KR960007828B1 - 인체 감지센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

인체 감지센서 및 그 제조 방법
제1도는 일반적인 적외선 이미지 센서 구조도.
제2도는 (a) 내지 (c)는 본 발명의 인체 감지센서 제조공정을 보인 단면도.
제3도는 본 발명의 인체 감지센서 평면도 및 단면도.
제4도는 본 발명의 인체 감지센서 횡측 이미지 투영 예시도.
제5도는 본 발명의 인체 감지센서 종측 이미지 예시도.
제6도는 본 발명의 인체 감지센서 이미지 투영 영역 표시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,6 : 기판 2,9 : 유전체막
3 : 폴리이미드 4,12 : 상부전극
5,10 : 하부전극 7,11 : 산화막
8 : 절연막 13 : 렌즈부
14 : 센서부 15 : 필터부
16 : 패키지
본 발명은 인체 감지용 적외선 이미지 센서에 관한 것으로, 인체에서 발산되는 적외선을 감지하여 이를 적외선 이미지 센서로 투영하여 인체의 위치를 판별가능하도록 한 인체 감지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 초전형 적외선 센서는 반도체형 HgCdTe 이미지 센서보다 파장의존도가 작고 상온에서 동작 가능하나, 현재 상용화되어 있는 HgCdTe 적외선 이미지 센서는 감도가 높고 오차가 적어 인공위성과 적의 동태를 파악하는 군사용 및 비접촉시 온도분포률 측정하여 기계의 결함이나 영이미지를 구현하는 용도로 사용되고 있다.
한편 단위소자로서 널리 사용되고 있는 초전형 적외선 센서는 방범용과 자동문등에 사용되어 인체의 유무만을 판단한다.
제1도는 일반적인 적외선 이미지 센서 구조도로서 이를 참조하여 적외선 센서의 제조공정과 구조 및 문제점을 설명하면 다음과 같다.
산화망간(MgO) 기판(1)위에 PbTiO3와 같은 강유전체박막을 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 증착한 후 선택적 식각으로 패턴구조를 갖는 유전체막(2)을 형성한다.
이후 상기 유전체막(2) 양쪽에 폴리이미드(polyimide)(3)로 지지대를 형성한 다음 상기 유전체막(2)위에 금(Au)과 같은 전도성이 우수한 상부전극(4)을 형성하고, 상기 산화망간의 기판(1)중 유전체막(2)과 상부전극(4)이 형성된 반대편을 습식식각(Wet Etching)으로 이방성 에칭하여 상기 폴리이미드(3)로 받쳐진 상기 유전체막(2)을 남긴 후 니켈/크롬(Ni/Cr)합금을 증착하여 하부전극(5)을 형성한다. 따라서 제1도와 동일하게 기판(1)위에 폴리이미드(3)가 형성되고, 그 폴리이미드(3) 사이에 유전체막(2)이 형성되며, 그 유전체막(2)과 폴리이미드(3)위에 상부전극(4)이 형성되고, 상기 기판(1) 하부에 하부전극(5)이 형성된 구조이다.
상기의 적외선 이미지 센서에 적외선이 인가되면 하부전극(5)에서 흡수되어 열로 변환된 후 유전체막(2)에 전달되고, 이때 유전체막(2)은 표면 전하의 차이로 변환시켜 상하부 전극(4),(5)간의 전하 차이를 발생시킨다.
상기의 상하부 전극(4),(5)간의 전하 차이는 캐패시터 전압으로 변환되어 증폭부에서 증폭된 후 신호처리부에서 처리되어 화상으로 변환된다.
상기와 같이 동작하는 적외선 이미지 센서는 감도높은 강유전체막이 불균일하고, 화소 상호간의 열적 간섭으로 인해 오차가 발생하여 적외선 이미지 센서의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 이미지 센서 동작시 횡적 열손실을 막기 위해 화소와 화소 사이에 산화막을 형성하고, 종적 열손실을 막기 위해 실리콘 기판 후면을 이방성 식각하며, 이미지를 센서로 투영하기 위한 프레스넬 렌즈를 화소수만큼 구분하여 인체 유무 및 위치감지기능으로 이미지 센서의 성능을 향상하고자 창안한 것이다.
제2도의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 인체 감지센서 제조공정을 보인 단면도로서 이를 참조하여 본 발명의 인체 감지센서 제조단위 공정 및 인체 감지센서 구조를 설명하면 다음과 같다.
청결하고 잘 건조된 실리콘에 불순물(일예 : Boron)로 일부를 강하게 도핑(Heavily Doping)시킨 기판(6)위에 산화막(SiO2)(7)을 일정 두께로 성장시킨 후 그 산화막(7)위에 질화실리콘막(Si3N4)을 선택적으로 증착하여 절연막(8)을 형성하고, 그 절연막(8)을 산화 마스크(mask)로 이용한 로코스(Local oxidation of silicon : Locos) 방법으로 소자와 소자간의 분리를 위한 산화막(7)을 성장시키고, 이후 상기 절연막(8) 위에 티탄/백금(Ti/Pt)의 합금을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착시킨 후 선택적 시각으로 패턴을 형성하여 제2도의 (a)와 동일하게 하부전극(10)을 형성한다.
이후 상기 하부전극(10)위에 PbLaTiO와 같은 강유전체를 증착한 후 선택적 식각에 의해 패턴을 형성하여 유전체막(9)을 형성하고, 상기 유전체막(9)위 및 측면전면에 산화막(11)을 증착시킨 다음 니켈/크롬(Ni/Cr) 합금을 증착시켜 상부전극(12)을 제2도의 (b)와 동일하게 형성하고, 이후 상기 기관(Ⅰ) 후면을 상기의 불순물이 도핑된 면까지 이방성 식각하게 되면, 제2도의 (c)와 동일하게 기판(1)위에 산화막(7)과 절연막(8)이 형성되고, 그 절연막(8)위에 하부전극(10)과 유전체막(9)이 형성되며, 그 유전체막(9)위에 산화막(11)과 상부전극(12)이 구비된 구조로 된다. 이와 같이 제조를 완료하면 제3도의 본 발명의 인체 감지센서 단면도 및 평면도와 동일하게 단위 적외선 센서 소자를 영역 분류만큼 복수개로 배열하여 적외선 이미지 센서부 제조를 완료한다.
이후 제4도 및 제5도의 투영 예시도에서와 같이, 상기의 과정을 통해 제조완료된 적외선 센서부(14) 상부에 일정간격을 두고 인체 적외선 파장만 필터링하는 적외선 필터부(15)를 패키지로 고정시키고, 그 적외선 필터부(15)로 외부에서 파장을 투영하는 실린더형 프레스넬 렌즈를 적외선 투영시 센서뒷면에 촛점이 고정되게 렌즈부(13)을 고정하고, 상기 적외선 센서부(14)를 패키지(16)로 패키징하여 인체 감지센서의 제조를 완료한다.
상기와 같은 과정으로 제조한 본 발명의 인체 감지센서의 동작과정 및 작용효과를 동작시 횡,종측 이미지 투영 예시도인 제4,5도 및 이미지 투영 영역표시도인 제6도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 인체 감지센서에서 실내에 존재하는 사람의 위치를 감지하기 위해서는 실내분할영역에 상응하는 수만큼의 단위 센서소자를 제3도와 같이 일예로 10개로 구분하여 제조한다.
이때 본 발명의 실시예로서는 제6도에 도시한 바와같이 실내를 좌우 5개 영역, 상하 2개 영역으로 구분하여 위치를 판별한다. 이 실내구분 영역이 많으면 정확한 위치를 감지할 수 있으나 신호처리가 복잡해지는 문제점이 있다.
이와같이 구분된 실내 영역에 사람이 한 부분에 존재하면 인체에서 발산된 적외선은 사용형태에 따라 제4,5도에 도시한 바와같이 횡측, 종측 방향으로 렌즈부(13)의 실린더형 프레스넬(Fresnel) 렌즈에 인가된다.
이때 프레스넬 렌즈는 폴리이미드(polyimide) 재질로 형성되면 센서와 소자수 즉 실내 구분영역과 동일한 영역으로 나누어 인체의 적외선을 각 영역에 해당되는 적외선 센서로 집중시켜 적외선 필터부(15)에 인가하고, 이 적외선 필터부(15)는 인체에서 방사되는 적외선 영역인 7-9μm 파장의 적외선만을 필터링하고, 실내에 존재하는 전등등의 파장대에 해당하는 적외선의 투과를 방지하여 적외선 센서부(14)의 상부전극(12)에 인가한다.
이때 상부전극(12)은 적외선을 열로 변환하여 산화막(11)을 통해 유전체막(9)에 인가하고, 그 유전체막(9)은 열의 변화틀 감지하여 그 열에 대응하는 표면 전하를 발생시키며, 이때 산화막(11)은 발생된 전하로부터의 누수전류를 방지한다. 이로 인해 유전체막(9)에서 발생된 전하는 상하부 전극(12)(10)의 전압차이로 나타나 증폭부에서 증폭된 후 화상처리부에서 처리되어 인체의 위치틀 감지하며, 산화막(7')은 흡수된 열이 횡측으로 손실되는 것을 방지하고, 기판(1)의 이방성 식각은 종적 열전달을 방지하여 열손실을 줄여 센서의 감도를 증가시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 실내의 영역구분에 상응하게 센서의 단위소자를 형성하여 실내에서 인체의 위치를 감지하며, 그 센서 제조시 산화막을 형성하여 횡적 열손실을 방지하고 기판의 후면을 이방성 식각하여 종적 열손실을 방지하여 센서의 효율을 향상시키고, 실내에서의 사람의 존재 유무 뿐만 아니라 인체의 위치를 판단하여 센서의 성능향상 및 호환성을 향상시키는 효과가 있게 된다.

Claims (8)

  1. 실내 영역구분과 동일하게 구분되어 인체의 적외선을 투영시키는 렌즈부(13)와, 그 렌즈부(13)에서 투영된 적외선에서 인체 적외선만 필터링하는 적외선 필터부(15)와, 기판(6)위에 산화막(7)과 절연막(8)이 형성되어 그 절연막(8)위에 하부전극(10)과 유전체막(9)이 형성되며, 그 유전체막(9)위에 상부전극(12)이 형성되어, 상기 적외선 필터부(15)의 적외선을 인가받아 인체의 위치를 감지하는 적외선 센서부(14)로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 인체 감지센서.
  2. 제1항에 있어서, 렌즈부(13)는 실린더헝 프레스넬 렌즈로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 인체 감지센서.
  3. 제1항에 있어서, 렌즈부(13)는 촛점을 적외선 센서부(14)의 뒷면에 위치시키게 구성된 것을 특징으로 하는 인체 감지센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유전체막(9)과 상부전극(12) 사이에 누수전류 방지용인 산화막(11)이 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 인체 감지센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산화막(7) 양쪽에 소자분리 및 횡적열 방지용인 산화막(7')이 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 인체 감지센서.
  6. 기판(6)에 불순물을 도핑하는 공정과, 그 기판(6) 위에 산화막(7)을 성장하는 공정과, 그 산화막(7) 위에 질화막(11)을 설장한 후 상기 산화막(7) 양끝에 산화막(7')을 성장하는 공정과, 상기 질화막(8) 위에 하부전극(10)과 유전체막(9)을 형성하는 공정과, 그 유전체막(9) 위에 산화막(11)과 상부전극(12)을 형성하는 공정과, 상기 기판(6) 후면을 이방성 식각하는 공정으로 적외선 센서부(14)를 제조하는 것을 특징으로 하는 인체 감지센서 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하부전극(10)은 티탄/백금(Ti/Pt) 합금으로 제조하는 것을 특징으로 하는 인체 감지센서 제조방법 .
  8. 제6항에 있어서, 상기 유전체막(9)은 PbLaTiO3를 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 인체 감지센서 제조방법.
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