 신호-대-잡음 비가 실질적으로 저하되게 한다.

마이크로볼로미터들(22, 220)의 저항이 정합 트랜지스터(23, 230)의 상호컨덕턴스의 역에 비해 너무 낮게 되거나, 미만 또는 동일하게 될 때, 주입 효율(Eta)은 검출 기기의 만족할만한 사용에 비해 너무 낮게 된다.

정합 트랜지스터(23, 230)가 예를 들면 정합 트랜지스터(23, 230) 내의 1/f 잡음의 출현으로 인한 마이크로볼로미터의 고유 잡음(I_{n - bolo})보다 상당히 큰 내재성 잡음(I_{n - tmos})을 가질 때, 검출 기기의 신호-대-잡음 비는 저하된다.

수학식 3은 폭 W와 길이 L의 게이트를 가지는 정합 트랜지스터에 내재하는 1/f 잡음의 평가를 기술하는데, 이 잡음은 I_{n - tmos -1}/f라 불린다.

수학식 3은 게이트의 면적, 즉 길이 L과 폭 W의 곱이 작을 때, 또는 다르게는 정합 트랜지스터(23, 230)를 가로지르는 독출 전류(Ids)가 너무 클 때, 또는 사용되는 MOS 기술의 특징인 매개변수들(Kf 및 Af)이 너무 높을 때 실질적인 1/f 잡음이 나타날 수 있음을 보인다.

이런 특정한 상황들은 크기가 작은 화소들을 구비한 전자기 방사 검출 기기들의 진보된 기술 세대들의 발전과 더불어 더욱 극적으로, 조합된 형식으로 발생한다.

상세한 설명의 나머지 부분에서 기본 검출기의 메인 영역(main area)은 전자기 방사가 검출될 수 있게 하는 기본 검출기의 영역을 가리킨다. 그러한 영역은 종종 전자기 검출기의 민감성 영역(sensitive area)이라고 부른다.

화소(21, 210)의 크기의 감소는 검출기의 메인 영역의 감소를 이끌고, 그러므로, 각각의 기본 검출기(22, 220)에 의해 수신되는 전자기 방사의 세기의 감소를 이끈다. 이는 민감도의 감소를 유발한다. 이 민감도 감소는 마이크로볼로미터(22, 220)에서 독출 전류(Ids)의 증대에 의해 보상될 수 있다.

그러나, 독출 전류(Ids)의 증대는 수학식 3에서 보인 바와 같이, 정합 트랜지스터(23, 230)의 1/f 잡음 레벨의 증가를 수반한다.

화소(21, 210)의 크기의 감소는 일반적으로 공급 전압의 감소를 동반하는데, 그것들의 디자인이 이용가능한 전압들이 더 낮은 최근 세대의 CMOS 기술들을 사용할 수 있기 때문이다.

이 공급 전압 감소를 보상하기 위해, 마이크로볼로미터들(22, 220)의 저항의 값은 비례적으로 감소해야만 한다. 수학식 1에 따르면, 이것은 주입 효율(Eta)의 감소를 이끌어 낸다.

마지막으로, 화소들(21, 210)의 크기의 감소는 상기 화소들(21, 210) 내에 위치된 정합 트랜지스터들(23, 230)의 크기의 감소를 유발한다. 따라서, 이들 트랜지스터들의 게이트들의 폭 W 및/또는 길이 L은 감소된다. 수학식 3에 의하면, 이는 정합 트랜지스터의 1/f 잡음의 레벨의 증가를 유발한다.

정합 트랜지스터(23, 203)의 크기의 감소는 또한 그것이 검출 기긱에서 큰 공간 잡음에 반영될 그것들의 문턱 전압이 크게 이산(dispersion)되게 한다는 불이익을 가진다.

[3]으로 참조된 특허는 마이크로볼로미터들의 매트릭스로서 형성된 전자기 방사 검출 기기의 구조를 설명하는데, 직접 주입식 정합 트랜지스터는 매트릭스의 각 열에서 열의 끝단에 위치되고, 독출 버스에 의해 상기 열의 모든 기본 검출기들에 연결된다. 이 배치구성은 화소들의 크기에 의해 부과되는 기하학적 제약이 극복될 수 있게 하고, 그러므로 이론적으로는 정합 트랜지스터가 상기 화소 내에 위치되었거나 수직으로 상기 화소 위쪽에 놓여 화소의 면적에 의해 제약되는 면적을 가질 때보다 넓은 게이트 면적을 가지는 정합 트랜지스터가 디자인될 수 있게 한다.

그러나, 상기 정합 트랜지스터는 마이크로볼로미터 또는 볼로미터 형의 기본 검출기들의 열에 공통이고, 그러므로 잔여 저항이 기본 검출기 및 정합 트랜지스터 사이에 도입된다. 이 잔여 저항은 부분적으로는 각각의 마이크로볼로미터 및 정합 트랜지스터의 소스 사이에 위치된 독출 버스 때문이다. 이 직렬 저항은 필연적인데, 그것이 화소 간격으로 버스를 맞출 수 있도록 하기 위해 불필요하게 감소된 독출 버스의 치수들에 관련되기 때문이다.

이 직렬 저항의 영향은 마이크로볼로미터의 모든 동작 지점들을 변위시키고 그것의 민감도를 떨어뜨린다는 것이다.

부가하여, 이 직렬 저항은 열에 있는 검출기들의 각각에 대해 상이한데, 각각의 기본 검출기가 정합 트랜지스터로부터 상이한 거리에 있기 때문이다. 이 구조는 그러므로 매트릭스의 길이를 따라서 동작 지점들의 기울기 및 민감도의 기울기를 도입한다. 이는 이미 존재하는 공간 잡음에 더하여 열들을 따라 부가적인 공간 잡음을 유발한다. 부가하여 원주형 잡음(columnar noise)이 형성되는데, 각각의 정합 트랜지스터가 하나의 열에 대해 공통이고 열들의 차별에 서로 기여하는 고유 잡음을 야기하기 때문이다.

마지막으로, 정합 트랜지스터들의 치수들의 가능한 증대는 기본 검출기들의 열의 폭을 제한하는데, 트랜지스터의 길이 및 폭을 연결하는 일정한 설계 규칙이 트랜지스터들의 잡음을 제한하기 위해 적용되어야만 하기 때문이다. 그래서, 기본 검출기들의 치수들의 감소가 이 해법에 의해서는 잡음 및 효율의 관점에서 반드시 보상될 수는 없다.

[3] US-B-6 028 309.

[1] "Infrared readout electronics: a historical perspective", M.J. Hewitt, J.L. Vampola, S.H. Black, C.J. Nielsen, Proc. of SPIE Vol. 2226 Infrared Readout Electronics II, pages 108-119 (1994). [2] "LETI/LIR' amorphous silicon uncooled microbolometer development", J.L. Tissot, F. Rothan, C. Vedel, M. Vilain, JJ. Yon, Proc. of SPIE Vol. 3379 Infrared Detectors and Focal Plane Arrays V, pages 139-144 (1998).

본 발명의 목적은 라인들 및 열들로 구성된 매트릭스로 배치된 수 개의 기본 검출기들에 대해, 특히 집적된 기본 검출기들에 대해, 높은 신호-대-잡음 비를 복원할 수 있는 임피던스-정합 기기를 구비한 전자기 방사 검출 기기를 제공하고자 하는 것이다. 매트릭스는 각각이 수 개의 요소들을 구비하며, 그것들 중 하나는 기본 검출기인 위에서 정의된 바와 같은 화소들을 구성된다. 본 발명의 목적은 저하된 신호-대-잡음 비 및 화소들의 치수 감소에 관련한 난점과 제약에 대한 해법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 화소의 요소들의 특성들의 이산으로부터 유래되거나 주어진 열 또는 집합의 화소들에 공통인 요소들의 특성들의 이산으로부터 유래되는 모든 고정된 공간 잡음을 최소화하는 전자기 방사 검출 기기를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명에 따른 기기는 또한 기본 검출기들에 연결된 임피던스-정합 기기들로부터 유래되는 현저한 잡음을 도입하는 일 없이 개선된 민감도를 얻기 위하여, 증대된 독출 전류를 기본 검출기들이 가질 수 있게 하는 이점을 가진다.

본 발명은 또한 진보된 MOS 기술들에서 종종 발견되는 낮은 공급 전압에 의해 불리한 입장에 놓이는 일 없이 기본 검출기 및 전기 접속들의 치수들이 가능한 한 작게 되는 진보된 MOS 기술들을 사용할 수 있는 전자기 방사 검출 기기를 생산할 수 있게 한다.

끝으로, 본 발명의 다른 목적은 더 적은 수의 요소들이 동작에 요구되는 단순화된 화소들을 가지는 전자기 방사 검출 기기를 제공하고자 하는 것이다.

그러므로 본 발명은 각각이 수 개의 기본 검출기들을 구비한 하나 이상의 하위-조립체(sub-assembly)들로 그룹화된 다수의 기본 검출기를 구비한 전자기 방사 검출 기기에 관련된다. 각각의 기본 검출기는 임피던스-정합 기기에 상호접속에 의해 연결된다. 본 발명에 따른 기기는 다음을 특징으로 한다:

임피던스-정합 기기는 단일 하위-조립체의 모든 기본 검출기들에 공통이며,

각각의 하위-조립체에서 상호접속들은 대략 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 한다.

부가하여, 상세한 설명의 나머지 부분에서, 기본 검출기들은 임피던스-정합 기기의 입력 단자에 연결되어 있지만 임피던스-정합 기기의 어느 특정 지점에는 연결될 수 없는 것으로서 정의된다.

수 개의 기본 검출기들 사이에서 임피던스-정합 기기들을 이런 방식으로 공유(pooling)함으로써 각각의 기본 검출기에 대해 하나의 임피던스-정합 기기를 가질 때의 크기보다 큰 크기의 임피던스-정합 기기를 가지는 것이 가능하다. 이런 식으로, 임피던스-정합 기기의 크기에 관련한 모든 잡음은 비교해 보면 감소된다.

부가하여, 주어진 하위-조립체에서 모든 상호접속들에 대해 대략 동일한 저항값은 상호접속으로 인한 잔여 임피던스가 주어진 하위-조립체에서 각 화소에 대해 대략 동일하게 될 수 있게 한다.

검출 기기 내에 정합 트랜지스터를 가지는 수 개의 하위-조립체가 있다면, 검출 기기 내의 모든 화소들은 대략 동일한 임피던스를 가진다.

이런 식으로, 기본 검출기들의 각각의 하위-조립체가 임피던스-정합 기기를 통해 독출 버스에 연결되므로, 무엇보다도, 각각의 기본 검출기에 대해 그것의 상호접속의 저항을 고려하여 대략 동일한 고정 임피던스에 의존하는 고정 전류를 가지는 고정 성분 요소를 구비하는 독출 전류가 독출 버스를 가로지른다. 독출 버스 속을 흐르는 상기 독출 전류는 또한 기본 검출기에 의해 전달되는 신호라고 불리는 가변 성분 요소를 구비하는데, 이것은 기본 검출기의 저항의 변동에 의존하는 상기 전류의 전류 변동이다. 이 저항 변동은 기본 검출기 및 기본 검출기 상의 입사 전자기 방사 사이의 상호작용 때문이다. 고정 임피던스가 모든 기본 검출기들에 대해 대략 동일하므로, 전류의 고정 성분 요소와는 독립적으로, 전자기 방사로 인한 독출 전류의 비율을 확인하는 것이 용이하게 된다.

기본 검출기들은 볼로미터들 또는 마이크로볼로미터들, 포토다이오드들 또는 포토컨덕터들일 수 있다. 기본 검출기들은 바람직하게는 마이크로볼로미터들이다. 그래서 실질적인 독출 전류들을 사용하는 것과, 대기 온도에서 작동하는 것이 가능하다.

기본 검출기들이 포토다이오드들일 때 단일 하위-조립체의 모든 기본 검출기들에 공통인 포착 및 성형 회로에 임피던스-정합 기기를 연결하는 것이 유익할 수 있다. 그때 포착 및 성형 회로는 정확한 동작에 적합한 치수들을 유지하면서도 기본 검출기들에 매우 가까운 위치에 위치될 수 있다. 기본 검출기들에 의한 이러한 공유는 기본 검출기들의 영역에 포착 및 성형 회로를 제조하는데 충분히 큰 공간을 이용할 수 있게 하고, 포착 및 성형 회로가 열의 끝단에 할당되는 것을 필요로 하지 않고, 수 개의 하위-조립체 사이에 공유되는 것도 필요로 하지 않는다.

반면, 기본 검출기들이 마이크로볼로미터 형이거나 포토다이오드 형이면, 임피던스-정합 기기는 수 개의 하위-조립체에 공통인 포착 및 성형 회로에 유익하게 연결될 수 있고, 예를 들면, 하나의 열 또는 라인의 끝단에 위치될 수 있다. 이것은 포착 및 성형 회로들이 공유될 수 있게 하고, 기본 검출기들의 매트릭스의 제조가 단순화되게 한다. 부가하여, 이는 포착 회로가 단일 하위-조립체에 연결되었을 때보다 큰 피던스-정합 기기를 제조하기 위해 이용될 수 있는 더 큰 영역을 남겨둔다. 이 경우, 독출 버스는 각각의 임피던스-정합 기기를 포착 및 성형 회로에 유익하게 연결한다.

각각의 기본 검출기는 그것에 특화된 스위치와는 바람직하게는 직렬이고, 주어진 하위-조립체의 스위치들이 순차 형태로 닫힌 위치를 채택하여, 임피던스-정합 기기에 연결된 독출 버스는 동시에 단일 기본 검출기에서만 유래하는 신호를 수신하게 된다. 상기 신호는 기본 검출기가 노출되는 전자기 방사에 따라 기본 검출기를 전이(transit)시킴으로써 신속히 조절될 수 있다. 그러면 상이한 기본 검출기들로부터 유래하는 각종 신호들 사이의 순차 다중화를 생성하는 것이 가능하다.

임피던스-정합 기기는 바람직하게는 정합 트랜지스터라고 불리는 포화 상태에서 동작하는 직접 주입식 트랜지스터이다. 그때 기본 검출기들은 기본 검출기상에 존재하는 제1단자로부터 정합 트랜지스터의 소스 전극에 연결된다. 실제로, 이 경우, 임피던스-정합 기기의 입력 단자는 정합 트랜지스터의 소스이다. 그래서 전자기 방사 검출 기기를 단순화하는 것이 가능하고, 단일 트랜지스터는 임피던스-정합 기능을 달성하기 위해 사용된다. 검출기들의 민감도 및 선형성이 개선되는데, 버스에서 볼 수 있는 저항들의 변동들이 제한되기 때문이다.

기본 검출기들은 유익하게는 제1평면을 정의하는데 이는 임피던스-정합 기기를 구비한 제2평면과는 다르다. 2개의 평면들은 하나가 다른 하나 위에 있다. 임피던스-정합 기기는 적어도 다수의 기본 검출기들과 마주보는 것이 바람직하다. 부가하여, 임피던스-정합 기기는 각각의 기본 검출기의 적어도 일부와 마주보는 것이 바람직하다. 임피던스-정합 기기가 직접 주입식 트랜지스터이면 정합 트랜지스터가 기본 검출기와 동일한 평면에 있었을 때보다 큰 게이트 면적을 가지는 트랜지스터를 제조하는 것이 가능하다.

기본 검출기들의 매트릭스가 임피던스-정합 기기와 동일한 기판으로부터 또는 제2 기판상에 제조될 때, 기본 검출기들의 평면과는 상이한 평면에 임피던스-정합 기기를 제조하는 것이 가능하다. 그래서, 임피던스-정합 기기의 면적의 증가는 결과로서의 기본 검출기들의 면적의 감소를 유발하지 않는다. 이는 기본 검출기의 면적과 대략 동일한 면적들의 화소들이 얻어질 수 있게 한다.

수 개의 기본 검출기가 주어진 임피던스-정합 기기에 연결되므로, 임피던스-정합 기기는 바람직하게는 수 개의 기본 검출기에 마주하게 연장될 수 있거나, 기본 검출기의 메인 영역보다 큰 면적을 가질 수 있다. 임피던스-정합 기기가 정합 트랜지스터이므로, 하위-조립체의 기본 검출기의 메인 영역보다 큰 게이트 면적을 가지는 것이 유익할 수 있다.

마지막으로, 주어진 하위-조립체의 기본 검출기들의 메인 영역들의 조합된 면적과 대략 동일한 면적을 가지는 임피던스-정합 기기들을 제조하는 것이 가능하다. 임피던스-정합 기기가 정합 트랜지스터이므로, 그것은 유익하게는 주어진 하위-조립체의 수 개의 기본 검출기의 주여 영역들의 합에 상응하는 면적보다 큰 게이트 면적을 가진다.

이들 2가지 유익한 조건들은, 정합 트랜지스터가 기본 검출기들을 담고 있는 제1평면과는 상이한 제2평면에 위치되어, 기본 검출기의 메인 영역이 화소의 영역의 대부분을 나타낸다면 유효할 수도 있다.

첨단 기술에 의하면, 각각의 화소에 대해 하나의 정합 트랜지스터가 존재할 때, 게이트 영역은 화소의 영역보다 작다. 실제로, 정합 트랜지스터가 검출기들을 담고 있는 제1평면과는 상이한 제2평면에 위치되는 경우에도, 정합 트랜지스터는 제2평면에 있어야만 하는 소스, 드레인 및 전극들과 상호접속들을 가진다. 그러므로 첨단 기술에 따른 정합 트랜지스터의 게이트는 일반적으로 화소의 그것보다 작은 영역을 가진다.

큰 게이트 면적이 정합 트랜지스터에서 낮은 1/f 잡음을 유발하고, 이것이 정합 트랜지스터에 중심 독출 전류가 가로지르는 것이 가능하게 하여, 낮은 내재성 잡음을 생성한다. 그러므로 작은 화소 치수들 또는 작은 기본 검출기 치수들을 이끌어 내는 마이크로전자공학 기술들의 경우에도, 낮은 1/f 잡음과 높은 주입 효율을 가지는 기본 검출기 하위-조립체들을 얻는 것이 가능하다.

각각이 임피던스-정합 기기를 기본 검출기에 연결하는 상호접속들의 대략 동일한 저항값들을 얻는 것에 관한 이러한 방식에서, 상호접속들은 대략 동일한 치수들로 될 수 있다.

이것이 그 경우가 아닐 때, 치수들이 동일하지 않다면, 마이크로전자공학 기술에서 가능한 한 경로를 짧게 함으로써 기본 검출기를 임피던스-정합 기기의 입력 단자에 연결했다면 상호접속이 가질 수 있는 저항에 비하여, 적어도 하나의 상호접속은 유익하게는 더 높거나 더 낮은 저항을 가지며, 적어도 하나의 기본 검출기가 동일한 하위-조립체의 다른 기본 검출기보다는 임피던스-정합 기기의 입력 단자로부터 더 멀리에 존재한다.

이런 방식에서 대략 동일한 저항들을 가지는 상호접속들을 형성하는 것이 가능하지만, 기본 검출기들이 임피던스-정합 기기의 입력 단자, 예를 들면 소스 전극로부터 대략 동일한 거리에 위치되는 것이 필요하지 않다. 그래서 최적의 임피던스-정합 기기를 그것의 기본 검출기들의 가능한 레이아웃을 고려하지 않고서도 제조하는 것이 가능하다. 이것은 임피던스-정합 기기를 복잡한 형상으로서 구성하는 것보다 단순할 수 있어 입력 단자, 예를 들면 소스 전극은, 각각의 기본 검출기로부터 대략 동일한 거리에 일부를 가질 수 있다.

마이크로전자공학 기술에서 두 지점 사이의 가능한 최단 경로는 기하학적으로 가능한 최단 경로와는 상이하다. 실제로, 마이크로전자공학에서는, 적어도 2개의 전술한 지점들 사이에 존재하는 요소마다 바이패스하는 것이 필요하다. 부가하여 다른 요소들과 그것들을 접촉시키지 않고 바이패스하는 것이 필요하다. 부가적으로, 마이크로전자공학에서는, 설계 규칙들이 주어진 위치 주변에 존재하는 상이한 요소들이 서로 너무 가까이 있는 것을 방지할 목적으로 적용된다. 단락 또는 누설 전류를 방지하기 위해 안전 거리가 상이한 요소들 사이에 남겨져야 한다. 마지막으로, 마이크로전자공학에서는, 기본 검출기들에 의해 규정되는 제1평면에 평행한 평면 바깥에 접속들을 만드는 것이 가능하다면, 이들 접속들은 제1평면에 평행한 평면들에 포함되는 접속들 및 수직 접속들로 이루어지며; 제1평면의 법선에 대해 0° 또는 90°의 감지할 수 있을 정도로 상이한 각도를 가지는 접속들을 만드는 것은 일반적으로 가능하지 않다.

어떤 기본 검출기가 동일한 하위-조립체의 다른 기본 검출기보다 임피던스-정합 기기로부터 멀다면, 임피던스-정합 기기를 기본 검출기에 연결하는 주어진 길이의 적어도 하나의 상호접속은, 그것의 길이의 적어도 하나의 부분상에서, 임피던스-정합 기기를 동일한 하위-조립체의 다른 기본 검출기의 적어도 하나의 부분의 단면과는 상이한 단면을 가지는 것이 유익하다. 다른 상호접속의 단면과는 상이한 단면의 부분에서, 상호접속은 다른 상호접속의 그것과는 상이한 각각의 길이 단위에 대해 하나의 저항을 가진다. 그래서, 상호접속의 저항을 인위적으로 증가시키거나 줄이는 것이 가능하다. 그러므로 임피던스 정합 기기에 임피던스-정합 기기의 입력 단자로부터 상이한 거리들에 위치된 기본 검출기들을 상이한 길이들을 가지지만 대략 동일한 저항들을 가지는 상호접속들에 의하여 연결하는 것이 가능하다.

이 상황에서, 임피던스-정합 기기를 기본 검출기에 연결하는 상호접속의 저항을 증가시키는 것이 필요하다면, 증가된 저항 및 주어진 길이를 가지는 상호접속은 유익하게는 그것의 길이의 적어도 일부 위에 좁은 그것의 단면을 가진다.

그러한 부분적으로 좁은 단면은 상호접속을 길게 하지 않고서도 필요로 하는 상호접속의 저항을 조절할 수 있게 한다. 실제로, 가능한 최단 경로와 비교하여, 상호접속을 저항을 증가시키기 위해 길게 하는 것이 가능하다면, 이는 부가적인 상호접속 길이들의 형성을 유발한다. 그러면 이웃하는 상호접속들을 위한 가능한 최단 경로를 계산하고 설계하는 것이 더 어렵게 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기본 검출기들이 기본 검출기들의 라인들 및 열들을 포함하는 매트릭스에 위치된다. 이런 식으로, 하위-조립체는 수 개의 라인들에 위치된 상이한 기본 검출기들과, 매트릭스의 수 개의 열들에 위치된 상이한 기본 검출기들을 구비할 수 있다.

이는 매트릭스의 공간 잡음의 선형 성분 요소와 원주형(columnar) 성분 요소가 동시에 감소될 수 있게 한다. 실제로, 이 상황은 유익하게도 제1 하위-조립체가 제1 하위-조립체의 기본 검출기와 동일한 라인인 매트릭스의 라인에 기본 검출기를 가지는 최소한 제2 하위-조립체에 연결된 독출 버스와는 상이한 독출 버스에 연결되는 것을 의미한다. 그리고, 부가하여, 제1 하위-조립체는 일반적으로 제1 하위-조립체의 기본 검출기와 동일한 열인 매트릭스의 열에 기본 검출기를 가지는 최소한 제3 하위-조립체에 연결된 독출 버스와는 상이한 독출 버스에 연결되는 것을 의미한다.

특히, 포착 및 성형 회로가 수 개의 하위-조립체에 공통이면, 상기 포착 및 성형 회로로 인한 잡음은 원주형 잡음을 생성하지 않는데, 포착 및 성형 회로가 매트릭스의 상이한 라인들 및 열들에 존재하는 기본 검출기들에 연결되기 때문이고, 그것이 주어진 라인의 모든 기본 검출기들에는 연결되지 않고, 주어진 열의 모든 기본 검출기들에도 연결되지 않기 때문이다.

대신에, 하위-조립체는 매트릭스의 수 개의 라인들 및 단일 열 상에 위치된 상이한 기본 검출기들, 또는 매트릭스의 수 개의 열들 및 단일 라인 상에 위치된 상이한 기본 검출기들을 구비할 수 있다. 이 경우, 하위-조립체는 매트릭스의 라인 또는 열의 일부를 나타낸다. 이 상황에서, 선형 또는 원주형 공간 잡음은 독출 버스가 다수의 하위-조립체들로부터 유래되지만 단일의 하위-조립체 기기로부터는 유래되지 않는 신호를 운반하는 방향에서만 감소된다.

유익하게는, 매트릭스의 주어진 라인 또는 열 상에 위치된 기본 검출기들을 가지는 하위-조립체들이 상이한 독출 버스들에 연결된다면 원주형 공간 잡음을 줄이는 것이 모든 경우들에서 가능하다.

본 발명의 관심 있는 실시예에서 주어진 하위-조립체의 기본 검출기들은 주어진 순서의 축 대칭에 따라 배치된다. 이는 상호접속의 편성 및 임피던스-정합 기기의 입력 단자의 편성이 용이해질 수 있게 한다. 이것은 주어진 하위-조립체의 상호접속들이 대략 동일한 치수들을 가져야 한다면 특히 유용하다. 이것은 각각의 기본 검출기에 대해 대략 동일한 주어진 거리로 위치되는 입력 단자의 지점, 예를 들면 소스 전극의 지점이 각각의 기본 검출기에 대해 적어도 하나는 있어야 하는 것이 소망된다면 유용할 수 있다.

비제한적인 예로서 주어진 다음의 설명을 읽고 첨부의 도면들을 참조하면 본 발명은 잘 이해될 것이고 본 발명의 다른 상세내용과 이점들 및 특징들이 나타나 보일 것인데, 도면들 중에서,
도 1은 적외선 기본 검출기, 이 경우에서는 포토다이오드와 직접 주입 조립체의 정합 트랜지스터를 구비한 화소의 공지의 전기도면의 예를 도시한다(앞서 설명됨);
도 2는 공통 게이트를 가지게 조립된 PMOS 형의 정합 트랜지스터가 각각의 검출기에 연관되는 공지의 유형의 직접 주입 조립에 의해 마이크로볼로미터 형의 기본 검출기들의 독출 모드를 사용하는 전자기 방사 검출 기기의 부분적인 전기도면을 도시한다(앞서 설명됨);
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자기 방사 검출 기기의 부분적인 전기도면을 도시한다;
도 4는 본 발명의 제1실시예를 따르는 전자기 방사 검출 기기의 개략도이다;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자기 방사 검출 기기의 개략도이다;
도 6a 및 도 6b는 하위-조립체에 16개의 기본 검출기를 구비하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 방사 검출 기기의 단순화된 부분 평면도들이다.
도 7은 상호접속들의 일부가 그것들의 폭들을 좁게 하는 것에 의해 증가된 저항들을 가지는 본 발명에 따른 전자기 방사 검출 기기의 개략도이다;
도 8은 하나의 하위-조립체가 기본 검출기들의 열의 모든 기본 검출기들을 담고 있는 본 발명에 따른 전자기 방사 검출 기기의 도면을 도시한다;
도 9는 주어진 정합 트랜지스터에 연결된 하위-조립체 내의 2개의 기본 검출기들을 구비한 본 발명에 따른 전자기 방사 검출 기기의 단면도를 도시한다;
상이한 도면들의 동일, 유사 또는 동등한 부분들은 도면에서 도면으로 바뀌는 것이 용이하도록 하는 동일한 참조 번호들을 가진다.
도면들에서 나타나는 상이한 부분들은 도면들을 더 읽기 쉽도록 하기 위하여 균일한 스케일로 반드시 표현되지는 않았다.
본 발명에 따른 기기의 상이한 실시예들의 도식적인 도면들은 예들로서 주어진 것이지 제한을 위해 주어진 것은 아니다.

본 발명의 설명은 본 발명의 특정 실시예를 도시하는 도 3을 보면 잘 이해될 것이다.

도 3은 바람직하게는 적어도 하나의 라인 및/또는 적어도 하나의 열을 가지는 매트릭스로 배치된 다수의 기본 전자기 방사 검출기들(32, 320)을 구비한 전자기 방사 검출 기기(30)의 단순화된 전기도면을 나타낸다. 기본 검출기들(32, 320)은 하나 이상의 하위-조립체(300)로 그룹화되는데 각각의 하위-조립체는 수 개의 기본 검출기들을 구비하고, 단일의 하위-조립체(300)는 도 3에 나타나 있다.

상세한 설명의 나머지 부분에서, 위에서 주어진 정의에 의하면, 화소는 기본 검출기, 스위치 그리고 이 기본 검출기 및 이 스위치에 특화된 여러 전기접속들로 형성된 단위를 가리킨다.

부가하여, 기본 검출기들은 열들을 위한 주어진 간격 및 라인들을 위한 주어진 다른 간격으로 서로 배치되고 이 다른 간격은 열들을 위한 간격과는 상이하거나 동일하다고 생각될 수 있을 것이다. 매트릭스의 열을 위한 간격 및 라인을 위한 간격에 의해 규정되는 영역은 화소의 영역이다.

마지막으로, 기본 검출기들은 임피던스-정합 기기의 입력 단자에 연결되지만 임피던스-정합 기기의 특정 지점에는 연결되지 않는다고 생각될 수 있을 것이다. 부가하여, 임피던스-정합 기기가 소스 및 드레인을 가지는 정합 트랜지스터이면, 소스는 입력 단자인 것으로 생각될 수 있다.

그러므로 기본 검출기의 각각의 하위-조립체(300)는 수 개의 기본 검출기들(32, 320)을 구비하며; 이 경우 하위-조립체는 동일한 라인에 2개의 그러한 기본 검출기를 구비한다.

기본 검출기들(32, 320) 외에, 각각의 하위-조립체(300)는 정합 트랜지스터(33)라고 불리는 공통 게이트로서 조립된 단일 임피던스-정합 기기(33), 선택적으로는 MOS 트랜지스터(33)를 구비한다.

그러나, 임피던스-정합 기기는 낮은 입력 저항을 가지는 어느 유형의 트랜지스터, 예를 들면 공통 베이스를 가지게 조립된 바이폴라 트랜지스터(더 일반적으로는 그것의 약어 J.E.T.로 알려짐), 또는 트랜스-임피던스 조립체를 가지는 낮은 입력 임피던스를 가지는 연산 증폭기일 수도 있거나, 또는 본 발명에 관련한 기술적 제약과 양립할 수 있는 이 기술분야의 당업자에게 알려진 어느 다른 유형의 임피던스 정합물일 수 있다.

정합 트랜지스터(33)는 직접 주입으로 조립되고 기본 검출기들(32, 320)에 의해 전달되는 신호들의 포착 및 성형을 위한 회로(5)와 기본 검출기들(32, 320) 사이에 임피던스 정합을 생성할 수 있는데; 이 포착 및 성형 회로(5)는 어쩌면 수 개의 하위-조립체(300)에 공통일 수 있다. 기본 검출기들(32, 320)은 바람직하게는 대기 온도에서 동작하고 전자기 방사, 예를 들면 적외선 방사에 민감한 마이크로볼로미터들이다. 대체물들로서, 포토다이오드들 또는 포토컨덕터들이 있을 수 있다.

대안으로, 본 발명의 다른 실시예에서, 특히 가시 스펙트럼의 전자기 방사의 검출을 허용하는 포토다이오드 형의 기본 검출기들(32, 320)의 경우, 포착 및 성형 회로(5)는 단일 하위-조립체(300)와는 공통인 임피던스-정합 기기(33)와 통합된다. 그러면 독출 버스(B1)는 포착 및 성형 회로(5)를 비디오 신호의 형성 및 신호들의 분석을 허용하는 단일 회로에 연결한다.

도 3에 도시된 실시예에서, 기본 검출기들(32, 320)은 마이크로볼로미터들로 구성되고 각각의 기본-검출기(300)는 하위-조립체의 모든 기본 검출기들(32, 320)에 공통인 임피던스-정합 기기(33)를 가지는 것으로서 규정된다. 부가하여, 포착 및 성형 회로(5)는 수 개의 하위-조립체(300)에 공통이다.

각각의 하위-조립체(300)는 또한 각각이 기본 검출기(32, 320)와 연관되는 스위치들(34, 340)을 구비한다. 스위치들(34, 340)은 예를 들면 스위칭 회로로서 사용되는 트랜지스터들이다.

각각의 하위-조립체(300)의 정합 트랜지스터(33)는 도 3에 나타낸 바와 같은 P-형 MOS, 또는 N-형, 또는 바이폴라 형의 트랜지스터일 수 있다. 후자인 두 경우들에서, 전자기 방사 검출 기기에 인가되는 분극 전압들은 그에 따라서 조절될 수 있을 것이다. 정합 트랜지스터(33)와 아래에 나타낸 모든 정합 트랜지스터들은 게이트를 가지고 각각 소스 전극 및 드레인 전극과 전기접촉하는 소스 및 드레인을 가진다고 간주한다. 게이트는 길이 L 및 폭 W로 되는데, 그것들의 곱은 게이트 면적이라고 정의된다.

각각의 기본 검출기(32, 320)는 관련된 하위-조립체(300)의 정합 트랜지스터(33)의 소스 전극에 상호접속(301, 302)에 의하여 제1단자(32.1, 320.1)로써 연결된다. 주어진 하위-조립체(300)의 기본 검출기들(32, 320)의 제1단자들(32.1, 320.1)은 서로 연결되고, 공통 노드(A)인 주어진 정합 트랜지스터(33)의 소스 전극에도 연결된다. 본 발명에 의하면, 하위-조립체의 각각의 기본 검출기를 그것들 중에 하나만 있는 정합 트랜지스터(33)와 연결하는 상호접속들(301, 302)은 대략 동일한 전기저항값을 가진다. 상호접속의 저항은 그것을 구성하는 재료의 비저항(resistivity)에 비례하고, 상호접속의 길이에 비례하고, 상호접속의 횡단면에 역비례한다고 알려져 있다.

기본 검출기들의 하위-조립체(300)의 각각의 기본 검출기(32, 320)는 제2단자(32.2, 320.2)로써 스위치들(34, 340) 중의 하나에 연결되는데, 이 스위치는 각각의 기본 검출기를 제1 전압소스(P1)에 연결되게 또는 제1 전압소스(P1)와 분리되게 할 수 있다. 제1 전압소스(P1)는 전자기 방사 검출 기기(30)의 내부나 외부에 있을 수 있고 기본 검출기(32, 320)에 의해 전달되는 신호에 상응하는, 전자기 방사의 영향 하에서 기본 검출기들(32, 320)의 저항의 변동을 독출하는데 필요한 독출 전류가 전달될 수 있게 한다. 제1 전압소스(P1)는 각각의 스위치(34, 340)에 전기접속(C3)을 통해 연결된다. 대안으로, 스위치들(34, 340)은 기본 검출기(32, 320)를 임피던스-정합 기기(33)에 연결하는 상호접속 상에 위치될 수 있다.

트랜지스터(33)의 드레인 전극은 독출 버스(B2)에 연결되는데, 이 독출 버스는 포착 및 성형 회로(5)에 연결되며 바람직하게는 베이스-클리핑 회로(6)에 연결된다.

정합 트랜지스터(33)의 게이트는 접속(C4)을 통해 제2 전압소스(P2)에 연결되는데 제2 전압소스는 전자기 방사 검출 기기의 내부 또는 외부에 있다. 제2 전압소스(P2)는 포화 모드에서 정합 트랜지스터(33)의 동작을 보장하기 위해 조정된다.

포착 및 성형 회로들(5)과 베이스-클리핑 회로(6)는 최신의 것들과 유사하다. 이 도면에서 나타낸 회로 예들은 예시로서 사용되고 본 발명을 제한하기 위해 사용되지는 않는다. 도 2에서 설명된 회로들은 2번 설명되지 않는다. 다른 유형들의 포착 및 성형 회로들(5)과 베이스-클리핑 회로들(6)이 본 발명의 범위를 벗어나는 일 없이 쉽사리 사용될 수 있다.

도 3의 조립체에 의존하여, 각기, 2개의 스위치들(34, 340) 중의 하나가 닫힌 상황에서, 독출 전류(Ids)가 그렇게 연결된 기본 검출기(32 또는 320)를 통해 먼저 그리고 다음으로는 하위-조립체(300)의 단일 정합 트랜지스터(33)를 통해 제1 전압소스(P1) 및 독출 버스(B2) 사이에서 확립된다.

예를 들면 시프트 레지스터를 구비하는 공지 기술의 예인 제어 수단(350)이 주어진 하위-조립체(300)에 존재하는 여러 스위치들(34, 340)을 순서대로 연속적으로 닫도록 설계되어, 주어진 순간에 기껏해야 주어진 하위-조립체의 단일 스위치(34, 340)만이 닫힌다. 이는 독출 전류(Ids)와 동일한 값의 전류가 독출 버스(B2)를 통해 흐르게 하여, 신호가 하위-조립체(300)의 여러 기본 검출기들(32, 320)에 의해 전달되는 신호들의 시간적인 다중화를 나타내게 한다.

하위-조립체(300)에서 단일 정합 트랜지스터(33)는 2개의 상이한 기본 검출기들(32, 320)이 커플링 되게 한다. 이것에는 2개의 기본 검출기들(32, 320) 사이에 주어진 간격에 대해, 정합 트랜지스터(33)는 각각의 기본 검출기에 대해 하나의 정합 트랜지스터를 포함하는 당해 기술 수준에서 전통적인 상황과 비교하여 인수(factor) 2만큼 증가할 수 있는 크기로 될 수 있다는 것이 수반된다. 이는 본 발명에 따른 검출 기기의 신호-대-잡음 비가 개선될 수 있게 한다.

더 구체적으로는, 제1평면을 규정하는 기본 검출기들(32, 320)이, 제2평면을 규정하는 임피던스-정합 기기(33) 및 포착 및 성형 회로(5)의 상이한 평면에 존재할 수 있게 한다. 두 평면들은 유익하게는 하나가 다른 하나 위에 있다. 그러면 기본 검출기들(32, 320은) 접촉하는 일 없이 서로 가까이 있을 수 있다. 이러한 방식에서, 각각의 기본 검출기(32, 320)가 주어진 메인 영역을 가지므로, 화소의 면적은 기본 검출기(32, 320)의 메인 영역과 대략 동일하다고 간주될 것이다.

제2평면에서 기본 검출기들(32, 320)을 기준으로 존재한다면, 임피던스-정합 기기(33)는 유익하게는 하위-조립체(300)의 기본 검출기들(32, 320)에 마주하게 연장된다. 그래서 하위-조립체(300)의 모든 화소들의 조합된 면적과 대략 동일한 면적을 가지는 정합 트랜지스터(33)를 제조하는 것이 가능하다. 이런 식으로, 정합 트랜지스터(33)는 적어도 기본 검출기의 메인 영역 또는 화소의 영역보다 큰 게이트 면적을 가질 수 있다. 게이트 면적이 하위-조립체(300)의 기본 검출기들(32, 320) 중의 수 개의 것들 또는 그것들 모두의 메인 영역들의 합과 대략 동일하도록 하는 정합 트랜지스터(33)를 제조하는 것도 가능하다. 정합 트랜지스터(33)가 도 3의 예에서, 예를 들면 기본 검출기(32, 320)의 면적보다 크거나, 하위-조립체의 기본 검출기들, 이 경우 2개의 기본 검출기의 조합된 면적에 가까운 높은 게이트 면적을 가질 수 있다는 것이 이해된다.

도 3의 전기도면은 차수(order) 2의 축 대칭을 보이는데, 이는 기본 검출기들(32, 320)의 제1단자들(32.1, 320.1)을 트랜지스터(33)의 소스 전극에 연결하는 2개의 상호접속들(301, 302)이 대락 동일한 길이들 및 단면들로 된 전자기 방사 검출 기기를 생산하는데 이점을 제공한다. 그때 이들 상호접속(301, 302)은 그것들이 동일한 재료로부터 제조된다는 것을 전제로 대략 동일한 전기저항들을 가진다. 그것들이 엄밀히 말해 동일하지 않다면 그것들의 저항들은 최소한 비교할만 하다. 상호접속들(301, 302)의 이 구성은 공통 노드(A)의 생산을 최적화할 수 있어, 전자기 방사 검출 기기의 공간 잡음을 현저히 줄인다.

상호접속들이 대략 동일한 전기저항값들을 가지면서도 상이한 기하구조들을 가질 수 있다는 것이 오래지 않아 이해될 것이다.

본 발명은 본 발명에 따른 전자기 방사 검출 기기의 제1실시예 및 제2실시예의 부분 개략 평면도를 도시하는 도 4 및 도 5에 관련하여 더 잘 이해될 것이다.

도 4 및 5는 본 발명의 실시예들의 기능적 도면들이다. 도면의 상이한 요소들은 기능들과 상이한 기능들의 배치구성을 나타낸다. 이 기능적 도면들은 전자기 방사 검출 기기의 상이한 요소들의 개별 크기들에 관련한 정보를 주려고 하지 않거나, 또는 요소들이 서로에 대해 수직으로 위치될 수 있다는 사실의 확인 또는 반박을 하려 하지 않는다. 일정한 요소들은 도면의 판독을 단순화하기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 범위는 이들 도면의 기능적 도면들에 의해 제한되지 않는다.

도 4는 적어도 하나의 라인 및 하나의 열을 가지는 매트릭스로 배치된 기본 검출기들(22, 220)의 수 개의 하위-조립체(300, 300')로 그룹화된 다수의 기본 검출기(22, 220)를 구비한 본 발명에 따른 전자기 방사 검출 기기(30)를 개략적으로 나타낸다. 하위-조립체들은 점선들로 표시된다. 여러 기본 검출기들은 도시되지 않은 기판상에 집적된다. 이 실시예에서 매트릭스의 2개의 열의 일부분이 나타나 있다. 각각의 열이 2개의 기본 검출기의 적어도 2개의 하위-조립체(300, 300')를 담고 있으므로, 하위-조립체(300, 300')의 기본 검출기들(22, 220)은 매트릭스의 주어진 열에 속한다. 기본 검출기들의 각각의 열은 하위-조립체들(300, 300')의 기본 검출기들(22, 220)로부터 유래하는 신호를 그 열로부터 관련된 기본 검출기에 의해 전달되는 신호의 포착 및 성형을 위한 회로(5, 5')로 전송될 수 있게 하는 독출 버스(B2, B2')에 연결된다. 베이스-클리핑 회로(6, 6')는 각각의 독출 버스(B2, B2')에도 연결된다. 기본 검출기들(22, 220)은 주어진 라인에서 주어진 간격과 매트릭스의 주어진 열에서 이전의 것과는 상이하거나 동일할 수 있는 다른 간격으로 서로 상대적으로 위치된다.

각각의 하위-조립체(300, 300')는 기본 검출기들과 다른 전기회로 요소들을 구비하며; 기본 검출기들과 다른 전기회로 요소들은 바람직하게는 위에서 설명된 바와 같이 모놀리식 또는 하이브리드 구조에 따라 하나가 다른 하나 위에 위치하는 2개의 별개 평면들에 집적된다.

전기회로 요소들은, 주어진 하위-조립체의 기본 검출기들(300, 300')에 공통이며 정합 트랜지스터(33, 33')의 형상을 가지는 단일 임피던스-정합 기기, 각각의 기본 검출기(22, 220)를 위한 미도시된 하나의 스위치, 그리고 기본 검출기들(22, 220) 및 정합 트랜지스터(33, 33') 사이의 상호접속들을 도 3에서 앞서 나타낸 바와 같이 구비한다.

각각의 기본 검출기(22, 220)는 그것의 제1단자로써 정합 트랜지스터(33, 33')에 연결되고 정합 트랜지스터는 기본 검출기를 독출 버스(B2, B2')에 연결한다. 도면의 단순화를 위해 모든 회로 요소들이 나타내어지지 않았고, 특히 스위치들은 도시되지 않았다.

전자기 방사 검출 기기의 기본 검출기들의 각각에 의해 전달되는 신호들의 포착을 착수하기 위해, 도 4에서 심벌들(T1, T2, T3 및 T4)에 의해 연대순으로 식별되는 순간들에서 순차 판독이 상이한 기본 검출기들의 각각의 열에 대해 시작된다.

순간 T1에서 제1라인의 모든 열들의 기본 검출기들(22)은, 동시에 독출되며, 이때 스위치(미도시)는 기본 검출기들을 제1 전압소스(미도시)에 연결하고, 독출 전류가 이들 기본 검출기(22)에서 흐르는 것이 허용된다. 독출하는 기본 검출기들(22)은 정합 트랜지스터들(33, 33')을 통해 정합 트랜지스터들(33, 33')의 제1행(41)에 존재하는 그것들의 하위-조립체에서부터 열들의 각각의 베이스에 위치된 상이한 포착 및 성형 회로들(5, 5')에 연결된다.

순간 T2에서, 독출은 이전에 측정된 하위-조립체들의 제2 기본 검출기들에 상응하는, 기본 검출기들(220)의 제2라인에서 여전히 정합 트랜지스터들(33, 33')의 제1행(41)을 통해 행해진다.

순간 T3에서 기본 검출기들(22)의 제3라인이 트랜지스터들(33, 33')의 제2행(42)을 통해 독출되는데, 여기서 기본 검출기들은 이전에 독출되었던 기본 검출기들과는 다른 하위-조립체들(300, 300')에 속한다. 이 정합 트랜지스터들(33, 33')의 제2행(42)은 기본 검출기들의 제4라인의 독출을 위해 순간 T4에 사용될 수도 있을 것이다.

기본 검출기들의 상이한 선들의 다중화라고 불리는 이 순차 독출은, 기본 검출기들(22, 220)을 기본 검출기들을 독출하는데 필요한 독출 전류를 전달하는 제1 전압소스에 연결하는 스위치들의 적절한 제어를 통해 가능하게 된다. 이 공정은 물론 임의의 수의 라인들에 대해 그리고 임의의 수의 열들에 대해 설계될 수 있다.

이 실시예에 의하면 주어진 정합 트랜지스터(33, 33')가 2개의 상이한 순간들에 2개의 별개의 기본 검출기들(22, 220)로부터 유래되는 전달되는 신호를 복원하기 위해 사용되는데 이는 정합 트랜지스터가 동일한 하위-조립체의 2개의 기본 검출기에 공통이기 때문이다. 기하학적으로, 이 정합 트랜지스터(33)는 주어진 하위-조립체(300)의 2개의 인접하는 기본 검출기들(22, 220)의 풋프린트 내에 있고 그러면 정합 트랜지스터(33)의 게이트의 면적은 도 2에 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 기본 검출기들만큼 많은 정합 트랜지스터들이 있는 경우에 대해 비례적으로 확장될 수 있다.

하위-조립체 내의 정합 트랜지스터의 소스 전극은 유익하게는 2개의 기본 검출기들(22, 220)의 제1단자들로부터 등거리로 위치될 수 있다. 이 위치는 각각의 하위-조립체(300, 300') 내에서 기본 검출기들(300, 300')을 정합 트랜지스터(33, 33')의 소스 전극에 연결하는 2개의 상호접속들이 그것들의 길이들 및 그것들의 횡단면, 즉 그것들의 폭과 그것들의 두께들을 곱한 곱(product)에 의해 규정되는 그것들의 기하구조적 관점에서 이론적으로 동일하고 최소한 그것들의 저항들에 관해서는 필적하는 조립체를 달성하도록 사용될 수 있다.

유익하게도, 정합 트랜지스터(33, 33')는 아래의 도 9에서 예시되는 바와 같이 기본 검출기들(22, 220)에 의해 규정되는 제1평면과는 상이한 제2평면에 위치한다. 2개의 평면은 유익하게는 서로에 대해 수직으로 위치하게 된다. 그래서, 도 3에 관련하여 설명된 바와 같이, 화소의 면적은 기본 검출기(22, 220)의 메인 영역에 가까울 수 있고 게이트 면적이 하위-조립체의 2개의 기본 검출기(22, 220)의 메인 영역들의 합에 가까운 값을 달성할 수 있는 정합 트랜지스터들을 얻는 것이 가능하다.

정합 트랜지스터들(33, 33')이 기본 검출기들(22, 220)과 동일한 평면에 있다면, 여기서 다시 정합 트랜지스터(33, 33')가 단일 기본 검출기에만 연결되는 경우에서보다 2배 큰 정합 트랜지스터들(33, 33')을 가지는 것도 가능하다.

본 발명의 각종 실시예들에서, 각각의 하위-조립체(300, 300') 내의 기본 검출기들이 매트릭스의 수 개의 열들에 속한다면, 매트릭스의 수 개의 열들에 속한 기본 검출기들에 연결된 동일한 독출 버스, 또는 매트릭스의 동일한 열에 속하는 기본 검출기들을 위한 수 개의 독출 버스들을 가지는 것 및/또는 다중화는 기본 검출기들의 주어진 라인 내에서 일어날 수 있는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명에 따르고 위에서 설명된 가능성을 도시하는 전자기 방사 검출 기기의 부분 개략 평면도이다.

전자기 방사 검출 기기(30)의 각종 기본 검출기들은 이 경우 하위-조립체들(500, 500')로 그룹화되는데, 여기서 각각은 2개의 기본 검출기들의 2 라인들에 정렬된 4개의 기본 검출기들(221, 222, 223, 224)을 구비한다. 하위-조립체들(500, 500')의 각각에서, 기본 검출기들(221, 222, 223, 224)은 각각 상호접속들(201, 202)에 의하여 정합 트랜지스터(33, 33')의 형태를 취하는 단일 임피던스-정합 기기에 연결된다. 상호접속들(201, 202)은 이 경우 T자형으로 나타내어지고 2개의 기본 검출기(221, 222 또는 223, 224)를 정합 트랜지스터(33, 33')와 함께 연결한다. 정합 트랜지스터(33, 33')는 독출 버스(B2, B2')를 통해 기본 검출기들의 각각에 의해 전달되는 신호의 포착 및 성형을 위한 회로(5, 5')에 그리고 베이스-클리핑 회로(6, 6')에 연결된다. 정합 트랜지스터들(33, 33')은 직접 주입을 사용하여 조립되고 하위-조립체들(500, 500')의 기본 검출기들(221, 222, 223, 224)과 포착 및 성형 회로(5, 5') 사이에 임피던스 정합을 제공할 수 있다.

이 경우 나타내어진 2개의 하위-조립체들(500, 500')은 한 행의 하위-조립체들을 형성한다. 부가하여, 각각의 하위-조립체는 매트릭스의 2개의 열에 속한 기본 검출기들을 구비한다. 하위-조립체들은 하위-조립체들의 주어진 행에서 교번 형태로 2개의 독출 버스(B2, B2') 중의 하나의 독출 버스에 그리고 2개의 포착 및 성형 회로들(5, 5') 중의 하나의 포착 및 성형 회로(5, 5')에 연결된다. 그래서, 각각의 독출 버스(B2, B2')는 매트릭스의 2개의 열에 위치된 기본 검출기들에 의해 전달되는 신호를 수신하고, 나타내어진 2개의 독출 버스들(B2, B2') 중 어느 것도 매트릭스의 열들 중의 하나의 열의 모든 기본 검출기들에 연결되지 않는다. 이 구성은 단일 열에 포함된 기본 검출기들의 수에 필적하는 수의 검출기들을 위해 평균적으로 하나의 독출 버스(B2, B2')가 있을 수 있게 한다.

유익하게는, 포착 및 성형 회로들(5, 5')의 각각과 독출 버스들(B2, B2')의 각각은 2개의 하위-조립체(500, 500')가 나타내어진 경우에도 수 개의 하위-조립체(500, 500')에 공통이다.

상기 하위-조립체들(500, 500')이 행들의 형태로 배치되므로, 이는 도 5에서 심벌들(T1, T2, T3 및 T4)에 의해 식별된 연대기적 순서의 기본 검출기들(221, 222, 223, 224)의 순차적인 독출을 허용한다.

순간 T1에서 나타내어진 2개의 하위-조립체의 기본 검출기들(221)은 관련된 하위-조립체에 연관된 정합 트랜지스터(33, 33')를 통해 포착 및 성형 회로(5, 5')에 동시에 연결된다. 2개의 독출 버스(B2, B2')의 각각은 그러므로 각각의 하위-조립체에 대해 동일한 위치에 위치된 기본 검출기에 의해 전달되는 신호를 수신한다.

순간 T2와 후속하는 순간 T3 및 후속하는 순간 T4에서, 각각의 하위-조립체(500, 500')의 결코 동일한 것이 아닌 단일 기본 검출기(222, 223, 224)는, 포착 및 성형 회로(5, 5')에 연속하여 연결된다. 이들 순간들(T1, T2, T3, T4)의 각각에서, 독출 전류는 다른 기본 검출기들(221, 222, 223, 224) 및 정합 트랜지스터(33, 33') 사이를 흐르지 않는다.

독출 버스(B2, B2')에 연결된 수 개의 하위-조립체(500, 500')가 존재한다면, 주어진 순간 T에서 단일 기본 검출기에 의해 전달되는 신호만이 독출 버스(B2)에서 흐르도록 하기 위해 순차 독출은 하위 -조립체들이 포함하는 기본 검출기들을 고려해야만 한다는 것이 이해된다.

다른 시간적인 순서들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 가능하다는 것에 주의해야 한다.

특히, 하위-조립체들의 주어진 행에 배치된 상이한 하위-조립체들(500, 500')은 동일한 독출 버스(B2, B2')에 연결될 수 있어, 매트릭스의 스케일에서, 제1실시예에서보다 더 긴 다중화 시간을 희생하여 독출 버스들(B2, B2')의 절약을 허용하는데, 매트릭스의 2개의 열에 위치된 모든 기본 검출기들이 동일한 독출 버스를 통해 다중화되어야 하기 때문이다.

이 제2실시예에 의하면, 주어진 정합 트랜지스터(33, 33')가 4개의 상이한 순간들(T1, T2, T3, T4)에서, 주어진 하위-조립체(500, 500')의 4개의 별개의 기본 검출기들(221, 222, 223, 224)의 독출을 위해 사용된다. 이 정합 트랜지스터(33, 33')는 기하학적으로는 하위-조립체의 4개의 기본 검출기들의 풋프린트(footprint) 내에 있다. 그래서, 정합 트랜지스터의 게이트 면적은 도 3 및 4에 관련하여 언급된 방식으로 비례적으로 조절될 수 있다. 2개의 라인 및 2개의 열에 분산된 다른 기본 검출기들을 포함하는 하위-조립체에 연결되므로, 정합 트랜지스터의 소스 전극의 위치는 차수 4의 축 대칭으로 유익하게 이익을 본다. 소스 전극은 예를 들면, 그것이 4개의 기본 검출기의 각각의 제1단자들로부터 등거리로 위치되도록 설계될 수 있다. 그것은 예를 들면, 각각의 기본 검출기의 제1단자로부터 고정된 거리에서 적어도 하나의 지점을 항상 가지는 U자형의 형상을 취할 수 있다. 이 조치는 대략 동일한 커플링 특성들이 하위-조립체의 모든 기본 검출기들에 대해 그러므로 매트릭스의 모든 기본 검출기들에 대해 얻어질 수 있게 한다. 특히, 상호접속들(201, 202)은 대략 동일한 저항값을 가지고, 그래서 낮은 기생 저항을 유발하고, 작은 공간 잡음 성분 요소를 형성한다.

본 발명의 실시예들에 따른 기본 검출기들의 레이아웃 대칭들의 이점을 가지는 다른 실시예들이 본 발명에 따른 정합 트랜지스터들을 설계하도록 착상될 수 있다.

한 예로서, 도 6a 및 6b는 16개의 기본 검출기(62)의 하위-조립체(600)를 위해 설계된, 본 발명에 따르는 전자기 방사 검출 기기의 제3실시예의 도면들이다. 도 6a는 각각이 기본 검출기들을 임피던스-정합 기기(63)에 연결시키는 제1단자(67)를 가지는 16개의 기본 검출기들(62)의 위치를 나타내는데, 제1단자는 제1평면에 통합된 4개의 기본 검출기들(62)의 4개의 열의 형태로 차수 4의 축 대칭을 가지고서 기본 검출기들 사이에 위치된다. 그러므로 하위-조립체(600)는 매트릭스의 4개의 열에서부터 그리고 4개 라인에서부터 유래되는 기본 검출기들(62)을 가지는데, 하위-조립체의 각각의 열은 매트릭스의 열에 속한다. 기본 검출기들(62)은 하나의 접속이 하위-조립체(600)의 각각의 열을 위한 것인 접속들(C61 내지 C64)을 통하여 제2단자(68)로써 제1 전압소스(P1)에 연결된다. 각각의 접속(C61 내지 C64)은 각각이 스위치(64)를 구비하는 전기접속(69)에 의하여 4개의 기본 검출기들(62)에 연결된다. 각각의 스위치(64)는 접속(C61, C62, C63 또는 C64)에 단일 기본 검출기(62)만이 접속될 수 있도록 위치된다.

앞서 설명된 모놀리식 또는 하이브리드 구조들에 의해 제공되는 가능성에 따라서, 16개의 기본 검출기들(62)에 공통인 정합 트랜지스터(63)는 기본 검출기들(62)에 의해 규정된 제1평면과는 상이한 제2평면에 위치된다. 이 2개의 평면들은 유익하게는 서로에 대해 수직으로 위치된다. 접속들(C61 내지 C64) 및/또는 전기 접속들(69)과 스위치들(64)은 제2평면에 또는 제3평면에 위치될 수 있다. 비 배타적 정합 트랜지스터(63)를 구비한 제2평면은 도 6b에 관련하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 상이한 평면들의 병치는 위의 도 9의 설명에서 더 상세히 설명될 것이다.

정합 트랜지스터(63)는 큰 점들을 사용하여 규정된 그것의 소스 전극(631), 및 작은 점들을 사용하여 보인 그것의 드레인 전극(632)에 의해 도 6a에 부분적으로 나타내어져 있다. 도 6의 예에서, 소스 전극(631)과 드레인 전극(632)은 서로 맞물리고 있다. 트랜지스터의 게이트는 도면의 단순화를 위해 나타나 있지 않지만, 추정할 수 있는 바와 같이, 정합 트랜지스터(63)의 도시되지 않은 소스 및 드레인 사이에서 연장한다. 그때 그 게이트는 하위-조립체(600)의 기본 검출기들(62)의 열들의 방향으로 돌출하는 수 개의 게이트 부분들로 나누어진다. 이 실시예의 특정 경우에서, 소스 전극(631)은 "U"자 형상을 가지는데, U자의 한 가지는 도 6a의 좌편에서 기본 검출기들의 2개의 제1열들 사이에서 연장하고, U자의 다른 가지는 도 6a의 우편에서 기본 검출기들의 2개의 다른 열들 사이에서 연장한다.

드레인 전극(632)은 그것이 소스 전극(631)과 서로 맞물리도록(interdigitated) 형성된다. 이 경우 그것은 소스 전극(631)의 각 가지가 드레인 전극(632)의 이웃하는 2개의 가지들 사이에 위치되는 수 개의 가지들을 구비한 빗 형상을 가진다. 이 경우, 소스 전극(631)이 U자 형상을 가지므로, 드레인 전극은 4개의 가지를 가지는 빗의 형상을 가진다. 다르게는, 그것은 여기에 나타낸 제2 및 제3 가지들이 하나의 가지만을 형성하도록 서로 그룹화된다면 3개의 가지를 가지는 빗이 될 수 있다. 상이한 기본 검출기들(62)의 제1단자들(67)은 각각이 정합 트랜지스터(63)의 소스 전극(631)에 상호접속(66)에 의해 연결된다.

도 6a의 예에서, 제1단자들(67)은 노드 A에서 4개씩 전기적으로 연결되며; 노드 A는 소스 전극(631) 내의 한 지점에 위치된다. 그러므로 기본 검출기들(62)을 소스 전극(631)에 연결하는 4개의 A 노드가 존재한다.

정합 트랜지스터는 도 6b를 관측함으로써 더 상세히 설명된다. 게이트(633)는 여기서는 각기 소스 전극(631)의 가지 및 드레인 전극(632)의 가지 사이에 각각 위치되는 4개의 부분으로 형성된다. 게이트(633)의 부분들은 소스(631) 및 드레인(632) 전극들에 비해 폭이 넓으며; 그것들은 소스 전극(631)의 가지 및 드레인 전극(632)의 가지 사이의 모든 공간을 점유한다.

그래서, 게이트(633)의 상기 부분들은 하위-조립체의 기본 검출기들(62)의 열과는 대략 정렬된 사각형들의 형상을 취한다. 게이트(633)의 상이한 부분들은 제2 전압소스(P2)에 연결된 단일 게이트(633)를 형성하도록 전기접속들(C65)에 의해 서로 연결되어, 정합 트랜지스터(63)가 포화된 모드에서 동작하도록 한다.

드레인 전극(632)은 독출 버스(B2)에 전기접속에 의해 연결된다.

도 6b에서는, 도 6a에 나타낸 하위-조립체(600)의 16개 기본 검출기 중 정합 트랜지스터(63)를 담고 있는 제2평면과는 상이한 제1평면에 위치되는 수 개의 기본 검출기로 된 가능한 위치(62')가 점선들을 사용하여 관측된다.

드레인 전극(632)의 2개의 가지가 가까이 있고 소스 전극(631)의 가지에 의해 분리되지 않는다면, 드레인 전극의 양 가지들이 단일 가지로 병합되도록 정합 트랜지스터를 제조하는 것이 가능하다.

이 실시예는 검출기의 메인 영역보다 클 수 있거나, 2개, 3개, 5개, 10개 또는 15개 기본 검출기 또는 그 이상보다 클 수 있는 게이트 영역이 결합되어, 16개 기본 검출기(62)의 풋프린트 내에 있을 수 있는 실질적인 크기의 정합 트랜지스터(63)가 제조될 수 있게 한다.

이 실시예에 따른 구조는 6개를 넘는 기본 검출기들을 담고 있는 하위-조립체로 확장될 수 있다. 예를 들면, 4개씩 소스 전극에 연결되는, 6개 라인과 6개 열에 배치된 36개 기본 검출기가 있을 수 있다. 그때 소스 전극은 3개의 가지를 가지는 빗인 "W"자 형상을 가진다.

6개 열의 4개 라인이나 6개 라인의 4개 열을 형성하는 24개의 기본 검출기를 하위-조립체에 가지는 것이 가능하다. 이런 식으로 소스 전극은 U자 또는 W자 형상을 각각 가질 수 있다.

정합 트랜지스터를 구비한 제2평면과는 상이한 제1평면에 기본 검출기들이 있는 본 발명의 각각의 실시예에서처럼, 정합 트랜지스터의 게이트 영역은 하위-조립체의 모든 기본 검출기들의 메인 영역들의 합으로서 정의되는 하위-조립체 영역의 60% 또는 75% 또는 80% 또는 90%까지의 영역과 동일하거나 그것 이상일 수 있다.

제2평면에서 하위-조립체의 영역의 나머지는, 아래의 도 9에서 예시되는 바와 같이, 다음을 하기 위해 요구된다:

-소스 및 드레인 전극들을 형성,

-상기 전극들 밑에 소스 및 드레인을 형성,

-독출 버스를 전달하여, 게이트, 스위치들, 제어 접속들에 전력을 공급하여 스위치들에 의한 독출 다중화를 구성하는 전기접속들, 및 검출기의 동작을 위해 필요한 모든 다른 전기 또는 전자 요소들, 특히 포토다이오드 또는 마이크로볼로미터의 그러한 요소들을 형성.

가지들이 기본 검출기들의 2개의 열에서 일정한 거리를 둔 빗을 형성하는 소스 전극을 가지는 정합 트랜지스터를 제조하는 이점들 중 하나는 모두가 동일한 기하구조를 가지는 매우 짧은 상호접속들을 형성하는 것이 가능하다는 점이다. 그 결과로서, 상호접속들 모두는 대략 동일한 전기저항값을 가진다.

본 발명은 바람직하게는 각각의 기본 검출기를 임피던스-정합 기기에 연결하며 대략 동일한 저항들을 가지도록 대략 동일한 치수들을 가지는 상호접속들을 구비한다.

전자기 방사로 인한 저항 외에도, 각각의 포착 및 성형 회로는 우선 상호접속들의 저항을 그리고 부차적으로는 임피던스-정합 기기 및 포착 및 성형 회로 사이에서 국소화된 임피던스를 포함한 잔여 임피던스를 수신한다. 이 임피던스는 임피던스-정합 기기에 의해 감소된다. 그래서, 전체 매트릭스 전체에 걸쳐, 잔여 임피던스들이 대략 동일하고 전체적인 기생 저항들이 감소한다.

그러나, 서로에 대해 치수들이 상이한 상호접속들을 제공함으로써 상호접속들의 저항값의 균등성을 획득하는 것이 가능하다. 특히, 동일한 임피던스-정합 기기로부터 상이한 거리들에 위치된 기본 검출기들에 대해 대략 동일한 저항들을 얻는 것이 가능하다.

이를 달성하기 위해, 본 발명은 임피던스-정합 기기로부터 더 먼 다른 기본 검출기로부터 도출되는 상호접속의 저항에 대하여, 임피던스-정합 기기에 가까운 기본 검출기로부터 유래하는 적어도 하나의 상호접속의 저항을 인위적으로 증가시켜서, 2개의 상호접속의 저항들이 대략 동일하게 되도록 하는 것을 제안한다. 더 먼 거리의 기본 검출기로부터 유래하는 상호접속의 저항을 감소시킴으로써 그 역도 가능하다.

도 7은 본 발명의 이 실시예의 특정 예를, 특히 하위-조립체의 기본 검출기들 사이의 배치구성에서 특정한 대칭이 형성되지 않을 때를 도시한다.

하위-조립체(700)는 하나의 라인으로 구성되는 제1평면에 위치되고 좌측에서 우측으로 721, 722 및 723으로 각각 표시된 제1, 제2 및 제3 기본 검출기들을 구비한다. 제1평면과 상이한 제2평면에서, 정합 트랜지스터(73)는 3개의 기본 검출기에 공통이 되게 형성된다. 이 2개의 평면은 하나가 다른 하나 위에 위치되며, 기본 검출기들(721, 722, 723)은 정합 트랜지스터(73)의 적어도 일부와 마주한다. 정합 트랜지스터(73)는 제3 기본 검출기(723)에 영역에 위치된 소스, 제1 기본 검출기(721)의 영역에 위치된 드레인(732) 그리고 소스(731) 및 드레인(732) 사이에 삽입된 게이트(733)를 구비한다. 게이트(733)는 적어도 제2 기본 검출기(722) 아래에 그리고 제1 및 제3 기본 검출기들(721 및 723)의 일부 아래에 존재한다. 소스 전극(7310)은 제3 기본 검출기(723)의 영역에 위치된다. 제3 기본 검출기(723)는 소스 전극(7310)에 제2 기본 검출기(722)보다 더 가깝고, 제2 기본 검출기 자체는 제1 기본 검출기(721)보다 더 가깝다.

기본 검출기들(721, 722, 723)은 상호접속들(74, 75, 76)에 의하여 소스 전극(7310)에 각각 연결된다.

기본 검출기들(721, 722, 723) 및 소스 전극(7310) 사이의 거리의 차이들 때문인 상호접속들 사이의 저항의 변동을 보상하는 그러한 방식에서, 도 7의 예는 소스 전극(7310)에 가장 가까운 기본 검출기들(722, 723)로부터 유래하는 2개의 상호접속(75, 76)의 저항들을, 그 저항들이 소스 전극(7310)에서 가장 먼 기본 검출기(721)로부터 유래하는 상호접속(74)의 저항과 대략 동일하도록 하기 위해 인위적으로 증가시키는 것을 제안한다.

가능한 최단 경로는 상대적인 위치들과 다른 기본 검출기들, 다른 상호접속들 및 소스 전극의 방해를 고려하여 기본 검출기를 소스 전극에 연결하도록 정의된다. 그러므로 기본 검출기를 소스 전극에 연결하는 가능한 최단 경로를 정의하는 것이 가능하다.

상호접속의 저항을 증가시키는 하나의 수단은 가능한 최단 길이를 넘도록 상호접속 길이를 길게 하는 것이다.

이 해법은 흥미롭지만, 아무런 목적도 이루지 못하는 상호접속 길이들로 검출 기기를 혼잡하게 할 수 있다.

상호접속들은 통상 전자기 방사 검출 기기의 모든 상호접속들에 대해 대략 동일한 상호접속 단면을 가지도록 만들어진다. 앞으로 이 관점에서 대부분의 상호접속들에, 또는 최소한 대부분의 상호접속들의 일 부분에 공통인 그러한 단면을 "명목 단면(nominal section)"라고 할 것이다. 부가하여, 상호접속들은 주어진 길이를 가지는 것으로서 정의된다.

본 발명은 상호접속의 적어도 일부에 대해 또는 그것의 전체 길이에 대해 저항을 증가시키는 상호접속의 좁은(narrowing) 단면을 도입할 것을 제안한다. 그러한 좁은 단면은 저항이 더 커지게 한다. 더 작은 단면(section)을 가지는 부분의 길이를 개조함으로써 저항 증가 값을 조절하는 것이 가능하다. 그러한 감소 구역(79, 79')은 제2 및 제3 기본 검출기들(722, 723)을 소스 전극(7310)에 연결하는 상호접속들(75, 76)에서 나타난다.

상호접속의 길이를 가능한 최단 길이보다 길게 증가시키고 그에 더하여 주어진 길이에 대해 그것의 단면을 감소시킴으로써 양 방법들을 조합하는 것도 가능하다.

반면에, 다른 기본 검출기들보다 더 멀리 있는 기본 검출기들로부터 유래하는 상호접속들의 저항을 줄이는 것이 목적이라면 적어도 상호접속들의 길이의 일부에 대해, 또는 그것들의 전체 길이에 대해 상호접속들의 단면을 넓게 하는 것이 가능하다.

그래서, 저항을 줄이는 것이 소망되는 상호접속들의 단면들을 넓히고 저항값을 증가시키는 것이 소망되는 상호접속들은 단면을 줄이고 및/또는 길이를 증가시키는 것이 가능하다.

그러한 방법은 저항값이 모든 상호접속들에 대해 대략 동일한 하위-조립체들이 기본 검출기들의 배치구성에서의 어떠한 대칭을 필요로 하지 않고서도 형성될 수 있게 한다. 예를 들면, 불균일한 다수의 기본 검출기들이 있을 수 있다. 그래서 각종 기본 검출기들로부터 동일한 거리에 소스 전극을 형성하는 것을 추구할 필요가 없다. 이는 정합 트랜지스터들의 제조 및 설계가 단순해지는 것을 허용한다. 부가하여, 예를 들면 정합 트랜지스터를 마주하도록 기본 검출기들을 선택함으로써, 최적 치수를 가지는 정합 트랜지스터들을 설계하는 것과, 기본 검출기들의 하위-조립체들을 나중 단계에서 규정하는 것이 가능하다.

상호접속들의 길이들을 줄이기 위해 그리고 대략 동일한 저항의 상호접속들이 더 쉽게 얻어지도록 하기 위해 기본 검출기들의 대칭적 배치구성들을 구비한 하위-조립체들을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 당업자는 대략 동일한 저항들의 배치구성을 용이하게 하는 것과 임피던스-정합 트랜지스터들의 설계를 용이하게 하는 것 사이에서 타협을 할 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명을 적용하는 다른 방식을 예시한다. 이 실시예는 매트릭스의 주어진 열(80)의 기본 검출기들(82)이 기본 검출기들의 주어진 하위-조립체에 속하고 제1평면이라 부르는 동일한 평면에 있다고 미리 전제한다. 제1평면과는 상이한 제2평면에는, 모든 기본 검출기들(82)에 공통인 임피던스-정합 트랜지스터(83)가 형성된다.

정합 트랜지스터(83)는 도 8의 우측에서 기본 검출기들의 열(80)의 전체 길이에 걸쳐 열(80)을 따라 위치된 소스 전극(831)을 구비한다. 소스 전극은 대략 검출기들의 열(80)의 기본 검출기들(82)의 한 측면에서 상이한 평면에 위치된다.

정합 트랜지스터(83)는 도 8의 좌측의 기본 검출기들의 다른 측면에서 소스 전극(831)을 마주하는 기본 검출기들의 열(80)의 전체 길이에 걸쳐 열(80)을 따라 위치된 드레인 전극(832)을 구비한다. 게이트(833)는 대략 소스 전극(831) 및 드레인 전극(832) 사이를 연장한다. 게이트(833)는 그러므로 연구되는 기기에 관하여 관측자의 방향으로 정렬된 기본 검출기들(82)상 또는 밑에서 상이한 평면에 위치된다. 소스 전극(831), 드레인 전극(832) 및 게이트(833)는 그때 기본 검출기들(82)과 직접 전기접촉하지 않는다.

소스 전극(831)은 그러나 상호접속(85)에 의하여 기본 검출기들(82)에 전기접속된다. 도 8의 예에서, 소스 전극(831)의 적어도 일 부분은 각각의 기본 검출기(82)의 적어도 한 부분과 마주하고 있다. 결과적으로, 기본 검출기들은 더 짧은 경로에 의해 소스 전극(831)에 접속된다. 예를 들어, 근처에 있는 2개의 기본 검출기(82)의 경우, 기본 검출기들(82) 중 하나로부터 유래하는 상호접속(85)은 2개의 기본 기본 검출기 사이를 통과한다. 다른 실시예에 의하면, 소스 전극(831)이 위치된 평면 및 기본 검출기들(82)을 담고 있는 제1평면 사이에서 수직으로 연장하는 수직형 상호접속(vertical interconnection)들이 있을 수 있다.

드레인 전극(832)은 포착 및 성형 회로(5)에 연결된다.

이 실시예에 의하면 상호접속들(85)은 대략 동일한 저항들을 가진다. 부가하여, 열(80)의 모든 기본 검출기들(82)에 공통인 정합 트랜지스터(83)는, 그것의 상호컨덕턴스가 가능한 한 높도록 하는 치수들을 가진다.

그러한 실시예는 하위-조립체가 매트릭스의 열의 부분으로부터 형성되도록, 즉 하위-조립체가 매트릭스의 열의 부분을 형성하는 기본 검출기들로 구성되도록 수정될 수 있다. 그러므로 하나의 열에 수 개의 하위-조립체가 있을 수 있다. 이 실시예의 다른 변형예는 하위-조립체가 2개 이상의 열로 구성되도록 하위-조립체를 형성하는 것에 의해 가능하다. 그때 정합 트랜지스터는 매트릭스들의 2개의 열 또는 그 이상에 위치된 기본 검출기들에 공통이다.

하위-조립체는 열들의 한 그룹을 형성하는 2개 이상의 열에서부터 유래하는 열들의 부분들로 형성될 수 있다. 이들의 경우에서, 소스 전극은 열들의 그룹의 한 끝단에 위치된 열의 기본 검출기들의 길이를 따라 위치되는 것이 유익하고, 드레인 전극은 열들의 그룹의 다른 끝단에 위치된 열의 기본 검출기들의 길이를 따라 위치된다. 부가하여, 상호접속들은 모든 기본 검출기들에 대해 대략 동일한 저항들을 가진다. 이런 식으로, 일정한 상호접속들은 그것들이 가능한 최단 경로에 의해 기본 검출기들을 소스 전극에 연결하였다면 가졌을 저항에 비해 증가된 저항을 가져야 한다.

도 9는 제1평면(G)에 존재하는 주어진 하위-조립체의 2개의 기본 검출기(92, 92')와 제2평면(G')에 존재하는 정합 트랜지스터(93)를 보이는 본 발명에 따른 검출 기기의 실시예의 단면을 도시한다. 제1평면(G)과 제2평면(G')은 하나가 다른 하나 위에 위치되고, 정합 트랜지스터(93)는 2개의 기본 검출기(92, 92')를 마주하고 있다.

기본 검출기들(92, 92')은 기판(90)상에 존재하는 유전체층이라 불리는 유전체 재료(94)의 한 층의 영역에 위치될 수 있다. 제2평면(G')은 유전체(94) 및 기판(90) 사이의 계면에 의해 규정된다.

유전체층(94)에는 다음이 존재한다:

-소스 전극(931)과 드레인 전극(932),

-드레인 전극(932)에 연결된 독출 버스(B2),

-기본 검출기들(92, 92')을 소스 전극(931)에 연결하는 상호접속들(921 및 921'),

-게이트 전극(95).

기본 검출기들을 스위치들에 연결하는 스위치들도 전기접속들도 도면의 단순화를 위해 나타내어지지 않는다.

상호접속들(921, 921'), 전기접속들 및 독출 버스(B2)는 기본 검출기들(92, 92') 및 기판(90) 사이에 포함된다는 점에서 제2평면(G')에 있거나, 제1 및 제2 평면들 사이에 삽입되는 다른 평면들에 있거나, 또는 제1 및 제2 평면들(G, G') 사이에 삽입된 다른 평면들에 있는 것으로 간주될 수 있다.

개조예로서, 어느 일정한 기본 검출기들(92') 또는 모두가 공기공간(97)에 의해 유전체층(94)으로부터 분리될 수 있다. 공기공간은 어쩌면 낮은 바로미터 기압(barometer pressure) 아래에 있을 수 있다. 그것은 관련된 각각의 기본 검출기(92')에 특화되거나 또는 수 개의 기본 검출기에 공통일 수 있다. 공기공간에 의해 유전체층(94)으로부터 분리된 기본 검출기들(92')은 바람직하게는 하나 이상의 지지물(98, 98')에 의해 유전체층(94)에 기계적으로 연결된다. 지지물들은 유익하게는 기둥들일 수 있다. 이것들은 바람직하게는 기본 검출기(92')의 가장자리에 위치되고 유전체층(94)에 대해 고정된 위치에서 상기 기본 검출기(92')를 유지하는데 사용된다. 이들 기둥들 중의 일부는 상기 기본 검출기를 정합 트랜지스터의 소스 전극(931)에 연결하는 상호접속(921')의 일부에 의해 형성될 수 있거나, 상호접속(921')의 일부를 담고 있을 수 있다.

기판(90)은 소스 전극(931) 및 드레인 전극(932)에 각각 연결된 소스(901) 및 드레인(902)을 구비한다.

소스(901)와 드레인(902)은 유익하게는 도 9의 좌측 및 우측에서 각각 2개의 기본 검출기(92, 92')에 의해 규정되는 하위-조립체의 대향하는 2개의 끝단들에 놓이도록 위치될 수 있다.

게이트(95)는 게이트(96)의 산화물층에 의해 기판(90)으로부터 분리된 유전체층(94) 내에서 소스 및 드레인 사이를 연장한다. 이 게이트는 기본 검출기들(92, 92') 간에 나타내어진 단일 간격(P)보다 큰 길이(L)로 된다.

2개의 기본 검출기 중 하나(92)는 2개의 기본 검출기 중의 다른 하나(92')에서보다 소스 전극(931)에 더 가깝다. 상호접속(921)의 저항이 소스 전극(931)에 가장 가까운 기본 검출기(92)를 소스 전극(931)에 연결하는 것을 가능하게 하는 상호접속 부분(97)이 나타내어져 있다.

본 발명의 각종 실시예들에서는, 도 3에 관련하여 앞서 제시된 바와 같이, 각각의 하위-조립체 내에서, 단일 임피던스-정합 기기뿐 아니라 포착 및 성형 회로도 공유하는 것이 가능하다. 이 상황은 포토다이오드 형의 기본 검출기들을 포함하여 가시 파장들에서 전자기 방사 검출 기기들에 주로 적합하다.

본 발명은 하위 그룹의 각각의 기본 검출기에 대한 상이한 공간 잡음을 생성하는 어떠한 기생 저항들도 도입하지 않으면서 정합 트랜지스터의 게이트 영역이 동일한 하위-그룹에 존재하는 기본 검출기들의 수에 비례하여 증가될 수 있게 한다. 그 결과는 우선, 위에서 설명된 수학식 3에 따라서, 정합 트랜지스터로 인한 잡음이 감소된다는 것과, 전자기 방사 검출 기기의 신호-대-잡음 비가 참조된 특허 [3]에 의한 기기와 비교하여 결과적으로 증가된다는 것이다.

제2의 이점은, 다시 수학식 3을 참조하면, 정합 트랜지스터부터 도출되는 어떠한 부가적인 잡음도 도입하지 않으면서, 본 발명에 의해 허락된 게이트 영역의 증가와 동일한 비율만큼, 선행기술에 비하여 각각의 기본 검출기에서의 독출 전류를 증가시키는 것이 가능하다는 것이다.

특히 기본 검출기가 볼로미터 또는 마이크로볼로미터 형일 때, 증폭된 형태의 마이크로볼로미터의 저항의 인지할 수 있는 변동을 독출 전류의 증가에 비례하게 가지는 것도 가능하다. 기본 검출기들에 의해 전달되는 신호는 그러므로 증폭될 수 있다. 여기서도, 이것은 본 발명에 따른 전자기 방사 검출 기기의 신호-대-잡음 비를 개선할 수 있게 한다.

이 이점은 작은 입사 전자기 방사 포착 영역에 의해 불리한 입장이 되고 그러므로 전달되는 신호의 모든 가능한 증폭을 필요로 하는 25㎛ 미만의 간격을 가지는 작은 메인 영역을 가지는 기본 검출기들에 특히 인정된다.

정합 트랜지스터를 설계하는데 더 큰 영역을 사용하는 것에 의해 제공되는 다른 이점은 정합 트랜지스터의 게이트의 길이 L 및 폭 W을 독립적으로 조절하는 것이 가능하다는 것이다. 그래서 이 방식으로 정합 트랜지스터의 더 큰 상호컨덕턴스를 얻는 것과 결과적으로는 수학식 1에 의해 규정된 더 큰 주입 효율을 얻는 것이 가능하다.

독출 전류의 증가에 의해 앞서 제공된 효과 외에도 상호컨덕턴스의 증가에도 기여하는 효과가 발생하고, 이들 두 효과는 결합하여 전달되는 신호의 복원을 개선하고 전자기 방사 검출 기기의 신호-대-잡음 비를 개선한다.

본 발명에 의해 제공된 증가된 상호컨덕턴스는 낮은 동적 임피던스를 가지는 기본 검출기들의 직접 주입식 커플링을 달성하는데 사용될 수도 있다. 이것은 예를 들면 낮은 전기저항의 볼로미터들 또는 마이크로볼로미터들에 관련될 수 있다. 후자는, 예를 들면, 포토리소그래픽 분해능의 관점에서 최첨단의 CMOS 기술들에서 흔히 있듯이, 낮은 전압에 의해 전력이 공급되는 트랜지스터 기술을 사용하는 것이 소망될 때 특히 필요하다. 독출 전류 및 신호-대-잡음 비를 증가시키는 것에 의해 저항에 대해 낮은 내재성의 영향을 가지고 만약 그렇지 않으면 잡음에 의해 마스크될 수 있는 기본 검출기들을 사용하는 것이 가능하다.

큰 게이트 영역을 가지는 트랜지스터들의 사용은 또한 매트릭스의 화소들에서 발생하는 고정된 공간 잡음을 줄이는, 전자기 방사 검출 기기의 스케일에서 더욱 균일한 특성들, 특히 더욱 균일한 문턱 전압들을 제공한다. 실제로 약 2㎛의 게이트 길이(L) 미만에서, 문턱 전압들의 이산은 정합 트랜지스터로 인한 고정된 공간 잡음의 현저한 증가를 들여온다고 알려져 있다. 정말로, 주어진 분극화를 얻기 위해서는, 정합 트랜지스터의 폭 W를 증가시키는 것이 필요하지만, 이것은 정합 트랜지스터의 길이 L이 증가되는 것도 필요로 한다. 이것은 선행기술에서는 어려웠지만, 본 발명의 사용을 통해 가능하게 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한 전자기 방사 검출 기기의 모든 기본 검출기들에 대해 균일한 전기 커플링으로 이익을 얻으면서도 수 개의 기본 검출기에 공통인 큰 게이트 영역을 가지는 직접 주입식 정합 트랜지스터를 형성하는 것이 가능하다고 교시한다. 이 균일성 특성은 기본 검출기들 및 각각의 정합 트랜지스터의 소스 전극 사이에 위치된 상호접속들의 저항에 특별히 관련된다. 이 저항은 전자기 방사 검출 기기의 각각의 화소에 다르게 영향을 주는 고정된 공간 잡음에 관하여 특히 중요하다고 알려져 있다.

본 발명 또한 큰 게이트 영역을 가지는 정합 트랜지스터들의 사용을 통한 시간적 잡음의 감소와, 대략 동일한 상호접속들의 저항에 의하여 균일한 커플링으로 된 큰 게이트 영역을 가지는 정합 트랜지스터들의 연대적 사용을 통해 화소들에서의 공간 잡음의 감소 둘 다를 가지는 이미지 센서, 또는 이미저(imager)를 생산하는 해법을 제공한다.

선행기술의 실시예들과 비교하여 본 발명의 다른 이점은, 매트릭스 내에서 서로 근접하게 위치되고 그 매트릭스의 상이한 열들 및 라인들에 속할 수 있는 기본 검출기들의 하위-조립체에 공통인 큰 게이트 영역을 가지는 임피던스-정합 트랜지스터들을 가지는 것이 가능하다는 점이다. 이 배치구성은 매트릭스의 상이한 열들 또는 상이한 라인들이라는 특징을 피할 수 있고, 전자기 방사 검출 기기에 의해 제공되는 모든 이미지들의 이용 및 품질에 대해 특히 해로운 원주식 또는 선형 성분 요소의 공간 잡음의 출현을 방지한다. 실제로 신호 포착 및 성형 회로들이 주어진 열의 모든 기본 검출기들에 연결되지 않도록 기본 검출기들의 하위-조립체들을 형성하는 것이 가능하다.

Claims (15)

1. 각각이 수 개의 기본 검출기들을 구비한 하나 이상의 하위-조립체들(300, 300' 600)로 그룹화된 다수의 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)를 구비한 전자기 방사 검출 기기로서, 각각의 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)는 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)에 상호접속(301, 302, 66, 85)에 의해 연결된 전자기 방사 검출 기기에 있어서,
   임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)는 단일 하위-조립체(300, 300', 600)의 모든 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)에 공통이며,
   각각의 하위-조립체(300, 300', 600)에서 상호접속들(301, 302, 66, 85)은 대략 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
2. 제1항에 있어서, 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)은 볼로미터들(bolometers) 또는 마이크로볼로미터들, 포토다이오드들 또는 포토컨덕터들인 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
3. 제2항에 있어서, 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)이 포토다이오드들일 때, 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)는 단일 하위-조립체(300, 300', 600)의 모든 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)에 공통인 포착 및 성형 회로(capture and shaping circuit)(5, 5')에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)가 수 개의 하위-조립체(300, 300', 600)에 공통인 포착 및 성형 회로(5, 5')에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)는 그것에 특화된 스위치(34, 340, 64)와 직렬이고, 주어진 하위-조립체(300, 300', 600)의 스위치들은 순차적으로 닫힌 위치를 취하여, 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)에 연결된 독출 버스(B1, B2, B2')는 동시에 단일 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)로부터 유래하는 신호를 수신하게 되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)는 정합 트랜지스터라 불리는 포화 상태에서 동작하는 직접 주입식 트랜지스터이며, 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)은 정합 트랜지스터(32, 320, 62, 82, 92)의 소스 전극(631, 7310, 831, 931)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)은 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)를 구비하는 제2평면(G')과는 상이한 제1평면(G)을 규정하며, 두 개의 평면들(G, G')은 하나가 다른 하나 위에 위치되고, 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)는 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)의 적어도 일부를 마주하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
8. 제6항에 적용되는 제7항에 있어서, 정합 트랜지스터(33, 33', 63, 83, 93)는 하위-조립체(300, 300', 600)의 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)의 메인 영역(main area)보다 큰 게이트 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
9. 제8항에 있어서, 정합 트랜지스터(33, 33', 63, 83, 93)는 주어진 하위-조립체(300, 300', 600)의 수 개의 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)의 메인 영역들의 합에 상응하는 영역보다 큰 게이트 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각각이 임피던스-정합 기기를 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)에 연결하는 상호접속들(301, 302, 66, 85)은 대략 동일한 치수들로 된 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 상호접속(301, 302, 66, 85)은, 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)를 마이크로전자공학 기술의 가능한 한 짧은 경로에 의해 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)의 주어진 단자에 연결하였을 때의 저항과 비교하여, 증가되거나 감소된 저항을 가지고, 적어도 하나의 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)는 임피던스-정합 기기(33, 33', 63, 83, 93)의 단자로부터 동일한 하위-조립체(300, 300', 600)의 다른 기본 검출기(32, 320, 62, 82, 92)보다 더 멀리 있는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
12. 제11항에 있어서, 임피던스-정합 기기를 기본 검출기에 연결하는 주어진 길이의 적어도 하나의 상호접속은, 그것의 길이의 적어도 일부에 걸쳐, 임피던스-정합 기기를 동일한 하위-조립체의 다른 기본 검출기에 연결하는 다른 상호접속의 적어도 일부와는 상이한 단면(section)을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
13. 제12항에 있어서, 임피던스 적응(adaptation) 기기를 기본 검출기에 연결하며 증가된 저항 및 주어진 길이를 가지는 상호접속(301, 302, 66, 85)은, 그것의 길이의 적어도 일부에 걸쳐 그것의 단면이 좁게 된 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)이 기본 검출기들의 라인들 및 열들을 구비한 매트릭스로 배치되어, 하위-조립체(300, 300', 600)는 매트릭스의 여러 라인에 걸쳐 위치된 상이한 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)과 매트릭스의 여러 열에 걸쳐 위치된 상이한 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 주어진 하위-조립체(300, 300', 600)의 기본 검출기들(32, 320, 62, 82, 92)은 주어진 차수(order)의 축 대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 기기.

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