KR20120112901A - 적외선 흡수체 및 이를 이용한 적외선 검출기 - Google Patents
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Abstract
열 흡수층으로 입사하는 적외선 에너지를 열로 변환하는 적외선 흡수체 및 변환된 열을 감지하는 적외선 감지체를 이용하여 적외선을 검출하기 위한 적외선 검출기가 개시되어 있다. 이러한 적외선 흡수체는 열을 감지할 수 있는 열 감지체층과 귀금속을 포함하는 열 흡수층을 포함한다. 열 흡수층은 열 감지체층의 상부 또는 하부에 제공된다. 이러한 적외선 흡수체는 80% 이상 또는 90% 이상의 적외선 흡수율을 나타내어 산업적으로 매우 유리하다.
Description
본 발명은 적외선 흡수율이 높은 적외선 흡수체 및 이를 이용하는 적외선 검출기에 관한 것이다.
종래의 열형 적외선 검출기로는 예를 들어 특허 문헌 1 또는 2에 기재된 적외선 검출기가 있다. 일본 특허 제2523895호(특허 문헌 1)에는 초전형 적외선 고체 촬상 장치가 개시되어 있다. 이 장치의 적외선 흡수막은 광범위한 적외선 영역에 감도를 갖는 유기물층과 파장 10㎛ 부근의 흡수율이 높은 SiO2 층으로 이루어진 적층 구조를 갖는다.
일본 특허 제3608427호(특허 문헌 2)에는 열형 적외선 센서가 개시되어 있다. 이 일본 특허 문헌에서의 적외선 흡수체로는 외부로부터의 입사 적외선의 에너지를 열로 변환하기 위한 적외선 흡수체로서, 적어도 2개 이상의 금속막을 각각 적외선 반사층과 흡수층으로 가지고 있고 그 얇은 금속막들 사이에 적외선 감지막이 위치하고 있는 형태를 갖는다. 이러한 적외선 흡수체에서의 적외선 흡수율은 최대 50% 정도에 불과하다.
또한, 적외선을 검출할 때에는 넓은 파장역의 적외선을 흡수할 수 있는 능력이 확보되고 또한 다양한 영역대의 특수 파장의 적외선을 선택적으로 고효율로 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 특허 문헌 2에는 검출 가능한 파장역의 광대역화에 관해서는 전혀 제시되어 있지 않다.
더욱이, 현재까지 알려진 열 흡수층으로는 Ti 계열의 금속이 사용되고 있으며, 이의 적외선 흡수율은 약 70%정도에 해당하여, 그 이상의 적외선 흡수율을 갖는 새로운 적외선 흡수체의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은 종래기술의 한계를 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 적외선을 보다 효율적으로 흡수하여 적외선 에너지를 열로 변환할 수 있는 적외선 흡수체를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 보다 효율적인 적외선 흡수체를 제조하여 그 적외선 흡수체를 포함하는 적외선 검출기를 제공하는 데에 있다.
상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
열을 감지할 수 있는 하나 이상의 열 감지체층; 및
귀금속을 포함하고 상기 열 감지체층의 상부 또는 하부에 적층되어 있는 하나 이상의 열 흡수층;을 포함하며, 상기 열 흡수층으로 입사하는 적외선 에너지를 열로 변환하는 적외선 흡수체를 제공한다.
본 발명의 보다 바람직한 구체예에 따르면, 상기 열 흡수층 중의 어느 하나 이상의 열 흡수층 상에 패시베이션층이 2 내지 1000nm 두께로 제공되거나 동종 또는 이종 금속막으로 패시베이션한 구조로 형성된 층이 제공될 수 있다. 이러한 패시베이션층(또는 유전체층)은 열 흡수율을 다소 떨어뜨릴 수 있으나 열 흡수층의 직접적인 손상을 회피할 수 있어 제품에의 적용에는 유리하다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 구체예에 따르면, 상기 열 감지체층의 하부에 적층되어 적외선을 투과시키며 상기 열 감지체층을 지지할 수 있는 지지 기판으로서, 바람직하게는 Ge 계열, Si 계열 또는 이들 계열의 혼합 계열 지지 기판을 더 포함한다.
상기 열 흡수층 중의 적어도 하나의 열 흡수층에 포함되어 있는 귀금속은 나노미터 크기의 입자 또는 클러스터 형태로 제공되거나 막(film) 형태로 제공될 수 있다. 이러한 열 흡수층은 2 내지 50 nm 의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 열 흡수층이 2nm 이하의 두께를 갖는 경우에는 적외선이 투과되고 각각 50nm 이상의 두께를 갖는 경우에는 적외선이 반사되어 적외선 흡수율에 오히려 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에서 사용되는 귀금속으로는 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt)으로부터 선택되며, 이들 귀금속은 단독으로 또는 조합적으로 선택될 수 있다. (실시예 데이터 참조).
또한, 열 감지체층(10)으로는 적외선을 감지할 수 있는 물질이 사용되며, 바람직하게는 비정질 실리콘, 바나듐 옥사이드(V2O3) 등의 적외선 열 에너지를 다른 종류의 에너지로 변환하는 능력이 있는 재료 중에서 선택되는 화합물이 사용된다.
또한, 본 발명은 상기한 형태의 적외선 흡수체와 상기 적외선 흡수체로부터의 열을 전기적인 양으로 변환하는 열전 변환부를 포함하는 적외선 검출기를 제공한다.
본 발명에 의한 적외선 흡수체는 하기 실시예를 통해 확인되는 바와 같이 종래의 Ti 계 박막의 약 70% 흡수율인 것과 비교하여 90% 이상의 흡수율을 나타내며, 특히 은(Ag)이 나노클러스터 또는 막(film) 형태로 적용되었을 때는 97%의 열 흡수율 나타낼 정도로 종래기술 보다 월등히 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 적외선 흡수체가 적용될 수 있는 다양한 예를 보여주는 사진으로서, 에너지 절감을 모니터링할 수 있는 방사 에너지 감지기술 분야에의 응용, 환경오염 모니터링 분야에의 응용, 발열성 질병 진단기기 분야에의 응용, 체내 적외선 감지를 통한 보조의료기기에의 응용, 군사용 감지기기에의 응용 및 자동차 시야 보조 기기에의 응용을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 3 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 4 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 5 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 1, 3 및 5 구체예에 따른 적외선 흡수체에서 사용되는 귀금속 나노입자들이 분포되어 있는 것을 전자현미경 사진으로, 특히 도 7a는 Ag 50% 면밀도일 때를 나타내고, 도 7b는 Ag 100% 면밀도일 때를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 구체예 따른 귀금속 막 적외선 흡수체가 증착 또는 적층된 기판의 모식도이다.
도 9는 8㎛ 파장에서 하기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2을 통해 얻은 적외선 흡수율 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 적외선 흡수체가 적용되어 구성되는 적외선 검출기의 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 적외선 흡수체가 적용되었을 때의 흡수율과 통상적인 Ti 금속 흡수층과 비정질 실리콘만으로 적외선 흡수체가 이루어졌을 때를 비교의 목적상 평균하여 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 11에서 "B" 의 경우에 적외선 검출기를 통해 촬영한 사진이다.
도 13은 도 11에서 "A" 의 경우에 적외선 검출기를 통해 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 3 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 4 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 5 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조를 도해하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 1, 3 및 5 구체예에 따른 적외선 흡수체에서 사용되는 귀금속 나노입자들이 분포되어 있는 것을 전자현미경 사진으로, 특히 도 7a는 Ag 50% 면밀도일 때를 나타내고, 도 7b는 Ag 100% 면밀도일 때를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 구체예 따른 귀금속 막 적외선 흡수체가 증착 또는 적층된 기판의 모식도이다.
도 9는 8㎛ 파장에서 하기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2을 통해 얻은 적외선 흡수율 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 적외선 흡수체가 적용되어 구성되는 적외선 검출기의 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 적외선 흡수체가 적용되었을 때의 흡수율과 통상적인 Ti 금속 흡수층과 비정질 실리콘만으로 적외선 흡수체가 이루어졌을 때를 비교의 목적상 평균하여 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 11에서 "B" 의 경우에 적외선 검출기를 통해 촬영한 사진이다.
도 13은 도 11에서 "A" 의 경우에 적외선 검출기를 통해 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 적외선 흡수체는 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 에너지 절감을 모니터링할 수 있는 방사 에너지 감지기술 분야, 환경오염 모니터링 분야, 발열성 질병 진단기기 분야, 체내 적외선 감지를 통한 보조의료기기 분야, 군사용 감지기기 분야 및 자동차 시야 보조기기 분야에 응용될 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 흡수체는 2 내지 25㎛ 파장 영역의 적외선을 흡수한다. 이러한 목적 하의 본 발명에 따른 적외선 흡수체는 적외선을 감지할 수 있는 열 감지체층(10)과 귀금속을 포함하는 하나 이상의 열 흡수층(20)을 포함한다. 하나 이상의 상기 열 흡수층(20)은 상기 열 감지체층(10) 상에 적층되고, 상기 열 감지체층(10)의 하부에는 필요에 따라 Ge 계열, Si 계열 또는 이들 계열의 혼합 계열 지지 기판이 적층된다. 열 감지체층(10)에서 사용될 수 있는 물질로는 다양하게 공지되어 있으며, 대표적으로는 비정질 실리콘과 바나듐 옥사이드가 언급될 수 있다. 상기 지지 기판은 적외선을 투과할 수 있는 물질로 이루어지며, Ge 계열 단결정 또는 Si 계열 단결정이 대표적으로 사용될 수 있다. 한편으로는, 지지 기판은 당업자에게는 자명한 것으로, 이하의 설명에서는 생략될 것이다. 이하에서는 본 발명을 각각 구체예별로 살펴보기로 한다.
제 1 구체예
도 2에는 본 발명의 바람직한 제 1 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조가 도해되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 구체예에 따른 적외선 흡수체는 열 감지체층(10)과 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터로 이루어진 열 흡수층(20a)을 포함한다. 도 2에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터를 각각 타원형의 단층으로 나타내었으나, 도면을 볼 때에는 이들 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터가 다양한 형태로 상호 적층되어 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 제 1 구체예에 따른 적외선 흡수체에서 사용되는 열 감지체층(10)으로는 적외선을 감지할 수 있는 물질이라면 어떠한 물질도 사용될 수 있으며, 대표적으로는 비정질 실리콘(a-Si), 바나듐(III) 옥사이드(V2O3)가 사용된다.
열 흡수층(20a)은 상기 열 감지체층(10) 상에 제공된다. 상기 열 흡수층(20a)은 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터(특히 도 7 참조)가 상기 열 감지체층(10) 상에 적층되는 형태로 제공된다. 사용될 수 있는 귀금속으로는 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 이들이 혼합된 귀금속 혼합물이 사용된다. 특히, 나노미터 크기의 은 입자 또는 클러스터가 더욱 더 바람직하게 사용된다. 이때, 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터 형태로 제공되는 열 흡수층(20a)은 2 내지 50nm의 두께로 제공되는 것이 바람직하다. 두께가 지나치게 작으면 적외선을 투과하고 두께가 지나치게 크면 오히려 적외선을 반사하여, 흡수 대상 파장 범위(2 내지 25㎛)의 적외선을 흡수할 수 없어 열 흡수층으로의 기능을 할 수 없게 된다.
파장을 갖는 빛 에너지를 손실 없이 흡수하기 위해서는 빛 에너지와 그 구조 소재의 임피던스(impedance)가 일치(matching)되어야 한다. 특히 진공 상태에서 빛 에너지의 임피던스는 공기의 전기장과 자기장의 비율인 377 오옴(Ω) 이기 때문에 진공 상태에서 빛 에너지의 임피던스와 금속막 또는 금속 나노클러스터막의 임피던스의 매칭을 위해서는 그 막의 임피던스를 단위 면적당 377 오옴(Ω)이 될 수 있는 두께로 증착하여야 한다. 이때 그 두께는 그 막의 조성 및 그 막을 증착하는 방법과 조건에 따라 2 내지 50nm의 편차를 갖는다. 이러한 이론적인 기준에 따라 열 흡수층(20a)의 두께로는 2 내지 50nm가 바람직하다.
본 구체예에는 도시되어 있지만, 열 감지체층(10)의 하부에는 열 감지체층(10)과 열 흡수층(20a)을 함께 지지하기 위한 지지기판이 제공된다. 이러한 지지기판은 Ge 계열, Si 계열 또는 이들 계열의 혼합 계열 화합물 또는 단결정을 포함하여 형성된다.
여기서 열 흡수층(20a)으로서의 금속 나노미터 크기의 입자로 형성된 막 또는 나노미터 크기의 클러스터막은 습식 또는 건식 증착방법, 또는 산란 및/또는 분산법에 의한 증착에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제 1 구체예에 따른 적외선 흡수체는 종래의 Ti 계 화합물로 구성된 열 흡수층을 사용하였을 때의 약 70%에 비하여 90% 이상의 적외선 흡수율을 나타낸다(실시예에 따른 표 1 및 도 9 참조).
제 2 구체예
도 3에는 본 발명의 바람직한 제 2 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조가 도해되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 구체예에 따른 적외선 흡수체는 열 감지체층(10)과 귀금속이 막(film) 형태(특히 도 8 참조)로 제공된 열 흡수층(20b)을 포함한다.
본 발명의 바람직한 제 2 구체예에 따른 적외선 흡수체에서 사용되는 열 감지체층(10)으로는 제 1 구체예와 마찬가지로 적외선을 감지할 수 있는 물질이라면 어떠한 물질도 사용될 수 있으며, 대표적으로는 비정질 실리콘(a-Si), 바나듐(III) 옥사이드(V2O3)가 사용된다.
열 흡수층(20b)은 상기 열 감지체층(10) 상에 제공된다. 상기 열 흡수층(20b)은 귀금속이 막 형태로 상기 열 감지체층(10) 상에 적층되는 형태로 제공된다. 이때, 사용될 수 있는 귀금속으로는 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 이들이 혼합된 귀금속 혼합물이 사용된다. 이때, 막 형태로 제공되는 열 흡수층(20b)은 2 내지 50nm의 두께로 제공된다. 열 흡수층(20b)의 두께가 지나치게 작으면 적외선을 투과하고 두께가 지나치게 크면 오히려 적외선을 반사하여, 흡수 대상 파장 범위(2 내지 25㎛)의 적외선을 흡수할 수 없어 열 흡수층으로의 기능을 할 수 없게 된다.
본 구체예에는 도시되어 있지만, 열 감지체층(10)의 하부에는 열 감지체층(10)과 열 흡수층(20b)을 함께 지지하기 위한 지지기판이 제공된다. 이러한 지지기판은 Ge 계열, Si 계열 또는 이들 계열의 혼합 계열 화합물 또는 단결정을 포함하여 형성된다.
여기서 열 흡수층(20b)으로서의 금속 나노미터 크기의 입자로 형성된 막 또는 나노미터 크기의 클러스터막은 습식 또는 건식 증착방법, 또는 산란 및/또는 분산법에 의한 증착에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제 2 구체예에 따른 적외선 흡수체는 종래의 Ti 계 화합물로 구성된 열 흡수층을 사용하였을 때의 약 70%에 비하여 90% 이상의 적외선 흡수율을 나타낸다(실시예에 따른 표 1 및 도 9 참조).
제 3 구체예
도 4에는 본 발명의 바람직한 제 3 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조가 도해되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 3 구체예에 따른 적외선 흡수체는 상기한 본 발명의 바람직한 제 1 구체예의 구성에 더하여 열 흡수층(20a) 상에 패시베이션층(30)을 더 포함한다. 도 4에서도 마찬가지로 본 발명의 이해를 돕기 위해 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터를 각각 타원형의 단층으로 나타내었으나, 도면을 볼 때에는 이들 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터가 다양한 형태로 상호 적층되어 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 귀금속 클러스터와 페이베이션층 사이의 빈 공간은 도식상 불가피하게 표현되었으나, 패이베이션층으로 모두 충전되어 없는 것으로 이해되어야 한다.
본 구체예의 구성 중 도면부호 30으로 도시된 패시베이션층의 부가적 구성을 제외하고는 상기한 본 발명의 바람직한 제 1 구체예와 동일하며, 동일 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
패시베이션층(30)은 열 흡수층(20a) 상에 적층되며, 바람직하게는 2 내지 1000 nm의 두께를 갖는다. 대안적으로, 패시베이션층(30)으로는 적외선 감지물질로서 예를 들어 일반적인 적외선 감지물질인 비정질 실리콘 또는 바나듐옥사이드 단독으로 또는 다른 금속성 물질로 이루어진 금속막으로 패시베이션된 구조일 수 있다.
여기서 열 흡수층(20a)으로서의 금속 나노미터 크기의 입자로 형성된 막 또는 나노미터 크기의 클러스터막은 습식 또는 건식 증착방법, 또는 산란 및/또는 분산법에 의한 증착에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제 3 구체예에 따른 적외선 흡수체는 종래의 Ti 계 화합물로 구성된 열 흡수층을 사용하였을 때의 약 70%에 비하여 80% 이상의 적외선 흡수율을 나타낸다(실시예에 따른 표 1 참조). 비록 상기한 제 1 구체예와 제 2 구체예에 비해서 적외선 흡수율은 다소 떨어지나, 열 흡수층의 직접적인 손상을 피할 수 있어서 제품 적용 형태로는 유리하다.
제 4 구체예
도 5에는 본 발명의 바람직한 제 4 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조가 도해되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 4 구체예에 따른 적외선 흡수체는 상기한 본 발명의 바람직한 제 3 구체예를 변형한 것으로, 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터 형태로 제공되는 열 흡수층(20a) 대신에 귀금속이 막 형태로 제공된 열 흡수층(20b)을 사용하여 제조된 것만 상이하다.
여기서 열 흡수층(20b)으로서의 금속 나노미터 크기의 입자로 형성된 막 또는 나노미터 크기의 클러스터막은 습식 또는 건식 증착방법, 또는 산란 및/또는 분산법에 의한 증착에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제 4 구체예에 따른 적외선 흡수체는 종래의 Ti 계 화합물로 구성된 열 흡수층을 사용하였을 때의 약 70%에 비하여 80% 이상의 적외선 흡수율을 나타낸다. 비록 상기한 제 1 구체예와 제 2 구체예에 비해서 적외선 흡수율은 다소 떨어지나, 열 흡수층의 직접적인 손상을 피할 수 있어서 상기한 제 3 구체예와 같이 제품 적용 형태로는 유리하다.
제 5 구체예
도 6에는 본 발명의 바람직한 제 5 구체예에 따른 적외선 흡수체의 적층 구조가 도해되어 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 5 구체예에 따른 적외선 흡수체는 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터가 제공되어 있는 열 흡수층(20a)과 귀금속이 막 형태로 그 상부에 제공되어 있는 열 흡수층(20b)이 열 감지체층(10) 사이에 제공된다는 점을 제외하고 본 발명의 제 3 구체예와 제 4 구체예가 혼용된 형태를 갖는다. 또한 이렇게 열 감지체층(10) 사이에 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터가 제공되어 있으며, 귀금속 막이 열 감지체층(10) 상부에 제공된 구조에서는 이러한 귀금속 나노입자 또는 클러스터에 들어가 있는 깊이와 그 분포상태에 따라 열 감지체층 자체의 주요 감지특성인 저항이 변화될 수 있는 특성이 부여될 수 있다.
여기서 열 흡수층(20b)으로서의 금속 나노미터 크기의 입자로 형성된 막 또는 나노미터 크기의 클러스터막은 습식 또는 건식 증착방법, 또는 산란 및/또는 분산법에 의한 증착에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제 5 구체예에 따른 적외선 흡수체는 종래의 Ti 계 화합물로 구성된 열 흡수층을 사용하였을 때의 약 70%에 비하여 80% 이상의 적외선 흡수율을 나타낸다. 비록 상기한 제 1 구체예와 제 2 구체예에 비해서 적외선 흡수율은 다소 떨어지나, 열 흡수층의 직접적인 손상을 피할 수 있어서 상기한 제 3 구체예와 같이 제품 적용 형태로는 유리하다.
이와 같이 다양한 형태로 제시될 수 있는 본 발명에 따른 적외선 흡수체는 도 10에 도시된 바와 같이 적외선 검출기에 적용될 수 있다. 이러한 적외선 검출기 자체는 당업자에게는 자명한 것으로, 적외선 흡수체(10)와 적외선 감지체 (20) 및 상기 적외선 흡수체(10)와 적외선 감지체(20)로 특수한 파장의 적외선을 선택적으로 증폭하기 위해 그 적외선 파장의 4분의 1만큼의 거리를 비워둔 적외선 선택부(40) 및 특정 파장의 감지된 적외선을 전기 신호로 출력할 수 있는 회로기판(50)를 포함한다. 즉, 열 흡수층(20)으로 입사하는 적외선 에너지를 열 감지체층(10)에서 감지하고, 이후 특정 파장의 열선택부(40) 및 전기신호 출력부(50)를 거쳐 그 특정 파장의 열이 전기적인 양 또는 신호로 변환되어 거쳐 검출된다.
이하, 본 발명은 하기의 실시예로 설명된다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5
적외선 파장은 2~25㎛로 하고, Ge 기판, 비정질 실리콘, 나노미터 크기의 귀금속 입자 또는 클러스터 또는 귀금속 막을 하기 표 1과 같이 적층되게 제조한 후 적외선 흡수율을 평가하여 그 결과를 하기 표 1 (특수 파장 8㎛에서의 예) 및 도 9 (전체 적외선 파장인 2~25㎛에서의 예)에 제시하였다. 상세한 실험 및 평가 과정은 다음과 같다.
먼저 적외선 투과율이 약 98%로 우수한 Ge 기판상에 건식증착 방법의 하나인 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)방법으로 적외선 감지체의 일종인 비정질 실리콘을 1000ㅕ의 두께로 증착하여 1종의 시편을 준비하였다. 이어서 상기 시편과 같은 시편(a-Si/Ge)에 적외선 흡수체로서 Ag, Au, Pt 막을 150ㅕ의 두께로 증착하여 다른 3가지 종류의 시편을 준비하였다. 또한 위 a-Si/Ge 시편에 다른 형태의 적외선 흡수체로서 50ㅕ(면밀도 50%)와 150ㅕ(면밀도 100%) 두께의 Ag 나노입자를 건식증착 방법의 일종인 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하여 다른 2가지 종류의 시편을 준비하였다. 또한 a-Si/Ge 시편에 다른 형태의 적외선 흡수체로서 50ㅕ(면밀도 50%) 두께의 Ag 나노입자를 증착한 후 그 상부에 다시 동종의 적외선 감지체인 두께 1000ㅕ의 비정질 Si를 증착하여 다른 1종의 시편을 증착하였다. 위 총 7종으로 준비된 시편을 FT-IR 장비를 이용하여 2~25㎛에서의 적외선을 입사시킨 후 흡수된 양을 측정함으로써 위 파장영역에서의 적외선 흡수율을 측정하였다.
비교예 1 및 2
적외선 파장은 2~25㎛로 하고, 비교예 1을 통해서는 하기 표 1과 같이 Ge 기판과 비정질 실리콘만으로 구성되었을 때의 적외선 흡수율을 평가하였고, 비교예 2를 통해서는 하기 표 1과 같이 150ㅕ 두께의 Ti 막을 열 흡수층으로 적용하여 적외선 흡수율을 평가하여 그 결과를 하기 표 1 (특수 파장 8㎛에서의 예) 및 도 9 (전체 적외선 파장인 2~25㎛에서의 예)에 제시하였다. 실험 및 평가 방법은 실시예 1 내지 5와 같다.
| 구성막 | 적외선 흡수율 | |
| 실시예 1 | Ge / a-Si / 150 Å Ag 막 | 97 % |
| 실시예 2 | Ge / a-Si / 50 Å Ag 나노입자 | 92 % |
| 실시예 3 | Ge / a-Si / 50 Å Ag 나노입자 / a-Si | 81 % |
| 실시예 4 | Ge / a-Si / 150 Å Au 막 | 94 % |
| 실시예 5 | Ge / a-Si / 150 Å Pt 막 | 94 % |
| 비교예 1 | Ge / a-Si | 9.5 % |
| 비교예 2 | Ge / a-Si / 150 Å Ti 막 | 70 % |
상기 표 1을 통해 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 흡수체를 사용하였을 때에는 비교예 1 및 특히 비교예 2의 70% 인 것과 대비하여 최소 80% 이상의 높은 적외선 흡수율을 나타내었다.
특히, 실시예 1에서 95% 이상의 가장 높은 적외선 흡수율이 관찰되었으며, 실시예 2, 4, 5에서도 90% 이상의 상당히 높은 적외선 흡수율을 나타내었다.
도 11은 도 9에 제시되어 있는 그래프를 실시예들의 평균치와 비교예 2의 값을 대비하여 나타낸 그래프이고, 도 12는 도 11의 A일 때의 촬상 영상이고, 도 12는 도 11의 B일 때의 촬영 영상을 나타낸 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 구체예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 열 감지체층
20 : 열 흡수층 (20a, 20b, 20c,...)
30 : 패시베이션층
40 : 특정 파장 적외선 선택부
50 : 신호 전달 및 처리부
20 : 열 흡수층 (20a, 20b, 20c,...)
30 : 패시베이션층
40 : 특정 파장 적외선 선택부
50 : 신호 전달 및 처리부
Claims (16)
- 열을 감지할 수 있는 하나 이상의 열 감지체층(10); 및
귀금속을 포함하고 상기 열 감지체층(10)의 상부 또는 하부에 적층되어 있는 하나 이상의 열 흡수층(20);을 포함하며, 상기 열 흡수층(20)으로 입사하는 적외선 에너지를 열로 변환하는 적외선 흡수체. - 제 1항에 있어서, 상기 열 흡수층(20)의 두께가 2 내지 50 nm 인 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 2항에 있어서, 상기 열 흡수층(20) 중의 적어도 하나의 열 흡수층(20)에 포함되어 있는 귀금속이 나노미터 크기의 입자 또는 클러스터 형태로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 3항에 있어서, 상기 귀금속이 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt)으로 구성된 군으로부터 단독으로 또는 조합적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 3항에 있어서, 상기 귀금속이 은(Ag) 인 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 2항에 있어서, 상기 열 흡수층(20) 중의 적어도 하나의 열 흡수층(20)에 포함되어 있는 귀금속이 막(film) 형태로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 6항에 있어서, 상기 귀금속이 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt)으로 구성된 군으로부터 단독으로 또는 조합적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 6항에 있어서, 상기 귀금속이 은(Ag) 인 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 1항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열 감지체층(10) 중의 어느 하나 이상의 열 감지체층(10)의 하부에 적층되어 있는 Ge 계열, Si 계열 또는 이들 계열의 혼합 계열 지지 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 9항에 있어서, 상기 열 흡수층(20) 중의 어느 하나 이상의 열 흡수층(20) 상에 적층되어 있는 패시베이션층(30)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 10항에 있어서, 상기 패시베이션층(30)의 두께가 2 내지 1000 nm 인 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 10항에 있어서, 상기 열 감지체층(10)이 비정질 실리콘 또는 바나듐 옥사이드(V2O3)를 포함하여 열 전기적 에너지 변환이 가능한 열 흡수체 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 1항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열 흡수층(20) 중의 어느 하나 이상의 열 흡수층(20) 상에 적층되어 있는 패시베이션층(30)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 13항에 있어서, 상기 패시베이션층(30)의 두께가 2 내지 1000 nm 인 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 14항에 있어서, 상기 열 감지체층(10)이 비정질 실리콘 또는 바나듐 옥사이드(V2O3)를 포함하여 열 전기적 에너지 변환이 가능한 열 흡수체 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수체.
- 제 1항 내지 제 15항 중의 어느 한 항에 따른 적외선 흡수체 및 적외선 감지체와 특정 파장의 검출 및 증폭을 위해서 원하는 파장의 4분의 1의 거리만큼 빈공간을 둔 적외선 선택부 및 상기 선택되어 감지된 특정 파장의 적외선 에너지를 전기에너지로 신호 전달 및 출력을 위해 구성된 신호전달 및 처리부를 포함하는 적외선 검출기.
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| KR1020110030480A KR101244459B1 (ko) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | 적외선 흡수체 및 이를 이용한 적외선 검출기 |
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