KR20230148591A - 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법 - Google Patents

나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법 Download PDF

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이덕형
김대식
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울산과학기술원
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Abstract

나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터는, 기판 픽셀의 가장자리에 배치되어 써미스터의 저항값 변화를 읽는 주변입출력회로부; 암(arm)의 양측면으로 광흡수체를 적층하고, 레그(leg)에 의해 상기 주변입출력회로부와 수직으로 연결되어 상기 광흡수체를 상기 기판 픽셀에서 띄워 놓는 연결부; 및 상기 암의 상면에 적층되는 상기 써미스터의 표면으로 배치되는 나노안테나를 포함할 수 있다.

Description

나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법{HIGH-SENSITIVITY HIGH-SPEED MICROBOLOMETER USING NANO-ANTENNA, AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH-SENSITIVITY HIGH-SPEED MICROBOLOMETER}
본 발명은, 나노안테나를 이용하여 마이크로볼로미터의 민감도와 작동속도를 향상시키는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법에 관한 것이다.
볼로미터(bolometer)는 광을 받으면 내부 저항이 변하는 센서를 지칭할 수 있다.
볼로미터를 광 센서로 사용하기 위해서는, 광을 흡수하는 흡수 재료가 도포된 얇은 금속 박막이 열 저장소에 열전도 계수 K인 선에 연결된 구조이다.
기존의 볼로미터는, 광을 최대한 많이 흡수할 목적으로, 금속 박막을 최대한 넓은 면으로 배치하고 있고, 열용량이 증가되고, 이에 따라, 작동속도가 느려지는 단점이 있어 왔다.
따라서, 작동속도를 향상시킬 수 있는 개선된 마이크로볼로미터의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는, 나노 안테나 공명 파장을 감지하려는 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가시키고 동시에 빛의 흡수가 집중적으로 일어나는 나노 안테나 주위로 볼로미터 구조물을 국한해 열용량을 감소시키는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터는, 기판 픽셀의 가장자리에 배치되어 써미스터의 저항값 변화를 읽는 주변입출력회로부; 암(arm)의 양측면으로 광흡수체를 적층하고, 레그(leg)에 의해 상기 주변입출력회로부(110)와 수직으로 연결되어 상기 광흡수체를 상기 기판 픽셀에서 띄워 놓는 연결부; 및 상기 암의 상면에 적층되는 상기 써미스터의 표면으로 배치되는 나노안테나를 포함 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법은, 써미스터의 저항값 변화를 읽는 주변입출력회로부를 기판 픽셀의 가장자리에 배치하는 단계; 연결부의 암의 양측면으로 광흡수체를 적층하고, 상기 연결부의 레그에 의해 상기 주변입출력회로부와 수직으로 연결되어 상기 광흡수체를 상기 기판 픽셀에서 띄워 놓는 단계; 및 상기 암의 상면에 적층되는 상기 써미스터의 표면으로 나노안테나를 배치하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 나노 안테나 공명 파장을 감지하려는 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가시키고 동시에 빛의 흡수가 집중적으로 일어나는 나노 안테나 주위로 볼로미터 구조물을 국한해 열용량을 감소시키는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 나노안테나를 이용한 마이크로볼로미터의 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 십자형 나노안테나 구조와 박막형 구조의 8-14 μm 대역 광흡수율 비교하기 위한 도이다.
도 4는 다양한 형태의 나노안테나 구조와 단순 박막 구조의 광흡수율 비교하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터(이하, '고감도 고속 마이크로볼로미터'이라 약칭함)(100)는, 주변입출력회로부(110), 연결부(120), 및 나노안테나(130)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 처리부(140)를 선택적으로 추가하여 구성할 수 있다.
우선, 주변입출력회로부(110)는 기판 픽셀의 가장자리에 배치되어 써미스터의 저항값 변화를 읽는다. 즉, 주변입출력회로부(110)는, 픽셀의 둘레를 둘러싸듯 배치되어, 광에 의해 변화하는 써미스터의 저항값을 리드하는 역할을 할 수 있다.
연결부(120)는 암(arm)의 양측면으로 광흡수체를 적층하고, 레그(leg)에 의해 상기 주변입출력회로부(110)와 수직으로 연결되어 상기 광흡수체를 상기 기판 픽셀에서 띄워 놓는다. 즉, 연결부(120)는 레그와, 레그와 직각으로 이어지는 암을 갖추면서, 레그에 의해 주변입출력회로부(110)와 연결되고, 암에 의해 광흡수체를 적층시키는 역할을 할 수 있다. 이를 통해, 연결부의 암은 주변입출력회로부(110)와 공간적으로 이격되어 공중에 띄어질 수 있다.
광흡수체는 암의 좌우 측면에 적층되어, 입사되는 광 및 반사체에 의해 반사되는 광을 폭 넓게 흡수하는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 나노안테나(130)는, 상기 암의 상면에 적층되는 상기 써미스터의 표면으로 배치된다. 즉, 나노안테나(130)는 써미스터의 표면으로 적층되고, 흡수 대역의 조정을 통해, 광의 흡수단면적을 광학적으로 증가시키는 역할을 할 수 있다.
나노안테나(130)는 광을 수신하여 전기장으로 변환하는 안테나로서, 공명 파장이 조절됨에 따라, 광이 모이는 흡수단면적을 변경하여 광을 효율적으로 모을 수 있게 한다.
나노안테나(130)는, 십자형, 고리형, 및 올리고머형 중 어느 하나의 형태로 제작될 수 있고, 볼로미터의 구조와 제작 환경에 따라 다양한 형태로 변형할 수 있다.
실시예에 따라, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 처리부(140)를 선택적으로 포함하여 구성할 수 있다.
처리부(140)는 민감도(단위 A/W)와 입사광량에 비례하여 발생하는 전류변화를 연산할 수 있다.
민감도는 입사광에너지 대비 써미스터에 흐르는 저항변화에 따른 전류변화를 나타낼 수 있다.
상기 볼로미터의 민감도 Ri는 [수식 1]을 만족하여 연산될 수 있다.
[수식 1]
여기서, 상기 η은 광흡수율(=흡수광량/입사광량)이고, 상기 TCR은 써미스터의 저항열계수이며, 상기 Vbias는 인가전압이고, 상기 Gth는 연결부의 열전도도이며, 상기 R은 써미스터의 저항을 의미할 수 있다.
처리부(140)는, 상기 나노안테나의 공명 파장을, 목표 감지 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가 시킴으로써, 주변입출력회로부(110)와 연결부(120)로 입사하는 광을 포함하여 흡수 함에 따라, 향상되는 상기 광흡수율 η과 상기 민감도 Ri를 연산할 수 있다.
즉, 처리부(140)는 나노안테나(130)의 공명 파장이 목표 감지 대역 이내가 되도록 함으로써, 볼로미터의 흡수단면적을 광학적으로 넓히고, 이를 통해 [수식 1]의 광흡수율 η과 민감도 Ri가 높게 연산되도록 할 수 있다.
다시 말해, 처리부(140)는 연결부(120)의 암에 부착되는 광흡수체와 써미스터를, 기존의 볼로미터에 비해 실제 좁게 구현하더라도, 흡수단면적을 광학적으로 넓힐 수 있게 하는 효과를 유발할 수 있다.
또한, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 상기 광흡수체와 상기 써미스터를, 상기 암 중, 상기 나노안테나(130)가 배치되는 위치를 중심으로 발생하는 광흡수 영역에 한해 적층시킬 수 있다.
이는, 광학적으로 넓어진 흡수단면적으로 인해, 광흡수체와 써미스터를, 나노안테나(130)가 배치된 영역 근처로 집중하여 배치 할 수 있음을 의미한다.
광흡수체와 써미스터를, 나노안테나(130)가 배치된 영역 근처로 집중하여 배치 함에 따라, 처리부(140)는, 열적시간상수에 관한 [수식 2]와 관련하여, 작동속도를 기존의 볼로미터 보다 향상시켜 연산할 수 있다.
[수식 2]
볼로미터의 작동속도는, 열적시간상수에 반비례하여 연산될 수 있다.
즉, 처리부(140)는 상기 광흡수 영역에 한해 적층된 상기 광흡수체와 상기 써미스터의 면적 축소로 인해, [수식 2]에서의, 열용량Cth와 상기 열적시간상수 τ를 감소하여 연산할 수 있고, 열적시간상수 τ에 반비례하여, 볼로미터의 작동속도를 증가시켜 연산할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 나노 안테나 공명 파장을 감지하려는 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가시키고 동시에 빛의 흡수가 집중적으로 일어나는 나노 안테나 주위로 볼로미터 구조물을 국한해 열용량을 감소시키는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법을 제공할 수 있다.
도 2는 나노안테나를 이용한 마이크로볼로미터의 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 픽셀인 기판 상의 테두리로, 주변입출력회로부를 둘러 배치할 수 있다.
또한, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 주변입출력회로부를 연결부의 레그로 수직으로 연결하며, 연결부의 암으로 광흡수체와 써미스터를 적층하고, 써미스터의 표면으로 나노안테나를 배치하여 구성될 수 있다.
고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 나노안테나의 공명파장을 감지하려는 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가시키고, 동시에 광의 흡수가 집중적으로 일어나는 나노안테나의 주위로 볼로미터 구조물(광흡수체, 써미스터)을 국한시켜 열 용량을 감소시킬 수 있다.
볼로미터의 민감도는 [수식 1]로 연산 될 수 있다.
[수식 1]
여기서, 상기 η은 광흡수율(=흡수광량/입사광량)이고, TCR은 써미스터의 저항열계수이며, Vbias는 인가전압이고, Gth는 연결부의 열전도도이며, R은 써미스터의 저항을 나타낼 수 있다.
고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 써미스터의 저항값 변화를 읽기 위한 주변입출력회로부와, 광흡수체를 기판에서 띄워 놓는 연결부를, 픽셀 가장자리에 배치하여 구성할 수 있다.
이러한 구조하에서, 광흡수율 η은, 주변입출력회로부와 연결부가 배치된 부분 만큼 광흡수면적이 줄어들어, 감소하게 될 수 있다.
광흡수율 η이 감소되는 문제는, 기판 픽셀 크기가 작아질수록 전체면적에서 주변입출력회로부와 연결부의 면적이 차지하는 비중이 올라 감에 따라, 심각해질 수 있다.
본 발명의 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 나노안테나를 이용 함으로써, 공명파장에서 실제 면적 이상의 넓은 흡수단면적을 광학적으로 가질 수 있게 하고, 주변입출력회로부와 연결부로 입사하는 빛까지 흡수하여 광흡수율 η을 향상시킬 수 있게 하고, 이에 따라 민감도 Ri를 향상시킬 수 있다.
고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 볼로미터의 작동속도를, [수식 2]의 열적시간상수에 반비례하여 연산할 수 있다.
[수식 2]
여기서, Cth는 열용량, Gth는 연결부의 열전도도를 나타낸다.
고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 나노안테나를 이용하여, 광흡수를 나노안테나 주변에 집중시킴으로써, 나노안테나 주위에만 광흡수체와 써미스터를 배치하여 높은 광흡수율을 유지할 수 있다.
고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 최대한 넓은 면에 광흡수체를 배치하는 기존의 볼로미터와 비교해서, 열용량Cth을 감소시킬 수 있고, 따라서 작동속도를 빠르게 할 수 있다.
도 3은 십자형 나노안테나 구조와 박막형 구조의 8-14 μm 대역 광흡수율 비교하기 위한 도이다.
도 3의 (b)의 상단에서는, 본 발명에 따른 십자형 나노안테나 구조의 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)를 예시한다.
반면, 도 3의 (b)의 하단에서는, 나노안테나가 배치되지 않는, 종래의 박막 구조의 마이크로볼로미터를 예시한다.
십자형 나노안테나 구조의 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 십자형 금나노안테나, VO2(써미스터), Si3N4(광흡수체)의 구조를 갖는다.
종래의 박막 구조의 마이크로볼로미터는, 박막형 VO2(써미스터), Si3N4(광흡수체)의 구조를 갖는다.
도 3의 (a)에서는, 십자형 금나노안테나, VO2(써미스터), Si3N4(광흡수체)의 구조와, 박막형 VO2(써미스터), Si3N4(광흡수체)의 구조의 8-14 μm 대역에서의 광흡수율을 시뮬레이션 하여 비교한 도표이다.
도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 길이 6 μm, 폭 1.5 μm의 십자형 나노안테나 구조가, 6 μm x 6 μm의 박막형 구조보다 흡수율이 더 우수함을 알 수 있다.
도 4는 다양한 형태의 나노안테나 구조와 단순 박막 구조의 광흡수율 비교하기 위한 도이다.
도 4의 상단에는, 나노안테나의 형태를, 십자형, 고리형, 및 올리고머형으로 각각 구현하는 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)를 예시한다.
도 4의 하단에는, 이들 다양한 형태의 나노안테나 구조와, 단순 박막 구조와의 광흡수율을 시뮬레이션 하여 비교한 도표를 예시한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 8-14 μm 대역에서의 광흡수율은, 다양한 형태의 나노안테나 구조가, 단순 박막 구조에 비해 대체적으로 우수하게 나타남을 알 수 있다.
이하, 도 5에서는 본 발명의 실시예들에 따른 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)의 제작 방법 흐름을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법을 도시한 흐름도이다.
우선, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 써미스터의 저항값 변화를 읽는 주변입출력회로부를 기판 픽셀의 가장자리에 배치한다(510). 단계(510)는 주변입출력회로부를, 픽셀의 둘레를 둘러싸듯 배치하여, 광에 의해 변화하는 써미스터의 저항값을 리드하는 과정일 수 있다.
또한, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 연결부의 암(arm)의 양측면으로 광흡수체를 적층하고, 상기 연결부의 레그(leg)에 의해 상기 주변입출력회로부(110)와 수직으로 연결되어 상기 광흡수체를 상기 기판 픽셀에서 띄워 놓는다(520). 단계(520)는 레그와, 레그와 직각으로 이어지는 암을 갖추는 연결부를 통해, 레그에 의해 주변입출력회로부와 연결하고, 암에 의해 광흡수체를 적층시키는 과정일 수 있다. 이를 통해, 연결부의 암은 주변입출력회로부와 공간적으로 이격되어 공중에 띄어질 수 있다.
광흡수체는 암의 좌우 측면에 적층되어, 입사되는 광 및 반사체에 의해 반사되는 광을 폭 넓게 흡수하는 물질을 포함할 수 있다.
계속해서, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는, 상기 암의 상면에 적층되는 상기 써미스터의 표면으로 나노안테나를 배치한다(530). 단계(530)는 나노안테나를 써미스터의 표면으로 적층하고, 흡수 대역의 조정을 통해, 광의 흡수단면적을 광학적으로 증가시키는 과정일 수 있다.
나노안테나는 광을 수신하여 전기장으로 변환하는 안테나로서, 공명 파장이 조절됨에 따라, 광이 모이는 흡수단면적을 변경하여 광을 효율적으로 모을 수 있게 한다.
나노안테나는, 십자형, 고리형, 및 올리고머형 중 어느 하나의 형태로 제작될 수 있고, 볼로미터의 구조와 제작 환경에 따라 다양한 형태로 변형할 수 있다.
실시예에 따라, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)의 처리부는 민감도(단위 A/W)와 입사광량에 비례하여 발생하는 전류변화를 연산할 수 있다.
민감도는 입사광에너지 대비 써미스터에 흐르는 저항변화에 따른 전류변화를 나타낼 수 있다.
상기 볼로미터의 민감도 Ri는 [수식 1]을 만족하여 연산될 수 있다.
[수식 1]
여기서, 상기 η은 광흡수율(=흡수광량/입사광량)이고, 상기 TCR은 써미스터의 저항열계수이며, 상기 Vbias는 인가전압이고, 상기 Gth는 연결부의 열전도도이며, 상기 R은 써미스터의 저항을 의미할 수 있다.
처리부는, 상기 나노안테나의 공명 파장을, 목표 감지 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가 시킴으로써, 주변입출력회로부와 연결부로 입사하는 광을 포함하여 흡수 함에 따라, 향상되는 상기 광흡수율 η과 상기 민감도 Ri를 연산할 수 있다.
즉, 처리부는 나노안테나의 공명 파장이 목표 감지 대역 이내가 되도록 함으로써, 볼로미터의 흡수단면적을 광학적으로 넓히고, 이를 통해 [수식 1]의 광흡수율 η과 민감도 Ri가 높게 연산되도록 할 수 있다.
다시 말해, 처리부는 연결부의 암에 부착되는 광흡수체와 써미스터를, 기존의 볼로미터에 비해 실제 좁게 구현하더라도, 흡수단면적을 광학적으로 넓힐 수 있게 하는 효과를 유발할 수 있다.
또한, 고감도 고속 마이크로볼로미터(100)는 상기 광흡수체와 상기 써미스터를, 상기 암 중, 상기 나노안테나가 배치되는 위치를 중심으로 발생하는 광흡수 영역에 한해 적층시킬 수 있다.
이는, 광학적으로 넓어진 흡수단면적으로 인해, 광흡수체와 써미스터를, 나노안테나가 배치된 영역 근처로 집중하여 배치 할 수 있음을 의미한다.
광흡수체와 써미스터를, 나노안테나가 배치된 영역 근처로 집중하여 배치 함에 따라, 처리부는, 열적시간상수에 관한 [수식 2]와 관련하여, 작동속도를 기존의 볼로미터 보다 향상시켜 연산할 수 있다.
[수식 2]
볼로미터의 작동속도는, 열적시간상수에 반비례하여 연산될 수 있다.
즉, 처리부는 상기 광흡수 영역에 한해 적층된 상기 광흡수체와 상기 써미스터의 면적 축소로 인해, [수식 2]에서의, 열용량Cth와 상기 열적시간상수 τ를 감소하여 연산할 수 있고, 열적시간상수 τ에 반비례하여, 볼로미터의 작동속도를 증가시켜 연산할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 나노 안테나 공명 파장을 감지하려는 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가시키고 동시에 빛의 흡수가 집중적으로 일어나는 나노 안테나 주위로 볼로미터 구조물을 국한해 열용량을 감소시키는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터, 및 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법을 제공할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100 : 고감도 고속 마이크로볼로미터
110 : 주변입출력회로부 120 : 연결부
130 : 나노안테나 140 : 처리부

Claims (12)

  1. 기판 픽셀의 가장자리에 배치되어 써미스터의 저항값 변화를 읽는 주변입출력회로부;
    암(arm)의 양측면으로 광흡수체를 적층하고, 레그(leg)에 의해 상기 주변입출력회로부와 수직으로 연결되어 상기 광흡수체를 상기 기판 픽셀에서 띄워 놓는 연결부; 및
    상기 암의 상면에 적층되는 상기 써미스터의 표면으로 배치되는 나노안테나
    를 포함하는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터.
  2. 제1항에 있어서,
    [수식 1]

    을 만족하여 볼로미터의 민감도 Ri를 연산하는 처리부
    -상기 η은 광흡수율(=흡수광량/입사광량)이고, 상기 TCR은 써미스터의 저항열계수이며, 상기 Vbias는 인가전압이고, 상기 Gth는 연결부의 열전도도이며, 상기 R은 써미스터의 저항임-
    를 더 포함하는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 나노안테나의 공명 파장을, 목표 감지 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가 시킴으로써, 상기 주변입출력회로부와 상기 연결부로 입사하는 광을 포함하여 흡수 함에 따라, 향상되는 상기 광흡수율 η과 상기 민감도 Ri를 연산하는
    나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광흡수체와 상기 써미스터는,
    상기 암 중, 상기 나노안테나가 배치되는 위치를 중심으로 발생하는 광흡수 영역에 한해 적층되는
    나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리부는,
    [수식 2]

    에 반비례하는, 상기 볼로미터의 작동속도를 연산하되,
    상기 광흡수 영역에 한해 적층된 상기 광흡수체와 상기 써미스터의 면적 축소로 인해, 열용량Cth와 상기 열적시간상수 τ가 감소 함에 따라, 향상되는 상기 작동속도를 연산하는
    나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노안테나는,
    십자형, 고리형, 및 올리고머형 중 어느 하나의 형태로 제작되는
    나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터.
  7. 써미스터의 저항값 변화를 읽는 주변입출력회로부를 기판 픽셀의 가장자리에 배치하는 단계;
    연결부의 암의 양측면으로 광흡수체를 적층하고, 상기 연결부의 레그에 의해 상기 주변입출력회로부와 수직으로 연결되어 상기 광흡수체를 상기 기판 픽셀에서 띄워 놓는 단계; 및
    상기 암의 상면에 적층되는 상기 써미스터의 표면으로 나노안테나를 배치하는 단계
    를 포함하는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    처리부에서,
    [수식 1]

    을 만족하여 볼로미터의 제작 방법의 민감도 Ri를 연산하는 단계
    -상기 η은 광흡수율(=흡수광량/입사광량)이고, 상기 TCR은 써미스터의 저항열계수이며, 상기 Vbias는 인가전압이고, 상기 Gth는 연결부의 열전도도이며, 상기 R은 써미스터의 저항임-
    를 더 포함하는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 처리부에서, 상기 나노안테나의 공명 파장을, 목표 감지 대역에 맞추어 흡수단면적을 증가 시킴으로써, 상기 주변입출력회로부와 상기 연결부로 입사하는 광을 포함하여 흡수 함에 따라, 향상되는 상기 광흡수율 η과 상기 민감도 Ri를 연산하는 단계
    를 더 포함하는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광흡수체와 상기 써미스터는,
    상기 암 중, 상기 나노안테나가 배치되는 위치를 중심으로 발생하는 광흡수 영역에 한해 적층되는
    나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리부에서,
    [수식 2]

    에 반비례하는, 상기 볼로미터의 제작 방법의 작동속도를 연산하는 단계로서, 상기 광흡수 영역에 한해 적층된 상기 광흡수체와 상기 써미스터의 면적 축소로 인해, 열용량Cth와 상기 열적시간상수 τ가 감소 함에 따라, 향상되는 상기 작동속도를 연산하는 단계
    를 더 포함하는, 나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 나노안테나는,
    십자형, 고리형, 및 올리고머형 중 어느 하나의 형태로 제작되는
    나노 안테나를 이용한 고감도 고속 마이크로볼로미터의 제작 방법.
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