KR20150084722A - 모놀리식 Ｓｉ-마이크로 기계 써모파일 적외선 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 또는 거의 수직인 벽들을 가지며 열 전도성이 우수한 프레임 형태의 지지체 위에 제공되는 멤브레인 상에서 써모파일(thermopile)형, 볼로미터(bolometer)형 또는 초전(pyroelectric)형 센서 구조물들 형태로 형성되는 열전 소자들을 갖는 칩과 광학 수단을 구비한 하우징 내 열 적외선 센서에 관한 것이다. 본 발명에 의해서는 모놀리식 실리콘 마이크로 기계 써모파일 적외선 센서가 제공되며, 상기 써모파일 적외선 센서는 작은 칩 크기에서 높은 열 분해도, 높은 충전율 및 높은 응답 속도를 갖는다. 이러한 써모파일 적외선 센서의 제공은 써모파일 센서 구조물이 센서 셀(1)당 소수의 긴 열전 소자들(16)로 구성되고, 상기 열전 소자들은 연결 웨브들(6) 상에 배치되며, 상기 연결 웨브들이 흡수체 층(5) 위의 고온 콘택들(9)과 상기 열전 소자들(16)의 저온 콘택들을 서로 연결시키고; 상기 멤브레인(3)이 하나 또는 다수의 연결 웨브들(6)에 현가되며; 상기 멤브레인(3)이 상기 긴 열전 소자들(16)의 양 측면에 폭이 좁은 슬롯들을 포함하고, 상기 슬롯들이 센터 영역과 상기 지지체(2) 모두로부터 상기 연결 웨브들(6)을 분리시키며, 그리고 적어도 상기 센터 영역(4)이 흡수체 층(5)에 의해 오버랩됨으로써 달성된다.

Description

모놀리식 Ｓｉ-마이크로 기계 써모파일 적외선 센서{MONOLITHIC SI-MICROMECHANICAL THERMOPILE-INFRARED-SENSOR}

본 발명은 수직 또는 거의 수직인 벽들을 가지며 열 전도성이 우수한 프레임 형태의 지지체 위에 제공되는 멤브레인(membrane) 상에서 써모파일(thermopile)형, 볼로미터(bolometer)형 또는 초전(pyroelectric)형 센서 구조물 형태로 형성되는 열전 소자들(thermoelement)을 갖는 칩과 광학 수단(optics system)을 구비한 하우징 내 열 적외선 센서(thermal infrared sensor)에 관한 것이다.

Si-마이크로 기계 기술(silicon micromechanical technology)로 제조될 수 있는 다양한 유형의 적외선 센서들이 공지되어 있다.

예컨대, US 2003/0054179 A1호에는 얇은 멤브레인 및 상기 멤브레인 위에 배치되는 흡수체(absorber)를 갖는 센서 셀(sensor cell), 특히 써모파일들(thermopile)의 센서 셀이 소개된다.

센서 구조물 아래에 있는 지지체 기판(supporting substrate)은 표면 마이크로 역학의 습식 화학 에칭법(wet chemical etching)에 의해 전기 부식(electrical erosion)되며, 이 경우 에칭 부식(atching attack)되는 슬롯들은 멤브레인 내로 에칭된다. 상기 습식 에칭법은 경사진 벽들을 형성한다. 에칭에 의해 제거(unblock)되는 부분의 깊이는 결코 전체 기판 깊이에 도달되지 않는다. 이는 센서 구조물의 가로 치수들(lateral dimension)이 작으면 작을수록 에칭 깊이가 더욱 낮아짐을 의미한다.

고진공이 사용되지 않은 경우에는, 센서 하우징 내에 있는 잔류 가스 또는 충전 가스의 열전도가 흡수체 영역(즉, "고온 콘택들(warm contact)")과 히트 싱크(heat sink)(즉, 지지체 기판) 사이에서 얻어질 수 있는 온도차를 감소시킨다.

흡수된 적외선이 비교적 적은 온도차를 형성하면, 센서 셀의 얻어질 수 있는 감도 역시 감소된다. 충전 가스의 사용은 기술되지 않는다.

Kanno, T. et al, (NEC Corp.): "Uncooled focal plane array having 128ⅹ128 thermopile detector elements" in B. Andersen(Ed.), Infrared Technology, Proc. SPIE 2269, Vol. ＸＸ, 샌디에이고, 1994년 7월, pp. 450-459)에서는 모놀리식 써모파일 센서 어레이가 기술되며, 상기 센서 어레이에서는 센서 소자들이 희생층을 갖는 표면 마이크로 역학 기술로 제조된다. 기판 내에서 히트 싱크와 센서 구조물 간 간격은 기판 두께 자체보다 훨씬 적다. 제안된 해결책은 센서 칩이 고진공 밀봉 하우징 내에서 캡슐화되는 경우에만 상대적으로 우수한 분해도(resolution)를 허용한다. 다른 한편으로는 비용면에서는 경제적이지만 낮은 잔류 가스 압력하에서 또는 충전 가스를 이용하는 하우징 상부 구조물들은 충분한 감도를 만들어 낼 수 없다.

DE 693 29 708 T2호 또는 EP 0 599 364 B1호에서는 적외선 센서들의 제조 방법이 다루어지는데, 상기 방법에서는 단지 약간의 열 전도성을 갖는 가스로 채워지는 진공 하우징 또는 하우징이 사용됨으로써 감도가 개선된다.

상기 제조 방법에서는 압력차에 의한 멤브레인(상기 멤브레인 위에는 센서 소자가 위치함)의 손상 없이, 진공 또는 가스 교체가 어떻게 실행될 수 있는지가 중요하다. 이 경우에 특히 흥미로운 것은 가스 교체가 멤브레인 아래에 있는 공동부에서 이루어진다는 점이다(사용된 실리콘 산화물/실리콘 질화물 멤브레인들의 파열 압력차로는 약 300 Torr가 제시됨).

베이스 플레이트(base plate) 및 상이한 형태의 스페이서들(spacer) 내 홈들 외에 멤브레인 내 개구들 역시 환기 방법으로 제시된다.

모든 도면들은 습식 에칭된 경사진 에칭 피트 벽들(etch pit wall)을 도시한다. 베이스 플레이트와 기판 사이에는 배기 갭이 있으며, 상기 배기 갭은 바람직하게 멤브레인 상부 영역과 하부 영역 간의 압력 보정에 사용된다.

소개된 해결책은 멤브레인 내에 슬롯들을 포함하지만, 상기 슬롯들은 최상의 면적 이용을 허용하지 않는데, 이는 경사진 벽들을 이용한 제시된 에칭법에 의해 저지된다. 멤브레인 내 슬롯 형성이 칩 내 열 비율에 미치는 영향은 고려되지 않는다.

특허 공보 DE 102 60 408 A1호에는 슬롯이 형성된 써모파일 라인을 갖는 열 방사선 센서 라인이 기재된다. 기본적으로는 다수의 써모파일 라인들이 위 아래로 쌓인다. 슬롯들은 감도를 상승시키기 위해 삽입되는 것이 아니라, 항상 그 위에 놓인 라인의 슬롯들을 통해 서브 라인들을 "보는 것(see)"이 가능하도록 하기 위해 삽입된다.

시스템의 분해도는 이러한 방식으로 개선되어야 한다. 그러나 기술된 배열에서는 수많은 단점들이 나타난다. 공정 비용이 겹쳐 쌓아진 사용된 라인 수의 인수(factor)만큼 증가하고, 개별 칩들을 서로 겹쳐서 정확히 정렬하는 것과 상기 개별 칩들의 상호 연결은 마찬가지로 기술적 측면에서 매우 복잡하고 비용 측면에서 많은 지출을 의미하며, 그리고 화소들(pixel)은 라인의 구현에만 사용될 수 있는데, 그 이유는 상기 화소들이 정사각형(quadratic)이 아니어서 2차원 적외선 이미지를 생성하기에 부적합하기 때문이다. 그 외에도 멤브레인은 후면 이방성 습식 에칭에 의해 구조화되며, 이는 히트 싱크의 경사진 벽들에 의해 센서 구조물을 현저히 증대시킨다. 슬롯들만이 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 건식 에칭되었다. 써모파일들의 전술한 재료 매칭(비스무트(bismuth)/안티몬(antimony)) 및 흡수체 재료(실버-블랙 층(silver-black layer))는 CMOS 호환이 전혀 불가능하다. 추가의 단점으로는 전술한 재료 매칭의 감도가 온도에 크게 좌우된다는 것이다. 이에 추가로, 분해도를 증가시키기 위한 노력이 항상 광학 시스템에 의해 제한되는데, 그 이유는 개별 서브 라인들이 상이한 초점면들(focal plane)에 놓여져 이미지 측 초점 거리 선택시 단 하나의 절충안(compromise)만 논의될 수 있기 때문이다. 가스의 열전도도 감소로 감도를 상승시키기 위하여 감소된 내부압을 갖고 센서 셀들을 둘러싸는 하우징 또는 가스 충전은 기술되지 않는다.

HORIBA 제품 정보("8ⅹ8 element thermopile Imager"; in Tech Jam International, 2002년 9월 26일)에는 벌크 실리콘 마이크로 기계 기술로 제조되는 모놀리식 써모파일 센서 어레이가 기술된다. 64개의 소자들은 크기가 8ⅹ8mm인 칩 상에 존재하며, 이 경우 각각의 소자는 실리콘 벽들에 의해 습식 에칭법으로 열적으로 분리된다. 기술과 관련된 칩 크기는 상대적으로 높은 제조 비용을 야기하고, 다른 한편으로 비용면에서 경제적인 대량 애플리케이션에도 모순된다.

이러한 써모파일-해결책들 외에도 비용면에서 경제적인 적외선 어레이들에 대한 추가 해결책들이 존재한다.

US PS 4, 472, 239 A호 및 US PS 4, 654, 622호에는 그 아래에 놓인 지지체 기판의 부분들을 에칭하기 위한 슬롯들 및 얇은 멤브레인을 갖는 열 센서 구조물들이 소개된다. 두 공개문의 경우 그 아래에 놓인 리세스들은 단지 적은 깊이만을 얻는데, 전술한 해결책들의 경우와 같이 이는 비용은 경제적이지만 고진공 밀도를 갖지 않는 하우징 해결책들에서 단지 미미한 감도만을 허용한다.

DE 199 54 091 A1호 및 US PS 6, 342, 667호에서는 써모파일 센서 셀들이 기술되며, 상기 공개문들에서는 슬롯을 멤브레인 가장 자리 영역에서 큰 삼각형 형태로 또는 멤브레인 중심부에서 십자(cross) 형태로 구조화함으로써 센서 구조물 아래에 있는 리세스가 자유롭게 에칭된다. 두 공개문의 경우 에칭이 습식 에칭법으로 실행되는데, 상기 습식 에칭법은 경사진 벽들에 의해 히트 싱크에 대한 큰 간격들을 생성시킬 수 없다. 평행하게 배치된 다수의 열전 소자들은 고온 및 저온 콘택들 간의 큰 온도차 및 높은 신호 감도 달성을 방해한다.

DE 198 43 984 A1호에는 적외선 센서들의 셀들이 소개된다. 도 1의 실시예는 전체 기판을 관통하는 수직 벽들을 포함한다. 하지만, 더 "짧은" 다수의 열전 소자들 역시 전술한 바와 같이 높은 감도를 허용하지 않는다. 재차 도 2e) 및 도 3a)의 추가의 실시예들에서는 리세스를 형성하기 위한 표면 마이크로 역학 솔루션들이 소개되며, 이 경우 에칭은 멤브레인의 개구에 의해 실행된다. 에칭 깊이는 50 내지 200μm 이하일 수 있다. 센서 구조물과 히트 싱크 사이의 최대 200μm의 짧은 간격은 가스의 열 전도도로 인해 높은 감도가 가능하지 않도록 한다. 전도도가 낮고 또는 압력이 감소된 가스에 의한 열 전도도 감소 가능성은 기술되지 않는다.

EP 0 869 341 A1호에서는 적외선 센서 어레이의 모놀리식 볼로미터 구조물들이 소개된다. 상기 볼로미터 구조물들의 경우에는 센서 소자들이 표면 마이크로 역학 기술로 제조되며, 이 경우 희생층의 분리는 평가 회로를 포함하는 실리콘 기판 위에 약 2.5μm 크기의 열 절연성이 아주 우수한 센서 브리지(sensor bridge)를 형성한다.

그 사이 센서 브리지를 갖는 상기와 같은 적외선 볼로미터는 다양한 유형으로 제공되었다. 상기 적외선 볼로미터는 매우 작은 소자 크기를 허용하므로, 상기 센서 볼로미터는 고 분해도 적외선 어레이에서 추가 확장을 갖는다. 기본적으로 이러한 방법에 의해서는 센서 소자 크기가 작음에도 아주 우수한 온도 분해도가 달성된다.

하지만, 실리콘 표면의 작은 소자 치수들은 필수적으로 센서 칩의 고진공 밀봉 패킹을 필요로 하며, 상기 작은 소자 치수들은 재차 비용면에서 경제적인 대량 생산에 모순된다. 이러한 칩을 정상 압력 하에 열 전도성이 적은 가스들로 채워지는 비용면에서 경제적인 하우징 내에 밀폐할 수 있는 가능성은 얻어질 수 있는 감도를 강력히 감소시킬 수 있다.

DE 40 91 364 C1호에는 얇은 멤브레인 및 슬롯이 형성된 구조물을 갖는 써모파일 센서 셀들이 소개된다. 흡수체 영역은 긴 빔(beam) 및 소수의 열전 소자들에 의해 유지된다. 멤브레인 내에는 홀들 또는 슬롯들이 존재할 수 있다. 폭이 130μm일 수 있으며 열전 소자들을 갖는 상기 빔은 (물론 이 경우에도 폭이 상당히 넓은) 슬롯들에 의해 기판 가장자리 및 흡수체 영역으로부터 절연된다.

센서 구조물 아래에 놓인 지지체 기판은 (기판 내 상응하는 경사진 벽들에 의해) 후면으로부터 습식 에칭된다. 보호 가스에 의한 충전이 제공된다.

상기와 같은 해결책에 의해서는 기본적으로 더 높은 온도차 및 감도들이 달성될 수 있다. 하지만, 폭이 넓은 슬롯들은 센서 셀의 최상의 면적 이용(충전율)을 방해한다. 지지체 기판 내에서 습식 에칭된 리세스는 외부로 뻗는 벽들을 가지며, 전체 센서 셀의 크기는 약 2ⅹ2mm이어야 한다. 외부로 뻗는 경사진 기판 벽들은 크기가 작은 센서 셀들 또는 셀 간격들(어레이 구조물들)을 허용하지 않는다.

따라서, 공지된 해결책들에서는 열 적외선 센서 셀들이 제안되며, 상기 센서 셀들은 광범위한 칩 기술 또는 센서 구조물(흡수체 영역)과 그 아래에 놓인 지지체 기판 간의 너무 적은 간격 또는 복잡한 진공 하우징 기술로 인해 고진공 밀봉 하우징 밀폐 없이 충전율이 높고 하우징 기술이 간단하며 그와 동시에 높은 감도를 갖는 열 적외선 센서 셀들의 경제적인 제조를 허용하지 않는다.

본 발명의 과제는 작은 칩 크기에서 높은 열 분해도, 높은 충전율 및 높은 응답 속도를 갖고, 정상 압력 또는 감소된 압력을 갖는 가스로 작동될 수 있으며, 초-고진공하에 하우징 밀폐를 위한 복잡한 기술들 없이도 표준-CMOS-프로세스들에 의해 경제적인 비용으로 대량 제조될 수 있는 모놀리식 Si-마이크로 기계 써모파일 적외선 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 기본이 되는 상기 과제는 도입부에 언급한 유형의 써모파일 적외선 센서에서, 써모파일 센서 구조물이 센서 셀당 소수의 긴 열전 소자들로 구성되고, 상기 열전 소자들이 연결 웨브들(connecting web) 상에 배치되며, 상기 연결 웨브들이 멤브레인 상부에 있는 흡수체 층 위의 고온 콘택들과 상기 열전 소자들의 저온 콘택들을 서로 연결시키고; 상기 멤브레인이 하나 또는 다수의 연결 웨브에 현가되며; 상기 멤브레인이 상기 긴 열전 소자들의 양 측면에 폭이 좁은 슬롯들을 포함하고, 상기 슬롯들이 센터 영역과 지지체 모두로부터 상기 연결 웨브들을 분리시키며; 그리고 적어도 상기 센터 영역이 상기 흡수체 층에 의해 오버랩(overlap)됨으로써 해결된다.

본 발명에 의해서는 매우 높은 신호 감도를 갖고 높은 충전율을 구현하는 써모파일 센서 구조물이 제공된다.

본 발명의 제 1 실시예에서는, 상기 열전 소자들이 길고 폭이 좁은 상기 연결 웨브들 상에서 흡수체 영역 주변으로 가이드되고, 이 경우 연결 웨브의 길이는 적어도 상기 흡수체 영역의 측면 길이의 절반, 바람직하게는 전체에 상응한다.

본 발명의 한 추가 실시예는, 상기 열전 소자들이 길고 폭이 좁은 상기 연결 웨브들 상에서 흡수체 영역 주변으로 가이드되고, 이 경우 연결 웨브의 길이가 상기 흡수체 영역의 측면 길이의 전체 내지 두 배에 상응하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열전 소자들이 길고 폭이 좁은 상기 연결 웨브들 상에서 흡수체 영역 주변으로 가이드되고, 이 경우 상기 연결 웨브들은 하나 이상의 귀환 위치(reverse position)를 갖는다. 이러한 방식으로 비교적 길이 긴 연결 웨브들의 곡류 형상(meandering shape)이 구현될 수 있다.

본 발명의 한 특별한 실시예에서는, 열전 소자들의 고온 단부들을 갖는 폭이 좁은 상기 연결 웨브들이 다수의 측면으로부터 상기 흡수체 영역으로 접근될 수 있다.

써모파일 센서 구조물들은 바람직하게 CMOS-프로세스로 제조된 n-전도성 및 p-전도성 폴리 실리콘으로 이루어진다.

낮은 "열 용량(thermal mass)" 및 높은 응답 속도를 달성하기 위해, 써모파일 구조물들에 의해 반도체 공정 중에 생성되는 절연층들 및 패시베이션층들이 상부면으로부터 부분적으로 다시 분리된다.

충전율을 상승시키기 위해 얇은 상기 흡수체 층은 적어도 부분적으로 또한 연결 웨브들까지 연장되고 바람직하게는 심지어 전체 연결 웨브들까지 연장되며, 상기 저온 콘택들 직전까지 가이드된다.

열 보정을 위하여 멤브레인은 상기 흡수체 영역 내에서 하나 또는 다수의 폴리 실리콘층으로 채워질 수 있다.

본 발명의 한 추가 개선예에서는, 상기 폴리 실리콘 층들이 열 질량 감소 위해 축소되는 방식으로 흡수체 영역 내에서 구조화된다. 예를 들면, 상기 폴리 실리콘 층들이 상기 흡수체 층의 중심으로부터 출발하는 십자 형상을 갖고, 이 경우 상기 십자 형상의 단부들은 써모파일 구조물들의 "고온" 콘택들을 둘러싸거나 또는 단락들을 방지하기 위해 한 측면에만 접촉되는 방식으로 구조화된다.

또한, 열전 소자들을 갖는 길고 얇은 상기 연결 웨브들은 적어도 한 위치에서 하나의 안정화 웨브에 의해 이웃한 기판 바디에 연결될 수 있다.

본 발명의 한 추가 실시예에서는, 다수의 센서 셀들이 동일한 센서 칩 상에서 라인(line) 또는 어레이(array) 형태로 근접 배치되며, 이 경우 신호 처리의 적어도 일부분은 동일한 반도체 기판상에서 통합되거나, 또는 센서 셀들이 개별 셀당 또는 적어도 4개의 개별 셀당 각 하나의 전자식 신호 처리 유닛을 갖는다.

써모파일 적외선 센서 구조물의 광학 수단은 가장 간단한 경우 필터 플레이트(filter plate) 또는 이미징 렌즈일 수 있다.

상기 광학 수단은 하우징 내에 고정 설치된 제 1 렌즈 및 하우징 외부에 있는 제 2 렌즈로 구성될 수도 있으며, 이 경우 두 렌즈들은 광 이미지를 함께 형성한다.

대안적으로 상기 광학 수단은 하우징 내에 고정 설치된 제 1 렌즈 및 하우징 외부에 있는 제 2 렌즈로 구성되며, 이 경우 상기 제 2 렌즈는 기밀 방식으로 장착되어야 하는 것이 아니라, 교체될 수 있다.

마지막으로 상기 광학 수단은 하우징 내에 고정 설치된 제 1 렌즈 및 하우징 외부에 있는 제 2 렌즈로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 제 2 렌즈는 센서 소자에 대해 간격을 두고 조절 장치에 의해 조절될 수 있다.

본 발명은 후속하는 도면들을 참고로 기술된다:
도 1은 본 발명에 따른 적외선 센서의 기본 구조이고;
도 2는 센터 영역 내에 흡수체 층이 있고 a); 센터 영역 위에 흡수체 층이 있는 b); 본 발명에 따른 써모파일 센서 셀 및 웨브들을 갖는 적외선 센서의 부분 확대 단면도이며;
도 3의 a) 내지 d)는 슬롯들 및 웨브들의 상이한 실시예들을 갖는 본 발명에 따른 써모파일 센서 셀의 평면도이고;
도 4의 a) 내지 d)는 흡수체 센터 영역의 상이한 실시예들을 갖는 본 발명에 따른 써모파일 센서 셀의 평면도이며;
도 5의 a) 및 b)는 시닝 처리(thinning)된 패시베이션 층들을 갖는 본 발명에 따른 써모파일 센서 셀의 횡단면이고;
도 6은 흡수체 영역과 웨브 또는 기판 사이에서 안정화 리브들을 갖는 실시예이며;
도 7은 화소와 관련한 신호 처리를 제공하기 위해 가장 자리 영역 내에 신호 전자 장치가 있고 a); 센서 소자당 각 하나의 신호 전자 장치를 갖고 b); 각 4개의 센서 소자에 대해 각 하나의 신호 전자 장치를 갖는 c) 상이한 실시예들 및 다수의 소자들을 갖는 본 발명에 따른 센서 셀의 추가 형상이고;
도 8의 a) 및 b)는 광학 수단이 내부 또는 외부에 장착된 광학 수단의 상이한 실시예들을 갖는 본 발명에 따른 센서 셀의 추가의 형성들이며;
도 9의 a) 및 b)는 간격이 변경될 수 있는 제 2 렌즈를 갖는 실시예이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 적외선 센서의 기본 구조를 도시한다. 지지체(2), 멤브레인(3), 흡수체 층(5)을 구비한 중앙 감지 영역(4) 및 연결 웨브들(6)을 갖는 센서 셀(칩)(1)은 베이스 플레이트(10) 상에 장착되며, 상기 베이스 플레이트는 캡(12)에 의해 재차 밀폐된다. 센서 셀 위의 캡(12) 내에는 적외선을 물체로부터 흡수체(5)에 관통시키거나 또는 포커싱하기 위한 광학 수단(13)이 존재한다. 지지체(2)는 반도체 재료(예컨대, 실리콘)로 된 기판으로 구성되고, 상기 기판은 센서 소자들 아래에서 에칭에 의해 후면으로부터 완전히 중공되며, 이 경우 반도체 기판 재료로 이루어지고 수직이거나 또는 거의 수직인 얇은 분리 벽들은 열전 소자들(16) 사이에 있는 영역에서 유지된다.

칩(1) 상의 센서 셀들의 전기 접속 단자들은 연결선들(11)에 의해 외부 접속 단자들(14)에 가이드된다. 구조는 (예컨대 트랜지스터 하우징들과 같은) 금속 베이스 플레이트들(10)뿐만 아니라, 비금속 베이스 플레이트들(10)(예컨대, 회로 기판들 또는 세라믹 플레이트들) 상에서도 이루어질 수 있다.

하우징 내에 포함되는 매질은 가스 또는 가스 혼합물(15)이다. 본 발명에 따르면, 멤브레인(3)(고온 콘택들)의 센터 영역(4)(흡수체 영역)으로부터 지지체(2)(저온 콘택들)로 전달되는 대류를 가능한 적게 유지하기 위해 상기 가스(15)는 공기 또는 질소보다 낮은 열전도도를 갖는다.

바람직하게 이를 위해서는 몰 질량(molar mass)이 높은 가스(15), 예컨대 크세논, 크립톤 또는 아르곤이 사용되거나, 또는 초-고진공(ultrahigh vacuum) 상에서 표준 공기압에 비해 현저히 감소된 내부 압력을 갖는 가스가 사용된다. 하우징은 주변과의 가스 교환이 이루어지지 않을 정도로 밀폐되어야 한다.

도 2는 센서 하우징 내부에서 자체적으로 적외선을 감지하는 센서 셀(1)의 본 발명에 따른 구조를 도시한다. 실리콘 또는 다른 반도체 재료로 된 지지체(기판)(2) 상에서 이 지지체의 상부면에는 센터 영역(4)을 갖는 얇은 멤브레인(3)이 위치하고, 상기 센터 영역은 하나 또는 얇은 연결 웨브들(6)에 현가된다. 연결 웨브들(6)은 본 발명에 따른 폭이 좁은 슬롯들(7)에 의해 센터 영역(4)과 지지체(2) 모두로부터 분리된다.

측정 가능한 크기로 적외선을 변환하기 위한 열 센서 구조물들은 센터 영역(4) 및 연결 웨브들(6) 상에 위치한다. 이러한 센서 구조물들은 예컨대 그 자체가 공지된 초전도식 또는 열전기식 구조물들 또는 볼로미터 구조물들일 수 있다.

후속해서 본 발명은 열전기식 센서 구조물들, 즉 소위 써모파일들을 참조로 설명된다. 상기 써모파일들은 히트 싱크로 사용되고 수직 벽들을 갖는 기판 바디 위에 있는 "저온" 콘택들(8)과 흡수체 센터 영역 상에 있는 소위 "고온" 콘택들(9)을 갖는다.

센서 하우징 밖에 놓이는 측정될 물체가 히트 싱크(기판 바디(2))보다 높은 온도를 갖는 한, 흡수체 영역 상에서 흡수된 적외선에 의해서는 "저온" 콘택들(8)"에 비해 "고온" 콘택들(9)이 가열된다. 반대의 경우에는 흡수체 영역이 냉각되어, 네거티브 온도차가 발생된다. 열전기식 센서 구조물들은 고온 및 저온 콘택들 간의 온도차에 비례하는 신호 전압을 발생시킨다.

센서 셀의 측정 감도(신호 전압)를 상승시키기 위해서는 고온 콘택들(9)이 히트 싱크(2)로부터 열적으로 특히 우수하게 절연되어야 하며, 동시에 흡수하는 영역의 크기가 전체 셀에 비해 가능한 커야한다.

본 발명에 따르면 이러한 과정은, 써모 레그들(thermo leg)이 통상의 경우와 같이 직선형의 직접 경로(direct route) 상에서가 아닌, 길고 폭이 좁은 연결 웨브들(6)의 우회로(indirect route)를 통해 저온 콘택들(8)과 연결되어, 상기 써모 레그들(16)의 길이가 특히 길게 설계됨으로써 해결된다(도 3a 내지 도 3d 비교). 통상의 써모파일 센서들이 많은 수의 개별 써모 레그들(16)을 갖는 반면(전형적으로 개별 셀당 40개 내지 80개, 종종 100개의 써모 부재 쌍을 초과함), 본 발명에 따르면 개별 셀당 써모 소자들이 최대 20, 전형적으로는 10개 미만으로 소수로만 설계된다. 웨브들을 지지체 기판과 흡수체 센터 영역으로부터 분리시키는 슬롯들(7)은 높은 표면 이용률을 달성하기 위해 10μｍ, 바람직하게 <3μｍ의 최대 폭을 갖는다.

센서 셀들의 제조는 예를 들면 경제적인 CMOS-프로세스로 실행된다. 열전 소자들(16)(써모 레그로도 불림)은 바람직하게 n-전도성 및 p-전도성 실리콘, 게르마늄 또는 그들의 혼합형으로 제조되며 1μm 미만의 두께를 갖는다. 지지체(2)의 벽들은 수직이거나 또는 거의 수직이며, 바람직하게는 상기 지지체의 베이스까지 이른다. 상기 지지체의 벽들은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systmes)에 적용되는 것처럼, 소위 마이크로 기계 기술(MEMS로도 불림)로 제조된다.

바람직한 방법은 예를 들면 반응성 이온 에칭(소위 Deep RIE 프로세스)이며, 이 경우 에칭은 지지체의 하부면으로부터 전체 기판을 통해 멤브레인까지 실시된다.

측정 물체의 적외선을 최대한 흡수하기 위해 사용되는 흡수체 층(5) 자체는 흡수체 영역의 낮은 열 질량 및 센서 소자들의 빠른 응답 속도 얻기 위해 아주 얇은데, 바람직하게는 << 1μm이다(도 4). 종종 흡수체 층(5)은 또한 그 아래에 놓인 층들과 함께 얇은 멤브레인(3) 상에서 작용한다. 흡수체 층(5)은 CMOS-호환 프로세스(compatible process)로 제조된다.

작은 측정점을 갖는 단일 소자형 센서 셀들에 있어서 흡수체(5)는 웨브들 밖에 있는 센터 영역(4)으로 제한될 수 있다. 다 소자형 구조물들에 있어서(도 7 참조) 상기 흡수체(5)는 충전율을 증가시키기 위해 또한 전체 연결 웨브들(6)에 맞게 또는 상기 연결 웨브들의 적어도 일부분에 맞게 확장될 수 있다(도 7b).

후속해서는 셀 구조(특히, 써모 레그들(16) 및 절연 슬롯들(7)을 갖는 웨브들(6)의 형태)에 대한 실시예들이 기술된다. 도 3a 내지 도 3d는 써모 레그들(16)을 갖는 연결 웨브들(6)의 본 발명에 따른 실시예들을 도시한다.

통상적으로 센터 영역(4)은 2개 또는 4개의 연결 웨브들(6)에 의해 지지체(2)와 연결된다. 이 경우 상기 연결 웨브들(6)은 적어도 센터 영역(4) 측면의 절반 길이를 가져야 한다. 전형적으로 웨브 길이는 센터 영역(4)의 하나의 측면 길이(소위 90°버전, 도 3a) 또는 2개의 측면 길이(소위 180°버전, 도 3b)다.

도 3b는 센터 영역(4)의 2개 측면에 걸친 상기와 같이 비교적 긴 웨브를 도시한다(180°버전). 웨브 형태가 전환 위치(24)를 갖는 것이 달성됨으로써 추가의 형상들은 비교적 더 긴 연결 웨브들(6)을 가지며, 그로 인해 그로 인해 웨브 방향이 전환되고 웨브는 곡류 형태를 갖는다. 도 3c는 곡류 형태의 연결 웨브(6)를 갖는 90°버전을 도시하며, 도 3d는 곡류 형태의 연결 웨브(6)를 갖는 180°버전을 도시한다.

기본적으로 a 내지 d 사이에서는 추가의 해결책들도 생각할 수 있는데, 예컨대 1/2 측면 길이 또는 1 ½ 측면 길이를 갖는 연결 웨브들(6)을 생각할 수 있다. 연결 웨브(6)의 길이를 계속해서 연장하기 위해서는 추가의 곡류들도 연결 웨브들(6) 내부로 도입될 수 있다. 상기 한 변형예 또는 다른 하나의 변형예는 셀 크기, 도달 가능한 응답 속도, 압력 및 하우징 내 가스 타입에 대한 요건 그리고 열 분해도에 따라 장점들을 갖는다.

도 4는 센터 영역(4)의 형상들을 도시한다. 도 4a 내지 도 4d는 흡수층 및 폴리 실리콘 보상층들을 갖는(a 및 b), 흡수체 층을 갖는(c), 흡수층 및 폴리 실리콘 보상층을 갖지 않는(d) 센터 영역(4)의 본 발명에 따른 실시예들을 도시하고 있다.

이미 언급한 바와 같이, 멤브레인(3)의 센터 영역(4)은 흡수체 층(5)에 의해 커버되며, 상기 흡수체 층은 또한 웨브까지 확장될 수 있다. CMOS-프로세스로 인해 폴리 실리콘 층들이 이용되며, 상기 폴리 실리콘 층들로 써모 레그들(16)이 형성된다. 상기 폴리 실리콘 층들은 흡수체 층(5)에 추가적으로 흡수체의 다양한 영역들과 고온 콘택들 간의 우수하고 신속한 열 보상을 달성하기 위해 센터 영역에서도 이용될 수 있다.

전형적으로 센터 영역(4) 중심에는 가장 큰 온도 상승이 나타난다. 그러나 써모 레그들(16) 모두가 상기 센터 영역의 중심까지 가이드되면, 열전 소자들의 전기적 내부 저항과 더불어 잡음이 증가할 수 있다.

그래서 폴리 실리콘 표면들(17)은 센터 영역(4)과 계속해서 외부에 놓인 추가의 고온 콘택들(8) 사이에서 열 보상층으로 이용될 수 있다. 고온 콘택들은 흡수체 상에서 다른 방식으로도 분포될 수 있으며, 이 경우 써모 레그들은 써모파일의 내부 저항을 떨어뜨리지 않기 위해 확장된다(도 3 및 도 4에서는 도시되지 않음).

도 4a는 센터 영역(4) 전체가 하나 이상의 폴리 실리콘 스트립(17)에 의해 커버되는 버전을 도시한다. 따라서, 잡음이 적을 경우 가장 높은 신호 감도(즉 가장 높은 검출성(detectability))가 달성될 수 있다. 이 경우 외부 폴리 실리콘 표면들은 고온 콘택들을 대부분 둘러싼다. 바람직하게는 단락들을 방지하기 위해 적어도 한쪽 면에서는 갭(gap)이 유지된다.

높은 응답 속도를 달성하기 위해서는 폴리 실리콘 표면들(17)이 센터 영역(4) 전체로 확장되는 것이 아니라, 센터로부터 십자 모양 또는 별 모양으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다(도 4b 참조). 이로 인해 센터 영역의 낮은 열 질량 및 더욱 높은 응답 속도가 달성된다.

기존 흡수체 층에서 폴리 실리콘 층들(17)이 생략될 경우에도 높은 신호와 더불어 높은 응답 속도가 달성될 수 있다(도 4c). 이 경우 신호는 폴리 실리콘 보상 표면들이 포함된 경우보다 조금 작다. 하지만, 적은 신호와 더불어 가장 높은 응답 속도는 흡수체 층 및 폴리 실리콘 층(17)의 생략에 의해 달성된다.

CMOS 프로세스 동안 생성되는 패시베이션층들이 흡수체의 영역에서 또는 흡수체와 웨브의 영역에서 상부면으로부터 완전히 또는 부분적으로 다시 분리되는 경우(시닝 처리되는 경우), 높은 신호와 더불어 응답 속도 상승이 달성될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 실리콘 지지체 위의 외부 영역에 비해 흡수체 영역 내 패시베이션층들(18)의 감소된 두께들을 보여주고 있다. 시닝 처리는 본래 공지된 칩 앞면의 습식 화학 에칭법 또는 건식 에칭법 의해 이루어진다.

(특히, 다 소자형 구조물들의 경우) 깨지기 쉬운 멤브레인들의 안정성 및 생산율을 증가시킬 수 있는 가능성은 연결 웨브(6)와 흡수체 영역 또는 연결 웨브(6)와 지지체(2) 사이에서 멤브레인 재료로 된 얇은 리브들(19)을 지속하는 것이다. 이러한 경우에는 에칭된 갭(7)이 몇몇 위치에서 지속되는 리브들(19)에 의해 의도한 바대로 단속(interrupt)된다. 도 6에는 상기와 같은 리브들(19)이 도시되어 있다. 리브들(19)은 연결 웨브의 상이한 위치들에 설치될 수 있는데, 예를 들면 흡수체의 4개의 에지 모두에도 설치될 수 있으며, 이는 배열의 기계적 안정성을 상승시킨다.

한 추가 실시예에서는 지금까지 소개된 써모파일 셀들이 m형 라인들(n-line) 및 n형 열들(n-column)을 갖는 하나의 어레이 구조로도 조성될 수 있다. 예는 도 7에 도시되어 있다.

동일한 칩 상에서 4개의 개별 소자들을 갖는 상기와 같은 실시예는 또한 칩 측면의 전자 장치를 필요로 하기 때문에, 도 7a에서는 슬롯이 형성된 멤브레인을 갖는 개별 써모 파일 셀들(20)이 개관을 목적으로 단지 작은 사각형으로만 표시된다.

센서와 관련한 상기와 같은 전자 장치(20 또는 22)는 예컨대 전치 증폭기들(preamplifier), 저역 통과 필터들(low-pass filter), 멀티플렉서들(multiplexer), 주소 레지스터들(adress register), 아날로그/디지털 트랜스듀서들 및 인터페이스들을 포함할 수 있다. 개별 센서 셀을 선택하기에 적합한 스위칭 트랜지스터들(21)은 바람직하게 모든 셀들 옆에 위치하지만, 소자의 수가 적을 경우에도 칩 가장자리로 옮겨질 수 있다.

칩 상에서 개별 소자들의 배열이 매트릭스형일 경우에는, 폭이 좁은 슬롯들(7)과 협력하여 광범위한 면적을 흡수체 재료(5)로 채움으로써 그리고 전체 기판 내(2)의 직선형 에칭 벽들에 의해 높은 표면 이용이 달성될 수 있도록 매우 유효하게 작용한다. 이는 어레이 적용 예들에 중요한 충전 팩터, 즉 비활성 면적에 대한 방사선 흡수 및 활성 면적의 비율이 계속해서 상승될 수 있도록 한다.

어레이-구조물의 작동을 위해서는 전자 어셈블리들이 기판 내에 함께 집적되어야 한다. 이 경우 개별 소자들은 센서 소자들의 매트릭스 내부에, 예컨대 소자들 간의 에지점들에 설치될 수 있다. 전치 증폭기들, 저역 통과 필터들, 멀티플렉서들, 주소 레지스터들, 온도 레퍼런스들, 전압 레퍼런스들, 아날로그/디지털 트랜스듀서들, 인터페이스 어셈블리들 등과 같은 추가의 전자 어셈블리들은 어레이 구조물의 가장자리 영역에 배치될 수 있다.

그 결과, 광 활성 영역 밖에서는 상기 전자 어셈블리들이 충전율에 부정적인 영향을 끼치지 않는다. 또한, 전자 어셈블리들 내에서 생성되는 손실 열은 비교적 쉽게 외부로 배출될 수 있다. 상기 실시예에 있어서 특히 중요한 것은, 사용된 모든 프로세스들이 표준 CMOS 시퀀스들과 호환될 수 있다는 점이다. 단, 사용된 재료들과 필수 프로세스들이 표준 CMOS 시퀀스들과 충돌을 일으키지 않을 경우에만, 필요한 판독 전자 장치를 갖는 기술한 적외선 감지 센서 소자들을 모놀리식 집적하고자 하는 과제가 해결될 수 있다.

이러한 집적 단계를 통해서는, 센서 제어 및 센서 신호들의 출력이 소수의 입력부 및 출력부에 의해 실행될 수도 있다. 그 결과 복잡한 와이어 본딩 연결들(11)이 생략되고 상기와 같은 어레이 센서들의 경제적인 대량 생산이 용이해진다.

화소와 관련한 전자 장치가 전치 증폭기들 외에 저역 통과 필터들을 포함함으로써 시스템의 잡음 대역폭이 감소될 수 있고, 신호 대 잡음비는 상승될 수 있으며, 이는 얻어질 수 있는 검출성 및 측정 정확도(measuring accuracy)를 상승시킨다.

도 1은 하우징에 내장된 본 발명에 따른 센서 칩을 도시한다. 이와 관련하여 기술된 센서 칩들은 개별 소자로서 또는 어레이 구조물로서 예컨대 금속, 세라믹 또는 금속 코팅된 플라스틱(회로 기판)으로 된 열 전도성이 우수한 하나의 베이스 플레이트(10) 상에 제공된다.

필수 제어 입력부들과 신호 출력부들은 바람직하게 와이어 본딩 연결들(11)에 의해 기판 지지체의 전기 콘택 면들에 연결된다. 이러한 경우에 센서 구조는 마찬가지로 열 전도성이 우수한 캡(12), 바람직하게는 니켈, 알루미늄 또는 구리로 된 캡에 의해 밀봉 폐쇄된다. 캡(12) 내에는 적외선을 투과시키는 재료로 된 광학 윈도우(optical window)(13)가 존재하며, 검출될 적외선은 상기 광학 윈도우를 통과하여 센서 칩(1)에 도달한다.

밀폐된 하우징 내부에는 압력이 정상인 가스(15) 또는 압력이 감소된 잔류 가스로 이루어진 대기가 존재한다. 상기 대기의 열전도가 압력이 정상인 표준 대기 또는 드라이 질소 대기의 열전도보다 현저히 낮은 경우에, 기술된 본 발명의 장점들의 효과가 나타난다.

2개의 추가 실시예들이 도시된다. 제 1 실시예에서는 에워싸인 가스의 압력이 감소된다. 진공 하우징 구조가 사용될 경우 최상의 감도가 달성되지만, 중간 단계들도 생각할 수 있다. 진공 하우징의 단점으로는 전체 하우징이 절대적으로 밀폐되어 기밀성으로 형성되어야 하고, 수년간 가스압이 변동되어서는 안된다는 점이다. 이는 복잡하고 비싼 하우징 기술을 요구한다.

제 2 실시예에서는 하우징이 정상 압력 하에서 예컨대 크립톤 또는 크세논과 같은 열 전도가 비교적 낮은 가스로 채워진다. 이로 인해 마찬가지로 센서의 감도는 증가하고, 하우징 기술 요건이 비교적 적다.

진공 하우징으로서 또는 열 전도가 낮은 가스로의 가스 충전을 실시하는 실시예의 선택은 센서 칩 설계의 최상화에도 영향을 준다. 따라서, 시뮬레이션들은 진공 하우징 기술이 사용될 경우 열전 소자들의 최상의 수가 아주 적어야 한다는 내용을 포함하고 있다. 바람직하게 써모 파일들의 최대한 높은 검출능을 달성하기 위해서는 센서 소자당 4개 내지 8개를 초과하는 열전 소자가 사용되어서는 안 된다. 이러한 경우 상기 열전 소자들은 멤브레인들(3)을 지지하는 연결 웨브들(6)의 수에 맞게 할당된다.

그에 비해 열 전도성이 낮은 가스로 채워지는 하우징 구조가 선택되면, 비교적 높은 수의 열전 소자들이 선택될 수 있다. 기술된 발명에 있어서, 센서 하우징의 충전에 세논(Xe) 또는 크립톤(Kr)이 제공될 경우, 열전 소자의 바람직한 수는 써모파일당 6개 내지 16개이다.

센서의 열 시간 상수(thermal time constant)는 감지 영역의 열 용량과 고온 및 저온 콘택들(8, 9) 간의 열 전도율(conductance)의 비율(quotient)로서 주어진다. 감도 및 검출능의 상승이 열 전도율 감소로 달성될 경우 발생하는 단점으로는 시간 상수가 상승하고 센서의 응답 속도가 비교적 낮아진다는 점이다.

이러한 이유로, 본 발명에 따른 흡수체 층(5)이 감도 영역 내에서 적외선 흡수율 높이고 뿐만 아니라, 자체적으로 적은 층 두께 및 작은 열적 질량을 갖는 것은 특히 중요하다.

도 8은 하나의 어레이로 배치된 센서 소자들의 실시예를 도시하며, 상기 실시예에서는 캡(12) 내 광학 수단(13)이 바람직하게 적외선 렌즈로 형성된다. 센서 칩 및 렌즈는 모두 센서 하우징 내부에서 서로 중앙에 배치되어야 한다. 캡의 높이는 적외선이 센서 소자들에 정확하게 투사되도록 조절되어야 한다. 기본적으로 광학 수단 대신 필터 플레이트도 사용될 수 있다. 이러한 경우에는 렌즈가 하우징 외부에 위치해야 한다.

센서와 렌즈 간 가시 영역은 바람직하게 무반사이거나, 또는 상기 가시 영역이 산란을 방지하기 위한 소자들을 갖는다. 센서 하우징 내 대기(15)는 바람직하게 적은 열 전도도를 갖는다.

이미징 광학 수단이 하나의 어레이로 배치된 센서 소자들과 함께 사용됨으로써 입체적으로 분해된 적외선 측정이 가능하다. 구면 또는 비구면 평볼록(plano-convex) 렌즈의 사용이 특히 바람직하다. 한편, 이러한 평볼록 렌즈는 경제적인 비용으로 제조될 수 있으며, 다른 한편으로 평편한 측면은 기밀성 하우징 내 설치에 적합한 밀봉면을 의미한다.

센서 하우징 내부의 대기(15)에 따라, 외부 쪽으로 평편한 측면을 갖는 캡(12) 내부에 또는 센서 내부 쪽으로 평편한 측면을 갖는 캡(12) 상에 외부에 렌즈(13)를 설치하는 것이 비교적 바람직할 수 있다. 설치는 바람직하게 하우징 내부와 외부 주변 간의 압력차가 렌즈(13)의 밀봉면을 캡(12)에 추가로 압착시키는 방식으로 이루어진다.

기술된 실시예는 제 2 렌즈(23)가 제 1 렌즈(13) 또는 필터 앞에 제공된 간격 내에 장착되어 개선된 이미징 특성이 달성됨으로써 확대될 수 있다(도 9a). 상기 제 2 렌즈(20)는 목표한 광학 조건들에 따라 임의의 구면 또는 비구면 형태를 가질 수 있다.

이 경우 제 1 렌즈(13)와 제 2 렌즈(23) 사이의 경통(lens barrel)은 특수한 대기를 포함할 필요가 없으며 가스 밀봉 또는 진공 밀봉 방식으로 형성될 필요도 없다. 두 렌즈(13, 23) 사이의 영역은 표준 대기에 대해 개방될 수 있다. 두 렌즈(13, 23) 사이의 영역은 바람직하게 무반사이며 열 전도성이 우수한 재료로 이루어진다.

한 추가 실시예에서는 캡(12) 내에 장착된 렌즈(13)에 비해 제 2 렌즈(23)의 간격 또는 윈도우가 변동될 수 있으며, 그로 인해 이미징 광학 수단의 이미징 특성이 변경된다(도 9b). 기본적으로 캡 내에서 밀봉되는 필터 또는 렌즈와 관련하여 광학 수단은 캡 내부 또는 외부에서 이미징 미러로도 실현될 수 있다(도시되지 않음).

1: 센서 셀(칩)
2: 지지체
3: 멤브레인
4: 중앙 감지 영역
5: 흡수체 층
6: 연결 웨브들
7: 절연 슬롯들
8: 저온 콘택들
9: 고온 콘택들
10: 베이스 플레이트
11: 연결선들
12: 캡
13: 광학 수단/ 제 1 렌즈
14: 외부 접속 단자들
15: 가스 또는 가스 혼합물
16: 써모 레그/열전 소자
17: 열 보상층
18: 리브
19: 리브
20: 칩 상의 센서 관련 전자 장치
21: 개별 써모파일 셀들
22: 스위칭 트랜지스터
23: 제 2 렌즈
24: 귀환 위치

Claims (18)

1. 수직 또는 거의 수직인 벽들을 가지며 열 전도성이 우수한 프레임 형태의 지지체 위에 제공되는 멤브레인(membrane) 상에서 써모파일(thermopile)형, 볼로미터(bolometer)형 또는 초전(pyroelectric)형 센서 구조물들 형태로 형성되는 열전 소자들(thermoelement)을 갖는 칩과 광학 수단을 구비한 하우징 내 열 적외선 센서(thermal infrared sensor)로서,
   써모파일 센서 구조물이 센서 셀(1)당 소수의 긴 열전 소자들(thermoelement)(16)로 구성되고, 상기 열전 소자들이 연결 웨브들(connecting web)(6) 상에 배치되며, 상기 연결 웨브들이 상기 멤브레인(3) 상부에 있는 흡수체 층(5) 위의 고온 콘택들(9)과 상기 열전 소자들(16)의 저온 콘택들(8)을 서로 연결시키고;
   상기 멤브레인(3)이 하나 또는 다수의 연결 웨브(6)에 현가되며;
   상기 멤브레인(3)이 상기 긴 열전 소자들(16)의 양 측면에 폭이 좁은 슬롯들을 포함하고, 상기 슬롯들이 센터 영역(4)과 상기 지지체(2) 모두로부터 상기 연결 웨브들(6)을 분리시키며; 그리고
   적어도 상기 센터 영역(4)이 상기 흡수체 층(5)에 의해 오버랩(overlap)되는,
   열 적외선 센서.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 열전 소자들(16)이 길고 폭이 좁은 상기 연결 웨브들(6) 상에서 흡수체 영역 주변으로 가이드되고, 상기 연결 웨브(6)의 길이가 적어도 상기 흡수체 영역의 측면 길이의 절반, 바람직하게는 전체에 상응하는,
   열 적외선 센서.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 열전 소자들(16)이 길고 폭이 좁은 상기 연결 웨브들(6) 상에서 흡수체 영역 주변으로 가이드되고, 상기 연결 웨브(6)의 길이가 상기 흡수체 영역의 측면 길이의 전체 내지 두 배에 상응하는,
   열 적외선 센서.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 열전 소자들(16)이 길고 폭이 좁은 상기 연결 웨브들(6) 상에서 흡수체 영역 주변으로 가이드되고, 상기 연결 웨브들(6)이 하나 이상의 귀환 위치(reverse position)(24)를 갖는,
   열 적외선 센서.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   폭이 좁은 상기 연결 웨브들(6)이 다수의 측면으로부터 상기 흡수체 영역으로 접근되는,
   열 적외선 센서.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 써모파일 센서 구조물들이 n-전도성 및 p-전도성 폴리 실리콘으로 이루어지며, CMOS 프로세스로 제조되는,
   열 적외선 센서.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 써모파일 구조물들에 의해 반도체 공정 중에 생성되는 절연층들 및 패시베이션층들이 상부면으로부터 부분적으로 다시 분리되는,
   열 적외선 센서.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
   얇은 상기 흡수체 층(5)이 충전율을 상승시키기 위해 적어도 부분적으로 또한 상기 연결 웨브들(6)까지 연장되는,
   열 적외선 센서.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 멤브레인(1)이 상기 흡수체 영역 내에서 하나 또는 다수의 폴리 실리콘 층으로 채워지는,
   열 적외선 센서.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리 실리콘 층들은 이 폴리 실리콘 층들이 상기 흡수체 층(5)의 중심으로부터 출발하는 십자 형상(cross shape)을 갖고, 상기 십자 형상의 단부들이 고온 콘택들을 둘러싸거나 또는 한 측면에만 접촉되는 방식으로 상기 흡수체 영역 내에서 구조화되는,
    열 적외선 센서.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전 소자들을 갖는 길고 얇은 상기 연결 웨브들(6)이 적어도 한 위치에서 안정화 웨브에 의해 이웃한 기판 바디 또는 흡수체 영역(2)과 연결되는,
    열 적외선 센서.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 센서 셀들이 동일한 센서 칩 상에서 라인(line) 또는 어레이(array) 형태로 근접 배치되는,
    열 적외선 센서.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 센서 셀들이 동일한 센서 칩 상에서 라인 또는 어레이 형태로 근접 배치되고, 신호 처리의 적어도 일부분이 동일한 반도체 기판상에서 통합되는,
    열 적외선 센서.
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    라인 또는 어레이 형태로 배치된 상기 센서 셀들(1)이 개별 셀당 또는 적어도 4개의 개별 셀당 각 하나의 전자식 신호 처리 유닛을 공통적으로 갖는,
    열 적외선 센서.
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 수단(13)이 필터 플레이트(filter plate) 또는 이미징 렌즈(imaging lens)인,
    열 적외선 센서.
16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 수단이 상기 하우징 내에 고정 설치된 제 1 렌즈(13)와 상기 하우징 외부에 있는 제 2 렌즈(23)로 이루어지고, 두 렌즈들이 광학 이미지(optical image)을 함께 형성하는,
    열 적외선 센서.
17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 수단이 상기 하우징 내에 고정 설치된 제 1 렌즈(13)와 상기 하우징 외부에 있는 제 2 렌즈(23)로 이루어지고, 상기 제 2 렌즈(23)가 기밀 방식으로 장착되어야 하는 것이 아니라 교체될 수 있는,
    열 적외선 센서.
18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 수단이 상기 하우징 내에 고정 설치된 제 1 렌즈(13)와 상기 하우징 외부에 있는 제 2 렌즈(23)로 이루어지고, 상기 제 2 렌즈가 상기 센서 소자에 대해 간격을 두고 조절 장치에 의해 조절될 수 있는,
    열 적외선 센서.

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