KR20190056994A - 저-드리프트 적외선 검출기 - Google Patents

Abstract

저-드리프트 적외선 검출기
IR 복사를 측정하기 위한 반도체 디바이스(100)로서, 적어도 하나의 센서 픽셀(10), 가열기(23)를 포함하는 상기 IR 복사로부터 차폐되는 적어도 하나의 기준 픽셀(20), 센서 픽셀을 가열하지 않으면서 가열기에 전력을 적용하고, 가열되지 않은 픽셀의 제1 출력 신호 및 가열된 픽셀의 제1 기준 출력 신호를 측정하고, 가열기에 인가되는 전력의 측정치 및 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이의 함수로서 응답도를 획득함으로써, 응답도를 측정하고, 기준 픽셀과 센서 픽셀의 온도가 실질적으로 동일할 때까지 냉각 주기를 적용하며, 센서와 기준 출력 신호 간 차이를 기초로, 응답도를 이용해 이 차이를 변환함으로써 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 제어기(50)를 포함한다.

Description

저-드리프트 적외선 검출기{LOW-DRIFT INFRARED DETECTOR}

본 발명은 적외선(IR) 복사를 감지하기 위한 반도체 디바이스 및 방법의 분야와 관련된다. 더 구체적으로, 본 발명은 하나 이상의 센서 픽셀 및 하나 이상의 기준 픽셀을 이용하는 이러한 디바이스와 관련된다.

반도체 회로에 의해, 특히, 공동 내에 현수되고 온도 센서를 포함하는 MEMS 구조물을 이용함으로써, IR 복사를 측정하는 열 IR 센서 및 방법이 해당 분야에 공지되어 있다.

대부분의 IR 센서가 유입 IR 신호를 IR 복사를 흡수하도록 배열된 단열된 구조물(본 명세서에서 "흡수체"라고 지칭됨)의 온도 증가로 변환한다. 일반적으로 흡수체는 현수 구조물(가령, 길고 얇은 기둥)에 의해 밀봉된 공동 내에 현수되는 멤브레인 또는 다이어프램이다. 흡수체 특징부는 전용 흡수 층에 한정되지 않고, 흡수에 의해 IR 복사를 수집하기 위한 검출기의 일반적인 특징부로 나타난다. 단열된 구조물이 더 많은 IR-파워를 수신할수록, 벌크(기판 및 캡)에 비해 흡수체의 온도가 높아질 것이다. 각각의 IR 복사 양에 대해, 입사 IR 파워로 인한 가열이 열 전도, 열 대류 및 열 복사를 통해 흡수체로부터의 주위 기판 및 캡으로의 열 손실과 동일한 평형상태 온도가 존재한다. 따라서 흡수체의 온도 증가가 입사 IR 복사량의 지시자이며, 일반적으로 고온 종속도를 갖는 저항기(볼로미터)에 의해 또는 일련의 열전대(써모파일(thermopile))에 의해 측정된다. 본 명세서에서, 온도 센서를 갖는 열 흡수체가 "픽셀(pixel)"이라고 지칭된다.

픽셀의 우수한 감도를 위해, 온도 출력 신호가 특정 양의 IR-복사 파워에 대해 가능한 큰 것이 바람직할 것이다. 이러한 픽셀의 감도가 다음의 세 가지 물리적으로 상이한 이득 인수에 의해 결정된다: 첫 번째 인수는 흡수체 상으로 리드(lid) 또는 캡을 통과하는 IR 광의 투과, 흡수 및 반사에 의해 결정된다. 두 번째 이득 인수가 흡수체와 디바이스의 벌크 간 내열성에 의해 결정된다. 이 두 번째 인수는 특히, 단열된 구조물의 현수 구조물(가령, 기둥)을 통한 내열성 및 주위 기체를 통한 내열성에 따라 달라진다. 세 번째 인수는 고온 종속성을 갖는 저항기 또는 일련의 열전대(써모파일)인 온도계에 의해 결정된다.

이러한 센서의 안정성 및 선형성이 상이한 이득 인수의 안정성 및 선형성에 따라 달라지는 것이 자명하며, 신호 증폭과 증폭 안정성 간 타협이 종종 이뤄져야 한다. 제어하기 가장 어려운 파라미터들 중 하나가 흡수체로부터 상기 흡수체를 둘러싸는 기체를 통한 열 전도도가다.

문제는 흡수체로부터 상기 흡수체를 둘러싸는 기체를 통한 열 전도도가 시간에 따라 변경될 가능성이 있기 때문에, 적외선 검출기의 감도가 시간의 흐름에 따라 변할 수 있다는 것이다. 이는, 예를 들어, 내부 시스템 압력의 변경을 도출할 임의의 작은 기체방출 프로세스, 임의의 작은 밀폐의 누수 또는 임의의 작은 투자율에 의해 유도될 수 있다. 이는 결국 출력 신호의 에러를 야기할 것이다.

우수한 반도체 디바이스 및 이러한 디바이스를 동작시키기 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 실시예의 목적이다.

이러한 목적은 본 발명에 따르는 방법 및 디바이스에 의해 이뤄진다.

첫 번째 양태에서, 본 발명의 실시예는 반도체 디바이스의 외부로부터 기원하는 IR 복사를 측정하기 위한 반도체 디바이스와 관련된다. 상기 반도체 디바이스는 다음을 포함한다:

반도체 기판 - 캡이 적어도 하나의 공동을 밀봉하도록 상기 반도체 기판을 밀폐함 - ,

상기 공동 내에 배열되고 상기 IR 복사를 수신하도록 배열된 제1 흡수체를 포함하고 유입 IR 복사를 나타내는 센서 출력 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서 픽셀, 및

상기 공동 내에 배열되고 제2 흡수체, 및 전력을 인가받음으로써 상기 제2 흡수체의 온도를 증가시키기 위한 가열기를 포함하는 적어도 하나의 기준 픽셀 - 상기 기준 픽셀은 상기 IR 복사에 대해 차폐되고 상기 가열기로 인가되는 전력을 나타내는 기준 출력 신호를 생성하도록 구성됨 - ,

상기 반도체 디바이스는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는

센서 픽셀을 가열하지 않으면서 기준 픽셀의 가열기에 전력을 인가하고, 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제1 출력 신호 및 가열된 기준 픽셀의 제1 기준 출력 신호를 측정하며, 가열기로 인가된 전력의 측정치 및 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이의 함수로서, 응답도를 획득함으로써, 반도체 디바이스의 응답도를 측정하고

기준 픽셀의 온도가 센서 픽셀의 온도와 실질적으로 동일할 때까지 기준 픽셀을 냉각하는 주기를 적용하며,

센서 픽셀의 온도가 기준 픽셀의 온도와 실질적으로 동일할 때 측정된 기준 픽셀의 기준 출력 신호와 센서 픽셀의 센서 출력 신호 간 차이를 기초로, 이 차이를 측정된 응답도를 이용해 IR 복사를 나타내는 출력 신호로 변환함으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성된다.

본 발명의 실시예의 이점은, 반도체 디바이스의 응답도가 기준 픽셀을 가열하고, 가열된 기준 픽셀과 가열되지 않은 센서 픽셀의 응답의 차이를 측정함으로써, 반도체 디바이스의 응답도가 획득될 수 있다는 것이다.

본 발명의 실시예의 이점은 센서 픽셀과 기준 픽셀이 동일한 공동 내에 존재한다는 것이며(즉, 공동 내 적어도 채널이 기체의 압력이 센서 픽셀과 기준 픽셀에 대해 동일함을 보장함을 의미한다) 따라서 공동 내 동일한 변화(가령, 공동의 압력 변화)를 겪는다는 것이다. 따라서 기준 픽셀의 응답도가 센서 픽셀의 응답도에 대해 우수한 표시이다.

본 발명의 실시예의 이점은 측정 시퀀스의 시작에서 또는 시퀀스의 차후에서 응답도가 획득될 수 있다는 것이다. 센서 출력 신호와 기준 출력 신호 간 차이를 IR 복사를 나타내는 출력 신호로 변환하기 위해 둘 이상의 측정된 응답도가 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어기가 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이를 구하고 이 차이를 가열기에 인가되는 전력으로 나눔으로써 응답도를 획득하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는, 적어도 하나의 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제2 센서 출력 신호 및 기준 픽셀이 센서 픽셀 또는 추가 기준 픽셀과 동일한 온도일 때의 제2 기준 출력 신호를 측정하고, 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이, 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이, 및 가열기에 인가되는 전력의 함수로서, 적어도 하나의 응답도를 획득함으로써, 반도체 디바이스의 응답도를 측정하도록 구성된다.

본 발명의 실시예의 이점은 IR 복사가 센서 픽셀 출력 신호에 가열기의 전기 전력에 의해 유도되는 출력 신호에 비교할 때 무시할 수 없는 여기(excitation)를 야기하는 반도체 디바이스에 대해 반도체 디바이스의 응답도가 측정될 수 있다는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이를 구하고, 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이를 빼서, 결과를 획즉하고, 이 결과를 가열기에 인가되는 전력으로 나눔으로써 응답도를 획득하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는 응답도를 적어도 2회 측정하고, 적어도 2개의 응답도를 이용해 센서 출력 신호와 기준 출력 간 차이를 변환함으로써 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성된다.

본 발명의 실시예의 이점은 반도체 디바이스의 응답도의 변화가, 응답도를 2회 이상 측정하고 결과들을 (가령, 평균을 구함으로써) 조합함으로써, 보상될 수 있다는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 제어기가 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 반복적으로 생성하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에서, 규칙적으로 측정되기 때문에 IR 복사의 변화가 검출될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 제어기가 반도체 디바이스의 응답도를 측정하고 2개의 생성된 출력 신호 사이에 적어도 하나의 기준 픽셀을 냉각시키는 주기를 적용하도록 구성된다.

본 발명의 실시예의 이점은 반도체 디바이스의 응답도가 규칙적으로 업데이트된다는 것이다. 이 응답도는 공동 내 변화(가령, 공동 내 압력 또는 공동 내 기체 조성의 변화) 때문에 시간의 흐름에 따라 변할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는 센서 출력 신호와 센서 픽셀의 온도가 기준 픽셀의 온도와 실질적으로 동일할 때 측정된 기준 출력 신호 간 차이로부터 디바이스의 지정 오프셋 값을 빼고, 이 뺄셈의 결과를 감도로 나눔으로써 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 획득하도록 구성되는데, 이때 감도는 가장 최근 측정된 응답도 또는 측정된 응답도들의 조합에 지정된 결합 효율을 곱한 값에 대응한다.

본 발명의 실시예에서, 감도는 이전에 측정된 응답도와 가장 최근 측정된 응답도의 비를 기초로, 보상된다.

따라서 공동 내 변화(가령, 공동 내 압력 또는 공동 내 기체 조성의 변화)로 인해 시간에 따라 발생하는 응답도의 변화가 보상될 수 있다. 공장에서 교정된 지정 결합 효율이 공장에서의 이 교정 단계 동안의 디바이스의 응답도의 함수이다. 본 발명의 실시예의 이점은 이전에 측정된 응답도와 가장 최근 측정된 응답도의 비를 이용해, 실제 결합 효율과 지정 결합 효율 간 차이로 인한 에러가 보상될 수 있다는 것이다.

본 발명의 실시예에서 적어도 하나의 센서 픽셀은 전력을 인가받음으로써 제1 흡수체의 온도를 증가시키기 위한 가열기를 포함하며, 여기서 제어기는 센서 픽셀과 기준 픽셀 간 열 전도도의 오정합을 측정하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에서, 적어도 하나의 센서 픽셀이 유입 IR 복사를 나타내는 센서 출력 신호를 생성하기 위한 써모파일(thermopile)을 포함하며 적어도 하나의 기준 픽셀은 가열기에 인가되는 전력을 나타내는 기준 출력 신호를 생성하기 위한 써모파일을 포함한다.

본 발명의 실시예의 이점은 써모파일 센서가 내재적으로 어떠한 효과도 갖지 않는다는 것이다. 따라서 단 하나의 가열기 전력만 이용해 응답도를 측정하는 것이 충분하다.

본 발명의 실시예에서 써모파일은 일련의 열전대(thermocouple)를 포함한다.

두 번째 양태에서 본 발명의 실시예는 IR 복사를 측정하기 위한 방법과 관련된다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

반도체 기판 - 캡이 적어도 하나의 공동을 밀봉하도록 상기 반도체 기판을 밀폐함 - 과, 상기 공동 내에 배열되고 상기 IR 복사를 수신하도록 배열된 제1 흡수체를 포함하고 유입 IR 복사를 나타내는 센서 출력 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서 픽셀과, 상기 공동 내에 배열되고 제2 흡수체, 및 전력을 인가받음으로써 상기 제2 흡수체의 온도를 증가시키기 위한 가열기를 포함하는 적어도 하나의 기준 픽셀 - 상기 기준 픽셀은 상기 IR 복사에 대해 차폐되고 상기 가열기로 인가되는 전력을 나타내는 기준 출력 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하는, 반도체 디바이스를 제공하는 단계,

반도체 디바이스의 응답도를 측정하는 단계 - 상기 응답도를 측정하는 단계는 센서 픽셀을 가열하지 않으면서, 기준 픽셀의 가열기에 전력을 인가하고, 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제1 출력 신호 및 가열된 기준 픽셀의 제1 기준 출력 신호를 측정하며, 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이 및 가열기에 인가되는 전력의 함수로서 응답도를 획득함으로써, 이뤄짐 - ,

기준 픽셀의 온도가 상기 센서 픽셀의 온도와 실질적으로 동일해질 때까지 기준 픽셀을 냉각하는 주기를 적용하는 단계,

센서 픽셀의 온도가 기준 픽셀의 온도와 실질적으로 동일할 때 측정된 기준 픽셀의 기준 출력 신호와 센서 픽셀의 센서 출력 신호 간 차이를 기초로, 측정된 응답도를 이용해 이 차이를 IR 복사를 나타내는 출력 신호로 변환함으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하는 단계.

본 발명의 실시예에서 반도체의 응답도를 측정하는 단계는:

적어도 하나의 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제2 센서 출력 신호 및 기준 픽셀이 센서 픽셀 또는 추가 기준 픽셀과 실질적으로 동일한 온도일 때의 제2 기준 출력 신호를 측정하는 단계,

제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이, 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이, 및 가열기에 인가되는 전력의 함수로서 상기 적어도 하나의 응답도를 획득하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 방법은 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 반복적으로 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서 상기 방법은 반도체 디바이스의 응답도를 측정하는 단계 및 2개의 생성된 출력 신호들 사이에 적어도 하나의 기준 픽셀을 냉각시키는 주기를 적용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 특정하고 선호되는 양태가 이하의 독립항 및 종속항에서 제공된다. 경우에 따라, 그리고 청구항에서 명시적으로 제공된 것에 한정되지 않고, 종속항의 특징들은 독립항의 특징들 및 타 종속항의 특징들과 조합될 수 있다.

본 발명의 이들 및 그 밖의 다른 양태가 이하에서 기재되는 실시예를 참조할 때 자명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 반도체 디바이스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 센서 픽셀 상의 추가 가열기를 제외하고 도 1에서와 유사한 반도체 디바이스의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 IR 복사를 측정하기 위한 방법의 단계들의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 타임 슬롯의 가능한 시퀀스이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 반도체 디바이스의 평면도의 개략도이다.
도 6은 도 5의 A-A를 따르는 단면도의 개략도이다.
도 7은 도 5의 B-B를 따르는 단면도의 개략도이다.

청구항에서의 임의의 도면 부호가 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

상이한 도면에서, 동일한 도면 부호가 동일하거나 유사한 요소를 지칭한다.

본 발명은 특정 실시예와 관련하여 그리고 특정 도면을 참조하여 기재될 것이지만, 이에 한정되지 않으면, 본 발명은 청구항에 의해서만 한정된다. 도시되는 도면은 단지 도시적이며 비-제한적이다. 도면에서, 요소들 중 일부의 크기가 과장될 수 있으며, 예시 목적으로 실제 비율로 그려지지 않았다. 치수 및 상대 치수가 본 발명의 실시까지의 실제 감소에 대응하지 않는다.

상세한 설명 및 청구항에서의 제1, 제2 등의 용어가 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되며, 시간, 공간, 순위 또는 그 밖의 다른 임의의 방식의 어떠한 순서도 설명하기 위한 것이 아니다. 이렇게 사용되는 용어가 상황에 따라 교환 가능할 수 있고, 본 명세서에 기재되는 본 발명의 실시예가 본 명세서에 기재되거나 도시되는 것과 다른 순서로 동작될 수 있음을 이해할 것이다.

청구항에서 사용될 때 용어 "포함하는(comprising)"은 앞에 나열되는 수단들에 한정되는 것으로 해석되지 않을 것이며, 그 밖의 다른 요소 또는 단계들을 배제하지 않음을 알아야 한다. 따라서 기재된 특징부, 정수, 단계 또는 구성요소의 존재를 특정하는 것으로 해석될 것이지만, 하나 이상의 그 밖의 다른 특징부, 정수, 단계 또는 구성요소, 또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니다. 따라서 "수단 A 및 B를 포함하는 디바이스"라는 표현의 범위는 구성요소 A 및 B로만 구성된 디바이스에 한정되지 않아야 한다. 본 발명에 따라, 디바이스의 관련 구성요소가 A 및 B임을 의미한다.

본 명세서 전체에서 "하나의 실시예" 또는 "실시예"라는 언급이 실시예와 관련하여 기재되는 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서 본 명세서 전체의 다양한 위치에서의 "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 구문의 등장이 모두 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니지만, 그럴 수도 있다. 덧붙여, 하나 이상의 실시예에서, 특정 특징부, 구조물 또는 특성이 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명할 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 예시적 실시예의 기재에서, 본 발명의 다양한 특징부가 개시를 용이하게 하고 다양한 발명의 양태 중 하나 이상의 이해를 돕기 위해 하나의 실시예, 도면, 또는 이의 설명으로 함께 묶임을 이해해야 한다. 그러나 이러한 개시 방법이 본 발명이 각각의 청구항에서 명시적으로 언급되는 더 많은 특징을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지는 않을 것이다. 오히려, 다음의 청구항이 반영하는 것처럼, 본 발명의 양태는 하나의 개시된 실시예의 모든 특징들보다 적은 특징을 요구한다. 따라서 상세한 설명 후의 청구범위가 이 상세한 설명에 포함됨이 자명하고, 이때 각각의 청구항이 본 발명의 개별 실시예로서 나타난다.

덧붙여, 본 명세서에 기재된 일부 실시예가 타 실시예에 포함되는 어떤 특징은 포함하고 어떤 특징은 포함하지 않지만, 상이한 실시예의 특징의 조합이 본 발명의 범위 내에 있고 상이한 실시예를 형성할 수 있음이 해당 분야의 통상의 기술자에게 이해될 것이다. 예를 들어, 다음의 청구항에서, 청구된 실시예들 중 임의의 실시예가 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 제공되는 기재에서, 다양한 특정 상세사항이 제공된다. 그러나 본 발명의 실시예는 이들 특정 상세사항 없이 실시될 수 있음이 이해될 것이다. 또 다른 예시에서, 공지된 방법, 구조물 및 기법이 본 명세서의 이해를 모호하게 하지 않도록 상세히 나타나지 않는다.

본 발명의 실시예에서, 반도체 디바이스의 응답도(responsivity)가 언급되는 경우, 기준 픽셀의 출력 신호와 기준 픽셀에 인가되는 가열 전력(heating power)의 비를 지칭한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 센서 픽셀의 감도(sensitivity)가 언급되는 경우, 센서의 출력 신호(빼기 센서 픽셀의 오프셋)와 센서 픽셀로의 유입 복사의 전력의 비를 지칭한다.

본 발명의 실시예에서, 결합 효율(coupling efficiency)이 언급되는 경우, 감도와 응답도의 비를 지칭한다.

본 발명의 실시예에서, 공동(cavity)이 언급될 때, 캡과 기판 사이의 밀봉된 공간을 지칭한다. 따라서 상기 캡은 기판을 밀폐한다. 공동 내 기체 압력이 상기 공동의 상이한 구획들에서의 기체 압력과 동일하도록 상기 공동의 구획들 사이에 적어도 오프닝(가령, 채널)이 존재하는 한, 하나 이상의 벽이 상기 공동 내에 존재하여 공동 내 구획을 형성할 수 있다.

첫 번째 양태에서 본 발명의 실시예는 반도체 디바이스(100) 외부로부터 기원하는 IR 복사를 측정하기 위한 반도체 디바이스(100)와 관련된다.

이러한 디바이스의 예시적 실시예가 도 1의 개략도로 도시된다. 반도체 디바이스(100)는 반도체 기판(2)을 포함하며, 캡(3)이 상기 기판을 밀폐하여 적어도 하나의 공동(12)을 밀봉한다.

적어도 하나의 센서 픽셀(10)이 상기 공동(12) 내에 배열된다. 이 센서 픽셀은 공동 외부에서 기원하는 IR 복사를 수신하도록 배열된 제1 흡수체(11)를 포함한다. 센서 픽셀은 유입 IR 복사를 나타내는 센서 출력 신호를 발생시키도록 구성된다.

반도체 디바이스는 공동(12) 내에 배열된 적어도 하나의 기준 픽셀(20)을 포함한다. 기준 픽셀은 제2 흡수체(21) 및 전력이 인가될 때 상기 제2 흡수체(21)의 온도를 증가시키기 위한 가열기(23)를 포함한다. 상기 기준 픽셀은 가열기에 인가된 전력을 나타내는 기준 출력 신호를 발생시키도록 구성된다. 이 예시에서 공동 내 기체 압력이 기준 픽셀과 센서 픽셀에서 동일하다. 이는 채널(40)에 의해 달성된다. 도 1에 도시된 예시적 실시예에서, 벽(41)이 캡 내에 존재하고 벽(42)이 기판 내에 존재한다. 채널(40)이 이들 두 개의 벽 사이에 존재한다. 벽 때문에, 2개의 구획(12a 및 12b)이 공동(12) 내에 형성된다. 두 구획 내 기체 압력들이 서로 동일하다. 센서 픽셀은 제1 구획(12a) 내에 있고 기준 픽셀이 제2 구획(12b) 내에 있다.

반도체 디바이스(100)는 제어기(50)를 포함하며, 상기 제어기는,

센서 픽셀(10)을 가열하지 않으면서, 기준 픽셀(20)의 가열기(23)에 전력을 인가하고, 가열되지 않은 센서 픽셀(10) 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제1 출력 신호 및 가열된 기준 픽셀(20)의 제1 기준 출력 신호를 측정하며, 가열기에 인가된 전력의 측정치 및 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호의 차이의 함수로서 응답도를 획득함으로써, 반도체 디바이스의 응답도(responsivity)를 측정하는 단계(220),

기준 픽셀(20)의 온도가 센서 픽셀(10)의 온도와 실질적으로 동일할 때까지 기준 픽셀(20)의 냉각 주기를 적용하는 단계(230),

가열되지 않은 센서 픽셀(10) 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 센서 출력 신호 및 기준 픽셀(20)의 기준 출력 신호를 측정하고, 센서 출력 신호와 센서 픽셀의 온도가 실질적으로 기준 픽셀의 온도와 동일할 때 측정된 기준 출력 신호 간 차이를 기초로, 측정된 응답도를 이용해 이 차이를 IR 복사를 나타내는 출력 신호로 변환함으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 발생시킴으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하는 단계(240)를 수행하도록 구성된다.

상기 제어기는 다음의 복수의 단계를 수행하도록 구성된다: 응답도(220)를 측정하는 단계, 기준 픽셀의 냉각 주기를 적용하는 단계(230), 출력 신호를 생성하는 단계(240). 이들 단계는 도 3에 도시되어 있으며, 여기서 이들 단계의 가능한 시퀀스가 흐름도로 도시된다. 이 흐름도가 본 발명의 두 번째 양태에 따라 IR 복사를 측정하기 위한 방법(200)의 예시이다. 상기 방법은 적어도 하나의 센서 픽셀 및 적어도 하나의 기준 픽셀 및 상기 기준 픽셀을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열기를 포함하는 반도체 디바이스를 제공하는 단계(210)로 시작한다. 그 후 이전 단락에서 설명된 단계가 적용된다.

본 발명의 실시예에서, 적어도 하나의 기준 픽셀(20) 및 적어도 하나의 센서 픽셀(10)이 전기적 및 열적으로 정합된 픽셀이다. 전기적 정합은 픽셀들이 동일한 온도를 갖는 경우, 이들이 실질적으로 동일한 출력 신호를 가짐을 의미한다. 열적 정합은 픽셀들이 흡수체로부터 상기 흡수체 주위 기체를 통과하는 실질적으로 동일한 열 전도도를 가짐을 의미한다. 센서 픽셀(10)(라이브 픽셀이라고도 지칭됨)이 물체 공간으로부터 IR 복사를 수신할 수 있고, 기준 픽셀(20)(블라인드 픽셀이라고도 지칭됨)은 물체 공간으로부터의 직접 IR 복사로부터 차폐된다. 이 차폐는 예를 들어 광학 영역에서일 수 있다. 도 1의 예시에서, IR 차단 층(31)을 이용해 기준 픽셀(20)이 IR 복사로부터 차폐된다. 이 예시에서, IR 차단 층은 공동 내부에 있다. 더 구체적으로, 공동의 제1 구획(12b) 내에 있다. 제2 구획을 둘러싸는 벽(40)의 측부가 또한 IR 차단 층으로 덮인다. 그러나 이는 상이한 위치 상에 놓일 수 있다. 예를 들어, IR 차단 층(31)은 또한 하부 측부에 위치하지만, 본 발명은 이 경우에 국한되지 않는다. 기준 픽셀로의 직접 신호를 최소화하기 위해, IR 차단 층이 외부 IR 복사가 기준 픽셀의 공동으로 들어가도록 기대되는 곳에 위치할 것이다. 대안으로, 디바이스의 일부분의 물질 속성이 기준 픽셀로 향하는 직접 외부 IR 복사를 흡수 또는 감소시키기 위한 지정된 방식으로 튜닝될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 가열 전력이 하나 이상의 픽셀에 인가되어 시간의 흐름에 따른 열 전도도의 변화를 보상할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 적어도 하나의 기준 픽셀의 출력 신호 및 적어도 하나의 센서 픽셀의 출력 신호가 실질적으로 동시에 측정되는 것이 바람직하다. 이는 동시에 또는 픽셀의 시간 상수보다 작은 시간차, 가령, 100ms 미만, 10ms 미만, 또는 10us 미만의 시간차를 두고 이뤄질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, IR 복사를 나타내는 출력 신호가 반복적으로 생성될 수 있다. 적어도 하나의 기준 픽셀의 출력 신호 및 적어도 하나의 센서 픽셀의 출력 신호가 반복적으로 측정된다. 이들은 동시에 또는 연속되는 측정들 간 주기보다 짧은, 또는 상기 주기의 절반보다 짧은, 또는 상기 주기의 10%보다 짧은, 또는 상기 주기의 5%보다 짧은 시간차를 두고 측정될 수 있다. 이의 이점은 픽셀의 열적 노이즈가 감소될 수 있다는 것이며, 이는 측정의 정확도를 위한 주요한 이점이다. 이 경우, 각각의 타임슬롯에서 센서 픽셀 및 기준 픽셀의 순간적인 차이 나는 측정이 열적 및 전기적 노이즈를 최소화하거나 및/또는 공통 모드 노이즈 신호의 영향을 감소시키는 데 바람직하다. 본 발명의 실시예에서, 픽셀들을 안티-직렬(anti-series)로 연결함으로써, 적어도 하나의 기준 픽셀 및 적어도 하나의 센서 픽셀이 함께 측정된다. 그 후 이 조합된 신호가 증폭될 수 있다. 이는 이들 픽셀로부터의 신호의 차이가 출력 신호로서 증폭됨을 의미한다. 이들 픽셀로부터의 신호의 차이가 픽셀들의 동일한 극들을 함께 연결함으로써 획득되거나, 동일한 극성 또는 반대 극성과 연결될 픽셀을 선택하기 위한 스위치에 의해 획득되어, 이들 픽셀로부터의 합산 신호 또는 차이 신호를 도출할 수 있다. 마찬가지로, 픽셀의 열적 및 전기적 노이즈 및/또는 공통 노드 노이즈 신호의 영향이 최소화될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 응답도가 측정되고 따라서 기준 픽셀이 가열되는 단계(220) 후에, 냉각 단계(230)가 뒤따르고, 그 후 출력 신호가 생성되는 단계(240)가 뒤따른다. 출력 신호를 생성하는 것이 응답도 측정을 위해 앞서 기재된 것과 매우 유사한 방식으로 적어도 하나의 기준 픽셀 및 적어도 하나의 센서 픽셀을 함께 측정함으로써 이뤄질 수 있음이 바람직하다. 마찬가지로 픽셀의 열적 및 전기적 노이즈 및/또는 공통 노드 노이즈의 영향이 최소화될 수 있다. 출력 신호를 생성하는 것이 매번 응답도를 측정하지 않고 반복적으로 이뤄질 수 있다. 그러나 규칙적으로 응답도가 측정되어(220) 응답도의 임의의 변화가 검출될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 타임 슬롯의 가능한 시퀀스를 보여준다. 이 도면에서 타임 슬롯은 사각형으로 지시된다:

A[x]: 이들은 인가 타임-슬롯이다, 여기서 유입 IR 복사가 인가 목적으로 측정된다(즉, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성(240)하기 위한 목적).

H: 이는 픽셀 상에 위치하는 가열기 내에 유도되는 전기력으로 픽셀을 가열하기 위한 타임 슬롯이다. 기준 픽셀의 가열이 반도체 디바이스의 응답도를 측정(220)하도록 이뤄진다. 이 타임 슬롯 후 기준 픽셀이 안정한 온도에 도달한다.

C: 이는 온-픽셀 가열 저항기로 가열된 후 다시 정규 인가 레벨까지 능동적으로 픽셀을 냉각시키거나 수동적으로 픽셀을 냉각되게 하기 위한 타임 슬롯이다.

R[x]: 이는 (이 타임 슬롯 동안 기준 픽셀의 온도가 안정되도록) 전체 타임슬롯 동안 유지되는 도입된 전력이 기준 픽셀의 출력에 미치는 효과를 측정하기 위한 타임 슬롯이다. 이 출력 신호는 반도체 디바이스의 응답도를 획득하도록 사용된다. 이 R[x] 타임 슬롯은 반드시 A[x] 타임 슬롯과 동일한 지속시간일 필요는 없다.

기준 픽셀의 온도가 센서 픽셀의 온도와 실질적으로 동일해질 때까지 기준 픽셀의 냉각 주기가 적용될 수 있다. 예를 들어, 두 온도가 단지 1mK, 또는 단지 0.5mK, 또는 단지 0.1mK 만큼만 차이 나는 경우 두 온도는 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다. 이는 예를 들어, 2ms 내지 500ms의 냉각 주기, 가령, 200ms의 냉각 주기 후에 이뤄질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 결합 계수가 연구 대상 물체의 1도 변화와 이것이 센서 픽셀 또는 센서 픽셀들(가령, 두 개의 센서 픽셀)의 조합에 의해 어떻게 나타나는지 간 비를 가리킨다. 결합 계수는 예를 들어 1000일 수 있다. 이 경우, 물체 온도의 1도 변경이 센서 픽셀(들)에 의해 1/1000도(1mK)로서 나타난다. 이 경우, 30도의 델타 TO가 센서 픽셀에서 30*1 mK = ~30 mK의 변경을 도출한다.

본 발명의 실시예에서, 전류 또는 전압 소스가 기준 픽셀의 흡수체를 가열하기 위해 사용된다. 예를 들어, 기준 픽셀을 가열하기 위한 가열기 전류가 200 μA이다. 이는 예를 들어, 흡수체(종종 멤브레인이라고도 지칭됨)의 온도를 2K 증가시킨다(단일 픽셀).

응답도를 측정할 때, 예를 들어, 기준 픽셀의 온도가 2K만큼 증가할 수 있다. 냉각 후, 인가 타임 슬롯 동안, 측정이 예를 들어 0.1℃의 정확도를 갖고 이뤄질 수 있다.

이 경우, 응답도 측정 전과 후의 기준 픽셀에 대한 온도 차이가 0.1 / 1000 미만 또는 < 0.1mK여야 한다.

이는 두 값 간 비가 0.1mK / 2K = 0.005%임을 의미하고, 이러한 예시에서 일차 시스템이 주어지면(멤브레인의 냉각), 시간 상수의 10배를 기다릴 필요가 있음을 의미한다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 시간 상수는 대략 2 내지 10ms여서, 냉각 주기가 대략 20ms 내지 100ms일 수 있고, 최종적으로 최대 500ms일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 고정된 가열기 전류를 인가함으로써 가열기에 전력이 인가될 수 있다. 이 경우, 가열기에 인가되는 전력의 척도는 고정된 가열기 전류이다. 가열기 전류는 웨이퍼 상의 모든 다이에 대한 모든 기준 픽셀 및/또는 센서 픽셀에 대해 동일하거나, (상이한 픽셀들 간 가열기 전류의 확산에 따라) 상이하며 상이한 픽셀에 대해 개별적으로 교정될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, (픽셀을 가열할 때) 가열기 전류 및 가열기 저항기가 시간에 따라 안정한 것으로 가정된다.

가열기에 인가되는 전력의 측정치는 전력 그 자체일 수 있다. 이 전력은 예를 들어, 가열기 저항기를 통과하는 전류 및 가열기 저항기 양단의 전압을 측정함으로써 획득될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 가열기 양단의 전압이 ADC를 이용해 측정될 수 있다. 이 경우, 가열기 전력은

로 추정될 수 있으며, 여기서 R은 가열기 저항이다. 기준 픽셀, 센서 픽셀 및 가열기 전력(가령, 가열기-전압)이 예를 들어 (응답도를 측정할 때 그리고 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성할 때) 제조 교정 동안 측정되고 이들은 또한 인가 동안 측정될 수 있다. 이의 이점은 가열기 전력(가령, 가열기 전압)을 측정함으로써 가열기의 어떠한 드리프트(가령, 가열기 전류 소스의 드리프트)도 보상될 수 있다는 것이다. 배경 또는 주변 또는 칩 온도에 대해 응답도가 또한 보상될 수 있다는 추가 이점이 있다. 이는 예를 들어, 디바이스의 감도의 배경 또는 주변 또는 칩 온도 종속성의 칩 종속적인 통상 교정 파라미터를 도출할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 배경 또는 주변 또는 칩 온도가 타임 슬롯 R[x]에서 기록된다. 이의 이점은 센서의 응답도의 온도-종속성이 보상될 수 있다는 것이다. 해당 분야의 통상의 기술자라면, 디바이스의 센서 및/또는 판독 회로에서 사용되는 금속, 반도체 및/또는 유전체의 물질 속성 때문에, 및/또는 디바이스의 밀폐된 공동 내 기체 혼합물의 압력 및/또는 물질 속성 때문에, 및/또는 국지적 온도를 변경시킬 수 있는 센서 및/또는 디바이스의 판독 회로의 국지적 가열 때문에, 센서의 응답도가 온도-종속적일 수 있음을 알 것이다.

본 발명의 실시예에서, 배경 또는 주변 또는 칩 온도가 A[x] 동안 인가 측정의 일부로서 측정된다. 이의 이점은 센서의 응답도의 온도-종속성이 보상될 수 있다는 것이다. 해당 분야의 통상의 기술자라면, 센서 및/또는 디바이스의 판독 회로에서 사용되는 금속, 반도체 및/또는 유전체의 물질 속성 때문에, 및/또는 디바이스의 밀폐된 공동 내 기체 혼합물의 압력 및/또는 물질 속성 때문에, 및/또는 국지적 온도를 변경시킬 수 있는 센서 및/또는 디바이스의 판독 회로의 국지적 가열 때문에, 센서의 응답도가 온도-종속적일 수 있음을 알 것이다. 본 발명의 실시예에서, 항상 동일한 가열기 전력이 인가될 수 있다. 이러한 가열기 전력은 예를 들어, 교정 동안 그리고 응답도 측정을 수행할 때 동일할 수 있다. 예를 들어, 가열기는 자신의 수명 동안 안정적일 수 있으며 배경 또는 주변 또는 칩 온도에 독립적일 수 있다. 따라서 ADC의 어떠한 드리프트도 상쇄되며, 이것이 본 발명의 실시예의 이점이다.

본 발명의 실시예에서, 제어기가 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이를 구하고, 이를 가열기에 인가되는 전력으로 나눔으로써, 응답도를 획득하도록 구성된다. 기준 픽셀의 가열 후 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호가 동시에 측정된다.

열적 노이즈 때문에, 센서 픽셀의 출력 신호 및 기준 픽셀의 출력 신호가 측정되고 차이가 구해진다. 본 발명의 실시예에서, 이는 각각의 타임 슬롯 R에서 이뤄질 수 있다. 그 후 응답도는 다음과 같이 획득될 수 있다:

P는 기준 픽셀의 가열기로의 전기 전력이다. 응답도를 획득하기 위한 이러한 방법은 가열기의 전기 전력에 의해 기준 픽셀의 출력 신호에 야기되는 여기(excitation)에 비교할 때 외부 IR 복사가 센서 픽셀의 출력 신호에 작은 여기를 야기하는 중이라고 가정한다.

본 발명의 실시예에서, 2개의 기준 픽셀(가열된 것과 가열되지 않은 것)의 출력 신호를 측정함으로써, 응답도가 획득될 수 있다. 열적 노이즈 때문에, R[n] 타임 슬롯에서, 유도된 전력이 없는 픽셀(pix_heater) 및 유도된 전력이 있는 픽셀(pix_noheater)이 측정되고 차이가 구해진다.

이 외부 IR 복사는 기준 픽셀에서 존재하지 않는 측정된 응답도에 영향을 미치지 않는다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는

- 적어도 하나의 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제2 센서 출력 신호 및 기준 픽셀이 센서 픽셀 또는 추가 기준 픽셀과 실질적으로 동일한 온도일 때의 제2 기준 출력 신호를 측정하고,

- 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이, 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이, 및 가열기에 인가되는 전력의 함수로서, 적어도 하나의 응답도를 획득함으로써,

반도체 디바이스의 응답도를 측정하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에서, 제어기는 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이에서 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이를 뺀 값을 구해서, 결과를 획득하고, 이 결과를 가열기에 인가되는 전력으로 나눔으로써, 응답도를 획득하도록 구성된다.

이 방법은 적어도 하나의 센서 픽셀 및 적어도 하나의 기준 픽셀 및 작은 전기 가열기 전력을 이용해 응답도를 획득하도록 적용될 수 있다. 가능한 구현예가 이하에서 더 설명된다. 열적 노이즈 때문에, 각각의 타임 슬롯에서 센서 픽셀과 기준 픽셀이 측정되고 차이가 구해진다. 또한 이 경우 센서 픽셀과 기준 픽셀이 실질적으로 동시에 측정되는 것이 바람직하다. 이는 예를 들어 각각의 타임슬롯에서 센서 픽셀과 기준 픽셀의 동시 차이 측정에 의해 이뤄질 수 있다. 이의 이점은 열적 및 전기적 노이즈가 최소화될 수 있고, 및/또는 공통 모드 노이즈 신호의 영향이 감소될 수 있다는 것이다.

여기서 P는 기준 픽셀의 가열기로 인가되는 전기 전력이다.

본 발명의 실시예에서, 제어기가 센서 픽셀의 온도가 기준 픽셀의 온도와 실질적으로 동일할 때 측정된 센서 출력 신호와 기준 출력 신호 간 차이로부터 디바이스의 지정 오프셋 값을 뺌으로써, 그리고 뺄셈의 결과를 감도로 나눔으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 획득하도록 구성되며, 여기서 감도는 가장 최근에 측정된 응답도에 대응하거나 지정 결합 효율이 곱해진 측정된 응답도들의 조합에 대응한다.

이는 다음 문단에서 더 설명된다. 이상적인 디바이스에서, 감도 S는 디바이스 응답도에 비례한다:

여기서 R은 디바이스 응답도이고, α는 광학 결합 효율이고, P_IR은 적외선 복사 전력이다. V_off는 써모파일 센서의 오프셋이 아니고, 그 밖의 다른 효과, 가령, 열 영역, 광학 영역, 또는 전기 영역에서의 픽셀들 간 오정합에 의해 유도될 수 있는 디바이스의 오프셋 또는 (가령, 전기 체인의 전기 오프셋으로 인한) 완전한 전달 함수의 오프셋 파라미터이다.

열 전도도가 디바이스 응답도에 포함되는 것이 실시예의 이점이다. 기준(블라인드) 픽셀 상의 가열기를 이용함으로써, 흡수체로부터 상기 흡수체를 둘러싸는 기체를 통한 열 전도도에 비례하는 값이 획득될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 이는 응답도에 대응한다.

본 발명의 실시예에서, 이전에 측정된 응답도와 가장 최근 측정된 응답도의비를 기초로 감도가 보상된다. 이전에 측정된 응답도는 예를 들어 공장에서 디바이스의 교정 동안 측정될 수 있다.

이는 이들 두 응답도의 비가 가열기 전력을 두 번 나누기 때문에(본 발명의 실시예에서 시간의 흐름에 따라 일정하게 유지될 수 있음) 가열기 전력을 측정할 필요를 없애는 방식이다.

본 발명의 실시예에서, 높은 가열기 전력일수록 에러-신호의 영향을 감소시킬 것이기 때문에, 더 높은 가열기 전력에 의해 응답도가 더 정확히 측정될 수 있다. 가열기 전력이 증가될 때, 멤브레인 온도가 또한 증가할 것이기 때문에, 써모파일의 감도가 변하고, 따라서 응답도가 A-타임-슬롯에서 실제 응답도를 반영하지 않을 것이다. 최적 가열기가 결정될 필요가 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 반도체 디바이스는 복수의 픽셀을 포함할 수 있다. 상이한 픽셀의 응답도가 오정합을 보일 수 있다. 이는 상이한 픽셀들 간 열적 또는 전기적 영역 내 변동 때문일 수 있다.

상이한 픽셀들 간 열 전도도의 오정합을 보상하기 위해, 본 발명의 실시예에서, 가열기가 상이한 픽셀들 상에 일체 구성될 수 있으며 상이한 픽셀들의 응답도의 오정합이 앞서 기재된 절차를 이용해 응답도들을 측정함으로써 획득될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 적어도 하나의 센서 픽셀(10)은 전력을 인가받음으로써 제1 흡수체(11)의 온도를 증가시키기 위한 가열기(13)를 포함하며, 여기서 제어기(50)는 센서 픽셀과 기준 픽셀 간 열 전도도의 오정합을 측정하도록 구성된다. 이러한 반도체 디바이스의 예시가 도 2에 개략적으로 나타난다. 이는 추가 가열기(13)를 제외하고 도 1과 동일한 디바이스이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 반도체 디바이스(100)의 개략적인 평면도이다. 반도체 디바이스는 공동(12) 내에 배열된 2개의 센서 픽셀(10) 및 2개의 기준 픽셀(20)을 포함한다. 각각의 센서 픽셀(10)은 제1 흡수체(11)를 포함한다. 각각의 기준 픽셀(12)은 제2 흡수체(21)를 포함한다. 공동은 4개의 구획(12a, 12b, 12c, 12d)을 포함한다. 이들 중 2개의 구획(12c 및 12d)은 IR 복사에 대해 블라인드이고, 다른 2개의 구획은 투과적이다. 이 예시에서 블라인드 픽셀 및 기준 픽셀이 서로에 대해 대각 방향으로 배향된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 그 밖의 다른 구성도 가능하다. 본 발명의 이러한 예시적 실시예에서, 각각의 기준 픽셀(20)은 가열기(23)를 더 포함한다. 도면은 제어기(50)를 또한 개략적으로 나타낸다.

도 6은 도 5에 나타난 A-A의 개략적 단면도를 도시하고 도 7은 도 5에 나타난 B-B의 개략적 단면도를 도시한다. 이들 도면은 기판(2), 캡(3), 흡수체(11, 12), 가열기(23) 및 IR-차단 층(31)을 보여준다. 이 예시에서, IR-차단 층은 실질적으로 제2 흡수체 위의 캡(3)의 상부 표면 상의 반사성 코팅이다.

본 발명의 특정 실시예에서, 캡(3)은 반도체 물질, 가령, 게르마늄 또는 더 바람직하게는, 실리콘 결정, 또는 더 일반적으로는, 관심 복사(적외선)에 투명한 임의의 그 밖의 다른 물질로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 이러한 물질이 또한 적외선 센서의 노이즈의 일반적인 원인인 그 밖의 다른 임의의 복사, 특히, 가시광에 실질적으로 불투명하다(가령, 최대 0.2, 가령, 최대 0.1의 투과 계수를 가진다). 본 발명의 실시예는 픽셀의 제조 방식을 한정하지 않는다. 도 1의 예시에서, 픽셀은 캡(3) 내 공동과 예를 들어 CMOS인 기본 기판(2) 내 공동을 형성하는 것을 기초로 하지만, 본 발명의 실시예는 캡 내에 공동을 그리고 CMOS 내에 공동을 제작하는 방식을 한정하지 않는다. 한 가지 예를 들면, 공동을 KOH 에칭에 의해 생성할 수 있지만, 그 밖의 다른 기법이 역시 존재할 수 있다. CMOS 내 에칭 깊이와 캡 내 에칭 깊이가 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 상이한 에칭 깊이는 해당 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 알 수 있듯이 기생적 열 플럭스에 긍정적이거나 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

Claims (15)

1. 반도체 디바이스(100) 외부로부터 기원하는 IR 복사를 측정하기 위한 반도체 디바이스(100)로서, 상기 반도체 디바이스는
   반도체 기판(2) - 캡(3)이 적어도 하나의 공동(12)을 밀봉하도록 상기 반도체 기판을 밀폐함 - ,
   상기 공동(12) 내에 배열되고 상기 IR 복사를 수신하도록 배열된 제1 흡수체(11)를 포함하고 유입 IR 복사를 나타내는 센서 출력 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서 픽셀(10), 및
   상기 공동(12) 내에 배열되고 제2 흡수체(21), 및 전력을 인가받음으로써 상기 제2 흡수체(21)의 온도를 증가시키기 위한 가열기(23)를 포함하는 적어도 하나의 기준 픽셀(20) - 상기 기준 픽셀(20)은 상기 IR 복사에 대해 차폐되고 상기 가열기로 인가되는 전력을 나타내는 기준 출력 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하고,
   상기 반도체 디바이스(100)는 제어기(50)를 포함하며, 상기 제어기는
   센서 픽셀을 가열하지 않으면서 기준 픽셀의 가열기에 전력을 인가하고, 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제1 출력 신호 및 가열된 기준 픽셀의 제1 기준 출력 신호를 측정하며, 가열기로 인가된 전력의 측정치 및 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이의 함수로서, 응답도를 획득함으로써, 반도체 디바이스의 응답도를 측정하고
   기준 픽셀의 온도가 센서 픽셀의 온도와 실질적으로 동일할 때까지 기준 픽셀을 냉각하는 주기를 적용하며,
   센서 픽셀(10)의 온도가 기준 픽셀(20)의 온도와 실질적으로 동일할 때 측정된 기준 픽셀(20)의 기준 출력 신호와 센서 픽셀(10)의 센서 출력 신호 간 차이를 기초로, 이 차이를 측정된 응답도를 이용해 IR 복사를 나타내는 출력 신호로 변환함으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이를 구하고 이를 가열기에 인가되는 전력으로 나눔으로써 응답도를 획득하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
3. 제1항에 있어서, 제어기는
   기준 픽셀이 센서 픽셀 또는 추가 기준 픽셀과 실질적으로 동일한 온도일 때 적어도 하나의 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제2 센서 출력 신호 및 제2 기준 출력 신호를 측정하며,
   제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이, 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이, 및 가열기에 인가되는 전력의 함수로서 적어도 하나의 응답도를 획득함으로써,
   반도체 디바이스의 응답도를 측정하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
4. 제3항에 있어서, 제어기는 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이를 구하고, 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이를 빼서 결과를 획득하고, 이 결과를 가열기에 인가된 전력으로 나눔으로써, 응답도를 획득하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
5. 제1항에 있어서, 제어기(50)는, 응답도를 적어도 2회 측정하고, 적어도 2개의 응답도를 이용해 센서 출력 신호와 기준 출력 간 차이를 변환함으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
6. 제1항에 있어서, 제어기(50)는 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 반복적으로 생성하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
7. 제6항에 있어서, 제어기(50)는 반도체 디바이스의 응답도를 측정하며 2개의 생성되는 출력 신호 간 사이에 적어도 하나의 기준 픽셀을 냉각하는 주기를 적용하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
8. 제1항에 있어서, 제어기는 센서 픽셀의 온도가 기준 픽셀의 온도와 실질적으로 동일할 때 측정된 기준 출력 신호와 센서 출력 신호 간 차이로부터 디바이스의 지정 오프셋 값을 뺌으로써, 그리고 뺄셈의 결과를 감도(sensitivity)로 나눔으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 획득하며,
   감도는 지정 결합 효율이 곱해진 가장 최근 측정된 응답도 또는 측정된 응답도들의 조합에 대응하는, 반도체 디바이스.
9. 제8항에 있어서, 감도는 이전에 측정된 응답도와 가장 최근 측정된 응답도의 비를 기초로 보상되는, 반도체 디바이스.
10. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 센서 픽셀(10)은 전력을 인가받음으로써 제1 흡수체(11)의 온도를 증가시키기 위한 가열기(13)를 포함하며, 제어기(50)는 센서 픽셀과 기준 픽셀 간 열 전도도의 오정합(mismatch)을 측정하도록 구성되는, 반도체 디바이스.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 센서 픽셀은 유입 IR 복사를 나타내는 센서 출력 신호를 생성하기 위한 써모파일(thermopile)을 포함하고, 적어도 하나의 기준 픽셀은 가열기에 인가되는 전력을 나타내는 기준 출력 신호를 생성하기 위한 써모파일을 포함하는, 반도체 디바이스.
12. IR 복사를 측정하기 위한 방법(200)으로서, 상기 방법은
    반도체 기판(2) - 캡(3)이 적어도 하나의 공동(12)을 밀봉하도록 상기 반도체 기판을 밀폐함 - 과, 상기 공동(12) 내에 배열되고 상기 IR 복사를 수신하도록 배열된 제1 흡수체(11)를 포함하고 유입 IR 복사를 나타내는 센서 출력 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서 픽셀(10)과, 상기 공동(12) 내에 배열되고 제2 흡수체(21), 및 전력을 인가받음으로써 상기 제2 흡수체(21)의 온도를 증가시키기 위한 가열기(23)를 포함하는 적어도 하나의 기준 픽셀(20) - 상기 기준 픽셀(20)은 상기 IR 복사에 대해 차폐되고 상기 가열기로 인가되는 전력을 나타내는 기준 출력 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하는, 반도체 디바이스를 제공하는 단계(210),
    반도체 디바이스의 응답도를 측정하는 단계(220) - 상기 응답도를 측정하는 단계는 센서 픽셀을 가열하지 않으면서, 기준 픽셀의 가열기에 전력을 인가하고, 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제1 출력 신호 및 가열된 기준 픽셀의 제1 기준 출력 신호를 측정하며, 제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이 및 가열기에 인가되는 전력의 함수로서 응답도를 획득함으로써, 이뤄짐 - ,
    기준 픽셀의 온도가 상기 센서 픽셀의 온도와 실질적으로 동일해질 때까지 기준 픽셀을 냉각하는 주기를 적용하는 단계(230),
    센서 픽셀(10)의 온도가 기준 픽셀(20)의 온도와 실질적으로 동일할 때 측정된 기준 픽셀(20)의 기준 출력 신호와 센서 픽셀(10)의 센서 출력 신호 간 차이를 기초로, 측정된 응답도를 이용해 이 차이를 IR 복사를 나타내는 출력 신호로 변환함으로써, IR 복사를 나타내는 출력 신호를 생성하는 단계(240)
    를 포함하는, IR 복사를 측정하기 위한 방법.
13. 제12항에 있어서, 반도체의 응답도를 측정하는 단계(220)는
    기준 픽셀이 센서 픽셀 또는 추가 기준 픽셀과 실질적으로 동일한 온도일 때 적어도 하나의 가열되지 않은 센서 픽셀 또는 가열되지 않은 추가 기준 픽셀의 제2 센서 출력 신호 및 제2 기준 출력 신호를 측정하는 단계,
    제1 출력 신호와 제1 기준 출력 신호 간 차이, 제2 센서 출력 신호와 제2 기준 출력 신호 간 차이 및 가열기에 인가되는 전력의 함수로서, 적어도 하나의 응답도를 획득하는 단계를 포함하는, IR 복사를 측정하기 위한 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 방법은 IR 복사를 나타내는 출력 신호를 반복적으로 생성하는 단계(240)를 포함하는, IR 복사를 측정하기 위한 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 방법은 반도체 디바이스의 응답도를 측정하는 단계(220) 및 2개의 생성되는 출력 신호들 사이에 적어도 하나의 기준 픽셀을 냉각시키는 주기를 적용하는 단계(230)를 포함하는, IR 복사를 측정하기 위한 방법.

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