KR20230010755A - 컴팩트 근접 초점 이미지 센서 - Google Patents

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KR20230010755A
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KR
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photocathode
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vacuum
image sensor
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케네스 코스텔로
케빈 로데릭
벌리 에비
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이오테크, 엘엘씨
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Abstract

이미지 센서는 포토캐소드 윈도우 조립체, 애노드 조립체, 및 가단성 금속 시일을 갖는다. 포토캐소드 윈도우 조립체는 포토캐소드 레이어를 갖는다. 애노드 조립체는 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함한다. 가단성 금속 시일은 포토캐소드 윈도우 조립체와 실리콘 기판을 서로 본딩한다. 진공 갭은 전자 감응성 표면으로부터 포토캐소드 레이어를 분리한다. 제 1 전기 연결부 및 제 2 전기 연결부는 전자 감응성 표면에 대한 포토캐소드 레이어의 전압 바이어스를 위한 것이다.

Description

컴팩트 근접 초점 이미지 센서
관련 출원
본 출원은 2020년 5월 22일에 출원된 미국 출원 제16/881,946호의 우선권 이익을 주장하며, 그 전체 개시 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
기술 분야
본 발명의 기술 분야는 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토캐소드(photocathode) 기반 근접 초점 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서 및 이미지 센서용 포토캐소드는 매우 다양한 유형 및 서브클래스로 제공된다. 많은 초저녁 이미지 강화 장치는 Sommer in Photoemissive Materials, A. H. Sommer, Robert E. Krieger 출판사, 헌팅턴, 뉴욕, 1980에서 설명한 대로 다중 알칼리 안티몬화물 포토캐소드를 사용하였다. 이러한 포토캐소드의 최신 버전은 현재 판매 및 사용 중인 이미지 강화 장치의 상당 부분을 차지한다. 1950년대에, William E. Spicer가 포토캐소드 디바이스 물리학에 대한 이해를 제공하고 특정 성능 특성을 위한 포토캐소드의 엔지니어링을 허용하기 위해 Phys. Rev. 112, 114(1958)에서 상세 포토캐소드 모델이 보고되었다. 본 개시는 다양한 포토캐소드와 함께 사용될 수 있다. 그러나, 본 개시는 특히 유리 본딩된, 에피택셜 성장된, 단결정, III-V 반도체 포토캐소드에 적용가능하다. GaAs, GaAsP, InP/InGaAsP 및 InP/InGaAs 기반 포토캐소드는 모두 이미지 센서 진공 인클로저의 일부를 형성하는 유리 본딩 윈도우(glass-bonded window)를 사용하여 시연되었다.
이전에 인용된 유리 본딩된 III-V 반도체 포토캐소드과 관련된 한 가지 제약은 유리 본딩된 윈도우의 열 팽창 계수(TCE)가 포토캐소드 구조에 사용되는 반도체의 열팽창 계수와 거의 일치해야 한다는 것이다. 열팽창 계수의 상당한 불일치는 제조 공정과 관련된 열 예산의 결과로 포토캐소드 성능을 저하시킨다. Antipas 등의 미국 특허 제3,769,536호에서 유리 본딩된 III-V 반도체 포토캐소드에 대한 요구 사항을 제시한다. Antipas는 미국 특허 제3,959,045호에서 포토캐소드 및 윈도우 조립 공정을 확장하고 더 자세히 설명한다. 인용된 두 개의 Antipas 특허는 참조를 통해 이 특허의 배경에 통합된다. 코닝 코드 7056 유리는 GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs 및 InP/InGaAsP 기반 포토캐소드를 위한 유리 본딩에 적합한 윈도우 물질인 것으로 나타났다. 포토캐소드 물질, 유리 윈도우, 및 윈도우에 형성된 임의의 전도성 경로의 조합은 포토캐소드 윈도우 조립체로 지칭될 수 있다. 이들 및 추가 포토캐소드의 맥락 및 환경에서, 공지된 포토캐소드 및 이미지 센서 기술의 결점을 개선하고 해결하기 위해 본 구체예가 발생한다.
다음은 이러한 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해 하나 또는 그 초과의 양태의 단순화된 요약을 제시한다. 이 요약은 고려된 모든 양태에 대한 광범위한 개요가 아니며 모든 양태의 중요 또는 핵심 요소를 식별하거나 임의의 또는 모든 양태의 범위를 설명하지 않는다. 그것의 유일한 목적은 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태로 하나 또는 그 초과의 양태의 일부 개념을 제시하는 것이다.
진공 근접 초점 이미지 센서의 일 구체예는 포토캐소드 윈도우 조립체, 애노드 조립체, 가단성 금속 시일(seal), 제 1 전기 연결부 및 제 2 전기 연결부를 포함한다. 포토캐소드 윈도우 조립체는 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐(feature) 및 포토캐소드 레이어를 갖는 면을 갖는다. 애노드 조립체는 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함한다. 가단성 금속 시일은 포토캐소드 윈도우 조립체와 실리콘 기판을 서로 본딩한다. 이 본딩은 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성한다. 진공 갭은 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 규정되는 갭 높이에 의해 포토캐소드 레이어와 전자 감응성 표면을 분리한다. 제 1 전기 연결부는 전압 바이어스를 위해 포토캐소드 레이어에 대한 것이다. 제 2 전기 연결부는 전압 바이어스를 위해 전자 감응성 표면에 대한 것이다.
진공 근접 초점 이미지 센서의 일 구체예는 포토캐소드 윈도우 조립체, 애노드 조립체, 가단성 금속 시일, 제 1 전기 연결부, 및 제 2 전기 연결부를 포함한다. 포토캐소드 윈도우 조립체는 포토캐소드 레이어를 갖는다. 애노드 조립체는 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함한다. 가단성 금속 시일은 포토캐소드 윈도우 조립체와 실리콘 기판을 서로 본딩한다. 이 본딩은 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성한다. 진공 갭은 가단성 금속 시일의 두께로 규정되는 갭 높이를 갖는다. 제 1 전기 연결부는 포토캐소드 레이어에 대한 것이며 전압 바이어스에 대한 것이다. 제 2 전기 연결부는 전자 감응성 표면에 대한 것이며 또한 전압 바이어스를 위한 것이다.
이미지 센서의 일 구체예는 포토캐소드 윈도우 조립체, 애노드 조립체, 가단성 금속 시일, 제 1 전기 연결부 및 제 2 전기 연결부를 포함한다. 포토캐소드 윈도우 조립체는 포토캐소드 레이어를 갖는다. 애노드 조립체는 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함한다. 가단성 금속 시일은 포토캐소드 윈도우 조립체와 실리콘 기판을 서로 본딩하여 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성한다. 제 1 전기 연결부는 포토캐소드 레이어에 대한 것이다. 제 2 전기 연결부는 전자 감응성 표면에 대한 것이다. 제 1 전기 연결부 및 제 2 전기 연결부는 전자 감응성 표면에 대한 포토캐소드 레이어의 전압 바이어스에 대한 것이다.
구체예의 다른 양태 및 이점은 기술된 구체예의 원리를 예로서 도시하는 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
설명된 구체예 및 그 이점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다. 이들 도면은 설명된 구체예의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 설명된 구체예에 대해 이루어질 수 있는 형태 및 세부사항의 어떠한 변경도 제한하지 않는다.
도 1a는 본 발명의 일 구체예에 따른 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서를 도시한다.
도 1b는 도 1a와의 비교 및 대조를 위해 공지된 근접 초점 진공 이미지 센서를 도시한다.
도 2는 도 1a의 컴팩트 근접 초점 이미지 센서의 일 구체예에 사용하기에 적합한 포토캐소드 조립체의 상세도를 도시한다.
도 3은 도 1a의 컴팩트 근접 초점 이미지 센서의 일 구체예에 사용하기에 적합한 애노드 조립체에 대한 전자 감응성, 실리콘, 이미지 센서 조립체 상세의 상세도를 도시한다.
도 4는 고전압 전원(HVPS)에 의해 바이어스된 조명형 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서를 도시한 것으로, 센서가 야간 비전 시스템에서 작동되는 전형적인 방법을 나타낸다.
도 5는 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서의 추가 구체예를 도시한다.
도 6은 도 1a의 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서의 일 구체예를 갖는 야간 비전 디바이스를 도시한다.
도 7은 도 1a의 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서의 일 구체예를 갖는 저조도 카메라(lowlight camera)를 도시한다.
본 발명의 근접 초점 이미지 센서의 구체예가 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다. 상이한 구체예 또는 이들의 조합은 상이한 적용을 위해 또는 상이한 이점을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 달성하고자 하는 결과에 따라, 본 명세서에 개시된 상이한 특징들은 부분적으로 또는 최대한으로, 단독으로 또는 다른 특징들과 조합하여 이용될 수 있으며, 요구사항 및 제약과 이점의 균형을 이룬다. 따라서, 특정 이점은 상이한 구체예를 참조하여 강조될 것이지만 개시된 구체예에 제한되지 않는다. 즉, 본 명세서에 개시된 특징들은 그들이 설명된 구체예에 한정되지 않고, 다른 특징들과 "혼합 및 일치(mixed and matched)"되어 다른 구체예에 통합될 수 있다.
최소한의 진공 패키징 아키텍처를 갖는 다양한 구체예에서, 포토캐소드 기반 근접 초점 진공 이미지 센서의 기하학적 구조가 여기에서 설명된다. 이 접근 방식은 센서 비용, 크기 및 무게를 줄이며, 이는 헤드 마운트 시스템과 소형 무인 지상 및 공중 시스템을 포함한 응용 분야에 중요한 매개변수이다.
이미지 센서 진공 엔벨로프(envelope)는 포토캐소드 윈도우 조립체와 실리콘 기반의 전자 감응성 이미지 센서 사이에 형성되며 가단성(malleable) 금속 시일(seal)을 통해 직접 결합되어 진공 엔벨로프를 생성한다. 가단성 금속 시일은 포토캐소드 윈도우 조립체와 실리콘 기반 이미지 센서 사이의 상당한 열팽창 계수 불일치를 안정적으로 수용하는 것으로 나타났다. 진공 시일은 실리콘 기반 이미지 센서 전기 연결부가 진공 엔벨로프 외부에서 접근할 수 있도록 위치한다. 이 접근 방식은 별도의 진공 몸체 구성 요소가 필요하지 않으므로 이미지 센서 부품 수, 크기 무게 및 비용을 최소화한다.
도 1a는 본 발명의 일 구체예에 따른 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서를 도시한다. 실리콘 이미지 센서, 실리콘 기반 이미지 센서, 이미저, 이미징 센서 또는 이미징 장치라고도 하는 이미지 센서는 포토캐소드 윈도우 조립체(11) 및 애노드 조립체(60)를 포함하며, 이 두 구성 요소가 함께 조립되고 진공 갭(70)을 규정한다. 이미지 센서라는 용어는 애노드 조립체(60)에만 적용될 수도 있고, 다양한 맥락에서 애노드 조립체(60) 내의 반도체 디바이스에만 적용될 수도 있다. 포토캐소드 윈도우 조립체(11)는 포토캐소드 레이어(20)를 갖고, 애노드 조립체(60)는 다양한 구체예에서 전자 감응성 표면(electron sensitive surface;80)을 갖는 실리콘 기판이다(또는 적어도 포함한다). 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 포토캐소드 레이어(20)의 구체예에서 사용되는 것과 같은 III-V족 반도체 포토캐소드의 열팽창 계수는 다양한 구체예에서 애노드 조립체(60)에서 사용되는 것과 같은 실리콘의 열팽창 계수를 상당히 초과한다. 결과적으로, 도 1a에 도시된 이미지 센서 구체예에 대해 III-V 유리 본딩된 포토캐소드 윈도우 조립체(11)와 애노드 조립체(60) 사이에 상당한 열팽창 계수 불일치가 존재한다. 실리콘 이미지 센서 애노드 조립체(60)와 III-V 포토캐소드 윈도우 조립체(11) 사이와 같은 TCE 불일치를 신뢰할 수 있는 방식으로 수용하는 것은 다른 알려진 근접 초점 이미지 센서에 대해 잘 확립된 문제이다.
도 1b는 도 1a와의 비교 및 대조를 위해 공지된 근접 초점 진공 이미지 센서를 도시한다. 예를 들어, 미국 특허 제7,012,328 B2호의 개시에 기초한 도 1b에 도시된 바와 같은 공지된 이미지 센서는 일반적으로 III-V 반도체 본딩 포토캐소드 윈도우의 TCE에 근접하도록 산화알루미늄으로 주로 구성되는 세라믹 몸체를 사용한다. 미국 특허 제7,012,328 B2호는 인용에 의해 본원에 포함된다. 반면, 이 설계 선택은 윈도우과 세라믹 몸체 사이의 진공 시일을 가로질러 열로 유도된 변형을 최소화하지만 그럼에도 불구하고 세라믹 몸체와 실리콘 기반 이미지 센서의 TCE 불일치를 남긴다. William L. Robbins의 미국 특허 제6,281,572 B1호는 전자 충격 전하 결합 디바이스(Electron Bombarded Charge Coupled Device;EBCCD) 이미지 센서의 실리콘과 알루미나 헤더(세라믹 몸체의 일부로, 센서 진공 엔벨로프) 사이의 열팽창 차이를 수용하기 위한 한 접근을 기재한다. 대안적으로, 미국 특허 제7,012,328 B2호의 도 3(본 명세서에서는 도 1b로 복사됨)에서, TCE 불일치는 실리콘 기반 이미지 센서인 반도체 디바이스(10)를 패키지의 세라믹 몸체에 부착하는 데 사용되는 가단성 브레이즈 물질(malleable braze material;29)을 통해 인듐 레이어(45)가 적절한 브레이즈 물질로서 추가로 식별되는 패키지(17)의 세라믹 몸체에 수용된다. 포토캐소드(41)는 패키지(17)의 다른 부분을 시일하는 인듐 레이어(45)로 압축된다.
열 용융 사이클을 통해 형성되는 미국 특허 제7,012,328 B2호에 상세하게 설명된 세라믹 몸체 브레이즈로 실리콘 이미지 센서와 달리, 본 발명에 묘사된 가단성 금속 시일은 냉간 압축 본딩를 통해 달성된다. 또한, 미국 특허 제7,012,328 B2호의 본딩은 전기 전도성만 유지하면 되지만 현재의 독창적인 센서의 기하학적 구조는 이미지 센서에 기반한, GaAs 포토캐소드를 포함하는, 일반적인 포토캐소드에 존재하는 초고 진공 환경을을 유지하기 위하여 초고 진공 시일을 또한 형성하기 위한 결합을 요구한다. 누출이 없는 진공 시일에는 균열이 없고 진공 시일을 연결하는 연결된 보이드(void)를 형성하지 않는 표면 인터페이스가 모두 필요하다. 역사적으로, 특히 유리와 같은 단단한 표면과 가단성 금속 사이의 냉간 압축 시일은 결합될 두 표면이 용융 금속에 의해 젖어(wet) 있는 브레이즈의 본딩 강도보다 낮은 본딩 강도를 나타낸다. III-V 포토캐소드는 일반적으로 CsO와 같은 반응성 물질의 얇은 레이어를 통해 액티브화된다는 점에 유의해야 한다. 이러한 레이어는 열에 감응하므로 액티브화 레이어가 생성된 후 진공 시일 용융 사이클이 발생해야 하는 제조 공정과 호환되지 않는다. 결과적으로, 이전에 인용된 종래 기술의 진공 센서 설계 예에서 나타낸 바와 같이, 압축 몰딩된 진공 시일을 가로질러 TCE 유도 전단 응력을 최소화하도록 주의를 기울였다. Intevac의 최근 내부 테스트에서는 적절한 표면 준비를 통해 유리-인듐 압축 본딩에서 충분한 본딩 강도를 달성하여 근접 초점 이미지 센서가 이미지 센서 제조 공정 동안과 예상 유효 수명 전체(projected useful lifetime)에서 볼 수 있는 예상되는 열 순환을 통해 본딩에 가해지는 TCE 유도 응력에 저항할 수 있음을 보여주었다.
현재 개시된 구체예와 공지된 근접 초점 이미지 센서 사이의 추가적인 차이점은 공지된 이미지 센서가 전기 접촉 레이어, 일반적으로 액티브 포토캐소드 영역을 환형 진공 시일에 연결하고 전기적으로 연결하는 금속화 레이어를 포함한다는 점이다. 개시된 센서의 기하학적 구조에서, 진공 시일은 도 1a에 도시된 진공 포토다이오드의 애노드를 구성하는 실리콘 이미지 센서 위에 놓인다. 포토캐소드와 이미지 센서의 다음 근접 초점 요소 사이에 적용되는 전압은 일반적으로 200 내지 2000V 범위에 속한다. 포토캐소드 전압을 차단할 수 있는 실리콘 이미지 센서의 표면 위에 유전체를 증착하는 것은 저비용 제조 가능성 및 고전압 스탠드-오프 신뢰성과 관련하여 기술적 과제를 제시한다. 결과적으로, 새로 개시된 센서의 기하학적 구조는 포토캐소드 윈도우를 통해 형성된 하나 또는 그 초과의 전도성 전기 경로를 사용한다. 포토캐소드 바이어스 전압의 이러한 교대 라우팅(routing)은 진공 시일이 이미지 센서 애노드 표면의 전위에 유지되도록 한다. 포토캐소드-대-실리콘 센서 표면 전압 강하는 포토캐소드의 액티브 영역에서 진공 시일을 분리하는 환형 위의 포토캐소드 윈도우의 내부 진공 표면에서 차단된다. 이 영역은 맨 유리이거나 고저항 코팅으로 코팅되어 있을 수 있다. 미국 특허 제4,604,545호는 고전압 스탠드-오프에 적합한 평방당 1012 내지 1015 옴 범위의 크롬 산화물 레이어를 설명한다. 미국 특허 제 3,729,575호는 대체 혼합 산화물 코팅에 대해 자세히 설명한다. 초고진공 센서 요구 사항과 호환되는 모든 고저항 코팅을 이 영역에 사용할 수 있다. 윈도우를 통한 전도성 경로는 포토캐소드 또는 전도성 필름과 직접 접촉할 수 있으며, 전형적으로 증착된(deposited) 금속 레이어가 전도성 경로를 포토캐소드 물질에 연결하는 데 사용될 수 있다.
후면 조명 실리콘 이미지 센서에서 전자 감도를 달성하는 방법은 당업자에게 주지되어 있다. Sexton 등은 미국 특허 제5,688,715A호에서 실리콘 이미저의 후면을 패시배이팅(passivating)하는 오래된 방법 중 하나를 자세히 설명한다. 웨이퍼 수준의 효율적인 실리콘 웨이퍼 후면 처리 방식을 설명하는 보다 최근의 특허는 Hoenk 등의 미국 특허 제8,828,852 B2호에 자세히 설명되어 있다. 또 다른 접근법은 미국 특허 제7,015,452 B2호에서 Benz 등에 의해 설명된 바와 같이 실리콘 기반 이미지 센서에 배치된 금속 패드 상에 입사하는 전자를 직접 검출하는 것이다. 본 개시는 전자 감응성 실리콘 기반 이미지 센서를 초래하는 임의의 적절한 방법 또는 접근법을 사용할 수 있다.
근접 초점 센서는 포토캐소드와 이미지 출력 수단 사이의 고해상도 이미지 전송을 달성하기 위해 작고 균일한 포토캐소드-대-이미지 센서 애노드 간격 또는 갭에 의존한다. 이미지 출력 수단은 다양한 잠재적인 이미지 센서를 구성할 수 있다. 목록에는:
전자 감응성 CCD(인광체(phosphor) 코팅된 감광 디바이스 포함, 모든 종류의 센서에 적용됨)
전자 감응성 CMOS 이미저
전자 감응성 저항성 위치 감지 이미저
전자 감응성 판독 집적 회로(ROIC)
타임스탬프 전자 감응성 이미저를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
종래 기술의 근접 초점 이미지 센서에서 세라믹 몸체를 제거하면 특정 공차 이점이 제공된다. 포토캐소드를 실리콘 이미지 센서에 직접 인덱싱하면 실리콘 이미저와 포토캐소드를 모두 지원하기 위해 세라믹 몸체를 사용하는 것과 관련된 공차 누적이 제거된다. 개시된 디자인은 포토캐소드 윈도우 조립체(11)와 전자 감지 실리콘 이미저의 애노드 조립체(60) 사이의 직접적인 인덱싱을 허용하기 위해 융기 피쳐(raised feature;90)로서 포토캐소드 윈도우 조립체(11)에 몰드된 스페이서로 도 1a에 도시되어 있다. 이 융기 피쳐(90)는 정확한 포토캐소드 대 실리콘 이미저 진공 갭 제어를 가능하게 한다.
도 1a를 계속 참조하면, 본 발명의 제 1 양태에 따라 포토캐소드 윈도우 조립체(11)가 가단성 진공 시일(40)을 통해 애노드 조립체(60)에 직접 결합되는 근접 초점 이미저의 기하학적 구조 또는 이미지 센서가 개시된다. 본 발명의 제 2 양태에 따르면, 포토캐소드 윈도우 조립체(11)는 포토캐소드 레이어(20), 이 구체예에서는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 통한 전도성 경로(30)를 바이어스하는 수단을 포함하여, 가단성 진공 시일(40) 물질이 이미지 센서의 애노드 조립체(60)의 진공 표면 또는 전자 감응성 표면(80)의 바이어스 전위에 또는 그 근처에 유지된다.
포토캐소드 윈도우 조립체(11)와 애노드 조립체(60) 사이의 열 팽창 계수(TCE) 불일치는 가단성 진공 시일(40)에 응력을 초래한다. 초기 프로토타입은 코닝 코드 7056 유리 윈도우와 725미크론 두께의 후면 조명 CMOS 실리콘 이미저를 사용하여 생성되었다. 인듐 시일은 19mm 수평 스팬에 걸쳐 있다. ~20 mils의 초기 높이에서 ~3.5 mils의 최종 두께로 인듐 비드를 압축하는 실온 압축 시일을 통해 진공 시일이 생성되었다. 반면, 초기 샘플은 -54C에서 +71C까지의 열 순환을 통해 응력이 가해질 때 진공 누출을 보였지만, 개선된 유리 표면 준비 기술은 측정 가능한 진공 누출 없이 >1000 열 주기를 견디는 샘플을 산출하였다. TCE 유도 응력을 처리하기 위해 처음으로 충분히 증가된 본딩 강도를 산출한 표면 준비 단계는 인듐 비드로 압축된 표면 위의 7056 유리 윈도우에 상대적으로 강한 산소 플라즈마를 적용했다. 플라즈마 처리 후 접촉 또는 장시간 대기 노출을 통해 유리 표면을 다시 오염시키지 않도록 주의해야 한다. 반면, 유리의 플라즈마 처리는 개시된 기하학적 구조를 실행 가능하고 신뢰할 수 있게 만들기에 충분한 본딩 강도를 갖는 인듐-유리 압축 본딩의 생성을 지원하는 것으로 입증되었지만, 충분한 본딩 강도를 갖는 시일을 생성할 수 있는 다양한 방법이 있다. 본 개시는 제조 방법이 아니라 센서의 기하학적 구조에 초점을 맞추고 있다. 기하학적 구조는 최소 19mm 스퀘어 및 약 27mm 대각선 치수의 포토캐소드 윈도우 조립체에 대해 실현 가능한 것으로 나타났다. 이 크기의 이미지 강화 장치는 상업적으로 중요한 요구 사항을 충족한다. 이 이미지 강화 장치의 상한선은 설정되지 않았지만 18mm 액티브 영역을 지원하는 표준 이미지 강화 장치 형식을 달성할 수 있어야 한다.
공개된 이미지 센서의 기하학적 구조와 다른 알려진 이미지 센서의 기하학적 구조 사이의 차이점 중 하나는 실리콘 이미지 센서가 진공 엔벨로프의 일부가 된다는 점이다. 누설 밀봉 요구 사항 외에도 실리콘은 대기압에 의해 가해지는 물리적 힘을 견뎌야 한다. 현재 비용 효율적인 이미지 센서는 일반적으로 200mm 또는 300mm 직경 실리콘 웨이퍼의 파운드리에서 생산된다. 200mm 및 300mm 실리콘 웨이퍼에 대한 SEMI 표준 실리콘 두께는 각각 ~725 및 ~775 마이크론이다. 725 마이크론의 더 얇은 표준 웨이퍼 두께에 대해 개시된 기하학적 구조 센서에 존재하는 물리적 편향 및 피크 변형을 보기 위해 유한 요소 분석이 수행되었다. 모델링은 실리콘의 피크 중심 편향이 모델링된 형상에 대해 5 마이크론 미만이고 피크 변형이 실리콘 항복 강도의 10% 미만임을 입증하였다. 특히 진공 시일 생성 후 연장된 열 변위에 노출될 센서의 경우 상당한 안전 마진이 설계에 통합되어야 한다. 모델링 결과에 기초하여, 비용 효율적인 표준 두께 실리콘 웨이퍼의 사용이 개시된 기하학적 구조의 센서에 적합한 것으로 나타났다. 신규 개시된 기하학적 구조를 사용하는 초기 프로토타입 센서에서는 대기 유도 실리콘 기판 실패 또는 열 유도 실리콘 기판 실패와 관련된 수율 손실이 관찰되지 않았다.
도 1a는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 통과하고 포토캐소드 레이어(20)에 연결하는 전도성 경로(30)의 사용을 소개한다. 종래 기술의 근접 초점 이미지 센서는 포토캐소드 액티브 영역, 즉 포토캐소드 레이어(20)를 진공 엔벨로프 외부에서 접근할 수 있는 지점에 연결하기 위해 표면 금속화의 저비용 접근법을 유리하게 사용한다. 반면에, 표면 금속화의 사용은 절연체 또는 고저항성 몸체를 사용하는 근접 초점 이미지 센서에 허용될 수 있지만, 현재 개시된 기하학적 구조에서는 매우 중요한 문제를 제시한다. 애노드 조립체(60)의 표면에 유전체 레이어를 형성하는 것이 가능할지라도, 이미지 강화 장치에 의해 요구되는 고전압 바이어스를 확실하게 차단할 수 있는 큰 면적 레이어를 생성하는 것이 어렵다는 것을 경험으로 알 수 있다. 결과적으로, 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 통해 포토캐소드 레이어(20)에 연결되는 전도성 경로(30)가 바람직하다. 이 전도성 경로(30)에 대한 요구 사항은 이미지 센서의 용도에 따라 설정된다. 빠른 고전압 스윙이 필요한 경우 "게이트(gated)" 이미징 시나리오의 일반적인 경우, 저 임피던스 전도성 경로가 필요하다. 당업자는 커패시턴스, 기하학적 구조, 고전압 슬루 타임(slew time), 총 전압 변화, 조도 레벨 및 고전압 스위칭의 반복률을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 파라미터에 기초하여 필요한 임피던스를 결정할 수 있다. 위에서 언급한 계산을 기반으로, 요구 사항은 여러 자릿수만큼 변경될 수 있다. 단일 전도성 경로(30)가 도시되어 있지만, 다중 전도성 경로가 필요할 수 있다. 다중 전도성 경로의 사용은 또한 미국 특허 제5,047,821호에 설명된 것과 같은 다중 단자 포토캐소드 구조의 사용과 같은 옵션을 용이하게 한다. 마찬가지로, 분할된 포토캐소드의 일부를 선택적으로 바이어스하는 데 다중 전도성 경로를 사용할 수 있다. 도 1a에 도시된 일 구체예에서, 단일 전도성 경로(30)가 도시된다. 절연 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 통해 전도성 경로(30)를 생성하기 위해 여러 접근법이 사용될 수 있다. 코닝 코드(Corning Code) 7056 유리는 유리 본딩된 GaAs 포토캐소드의 제조에 사용하기에 적합한 윈도우 물질인 것으로 나타났다. 반면 GaAs와 유사한 열팽창 계수를 가진 윈도우 유리를 사용할 때 전도성 산화물 사용, 윈도우 레이저 천공 및 금속 레이어로 백 필링과 같은 전도성 경로를 생성하는 데 많은 방법이 사용될 수 있으며 더 비용 효과적인 옵션이 존재한다. 미국 특허 제2,177,360호의 도 1에 묘사된 바와 같이, 근접 초점 이미지 강화 장치는 투명(유리) 진공 용기를 통해 직접 공급되는 전선을 통해 바이어스될 수 있다. 현대의 근접 초점 이미지 센서 제조업체는 기술을 실행하지 않지만 유리 표면을 통한 진공 밀폐 와이어 피드스루는 여전히 비용 효율적인 옵션이다. KovarTM 와이어와 코닝 코드 7056 유리 사이에 신뢰할 수 있는 진공 시일을 달성하기 위한 제조 방법이 확립되어 있으며 당업자에게 공지되어 있다. KOVAR는 Carpenter Technology Corporation의 상표이다. Kovar는 ~29% Ni, 17% Co, <0.01% C, 0.2% Si, 0.3% Mn 및 나머지 Fe의 중량으로 구성된다. 유사한 구성의 Fe - Ni - Co 합금은 KovarTM 와이어에 대한 허용 가능한 대안이다. 도 1a에 도시된 일 구체예는 단일 KovarTM 와이어로 형성된 전도성 경로(30)를 도시한다.
대안적으로, Invar와 같은 실리콘에 근접한 더 낮은 열팽창 계수를 갖는 물질이 성공적으로 실리콘에 솔더링되고 극단적인 열 사이클을 거친다: ; J. Synchrotron Rad. (2019). 26, 1565-1571. 본 개시에 기술된 캐소드 및 애노드 조립체의 열팽창 계수 범위에 걸친 광범위한 금속 합금이 상업적으로 이용가능하다. 이러한 합금 중 일부에 대한 설명은 carpentertechnology.com/en/alloy-techzone/technical-information/alloy-selection/selecting-controlled-expansion-alloys의 Carpenter 웹 사이트에서 찾을 수 있다.
이하에 설명되는 콤팩트 기하학적 이미지 센서의 구체예는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 본 발명의 설명을 돕기 위해 실제적인 예로서 제시된다. 당업자는 동등한 콤팩트 센서를 제작하기 위해 본 개시의 요소 및 교시를 사용할 것으로 예상된다. 구체적이고 계획된 변형에는 특정 형식 요구 사항을 충족하기 위해 센서 이미지 평면 너비와 높이를 변경하는 것뿐만 아니라 실리콘 이미지 센서의 전기 접점을 전자 입력의 반대쪽에 배치하기 위해 실리콘 관통 비아를 사용하는 것이 포함되고: 이들 변형은 본 개시의 범위 내에 있다.
설명을 계속하면, 도 1a는 콤팩트한 근접 초점 진공 이미지 센서의 구체예를 도시한다. 포토캐소드 윈도우 조립체(11)는 가단성 진공 시일(40)에 의해 실리콘 기반 이미지 센서의 애노드 조립체(60)에 직접 결합되어 진공 갭(70)을 둘러싸거나 밀봉하는 이미지 센서 진공 엔벨로프를 형성한다. 포토캐소드 레이어(20) 및 전자 감응성 표면(80)은 진공 갭(70)을 가로질러 서로 대향하는 진공 엔벨로프의 대향면을 형성한다. 와이어본드 패드(50) 형태의 이미지 센서 전기 연결부는 전원 공급, 제어, 모니터링, 및 이미지 센서에서 데이터를 판독하는데 필요한 모든 이미지 센서 전자 기능에 액세스한다. 이미지 센서 와이어본드 패드(50)의 위치는 포토캐소드 윈도우 조립체(11), 애노드 조립체(60) 및 가단성 진공 시일(40)에 의해 형성된 진공 엔벨로프 외부에 있다. 이미지 센서 전기 연결부의 라우팅, 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)으로의 하나의 연결, 및 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 포토캐소드 레이어(20)으로의, 진공 엔빌로프의 외부 위치로의 하나의 연결은 여러 진공 전기 피드스루 요소를 포함하는 센서 구성 요소를 생성할 필요성 및 그에 따른 비용을 제거한다는 점에서 공지된 센서에 비해 이 센서의 주요 이점이다.
포토캐소드 윈도우 조립체(11)는 관심 파장의 광에 투명한 물질로 형성된다. 윈도우 재료에 대한 일반적인 선택에는 유리, 석영, 사파이어 및 특규정 투명한, 주로 이온성 염이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 일 구체예에서, 포토캐소드 윈도우 조립체(11)는 주로 코닝 코드(Corning Code) 7056 유리로 구성된다. 작동시, 광은 일반적으로 도 1a의 상부로부터 대물 렌즈(도시안됨)를 통해 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 통해 포토캐소드 레이어(20) 상에 초점이 맞춰진다. 상기 포토캐소드 레이어(20)는 다알칼리 안티몬화물계 포토캐소드, III-V 반도체계 포토캐소드, IV족 포토캐소드 또는 페로브스카이트 포토캐소드를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 구체예에서, 포토캐소드 레이어(20)는 미국 특허 출원 공개 제 US2019/0080875 A1호에 설명된 바와 같이 유리 본딩된 열 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드로 구성된다. 제 US2019/0080875 A1호의 전체 공보는 참조에 의해 본원에 포함된다. GaAs 광학 흡수체 레이어와 함께 사용되는 TANEA 포토캐소드는 디지털 야간 비전 영상을 필요로 하는 어플리케이션을 위해 개시된 소형 센서 지오메트리에 사용하기에 적합하다. 입사광의 선택된 파장은 포토캐소드 레이어(20)에서 흡수되어 포토캐소드 레이어(20)를 이미지 센서에서 실리콘 기반 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)으로부터 분리하는 진공 갭(70)으로 방출될 유한 확률(finite probability )을 갖는 에너지 전자를 생성한다.
포토캐소드 전자 방출 및 진공 갭(70)을 가로지르는 광전자의 이동을 지원하기 위해, 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)과 포토캐소드 레이어(20) 사이에 높은 바이어스 전압이 인가되며, 캐소드는 음으로 바이어스되거나 동등하게 애노드가 캐소드에 대해 양으로 편향된다. 고전압 바이어스는 금속화 레이어(145) 및 도전성 경로(30)를 통해 포토캐소드 레이어(20)에 도달한다(도 2 참조). 레이어(145)는 도 1a에 존재하는 것으로 이해되지만 도면의 축척으로 인해 분해되지 않는다. 금속화 레이어(145)는 전기 전도성 경로(30)와 포토캐소드 레이어(20) 사이의 전기 연결을 매개한다. 결과적으로, 전도성 경로(30)에 인가된 바이어스 전압은 포토캐소드 레이어(20)의 전위를 지정한다.
전술한 바와 같이, 전도성 경로(30)는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 포토캐소드 레이어(20)의 진공 표면을 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 외부 표면에 매개(bridge)하는 누설 밀봉 전도성 경로이다. 이 구체예에서 금속화 레이어(145)에 의해 형성된 레이어(20)에 대한 전기적 연결의 일 단부는 진공 갭(70) 내에 있고, 이 구체예에서 전도성 경로(30)에 의해 형성된, 포토캐소드 레이어(20)에 대한 전기 연결의 다른 단부는 진공 갭(70) 및 외부 연결을 위한 진공 엔벨로프 외부에 있다. 일 구체예에서, 전도성 경로(30)는 코닝 코드 7056 유리 윈도우 조립체에 시일된 KovarTM 와이어로 구현된다. 와이어, 전도성 경로(30), 는 센서 작동 동안 와이어로부터 필드 방출의 가능성을 최소화하기 위해 윈도우 조립체의 진공 표면과 같은 높이로 마무리된다. 유사하게, 전도성 경로(30)가 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 빠져나가는 지점은 센서의 컴팩트한 패키징을 용이하게 하기 위해 조립체 표면과 같은 높이로 마무리된다. 전도성 경로(30)가 나가는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 외부 표면에 금속화 패드(155)(도 2)가 외부 고전압 전원 리드에 대한 신뢰성 있는 연결을 용이하게 하기 위해 적용될 수 있다. 다시 한번, 금속화 패드(155)는 도 1a에 존재하는 것으로 이해되지만 도면의 축척으로 인해 분해되지 않는다.
도 1a에서 볼 수 있는 추가적인 특징은 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)을 포함한다. 이 전자 감응성 표면(80)은 포토캐소드 레이어(20)로부터 진공 갭(70)을 직접 가로질러 놓여 있다. 실리콘 기반 이미지 센서의 포토캐소드 레이어(20) 및 전자 감응성 표면(80)의 오버레이 영역(평면도에서)의 교차는 개시된 컴팩트 근접 초점 이미지 센서의 유효 액티브 영역을 지정한다.
실리콘 기반 이미지 센서의 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)은 진공 갭(70)을 가로질러 광전자를 끌어당기기 위해 포토캐소드 레이어(20)보다 높은 바이어스 전압에서 지정된다. 일반적인 진공 갭 범위는 0.0015" 내지 0.020"이며, 일 구체예는 0.004" 및 0.007" 범위의 갭을 목표로 한다. 전자 감응성 표면(80)은 일반적으로 0V 근처의 전압에서 지정되는 반면, 포토캐소드 레이어(20)는 일반적으로 작동 중에 -200과 -2000V 사이의 전압에서 지정된다. 이 규칙은 높은 전압에서 이미지 센서 전자 장치를 절연하고 플로팅하여 발생하는 시스템 수준의 복잡성을 최소화한다. 전자 감응성 표면(80) 상의 거의 0V 바이어스 전압은 실리콘 기반 이미지 센서 본드 패드(50)를 통해 또는 금속화 레이어(213)(도 3 참조)에 차례로 연결된 외부 저임피던스 전기 패드(203)(도 3 참조)를 통해 공급될 수 있으며, 이는 패드(203)와 전자 감응성 표면(80) 사이를 연결한다. 다시 한번, 전기 패드(203) 및 금속화 레이어(213)의 금속화는 도 1a의 단면상에 존재하는 것으로 이해되지만 단면의 위치로 인해 존재하지 않거나 도면의 축척으로 인해 분해되지 않는다. 전자 감응성 표면(80)에 대한 전기 연결의 일단은 금속화 레이어(213)에 의해 형성된 이 구체예에서 진공 갭(70) 내에 있고, 전자 감응성 표면(80)에 대한 전기 연결의 다른 말단은 다양한 구체예에서 패드(50) 또는 패드(203)는 외부 연결을 위한 진공 갭(80) 및 진공 엔벨로프 외부에 있다.
일부 이미징 실리콘 기반 이미지 센서는 저 임피던스 접촉 방식, 특히 들어오는 전자의 위치를 감지하기 위해 전기적으로 절연된 금속 패드가 필요한 금속 패드 판독 집적 회로와 호환되지 않는다. 그러나, 강하게 도핑된 전도성 레이어에 의해 진공 표면에서 종료되는 광전자 타격의 도착 시간을 기록하도록 설계된 후면 조명 전자 충격 액티브 픽셀 센서(EBAPS(R)), CCD 및 CMOS 이미저와 같은 다른 실리콘 기반 이미지 센서는 저 임피던스 접촉 경로의 존재로부터 이점을 얻을 수 있다. 개시된 센서의 일 구체예는 전자 감응 영역, 예를 들어, 전자 감응성 표면(80) 위에 고농도로 도핑된 진공 표면 종단을 추가로 포함하는 CMOS 후면 박형 전자 충격 액티브 픽셀 센서(CMOS back side thinned electron bombarded active pixel sensor)인 (또는 적어도 포함하는) 실리콘 기반 이미지 센서 애노드 조립체(60)를 사용한다. 저 임피던스 경로는 단기간 고전압 스위칭 또는 게이팅을 필요로 하는 센서에 대해 특히 중요하다. 빠른 고전압 바이어스 스윙 동안, (포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 포토캐소드 레이어(20)의 표면에 대향하는) 애노드 조립체(60)의 포토캐소드 레이어(20) 및 전자 감응성 표면(80) 모두의 표면으로 상당한 전류가 흐른다. 이미지 센서 본드 패드(image sensor bond pads;50)를 통해 이러한 전류 서지(surge)를 강제하면 감응 이미지 센서 작동을 잠재적으로 방해할 수 있다.
융기 피쳐(raised feature;90)는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 진공 대면 표면의 융기된 부분이다. 융기된 부분은 윈도우 재료가 그의 연화점 근처로 가열될 때 몰딩 공정을 통해 제조될 수 있다. 일 구체예의 경우에, 융기 피쳐(90)는 포토캐소드 대 유리 본딩 단계의 시간에 몰딩될 수 있다. 흑연 몰드는 7056 유리 윈도우를 몰딩하는 데 사용할 수 있다. 융기 피쳐(90)의 목적은 실리콘 기반 이미지 센서에서 포토캐소드 레이어(20)와 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80) 사이의 진공 갭(70)의 높이를 제어하는 것이다. 융기 피쳐(90)는 예를 들어 융기 테두리, 일련의 융기 부분, 2면 또는 4면의 대향 융기 부분, 또는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 진공 대면 표면의 모서리에서 또는 다양한 구체예에서, 이들의 조합으로서 구현될 수 있다. 융기 피쳐(90)는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 한 면, 즉 포토캐소드 레이어(20)를 갖는 면 상에 있다. 융기 피쳐(90)는 일 구체예의 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 그 면과 하나 이상의 동일한 재료로 형성되고 일체화된다. 융기 피쳐(90)에 대한 추가 배열 및 구현은 융기 피쳐(들)(90)가 조립된 이미지 센서의 진공 갭(70)의 확립을 초래하도록 쉽게 고안된다.
제조 동안, 포토캐소드 윈도우 조립체(11) 및 애노드 조립체(60)는 일반적으로 개별적으로 처리된다. 센서 구성요소는 포토캐소드 윈도우 조립체(11) 처리 및 애노드 조립체(60) 처리 단계가 완료된 후 초고진공 조건에서 결합된다. 접합 공정은 일반적으로 실온 또는 실온 근처에서 발생한다. 포토캐소드 윈도우 조립체(11) 및 애노드 조립체(60)는 정밀하게 정렬되고 서로에 대해 압축되어 가단성(malleable) 진공 시일(40)를 통해 진공 기밀 압축 시일을 형성한다. 실리콘 기반 이미지 센서에서 애노드 조립체(60)의 표면은 서로 접근한다. 융기 피쳐(90)가 실리콘 표면과 접촉할 때, 가단성 진공 시일(40)의 압축이 중단되고 균일한 두께의 진공 갭(70)이 달성된다. 포토캐소드 레이어(20)와 전자 감응성 표면(80)을 분리하는 진공 갭(70)의 갭 높이가 설정되고 융기 피쳐(90)에 의해 규정된다. 가단성 진공 시일(40)은 인듐, 납, 주석, 금, 구리, 알루미늄 또는 이전에 나열된 물질의 합금으로 이루어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일 구체예에서, 가단성 진공 시일(40)은 주로 인듐이다.
도 2는 도 1a의 컴팩트 근접 초점 이미지 센서의 구체예에 사용하기에 적합한 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 상세도를 도시한다. 최 좌측 도면은 "내부(interior)" 정면도이고 최 우측 도면은 "외부(exterior)" 또는 외부 정면도이며 중간 도면은 최 우측 도면에서 A-A 선을 따른 횡단면이다. 도 2의 가장 왼쪽 섹션에서 강조된 것은 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 진공 노출 표면에 포함된 다양한 피쳐의 상대적인 위치이다. 도 2에 도시된 일 구체예에서, 포토캐소드 레이어(20)는 실리콘 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)의 액티브 영역보다 약간 더 큰 직사각형 영역을 덮는다. 액티브 포토캐소드의 더 큰 치수는 콤팩트 센서의 진공 시일 프로세스 동안 발생할 수 있는 임의의 오정렬 오류를 수용한다. 이 배열은 완성된 센서에서 주소 지정 가능한 전체 범위의 픽셀이 광 감응성를 달성하는 것을 보장한다.
레이어(145)는 얇은 금속화 레이어이다. 레이어(145)는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 통과하는 진공 누설 밀봉 전도성 경로(30)와 포토캐소드 레이어(20) 사이에 신뢰할 수 있는 전기적 연결을 제공한다. 이 레이어(145)는 전도성 경로(30)의 에지 또는 포토캐소드 레이어(20) 에지에서 발생할 수 있는 임의의 단차를 컨포멀하게(conformally) 코팅하기 위해 일반적으로 진공 스퍼터 물리 기상 증착 공정(PVD)을 통해 증착된다. 레이어(145)는 크롬, 알루미늄, 은, 니켈, 티타늄, 탄탈륨, 루테늄, 몰리브덴, 하프늄, 바나듐, 망간, 코발트, 철, 지르코늄, 니오븀 및 구리를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 금속일 수 있다. 여러 목적을 달성하기 위해 금속 레이어를 합금하거나 적층할 수 있다. 2차 목표로서, 레이어(145)는 박막 게터(getter)로서 사용될 수 있다. 진공 장치에서 게터로 사용하기에 적합한 금속 및 합금은 미국 특허 제6,100,627호에 설명되어 있다. 그러나, 박막 게터의 유효성 및 액티브화 특성은 필름 증착에 사용되는 특정 도구 세트 및 조건에 크게 의존하므로 금속화 레이어(145)의 이러한 양태는 증착 조건, 금속 레이어 구성, 및/또는 다중 금속 레이어 스택의 조성 및 두께의 개별적 최적화를 요구한다. 금속화 레이어(145)의 전형적인 두께는 200 내지 500nm이다.
145를 둘러싸는 금속화는 전압 강하 영역(165)으로 라벨링된 포토캐소드 조립체의 영역, 특히 표면의 일부이다. 완성된 센서에 조립될 때, 전압 강하 영역(165)은 진공 갭(70)에 의해 실리콘 애노드 조립체(60)로부터 물리적으로 분리된다. 전압 강하 영역(165)은 포토캐소드 전위 전압에서 지정되는 금속화 레이어(145)로부터 융기 피쳐(90)가 애노드 조립체(60)와 접촉하는 지점까지 연장되어 접점이 애노드 조립체 전압 전위에 있거나 또는 융기 피쳐(90)가 생략된 경우(도 5 참조), 전압 강하 영역(165)은 가단성 진공 시일(40)의 에지까지 연장되며, 이는 다시 한번 애노드 조립체(60)의 특정 전압에 있다. 전압 강하 영역(165)의 이러한 규정의 결과로서, 이 영역은 지정된 포토캐소드 전위와 지정된 애노드 전위를 연결한다. 이와 같이 전압 강하가 전압 강하 영역(165)에 걸쳐 발생한다. 전압 강하 영역(165)은 깨끗한 유리로 유지될 수 있다. 코닝 코드 7056 유리는 최소한의 표면 누설로 포토캐소드 전위에서 애노드 전위로의 전압 강하가 설정될 수 있는 적합한 절연체로 입증되었다. 대안적으로, 전압 강하 영역(165)은 크롬 산화물 또는 고저항 혼합 금속 산화물 코팅과 같은 고저항 코팅으로 코팅될 수 있다. 제곱당 1012 내지 1015옴 정도의 저항을 갖는 코팅이 선호되지만 더 낮은 저항 코팅이 고전압 누설 증가의 대가로 사용될 수 있다. 이러한 유형의 코팅은 진공관 제조 분야의 숙련자에게 알려져 있으며 전압 강하 영역(165)에 걸쳐 모든 지점에서 예측 가능한 전압 전위를 지정함으로써 이점을 제공할 수 있다. 전압 강하 영역(165)에 걸쳐 고저항 코팅의 존재는 포토캐소드 전위와 애노드 전위 사이에 흐르는 누설 전류를 도입할 것이다. 코팅의 존재는 전압 강하 영역(165)에 걸친 아킹(arcing) 가능성을 감소시킬 수 있다.
포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 외부 표면 상의 금속화 패드(155)는 전도성 경로(30)와 고전압 전원(HVPS)과 같은 외부 시스템에 대한 전기적 연결 사이의 신뢰성 있는 연결을 제공한다. 일반적인 금속화 레이어는 약 25nm 두께의 크롬 또는 티타늄 접착 레이어, 백금의 ~100nm의 확산 장벽(diffusion barrier)에 이어 금 의 ~50nm의 표면 레이어로 구성될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 인듐 주석 공융과 같은 저온 땜납을 사용하여 전기 리드를 패드(155)에 부착할 수 있다.
또한 도 2의 가장 왼쪽 도면에는 표면(135)이 도시되어 있다. 표면(135)은 이 "평면(plan)"도에서 표면 융기 피쳐(90)와 윈도우 조립체의 에지 사이에 있는 맨(bare) 윈도우 표면으로 도시되어 있다. 일 구체예에서 이것은 맨 코닝 코드 7056 유리 표면이다. 이 표면의 청결은 센서의 안정적인 진공 시일을 달성하는 데 중요하다. 내부 테스트 결과 이 표면이 산소 플라즈마 세정 공정을 거치고 깨끗한 고순도 인듐으로 압축 시일될 때 충분한 품질과 강도의 결합이 달성되는 것으로 나타났다. 이 절차를 사용하여 실행 가능성이 입증되었지만, 개시된 형상은 이 특정 프로세스 및 인터페이스에 제한되지 않는다. 사실, 이 표면을 산소 플라즈마에 노출시킬 때 주의를 기울여야 한다. GaAs 포토캐소드는 이러한 플라즈마에 의해 손상될 수 있으므로 플라즈마 노출로부터 차폐되어야 한다. 높은 진공 시일 본딩 강도를 달성하기 위한 대안적인 접근법이 본 개시의 교시를 위반하지 않고 개발될 수 있다. 대안적인 접근법은 대략 25nm 두께의 크롬 또는 티타늄 접착 레이어, ~100nm의 백금 확산 배리어 및 ~50nm의 금의 표면 레이어로 이루어진 금속화 레이어로 표면(135)을 금속화하는 것을 포함한다.
가단성 인듐 레이어에 대한 압축 시일 후, 인듐 레이어와 금 표면 레이어의 상호확산을 생성하기 위해 투명 윈도우 물질을 통해 레이저 어닐(laser anneal)이 적용될 수 있다. 고강도 표면 결합을 생성하는 기술 분야의 숙련자는 다양한 옵션을 사용할 수 있다. 가단성 진공 시일(40)(도 1)과의 충분한 본딩 강도를 가져오는 임의의 결합 접근법이 허용가능하고 이에 따라 본 개시에 포함된다. 포토캐소드 윈도우 조립체(11)의 전체 두께 범위는 대략 0.5mm 내지 5mm 초과일 수 있다. 도시된 구체예에서, 포토캐소드 윈도우 조립체는 약 2mm 두께이고 코닝 코드 7056 유리로 구성된다.
일 구체예에서, 전도성 경로(30)는 일반적으로 직경이 0.010" 내지 0.020"인 KovarTM 와이어로 구성되며, 7056 유리 윈도우 물질에 대해 시일된다. 와이어의 위치와 와이어가 포토캐소드 조립체를 통과하는 각도는 편의성과 시스템 레벨 베일링 눈부심 성능(system level veiling glare performance)에 대한 와이어의 영향을 최소화하기 위해 선택된다. 일반적인 야간 비전 시스템은 F 수치가 낮은 렌즈를 사용한다. 전도성 경로(30)의 이러한 구현을 위한 와이어는 들어오는 광이 와이어를 조명할 가능성을 최소화하기 위해 포토캐소드 레이어(20)의 액티브 영역으로부터 멀어지는 각도를 이룬다. 유사하게, 와이어는 포토캐소드 레이어(20)의 모서리 근처에 위치한다. 대부분의 렌즈 시스템은 상대 조명에서 반경방향 대칭 롤오프(roll-off)를 나타내기 때문에, 전도성 경로(30)의 모서리 위치는 이것이 조명될 기회를 최소화하고 따라서 시스템 레벨 이미지 아티팩트에 기여한다.
도 3은 도 1a의 콤팩트한 근접 초점 이미지 센서의 구체예에 사용하기에 적합한 애노드 조립체(60)를 위한 전자 감응성 실리콘 이미지 센서 조립체의 상세도를 도시한다. 왼쪽 도는 내부 정면도이고 오른쪽 도는 측면도이다. 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)은 일반적으로 포토캐소드 레이어(20)의 면적보다 약간 작은 크기이다. 진공 압축 시일이 형성되기 전에, 포토캐소드 윈도우 조립체(11)와 애노드 조립체(60)는 평면도에서, 전자 감응성 표면(80)은 포토캐소드 레이어(20)의 액티브 영역에 의해 완전히 덮혀 있다. 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 표면(80)은 금속화 레이어(213)에 의해 둘러싸이고 전기적으로 접촉된다. 금속화 레이어(213)는 애노드 조립체(60)의 전자 감응성 액티브 영역과 접촉 패드 금속화(203) 모두에 저 임피던스 전기 접촉을 제공하는 역할을 한다. 25 nm 정도의 크롬 또는 티타늄 접착 레이어로 구성되지만 이에 제한되지 않는 패드 금속화 레이어 두께가 약 100nm인 백금의 확산 장벽을 따르는 약 50nm의 금 표면 레이어가 전기 패드(203)용 웨팅(wetting) 레이어로 적합하다. 금속화 레이어(213)는 실링 레이어(sealing layer;240) 아래로 이어져 전자 감응성 표면(80)을 매개하고 전기 패드(203)의 패드 금속화와 접촉한다. 실링 레이어(240)는 가단성 금속 본딩 물질로 형성된다. 일 구체예에서, 실링 레이어(240)는 인듐에 의해 형성된다. 인듐은 금속화 레이어(213)의 표면에 금속화 패드를 미리 증착(depositing)함으로써 애노드 조립체(60)에 미리 ?(pre-wet)될 수 있다. 약 25nm 두께의 크롬 또는 티타늄 접착 레이어, 약 100nm의 백금의 확산 장벽에 이어 약 50nm의 금의 표면 레이어로 이루어진(이에 제한되지 않음) 패드 금속화 레이어는 실링 레이어(240)를 위한 웨팅 레이어로 적합하다. 금속화 레이어(213)는 크롬과 같은 용융 인듐으로 쉽게 ?되지 않는 레이어로 종단되어야 한다. 저온 가단성 시일 물질을 사용하여 실링 레이어(240)를 형성하는 경우, 물질은 저온 진공 열 사이클을 통해 표면에 ?(wet)될 수 있다. 전형적인 CMOS 기반 실리콘 이미징 애노드 조립체는 400 내지 500℃ 사이에 있는 최대 열 한계를 갖는다. 인듐 이외의 가단성 금속 실링 레이어(240) 또는 납-주석 땜납과 같은 다른 저융점 합금을 사용하는 경우, 도금을 포함하는 직접 금속 증착 기술이 실링 레이어(240)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 특히 도금의 경우에, 확장된 진공 베이크(bake)는 금속 레이어를 충분히 탈가스시키기 위해 요구될 수 있다.
패드(50)는 실리콘 기반 이미저에 전력이 공급되고, 제어 신호가 전송되며, 이를 통해 모든 이미지 정보가 외부 카메라 전자 장치 또는 다른 데이터 기록 또는 디스플레이 시스템으로 전송되는 본드 패드 중 하나의 위치를 나타낸다. 일 구체예에서 대략 140개의 본드 패드가 있다. 와이어 본드가 본드 패드에 만들어질 수 있는 용이성을 증가시키기 위해, 패드는 애노드 조립체(60)가 진공 시일되기 전에 골드 볼로 미리 범프(bump)될 수 있다. 진공 시일 후, 처리된 포토캐소드 조립체의 열처리 비용(thermal budget)은 와이어본드가 수행될 수 있는 온도를 제한하여 와이어본드 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 패드(50) 상의 금 범프의 존재는 표준, 범프되지 않은, 알루미늄 와이어본드 패드과 비교하여 신뢰할 수 있는 와이어본드가 형성될 수 있는 온도를 낮춘다. 식별 번호(223)는 컴팩트 근접 초점 이미지 센서에 프린트된 식별 번호(또는 다른 식별자)이다. 필수는 아니지만 이 피쳐가 있으면 센서 추적에 도움이 된다.
도 4는 고전압 전원(301)에 의해 바이어스되는 조명된 새로운 기하학적 구조의 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서를 도시하며, 이는 센서가 야간 비전 시스템에서 작동되는 일반적인 방법을 나타낸다. 고전압 전원(301)은 전자 감응성 표면(80)(도 1a 참조)에 대한 포토캐소드 레이어(20)의 전압 바이어스를 제공한다. 일반적으로 대물 렌즈(도시안됨)를 통해 공급되는 광학적 이미지는 포토캐소드 윈도우 조립체(11)를 통해 포토캐소드 초점면에 초점이 맞춰진다. 포토캐소드는 광학 이미지를 포토캐소드의 진공 표면에서 공간적 및 시간적으로 상관된 자유 광전자 스트림으로 변환한다. 고전압 전원(301)에 의해 인가되는 고전압 바이어스는 포토캐소드의 광전자 출력의 원래의 공간적 및 시간적 상관 관계 측면에서 높은 수준의 충실도를 유지하면서 광전자를 진공 갭을 가로질러 애노드 조립체(60)의 전자 감응 영역으로 가속시킨다. EBAPS 센서와 EBCCD 센서의 경우, 실리콘 기반 이미지 센서에 들어가는 광전자는 임팩트 이온화 이득(gain)을 생성하여 전자 감응성 이미지 센서의 실리콘 내에 전자-정공 쌍 구름(electron-hole pair clouds)을 생성한다. 이러한 전자-정공 쌍 구름과 관련된 전하는 센서 내에서 설계에 의해 분리되어 광전자 도착과 관련된 위치 및 타이밍 정보가 감지되고 와이어본드 패드(50)를 통해 수신 전자 장치로 전송될 수 있다. 적절하게 설계된 시스템에서, 전자 충격 이득(electron bombarded gain)은 전자에 감응한 실리콘 기반 이미지 센서의 시간 노이즈 플로어(temporal noise floor)를 초과하므로 단일 광전자의 안정적인 감지가 가능하다. 도시된 구성은 후면 박형 액티브 픽셀 센서 및 후면 박형 CCD 이미지 센서에 존재할 수 있는 연속 전도성 전자 감응성 액티브 영역을 사용하는 실리콘 기반 전자 감응성 이미지 센서 애노드 조립체(60)와 함께 사용하기에 적합하다.
절연된 전도성 패드(isolated conductive pad)가 들어오는 광전자의 존재를 감지하는 전자 감응성 판독 집적 회로(ROIC)의 경우, 고전압 전원(301)으로부터의 애노드 접촉 리드(321)는 패드(203)에서 적절한 와이어본드 패드(50)로 리디렉션되어야 한다. 그러나, 도 4에 도시된 구체예의 경우, 고전압 전원(301)의 네가티브 리드(311)는 패드(155)에 연결되는 반면, 고전압 전원(301)의 포지티브 리드(321)는 패드(203)에 연결된다. 패드 연결부는 인듐/주석 공융과 같은 저융점 솔더 합금을 사용하여 만들어진다. 이러한 연결을 할 때 가단성 진공 시일(40)을 과열시키지 않도록 주의해야 한다. 인듐이 가단성 금속 시일 물질로 사용되는 경우, 인듐의 156℃ 녹는점은 시일(seal) 실패가 빠르게 발생하는 온도를 특정한다. 도시되지는 않았지만, 리드(311, 321)는 본질적으로 고전압 정격 동축 차폐 케이블(high voltage rated coaxial shielded cables)을 사용하여 함께 배치될 수 있다. 차폐된 동축(shielded coax)의 사용은 특히 스위칭 또는 게이트형 고전압 전원 공급 장치를 사용할 때 복사 방출(radiated emission)을 최소화하는 데 특히 유용하다. 고전압 전원 공급 장치로부터의 복사 방출을 최소화하면 전원 공급 스위칭이 전자 감응형 실리콘 기반 이미지 센서, 특히 애노드 조립체(60)에 의해 생성된 데이터 스트림에 이미지 아티팩트(artifacts)를 유도할 가능성이 최소화된다.
도 5는 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서의 추가 구체예를 도시한다. 두 개의 추가 레이어가 시일 스택에 도입되어 포토캐소드 윈도우 조립체(410)를 애노드 조립체(460)에 연결한다. 포토캐소드 윈도우 조립체(410)는 (다양한 구체예에서) 레이어(440) 가단성 금속 레이어, 레이어(443) 포토캐소드 윈도우 조립체(410)와 애노드 조립체(460) 사이의 열 팽창 계수를 갖도록 일반적으로 선택되는 재료의 구조 레이어, 및 레이어(446) 브레이즈 또는 솔더 물질, 로 이루어지거나 포함하는 실링 레이어의 스택에 의해 실리콘 기반 이미지 센서 애노드 조립체(460)에 직접 연결된다. 조합된 포토캐소드 윈도우 조립체(410), 시일 스택, 레이어(440, 443, 446), 및 애노드 조립체(460)는 진공 갭(470)을 둘러싸는 이미지 센서 진공 엔벨로프를 형성한다. 전자 감응성 실리콘 기반 이미지 센서의 포토캐소드 레이어(420) 및 전자 감응성 표면(480)은 진공 엔벨로프에 속한다(fall within). 와이어 본드 패드(450) 형태의 이미지 센서 전기 연결부는 전력 공급, 제어, 모니터링 및 판독하고 이미지 센서로부터 데이터를 읽는데 필요한 모든 이미지 센서 전기 기능에 액세스한다. 이미지 센서 와이어본드 패드(450)의 위치는 포토캐소드 윈도우 조립체(410), 실리콘 기반 전자 감응성 이미지 센서 애노드 조립체(460) 및 레이어(440, 443, 446)로 구성된 시일 스택 사이에 또는 이에 의해 형성된 진공 엔벨로프 외부에 있다. 전자 감응성 감지 실리콘 기반 이미지 센서 내에서 진공 엔벨로프 외부 위치로의 이미지 센서 전기 연결부의 라우팅(routing)은 다중 진공 전기 피드스루 요소를 포함하는 센서 부품을 생성할 필요성과 이에 따른 비용을 제거한다는 점이 종래 기술 센서에 대한 이 센서의 유리한 이점이다.
포토캐소드 윈도우 조립체(410)는 관심 파장의 광에 투명한 물질로 형성된다. 윈도우 재료에 대한 일반적인 선택에는 유리, 석영, 사파이어 및 특규정 투명하고, 주로 이온성인 염이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 일 구체예에서, 포토캐소드 윈도우 조립체(410)는 주로 코닝 코드 7056 유리로 구성된다. 작동시, 광은 전형적으로 도 5의 상부로부터 대물 렌즈(도시안됨)를 통해 포토캐소드 윈도우 조립체(410)를 통해 포토캐소드 레이어(420) 상으로 포커싱된다. 포토캐소드 레이어(420)는 다알칼리 안티몬화물 기반 포토캐소드, III-V 반도체 기반 포토캐소드, IV족 포토캐소드 또는 페로브스카이트 포토캐소드를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 일 구체예에서, 포토캐소드 레이어(420)는 미국 특허 출원 공보 제US2019/0080875호에 설명된 바와 같이 유리 본딩된 열 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드로 구성된다. 제US2019/0080875호의 전체 공보는 인용에 의해 본원에 포함된다. GaAs 광학 흡수체 레이어와 함께 사용되는 TANEA 포토캐소드는 디지털 야간 비전 형상을 필요로 하는 적용을 위해 개시된 소형 센서 기하학적 구조에 사용하기에 적합하다. 입사광의 선택된 파장은 포토캐소드 레이어(420)에서 흡수되어 실리콘 기반 애노드 조립체(460)로부터 포토캐소드 레이어(420)를 분리하는 진공 갭(470)으로 방출될 유한 확률을 갖는 에너지 전자를 생성한다. 포토캐소드 전자 방출을 지원하고 진공 갭(470)을 가로지르는 광전자의 통과를 위해, 높은 바이어스 전압이 포토캐소드 레이어(420)와 애노드 조립체(460) 사이에 인가된다. 고전압 바이어스는 전도성 경로(430) 및 145(도 2)에 도시된 것과 유사한 금속화 레이어를 통해 포토캐소드 레이어(420)에 도달하고, 도 5의 포토캐소드 조립체에서 주목할 만한 차이점은 도시된 융기 피쳐(90)가 포토캐소드 윈도우 조립체(410)의 에지까지 연장되는 평면형 포토캐소드 표면을 남기고 제거되었다는 것이다. 융기 피쳐(90)의 제거는 대비 도 1a의 구체예의 포토캐소드 윈도우 조립체(11) 대비 도 5의 구체예의 포토캐소드 윈도우 조립체(410)의 제조를 상당히 단순화시킨다. 진공 갭(70)(도 1a), 이제 진공 갭(470)(도 5)을 정확하게 특정하기 위한 융기 피쳐(90)의 기능은 결합된 레이어(440, 443, 446)의 시일 스택 두께로 대체된다. 즉, 도 5에 도시된 이미지 센서의 구체예에서, 시일 스택 두께, 예를 들어 가단성 금속 시일의 두께는 포토캐소드 레이어(420)와 전자 감응성 표면(480)을 분리하는 진공 갭(470)의 갭 높이를 설정하고 규정한다.
구조 레이어(443)가 Invar와 같은 실리콘 기반 애노드 조립체(460)의 열팽창 계수에 근접하면, Au-Sn 공융(eutectic)과 같은 스텝-브레이즈 재료가 레이어(443)를 애노드 조립체(460)에 결합시키는 데 사용될 수 있다. 기술된 재료 선택은 레이어(443 및 446)가 진공 처리 전에 정밀 공차로 애노드 조립체(460)에 미리 조립될 수 있게 한다. 약 280℃의 Au-Sn 공융 용융점은 종종 솔더 재료로 간주되지만 레이어(440)가 인듐(약 156℃ 용융점)으로 선택되는 경우 레이어(443, 446)의 정확하게 설정된 스택 높이가 후속 재용융에 의해 저하되지 않도록 공정 온도가 선택될 수 있다.
레이어(145)(도 2 참조)와 유사한 금속화는 도 5에 존재하는 것으로 이해되지만 도면의 축척으로 인해 분해되지 않는다. 레이어(145)와 유사한 분해되지 않은 금속화 레이어는 전기 전도성 경로(430)와 포토캐소드 레이어(420) 사이의 전기 연결부를 매개한다. 결과적으로, 전도성 경로(430)에 인가된 바이어스 전압은 포토캐소드 레이어(420)의 전위를 결정한다. 전도성 경로(430)는 포토캐소드 윈도우 조립체(410)의 포토캐소드 레이어(420)의 진공 표면을 포토캐소드 윈도우 조립체(410)의 외부 표면에 연결하는 진공 누설 밀봉 전도성 경로이다. 일 구체예에서, 전도성 경로(430)는 코닝 코드 7056 유리 윈도우 조립체로 시일되는 KovarTM 와이어로 구현된다. 전도성 경로(430)를 구현하는 와이어는 센서 작동 동안 와이어로부터의 전계 방출 가능성을 최소화하기 위해 포토캐소드 윈도우 조립체(410)의 진공 표면과 같은 높이로 마무리된다. 유사하게, 전도성 경로(430)가 포토캐소드 윈도우 조립체(410)를 빠져나가는 지점은 센서의 컴팩트 패키징을 용이하게 하기 위해 조립체 표면과 같은 높이로 마무리된다. 전도성 경로(430)가 나가는 포토캐소드 윈도우 조립체(410)의 외부 표면에서, 155(도 2 참조)와 유사한 금속화 패드가 외부 고전압 전원 리드에 대한 신뢰성 있는 연결을 용이하게 하기 위해 적용될 수 있다. 다시 한번, 금속화 패드(155)는 도 5에 존재하는 것으로 이해되지만 도면의 축척으로 인해 분해되지 않는다.
도 5에서 볼 수 있는 추가적인 특징은 실리콘 기반 이미지 센서의 전자 감응성 표면(480)을 포함한다. 이 전자 감응성 표면(480)은 포토캐소드 레이어(420)로부터 진공 갭(470) 바로 건너편에 놓여 있다. 실리콘 기반 이미지 센서의 포토캐소드 레이어(420)와 전자 감응성 표면(480)의 겹쳐진 영역(평면도에서)의 교차점은 컴팩트 근접 초점 이미지 센서의 일 구체예의 유효 액티브 영역을 특정한다.
실리콘 기반 이미지 센서의 전자 감응성 표면(480)은 진공 갭(470)을 가로질러 광전자를 끌어당기기 위해 포토캐소드 레이어(420)보다 높은 바이어스 전압에서 지정된다. 일반적인 진공 갭은 0.0015" 내지 0.020"의 범위에 있고 일 구체예에서 목표 갭은 0.004"와 0.007"의 범위에 있다. 전자 감응성 표면(480)은 일반적으로 0V 근처의 전압에서 특정되는 반면, 포토캐소드 레이어(420)는 일반적으로 작동 중에 -200과 -2000V 사이의 전압에서 특정된다. 이 규칙은 높은 전압에서 이미지 센서 전자 장치를 절연하고 플로팅하여 발생하는 시스템 수준의 복잡성을 최소화한다. 전자 감응성 표면(480) 상의 거의 0V 바이어스 전압은 실리콘 기반 이미지 센서 본드 패드(450)를 통해 또는 금속화 레이어(213)(도 3 참조)에 차례로 연결된 외부 저 임피던스 전기 패드(203)(도 3)를 통해 공급될 수 있으며, 이는 패드(203)와 전자 감응성 표면(80) 사이를 매개한다. 다시 한번, 전기 패드(203)의 금속화 및 금속화 레이어(213)는 도 5의 단면상에 존재하는 것으로 이해되지만, 도면의 축척으로 인해 분해되지 않는다.
일부 이미징 실리콘 기반 이미지 센서는 저 임피던스 접촉 접근 방식, 특히 들어오는 전자의 위치를 감지하기 위해 전기적으로 절연된 금속 패드를 필요로 하는 금속 패드 판독 집적 회로와 호환되지 않는다. 그러나 후면 조명 전자 충격 액티브 픽셀 센서(back-side illuminated electron bombarded active pixel sensors;EBAPS), CCD 및 CMOS 이미저와 같은 다른 실리콘 기반 이미지 센서는 강하게 도핑된 전도성 레이어에 의해 진공 표면에서 종료되는 광전자 타격의 도착 시간을 기록하도록 설계되었으며, 저 임피던스 접촉 경로의 존재로 인해 이점을 얻을 수 있다. 센서의 일 구체예는 전자 감응성 영역 위에 강하게 도핑된 진공 표면 종단을 추가로 포함하는 CMOS 후면 박형 전자 충격 액티브 픽셀 센서를 갖는 실리콘 기반 이미지 센서 애노드 조립체(460)를 사용한다. 저 임피던스 경로는 단기간 고전압 스위칭 또는 게이팅이 필요한 센서에 특히 중요하다. 빠른 고전압 바이어스 스윙 동안, 상당한 전류가 포토캐소드의 표면과 고전압이 존재하는 포토캐소드 조립체의 표면에 대향하는 애노드 조립체의 표면 모두로 흐른다. 이미지 센서 본드 패드(450)를 통해 이들 전류 서지를 강제하는 것은 잠재적으로 감응 이미지 센서 동작을 방해할 수 있다.
제작 동안, 포토캐소드 윈도우 조립체(410) 및 애노드 조립체(460)는 일반적으로 개별적으로 처리된다. 포토캐소드 윈도우 조립체(410) 처리 및 애노드 조립체(460) 처리 단계가 완료된 후에 센서 구성요소는 초고 진공 조건하에서 접합된다. 접합 공정은 일반적으로 실온 또는 실온 근처에서 일어난다. 포토캐소드 윈도우 조립체(410) 및 애노드 조립체(460)는 정밀하게 정렬되고 서로에 대해 압축되어 가단성 시일(440)을 통해 진공 기밀 압축 시일을 형성한다. 시일 재료가 압축됨에 따라, 실리콘 기반 이미지 센서 부품의 표면이 서로 접근한다. 시일력과 시간의 제어는 가단성 시일(440)의 압축-유도 흐름의 정도를 결정한다. 균일한 두께의 진공 갭(470)이 달성되면 시일력이 중단된다. 가단성 시일(440)은 인듐, 납, 주석, 금, 구리, 알루미늄 또는 이전에 나열된 물질의 합금으로 구성될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일 구체예에서, 가단성 시일(440)은 주로 인듐으로 이루어진다.
위의 도 5의 상세한 설명에서, 레이어(443 및 446)는 Invar 및 Au-Sn 공융인 것으로 설명되었지만, 다른 재료 선택이 유리할 수 있다. 레이어(446)에 대한 대체 옵션은 납-주석 기반 솔더 및 인듐을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 레이어(443)에 대한 대체 옵션은 Kovar, 중간 팽창 계수 Co-Ni-Cr-Fe 합금 또는 Kyocera A440 Alumina와 같은 테이프-캐스트 세라믹 레이어를 포함한다. 가단성 결합 레이어(446)의 사용과 결합된 중간 열 팽창 계수(CTE)의 사용(중간이라는 용어는 레이어(443)의 CTE가 포토캐소드 윈도우 조립체(410)의 CTE와 애노드 조립체(460)의 CTE 사이에 있음을 의미하는 것으로 이해되어야 함)는 포토캐소드 윈도우 조립체(410)와 애노드 조립체(460) 사이의 CTE 불일치가 레이어(440, 443, 446)로 구성된 시일 스택을 가로질러 단계적 방식으로 수용되도록 한다. 레이어(443)로서 절연 레이어를 사용하면 포토캐소드 레이어(420)와 실리콘 기반 이미지 어레이 애노드 조립체(460) 사이의 전압 강하가 가단성 실링 레이어(440)에 인가된 전압 전위의 사양을 통해 더 큰 제어 수준으로 설계될 수 있다.
본 발명은 바람직한 구체예를 반영하는 특정 예와 관련하여 설명되었다. 예는 제한적이라기보다는 설명하기 위한 것이다. 근접 초점 이미지 센서 제조 분야의 당업자는 본 발명의 실시에 포함시키기에 적합한 많은 상이한 조합을 인식할 것이다.
예상되는 설명된 발명의 특정 변형은 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다:
실리콘 기반 센서 전기 연결부를 전자 감응 표면의 반대편에 있는 센서(610)의 센서 표면에 라우팅. 이는 관통 실리콘 비아를 도입하거나 센서의 측면에 걸쳐 전기 연결부를 둘러쌈으로써 달성될 수 있다.
실리콘 기반 전자 감응 이미지 센서 조립체의 표면, 예를 들어 애노드 조립체의 표면에 유전체 레이어를 추가.
포토캐소드 윈도우 조립체를 통한 다중 전도성 트레이스의 사용.
미국 특허 제8,698,925호에 설명된 바와 같이 전자 후방 산란 이미지 아티팩트(electron-backscatter image artifacts)를 제어하기 위한 전자 콜리메이터(collimator)의 도입.
도 6은 도 1a의 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서의 구체예를 갖는 야간 비전 디바이스(602)를 도시한다. 배터리를 포함할 수 있는 전원(608)은 다양한 구성 요소에 전력을 제공한다. 야간 비전 디바이스(602) 외부의 장면으로부터의 광(광자)은 광학 조립체(612)에 의해 이미지 센서(610)에 초점이 맞춰진다. 광학 조립체(612)는 거울, 렌즈, 또는 디바이스 요구 사항에 맞게 쉽게 고안된 조합을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 프로세서(606)는 이미지 센서(610)로부터 입력 이미지 데이터를 판독하고, 데이터를 처리하고, 사용자가 볼 수 있도록 뷰스크린이라고도 하는 디스플레이(604)에 출력 이미지 데이터를 전송한다.
도 7은 도 1a의 컴팩트 근접 초점 진공 이미지 센서의 구체예를 갖는 저조도 카메라(702)를 도시한다. 저조도 카메라가 야간 비전 디바이스(602)와 공유하는 몇 가지 유사점이 있다. 배터리를 포함할 수 있는 전원(608)은 다양한 구성요소에 전력을 제공한다. 저조도 카메라(702) 외부의 장면으로부터의 광(광자)은 광학 조립체(612)에 의해 이미지 센서(610)에 초점이 맞춰진다. 광학 조립체(612)는 거울, 렌즈 또는 디바이스 요구 사항에 맞게 쉽게 고안된 조합을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 프로세서(606)는 이미지 센서(610)로부터 입력 이미지 데이터를 판독하고, 데이터를 처리하고, 디지털 이미지 또는 디지털 사진으로 기록하기 위해 출력 이미지 데이터를 메모리(606)(예를 들어, 이동식 매체일 수 있는 저장 메모리)로, 사용자가 보기 위해 디스플레이(604)로 전송한다. 하나의 변형에서, 디스플레이(604)는 생략되고 저조도 카메라는 장면과의 시각적 정렬을 위해 케이스 외부에 부착된 한 쌍의 직사각형 윤곽 프레임과 같은 조준 장치를 대신 장착한다. 추가 변형에서, 광학 조립체(612)는 생략되고, 디바이스는 교체 가능할 수 있는 광학 조립체(612), 예를 들어 카메라 장비용 교환 가능 렌즈에 부착하기 위한 카메라 몸체로서 구현된다. 추가 변형에서, 광학 조립체(612) 및 디스플레이(604)가 생략되고, 장치는 천문학용 망원경 광학에 부착하기 위한 이미징 조립체로서 구현되며, 외부 디스플레이 또는 보다 진보된 이미지 처리를 위한 컴퓨터에 대한 연결로 구현된다.
다음 설명은 다양한 구체예에 관한 것이며, 장치 또는 디바이스, 및 장치 또는 디바이스를 제조하는 방법을 포함한다.
구현예(statement) 1. 진공 근접 초점 이미지 센서로서,
하나 또는 그 초과의 융기 피쳐 및 포토캐소드 레이어를 구비한 면을 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하는 가단성 금속 시일로서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 규정된 갭 높이만큼 분리하는 진공 갭을 형성하는, 가단성 금속 시일;
전압 바이어스를 위한, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
전압 바이어스를 위한, 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 2. 구현예 1에 있어서, 상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 3. 구현예 1에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부는 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부는 상기 진공 갭 외부에 있도록 형성되는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 4. 구현예 1에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 5. 구현예 1에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 6. 구현예 1에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 7. 구현예 1에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판은 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 8. 구현예 1에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판은 후면 박형 CCD 이미지 센서를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 9. 구현예 1에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 상기 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 10. 구현예 1에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 11. 구현예 1에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 12. 진공 근접 초점 이미지 센서로서,
포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하여 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리시키는 진공 갭을 형성하는 가단성 금속 시일로서, 상기 진공 갭은 상기 가단성 금속 시일의 두께로 규정되는 갭 높이를 갖는, 가단성 금속 시일;
전압 바이어스를 위한, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
전압 바이어스를 위한, 상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 13. 구현예 12에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어를 갖는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장하는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고;
상기 가단성 금속 시일의 두께는 정밀 공차로 상기 진공 갭을 특정하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 14. 구현예 12에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부는 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부는 상기 진공 갭 외부에 있도록 형성되는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 15. 구현예 12에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 16. 구현예 12에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 17. 구현예 12에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 18. 구현예 12에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 상기 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 19. 구현예 12에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
구현예 20. 이미지 센서로서,
포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하는 가단성 금속 시일로서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성하는, 가단성 금속 시일;
포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하고,
상기 제 1 전기 연결부 및 상기 제 2 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어 및 상기 전자 감응성 표면의 전압 바이어스를 위한 것인, 이미지 센서.
구현예 21. 구현예 20에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장하는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고;
상기 가단성 금속 시일의 두께는 정밀 공차로 진공 갭을 특정하는, 이미지 센서.
구현예 22. 구현예 20에 있어서,
상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 갖는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면을 더 포함하는, 이미지 센서.
구현예 23. 구현예 20에 있어서,
상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면 상의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 이미지 센서.
구현예 24. 구현예 20에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있는, 이미지 센서.
구현예 25. 구현예 20에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 이미지 센서.
구현예 26. 구현예 20에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 이미지 센서.
구현예 27. 구현예 20에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 이미지 센서.
구현예 28. 구현예 20에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 상기 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 이미지 센서.
구현예 29. 구현예 20에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 비화갈륨(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 이미지 센서.
구현예 30. 야간 비전 디바이스로서,
뷰스크린;
하나 또는 그 초과의 프로세서; 및
이미지 센서를 포함하고,
상기 이미지 센서는
포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하는 가단성 금속 시일로서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성하는, 가단성 금속 시일;
포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하고,
상기 제 1 전기 연결부 및 상기 제 2 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어 및 상기 전자 감응성 표면의 전압 바이어스를 위한 것인, 야간 비전 디바이스.
구현예 31. 구현예 30에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 갖는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장하는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고,
상기 가단성 금속 시일의 두께는 정밀 공차로 진공 갭을 특정하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 32. 구현예 30에 있어서,
진공 갭의 갭 높이를 규정하는 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체의 면을 더 포함하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 33. 구현예 30에 있어서,
상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면 상의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐로서, 상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐는 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 더 포함하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 34. 구현예 30에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있도록 형성되는, 야간 비전 디바이스.
구현예 35. 구현예 30에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 상기 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 36. 구현예 30에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 37. 구현예 30에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 38. 구현예 30에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 상기 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 39. 구현예 30에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 야간 비전 디바이스.
구현예 40. 진공 근접 초점 이미지 센서를 제조하는 방법으로서,
하나 또는 그 초과의 융기 피쳐 및 포토캐소드 레이어를 구비한 면을 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체를 형성하는 단계;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체를 형성하는 단계;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 가단성 금속 시일로 서로 본딩하는 단계;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 규정되는 갭 높이만큼 분리하는 진공 갭을 형성하는 단계;
전압 바이어스를 위한, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계; 및
전압 바이어스를 위한, 상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 41. 구현예 40에 있어서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 형성하는 단계는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체형인 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 42. 구현예 40에 있어서,
상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있도록, 가단성 금속 시일을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 43. 구현예 40에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 45. 구현예 40에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계는 KovarTM 와이어를 사용하여 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 46. 구현예 40에 있어서, 인듐을 포함하는 가단성 금속 시일을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 47. 구현예 40에 있어서,
후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서로서 상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 48. 구현예 40에 있어서,
후면 박형 CCD 이미지 센서로서 상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 49. 구현예 40에 있어서,
광전자 충돌(photoelectron strikes)의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저로서 상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 50. 구현예 40에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 유리 본딩된, 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드로서 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 51. 구현예 40에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어로서 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 52. 진공 근접 초점 이미지 센서를 제조하는 방법으로서,
포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체를 형성하는 단계;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체를 형성하는 단계;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하는 가단성 금속 시일을 형성하는 단계;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성하는 단계로서, 상기 진공 갭은 가단성 금속 시일의 두께에 의해 규정되는 갭 높이를 갖는, 단계;
전압 바이어스를 위한, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계; 및
전압 바이어스를 위한, 상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 53. 구현예 52에 있어서,
진공 갭을 형성하기 위해 정밀 공차를 사용하는 단계로서, 상기 포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체가 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장되는 평면 포토캐소드 표면을 포함하고, 상기 가단성 금속 시일의 두께가 정밀 공차로 상기 진공 갭을 특정하는, 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 54. 구현예 52에 있어서, 상기 가단성 금속 시일을 형성하는 단계는:
상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있도록 상기 가단성 금속 시일을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 55. 구현예 52에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계는,
상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 56. 구현예 52에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계는:
KovarTM 와이어를 사용하여 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 57. 구현예 52에 있어서, 상기 가단성 금속 시일을 형성하는 단계는:
인듐을 포함하는 상기 가단성 금속 시일을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 58. 구현예 52에 있어서,
광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서로서 상기 전자 감응성 표면을 갖는 상기 실리콘 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 59. 구현예 52에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어로 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
구현예 60. 이미지 센서를 제조하는 방법으로서,
상기 포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체를 형성하는 단계;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체를 형성하는 단계;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 가단성 금속 시일로 서로 본딩하는 단계;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 상기 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리시키는 진공 갭을 형성하는 단계;
상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계; 및
상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 전기 연결부 및 상기 제 2 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어 및 상기 전자 감응성 표면의 전압 바이어스를 위한 것인, 이미지 센서를 제조하는 방법.
구현예 61. 구현예 60에 있어서,
상기 진공 갭을 형성하는 단계는 정밀 공차를 사용하고,
상기 포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체는 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장하는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고,
상기 가단성 금속 시일의 두께는 상기 정밀 공차로 진공 갭을 특정하는, 이미지 센서를 제조하는 방법.
구현예 62. 구현예 60에 있어서, 상기 진공 갭을 형성하는 단계는 상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 갖는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면에 의존하는(rely on), 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 63. 구현예 60에 있어서, 상기 진공 갭을 형성하는 단계는 상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면에 있는 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의존하고, 상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐가 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 64. 구현예 60에 있어서,
상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면 상에 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 형성하고, 상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 65. 구현예 60에 있어서, 상기 가단성 금속 시일을 형성하는 단계는,
상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있도록, 상기 가단성 금속 시일을 형성하는 단계를 포함하는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 66. 구현예 60에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계는,
상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 형성하는 단계를 포함하는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 67. 구현예 60에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계는,
KovarTM 와이어를 사용하여 상기 제 1 전기 연결부를 형성하는 단계를 포함하는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 68. 구현예 60에 있어서,
인듐을 포함하는 가단성 금속 시일을 형성하는 단계를 더 포함하는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 69. 구현예 60에 있어서,
광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서로서 상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 70. 구현예 60에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어로 형성하는 단계를 더 포함하는, 이미지 센서의 제조 방법.
구현예 71. 야간 비전 디바이스의 제조 방법으로서,
이미지 센서를 제공하는 단계; 및
상기 야간 비전 디바이스를 형성하기 위해 뷰스크린, 하나 또는 그 초과의 프로세서, 및 이미지 센서를 조립하는 단계로서, 상기 이미지 센서는:
포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하여 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리시키는 진공 갭을 형성하는 가단성 금속 시일;
상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하고,
상기 제 1 전기 연결부 및 상기 제 2 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어 및 상기 전자 감응성 표면의 전압 바이어스를 위한 것인, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 72. 구현예 71에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장하는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고;
상기 가단성 금속 시일의 두께는 정밀 공차로 진공 갭을 특정하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 73. 구현예 71에 있어서,
상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 단계를 더 포함하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 74. 구현예 71에 있어서,
상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면 상의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 단계로서, 상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 단계를 더 포함하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 75. 구현예 71에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은, 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부는 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부는 상기 진공 갭 외부에 있도록, 형성되는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 76. 구현예 71에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 77. 구현예 71에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 78. 구현예 71에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 79. 구현예 71에 있어서, 상기 실리콘 기판은 상기 전자 감응성 표면을 갖는 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 80. 구현예 71에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 야간 비전 디바이스의 제조 방법.
구현예 81. 저조도 카메라로서,
광학 조립체;
하나 또는 그 초과의 프로세서; 및
이미지 센서를 포함하고,
상기 이미지 센서는:
포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하여 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리시키는 진공 갭을 형성하는, 가단성 금속 시일;
포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하고,
상기 제 1 전기 연결부 및 상기 제 2 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어 및 상기 전자 감응성 표면의 전압 바이어스를 위한 것인, 저조도 카메라.
구현예 82. 구현예 81에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장되는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고;
상기 가단성 금속 시일의 두께는 정밀 공차로 상기 진공 갭을 특정하는, 저조도 카메라.
구현예 83. 구현예 81에 있어서,
상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 갖는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면을 더 포함하는, 저조도 카메라.
구현예 84. 구현예 81에 있어서,
상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면 상의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐로서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐를 더 포함하는, 저조도 카메라.
구현예 85. 구현예 81에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은, 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부는 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있도록, 형성되는, 저조도 카메라.
구현예 86. 구현예 81에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 저조도 카메라.
구현예 87. 구현예 81에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 저조도 카메라.
구현예 88. 구현예 81에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 저조도 카메라.
구현예 89. 구현예 81에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 상기 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 저조도 카메라.
구현예 90. 구현예 81에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 저조도 카메라.
구현예 91. 저조도 카메라의 제조 방법으로서,
이미지 센서를 제공하는 단계; 및
저조도 카메라를 형성하기 위해 광학 조립체, 하나 또는 그 초과의 프로세서 및 이미지 센서를 조립하는 단계를 포함하고,
상기 이미지 센서는:
포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하는 가단성 금속 시일로서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성하는, 가단성 금속 시일;
포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하고,
상기 제 1 전기 연결부 및 상기 제 2 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어 및 상기 전자 감응성 표면의 전압 바이어스를 위한 것인, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 92. 구현예 91에 있어서,
상기 포토캐소드 레이어를 갖는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장하는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고;
상기 가단성 금속 시일의 두께는 정밀 공차로 상기 진공 갭을 특정하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 93. 구현예 91에 있어서,
상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 단계를 더 포함하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 94. 구현예 91에 있어서,
상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면 상의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 상기 진공 갭의 갭 높이를 규정하는 단계로서, 상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐는 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 단계를 더 포함하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 95. 구현예 91에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은, 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부는 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부는 상기 진공 갭 외부에 있도록, 형성되는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 96. 구현예 91에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 97. 구현예 91에 있어서, 상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 98. 구현예 91에 있어서, 상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 99. 구현예 91에 있어서, 상기 전자 감응성 표면을 갖는 상기 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서, 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
구현예 100. 구현예 91에 있어서, 상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 저조도 카메라의 제조 방법.
전술한 설명은 설명을 위해 특정 구체예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 상기 예시적인 논의는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하거나 철저하게 하기 위한 것이 아니다. 상기 교시의 관점에서 많은 수정 및 변형이 가능하다. 구체예는 구체예의 원리 및 그 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었으며, 이에 따라 당업자가 고려되는 특정 용도에 적합할 수 있는 구체예 및 다양한 수정을 가장 잘 활용할 수 있다. 따라서, 본 구체예들은 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적이지 않으며, 본 발명은 여기에 제공된 세부사항에 제한되지 않고 첨부된 청구범위의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수 있다.

Claims (20)

  1. 진공 근접 초점 이미지 센서로서,
    하나 또는 그 초과의 융기 피쳐 및 포토캐소드 레이어를 구비한 면을 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
    전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
    상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하는 가단성 금속 시일로서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐에 의해 규정된 갭 높이만큼 분리하는 진공 갭을 형성하는, 가단성 금속 시일;
    전압 바이어스를 위한, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
    전압 바이어스를 위한, 상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 융기 피쳐는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 면의 하나 또는 그 초과의 재료와 일체화되어 형성되는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가단성 금속 시일은, 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있도록, 형성되는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판은 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판은 후면 박형 CCD 이미지 센서를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된, 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(thermally assisted negative affinity photocathode;TANEA), 투과 모드 포토캐소드를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토캐소드 레이어는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  12. 진공 근접 초점 이미지 센서로서,
    포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
    전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
    상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하며, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성하는 가단성 금속 시일로서, 상기 진공 갭은 상기 가단성 금속 시일의 두께로 규정되는 갭 높이를 갖는, 가단성 금속 시일;
    전압 바이어스를 위한, 상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
    전압 바이어스를 위한, 상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 포토캐소드 레이어를 갖는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체는 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 에지로 연장하는 평면형 포토캐소드 표면을 포함하고;
    상기 가단성 금속 시일의 두께는 정밀 공차(precision tolerancing)로 상기 진공 갭을 특정하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 가단성 금속 시일은, 상기 제 1 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 포토캐소드 레이어에 있고, 상기 제 1 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 상기 진공 갭 외부에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 1 단부가 상기 전자 감응성 표면에 있고, 상기 제 2 전기 연결부의 제 2 단부가 상기 진공 갭 외부에 있도록 형성되는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어의 전위를 특정하기 위해 상기 포토캐소드 윈도우 조립체를 통과하는 전기 전도성 경로를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 연결부는 KovarTM 와이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 가단성 금속 시일은 인듐을 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판은 광전자 충돌의 도달 시간을 기록하도록 배열된 CMOS 이미저, 후면 박형 CCD 이미지 센서 또는 후면 박형 CMOS 액티브 픽셀 센서를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 포토캐소드 레이어는 유리 본딩된, 열적 보조 네거티브 친화성 포토캐소드(TANEA), 투과 모드 포토캐소드 또는 갈륨 비소(GaAs) 흡수체 레이어를 포함하는, 진공 근접 초점 이미지 센서.
  20. 이미지 센서로서,
    포토캐소드 레이어를 갖는 포토캐소드 윈도우 조립체;
    전자 감응성 표면을 갖는 실리콘 기판을 포함하는 애노드 조립체;
    상기 포토캐소드 윈도우 조립체와 상기 실리콘 기판을 서로 본딩하는 가단성 금속 시일로서, 상기 포토캐소드 윈도우 조립체의 포토캐소드 레이어와 상기 애노드 조립체의 실리콘 기판의 전자 감응성 표면을 분리하는 진공 갭을 형성하는, 가단성 금속 시일;
    상기 포토캐소드 레이어에 대한 제 1 전기 연결부; 및
    상기 전자 감응성 표면에 대한 제 2 전기 연결부를 포함하고,
    상기 제 1 전기 연결부 및 상기 제 2 전기 연결부는 상기 포토캐소드 레이어 및 상기 전자 감응성 표면의 전압 바이어스를 위한 것인, 이미지 센서.
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