KR20230054564A - 장파 적외선 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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이병규
김진명
송병권
양유성
이두현
주혁
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Abstract

장파 적외선 센서는 기판, 기판 상의 자기 저항 소자, 및 자기 저항 소자 상의 LWIR 흡수층을 포함하되, 자기 저항 소자는 온도에 따라 저항이 변하도록 구성되고, LWIR 흡수층은 장파 적외선을 흡수하여 열을 생성하도록 구성된다.

Description

장파 적외선 센서 및 이를 포함하는 전자 장치{LONG-WAVE INFRARED SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 개시는 장파 적외선 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
장파 적외선(Long Wave InfraRed, LWIR) 센서의 종류로 양자형(Quantum type)과 열형(Thermal Type)이 있다. 양자형 센서는 반도체 재료의 광전도 현상을 이용한 것이며, 양자 효율이 우수하고 매우 낮은 온도에서 동작하므로 열적 잡음이 작아 탐지도(Detectiveity) 및 잡음온도분해능(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)특성이 우수하다. 하지만 에너지갭에 따라서 적외선에 반응하는 영역이 정해져 있으며, 동작온도가 액체질소(77K) 온도 근처이며, 이를 위하여 반드시 진공을 유지해야 한다는 단점이 있다. 양자형 센서는 가격이 매우 높아 민수용보다는 군사용으로 주로 사용한다.
열형 센서는 구동원리와 물질에 따라서 여러 종류가 있다. 예를 들어, 볼로미터(Bolometer) 센서는 온도에 따라서 재료의 저항이 변하는 원리를 이용한 것이고, 초전체(Pyroelectrics)와 강유전체(Ferroelectrics) 센서는 온도에 따라서 재료의 분극의 변화를 이용한 것이며, 서모파일(Thermopile) 센서는 온도에 따라 기전력의 변화를 이용한 것이다. 바이메탈(Bimetal) 센서는 온도에 따른 길이의 변화를 이용한 것이다.
해결하고자 하는 과제는 소형화된 장파 적외선 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 일반적인 반도체 공정과의 호환성이 우수하고, 제조 공정의 난이도가 낮으며, 제조 시간 및 제조 비용이 절감될 수 있는 장파 적외선 센서의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
다만, 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
일 측면에 있어서, 기판; 상기 기판 상의 자기 저항 소자; 및 상기 자기 저항 소자 상의 LWIR 흡수층;을 포함하되, 상기 자기 저항 소자는 온도에 따라 저항이 변하도록 구성되고, 상기 LWIR 흡수층은 장파 적외선을 흡수하여 열을 생성하도록 구성되는 장파 적외선 센서가 제공될 수 있다.
상기 자기 저항 소자는: 제1 자성층; 상기 제1 자성층 상의 제2 자성층; 및
상기 제1 자성층과 상기 제2 자성층 사이의 터널링 배리어 층;을 포함할 수 있다.
상기 자기 저항 소자의 열적 안정성(Thermal Stability)은 10보다 작을 수 있다.
상기 자기 저항 소자의 폭은 1 나노미터 내지 100 나노미터일 수 있다.
상기 기판과 상기 자기 저항 소자 사이에 제공되는 반사층;을 더 포함할 수 있다.
상기 자기 저항 소자의 측면을 둘러싸는 절연층;을 더 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 제공되는 투과 캡;을 더 포함하되, 상기 투과 캡은 상기 자기 저항 소자 및 상기 LWIR 흡수층을 덮도록 구성될 수 있다.
상기 투과 캡에 의해 둘러싸인 영역의 기압은 상기 투과 캡 외부의 기압보다 낮을 수 있다.
상기 투과 캡은 장파 적외선을 선택적으로 투과하도록 구성될 수 있다.
상기 투과 캡에 대해 상기 LWIR 흡수층의 반대편에 배치되는 집속 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
상기 집속 렌즈는 장파 적외선을 선택적으로 투과하도록 구성될 수 있다.
일 측면에 있어서, 복수의 로우들 및 복수의 컬럼들로 배열되는 복수의 픽셀들;을 포함하되, 복수의 픽셀들의 각각은, 기판, 상기 기판 상의 자기 저항 소자, 및 상기 자기 저항 소자 상의 LWIR 흡수층을 포함하되, 상기 자기 저항 소자는 온도에 따라 저항이 변하도록 구성되고, 상기 LWIR 흡수층은 장파 적외선을 흡수하여 열을 방출하도록 구성될 수 있다.
상기 자기 저항 소자는, 제1 자성층, 상기 제1 자성층 상의 제2 자성층, 및 상기 제1 자성층과 상기 제2 자성층 사이의 터널링 배리어 층을 포함할 수 있다.
상기 자기 저항 소자의 열적 안정성(Thermal Stability)은 10보다 작을 수 있다.
상기 복수의 픽셀들은 복수의 투과 캡들을 각각 더 포함하고, 상기 복수의 투과 캡들의 각각은, 상기 자기 저항 소자 및 상기 LWIR 흡수층을 덮도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 투과 캡들에 의해 둘러싸인 영역들의 기압은 상기 복수의 투과 캡들 외부의 기압보다 낮을 수 있다.
상기 복수의 픽셀들은 복수의 집속 렌즈들을 각각 더 포함하고, 상기 복수의 집속 렌즈들은 복수의 투과 캡들과 각각 마주할 수 있다.
상기 복수의 픽셀들은 복수의 반사층들을 각각 더 포함하고, 상기 복수의 반사층들의 각각은 상기 기판과 상기 자기 저항 소자 사이에 제공될 수 있다.
상기 복수의 픽셀들의 각각에서 상기 자기 저항 소자는 하나 또는 복수 개로 제공될 수 있다.
일 측면에 있어서, 장파 적외선 센서; 및 프로세서;를 포함하되, 상기 장파 적외선 센서는, 기판, 상기 기판 상의 자기 저항 소자, 및 상기 자기 저항 소자 상의 LWIR 흡수층을 포함하고, 상기 자기 저항 소자는 온도에 따라 저항이 변하도록 구성되고, 상기 LWIR 흡수층은 장파 적외선을 흡수하여 열을 방출하도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 장파 적외선 센서로부터 감지 신호를 수신하고, 상기 감지 신호를 처리하는 전자 장치가 제공될 수 있다.
본 개시는 소형화된 장파 적외선 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공할 수 있다.
본 개시는 일반적인 반도체 공정과의 호환성이 우수하고, 제조 공정의 난이도가 낮으며, 제조 시간 및 제조 비용이 절감될 수 있는 장파 적외선 센서의 제조 방법을 제공할 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 사시도이다.
도 2는 도 1의 장파 적외선 센서의 단면도이다.
도 3은 도 1의 장파 적외선 센서가 장파 적외선을 감지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 장파 적외선 감지 방법을 설명하기 위한 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도들이다.
도 7 내지 도 9는 도 1의 장파 적외선 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도들이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 장파 적외선 센서의 사시도이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 개략적인 블록도이다.
도 15는 장파 적외선 센서를 포함하는 전자 장치의 일 예를 나타내는 블록도다.
도 16은 도 15의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 17 내지 도 26은 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서가 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
이하에서, 'a, b, 및 c 중 적어도 하나'는 '오직 a', '오직 b', '오직 c', 'a와 b', 'a와 c', 'b와 c', 또는 'a, b, 및 c'를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 사시도이다. 도 2는 도 1의 장파 적외선 센서의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)은 서로 직교할 수 있다. 기판(100)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 실리콘(Si), 저마늄(Ge), 또는 실리콘저마늄(SiGe)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 전자 소자들 및 배선들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 장파 적외선 센서(11)를 제어하는 판독 집적 회로(Readout Integrated Circuit, ROIC) 기판일 수 있다. 전자 소자들 및 배선들은 후술되는 자기 저항 소자(400)에 전압 또는 전류를 인가하고, 자기 저항 소자(400)의 저항 변화 신호를 장파 적외선 센서(11) 외부의 프로세서(미도시)에 전달할 수 있다.
기판(100) 상에 패시베이션 막(110)이 제공될 수 있다. 패시베이션 막(110)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 막(110)은 산화물, 질화물, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 막(110)은 SiO2, Al2O3, HfO2 및 SixNy 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기판(100) 상에 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)가 제공될 수 있다. 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)는 패시베이션 막(110)을 관통하여 기판(100)에 접할 수 있다. 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)는 기판(100)에 실장된 서로 다른 배선들과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)는 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)은 티타늄 질화막(TiN), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
패시베이션 막(110) 상에 하부 절연층(210)이 제공될 수 있다. 하부 절연층(210)은 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)를 덮을 수 있다. 하부 절연층(210)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 절연층(210)은 산화물, 질화물, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 막(110)은 SiO2, Al2O3, HfO2 및 SixNy 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하부 절연층(210)의 두께는 0.5 내지 1 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
하부 절연층(210) 상에 자기 저항 소자(400)가 제공될 수 있다. 자기 저항 소자(400)는 온도에 따라 변하는 저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 자기 저항 소자(400)의 온도가 높아질수록 자기 저항 소자(400)의 저항은 낮아질 수 있다. 예를 들어, 자기 저항 소자는 TMR(Tunnel Magnetoresistance) 소자, GMR(Giant Magnetoresistance) 소자, 또는 SOT(spin-orbit torque) 소자를 포함할 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 폭(W)은 1 나노미터(nm) 이상일 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 폭(W)이 1 나노미터(nm)보다 작은 경우, 물질의 고유 특성이 상실될 수 있으며, 공정 난이도가 증가할 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 면적은 100 nm X 100 nm 이하일 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 면적이 크면 자기 저항 소자(400)를 관통하는 검출 전류의 크기가 증가하고, 이에 따라 자기 저항 소자(400)에서 줄열이 발생할 수 있다. 자기 저항 소자(400)에서 발생하는 줄열은 장파 적외선 센서(11)의 센싱 정밀도를 낮추는 요인이 될 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 면적이 100 nm X 100 nm 보다 큰 경우, 자기 저항 소자(400)에서 발생하는 줄열의 제어가 어려울 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 제1 방향(DR1) 또는 제2 방향(DR2)을 따르는 폭은 100 나노미터(nm) 이하일 수 있다. 예를 들어, 자기 저항 소자(400)가 정사각 기둥 형상을 갖는 경우, 자기 저항 소자(400)의 폭(W)은 100 나노미터(nm) 이하일 수 있다. 예를 들어, 자기 저항 소자(400) 경우, 원 기둥 형상을 갖는 경우, 자기 저항 소자(400)의 직경은 100 나노미터(nm)보다 이하일 수 있다. 자기 저항 소자(400)는 낮은 열적 안정성(Thermal Stability)를 가질 수 있다. 예를 들어, 자기 저항 소자(400)의 열적 안정성은 10 미만일 수 있다.
자기 저항 소자(400)는 제1 자성층(410), 제2 자성층(430), 및 터널링 배리어 층(420)을 포함할 수 있다. 제1 자성층(410), 제2 자성층(430), 및 터널링 배리어 층(420)은 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction, 이하 MTJ)으로 지칭될 수 있다. 제1 자성층(410), 터널링 배리어 층(420), 및 제2 자성층(430)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)과 교차하는 제3 방향(DR3)을 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 제3 방향(DR3)은 기판(100)의 상면에 수직할 수 있다. 제1 자성층(410) 및 제2 자성층(430)은 수평 자화 방향 또는 수직 자화 방향을 가질 수 있다. 수평 자화 방향은 기판(100)의 상면에 평행한 자화 방향을 지칭할 수 있다. 수직 자화 방향은 기판(100)의 상면에 수직한 자화 방향을 지칭할 수 있다. 제1 자성층(410)은 고정된 자화 방향을 갖는 고정층(pinned layer)일 수 있다. 제2 자성층(430)은 제1 자성층(410)의 자화 방향과 평행한(parallel) 또는 반평행한(anti-parallel) 방향으로 변경될 수 있는 자화 방향을 갖는 자유층(free layer)일 수 있다. 본 명세서에서, 제2 자성층(430)의 자화 방향이 제1 자성층(410)의 자화 방향과 평행한 상태 및 반평행한 상태는 각각 '평행 상태' 및 '반평행 상태'로 지칭된다.
일 예에서, 제1 자성층(410)은 기판(100)의 상면에 평행한 일 방향으로 고정된 수평 자화 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 자성층(410)은 제1 방향(DR1)으로 고정된 자화 방향을 가질 수 있다. 제1 자성층(410)은 강자성 물질(ferromagnetic material)을 포함할 수 있다. 일 예에서, 제1 자성층(410)은 자성을 갖는 Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 자성층(410)은 코발트철붕소(CoFeB), 코발트철(CoFe), 니켈철(NiFe), 코발트철백금(CoFePt), 코발트철팔라듐(CoFePd), 코발트철크롬(CoFeCr), 코발트철터븀(CoFeTb), 코발트철가돌리늄(CoFeGd), 및 코발트철니켈(CoFeNi) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 자성층(410)의 두께는 1 마이크로미터(㎛) 이하일 수 있다.
일 예에서, 제1 자성층(410)은 기판(100)의 상면에 수직한 일 방향으로 고정된 수직 자화 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 자성층(410)은 제3 방향(DR3)으로 고정된 자화 방향을 가질 수 있다. 제1 자성층(410)은 수직 자성 물질(CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy 등), L10 구조를 갖는 수직 자성 물질(L10 구조의 FePt, L10 구조의 FePd, L10 구조의 CoPd 및 L10 구조의 CoPt 등), 조밀 육방 격자(Hexagonal Close Packed Lattice) 구조의 CoPt 합금, 및 수직 자성 구조체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수직 자성 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 자성패턴들 및 비자성패턴들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수직 자성 구조체는 (Co/Pt)n 적층 구조체, (CoFe/Pt)n 적층 구조체, (CoFe/Pd)n 적층 구조체, (Co/Pd)n 적층 구조체, (Co/N)n 적층 구조체, (Co/Ni)n 적층 구조체, (CoNi/Pt)n 적층 구조체, (CoCr/Pt)n 적층 구조체, (CoCr/Pd)n 적층 구조체(n은 자연수) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 자성층(410)의 두께는 1 마이크로미터(㎛) 이하일 수 있다.
제2 자성층(430)은 제1 자성층(410) 상에 제공될 수 있다. 제2 자성층(430)은 온도에 따라 변경 가능한 자화 방향을 가질 수 있다. 제1 자성층(410)이 수평 자화 방향을 갖는 경우, 제2 자성층(430)은 기판(100)의 상면에 평행한 자화 방향을 가질 수 있다. 제2 자성층(420)이 수직 자화 방향을 갖는 경우, 제2 자성층(430)은 기판(100)의 상면에 수직한 자화 방향을 가질 수 있다. 제2 자성층(430)은 자성을 갖는 Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 자성층(430)은 코발트철붕소(CoFeB), 코발트철(CoFe), 니켈철(NiFe), 코발트철백금(CoFePt), 코발트철팔라듐(CoFePd), 코발트철크롬(CoFeCr), 코발트철터븀(CoFeTb), 코발트철가돌리늄(CoFeGd), 및 코발트철니켈(CoFeNi) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 자성층(420)의 두께는 1 마이크로미터(㎛) 이하일 수 있다.
터널링 배리어 층(420)은 제1 자성층(410) 및 제2 자성층(430) 사이에 개재될 수 있다. 터널링 배리어 층(420)은 비자성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터널링 배리어 층(420)은 금속 산화물(산화알루미늄(Aluminum oxide), 산화마그네슘(Magnesium oxide), 산화티타늄(Titanium oxide), 산화마그네슘아연(Magnesium-zinc oxide) 산화마그네슘붕소(magnesium-boron oxide) 등), 그래핀, 및 비자성 금속 물질(구리(Cu), 루테늄(Ru), 또는 탄탈륨(Ta) 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예에서, 제1 자성층(410), 터널링 배리어 층(420), 및 제2 자성층(430)은 각각 CoFeB층, MgO층, 및 CoFeB층일 수 있다. 터널링 배리어 층(420)의 두께는 열이 자기 저항 소자(400)에 충분히 머무르되, 전자가 터널링 배리어 층(420)을 터널링할 수 있도록 결정될 수 있다. 터널링 배리어 층(420)의 두께는 100 나노미터(nm) 이하일 수 있다. 예를 들어, 터널링 배리어 층(420)의 두께는 1 나노미터(nm) 내지 10 나노미터(nm)일 수 있다. 터널링 배리어 층(420)의 두께가 너무 얇으면, 열이 자기 저항 소자(400)에 요구되는 시간만큼 머무르지 못 할 수 있다. 터널링 배리어 층(420)의 두께가 너무 두꺼우면, 전자가 터널링 배리어 층(420)을 터널링하기 어려울 수 있다.
일 예에서, 자기 저항 소자(11)는 다양한 목적을 위한 추가적인 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열이 자기 저항 소자(11)에 충분히 머무르도록 하기 위해 낮은 열 전도율을 갖는 열 전도 제어층(예를 들어, 산화물 계열층, Al2O3층, SiO2층, TiO2층) 및 제1 자성층(410)의 자화 방향 고정 효과를 더 강화하기 위한 층(예를 들어, 반자성 물질(예를 들어, PtMn 또는 IrMn)을 포함하는 층)을 더 포함할 수 있다. 제1 자성층(410)의 자화 방향 고정 효과를 더 강화하기 위한 층은 제1 자성층(410)과 후술되는 제1 도전 라인(314) 사이에 제공될 수 있다.
하부 절연층(210) 상에 제1 도전 라인(314)이 제공될 수 있다. 제1 도전 라인(314)은 하부 절연층(210)의 상면을 따라 연장할 수 있다. 제1 도전 라인(314)은 자기 저항 소자(400) 및 하부 절연층(210) 사이의 영역으로부터 제1 패드(122)와 제3 방향(DR3)을 따라 중첩하는 영역으로 연장할 수 있다. 제1 도전 라인(314)이 제1 방향(DR1)을 따라 연장하는 것으로 도시되었으나, 이는 한정적인 것이 아니다. 제1 도전 라인(314)의 연장 방향 또는 형상은 자기 저항 소자(400)와 제1 패드(122)의 상대적인 위치에 따라 결정될 수 있다. 제1 도전 라인(314)은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전 라인(314)은 티타늄 질화막(TiN), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 니켈크롬(NiCr) 합금, 구리(Cu), 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 도전 라인(314)은 자기 저항 소자(400)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전 라인(314)은 제1 자성층(410)에 직접 접할 수 있다. 일 예에서, 제1 자성층(410)과 하부 절연층(210) 사이에 제1 전극(미도시)이 개재되고, 제1 도전 라인(314)은 제1 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 도전 라인(314)과 제1 패드(122) 사이에 제1 비아(312)가 제공될 수 있다. 제1 비아(312)는 하부 절연층(210)을 관통할 수 있다. 예를 들어, 제1 비아(312)는 제3 방향(DR3)을 따라 연장할 수 있다. 제1 비아(312)는 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 비아(312)는 티타늄 질화막(TiN), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 니켈크롬(NiCr) 합금, 구리(Cu), 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 비아(312)는 제1 패드(122)와 제1 도전 라인(314)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 비아(312)는 제1 패드(122)와 제1 도전 라인(314)에 직접 접할 수 있다.
하부 절연층(210) 상에 상부 절연층(220)이 제공될 수 있다. 상부 절연층(220)은 자기 저항 소자(400)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 상부 절연층(220)의 두께는 0.1 마이크로미터(㎛) 이하일 수 있다. 일 예에서, 상부 절연층(220)의 두께는 자기 저항 소자(400)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 상부 절연층(220)은 열이 자기 저항 소자(400)로부터 지나치게 빨리 방출되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해, 상부 절연층(220)은 열이 자기 저항 소자(400)에 충분히 머무르도록 구성될 수 있다. 상부 절연층(220)은 자기 저항 소자(400)의 상부를 노출할 수 있다. 일 예에서, 상부 절연층(220)의 상면은 자기 저항 소자(400)의 상면과 공면을 이룰 수 있다. 상부 절연층(220)은 제1 도전 라인(314)을 덮을 수 있다. 상부 절연층(220)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 절연층(220)은 산화물, 질화물, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 막(110)은 SiO2, Al2O3, HfO2 및 SixNy 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상부 절연층(220) 상에 제2 도전 라인(316)이 제공될 수 있다. 제2 도전 라인(316)은 상부 절연층(220)의 상면을 따라 연장할 수 있다. 제2 도전 라인(316)은 자기 저항 소자(400) 상의 영역으로부터 제2 패드(124)와 제3 방향(DR3)을 따라 중첩하는 영역으로 연장할 수 있다. 제2 도전 라인(316)이 제1 방향(DR1)을 따라 연장하는 것으로 도시되었으나, 이는 한정적인 것이 아니다. 제2 도전 라인(316)의 연장 방향 또는 형상은 자기 저항 소자(400)와 제2 패드(124)의 상대적인 위치에 따라 결정될 수 있다. 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 도전 라인(316)은 티타늄 질화막(TiN), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 니켈크롬(NiCr) 합금, 구리(Cu), 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 도전 라인(316)은 자기 저항 소자(400)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예에서, 제2 자성층(430) 상에 제2 전극(미도시)이 제공되고, 제2 도전 라인(316)은 제2 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 도전 라인(316)과 제2 패드(124) 사이에 제2 비아(318)가 제공될 수 있다. 제2 비아(318)는 상부 절연층(220) 및 하부 절연층(210)을 관통할 수 있다. 예를 들어, 제2 비아(318)는 제3 방향(DR3)을 따라 연장할 수 있다. 제2 비아(318)는 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 비아(318)는 티타늄 질화막(TiN), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 니켈크롬(NiCr) 합금, 구리(Cu), 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 비아(318)는 제2 패드(124)와 제2 도전 라인(316)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 비아(318)는 제2 패드(124)와 제2 도전 라인(316)에 직접 접할 수 있다.
상부 절연층(220) 상에 LWIR 흡수층(500)이 제공될 수 있다. LWIR 흡수층(500)은 제2 도전 라인(316)을 덮을 수 있다. LWIR 흡수층(500)은 장파 적외선을 흡수하여 열을 생성할 수 있다. 예를 들어, LWIR 흡수층(500)은 상부 절연층(220)으로부터 멀어지는 방향을 따라 차례로 적층되는 SiNx 층, NiCr 층, 및 SiNx 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 절연층(220)에 가까운 SiNx층의 두께는 약 0.08 마이크로미터(㎛), NiCr 층의 두께는 약 0.01 마이크로미터(㎛), 그리고 상부 절연층(220)으로부터 멀리 배치된 SiNx층의 두께는 약 0.2 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
패시베이션 막(110) 상에 투과 캡(600)이 제공될 수 있다. 투과 캡(600)과 패시베이션 막(110)에 의해 둘러싸인 내부 영역(602)이 정의될 수 있다. 예를 들어, 내부 영역(602)은 투과 캡(600)과 기판(100)에 의해 밀봉된 영역일 수 있다. 내부 영역(602)의 기압은 투과 캡(600) 외부의 기압보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 내부 영역(602)은 실질적으로 진공 상태를 가질 수 있다. 하부 절연층(210), 상부 절연층(220), 및 LWIR 흡수층(500)은 내부 영역(602)에 제공될 수 있다. 투과 캡(600)은 하부 절연층(210), 상부 절연층(220), 및 LWIR 흡수층(500)을 덮을 수 있다. 투과 캡(600)은 하부 절연층(210), 상부 절연층(220), 및 LWIR 흡수층(500)으로부터 이격될 수 있다. 투과 캡(600)과 패시베이션 막(110)은 서로 접할 수 있다. 일 예에서, 서로 바로 인접하는 투과 캡(600)의 하부면과 패시베이션 막(110)의 상면 사이에 접착 물질이 제공되어, 패시베이션 막(110) 상에 투과 캡(600)을 고정할 수 있다. 일 예에서, 투과 캡(600)은 패시베이션 막(110)을 관통하여 기판(100)에 접할 수 있다. 투과 캡(600)은 투과 캡(600)에 입사하는 입사 광 중에서 장파 적외선을 선택적으로 투과시키도록 구성될 수 있다. 즉, 투과 캡(600)은 입사 광(L1)을 수용하여 내부 영역(602)에 장파 적외선을 방출할 수 있다. 투과 캡(600)은 장파 적외선을 선택적으로 투과시키는 물질 또는 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 투과 캡(600)은 CaF2, Si, Ge, GaAs, KRS-5, ZnS, ZnSe, BaF2, 또는 IR Polymer을 포함할 수 있다. 투과 캡(600)과 LWIR 흡수층(500) 사이의 이격 거리는 필요에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 투과 캡(600)은 LWIR 흡수층(500)으로부터 100 나노미터(nm) 내지 2 마이크로미터(㎛)만큼 이격될 수 있다.
이하에서, 장파 적외선을 감지하는 방법이 설명된다.
도 3은 도 1의 장파 적외선 센서(11)가 장파 적외선을 감지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4 내지 도 6은 도 3의 장파 적외선 감지 방법을 설명하기 위한 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도들이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 투과 캡(600)은 입사 광(L1)을 수용할 수 있다. 예를 들어, 입사 광(L1)은 장파 적외선(L2)을 포함할 수 있다. 투과 캡(600)은 입사 광(L1) 중에서 장파 적외선(L2)을 선택적으로 투과시킬 수 있다(S110). 장파 적외선(L2)은 LWIR 흡수층(500)에 도달할 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, LWIR 흡수층(500)은 장파 적외선을 흡수하여 열(T)을 생성할 수 있다(S120). LWIR 흡수층(500)이 생성하는 열(T)은 장파 적외선의 세기에 따라 달라질 수 있다. LWIR 흡수층(500)이 생성하는 열(T)은 자기 저항 소자(400)에 전달될 수 있다. 이에 따라, 자기 저항 소자(400)의 온도가 상승할 수 있다.
자기 저항 소자(400)의 온도에 따른 평균 저항(
Figure pat00001
)은 아래의 [수학식 1]과 같을 수 있다.
Figure pat00002
(
Figure pat00003
: 자기 저항 소자(400)가 평행 상태를 갖는 평균 시간,
Figure pat00004
: 자기 저항 소자(400)가 반평행한 상태를 갖는 평균 시간,
Figure pat00005
: 평행 상태에서 자기 저항 소자(400)의 저항,
Figure pat00006
: 반평행 상태에서 자기 저항 소자(400)의 저항)
RP는 RAP보다 작다. RP와 RAP는 온도에 따라 변하지 않는다. 자기 저항 소자(400)의 열적 안정성이 높은 경우(예를 들어, 40 초과인 경우), τP와 τAP는 온도와 무관하게 실질적으로 동일하다. 본 개시의 자기 저항 소자(400)는 낮은 열적 안정성(예를 들어, 10 미만의 열적 안정성)을 가지므로, 자기 저항 소자(400)의 온도가 높을수록 <수학식1>에서 τP는 커지고, τAP는 낮아진다. τP와 τAP가 교차하는 온도를 기준으로, 그보다 낮은 온도에서 τP가 τAP보다 작고, 그보다 높은 온도에서 τAP가 τP보다 작다. 따라서 자기 저항 소자(400)의 평균 저항(<RT>)은 자기 저항 소자(400)의 온도가 높을수록 작다.
기판(100) 내의 전자 소자들 및 배선들로 구성되는 판독 집적 회로에 의해 자기 저항 소자(400)에 일정한 전압 또는 전류가 인가될 수 있다. 자기 저항 소자(400)에 열이 전달되기 전, 자기 저항 소자(400)는 상대적으로 낮은 온도를 가질 수 있다. τP는 더 높은 온도에서의 τP보다 작을 수 있다. τAP는 더 높은 온도에서의 τAP보다 클 수 있다. 이에 따라, 자기 저항 소자(400)의 평균 저항(<RT>)은 더 높은 온도와 비교하여 상대적으로 클 수 있다.
자기 저항 소자(400)의 온도는 자기 저항 소자(400)에 제공되는 열(T)에 의해 상승할 수 있다. τP는 커지고, τAP는 작아질 수 있다. 이에 따라, 자기 저항 소자(400)의 온도가 상승할수록 자기 저항 소자(400)의 평균 저항(<RT>)은 작아질 수 있다. 즉, 자기 저항 소자(400)의 평균 저항(<RT>)은 자기 저항 소자(400)에 제공되는 열(T)에 의해 변할 수 있다.(S130)
판독 집적 회로는 자기 저항 소자(400)의 저항 변화(즉, 평균 저항(<RT>) 변화)를 측정할 수 있다(S140). 일 실시예에서, 판독 집적 회로는 센싱 전류를 이용하여 자기 저항 소자(400)의 저항을 직접 측정할 수 있다. 예를 들어, 판독 집적 회로는 자기 저항 소자(400)를 통과하는 센싱 전류를 출력 및 수신하고, 수신된 센싱 전류 데이터에 기초하여 자기 저항 소자(400)를 저항을 결정할 수 있다. 판독 집적 회로는 자기 저항 소자(400)의 저항 변화 정보를 프로세서에 제공할 수 있다.
프로세서는 저항 변화 정보에 기초하여 장파 적외선의 세기를 결정할 수 있다(S150). 예를 들어, 프로세서는 자기 저항 소자(400)의 평균 저항에 대응하는 자기 저항 소자(400)의 온도를 도출하고, 상기 온도로부터 LWIR 흡수층(500)에서 방출되는 열량을 도출한 후, 상기 열량이 LWIR 흡수층(500)에서 방출되기 위한 장파 적외선의 세기를 결정할 수 있다.
멤스 구조를 갖는 볼로미터 센서는, 예를 들어, VOx층, VOx 층 상의 열 흡수 층, 및 VOx 층에 연결되고 동일 평면상에 배치되는 한 쌍의 전극들을 포함한다. 열 흡수층이 열을 VOx층으로 전달하는 경우, VOx 층의 물질 특성이 변화된다. 변화된 물질 특성의 값은 한 쌍의 전극들을 통해 센싱된다. 이때 볼로미터 센서 내부의 열은 한 쌍의 전극들을 통해 급속히 빠져나갈 수 있다. 따라서 한 쌍의 전극들은 얇고 긴 스프링 구조를 갖도록 형성되어 열이 VOx층에 머무르는 시간을 증가시킨다. 이에 따라, 볼로미터 센서는 소형화되기 어렵고 그 제조 공정이 복잡해질 수 있다. 스프링 구조의 전극들이 차지하는 공간에 의해 볼로미터 센서가 소형화되는 경우, 볼로미터 센서에서 열 흡수층이 차지하는 공간의 비율이 작아질 수 있다.
제2 도전 라인(316), 자기 저항 소자(400), 및 제1 도전 라인(314)은 LWIR 흡수층(500)에서 기판(100)을 향하는 방향을 따라 차례로 배열될 수 있다. LWIR 흡수층(500)에서 발생된 열이 전달되는 열 채널은 자기 저항 소자(400)를 지난다. 터널 배리어 층(420)은 열 전달 효율이 낮을 수 있다. 따라서, 본 개시의 터널링 배리어 층(420)은 열이 자기 저항 소자(400)에서 요구되는 것보다 빨리 방출되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해, 터널링 배리어 층(420)은 열이 자기 저항 소자(400)에 열이 충분히 머무르도록 구성될 수 있다. 터널링 배리어 층(420)의 두께는 필요에 따라 적절히 결정될 수 있다. 필요에 따라 자기 저항 소자(400)는 별도의 열 전달 제어 층을 추가로 포함할 수 있다. 나아가, 본 개시는 장파 적외선 센서(11)가 소형화되더라도 LWIR 흡수층(500)이 차지하는 공간의 비율이 작아지지 않을 수 있다. 이에 따라, 높은 효율을 유지하는 소형 장파 적외선 센서(11)가 제공될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 도 1의 장파 적외선 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도들이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(100) 상에 패시베이션 막(110), 제1 패드(122), 및 제2 패드(124)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 막(110)은 기판(100) 상에 절연 물질을 증착하는 공정에 의해 형성될 수 있다. 절연 물질은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 패시베이션 막(110)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
패시베이션 막(110)이 패터닝되어, 한 쌍의 개구들을 형성할 수 있다. 한 쌍의 개구들은 패시베이션 막(110)을 관통하여 기판(100)을 노출할 수 있다. 한 쌍의 개구들은 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다.
제1 패드(122) 및 제2 패드(124)는 한 쌍의 개구들에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)를 형성하는 것은 패시베이션 막(110) 상에 전기 전도성 물질막을 형성한 후, 전기 전도성 물질막을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 전도성 물질막은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)와 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 패시베이션 막(110) 상에 예비 하부 절연층(212)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 예비 하부 절연층(212)은 기판(100) 상에 절연 물질을 증착하는 공정에 의해 형성될 수 있다. 절연 물질은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 하부 절연층(210)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
예비 하부 절연층(212) 내에 제1 비아(312) 및 제1 도전 라인(314)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 비아(312) 및 제1 도전 라인(314)은 예비 하부 절연층(212)을 관통하여 제1 패드(122)를 노출하는 비아 홀을 형성하고, 전기 전도성 물질이 비아 홀을 채우고 예비 하부 절연층(212)의 상면을 덮도록 예비 하부 절연층(212) 상에 전기 전도성 물질을 증착한 후, 증착된 전기 전도성 물질을 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 전기 전도성 물질은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 제1 비아(312) 및 제1 도전 라인(314)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
제1 도전 라인(314) 상에 자기 저항 소자(400)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 자기 저항 소자(400)는 제1 예비 자성층, 예비 터널링 배리어 층, 및 제2 예비 자성층을 차례로 증착한 후, 제1 예비 자성층, 예비 터널링 배리어 층, 및 제2 예비 자성층을 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 패터닝된 제1 예비 자성층, 예비 터널링 배리어 층, 및 제2 예비 자성층은 각각 제1 자성층(410), 터널링 배리어 층(420), 및 제2 자성층(430)일 수 있다. 제1 예비 자성층, 예비 터널링 배리어 층, 및 제2 예비 자성층은 각각 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 제1 자성층(410), 터널링 배리어 층(420), 및 제2 자성층(430)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 자기 저항 소자(400)는 제1 도전 라인(314) 상에서 제3 방향(DR3)을 따라 연장할 수 있다.
예비 하부 절연층(212) 상에 예비 상부 절연층(222)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 예비 하부 절연층(212)은 기판(100) 상에 절연 물질을 증착하는 공정에 의해 형성될 수 있다. 절연 물질은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 상부 절연층(220)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예비 상부 절연층(222)은 제1 도전 라인(314)을 덮고, 자기 저항 소자(400)의 측면을 둘러쌀 수 있다.
예비 하부 절연층(212) 및 예비 상부 절연층(222)의 제2 비아(318) 및 예비 상부 절연층(222) 상의 제2 도전 라인(316)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 비아(318) 및 제2 도전 라인(316)은 예비 상부 절연층(222) 및 예비 하부 절연층(212)을 관통하여 제2 패드(124)를 노출하는 비아 홀을 형성하고, 전기 전도성 물질이 비아 홀을 채우고 예비 상부 절연층(222)의 상면을 덮도록 예비 상부 절연층(222) 상에 전기 전도성 물질을 증착한 후, 증착된 전기 전도성 물질을 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 전기 전도성 물질은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 제2 비아(318) 및 제2 도전 라인(316)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
예비 상부 절연층(222) 상에 예비 LWIR 흡수층(500)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 예비 LWIR 흡수층(500)은 예비 상부 절연층(222) 상에 차례로 SiNx 층, NiCr 층, 및 SiNx 층을 증착하는 공정에 의해 형성될 수 있다. 예비 LWIR 흡수층(500)은 제2 도전 라인(316)을 덮을 수 있다.
도 9를 참조하면, 예비 LWIR 흡수층(500), 예비 상부 절연층(222), 및 예비 하부 절연층(212)이 패터닝되어, LWIR 흡수층(500), 상부 절연층(220), 및 하부 절연층(210)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 예비 LWIR 흡수층(500), 예비 상부 절연층(222), 및 예비 하부 절연층(212)을 패터닝하는 것은 예비 LWIR 흡수층(500) 상에 배치되는 패터닝 마스크(미도시)를 이용하는 이방성 식각 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 예비 LWIR 흡수층(500), 예비 상부 절연층(222), 및 예비 하부 절연층(212)을 패터닝하는 것은 패시베이션 막(110)이 노출될 때까지 수행될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 패시베이션 막(110) 상에 투과 캡(600)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 투과 캡(600)의 하부면에 접착 물질이 도포된 후, 투과 캡(600)이 패시베이션 막(110)에 접착될 수 있다. 투과 캡(600)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명되는 투과 캡(600)과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 개시는 반도체 공정을 이용하는 장파 적외선 센서(11)의 제조 방법을 제공하므로, 멤스 구조를 갖는 장파 적외선 센서에 비해 일반적인 반도체 공정과의 호환성이 우수하고, 제조 공정의 난이도가 낮으며, 제조 시간 및 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 10을 참조하면, 장파 적외선 센서(12)가 제공될 수 있다. 장파 적외선 센서(12)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 장파 적외선 센서(12)에서 반사층(700)을 더 포함할 수 있다. 반사층(700)은 자기 저항 소자(400)와 제3 방향(DR3)을 따라 중첩할 수 있다. 반사층(700)은 패시베이션 막(110)과 하부 절연층(210) 사이에 개재될 수 있다. 반사층(700)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사층(700)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예에서, 반사층(700)은 제1 패드(122) 및 제2 패드(124)와 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일 예에서, 반사층(700)은 제1 패드(122) 및 제2 패드(124) 형성시 함께 형성될 수 있다.
반사층(700)은 LWIR 흡수층(500), 상부 절연층(220), 및 하부 절연층(210)을 통과하여 반사층(700)에 도달한 장파 적외선을 반사할 수 있다. 반사층(700)에 반사된 장파 적외선은 다시 LWIR 흡수층(500)에 제공될 수 있다. LWIR 흡수층은 반사된 장파 적외선을 수용하여 열을 생성할 수 있다. LWIR 흡수층은 반사층(700)이 없는 경우보다 많은 열을 생성할 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 저항 변화량이 상대적으로 클 수 있다. 이에 따라, 장파 적외선 센서(12)의 센싱 감도가 향상될 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 11을 참조하면, 장파 적외선 센서(13)가 제공될 수 있다. 장파 적외선 센서(13)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 장파 적외선 센서(13)에서 집속 렌즈(800)를 더 포함할 수 있다. 집속 렌즈(800)는 투과 캡(600) 외부에 배치될 수 있다. 집속 렌즈(800)는 광이 투과할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 집속 렌즈(800)는 실리콘(Si), 실리콘산화물, 저마늄(Ge), 또는 저마늄 화합물을 포함할 수 있다. 일 예에서, 집속 렌즈(800)는 장파 적외선을 선택적으로 투과시키는 구조 또는 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 달리, 투과 캡(600)은 장파 적외선을 선택적으로 투과시키는 것으로 한정되지 않을 수 있다. 즉, 집속 렌즈(800)는 장파 적외선을 선택적으로 투과시키도록 구성될 경우, 투과 캡(600)은 장파 적외선을 포함하는 광을 투과시키도록 구성될 수 있다.
집속 렌즈(800)는 입사 광을 LWIR 흡수층(500)으로 모을 수 있다. 집속 렌즈(800)가 없는 경우보다 많은 입사 광이 LWIR 흡수층(500)에 도달하므로, LWIR 흡수층(500)은 상대적으로 많은 열을 생성할 수 있다. 자기 저항 소자(400)의 저항 변화량이 상대적으로 클 수 있다. 이에 따라, 장파 적외선 센서(13)의 센싱 감도가 향상될 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 도 1의 A-A'선에 대응하는 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 12를 참조하면, 장파 적외선 센서(14)가 제공될 수 있다. 장파 적외선 센서(14)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 장파 적외선 센서(14)에서 자기 저항 소자(400), 제1 패드(122), 제1 비아(312), 및 제1 도전 라인(314)이 복수 개로 제공될 수 있다. 4개의 자기 저항 소자들(400), 제1 패드들(122), 제1 비아들(312), 및 제1 도전 라인들(314)이 도시되었으나, 이는 한정적인 것이 아니다. 다른 예에서, 2개, 3개, 또는 5개 이상의 자기 저항 소자들(400), 제1 패드들(122), 제1 비아들(312), 및 제1 도전 라인들(314)이 제공될 수 있다.
4개의 자기 저항 소자들(400)이 제1 방향(DR1)을 따라 배열되는 것으로 도시되었으나, 이는 한정적인 것이 아니다. 일 예에서, 복수의 자기 저항 소자들(400)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 M x N 형태로 배열될 수 있다. 복수의 자기 저항 소자들(400)은 하나의 픽셀을 구성할 수 있다.
일 예에서, 복수의 자기 저항 소자들(400)에 서로 다른 전압 또는 전류가 인가될 수 있다.
일 예에서, 복수의 자기 저항 소자들(400)에 동일한 전압 또는 전류이 인가될 수 있다. 복수의 자기 저항 소자들(400)이 복수의 제1 도전 라인들(314)에 각각 전기적으로 연결되는 것으로 도시되었으나, 이는 한정적인 것이 아니다. 다른 예에서, 하나의 제1 도전 라인(314)에 복수의 자기 저항 소자들(400)이 전기적으로 연결되고, 하나의 제1 비아(312) 및 하나의 제1 패드(122)가 하나의 제1 도전 라인(314)에 대응하도록 배치될 수 있다.
일 예에서, 복수의 자기 저항 소자들(400)과 패시베이션 막(110) 사이에 도 10을 참조하여 설명되는 반사층이 더 제공될 수 있다. 반사층은 복수의 자기 저항 소자들(400)과 제3 방향(DR3)을 따라 중첩할 수 있다. 이 경우, 도 12에 도시된 것과 달리, 복수의 제1 비아들(312) 및 복수의 제1 패드들(122)은 복수의 자기 저항 소자들(400)과 제3 방향(DR3)을 따라 중첩하는 영역 밖에 배치될 수 있다.
본 개시의 장파 적외선 센서(14)는 복수의 자기 저항 소자들(400)을 포함하여 높은 센싱 감도를 가질 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 장파 적외선 센서의 사시도이다. 설명의 간결함을 위해, 앞서 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 13을 참조하면, 장파 적외선 센서(20)가 제공될 수 있다. 장파 적외선 센서는 베이스(21) 및 복수의 센서들(22)을 포함할 수 있다. 베이스(21)는 복수의 배선들을 포함하는 패키지 기판일 수 있다. 예를 들어, 베이스(21)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)일 수 있다. 일 예에서, 베이스(21)에 복수의 센서들(22)을 제어하는 프로세서가 배치되고, 복수의 배선들은 복수의 센서들(22) 과 프로세서를 전기적으로 연결할 수 있다. 일 예에서, 복수의 센서들(22)을 제어하는 프로세서는 장파 적외선 센서(20) 외부에 제공되고, 복수의 배선들은 복수의 센서들(22)과 장파 적외선 센서(20) 외부의 프로세서 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
복수의 센서들(22)은 베이스(21) 상에서 2차원적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 센서들(22)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 배열될 수 있다. 복수의 센서들(22)의 각각은 앞서 설명된 장파 적외선 센서(20)와 실질적으로 동일할 수 있다. 일 예에서, 복수의 센서들(22)과 베이스(21) 사이에 복수의 솔더들이 제공되어, 복수의 센서들(22)과 베이스(21)의 배선들을 전기적으로 연결하고, 복수의 센서들(22)을 베이스(21)에 접합할 수 있다. 복수의 센서들(22)은 개별적으로 제어되고, 복수의 센서들(22)에서 생성되는 신호들은 개별적으로 측정될 수 있다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 장파 적외선 센서의 개략적인 블록도이다.
도 14를 참조하면, 장파 적외선 센서(1000)는 픽셀 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(1100)는 복수의 로우들(rows)과 컬럼들(columns)을 따라 2차원적으로 배열되는 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들의 각각은 앞서 설명되는 장파 적외선 센서들(11, 12, 13, 14) 중 하나를 포함할 수 있다. 장파 적외선 센서들(11, 12, 13, 14)은 자기 저항 소자(400)를 포함하므로, 복수의 픽셀들은 소형화될 수 있다. 복수의 픽셀들의 배열은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 예에서, 복수의 픽셀들은 도 13을 참조하여 설명되는 장파 적외선 센서(20)의 복수의 센서들(22)과 실질적으로 동일하게 배열될 수 있다. 이 경우, 복수의 로우들은 제1 방향(DR1)을 따라 연장하는 가상의 선들일 수 있고, 복수의 컬럼들은 제2 방향(DR2)을 따라 연장하는 가상의 선들일 수 있다.
로우 디코더(1020)는 타이밍 컨트롤러(1010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 픽셀 어레이(1100)의 로우들 중 하나를 선택한다. 출력 회로(1030)는 선택된 로우를 따라 배열된 픽셀 어레이(1100)로부터 컬럼 단위로 광 감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 픽셀 어레이(1100) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC, 또는, 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(1030)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)와 함께 하나의 칩으로 구현될 수도 있다.
도 15는 장파 적외선 센서를 포함하는 전자 장치의 일 예를 나타내는 블록도다.
도 15를 참조하면, 네트워크 환경(ED00)에서 전자 장치(ED01)는 제1 네트워크(ED98)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(ED02)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(ED99)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(ED04) 및/또는 서버(ED08)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 서버(ED08)를 통하여 전자 장치(ED04)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 프로세서(ED20), 메모리(ED30), 입력 장치(ED50), 음향 출력 장치(ED55), 표시 장치(ED60), 오디오 모듈(ED70), 센서 모듈(ED76), 인터페이스(ED77), 햅틱 모듈(ED79), 카메라 모듈(ED80), 전력 관리 모듈(ED88), 배터리(ED89), 통신 모듈(ED90), 가입자 식별 모듈(ED96), 및/또는 안테나 모듈(ED97)을 포함할 수 있다. 전자 장치(ED01)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(ED60) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(ED76)(장파 적외선 센서, 지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 표시 장치(ED60)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다. 또한, 이미지 센서(CM30)에 분광 기능이 포함될 경우, 센서 모듈의 일부 기능(컬러 센서, 조도 센서)이 별도의 센서 모듈이 아닌 이미지 센서(CM30) 자체에서 구현될 수 있다.
프로세서(ED20)는, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등)를 실행하여 프로세서(ED20)에 연결된 전자 장치(ED01) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(ED20)는 다른 구성요소(센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(ED32)에 로드하고, 휘발성 메모리(ED32)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(ED34)에 저장할 수 있다. 프로세서(ED20)는 메인 프로세서(ED21)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(ED23)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)는 메인 프로세서(ED21)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(ED23)는, 메인 프로세서(ED21)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(ED21)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)와 함께, 전자 장치(ED01)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(ED60), 센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(ED80), 통신 모듈(ED90) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(ED30)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20), 센서모듈(ED76) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(ED30)는, 휘발성 메모리(ED32) 및/또는 비휘발성 메모리(ED34)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(ED32)는 전자 장치(ED01) 내에 고정 장착된 내장 메모리(ED36)과 탈착 가능한 외장 메모리(ED38)를 포함할 수 있다.
프로그램(ED40)은 메모리(ED30)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(ED42), 미들 웨어(ED44) 및/또는 어플리케이션(ED46)을 포함할 수 있다.
입력 장치(ED50)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(ED01)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(ED50)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(ED55)는 음향 신호를 전자 장치(ED01)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(ED55)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
표시 장치(ED60)는 전자 장치(ED01)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(ED60)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(ED60)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(ED70)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(ED70)은, 입력 장치(ED50)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(ED55), 및/또는 전자 장치(ED01)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(ED76)은 전자 장치(ED01)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(ED76)은, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 장파 적외선 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다. 장파 적외선 센서는 앞서 설명된 장파 적외선 센서들(11, 12, 13, 14, 20, 1000) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
인터페이스(ED77)는 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 또는 복수의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(ED77)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(ED78)는, 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(ED78)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있
햅틱 모듈(ED79)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(ED79)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(ED80)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 하나 또는 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지센서, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.
전력 관리 모듈(ED88)은 전자 장치(ED01)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(ED88)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(ED89)는 전자 장치(ED01)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(ED89)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(ED90)은 전자 장치(ED01)와 다른 전자 장치(전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 프로세서(ED20)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 또는 복수의 커뮤니케이션 프로세서들을 포함할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 무선 통신 모듈(ED92)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(ED94)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(ED98)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(ED99)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(ED92)은 가입자 식별 모듈(ED96)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(ED01)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(ED97)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(ED97)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(ED90)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(ED90)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(ED97)의 일부로 포함될 수 있다.
구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(ED99)에 연결된 서버(ED08)를 통해서 전자 장치(ED01)와 외부의 전자 장치(ED04)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(ED02, ED04)은 전자 장치(ED01)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(ED01)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(ED02, ED04, ED08) 중 하나 또는 복수의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(ED01)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(ED01)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 16은 도 15의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 16을 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(CM10), 플래시(CM20), 이미지 센서(CM30), 이미지 스태빌라이저(CM40), 메모리(CM50)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(CM60)를 포함할 수 있다.
렌즈 어셈블리(CM10)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(ED80)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(화각, 초점 거리, 자동 초점, F 넘버(F Number), 광학 줌 등)을 갖거나, 또는 다른 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다.
플래시(CM20)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래시(CM20)는 하나 또는 복수의 발광 다이오드들(RGB(Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED 등), 및/또는 Xenon Lamp를 포함할 수 있다. 이미지 센서(CM30)는 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(CM10)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 센서(CM30)는 장파 적외선 센서를 포함하되, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, 장파 적외선 센서 외의 IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 더 포함할 수 있다. 장파 적외선 센서는 앞서 설명된 장파 적외선 센서들(11, 12, 13, 14, 20, 1000) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80) 또는 이를 포함하는 전자 장치(CM01)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(CM10)에 포함된 하나 또는 복수개의 렌즈 또는 이미지 센서(CM30)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지 센서(CM30)의 동작 특성을 제어(리드 아웃(Read-Out) 타이밍의 조정 등)하여 움직임에 의한 부정적인 영향이 보상되도록 할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(ED80) 또는 전자 장치(ED01)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는, 광학식으로 구현될 수도 있다.
메모리(CM50)는 이미지 센서(CM30)를 통하여 획득된 이미지의 일부 또는 전체 데이터가 다음 이미지 처리 작업을 위하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 데이터(Bayer-Patterned 데이터, 고해상도 데이터 등)는 메모리(CM50)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(CM60)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(CM50)는 전자 장치(ED01)의 메모리(ED30)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
이미지 시그널 프로세서(CM60)는 이미지 센서(CM30)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(CM50)에 저장된 이미지 데이터에 대하여 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 이미지 처리들은, 깊이 지도(Depth Map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 및/또는 이미지 보상(노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(Blurring), 샤프닝(Sharpening), 소프트닝(Softening) 등)을 포함할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 카메라 모듈(ED80)에 포함된 구성 요소들(이미지 센서(CM30) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(CM50)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(ED80)의 외부 구성 요소(메모리(ED30), 표시 장치(ED60), 전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 프로세서(ED20)에 통합되거나, 프로세서(ED20)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)가 프로세서(ED20)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(ED20)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(ED60)를 통해 표시될 수 있다.
전자 장치(ED01)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(ED80)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.
도 17 내지 도 26은 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서가 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면들이다. 이미지 센서는 도 15 및 도 16을 참조하여 설명된 이미지 센서(CM30)와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 17 내지 도 26을 참조하면, 이미지 센서는 다양한 전자 장치들에 적용될 수 있다. 이미지 센서는 도 17에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(2100m), 도 18에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(2200), 도 19에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(2300), 도 20에 도시된 노트북 컴퓨터(2400), 또는 도 21에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(2500) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(2100m) 또는 스마트 태블릿(2200)은 고해상 이미지 센서가 각각 탑재된 복수의 고해상 카메라를 포함하고, 복수의 고해상 카메라를 이용하여 영상 내 피사체들의 깊이 정보를 추출하거나, 영상의 아웃포커싱을 조절하거나, 영상 내 피사체들을 자동으로 식별하거나, 영상 내 피사체들의 열화상 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 이미지 센서는 도 22에 도시된 스마트 냉장고(2600), 도 23에 도시된 보안 카메라(2700), 도 24에 도시된 로봇(2800), 도 25에 도시된 의료용 카메라(2900) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(2600)는 이미지 센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식의 열화상 이미지를 획득하고, 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 보안 카메라(2700)는 초고해상도 영상 및 영 화상 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(2800)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상 및 영 화상 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(2900)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상 및 영 화상 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.
또한, 이미지 센서는 도 26에 도시된 바와 같이 차량(3000)에 적용될 수 있다. 차량(3000)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(3010, 3020, 3030, 3040)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(3010, 3020, 3030, 3040)는 실시예에 따른 이미지센서를 포함할 수 있다. 차량(3000)은 복수의 차량용 카메라(3010, 3020, 3030, 3040)를 이용하여 차량(3000) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 개시의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 개시의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 개시의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
11, 12, 13, 14, 20, 1000: 장파 적외선 센서
100: 기판 210, 220: 절연층
312, 318: 비아 314, 316: 도전 라인
400: 자기 저항 소자 410, 430: 자성층
420: 비자성층 500: LWIR 흡수층
600: 투과 캡 700: 반사층
800: 집속 렌즈

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 자기 저항 소자; 및
    상기 자기 저항 소자 상의 LWIR 흡수층;을 포함하되,
    상기 자기 저항 소자는 온도에 따라 저항이 변하도록 구성되고,
    상기 LWIR 흡수층은 장파 적외선을 흡수하여 열을 생성하도록 구성되는 장파 적외선 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 저항 소자는:
    제1 자성층;
    상기 제1 자성층 상의 제2 자성층; 및
    상기 제1 자성층과 상기 제2 자성층 사이의 터널링 배리어 층;을 포함하는 장파 적외선 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 저항 소자의 열적 안정성(Thermal Stability)은 10보다 작은 장파 적외선 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 저항 소자의 폭은 1 나노미터 내지 100 나노미터인 장파 적외선 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 자기 저항 소자 사이에 제공되는 반사층;을 더 포함하는 장파 적외선 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 저항 소자의 측면을 둘러싸는 절연층;을 더 포함하는 장파 적외선 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 제공되는 투과 캡;을 더 포함하되,
    상기 투과 캡은 상기 자기 저항 소자 및 상기 LWIR 흡수층을 덮도록 구성되는 장파 적외선 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 투과 캡에 의해 둘러싸인 영역의 기압은 상기 투과 캡 외부의 기압보다 낮은 장파 적외선 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 투과 캡은 장파 적외선을 선택적으로 투과하도록 구성되는 장파 적외선 센서.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 투과 캡에 대해 상기 LWIR 흡수층의 반대편에 배치되는 집속 렌즈;를 더 포함하는 장파 적외선 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 집속 렌즈는 장파 적외선을 선택적으로 투과하도록 구성되는 장파 적외선 센서.
  12. 복수의 로우들 및 복수의 컬럼들로 배열되는 복수의 픽셀들;을 포함하되,
    복수의 픽셀들의 각각은, 기판, 상기 기판 상의 자기 저항 소자, 및 상기 자기 저항 소자 상의 LWIR 흡수층을 포함하되,
    상기 자기 저항 소자는 온도에 따라 저항이 변하도록 구성되고,
    상기 LWIR 흡수층은 장파 적외선을 흡수하여 열을 방출하도록 구성되는 장파 적외선 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 저항 소자는, 제1 자성층, 상기 제1 자성층 상의 제2 자성층, 및 상기 제1 자성층과 상기 제2 자성층 사이의 터널링 배리어 층을 포함하는 장파 적외선 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자기 저항 소자의 열적 안정성(Thermal Stability)은 10보다 작은 장파 적외선 센서.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들은 복수의 투과 캡들을 각각 더 포함하고,
    상기 복수의 투과 캡들의 각각은, 상기 자기 저항 소자 및 상기 LWIR 흡수층을 덮도록 구성되는 장파 적외선 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 투과 캡들에 의해 둘러싸인 영역들의 기압은 상기 복수의 투과 캡들 외부의 기압보다 낮은 장파 적외선 센서.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들은 복수의 집속 렌즈들을 각각 더 포함하고,
    상기 복수의 집속 렌즈들은 복수의 투과 캡들과 각각 마주하는 장파 적외선 센서.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들은 복수의 반사층들을 각각 더 포함하고,
    상기 복수의 반사층들의 각각은 상기 기판과 상기 자기 저항 소자 사이에 제공되는 장파 적외선 센서.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들의 각각에서 상기 자기 저항 소자는 하나 또는 복수 개로 제공되는 장파 적외선 센서.
  20. 장파 적외선 센서; 및
    프로세서;를 포함하되,
    상기 장파 적외선 센서는, 기판, 상기 기판 상의 자기 저항 소자, 및 상기 자기 저항 소자 상의 LWIR 흡수층을 포함하고, 상기 자기 저항 소자는 온도에 따라 저항이 변하도록 구성되고, 상기 LWIR 흡수층은 장파 적외선을 흡수하여 열을 방출하도록 구성되고,
    상기 프로세서는 상기 장파 적외선 센서로부터 감지 신호를 수신하고, 상기 감지 신호를 처리하는 전자 장치.
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